Năng lượng tái tạo (NLTT) đang được xem là giải pháp thay thế tiềm năng cho những nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt do tác động của biến đổi khí hậu trên toàn cầu [1]. Các giải pháp sử dụng năng lượng tái tạo sẽ giúp giảm thiểu khí thải gây ô nhiễm môi trường, giảm sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch và góp phần quan trọng trong việc chuyển đổi sang một hệ thống năng lượng sạch, giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi tường và sức khỏe con người. Trong bối cảnh xã hội càng phát triển thì vai trò của năng lượng tái tạo lại càng được thể hiện rõ, việc đảm bảo nguồn cung cấp năng lượng tái tạo bền vững và ổn định đang là mục tiêu quan trọng của toàn nhân loại [2].
Các nguồn năng lượng tái tạo bao gồm năng lượng sinh học, thủy điện, nhiệt địa cầu, năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng sóng và năng lượng thủy triều. Đứng trước bài toán lớn về năng lượng của thế giới và khủng hoảng điện năng, năng lượng gió được xem là một trong những giải pháp tiềm năng đáp ứng nhu cầu một cách bền vững [3]. Năng lượng gió đang là một trong những hình thức năng lượng tái tạo phổ biến nhất với một trong những điểm mạnh là tính sạch sẽ và không gây khí thải. Một trong những ưu điểm khác của năng lượng gió là khả năng tái tạo và tiềm năng còn rất lớn. Điều này giúp đảm bảo rằng năng lượng gió có thể sử dụng trong suốt thời gian dài mà không cần lo ngại về cạn kiệt nguồn tài nguyên. Tuy nhiên, việc xác định tiềm năng gió cũng rất quan trọng, bởi đó là nền tảng giúp các nhà hoạch định chính sạch và hỗ trợ nhà đầu tư đưa ra các quyết định đầu tư và phát triển các dự án năng lượng gió.
Hiện nay, trên thế giới xác định tiềm năng năng lượng gió nói riêng và năng lượng tái tạo nói chung vẫn luôn là chủ đề lớn được các nhà khoa học và các nhà quản lý quan tâm. Theo báo cáo của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) [4], cho đến năm 2050, 80% nguồn cung cấp năng lượng cả thế giới có thể đến từ các nguồn năng lượng tái tạo và năng lượng gió sẽ đóng vai trò tạo điện vào năm 2050. Cùng với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, các dự án năng lượng gió ngoài khơi đã trở thành một xu hướng nghiên cứu tiềm năng tại nhiều quốc gia [5]. Tại Tây Ban Nha cũng như một số nước Châu Âu như Đan Mạch, Hà Lan, Thụy Điển…, việc sản xuất năng lượng gió ngoài khơi đã trải qua sự tăng trưởng đáng kể trong 5 năm với công suất lắp đặt lên tới gần 8000 MW, tuy nhiên sự phát triển của công nghệ này đang bị hạn chế với một số đặc điểm về địa hình xã hội cũng như thiếu sự ổn định về môi trường nhằm đảm bảo đầu tư [6]. Tại Nhật Bản, tiềm năng năng lượng gió tại bờ biển khu vực Kanto được ước tính dựa trên các tiêu chí kinh tế và xã hội thông qua Hệ thống thông tin địa lý (GIS) [7]. Nếu không xem xét bất kỳ yếu tố kinh tế hoặc xã hội nào, tổng tiềm năng năng lượng gió dọc bờ biển khu vực này sẽ đạt 287 TWh/năm.
