Hiệu ứng bí ẩn đe dọa trang trại điện gió

Trang trại điện gió lớn nhất thế giới Dogger Bank trên Biển Bắc. Ảnh: Splash

Khi trang trại điện gió ngoài khơi mở rộng trên khắp thế giới trong cuộc đua nhằm đạt mục tiêu không thải khí, một hiện tượng đáng lo ngại đang ngày càng thu hút nhiều sự chú ý: các trang trại điện gió có thể "trộm" gió của nhau. Theo Peter Baas, một nhà khoa học nghiên cứu tại công ty Hà Lan Whiffle chuyên về năng lượng tái tạo và dự báo thời tiết, trang trại điện gió sản xuất năng lượng lấy từ không khí. Việc khai thác năng lượng từ không khí làm giảm tốc độ gió, gió chậm hơn phía sau mỗi turbine bên trong trang trại so với ở mặt trước và cũng chậm hơn phía sau toàn bộ trang trại theo hiệu ứng đuôi gió.

Khi turbine đang quay lấy năng lượng từ gió, chúng tạo ra một vệt đuôi và làm gió di chuyển chậm lại ở ngoài trang trại. Vệt đuôi này có thể kéo dài hơn 100 km đối với trang trại điện gió ngoài khơi rất lớn và mật độ cao, trong điều kiện thời tiết nhất định. Thông thường, vệt đuôi kéo dài hàng chục km. Nếu trang trại điện gió được xây dựng ngược chiều gió của trang trại khác, nó có thể làm giảm tới 10% công suất năng lượng của nhà sản xuất kia, theo nghiên cứu công bố trên tạp chí AMS Journal. Hiện tượng này còn được gọi là "trộm gió".

Eirik Finserås, luật sư Na Uy chuyên về năng lượng gió ngoài khơi, chỉ ra hiện tượng này có thể gây hậu quả tiêu cực cho nhà phát triển trang trại điện gió, và thậm chí gây ra vấn đề xuyên biên giới. Thực tế, có một số tranh chấp đang diễn ra giữa các nhà phát triển trang trại gió xoay quanh cáo buộc trộm gió, gây lo ngại ở những quốc gia dựa vào tăng cường năng lượng gió ngoài khơi để đạt mục tiêu không thải khí. Dù vấn đề trộm gió đã được biết đến từ lâu, nó đang trở nên cấp bách hơn do quy mô, tốc độ mở rộng, kích thước và mật độ của trang trại điện gió ngoài khơi, theo Science Direct.

Tại Biển Bắc, nơi năng lượng gió ngoài khơi đang phát triển mạnh, tác động của đuôi gió đối với sản xuất năng lượng ngoài khơi nhiều khả năng tăng trong các thập kỷ tới khi trang trại điện gió trên biển trở nên đông đúc hơn. Trang trại điện gió càng dày đặc và lớn, hiệu ứng đuôi gió càng mạnh.

Một dự án nghiên cứu mới tại Anh khởi động vào mùa xuân năm nay nhằm cung cấp bức tranh rõ nét hơn về hiệu ứng đuôi gió để giúp chính phủ cũng như nhà phát triển cải thiện quy hoạch và tránh tranh chấp. Dự án sẽ lập mô hình đuôi gió và tác động của chúng đối với sản lượng của trang trại điện gió vào năm 2030, khi có thêm hàng nghìn turbine trong vùng biển Anh so với hiện nay, theo chỉ đạo dự án Pablo Ouro, nhà nghiên cứu kỹ thuật dân dụng tại Đại học Manchester.

Hiện nay, có một số tranh chấp ở Anh giữa các nhà phát triển trang trại điện gió ngoài khơi về khả năng xảy ra hiệu ứng đuôi gió, Ouro cho biết. Theo ông, một phần nguyên nhân tranh chấp là do không chắc chắn về tác động chính xác của đuôi gió. Ngoài ra, do trang trại điện gió ngoài khơi được xây dựng theo cụm, rất khó đánh giá chúng có thể ảnh hưởng đến sản lượng năng lượng của nhau như thế nào.

"Vấn đề khác là turbine đang trở nên ngày càng lớn", Ouro nhấn mạnh. Các turbine cao hơn và cánh quạt của chúng ngày càng lớn hơn để thu nhiều năng lượng từ gió hơn. Mẫu turbine mới nhất có cánh quạt dài hơn 100 m, lớn ngang chiều dài của sân bóng đá. Trong số những turbine ngoài khơi lớn nhất, một turbine có thể cung cấp điện cho khoảng 18.000-20.000 hộ gia đình châu Âu trung bình. Nhưng sự gia tăng kích thước có thể làm trầm trọng thêm hiệu ứng đuôi gió vì đường kính rotor lớn hơn tạo ra vệt đuôi dài hơn.

Finserås từng chỉ đạo nghiên cứu phân tích đuôi gió của một trang trại gió dự kiến ở Na Uy có thể ảnh hưởng tiêu cực như thế nào đến một trang trại điện gió nằm xuôi hướng ở Đan Mạch. Finserås cảnh báo trừ khi vấn đề quản lý hiệu ứng đuôi gió được giải quyết, nó có thể dẫn đến xung đột pháp lý và chính trị, dẫn tới đầu tư vào năng lượng gió trở nên khó khăn hơn.

Từ góc độ đầu tư, ngay cả hiệu ứng đuôi gió tương đối nhỏ cũng có thể gây ra vấn đề cho nhà phát triển ngoài khơi. "Cần chi phí khổng lồ để xây dựng một trang trại điện gió ngoài khơi do quy mô đồ sộ của trang trại cũng như tất cả công việc phức tạp liên quan, bao gồm triển khai tàu chuyên dụng", Finserås giải thích. Để khoản đầu tư thu được lợi nhuận, nhà phát triển cần dự đoán lượng điện nhất định mà trang trại có thể sản xuất trong 25-30 năm, tuổi thọ điển hình của một trang trại điện gió. Ngay cả một sự giảm sút nhỏ ngoài mong đợi về sản lượng cũng có thể làm đảo lộn tính toán đầu tư này, khiến dự án không khả thi về mặt tài chính, Finserås nói.