Bài 1: Điện gió ngoài khơi và hạ tầng năng lượng tái tạo quy mô lớn

Hành trình chuyển đổi năng lượng và phát triển điện gió ngoài khơi của Đan Mạch mang lại những bài học kinh nghiệm vô cùng phong phú và thực tiễn cho nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam.

Sự kết hợp giữa kiến tạo thể chế chính sách, hạ tầng thử nghiệm và mô hình hóa công nghệ, cùng dòng vốn đầu tư tư nhân và năng lực phát triển dự án quy mô lớn đã tạo nên một nền tảng vững chắc cho sự thành công của ngành năng lượng tái tạo.

Kiến tạo thể chế và khung chính sách điện gió ngoại khơi

Chuyển đổi năng lượng là một cuộc cách mạng về công nghệ, đồng thời là bài toán về kiến tạo thể chế, quy hoạch không gian biển và xây dựng chính sách dài hạn.

Đan Mạch, một quốc gia có quy mô dân số khiêm tốn và chỉ đóng góp khoảng 0,1% tổng lượng phát thải khí nhà kính toàn cầu, nhưng là đất nước dẫn dắt thế giới trong lĩnh vực năng lượng tái tạo nhờ tầm nhìn kiên định và năng lực tổ chức hiệu quả.

Đan Mạch từng bước bứt phá khỏi sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch để xây dựng một nền kinh tế xanh, hiện đại và có khả năng tự chủ cao, sau cú sốc năng lượng trong lịch sử.

Ông Mikkel Vinter Henriksen, Giám đốc Điện gió ngoài khơi thuộc Cơ quan Năng lượng Đan Mạch (DEA), nhấn mạnh rằng cuộc khủng hoảng năng lượng vào những năm 1970 chính là “giọt nước tràn ly” buộc Đan Mạch phải thức tỉnh.

Tại thời điểm đó, Đan Mạch phụ thuộc tới 99% vào nguồn dầu mỏ nhập khẩu, khiến toàn bộ nền kinh tế rơi vào tình thế vô cùng khó khăn trước các biến động địa chính trị toàn cầu.

Bối cảnh đầy thách thức ấy đã buộc Đan Mạch phải đưa ra một quyết tâm chính trị mạnh mẽ nhằm đa dạng hóa nguồn cung năng lượng, chuyển dịch từ dầu mỏ sang than đá trong ngắn hạn nhưng chủ động hướng tới chủ trương kiến tạo thị trường năng lượng tái tạo dài hạn.

Ông Mikkel Vinter Henriksen chia sẻ: Trong vòng gần 15 năm qua, tốc độ chuyển dịch năng lượng tại Đan Mạch đã diễn ra với quy mô chưa từng có. Nếu như vào năm 2012, tỷ trọng điện năng sản xuất từ năng lượng gió và năng lượng mặt trời mới chỉ dừng lại ở mức 30%, thì đến nay con số này đã tăng lên từ 70% đến 80%, và đang tiến rất gần tới mốc 100% điện sạch trong hệ thống phát điện quốc gia trong tương lai gần.

“Thậm chí vào những thời điểm có nhiều gió và nắng, Đan Mạch sản xuất dư thừa điện năng và xuất khẩu trực tiếp sang các quốc gia láng giềng thông qua hệ thống lưới điện liên kết toàn châu Âu. Việc vận hành một hệ thống điện có tỷ trọng nguồn biến đổi cao nhưng vẫn duy trì độ ổn định gần như tuyệt đối 100% là kết quả của hàng thập kỷ cải cách chính sách và tối ưu hóa hạ tầng điều độ lưới điện”, đại diện từ Cơ quan Năng lượng Đan Mạch khẳng định.

Trong tổng thể bức tranh năng lượng tái tạo, điện gió ngoài khơi đóng vai trò là trụ cột trung tâm. Do không gian phát triển điện gió trên đất liền có nhiều “rào cản” từ những yêu cầu về khoảng cách an toàn với khu dân cư, bảo vệ thiên nhiên và giải quyết tranh chấp xung quanh việc sử dụng đất, Đan Mạch đã chủ động chọn con đường đi ra biển.

