Tại Hội nghị thượng đỉnh toàn cầu về biến đổi khí hậu (COP 26) tháng 11/2021 tại Glasgow - Vương quốc Anh, đã thừa nhận mục tiêu 1,50C nóng lên toàn cầu là thích đáng. Việc giữ lựa chọn duy trì ở mức dưới 1,50C cho thấy các quốc gia tham gia Hiệp định đều đồng ý, vấn đề hiện tại không chỉ quan trọng mà còn khẩn cấp. Các quốc gia đã nhất trí trong Điều 28 của Hiệp ước Khí hậu Glasgow, để đưa ra các tham vọng lớn hơn vào thời điểm diễn ra Hội nghị lần tiếp theo năm 2022, thay vì chờ đến năm 2025. Đây là một động thái chính trị nhằm vào 40 quốc gia đã không nộp đúng hạn bản cập nhật Đóng góp do quốc gia tự quyết định (NDC) và những quốc gia dù nộp nhưng không tăng cường mức độ các tham vọng. Điều 32 Hiệp ước Khí hậu Glasgow kêu gọi các bên liên quan chuẩn bị chiến lược chuyển đổi từ phát thải dài hạn nồng độ thấp khí sang phát thải ròng bằng 0 tại thời điểm trước hoặc khoảng giữa thế kỷ và chiến lược này cần phải hoàn thiện vào tháng 11/2022.

Ngày 1/11/2021, tại COP 26, Thủ tướng Phạm Minh Chính tuyên bố, Việt Nam sẽ đạt mức phát thải ròng khí nhà kính bằng 0 vào năm 2050. Nghị quyết số 36-NQ/TW về Chiến lược phát triển bền vững kinh tế biển Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045 đã coi ngành năng lượng tái tạo trên biển (gió, mặt trời, sóng, thủy triều, hải lưu) là ngành kinh tế thứ 6 và có định hướng phát triển nhanh, mạnh, bền vững. Bên cạnh đó, Nghị quyết số 55-NQ/TW ngày 11/2/2020 của Bộ Chính trị về định hướng Chiến lược phát triển năng lượng quốc gia của Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045 có chủ trương phát triển mạnh các nguồn năng lượng tái tạo, trước tiên là phát triển năng lượng gió và sau đó là năng lượng sóng, thủy triều, hải lưu. Đến cuối năm 2021, tổng công suất các nhà máy điện năng lượng tái tạo từ gió trên biển đạt gần 1.000 MW, tiềm năng phát triển điện gió trên biển trong Quy hoạch điện 8 đến năm 2045 có thể đạt gần 70 GW với hàng nghìn công trình điện gió ngoài khơi.

Hiện nay, vùng biển nước ta có nhiều tiềm năng năng lượng tái tạo trên biển như năng lượng sóng, năng lượng hải lưu, năng lượng thủy triều, OTEC với công suất dự kiến lên tới hàng trăm GW là nguồn năng lượng xanh, giảm được phát thải khí nhà kính giúp trung hòa các bon. Với các chính sách phát triển kinh tế biển mới và tăng trưởng xanh, việc nghiên cứu tiềm năng và phát triển năng lượng thủy triều trên biển là cần thiết và có tính thời sự.

2. Hiện trạng và xu hướng phát triển ngành năng lượng thủy triều

Đến nay, năng lượng thủy triều trên thế giới đã được khai thác hoặc đang trong quá trình nghiên cứu phát triển dưới 3 dạng công nghệ sau: (1) Công nghệ khai thác năng lượng thủy triều dưới thế năng (dạng đập thủy triều); (2) công nghệ khai thác năng lượng thủy triều dưới dạng động năng (dòng chảy thủy triều); (3) công nghệ khai thác năng lượng thủy triều tích hợp (kết hợp giữa đập thủy triều và dòng chảy thủy triều). Trong đó, công nghệ khai thác năng lượng thủy triều dưới dạng đập thủy triều là công nghệ truyền thống và lâu đời nhất.

