Ở đây nói về việc xây dựng các cơ sở tiên tiến với công suất lớn chưa từng có ở Vịnh Penzhinskaya ở Kamchatka, cụ thể là ở phần đông bắc của Vịnh Shelikhov trên Biển Okhotsk.
Năm ngoái, trong khuôn khổ Diễn đàn Kinh tế phương Đông (EEF), Bộ Phát triển vùng Viễn Đông Nga và chính quyền vùng Kamchatka đã ký kết một thỏa thuận với công ty Năng lượng sạch H2 về việc thiết kế và xây dựng nhà máy điện thủy triều với công suất 100 gigawatt (GW) ở Vịnh Penzhinskaya. Tất nhiên, các chuyên gia không tình cờ chọn nơi này. Các quan sát trong thời gian dài đã xác định rằng, nơi này tiềm năng thủy triều lên tới mức kỷ lục 13 mét, nhờ đó năng lượng thuỷ triều có thể được sử dụng với hiệu quả tối đa.
Thông tin sơ bộ về dự án
Trước hết cần phải nói rằng, ý tưởng xây dựng nhà máy điện thủy triều ở Vịnh Penzhinskaya không phải là mới. Vào những năm 1970, các kỹ sư thủy điện Liên Xô đã xem xét khả năng xây dựng ở đây một nhà máy thủy triều (TPP) với hai tuyến dẫn nước vào turbin. Khi đó, các chuyên gia ước tính chi phí xây dựng TPP-1 (tuyến dẫn nước phía Bắc với công suất 21 gigawatt) là 60 tỷ USD và TPP-2 (tuyến dẫn nước phía Nam với công suất 87 gigawatt) là 200 tỷ USD. Có chú ý đến tỷ lệ lạm phát trong những thập kỷ qua , chi phí đã tăng lên gấp bội với dự án này.
Ở đây chúng tôi muốn giải thích thêm với những độc giả còn xa chủ đề thủy điện về những khái niệm cơ bản.
Nhân loại đã học cách sử dụng năng lượng thủy triều vào đầu thế kỷ 19, nhưng, chỉ vào năm 1967 ý tưởng này đã thành hiện thực sau khi Pháp xây dựng nhà máy thủy triều với công suất 240 megawatt ở La Rance. Một năm sau, Liên Xô đã đưa vào hoạt động nhà máy điện thủy triều tại Vịnh Kislaya gần làng Ura-Guba ở Vùng Murmansk. Ban đầu, nhà máy này chỉ là một dự án thử nghiệm, do đó công suất của nó rất khiêm tốn: chỉ 1,7 megawatt. Khi đó Liên Xô chưa có khả năng sản xuất các tua bin phù hợp, vì vậy tổ máy thủy điện cho nhà máy ở Vịnh Kislaya đã được mua từ Pháp, và chỉ sau đó Xí nghiệp Sevmash bắt đầu sản xuất hàng loạt các tổ máy thủy điện và Nhà máy Ruselprom bắt đầu chế tạo máy phát điện phù hợp.
Nhưng, sau đó mọi thứ bị đình trệ. Trong hơn nửa thế kỷ qua kể từ khi đưa vào hoạt động các nhà máy điện thủy triều đầu tiên, trên thế giới chỉ có những trạm đơn lẻ thuộc loại này được xây dựng. Tại Anh đã vận hành một nhà máy với công suất 1,2 MW, và tại Canada - một nhà máy với công suất 20 MW. Và nhà máy điện thủy triều ở hồ Sihwa tại Hàn Quốc với công suất 250 MW là công trình thủy điện thuộc loại này lớn nhất thế giới.