Với đường bờ biển dài và diện tích thềm lục địa rộng lớn, tiềm năng gió dồi dào, Đan Mạch đã khởi xướng ngành công nghiệp điện gió ngoài khơi từ năm 1990 với dự án ban đầu mang tên Vindeby có công suất khiêm tốn chỉ 5MW.

Trải qua quá trình vừa làm, vừa học hỏi và điều chỉnh chính sách, quy mô các trang trại điện gió đã bước sang giai đoạn thương mại hóa mạnh mẽ với các dự án 400MW như Anholt, 600MW như Kriegers Flak, và hiện nay là dự án Thor đạt quy mô 1GW.

Hiện nay, Đan Mạch đang tiên phong triển khai khái niệm Đảo năng lượng, tiêu biểu là dự án Đảo năng lượng Bornholm hợp tác cùng Cộng hòa Liên bang Đức.

Đảo năng lượng Bornholm thu gom điện gió từ hàng trăm tuabin ngoài khơi và đóng vai trò trung tâm kết nối truyền tải điện đa quốc gia, cho phép phân bổ linh hoạt nguồn điện giữa Đan Mạch và Đức, đồng thời chia sẻ chi phí đầu tư hạ tầng giữa các quốc gia đối tác.

Ông Mikkel Vinter Henriksen khẳng định, chìa khóa thành công của các mô hình năng lượng tái tạo tại Đan Mạch nằm ở 3 yếu tố: mục tiêu dài hạn đáng tin cậy, quy trình cấp phép minh bạch và cơ chế chia sẻ rủi ro hợp lý giữa nhà nước và nhà đầu tư tư nhân.

Các nhà đầu tư quốc tế khi bỏ ra hàng tỷ USD vào một dự án điện gió ngoài khơi luôn đòi hỏi sự ổn định của hành lang pháp lý. Nếu chính sách thường xuyên thay đổi hoặc quy trình phê duyệt kéo dài phức tạp, rủi ro dự án sẽ tăng cao và dòng vốn sẽ lập tức dịch chuyển sang các thị trường khác.

Về cơ chế đấu thầu, các doanh nghiệp thẳng thắn cạnh tranh về giá điện, do các tiêu chuẩn nền tảng khắt khe về bảo vệ môi trường, đa dạng sinh học và trách nhiệm xã hội đã được Cục Năng lượng Đan Mạch thiết lập sẵn.

Bên cạnh đó, trong bối cảnh chi phí chuỗi cung ứng toàn cầu biến động mạnh, nhà nước Đan Mạch đóng vai trò bảo đảm mức giá cố định hoặc áp dụng cơ chế Hợp đồng chênh lệch nhằm chia sẻ rủi ro thị trường với nhà đầu tư.

Trên cơ sở những bài học kinh nghiệm tích lũy qua hơn 30 năm, Đan Mạch đã và đang tích cực hợp tác với Việt Nam thông qua Chương trình hợp tác đối tác năng lượng Đan Mạch-Việt Nam (DEPP) được triển khai từ năm 2013.

Chương trình tập trung vào 3 trụ cột chiến lược bao gồm: quy hoạch năng lượng dựa trên dữ liệu, vận hành hệ thống điện tích hợp nguồn năng lượng tái tạo quy mô lớn, và tiết kiệm năng lượng trong khu vực công nghiệp.

Đánh giá về tiềm năng của Việt Nam, đại diện Cục Năng lượng Đan Mạch nhận định, Việt Nam sở hữu tài nguyên gió biển thuộc hàng tốt nhất khu vực châu Á-Thái Bình Dương với vùng biển nông rộng lớn, rất thuận lợi cho việc lắp đặt móng cố định.