Dự án đầu tiên trên thế giới The La-Rance được xây dựng và đưa vào vận hành tại Pháp vào năm 1966 với công suất tổng công suất 240MW gồm 24 tua-bin, diện tích hồ chứa 22 km2, mức chênh triều trung bình 8,5 m. Tiếp theo, Dự án Kislaya Guba được xây dựng và vận hành tại Nga vào năm 1968 với tổng công suất 1,7MW gồm 1 tua-bin duy nhất, diện tích hồ chứa 1,1 km2, mức chênh triều trung bình 2,3 m. Vào năm 1980, Dự án Jangxia được đưa vào vận hành tại Trung Quốc với tổng công suất 3,9 MW gồm 6 tua-bin, diện tích hồ chứa 1,4 km2, mức chênh triều trung bình 5,1 m. Sau đó, dự án Annapolis được xây dựng và vận hành tại Canađa vào năm 1984 với tổng công suất 20MW bao gồm 1 tua-bin, diện tích hồ chứa 15 km2, mức chênh triều trung bình 6,4 m. Dự án gần đây nhất và cũng là dự án điện thủy triều (ĐTT) có công suất lớn nhất là Sihwa được xây dựng và vận hành tại Hàn Quốc vào năm 2011 với tổng công suất 254MW gồm 10 tua-bin, diện tích hồ chứa 56 km2, mức chênh triều trung bình là 5,6 m. Ngoài ra, còn một số dự án quy mô nhỏ khác như: Strangford Lough (Anh)-công suất 1,2MW vận hành năm 2008; Udomok (Hàn Quốc)-công suất 1,5MW, vận hành năm 2009; Eastern Scheldt (Hà Lan)-công suất 1,25MW, vận hành năm 2015 [5]. Theo thống kế của Cơ quan năng lượng tái tạo quốc tế (IRENA), tổng công suất của các dự án sử dụng công nghệ đập thủy triều trên toàn thế giới tính đến cuối năm 2020 xấp xỉ 522 MW.

Các hạn chế của việc khai thác năng lượng thủy triều dạng đập là tác động lớn tới môi trường (thay đổi chế độ dòng chảy tự nhiên); ảnh hưởng đến giao thông vận tải thủy; ảnh hưởng đến các hoạt động đánh bắt và nuôi trồng thủy, hải sản; mức độ sử dụng quỹ đất và mặt nước lớn. Do đó, từ năm 2015 đến thời điểm hiện tại, chưa có thêm dự án khai thác năng lượng thủy triều dạng đập nào được xây dựng trên toàn thế giới. Các dự án đập thủy triều truyền thống với mức chênh triều trung bình lớn hơn 6 m hiện mới chỉ dừng lại ở giai đoạn đề xuất tại Anh và Nga. Tuy nhiên, có một số dự án khai thác năng lượng thủy triều cột nước thấp (mức chênh triều trung bình nhỏ hơn 4 m) đang được quan tâm phát triển tại Trung Quốc.

Để khắc phục những hạn chế của công nghệ khai thác năng lượng thủy triều dạng đập, ý tưởng khai thác năng lượng thủy triều dưới dạng dòng chảy đã được đề xuất vào năm 1981, tuy nhiên, đến năm 2003 nhờ tận dụng thành tựu về phát triển công nghệ của điện gió, công nghệ khai thác năng lượng thủy triều dưới dạng dòng chảy thủy triều mới được đầu tư nghiên cứu phát triển liên tục. Theo khảo sát được thực hiện năm 2017, trên thế giới có 75 công ty nghiên cứu phát triển công nghệ khai thác năng lượng thủy triều dạng dòng chảy, tập trung chủ yếu ở châu Âu và Mỹ, môt số ít ở Ôxtrâylia, Canađa và Trung Quốc. Trong số đó có 8 công nghệ đã đạt được mức sẵn sàng về công nghệ cao nhất TRL9-mức sẵn sàng thử nghiệm ở quy mô thương mại và 34 đơn vị phát triển công nghệ đã đạt được mức TRL7 (mô hình công nghệ tỷ lệ thực được kiểm nghiệm trong điều kiện môi trường gần giống với thực tế). Các công nghệ này về cơ bản được phân loại thành: Công nghệ tua-bin trục ngang phù hợp với các khu vực có độ sâu lớn từ 30 m trở lên và chỉ khai thác dòng chảy đơn hướng. Trong khi đó, công nghệ tua-bin trục đứng có thể phù hợp với cả các khu vực có độ sâu nhỏ hơn 10 m và có thể khai thác được dòng chảy đa hướng. Với công nghệ cánh nâng thủy lực, nhà thiết kế có thể thay kích thước cánh nâng để phù hợp với các khu vực có chiều rộng kênh dòng chảy thủy triều thay đổi, trong khi công nghệ diều bay, công nghệ tua-bin dạng phễu và công nghệ tua-bin xoắn ác-si-mét được thiết kế để khai thác các khu vực có vận tốc dòng triều nhỏ hơn 1,5 m/s.

