Vai trò năng lượng đại dương đối với phát triển kinh tế xanh

Năng lượng đại dương được xem là “kho báu xanh” còn bỏ ngỏ của hành tinh, khi thế giới nỗ lực chuyển dịch khỏi nhiên liệu hóa thạch. Cùng với năng lượng mặt trời và gió, đại dương – nơi chiếm hơn 70% diện tích Trái Đất – đang trở thành mảnh ghép quan trọng trong bản đồ năng lượng tái tạo. Với tầm nhìn bền vững, DAT Group nhận thấy  đây là nguồn năng lượng tiềm năng góp phần thúc đẩy kinh tế xanh và phát triển bền vững cho tương lai.

1. Năng lượng đại dương là gì ?

Đại dương không chỉ là “biển xanh bất tận” mà còn là một kho chứa năng lượng khổng lồ – từ sóng, thủy triều, dòng chảy cho đến sự chênh lệch nhiệt và độ mặn.

Hiểu một cách đơn giản, năng lượng đại dương (ocean energy) là toàn bộ năng lượng tự nhiên sinh ra từ hoạt động vật lý của nước biển. Theo World Ocean Review, tổng tiềm năng kỹ thuật của năng lượng này ước tính hơn 11.400 TWh mỗi năm, tương đương gần một nửa nhu cầu điện toàn cầu hiện nay.

2. Các dạng năng lượng đại dương chính

Như nhiều nguồn tái tạo khác, năng lượng đại dương cũng có nhiều “phiên bản”. Mỗi loại mang trong mình một cơ chế vận hành và tiềm năng riêng biệt.

2.1. Năng lượng sóng biển

Những đợt sóng không ngừng vỗ bờ chính là nguồn năng lượng liên tục. Các thiết bị thu sóng (Wave Energy Converter) có thể biến dao động của sóng thành điện năng. Một số khu vực ven Đại Tây Dương có công suất sóng đạt đến 70 kW/m chiều dài sóng – con số ấn tượng cho thấy tiềm năng khổng lồ.

Công nghệ khai thác phổ biến hiện nay gồm phao nổi hấp thụ sóng, cột dao động không khí và đập dẫn sóng. Một số dự án tại Anh và Bồ Đào Nha đã hòa lưới điện thành công, cho thấy tính ổn định và tiềm năng thương mại hóa cao.

2.2. Năng lượng thủy triều

Năng lượng thủy triều được hình thành từ chuyển động lên xuống của mực nước biển do lực hấp dẫn giữa Trái Đất, Mặt Trăng và Mặt Trời. Ưu điểm lớn nhất của nguồn năng lượng này là tính chu kỳ ổn định, dễ dự đoán hơn nhiều so với gió hay mặt trời. Nhờ đó, thủy triều trở thành một trong những nguồn năng lượng tái tạo có độ tin cậy cao nhất hiện nay.

Công nghệ khai thác chủ yếu gồm tuabin dòng chảy thủy triều và đập thủy triều tại các cửa vịnh. Dự án La Rance ở Pháp – vận hành từ năm 1966 – hiện vẫn hoạt động ổn định với công suất 240 MW, cung cấp điện cho hơn 100.000 hộ dân. 

2.3. Năng lượng dòng biển

Công nghệ khai thác chủ yếu là tuabin dòng chảy dưới nước, vận hành tương tự như tuabin gió nhưng sử dụng mật độ năng lượng nước cao gấp 800 lần không khí. Một dự án thử nghiệm tại Scotland cho thấy mỗi cụm tuabin có thể phát điện ổn định 20–25 giờ mỗi ngày. Nhờ đặc tính bền vững, năng lượng dòng biển đang được xem là giải pháp quan trọng giúp bổ sung nguồn điện nền cho các hệ thống năng lượng xanh toàn cầu.

Theo National Renewable Energy Laboratory (NREL), chỉ riêng dòng Gulf Stream có thể cung cấp tiềm năng năng lượng lên tới 45 GW.

2.4. Năng lượng nhiệt đại dương (OTEC)

Năng lượng nhiệt đại dương (OTEC) khai thác chênh lệch nhiệt độ giữa lớp nước mặt ấm và nước sâu lạnh để phát điện. Ở vùng nhiệt đới, độ chênh khoảng 20–25°C giúp hệ thống tuabin vận hành ổn định quanh năm, tạo nguồn điện liên tục và sạch.

Công nghệ OTEC hiện có hai dạng: chu trình kín dùng môi chất bay hơi và chu trình hở dùng trực tiếp nước biển. Dự án OTEC tại Hawaii đã chứng minh tính khả thi khi vừa phát điện vừa sản xuất nước ngọt. Theo IRENA (2024), tiềm năng toàn cầu có thể đạt đến 10 TW, hứa hẹn trở thành nguồn năng lượng bền vững cho các quốc gia ven biển.

