Khảo sát: Sản xuất hydro từ sóng biển và giám sát gió tại Jeju - Tiên phong năng lượng tái tạo

Ngày 14 tháng 9, một chiếc tàu rời cảng Gosan, Jeju, sau khoảng 20 phút ra khơi, một cấu trúc bê tông sơn màu đen và đỏ hiện ra. Đây là trạm thử nghiệm phát điện từ sóng biển do Viện Nghiên cứu Cơ sở Hạ tầng Biển điều hành. Đại diện viện cho biết hôm đó biển khá êm, nhưng tàu vẫn bị lắc theo sóng.

Tại Jeju, nơi có nhiều thiết bị năng lượng tái tạo, việc sản xuất điện không chỉ quan trọng mà còn cần công nghệ lưu trữ và vận hành ổn định. Tại trạm thử nghiệm phát điện từ sóng biển, đang tiến hành thử nghiệm chuyển đổi điện năng thành hydro từ năng lượng biển, trong khi tại Trung tâm Năng lượng Gió Doosan, công việc phát hiện các dấu hiệu bất thường của tuabin gió bằng trí tuệ nhân tạo (AI) cũng đang diễn ra.
 
Trạm thử nghiệm phát điện từ sóng biển nằm giữa biển, là cơ sở thử nghiệm năng lượng biển đầu tiên ở châu Á với công suất 5MW, trải dài trên diện tích khoảng 1,04 triệu m². Trạm có 5 điểm neo ở độ sâu từ 15 đến 60m và được lắp đặt cáp ngầm cùng thiết bị kết nối dưới nước. Các thiết bị phát điện từ sóng và gió được phát triển bên ngoài được kết nối với lưới điện và có thể thử nghiệm hiệu suất và độ an toàn thực tế trên biển.

Cấu trúc bê tông trên biển nặng tới 10.000 tấn. Cấu trúc được lắp đặt bằng phương pháp caisson, tự giữ vững dưới nước nhờ trọng lượng của chính nó sau khi được chuyển từ đất liền ra biển. Kể từ khi được xây dựng vào khoảng năm 2016, cấu trúc này đã trải qua hơn 10 cơn bão nhưng không có bất kỳ sự cố nào xảy ra, theo thông tin từ viện.

Một bên của cấu trúc thử nghiệm có ống kim loại màu bạc để hút nước biển lên. Phía bên kia được kết nối với lưới điện trên đất liền qua cáp ngầm. Điện năng sản xuất từ thiết bị thử nghiệm có thể được gửi qua cáp ngầm về đất liền hoặc chuyển đổi thành hydro bên trong cấu trúc.

Tại đây, cũng đang tiến hành thử nghiệm sản xuất hydro từ điện năng được tạo ra từ sóng và gió. Đây là nỗ lực đầu tiên trong nước để sản xuất hydro xanh trực tiếp từ năng lượng biển. Bên trong cấu trúc có thiết bị điện phân công suất 100kW và các thiết bị điều khiển điện và truyền thông.

Khác với đất liền, việc cung cấp nước ngọt cần thiết cho quá trình điện phân trên biển là rất khó khăn. Do đó, nước biển được khử muối để sử dụng trong sản xuất hydro và nước biển cũng được dùng để làm mát thiết bị. Cấu trúc không có người ở được giám sát và điều khiển từ xa từ trung tâm điều hành trên đất liền và viện nghiên cứu ở Daejeon.

Tính đến nay, thời gian thử nghiệm sản xuất hydro đã vượt quá 720 giờ. Viện đang lắp đặt thêm thiết bị lưu trữ hydro và pin nhiên liệu. Mục đích là để thử nghiệm công nghệ chuyển đổi hydro đã sản xuất trở lại thành điện để sử dụng bên trong cơ sở.

Khi chuyển đổi điện thành hydro, quá trình này làm giảm năng lượng xuống khoảng 60% so với ban đầu. Tuy nhiên, hydro có thể được lưu trữ lâu dài và vận chuyển qua đường ống hoặc tàu. Điều này có thể được áp dụng trong các lĩnh vực mà việc xây dựng lưới điện từ biển xa về đất liền là khó khăn hoặc không thể thay thế trực tiếp bằng điện như nhiên liệu tàu.