Theo số liệu thống kê của Trung tâm năng lượng biển châu Âu (EMEC), số lượng các công ty nghiên cứu phát triển công nghệ khai thác dạng năng lượng thủy triều trên toàn thế giới là 97 đơn vị tính đến tháng 3/2020. Tổng công suất lắp đặt thử nghiệm của công nghệ khai thác năng lượng thủy triều dạng dòng chảy trên toàn thế giới tính đến cuối năm 2020 là 10,6MW. Đến đầu năm 2022, có hai công nghệ công bố kế hoạch tiến hành thử nghiệm ở quy mô thương mại. Công nghệ thứ nhất được phát triển bởi Orbital Marine Power với tua-bin đường kính 20 m, công suất 1MW bao gồm 2 tua-bin được gắn trên thiết bị nổi. Ngưỡng vận tốc dòng chảy để tua-bin này đạt công suất thiết kế (rated velocity) là 3 m/s. Công nghệ thứ hai được phát triển bởi hãng Nova Innovation với tua-bin đường kính 8,5 m được gắn trên thiết bị cố định dưới đáy biển. Ngưỡng vận tốc dòng chảy để tua-bin này đạt công suất thiết kế là 2 m/s.

Xét về chi phí sản xuất điện, đối với công nghệ khai thác năng lượng thủy triều dạng thế năng, đã có nghiên cứu cho 2 dự án đập thủy triều có công suất lớn nhất thế giới là La Rance (240 MW) và Sihwa Lake (254 MW) và chi phí (LCOE) vào khoảng 0,02 - 0,04 USD/kWh. Tuy nhiên, đối với các dự án đập thủy triều cột nước thấp mà Trung Quốc đang nghiên cứu gần đây thì chi phí sẽ cao hơn do phải áp dụng công nghệ tua-bin thế hệ mới cho cột nước thấp và hiệu quả khai thác không bằng các đập thủy triều truyền thống có cột nước cao. Hiện chưa có công bố nào về chi phí cho dạng công nghệ khai thác thế năng thủy triều cột nước thấp. Đối với công nghệ khai thác năng lượng thủy triều dạng dòng chảy (động năng), Báo cáo của Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc tế (IRENA) năm 2020 cho rằng, chi phí (LCOE) vào khoảng 0,2 - 0,45 USD/kWh. Chi phí này cao hơn chi phí điện gió ngoài khơi (0,089 USD/kWh đối với móng cố định; 0,16 USD/kWh đối với móng nổi), tuy nhiên thấp hơn so với chi phí điện sóng biển (0,3 - 0,55 USD/kWh) và tương đương với chi phí điện mặt trời nổi trên biển PV Solar (0,354 USD/kWh). Ngoài ra, theo dự báo của IRENA, chi phí khai thác năng lượng thủy triều dạng dòng chảy sẽ giảm xuống mức 0,11 USD/kWh khi tổng công suất lắp đặt trên toàn thế giới đạt mức 2 GW (với kịch bản phát triển trung bình).

