W= V2( ) ωr
3.3. Dự án biến năng lượng gió thành hydro
Theo báo cáo của Hiệp hội Năng lượng gió Hoa Kỳ thì năm 2006 có tới 11.600 MW công suất nguồn năng lượng gió đang vận hành ở Mỹ, và con số này sẽ tăng lên đáng kể vào cuối năm 2007. .
Năng lượng gió đang giành chỗ đứng vững chắc trong cân bằng năng lượng của Mỹ. Tuy nhiên con số về công suất lắp đặt này có thể khiến nhiều người dễ lầm tưởng, nhất là đối với những ai không quen thuộc với sản xuất điện năng.
Ở Mỹ, các công trình năng lượng gió phát điện được đủ công suất chỉ cỡ khoảng 10% thời gian. Hệ số phát điện trung bình của tất cả các công trình năng lượng gió ở Mỹ chỉ nằm trong khoảng từ 30 đến 35%. Hệ số phát điện thấp này cộng với tính khí thất thường của năng lượng gió (khó có thể biết
Loan
trước khi nào gió thổi và thổi mạnh đến mức độ nào) chính là những thách thức riêng đối với ngành năng lượng này.
Xcel và Phòng thí nghiệm quốc gia về năng lượng tái tạo (National Renewable Energy Laboratory – NREL) đã phát động một dự án trình diễn tại Trung tâm Năng lượng gió quốc gia tại Golden (bang Colorado) với mục tiêu giảm nhẹ các thách thức nói trên và những hạn chế liên quan tới việc phát điện bằng sức gió. Dự án trình diễn mang tên “Biến năng lượng gió thành hyđro (Wind-to-Hydrogene-Wind2H2) ghép nối tuabin gió với các bộ điện phân, đưa dòng điện phát ra từ năng lượng gió qua nước để tách chất lỏng này thành hyđro và ụxy. Cỏc nhà nghiên cứu có kế hoạch tích trữ hyđro và sử dụng khí này để phát điện nhờ động cơ đốt trong hoặc pin nhiên liệu. Theo website của NREL thì mục đích của dự án là “nõng cao hiệu quả của hệ thống sản xuất hyđro từ nguồn năng lượng tái tạo với sản lượng đủ lớn, và với chi phí đủ thấp để có thể cạnh tranh với các nguồn năng lượng truyền thống như than đá, dầu và khí tự nhiờn.” . Mặc dầu hyđro là nguyên tố thường gặp nhất trong vũ trụ nhưng trên trái đất, nguyên tố này không tồn tại ở dạng đơn chất. Muốn có, phải hoặc là điện phân nước hoặc tách ra từ khí tự nhiên. Hai qui trình này đều cần đến rất nhiều năng lượng, mà nếu như năng lượng này được sản xuất từ các công nghệ phát điện truyền thống sẽ tạo ra khí nhà kính và cỏc phỏt thải có hại khác. Vì vậy, sử dụng năng lượng gió để tạo ra hyđro có thể tích trữ được và sử dụng khi cần thiết thì có thể biến hyđro thành “nhiờn liệu hoàn hảo”, như lời phát biểu của ông Richard Kelly, chủ tịch và giám đốc điều hành của Xcel Energy tại buổi giới thiệu công trình dự án hồi tháng 4 năm 2007.
Dự án Wind2H2 kết nối hai tuabin gió tốc độ thay đổi, một tuabin gió Northern Power Systems 100 kW và một tuabin gió Bergey 10 kW, với các bộ điện phân. Các bộ điện phân này, thiết bị nén hyđro để tích trữ, bốn bình chứa hyđro cỡ lớn, máy phát cùng với động cơ chạy bằng hyđro và phòng
Loan
điều khiển từ đó có thể theo dõi qui trình này, tất cả đếu được bố trí trong một toà nhà mới xây dựng riêng cho dự án.
Năng lượng từ tuabin gió 10 kW sẽ được biến đổi thành “dũng điện xoay chiều hoang dó” (thay đổi cả về biên độ và tần số) thành dòng điện một chiều. Dòng điện một chiều này sau đó sẽ được sử dụng để sản xuất hyđro từ nước, thông qua các bộ điện phân. Năng lượng của tuabin gió 100 kW sẽ được lấy từ bộ điều khiển sẵn có, ở điện áp khoảng từ 750 V tới 800 V một chiều trên thanh cái. Điện áp này quá cao, không thể đưa vào các bộ điện phân, do vậy các nhà nghiên cứu sẽ thiết kế thiết bị điện tử cần thiết để biến đổi từ điện áp một chiều này sang điện áp một chiều thấp hơn để có thể sử dụng cho bộ điện phân. . Theo thông báo của NREL trên phương tiện thông tin đại chúng thì dự án Wind2H2 có hai mục tiêu chủ yếu. Trước tiên, nó nhằm đạt được hiệu quả cao hơn thông qua các mạch đấu nối điện tử duy nhất, tích hợp, biến đổi dòng xoay chiều sang dòng một chiều và dòng một chiều sang dòng một chiều giữa các tuabin gió và các bộ điện phân. Các mạch này sẽ giảm bớt các thành phần trùng lặp trong tuabin gió và các bộ điện phân nhằm giảm chi phí và tăng hiệu quả chung của hệ thống.
Thứ hai, cho phép các nhà nghiên cứu so sánh rất nhiều các công nghệ điện phân, kể cả các bộ điện phân kiềm và màng trao đổi prụton, đánh giá hiệu quả và khả năng đưa vào và tách ra khỏi mạch một cách nhanh chóng. Ông Kelly phát biểu trước các vị khách dự buổi giới thiệu công trình: “Bằng cách kết hợp tuabin gió với sản xuất hyđro, chúng tôi tạo ra sức mạnh tổng hợp có khả năng giảm một cách có hệ thống các nhược điểm của mỗi công nghệ. Năng lượng gió thất thường được biến đổi thành nhiên liệu dự trữ có thể sử dụng bất cứ lúc nào, đồng thời tạo ra phương cách hoàn toàn thân thiện với môi trường để thu được hyđro, cấp điện cho các hộ gia đình chúng ta và có thể là sau này cho cả xe ụtụ.”
Loan
Năm 2005, Xcel Energy và NREL đã tiến hành nghiên cứu nhằm xác định liệu có thể sản xuất một cách kinh tế hyđro dùng trong vận tải bằng năng lượng gió hay không. Đã nghiên cứu hai trường hợp, thứ nhất, hyđro được sản xuất tại trại năng lượng gió sau đó vận chuyển hyđro tới điểm sử dụng. Công trình nghiên cứu thứ hai nhằm vào phương pháp sản xuất hyđro tại điểm sử dụng bằng năng lượng gió truyền tải qua lưới điện đến từ một số trại gió. Trong cả hai bản nghiên cứu này, người ta đều sử dụng các bộ điện phân nhiệt độ thấp để biến năng lượng gió thành hyđro.