Trong nhiều năm qua, quy mô công nghệ tua bin gió ngoài khơi đã tăng với tốc độ rất nhanh. Theo tham luận từ ông Zhang Ming Hui, Giám đốc Điện gió ngoài khơi khu vực châu Á - Thái Bình Dương, sau năm 2023, ngành công nghiệp đã bước vào giai đoạn phát triển các tua bin công suất từ 16-26 MW. Kích thước roto quạt, chiều cao và tải trọng tác động lên toàn bộ hệ thống cũng tăng mạnh.

Sự gia tăng về quy mô giúp mỗi tuabin tạo ra nhiều điện hơn, nhưng đồng thời tạo ra những bài toán kỹ thuật phức tạp hơn. Với các cánh tuabin có kích thước rất lớn, tương tác khí động học và kết cấu, khoảng cách an toàn giữa cánh và tháp, độ bền mỏi cùng khả năng kiểm tra, bảo dưỡng trở thành những yếu tố chi phối thiết kế.

Hệ thống cáp ngầm là “mạch máu” đưa điện từ biển vào bờ. (Ảnh minh họa)

Đối với Việt Nam, bài toán này còn khó hơn bởi điều kiện bão và môi trường biển. Theo GS.TS Đinh Quang Cường - Viện Xây dựng và Công trình biển, tài nguyên gió là cơ sở quan trọng để đánh giá tính khả thi, nhưng điều kiện gió cực đoan phải được xem xét đặc biệt khi thiết kế công trình. Một hệ thống điện gió không thể chỉ được tính toán theo điều kiện vận hành thông thường mà phải chịu được các tổ hợp tải trọng gồm gió, sóng, dòng chảy, thủy triều, xói mòn, sinh vật bám, động đất và những tải trọng bất thường khác.

Tuabin càng lớn, yêu cầu xác minh càng cao

Theo kinh nghiệm quốc tế được các chuyên ra tại Hội thảo “Điện gió Việt Nam - Chia sẻ góc nhìn và kết nối” cho rằng, mỗi bước nhảy vọt về quy mô tua bin thường đi kèm một giai đoạn tỷ lệ hỏng hóc cao trong những năm đầu vận hành. Các dạng sự cố cũng đang thay đổi. Nếu trước đây những hư hỏng cơ khí như hộp số, máy phát hay ổ đỡ chính là mối quan tâm lớn, thì các rủi ro mới ngày càng tập trung vào cánh tuabin, hệ thống điều chỉnh góc nghiêng, bộ chuyển đổi điện và phần mềm điều khiển.

Đối với điện gió ngoài khơi, một sự cố không chỉ được tính bằng chi phí sửa chữa. Khả năng tiếp cận thiết bị bị phụ thuộc vào thời tiết, đội tàu chuyên dụng và chuỗi cung ứng phụ tùng. Vì vậy, chiến lược bảo dưỡng đang chuyển dần từ “sửa nhanh khi hỏng” sang phòng ngừa, giám sát tình trạng và phát hiện nguy cơ từ sớm.

Cách để giảm rủi ro của các công nghệ quy mô lớn là đưa hoạt động xác minh và thử nghiệm vào sớm hơn, từ giai đoạn nghiên cứu và phát triển. Việc mô phỏng, thử nghiệm từng bộ phận và thử nghiệm toàn bộ hệ thống cần được thực hiện trước khi thiết bị bước vào vận hành thương mại.

Đối với Việt Nam, yêu cầu này đặc biệt quan trọng vì điều kiện bão, gió cực trị, động đất và nền đất yếu tại một số khu vực biển có thể tạo ra các tổ hợp tải trọng khác biệt so với những thị trường điện gió ngoài khơi truyền thống. Việc áp dụng công nghệ đã thành công ở một thị trường khác vì thế chưa đủ; giải pháp phải được kiểm chứng trong điều kiện địa phương.

Móng tuabin: Không có một công thức chung cho mọi vị trí

Kinh nghiệm thiết kế móng tại Dự án Điện gió Kỳ Anh - Hà Tĩnh cho thấy tính phức tạp của bài toán này. Dự án có phạm vi rộng, điều kiện độ sâu nước, địa hình và địa chất thay đổi đáng kể giữa các vị trí tuabin. Vì vậy, việc lựa chọn móng không thể chỉ dựa trên một phương án chung cho toàn dự án.

Theo tham luận của ông Lương Văn Hoàng - Viện Xây dựng và Công trình biển, các phương án như cọc PHC, cọc khoan nhồi, cọc thép và Monopile đều đã được xem xét. Trong quá trình thiết kế, có phương án phải thay đổi sau khi phân tích điều kiện dao động của toàn bộ hệ móng - tuabin. Một giải pháp có thể đáp ứng yêu cầu chịu tải nhưng lại không đáp ứng yêu cầu về tần số dao động.