2.5. Năng lượng thẩm thấu từ sự biến đổi độ mặn

Năng lượng thẩm thấu được tạo ra khi nước ngọt gặp nước mặn ở cửa sông, sinh ra chênh lệch áp suất có thể dùng để phát điện. Đây là nguồn năng lượng sạch, phù hợp với khu vực ven biển và cửa sông.

Hai công nghệ chính là áp suất thẩm thấu ngược (PRO) và điện thẩm tách ion (RED). Dự án thử nghiệm tại Na Uy đã đạt công suất 50 kW, cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tế. Nhờ thân thiện với môi trường và dễ tích hợp vào hệ thống xử lý nước, năng lượng thẩm thấu hứa hẹn sẽ đóng vai trò bổ trợ trong hệ sinh thái năng lượng tái tạo tương lai.

2.6. Các nguồn năng lượng đại dương khác 

Ngoài sóng, thủy triều và dòng biển, đại dương còn ẩn chứa nhiều dạng năng lượng ít được khai thác hơn, như nhiệt năng từ mạch thủy nhiệt (hydrothermal vents) hay áp suất nước sâu. Các nguồn này hình thành tại các khe nứt địa nhiệt dưới đáy biển, nơi nhiệt độ có thể vượt 400°C.

Hiện các nghiên cứu mới chỉ dừng ở quy mô phòng thí nghiệm do điều kiện khai thác cực kỳ khắc nghiệt. Tuy nhiên, các nhà khoa học cho rằng đây là hướng đi đầy hứa hẹn trong tương lai, khi công nghệ robot lặn sâu và vật liệu chịu nhiệt phát triển, mở rộng “biên giới xanh” của năng lượng đại dương.

2.7. Đối chiếu / tương hỗ của năng lượng đại dương so với các dạng năng lượng khác 

So với năng lượng mặt trời hay gió, năng lượng đại dương có ưu điểm nổi bật về tính ổn định và khả năng dự đoán. Sóng, thủy triều hay dòng biển diễn ra gần như liên tục quanh năm, ít bị ảnh hưởng bởi thời tiết cực đoan. Điều này giúp nguồn điện từ đại dương trở thành “nền tảng cân bằng” cho hệ thống năng lượng tái tạo tổng thể.

Ở nhiều quốc gia, năng lượng đại dương đang được nghiên cứu kết hợp với năng lượng mặt trời trong cùng hạ tầng nổi ngoài khơi, giúp tận dụng không gian biển và tăng độ ổn định cho hệ thống hybrid xanh.

Tuy chi phí đầu tư hiện còn cao hơn năng lượng mặt trời, nhưng về lâu dài, năng lượng đại dương có thể kết hợp cùng Tấm pin PV và tuabin gió trong mô hình hệ thống hybrid. Sự tương hỗ này giúp tăng hiệu suất, giảm phụ thuộc mùa vụ và tiến gần hơn đến mục tiêu phát triển kinh tế xanh, bền vững.

3. Công nghệ khai thác và chuyển đổi năng lượng đại dương

Sau khi hiểu rõ tiềm năng của năng lượng đại dương, điều quan trọng là cách con người biến nguồn sức mạnh khổng lồ ấy thành điện năng. Công nghệ chính là cầu nối giữa lý thuyết và thực tế, giúp sóng, thủy triều hay dòng biển trở thành động lực cho nền kinh tế xanh.

3.1. Công nghệ thu năng lượng sóng

Năng lượng sóng là lĩnh vực được nghiên cứu sớm nhất trong nhóm năng lượng đại dương. Công nghệ phổ biến nhất hiện nay là Bộ chuyển đổi năng lượng sóng – Wave Energy Converter (WEC), hoạt động bằng cách biến dao động thẳng đứng của sóng thành chuyển động quay hoặc nén khí để phát điện.

Có ba dạng thiết kế chính:

• Thiết bị nổi (point absorber): đặt trên mặt nước, hấp thụ năng lượng từ mọi hướng.
• Thiết bị dạng cột dao động (oscillating water column): thu sóng vào khoang kín, đẩy khí qua tuabin.
• Thiết bị đập sóng (overtopping): dẫn sóng lên hồ chứa cao rồi xả qua tuabin.

Tại châu Âu, dự án Mutriku (Tây Ban Nha) là một ví dụ thành công: hệ thống 16 mô-đun OWC cung cấp điện cho hơn 2.000 hộ dân ven biển, vận hành ổn định suốt hơn một thập kỷ. Theo IEA-OES, hiệu suất chuyển đổi trung bình đã đạt tới 40–60%, và có thể tăng cao hơn nhờ AI điều chỉnh pha sóng thực tế.

