Dự án tiêu biểu

Khai thác Dòng chảy Vịnh cho Năng lượng Tái tạo

Dòng chảy Vịnh, ranh giới phía tây khổng lồ hiện tại ngoài khơi bờ biển phía đông của Bắc Mỹ, chuyển nước từ Vịnh Mexico về phía bắc và phía tây qua Đại Tây Dương. Có rất nhiều năng lượng trong nước chuyển động nhiều và các nhà nghiên cứu đang cố gắng sử dụng nó.

Mặc dù đường đi của Dòng chảy Vịnh thay đổi (các nhà nghiên cứu cho biết nó hoạt động giống như một chiếc vòi trong vườn đang uốn éo), nhưng ở một số điểm, nó vẫn tương đối ổn định. Tại một điểm như vậy ngoài khơi Cape Hatteras, Bắc Carolina, các nhà nghiên cứu đã thả neo và dụng cụ nghiên cứu để nghiên cứu dòng điện với mục tiêu cuối cùng là khai thác nó cho năng lượng tái tạo.

Một thiết bị neo đậu, phao ngầm và các thiết bị giám sát khác được triển khai gần đây thu thập các phép đo đặc trưng cho dòng chảy và xác định khối lượng nước đại dương trong khu vực, thông tin chính trong các mục tiêu năng lượng tái tạo dài hạn. Mike Muglia, trợ lý giáo sư nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Bờ biển của Đại học East Carolina ở Wanchese, Bắc Carolina, là một phần của nhóm đã triển khai một bộ công cụ mang tính hợp tác cao vào tháng 10.

Đo dòng cho năng lượng tái tạo

Muglia, người cũng là trợ lý giám đốc của Chương trình Năng lượng Đại dương Tái tạo Bắc Carolina (NCROEP) cho biết, việc triển khai vào tháng 10 chỉ là một bước gần đây trong một chuỗi dài các hoạt động giám sát ngoài khơi Cape Hatteras. NCROEP là một nỗ lực do chính phủ tiểu bang hỗ trợ đa thể chế nhằm khai thác Dòng chảy vùng Vịnh cho năng lượng tái tạo. Nó được đặt tại Viện Nghiên cứu Duyên hải ở Wanchese.

Phao được triển khai là một phao dưới bề mặt đang được phát triển bởi nhóm Chương trình Đánh giá và Kiểm tra Hệ thống Đại dương của Cơ quan Khí quyển và Đại dương Quốc gia (OSTEP) do Robert Heitsenrether dẫn đầu. Nhóm của Muglia đã triển khai CTD - đo độ dẫn điện, nhiệt độ và áp suất (độ sâu) - tại các vị trí của chúng trong cột nước. Họ đặt một cái ở phao, cách mặt nước 100 mét; sâu 165 mét nữa; và một ở đáy neo sâu 250 mét. Các phép đo được thu thập bởi ba CTD sẽ giúp các nhà nghiên cứu xác định các khối lượng nước khác nhau hiện diện tại vị trí đó.

Cape Hatteras là một địa điểm độc đáo vì một số khối nước khác nhau, một số từ hàng ngàn dặm, tập trung lại ở đó.

“Có một chút nước ở Nam Cực chảy dọc theo chân suối. Và sau đó bạn xuống sâu hơn và bạn có một ít nước từ Biển Labrador ở phía bắc. Và sau đó bạn đi sâu hơn và bạn có nước từ Iceland, ”Muglia nói.

Chiếc phao này, được nhìn thấy ở đây trong quá trình triển khai vào tháng 10, sẽ thu thập thông tin về Dòng chảy Vịnh trong một năm. (Nhà cung cấp hình ảnh: John McCord / Viện Nghiên cứu Duyên hải)

Nhóm nghiên cứu cũng đang sử dụng các thiết bị đo dòng điện doppler âm thanh có thể đo dòng điện trong toàn bộ cột nước. Một chiếc ở đáy neo và chiếc còn lại nằm trên phao chìm dưới mặt biển 100 m.

Muglia cho biết, bất kỳ dây neo hoặc trụ neo nào cho một cấu trúc tạo ra năng lượng sẽ cần phải chịu được các dòng điện thay đổi tốc độ và thậm chí hướng ở các độ sâu khác nhau. Các khối nước khác nhau di chuyển theo các hướng khác nhau với tốc độ khác nhau có thể gây ra nhiều áp lực cho việc neo đậu.