Dù có một số lợi thế không thể phủ nhận, trên thế giới vẫn chưa ghi nhận sự ra đời của hàng loạt của các nhà máy điện thủy triều. Các công nghệ năng lượng từ biển giúp giảm phát thải CO2, không gây ô nhiễm vùng lân cận với bụi than, không để lại chất thải hạt nhân là phế phẩm, không yêu cầu xây đập, do đó không làm xáo trộn hệ sinh thái sông. Hơn nữa, các nhà máy điện thủy triều không sợ thiên tai như động đất, lở đất, và nếu thiên tai xảy ra, cư dân của các vùng xung quanh không có gì phải lo sợ về lũ lụt hoặc ô nhiễm phóng xạ. Khác với các nhà máy thủy điện cổ điển, các trạm thủy triều đã từ lâu được đưa vào danh sách các nguồn tái tạo và thân thiện với môi trường, chỉ tiêu diệt 10% sinh vật phù du, bảo tồn sinh quyển địa phương. Các trạm thủy triều bảo vệ bờ biển khỏi những đợt sóng biển tàn phá và, theo các nhà môi trường học, làm dịu biến đổi khí hậu.
Có vẻ như chỉ có những điểm cộng. Tuy nhiên, các định luật vật lý lại làm hỏng mọi thứ.
Các tuyến dẫn nước tại trạm thủy triều trên thực tế là con đập khổng lồ bao bọc vùng vịnh bằng những “cánh” của nó. Các tuabin thủy lực được lắp đặt trong các tuyến dẫn này sử dụng dòng chảy của nước để tạo ra điện. Vấn đề là ở chỗ: bất kỳ trạm thủy triều nào cũng hoạt động trong tám chu kỳ. Trong bốn chu kỳ trạm chờ thủy triều lên và xuống, và trong bốn chu kỳ còn lại trạm hoạt động. Loại trạm như vậy không thể đảm bảo cung cấp năng lượng liên tục, do đó, các kỹ sư từ lâu đã đề xuất xây dựng các cơ sở phối hợp, nơi trạm thủy triều được kết hợp với một nhà máy thủy điện có thể phát điện trong thời gian nhàn rỗi hoặc với một nhà máy thủy điện tích năng (PSPP) có khả năng tích lũy điện năng được tạo ra và cung cấp điện khi cần thiết, đặc biệt là trong thời gian cao điểm. Nhà máy điện thủy triều La Rance của Pháp được xây dựng theo sơ đồ này - các tuabin của nó được đặt bên cạnh cái đập nước của nhà máy thủy điện.
Và ở đây thủy triều độc đáo của Vịnh Penzhinskaya dần dần biến từ một lợi thế thành một vấn đề. Các nhà thủy văn học từ lâu đã tính toán rằng, với tiềm năng thủy triều lên tới 13 mét, khối nước chuyển động do thủy triều lên tới 500 km khối nước mỗi ngày. Để so sánh: con sông sâu nhất thế giới Amazon vận chuyển khối nước này trong một tháng, và sông Volga của Nga - trong hai năm. Sự chuyển động của khối nước đáng kinh ngạc là đủ để tạo ra một trăm gigawatt và sánh được với hoạt động của 30 nhà máy điện hạt nhân hiện đại có hai lò phản ứng mỗi nhà máy hoặc 80 nhà máy thủy điện có quy mô như nhà máy thủy điện Kolyma. Nhưng, để sử dụng khối nước lớn như vậy, cần phải lắp đặt vô số tuabin trong các tuyến dẫn nước. Theo tính toán sơ bộ, chỉ riêng tuyến dẫn nước phía Nam cần đến hơn một nghìn tổ máy thủy điện.
Điều đáng chú ý, các chuyên gia không nghi ngờ khả năng vật lý để thực hiện một dự án như vậy, mặc dù TPP Penzhinskaya sẽ có công suất lớn gấp 5 lần so với nhà máy thủy điện với đập Tam Hiệp trên sông Dương Tử của Trung Quốc có công suất phát tức thời lớn nhất thế giới. Song, các nhà phát triển dự án TPP ở Kamchatka coi Trung Quốc và Hàn Quốc là thị trường tiềm năng, xem xét khả năng tạo ra cây cầu năng lượng. Ở khoảng cách hai nghìn km có nước Nhật cũng thường xuyên thiếu nguồn năng lượng.