3. Đề xuất định hướng phát triển năng lượng thủy triều tại Việt Nam

Thời gian gần đây, điện triều đã chứng tỏ hiệu quả kinh tế và độ an toàn môi trường so với các dạng điện khác. Giá cả đầu tư tương đối thấp chưa đến 4 cent/kWh, dễ phát triển. Xu hướng chênh lệch về giá thành thu hẹp dần chứng tỏ lợi thế của ĐTT bởi vì dự trữ của chúng là vĩnh cửu và tái tạo, còn nhiệt điện đang dần cạn kiệt. Đặc biệt, ĐTT tương đối sạch, không thải khí nhà kính vào không khí như các nhà máy nhiệt điện, không chiếm dụng vùng đất đai rộng lớn và đe dọa sóng tràn đê như các nhà máy thủy điện, không gây ra độ nguy hiểm tiềm ẩn huỷ diệt loài người như các nhà máy điện nguyên tử.

Nguồn ĐTT có đặc tính là không liên tục trong cả ngày, nhưng nếu được đưa vào sử dụng sẽ hòa vào lưới điện quốc gia, khi đó có thể giảm thiểu điện từ thủy điện, nhiệt điện... vào những giờ phát của trạm ĐTT. Vì vậy, vùng cửa sông ven biển Đông Nam bộ Việt Nam có thể nghiên cứu chi tiết tổng hợp các vấn đề liên quan và đề xuất các phương án xây dựng các trạm ĐTT. Ở đây có hiện tượng triều rất đặc biệt và có thể sản xuất được gần 11.000 GWh/năm.

Bảng 1. Kết quả tính các tham số trạm ĐTT tại cửa sông ven biển Đông Nam bộ

(L - Chiều dài đê ngăn bể trạm ĐTT, S- diện tích thủy vực bể trạm ĐTT)

Ngoài ra, các vùng biển Quảng Ninh (khu vực Cô Tô, Vân Đồn, Hạ Long… ), ngoài khơi Trung bộ, Hòn Khoai có dòng thủy triều mạnh đạt tới 1m/s có thể nghiên cứu phát triển điện từ dòng triều có thể đạt công suất vài chục GW.

Với các chủ trương lớn của Đảng, Nhà nước đã ban hành như Nghị quyết số 55-NQ/TW, Nghị quyết số 36-NQ/TW về phát triển năng lượng tái tạo biển, điện gió ngoài khơi, năng lượng sóng, thủy triều và hải lưu. Khi Hiệp định EVFTA giữa Việt Nam và EU có hiệu lực, các nguồn vốn lớn và công nghệ điện gió ngoài khơi từ EU sẽ dễ dàng tham gia phát triển điện gió ngoài khơi tại Việt Nam. Đây sẽ là cơ hội cho Việt Nam có tiềm năng, đột phá đi đầu ASEAN, trở thành một trung tâm năng lượng biển, đại dương của thế giới (ĐTT, điện gió ngoài khơi, điện sóng..) thúc đẩy các ngành công nghiệp phụ trợ, dịch vụ cung ứng năng lượng biển hỗ trợ, tương lai xuất khẩu công nghệ điện triều sang khu vực ASEAN và các khu vực lân cận. Năng lượng thủy triều trên biển được chuyển đổi thành điện năng nhờ giá thành các công nghệ tua-bin khai thác thế năng và động năng thủy triều đã thấp hơn và được chế tạo với tuổi thọ cao hơn phù hợp với điều kiện khắc nghiệt trên biển. Mặt khác, các nhà máy ĐTT sẽ là những điểm tham quan, du lịch học tập, là "mắt thần” giúp tăng cường bảo vệ an ninh chủ quyền trên biển của Tổ quốc. Vì vậy, Nhà nước cần có các giải pháp thực hiện như:

Một là, cần có các chính sách quốc gia về ĐTT; sớm xây dựng Chiến lược quốc gia phát triển ĐTT; trong đó có đánh giá tiềm năng lý thuyết, tiềm năng kỹ thuật, tiềm năng kinh tế, tiềm năng thương mại của nguồn ĐTT tại vùng biển Việt Nam.

Hai là, sớm có quy hoạch không gian biển cho phát triển ĐTT Việt Nam. Đặc biệt các nhà máy ĐTT vùng cửa sông ven biển có thể dùng làm các đầm nuôi thủy sản và du lịch sinh thái. Các nhà máy ĐTT xa bờ có thể kết hợp với các nhà máy điện gió ngoài khơi, nhà máy điện sóng và sản xuất nhiên liệu xanh hydrogen.