Ông Mikkel Vinter Henriksen cũng khuyến nghị, việc mà Việt Nam cần làm hiện nay là hoàn thiện khung pháp lý và quy hoạch hạ tầng lưới điện. Điện gió ngoài khơi là những dự án hạ tầng quy mô siêu lớn, đòi hỏi nguồn vốn khổng lồ và thời gian phát triển kéo dài từ 7 đến 10 năm.

Công nghệ mô phỏng và trung tâm thử nghiệm hạ tầng cảng biển, thiết bị điện gió

Song song với việc hoạch định chính sách ổn định, sự phát triển của ngành điện gió ngoài khơi đòi hỏi một nền tảng khoa học kỹ thuật và hạ tầng thử nghiệm cực kỳ nghiêm ngặt.

Nằm tại khu vực Lyngby, ngoại ô phía bắc thủ đô Copenhagen, Trung tâm Force Technology đóng vai trò là một trung tâm công nghệ hàng đầu về khí động học, thủy động lực học, mô phỏng cảng biển và kiểm định công trình biển.

Ông Jan Michelsen, Giám đốc Khí động học, thủy động lực học, mô phỏng và cảng biển tại Force Technology cho biết, trung tâm có lịch sử phát triển hơn 85 năm, với tiền thân là Viện Hàn Đan Mạch năm 1940 khi ngành công nghiệp hàng hải bắt đầu chuyển dịch từ tàu vỏ gỗ sang tàu vỏ thép.

Force Technology vận hành theo mô hình tổ chức nghiên cứu và công nghệ, với lợi nhuận thu được đều được tái đầu tư vào nghiên cứu phát triển, nâng cấp hạ tầng phòng thí nghiệm và phát triển đội ngũ chuyên gia.

Hiện nay, Force Technology sở hữu hơn 1.100 nhân sự, phục vụ trên 6.000 khách hàng thương mại mỗi năm, trong đó các hoạt động hàng hải và hạ tầng công trình biển đóng góp hơn 80% doanh thu từ thị trường quốc tế.

Ông Jan Michelsen chia sẻ thêm: Điểm nhấn công nghệ đặc biệt tại Force Technology là hệ thống hạ tầng thử nghiệm vật lý và kỹ thuật số quy mô lớn. Bể thử nghiệm mô hình tàu của Force Technology thuộc hàng dài nhất thế giới với chiều dài 240m, chiều rộng 12m và chiều sâu 5,5m.

Bể thử nghiệm được trang bị hệ thống máy tạo sóng hiện đại, có khả năng tạo ra các sóng mô hình cao tới 0,9m, tương đương với những trận sóng lớn thực tế cao tới 9m khi quy đổi theo tỷ lệ mô hình. Tất cả các mô hình tàu và cấu trúc móng công trình biển tại trung tâm đều được chế tạo thủ công tỉ mỉ để đạt độ chính xác tuyệt đối về hình học.

Ông Jan Michelsen cũng cho biết: Bên cạnh bể thử nghiệm thủy động lực học, Force Technology vận hành 5 đường hầm gió chuyên dụng và hệ thống buồng mô phỏng buồng lái tàu 3D hiện đại.

Buồng mô phỏng tái lập hoàn toàn không gian buồng lái của các tàu container siêu trọng tải dài 400m, sức chứa trên 19.000 container tiêu chuẩn loại 20 feet, tàu chở khách, tàu kéo chuyên dụng hoặc các tàu lắp đặt điện gió ngoài khơi.

Buồng lái được tích hợp công nghệ theo dõi ánh mắt để phân tích hành vi và điểm tập trung của thuyền trưởng, kết hợp cùng hệ thống máy tính tính toán động lực học dòng chảy phản hồi theo thời gian thực.

Trong lĩnh vực điện gió ngoài khơi, Force Technology đóng vai trò thực hiện nhiệm vụ kiểm tra và thử nghiệm độ bền chịu lực của cánh tuabin gió, trụ đỡ, các loại móng cố định và móng nổi dưới tác động tổng hợp của sóng, gió và dòng hải lưu cực đoan.