3.2. Công nghệ thu năng lượng thủy triều và dòng biển

Khác với sóng biển mang tính ngẫu nhiên, thủy triều và dòng biển diễn ra theo chu kỳ ổn định, rất lý tưởng cho sản xuất điện liên tục. Công nghệ chủ đạo gồm hai nhóm:

• Tuabin thủy triều (tidal stream turbines): hoạt động như tua-bin gió đặt dưới nước, quay nhờ dòng chảy thủy triều.
• Đập thủy triều (tidal barrage): xây dựng đập chắn tại cửa vịnh, dùng chênh lệch mực nước để quay tuabin.

Dự án MeyGen ở Scotland hiện là nhà máy thủy triều lớn nhất thế giới, với công suất 6 MW, đủ cung cấp điện cho 4.000 hộ dân. Ngoài ra, các dòng biển lớn như Gulf Stream (Mỹ) hay Kuroshio (Nhật Bản) được đánh giá có thể khai thác hàng chục GW công suất, tạo ra nguồn năng lượng sạch ổn định quanh năm.

Nhờ đặc tính dễ dự đoán, dạng năng lượng này đặc biệt hữu ích khi tích hợp vào lưới điện quốc gia, giúp cân bằng công suất giữa các nguồn tái tạo biến thiên như gió và mặt trời.

3.3. Công nghệ chuyển đổi nhiệt đại dương (OTEC)

Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) khai thác chênh lệch nhiệt độ giữa lớp nước mặt ấm (khoảng 25–30°C) và lớp nước sâu lạnh (4–5°C) để phát điện. Dù hiệu suất chỉ khoảng 5–7%, OTEC lại có ưu thế vận hành 24/7 – gần như không bị gián đoạn.

Công nghệ này vận hành theo hai mô hình chính:

• Chu trình kín: sử dụng môi chất bay hơi (thường là amoniac) để quay tuabin, sau đó ngưng tụ lại.
• Chu trình hở: dùng chính nước biển bốc hơi và ngưng tụ để phát điện, đồng thời tạo ra nước ngọt tinh khiết.

Hawaii là nơi tiên phong ứng dụng OTEC quy mô nhỏ, cung cấp năng lượng cho khu du lịch và đồng thời sản xuất nước uống tinh khiết. Theo IRENA (2024), tiềm năng kỹ thuật của OTEC toàn cầu có thể đạt tới 10 TW, nếu triển khai ở các vùng nhiệt đới có chênh nhiệt độ cao.

3.4. Công nghệ khai thác năng lượng thẩm thấu

Năng lượng thẩm thấu hình thành khi nước ngọt từ sông gặp nước mặn ở cửa biển. Sự khác biệt về nồng độ muối tạo ra áp suất, có thể khai thác qua hai hướng:

• Áp suất thẩm thấu ngược (PRO – Pressure Retarded Osmosis)
• Điện hóa học màng chọn lọc ion (RED – Reverse Electrodialysis)

Na Uy và Hà Lan hiện là hai quốc gia dẫn đầu trong lĩnh vực này. Nhà máy thử nghiệm tại Tuas (Hà Lan) đã đạt công suất hơn 50 kW, chứng minh tính khả thi thương mại. Ưu điểm của năng lượng thẩm thấu là thân thiện môi trường, ít gây xáo trộn sinh thái và có thể kết hợp với nhà máy xử lý nước hoặc hệ thống khử mặn.

Dù mới ở giai đoạn thử nghiệm, giới chuyên gia đánh giá đây là mảnh ghép tiềm năng trong “bản đồ năng lượng xanh” toàn cầu.

3.5. Ứng dụng của năng lượng đại dương? 

Hiện nay, năng lượng đại dương không còn là khái niệm trong phòng thí nghiệm mà đã bước vào thực tiễn ở nhiều quốc gia ven biển. Ứng dụng chủ yếu là phát điện, cung cấp nguồn năng lượng ổn định cho đảo, khu công nghiệp và cộng đồng ven biển. Tại châu Âu, nhiều dự án điện sóng và thủy triều đã hòa lưới quốc gia, góp phần giảm hàng trăm nghìn tấn CO₂ mỗi năm.

Ngoài sản xuất điện, công nghệ OTEC còn được tận dụng để khử muối và làm mát tự nhiên cho khu nghỉ dưỡng hoặc đô thị ven biển. Một số đảo ở Thái Bình Dương đã sử dụng mô hình “điện – nước – điều hòa” từ OTEC, giúp giảm chi phí năng lượng đến 40%. Trong tương lai, năng lượng đại dương có thể kết hợp với Tấm pin PV và pin lithium, tạo hệ thống hybrid xanh – sạch – bền vững cho khu vực ven biển và hải đảo.