Nhưng, một trăm gigawatt là công suất quá lớn. Đây là 40% lượng điện mà toàn bộ khu phức hợp năng lượng của Nga tạo ra ngày nay. Đây là lý do tại sao công ty Năng lượng sạch H2 trong thành phần Tập đoàn Công nghệ Hydrogen đã đề xuất một giải pháp có vẻ tối ưu: sản xuất hydro thân thiện với môi trường từ nước biển ngay tại chỗ. Nhờ đó sẽ không có nhu cầu xây dựng các trạm pin khổng lồ và hàng nghìn km đường dây điện, và nhà máy điện với công suất lớn như vậy sẽ đảm bảo hoạt động của các thiết bị điện phân công nghiệp. Điều này hoàn toàn phù hợp với khái niệm phát triển năng lượng hydro đã được Chính phủ Nga phê duyệt vào tháng 8 năm 2021. Theo khái niệm này, đến năm 2050, Nga sẽ sản xuất và xuất khẩu từ 15 đến 50 triệu tấn hydro mỗi năm.
Có rất nhiều câu hỏi hơn câu trả lời
Xét theo một tài liệu hệ thống khác, cụ thể là Chiến lược năng lượng quốc gia của Liên bang Nga đến năm 2035, chúng ta thấy rằng, hiện nay chưa có thị trường hydro toàn cầu. Loại nhiên liệu này được coi là một công nghệ có thể mang tính đột phá. Nhưng, tất cả các lựa chọn để ứng dụng hàng loạt nhiên liệu hydro đều là những kế hoạch chứ chưa phải là những khái niệm đã được thực hiện. Các nhà lập pháp Nga đã nói đúng ở đây: trên thế giới có rất nhiều công nghệ sử dụng hydro làm nhiên liệu chính, nhưng tất cả chúng đều là những khái niệm - chưa có công nghệ nào được ứng dụng rộng rãi và đại trà.
Có rất nhiều nguyên nhân của điều này.
Trước hết phải nói rằng, chi phí sản xuất hydro xanh hiện nay có giá cao (khoảng hơn 12 USD/kg). Nhiên liệu hydro có khả năng cháy và nổ rất cao và cần có các bình điều áp đặc biệt để chứa nó. Phương pháp sản xuất hydro lỏng cũng không giải quyết được vấn đề; cần phải lắp đặt các máy nén đặc biệt và nhiệt độ âm 250 độ C để chuyển nhiên liệu sang trạng thái lỏng. Để so sánh: khí metan được hoá lỏng ở nhiệt độ -160 °C.
Và điều quan trọng nhất là như sau: hydro là một trong những nhiên liệu cho nhiệt lượng cao nhất, lên tới 3.000 độ C, nhờ đó có thể sử dụng các đầu đốt như vậy để cắt kim loại. Do đó, để sử dụng hydro với hiệu quả cao, khí hidro trộn lẫn với khí metan, tức là vẫn khônh thể thiếu hydrocacbon. Nhưng, ngay cả trong trường hợp này, hỗn hợp khí gồm hidro và metan vẫn cháy trong khoảng nhiệt độ từ một đến hai nghìn độ C, tức là ở giới hạn khả năng chịu nhiệt của các vật liệu hiện đại. Các nhà vật lý và nhà hóa học cần phải thực hiện nhiều khám phá khoa học trong lĩnh vực tạo ra hợp kim siêu bền chịu nhiệt để biến hydro thành loại nhiên liệu được sử dụng đại trà.
Nhìn chung, vẫn còn nhiều câu hỏi hơn là câu trả lời, nhưng, có chú ý đến việc Nga đang xem xét khả năng xây dựng các nhà máy điện tương tự ở Vùng Khabarovsk (TPP Tugurskaya) và Vùng Arkhangelsk (TPP Mezenskaya), thì đây là một dự án quy mô lớn, mà những chi tiết của nó chưa được công chúng biết đến.
Tóm lại, chúng tôi xin lưu ý rằng, tất nhiên, không phải tất cả các dự án quy mô lớn đều đến giai đoạn thực hiện, nhiều dự án được công nhận là có chi phí quá cao hoặc không hợp lý. Mặt khác, khi một trăm năm trước, chính phủ Xô Viết non trẻ thông qua kế hoạch điện khí hóa cả nước (GOELRO), những người đương thời đã gọi đó là điều viễn vông, và ngày nay kế hoạch này là một chương trong sách giáo khoa lịch sử.