Khi khảo sát địa chất chi tiết hơn, một số vị trí lại phát hiện lớp đá xuất hiện sớm, khiến phương án cọc dự kiến không thể áp dụng như thiết kế ban đầu. Trong giai đoạn thi công, việc gặp đá granit cũng khiến thiết bị khoan không thể làm việc theo phương án dự kiến, buộc dự án tiếp tục điều chỉnh giải pháp.

Trong điều kiện tự nhiên đặc thù của Việt Nam, năng lực giải quyết những bài toán kỹ thuật ngay từ khâu khảo sát, thiết kế sẽ quyết định đáng kể tính an toàn và hiệu quả của dự án. (Ảnh minh họa)

Bài học rút ra là thiết kế móng phải được cập nhật liên tục theo dữ liệu thực tế. Một phương án tối ưu ở cấp độ tổng thể chưa chắc đã tối ưu ở từng vị trí cụ thể. Với điện gió ngoài khơi, địa chất đáy biển, độ sâu nước, tải trọng động, điều kiện thi công, thiết bị sẵn có, chi phí và tiến độ phải được cân nhắc đồng thời.

Theo GS.TS Đinh Quang Cường, ở vùng nước nông và trung bình có thể xem xét nhiều dạng móng khác nhau, trong khi tại vùng nước sâu, điện gió nổi sẽ trở thành một hướng phát triển. Tuy nhiên, bất kể sử dụng giải pháp nào, thiết kế phải giải quyết đồng thời các vấn đề về tương tác cọc - đất, suy giảm tính chất đất, ổn định, mất ổn định, độ bền mỏi, tần số tự nhiên, động đất và xói mòn.

Cáp ngầm: “Mạch máu” dễ tổn thương của trang trại gió

Nếu móng giữ cho tuabin đứng vững thì hệ thống cáp ngầm là “mạch máu” đưa điện từ biển vào bờ. Tuy nhiên, đây cũng là một trong những hạng mục dễ chịu tác động từ hoạt động thi công và điều kiện đáy biển.

Theo tham luận của ông Nguyễn Văn Điệp - Công ty Cổ phần Xây lắp Công trình Năng lượng Biển (OEI JSC), sự cố cáp có thể xuất phát từ hoạt động thả neo của tàu thi công, đóng cọc gần khu vực tuyến cáp, cáp bị trồi lên khỏi đáy biển hoặc vật nặng rơi xuống khu vực không được bảo vệ. Tại vị trí nối cáp vào ống J-Tube trên thân trụ, dòng chảy và xói mòn có thể tạo ra dao động liên tục, dẫn đến mỏi vật liệu.

Khi xảy ra sự cố ngoài biển, chi phí và mức độ phức tạp của việc sửa chữa rất lớn. Một phương án có thể là trục vớt cáp, cắt bỏ đoạn hư hỏng và nối lại bằng hộp nối chuyên dụng; trường hợp khác phải thay thế toàn bộ đoạn cáp giữa hai vị trí. Sau đó, cáp tiếp tục phải được hạ xuống đáy biển và chôn lấp bảo vệ.

Vì vậy, các chuyên gia khuyến nghị rủi ro cáp phải được kiểm soát từ thiết kế. Khảo sát địa chất và địa hình đáy biển phải đủ tin cậy; độ sâu chôn cáp cần phù hợp với điều kiện địa hình và thủy hải văn; khu vực có nguy cơ xói mòn quanh móng cần có giải pháp bảo vệ; vị trí J-Tube phải được thiết kế để biên độ dao động của cáp nằm trong giới hạn cho phép.

Trong quá trình thi công, cần khảo sát và dọn vật cản trên tuyến, kiểm tra độ sâu chôn cáp, khảo sát nghiệm thu và theo dõi nguy cơ cáp trồi lên. Khi vận hành, việc kiểm tra định kỳ tình trạng cáp và các khu vực xói mòn là cần thiết để phát hiện sớm nguy cơ hư hỏng.

Từ các trao đổi của các chuyên gia, có thể thấy điện gió ngoài khơi là lĩnh vực mà kỹ thuật, dữ liệu và kinh nghiệm thực tế có giá trị quyết định. Từ một cánh tuabin dài hàng trăm mét, hệ móng dưới đáy biển, cáp ngầm đến một chuyến tàu bảo dưỡng, mọi chi tiết đều liên kết với nhau trong suốt vòng đời dự án.

Việt Nam có tiềm năng phát triển lớn, nhưng muốn biến tiềm năng đó thành một ngành công nghiệp bền vững, cần đặc biệt chú trọng điều kiện tự nhiên đặc thù, nhất là bão và các hiện tượng cực đoan. Phát triển nhanh là cần thiết, song phát triển đúng ngay từ đầu còn quan trọng hơn. Bởi với điện gió ngoài khơi, một sai số trên bản vẽ có thể trở thành một bài toán tốn kém giữa biển khơi.