Một nỗ lực hợp tác ngay từ đầu

Đây không phải là lần đầu tiên Muglia hợp tác với OSTEP để triển khai phao. Việc hợp tác cung cấp cho OSTEP cơ hội để kiểm tra thiết bị của họ ở một khu vực thích hợp mà anh ấy biết rõ và cung cấp cho nhóm của Muglia thông tin hải dương học như vận tốc, nhiệt độ và độ mặn hiện tại trong khu vực tập trung của họ cho năng lượng Gulf Stream.

OSTEP nghiên cứu và phát triển các hệ thống đo lường phục vụ mục đích hải dương học. Phao được triển khai vào tháng 10 "đo [các] dòng chảy trong môi trường nước sâu, dòng chảy cao", theo thông báo của Viện Nghiên cứu Duyên hải về dự án.

Muglia cho biết, thiết bị đo dòng điện doppler âm thanh mà nhóm của ông đã triển khai các phép đo dòng điện với độ phân giải từ bốn mét đến khoảng bốn mươi mét dưới bề mặt cứ sau 10 phút, Muglia nói.

Phao của OSTEP sẽ đo cột nước ở độ phân giải tốt hơn nhiều: khoảng một mét. Ông nói, hai hệ thống đo lường hiện tại sẽ bổ sung cho nhau một cách độc đáo.

Đây là lần thứ hai thử nghiệm thiết bị tương tự sau lần thử đầu tiên không thu thập được đầy đủ dữ liệu trong một năm.

Hai thiết bị khác được gắn vào phao neo, Muglia nói.

Lindsay Dubbs, đồng nghiệp của Muglia tại Viện Nghiên cứu Bờ biển, đã gắn một chiếc hydrophone âm thanh thụ động để lắng nghe các loài động vật biển. Hiểu biết về những loài động vật nào trong khu vực sẽ là thông tin cần thiết trong bất kỳ quá trình cho phép nào trong tương lai đối với một cấu trúc tạo ra năng lượng. Các quan sát hydrophone là một phần trong nỗ lực của nhóm nhằm tìm hiểu các tác động môi trường tiềm ẩn của các cấu trúc này và cố gắng giảm thiểu chúng.

Joy Young, ở Florida Atlantic Coastal Telemetry, đã đóng góp một bộ thu âm thanh vào phao dưới bề mặt, chiếc phao này sẽ ghi nhận sự hiện diện của những con cá được gắn thẻ. Đối với một số loài động vật, khu vực Cape Hatteras đóng vai trò là ranh giới phía bắc hoặc phía nam cho phạm vi của chúng.

Các nhà nghiên cứu chuẩn bị triển khai một bộ công cụ nghiên cứu ngoài khơi Cape Hatteras, Bắc Carolina. (Nhà cung cấp hình ảnh: John McCord / Viện Nghiên cứu Duyên hải)

Tiến bộ để đạt được mục tiêu

Nhóm của Muglia đã nghiên cứu lĩnh vực này trong bảy hoặc tám năm, ông nói. Nghiên cứu này nhằm phục vụ mục tiêu cuối cùng là thu hoạch năng lượng tái tạo từ Dòng chảy Vịnh. Biến điều đó thành hiện thực sẽ dựa vào nhiều hơn là nghiên cứu tốt.

Khi nào chính xác thì người dân Bắc Carolini có thể có điện Gulf Stream để giữ đèn và sạc điện thoại của họ "là một câu hỏi chính trị nhiều hơn", Muglia viết trong một email tiếp theo.

North Carolina là một trong những bang duy nhất dành tiền để phát triển năng lượng dòng hải lưu. Tại thời điểm này, nó hoàn toàn dành cho nghiên cứu và phát triển. Hồ Worth, Florida , có thể sẽ là nơi đầu tiên Dòng chảy Vịnh được khai thác để cung cấp điện.

“Sau khi thể hiện thành công ở đó, Cape Hatteras là nơi có khả năng tiếp theo để xem xét,” Muglia viết.

NCROEP sẽ thử nghiệm một chiếc diều dưới nước do nhóm nghiên cứu của Chris Vermillion tại Đại học Bang North Carolina phát triển có thể được sử dụng ở Gulf Stream vào cuối năm nay. Họ sẽ kéo nó sau một chiếc thuyền trong hồ nội địa, một bước để thử nghiệm thứ gì đó trong dòng hải lưu.

Muglia viết: “Tôi dám suy đoán rằng chúng tôi có thể thử nghiệm thứ gì đó quy mô nhỏ ở đó trong 5 năm.

Trước khi bất kỳ tuabin cố định nào có thể được đặt trong Dòng chảy Vịnh, các câu hỏi về kinh phí và việc cấp phép sẽ phải được trả lời. Dữ liệu được tạo ra từ việc triển khai công cụ gần đây nhất này có thể giúp trả lời chúng.