Buzz
Biến đổi Khí hậu Có Thể Làm Giảm Hiệu Suất Của Các Trang Trại Gió
Các trang trại gió lớn ngoài khơi năng lượng cho sự chuyển đổi của châu Âu thành xã hội không carbon, trong khi hàng loạt các cột quay trên trái tim nước Mỹ tạo ra đủ năng lượng để cung cấp điện cho 25 triệu ngôi nhà ở Hoa Kỳ. Nhưng một nghiên cứu mới dự đoán rằng biến đổi khí hậu sẽ làm suy giảm sức mạnh của gió đi qua hầu hết Bán cầu Bắc, có thể dẫn đến sự giảm mạnh trong nguồn năng lượng gió sạch.
Điều này xảy ra bởi vì sự chênh lệch nhiệt độ giữa Cực Bắc và xích đạo, điều đẩy năng lượng khí quyển dưới dạng gió và hệ thống bão, đang giảm khi Bắc Cực trở nên ấm lên. Bắc Cực ấm lên có nghĩa là sự chênh lệch nhiệt độ giảm và do đó gió yếu hơn trên toàn Trung Hoa Kỳ, Vương quốc Anh, Bắc Trung Đông và một số khu vực của châu Á. Đây chỉ là một trong nhiều ảnh hưởng liên quan đến thời tiết mà các nhà khoa học dự đoán có thể xảy ra khi lượng khí CO2 giữ nhiệt tăng trong không khí Trái đất—from cơn bão mạnh đến vòng xoáy Bắc cực yếu hơn.
“Kết quả của chúng tôi không chỉ là sức mạnh gió giảm về không, mà là giảm khoảng 10% trên các khu vực rộng lớn,” nói Kristopher Karnauskas, một nhà khoa học khí hậu tại Đại học Colorado Boulder và tác giả chính của nghiên cứu mới được xuất bản vào thứ Hai trong tạp chí Nature Geoscience. “Nhưng nó không phải là chuyện đùa.”
Gió đạt năng lượng của mình từ sự bất ổn giữa các khu vực trên thế giới—ở Bán cầu Bắc, từ sự bất ổn giữa xích đạo và Cực Bắc. "Đó là lý do tại sao chúng ta có một cuộc diễu hành không ngừng của hệ thống thời tiết," nói Karnauskas. "Chúng xuất hiện vì sự chênh lệch này về năng lượng giữa xích đạo và cực. Vì Bắc Cực đang ấm lên nhanh hơn rất nhiều so với phần còn lại của thế giới, bạn có thể tưởng tượng cách nó thay đổi độ dốc."
Ở dưới, mọi thứ có lẽ sẽ khác. Dưới một số mô hình dự đoán biến đổi khí hậu, Bán cầu Nam sẽ chứng kiến gió mạnh hơn do sự chênh lệch nhiệt độ giữa đất và biển ở phương nam sẽ tăng. Thay đổi mô hình gió ở Bán cầu Nam cũng có thể có những ảnh hưởng khác, bao gồm đẩy những khối nước ấm ra khỏi bờ biển châu Nam Cực và làm tan chảy băng tuyết từ dưới lên mức nhanh hơn.
Karnauskas và đồng nghiệp sử dụng một số kịch bản khí hậu từ báo cáo IPCC mới nhất và kết hợp chúng với một công thức mà ngành công nghiệp gió sử dụng để xác định được bao nhiêu điện một tuabin có thể sản xuất. Nghiên cứu sử dụng 10 mô hình khí hậu, mỗi mô hình sử dụng mức độ khác nhau của nồng độ khí CO2 trong khí quyển vào năm 2050 và 2100. Cùng với đó, dữ liệu này cho thấy mô hình thời tiết thay đổi sẽ gây ra giảm 8 đến 10 phần trăm trong gió trên hầu hết Bán cầu Bắc vào năm 2050, với giảm 14 đến 18 phần trăm vào cuối thế kỷ. “Hầu hết dân số và trang trại gió ở Bán cầu Bắc,” Karnauskas nói.
Và một giảm nhỏ trong lượng gió có thể dịch thành một giảm lớn trong lượng năng lượng gió được tạo ra bởi tuabin. “Tổng lượng năng lượng từ các trang trại gió sẽ giảm đáng kể,” Geoff Spedding, giáo sư kỹ thuật hàng không và cơ khí tại Đại học Nam California, người không tham gia vào nghiên cứu, nói. Đó là vì công suất là tỉ lệ bình phương của tốc độ gió—do đó, Spedding tính toán rằng một giảm 10 phần trăm trong công suất gió sẽ dẫn đến một giảm gần 30 phần trăm trong năng lượng có nguồn gốc từ gió.
Điều đó không có nghĩa là tiềm năng của năng lượng gió sẽ biến mất. Karnauskas cho biết biến đổi khí hậu sẽ chỉ là "di chuyển tiềm năng năng lượng gió từ phía bắc sang phía nam." Nghiên cứu tính toán những địa điểm tiềm năng năng lượng gió nổi bật ở những nơi như Đông Úc, Tây Phi và bờ biển Brazil, ví dụ. Những người thua lớn có lẽ sẽ là Trung Hoa Mỹ và Scandinavia, những nơi năng lượng gió đã tăng mạnh trong những năm gần đây. Loại di chuyển đó có thể mang lại những người chơi mới trong cuộc đua gió toàn cầu, đặc biệt nếu có cách kinh tế và hiệu quả để lưu trữ năng lượng này.
Spedding lưu ý rằng các nhà điều hành trang trại gió thường phải đối mặt với sự biến động về tốc độ và hướng gió — họ có thể sẽ tìm ra cách bù đắp cho một tương lai với ít gió hơn. Ý tưởng này được chia sẻ bởi một tác giả khác trên bài báo nghiên cứu, người nghiên cứu về "hơi thở" không khí hỗn loạn được tạo ra sau cánh quạt quay của tuabin gió cao 300 feet, làm giảm năng lượng có sẵn cho tuabin ở hướng gió. Julie Lundquist, nhà khoa học khí tượng học tại ĐH Colorado, cho biết các nhà nghiên cứu đang xem xét cách để đưa thế hệ tuabin tiếp theo cao hơn khỏi mặt đất, nơi gió di chuyển nhanh hơn. Họ có thể đặt tuabin trên diều chẳng hạn, hoặc thay đổi vị trí của từng tuabin để giảm bớt hơi thở theo sau.
“Các trang trại gió hiện tại sẽ không ngừng hoạt động,” Lundquist nói. “Nhưng chúng ta nên cảnh báo để tìm kiếm các dấu hiệu của sự thay đổi.” Hoa Kỳ hiện nay chiếm khoảng 5% điện năng từ tuabin gió, mặc dù năm bang ở Miền Tây tạo ra hơn 20% điện năng từ nguồn năng lượng tái tạo này. Hi vọng cho trang trại gió ngoài khơi bờ biển Đông vừa bị đánh bại khi Cape Wind rút phích cắm khỏi một hoạt động giữa Long Island và Martha’s Vineyard sau sự phản đối mạnh mẽ từ cộng đồng địa phương. Nhưng các nhà phát triển và quan chức bang tại Maryland, Virginia và Bắc Carolina hi vọng rằng các dự án trong những vùng nước đó sẽ sớm thay thế năng lượng than bằng năng lượng gió. Tất nhiên, nếu những cơn gió đó giảm đi, trang trại gió trong tương lai có thể bị bỏ lại — hoặc ít nhất là đang tìm kiếm công nghệ mới để duy trì năng lượng xanh.