Việt Nam là một trong những quốc gia được biết đến có tiềm năng lớn trong việc phát triển năng lượng gió. Không chỉ dọc đường bờ biển trải dài từ Bắc xuống Nam mà ngay cả các vùng đồi núi, thung lũng, và khu vực ngoài khơi đều là những nơi có khả năng xem xét việc khai thác năng lượng gió hiệu quả. Việt Nam cũng đã và đang có rất nhiều những nghiên cứu về mặt kĩ thuật để phát triển năng lượng gió. Trong báo cáo “Tiềm năng năng lượng gió, sóng ngoài khơi tại các vùng biển Việt Nam” [8] của bộ Tài nguyên và Môi trường công bố tháng 3 năm 2022 nhận định rằng các khu vực có khả năng khai thác năng lượng gió tốt nhất ở nước ta là khu vực Bình Định, Ninh Thuận, Bình Thuận đến Cà Mau và một phần vùng biển trung tâm Vịnh Bắc Bộ. Báo cáo trên đã sử dụng số liệu tái phân tích tại độ cao 100 m để tính toán, kết quả cho thấy tiềm năng năng lượng gió ở mức tốt đến rất tốt tại một số khu vực biển Ninh Thuận đến Bà Rịa - Vũng Tàu với tốc độ trung bình từ 8-10 m/s và mật độ năng lượng trung bình phổ biến từ 600 đến 700 W/m2. Ngoài ra, phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn đến 2050, gọi tắt là Quy hoạch điện VIII (PDP8) [9] được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt theo Quyết định 500/QĐ-TTg ngày 15/5/2023 cũng đã cung cấp nhiều thông tin về khả năng phát triển điện gió tại Việt Nam, bao gồm điện gió khu vực đất liền và điện gió ngoài khơi theo từng giai đoạn cho đến năm 2045. Trong đó tại khu vực điện gió trên bờ và gần bờ, tổng quy mô tiềm năng điện gió khá lớn khoảng 217 GW và chủ yếu là tiềm năng gió thấp (4,5-5,5 m/s) khoảng 163 GW. Chi phí đầu tư điện gió trong tương lai có xu hướng giảm dần, đặt trong bối cảnh giai đoạn 2045, mặc dù nhiều nhận định cho rằng chỉ có khu vực tiềm năng gió cao (trên 6 m/s) và gió tiềm năng gió trung bình (5,5-6 m/s) mới có hiệu quả về mặt kinh tế tuy nhiên tổng năng lượng gió tiềm năng của hai khu vực này tại vùng trên bờ và gần bờ Việt Nam tương đối thấp (lần lượt là 24 GW và 30 GW) và tập chung chủ yếu tại Tây Nam Bộ, Tây Nguyên và Nam Trung Bộ. Trong khi đó điện gió ngoài khơi tại Việt Nam có tổng tiềm năng kỹ thuật khoảng 160 GW và khu vực có tiềm năng gió cao và tiềm lực kinh tế tốt nằm ở phía Nam Trung Bộ (Bình Thuận, Ninh Thuận, Khánh Hòa) với tổng tiềm năng khoảng 80 GW với tốc độ gió trên 7-9 m/s, ngoài ra, khu vực còn lại ở Trà Vinh, Hà Tĩnh và Quảng Ninh có tốc độ gió thấp hơn (6- 7 m/s). Bên cạnh đó, dự thảo này cũng đưa ra một số giải pháp nhằm tăng cường phát triển điện gió tại Việt Nam, như chú trọng đầu tư vào các cơ sở hạ tầng, phát triển các dự án điện gió quy mô lớn, tăng cường năng lực kỹ thuật và tăng cường quản lý, giám sát các hoạt động điện gió.