Ba là, xây dựng, bổ sung, hoàn thiện được khung thể chế chính sách quốc gia về cấp phép, thẩm định, đánh giá tác động môi trường, giao thuê biển, phát triển các dự án ĐTT và các năng lượng biển khác. Cùng với đó, xây dựng, cập nhật hệ thống chính sách giá mua ĐTT, đấu nối lưới điện quốc gia, chính sách thuê mặt biển, chính sách thuế các bon của quốc gia.

Bốn là, có Chương trình nghiên cứu khoa học riêng về ĐTT, hoặc lồng ghép trong các Chương trình khoa học công nghệ trọng điểm về kinh tế biển, công nghệ năng lượng, tăng trưởng xanh, biến đổi khí hậu.

Năm là, thành lập các tổ chức nghiên cứu mạnh về năng lượng tái tạo; đào tạo nhân lực và chuyển giao công nghệ. Đề án tích hợp phát triển kinh tế biển dựa vào ĐTT; đề án chuỗi cung ứng dịch vụ, công nghiệp hỗ trợ và nhân lực phục vụ xây dựng ĐTT.

Sáu là, xây dựng, ban hành cơ chế, chính sách đặc thù cho các dự án ĐTT.

Bảy là, các hoạt động hợp tác quốc tế về nghiên cứu khoa học, thử nghiệm công nghệ điện triều mới được tăng cường; tích hợp các ngành kinh tế biển và năng lượng tái tạo biển, tham gia thành viên các Tổ chức quốc tế về năng lượng đại dương (Ocean Energy System).

Tám là, học tập kinh nghiệm và hợp tác quốc tế cùng các Tổ chức quốc tế, quốc gia mạnh về ĐTT để tranh thủ nhận sự trợ giúp về công nghệ, tài chính, nhân lực cho phát triển ĐTT (như Pháp, Hàn Quốc, Canađa, Trung Quốc, Nga, Anh…).

Chín là, xem xét các chính sách ưu đãi về năng lượng xanh cho ĐTT, đặc biệt các dự án tích hợp với nguồn điện tái tạo khác, hoặc đồng thời làm giảm thiểu xói, sạt lở bờ biển và làm đường giao thông ven biển, du lịch sinh thái, nuôi trồng thủy hải sản.

Tài liệu tham khảo

1. H. R. Charlier, "Renewable and Sustainable Energy Reviews," pp. 2032-2057, 2007.

2. L. Bernshtein, "Kislaya Guba experimental tidal power plant and problem of the use of tidal energy," Tidal Power, pp. 215-238, 1972.

3. Q. Dai, "Technical Report," Oriental Motor, 2007.

4. H. Y. Bae, K. O. Kim and B. H. Choi, "Tidal Energy in Korea," Ocean Engineering, pp. 454-463, 2010.

5. M. S. Chowdhury, K. S. Rahman, V. Selvanathan and N. Nuthammachot, "Current trends and prospects of tidal energy technology," Environment, Development and Sustainability, vol. 23, pp. 8179-8194, 2021.

6. IRENA, "Offshore Renewables-An action agenda for deplyoment," G20-ITALIA, 2021.

7. A. K. Sleiti, "Tidal power technology review with potential applications in Gulf Stream," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 69, pp. 435-441, 2017.

8. IEA-OES, "Tidal current energy developments highlights," Technology Collaboration Programme, 2021.

9. "European Marine Energy Center," 03 2020. [Online]. Available: https://www.emec.org.uk/marine-energy/tidal-developers/. [Accessed 3 2022].

10. Z. J. Wang and Z. W. Wang, "A review on tidal power utilization and operation," 2019.

11. Dư Văn Toán, Nguyễn Quốc Trinh, 2011. Đánh giá tiềm năng điện thủy triều tại vùng cửa sông ven biển Đông Nam bộ Việt Nam. Tạp chí Khí tượng Thủy văn, 609, 47-51.

Nguồn Tạp chí Môi trường