Viện đánh giá rằng trình độ công nghệ hydro xanh biển trong nước đang tụt lại so với châu Âu. Thiết bị được lắp đặt tại trạm thử nghiệm Jeju là loại cố định công suất 100kW. Viện đặt mục tiêu kiểm chứng công nghệ sản xuất hydro nổi vào năm 2031 và mở rộng lên công suất MW.

Ông Kim Kyung-hwan, Trưởng phòng Nghiên cứu Phát triển Biển Thân thiện Môi trường của Viện Nghiên cứu Cơ sở Hạ tầng Biển, cho biết: "Để sản xuất hydro trên biển, cần phải khử muối nước biển và vận hành thiết bị từ xa để chịu được độ mặn và bão" và "chúng tôi đang phát triển công nghệ thực hiện tất cả các quá trình từ sản xuất, lưu trữ đến sử dụng hydro trên biển".
  
Trong khi thử nghiệm chuyển đổi điện năng thành hydro đang diễn ra trên biển, trên đất liền, công việc nhằm giảm thời gian ngừng hoạt động của tuabin gió cũng đang được tiến hành. Tại Trung tâm Năng lượng Gió Doosan trên đường Ora Nam, Jeju, 80 tuabin gió được lắp đặt tại 11 nhà máy trên toàn quốc đang được quản lý từ xa 24/7.

Trên màn hình của trung tâm, công suất và tình trạng hoạt động của các tuabin gió phân bố khắp Jeju và Jeollanam-do được hiển thị theo thời gian thực. Dữ liệu từ một tuabin có thể vượt quá 300 thông số. Nhân viên phân tích các tín hiệu như nhiệt độ và độ rung để đánh giá khả năng hỏng hóc và chuyển thông tin bảo trì cần thiết đến hiện trường.

Tuabin gió thường được lắp đặt ở vùng núi hoặc trên biển, nơi khó tiếp cận ngay lập tức khi xảy ra sự cố. Đặc biệt, trên biển, nếu sóng và gió mạnh, công nhân không thể vào hiện trường. Các bộ phận lớn có trọng lượng từ 10 đến 20 tấn, cần phải sử dụng cần cẩu lớn và tàu đặc biệt để thay thế. Do đó, việc phát hiện dấu hiệu bất thường trước khi tuabin ngừng hoạt động là rất quan trọng.

Doosan Enerbility sử dụng hệ thống vận hành từ xa tự phát triển mang tên 'WindLink' để thu thập và phân tích dữ liệu từ các tuabin. AI và thuật toán được sử dụng để phát hiện dấu hiệu bất thường từ dữ liệu hoạt động hiện có, và dựa trên kết quả phân tích, trung tâm yêu cầu nhân viên hiện trường kiểm tra hoặc thay thế bộ phận.

Đại diện Doosan Enerbility cho biết: "Từ một tuabin, có hơn 300 dữ liệu được gửi theo thời gian thực" và "chúng tôi phân tích dữ liệu từ xa để xác định loại bảo trì cần thiết và yêu cầu hành động tại hiện trường".

Doosan Enerbility đã cung cấp 98 tuabin gió tại Hàn Quốc, tổng công suất đạt 349,5MW. Trung tâm Năng lượng Gió quản lý 80 tuabin trong số đó. Tại Jeju, trung tâm đang theo dõi tình trạng hoạt động của 37 trong số 40 tuabin do Doosan cung cấp. Trong số 30 nhân viên làm việc tại trung tâm và các nhà máy, có 24 người đến từ Jeju.

Hiệu quả hoạt động của Trung tâm Năng lượng Gió vẫn chưa được xác nhận bằng số liệu. Bởi vì trung tâm mới mở cửa chưa lâu, nên chưa có đủ dữ liệu để so sánh trước và sau khi hoạt động. Doosan Enerbility đặt mục tiêu giảm 20% hiệu suất bảo trì trong quá trình bảo trì và sửa chữa bằng cách sử dụng AI và công nghệ số.

Ông Choi In-ho, Giám đốc Trung tâm Năng lượng Gió Doosan, cho biết: "Chưa có đủ dữ liệu để so sánh trước và sau khi trung tâm mở cửa, nên vẫn còn sớm để đưa ra số liệu về hiệu quả cải thiện tỷ lệ hoạt động" và "mục tiêu lớn nhất của bảo trì là ngăn ngừa hỏng hóc tối đa và giảm thời gian ngừng hoạt động của tuabin".