Nhìn chung, các nghiên cứu về tiềm năng điện gió đã cung cấp những thông tin có giá trị về hiện trạng năng lượng gió tại Việt Nam cũng như đưa ra nhận định về các khu vực tiềm năng để phát triển. Bên cạnh đó, nhằm phục vụ cho việc tiếp cận dễ hơn các thông tin về tiềm năng năng lượng gió đối với các bên liên quan, tập bản đồ (Atlas) gió và năng lượng gió được coi là một công cụ hỗ trợ hữu ích và đem lại hiệu quả. Sáng kiến về bộ atlas năng lượng gió đầu tiên trên thế là của Cộng đồng Châu Âu được xây dựng từ những năm giữa thế kỷ XX. Ngoài ra, tại một số nước phát triển như Mỹ, Châu Âu, Trung Quốc… các bộ atlas về năng lượng gió đã được xây dựng từ những năm cuối của thế kỉ XX. Ở khu vực Châu Á, atlas năng lượng gió đã được nhiều nước trong khu vực xây dựng và phát triển như Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc. Đặc biệt, trong dự án đánh giá tài nguyên năng lượng gió do Ngân hàng thế giới (WB) tài trợ, công ty TrueWind của Hoa Kỳ (2021) [10] đã xây dựng tập atlas năng lượng gió cho khu vực Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam. Tuy vậy bộ atlas này mới chỉ thể hiện những tiềm năng chung về năng lượng gió mà chưa xem xét tới các yếu tố về địa hình, phân loại sử dụng đất... để xác định cụ thể khu vực có khả năng xây dựng các nhà máy điện gió. Và đứng trước những bài toán đặt ra về năng lượng gió đối với sự phát triển năng lượng tại Việt Nam, cần thiết có cách xây dựng một bộ dữ liệu chuẩn và đánh giá nhằm khai thác và phát triển hiệu quả tiềm năng năng lượng gió trong tương lai, nhất là khu vực ven biển và ngoài khơi.
Quá trình nghiên cứu đã sử dụng mô hình khí hậu khu vực RCM để mô phỏng trường gió trên khu vực Biển Đông cho giai đoạn 20 năm, từ 2000 đến 2019. Kết quả mô phỏng được so sánh với số liệu tái phân tích ERA5 và dữ liệu quan trắc tại 13 trạm khí tượng mực tiêu chuẩn 10 m cũng như dữ liệu gió tại độ cao 80 m từ dự án đo gió của GIZ. Trường gió mô phỏng bởi RCM sau đó được sử dụng để tính toán năng lượng gió tiềm năng cho khu vực Biển Đông tại nhiều mực độ cao, trong đó kết quả tại mực 100 m được phân tích và so sánh với một số dữ liệu tương tự. Một số kết quả chính của nghiên cứu được tóm tắt như sau: (1) Tốc độ gió mô phỏng bởi RCM có độ chính xác cao hơn với sai số MAE và RMSE đều nhỏ hơn so với sai số từ ERA5 ở phần lớn các trạm, cả ở mực 10 m và mực 80 m. Khi so sánh tương quan và độ lệch chuẩn, mô phỏng từ RCM cũng thể hiện tốt hơn đáng kể so với ERA5. (2) Có sự tương đồng về phân bố không gian năng lượng gió trên Biển Đông giữa kết quả sử dụng trường gió từ mô hình RCM với dữ liệu từ “Báo cáo tiềm năng năng lượng gió, sóng ngoài khởi tại các vùng biển Việt Nam” [8] của Bộ TM&MT cũng như dữ liệu từ “Global Wind Atlas” tài trợ bởi WB. Về mặt giá trị, năng lượng gió tính toán từ mô phỏng trường gió bởi RCM nhìn chung thiên cao hơn so với kết quả trong “Báo cáo tiềm năng năng lượng gió, sóng ngoài khởi tại các vùng biển Việt Nam” của Bộ TM&MT.
Mặc dù vậy, nghiên cứu này vẫn tồn tại một số hạn chế như: (1) Các tính toán từ tốc độ gió sang năng lượng gió mới chỉ sử dụng công thức lý thuyết mà chưa xét đến những giả thiết như ảnh hưởng chi tiết mặt đệm và tương tác với các công trình…; (2) Số liệu để so sánh, đánh giá còn thiếu và chủ yếu ở khu vực đất liền, ven biển. Tuy vẫn còn một số tồn tại như đã đề cập ở trên, song kết quả của nghiên cứu này cũng là một nguồn tham khảo đối với phát triển quy hoạch và xây dựng dự án điện gió trên biển trong tương lai. |