4. Tiềm năng và lợi ích của năng lượng đại dương

Dưới góc nhìn phát triển bền vững, năng lượng đại dương không chỉ là nguồn điện mà còn là “chìa khóa xanh” cho tương lai.

Lợi ích cụ thể:

Khi kết hợp cùng năng lượng mặt trời, năng lượng đại dương giúp giảm phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và tối ưu hóa hiệu suất khai thác năng lượng tái tạo.

• Giảm phát thải CO₂, hướng tới Net Zero.
• Tạo việc làm xanh cho ngành công nghiệp biển.
• Kết hợp hiệu quả với năng lượng mặt trời (Tấm pin PV) để hình thành hệ thống hybrid thông minh.
• Cung cấp nguồn điện ổn định cho vùng hải đảo – nơi năng lượng gió và mặt trời không ổn định.

5. Thách thức và hạn chế trong phát triển năng lượng đại dương

Dù mang tiềm năng lớn, năng lượng đại dương vẫn đối mặt nhiều rào cản trong hành trình thương mại hóa. Môi trường biển khắc nghiệt khiến thiết bị dễ ăn mòn, hư hại và đòi hỏi chi phí đầu tư cao. Theo IEA-OES (2024), giá thành điện sóng hiện còn cao gấp 3–4 lần điện mặt trời hoặc điện gió.

Hiệu suất vận hành của các công nghệ như OTEC hay tuabin thủy triều vẫn ở mức khiêm tốn, trong khi việc bảo trì giữa đại dương phức tạp và tốn kém. Ngoài yếu tố kỹ thuật, cần chú trọng đến tác động sinh thái – bảo vệ hệ sinh vật biển và dòng chảy tự nhiên.

Bên cạnh đó, khung chính sách cho năng lượng đại dương ở nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam, vẫn chưa rõ ràng. Thiếu cơ chế mua điện và ưu đãi đầu tư khiến nguồn năng lượng xanh này chưa thể phát triển mạnh. Tuy vậy, đây chỉ là trở ngại tạm thời khi công nghệ ngày càng tiến bộ và nhận thức về phát triển bền vững được nâng cao.

6. Triển vọng phát triển năng lượng đại dương trong tương lai

Trong bức tranh chuyển đổi năng lượng toàn cầu, năng lượng đại dương được xem là “ngôi sao đang lên”. Theo IRENA (2024), nếu được đầu tư đúng hướng, nguồn năng lượng này có thể cung cấp tới 10% nhu cầu điện toàn cầu vào năm 2050. Các quốc gia như Anh, Nhật Bản và Hàn Quốc đã khởi động hàng chục dự án thử nghiệm, hướng tới giai đoạn thương mại hóa trong thập kỷ tới.

Sự kết hợp giữa năng lượng đại dương và năng lượng mặt trời được xem là xu hướng tất yếu, mở ra cơ hội xây dựng hệ sinh thái năng lượng xanh toàn diện, góp phần hướng tới nền kinh tế carbon thấp và phát triển bền vững.

Công nghệ mới, như vật liệu chống ăn mòn, cảm biến theo dõi sóng bằng AI và hệ thống tuabin nổi, đang mở ra cơ hội giảm mạnh chi phí sản xuất. Cùng với đó, mô hình hệ thống hybrid kết hợp Tấm pin PV, pin lithium và năng lượng sóng – thủy triều giúp tăng độ ổn định cho lưới điện xanh.

Với đường bờ biển dài hơn 3.000 km, Việt Nam được đánh giá có tiềm năng lớn để phát triển điện đại dương, đặc biệt tại khu vực Nam Trung Bộ. Trong tương lai, sự tham gia của các doanh nghiệp tiên phong như DAT Group sẽ góp phần đưa công nghệ năng lượng biển trở thành một mảnh ghép quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế xanh, hướng tới mục tiêu Net Zero và tự chủ năng lượng.

Năng lượng đại dương mở ra hướng đi mới cho nền kinh tế xanh – vừa giảm phát thải, vừa khai thác hợp lý tài nguyên biển. Khi công nghệ dần hoàn thiện, nguồn năng lượng này hứa hẹn sẽ cùng DAT Group và cộng đồng quốc tế viết tiếp hành trình tiến tới tương lai không carbon.

Tham khảo thêm về các giải pháp năng lượng tái tạo tiên tiến tại:  https://datsolar.com/

Nguồn tham khảo : 

1. World Ocean Review – Renewable Energies
2. IRENA – Ocean Thermal Energy Conversion Report
3. MDPI – Ocean Energy Systems Overview 2024
4. SpringerLink – Future of Ocean Energy Technologies
5. Tethys PNNL – Harnessing the Power of Ocean Energy