Đặc biệt, đối với các dòng tàu chuyên dụng phục vụ lắp đặt và vận hành trang trại điện gió (như tàu SOV, tàu gặt móng), Force Technology tiến hành thử nghiệm mô hình chân vịt xoay 360 độ (Azimuth thrusters) và hệ thống đẩy khí động học hỗ trợ buồm gió (Wind-assisted propulsion) giúp tiết kiệm từ 3% đến 5% nhiên liệu vận tải.

Một ứng dụng tiện ích khác của Force Technology là mô phỏng và quy hoạch hạ tầng cảng biển phục vụ điện gió. Thuyền trưởng, hoa tiêu và các chuyên gia cảng biển sẽ cùng tham gia điều khiển tàu thử nghiệm trong các điều kiện thời tiết khắc nghiệt như gió lớn, dòng chảy xiết hay sương mù dày đặc để đánh giá tính khả thi của luồng hàng hải, chiều rộng kênh tàu và bán kính quay đầu.

Việc phát hiện và điều chỉnh các thiết kế bất hợp lý trên mô hình mô phỏng giúp tiết kiệm hàng chục triệu USD chi phí sửa chữa thực địa và bảo đảm an toàn tuyệt đối khi đưa cảng vào vận hành.

Để nâng cao độ chính xác của các mô hình toán học trong buồng mô phỏng, Force Technology hợp tác chặt chẽ với Viện Thủy văn Đan Mạch (DHI), nhằm cập nhật dữ liệu hải văn thực địa về sóng, gió, thủy văn và dòng chảy và hướng tới mục tiêu đạt độ trung thực tiệm cận 100%.

Ông Jan Michelsen nhận định, Việt Nam sở hữu tiềm năng phát triển hạ tầng hàng hải và điện gió ngoài khơi rất lớn, nhưng vẫn cần trang bị thêm phòng thí nghiệm thử nghiệm đạt tiêu chuẩn quốc tế.

Dòng vốn đầu tư tư nhân và cơ chế hợp tác CIP-COP điển hình

Ngành điện gió ngoài khơi phát triển đòi hỏi nguồn vốn đầu tư hạ tầng chuyên nghiệp và các nhà phát triển dự án hàng đầu. Tập đoàn Copenhagen Infrastructure Partners (CIP) là quỹ đầu tư tư nhân lớn nhất thế giới chuyên tập trung vào hạ tầng năng lượng xanh, hiện đang quản lý nguồn vốn trị giá hơn 43 tỷ EUR từ hơn 200 nhà đầu tư định chế toàn cầu.

Đồng hành cùng CIP là Copenhagen Offshore Partners (COP), đơn vị chuyên trách toàn bộ công tác phát triển, xây dựng và quản lý vận hành các dự án điện gió ngoài khơi.

Ông Morten Hjortkjaer, đại diện Tập đoàn Copenhagen Offshore Partners (COP), đã chia sẻ: Năm 2000, dự án Middelgrunden được xây dựng ngoài khơi cảng Copenhagen với 20 tuabin có công suất mỗi tuabin chỉ 2MW, đường kính cánh 76m, tổng công suất toàn trang trại là 40MW cung cấp điện cho 30.000 hộ gia đình.

Dự án này mang tính lịch sử khi áp dụng mô hình sở hữu cộng đồng, trong đó 50% thuộc về công ty điện lực thành phố Copenhagen và 50% thuộc về hợp tác xã người dân địa phương. Do đó, mô hình này đã tạo ra sự đồng thuận xã hội cao trong cộng đồng cư dân.

Sau 25 năm, các tuabin thương mại hiện đại mà CIP đang lắp đặt hiện có công suất lên tới 15MW mỗi tuabin, với đường kính cánh quạt đạt 236m. Một tuabin thế hệ mới có khả năng sản xuất lượng điện năng gấp 7,5 lần cả tuabin cũ, và công suất toàn trang trại đã chuyển từ quy mô Megawatt sang quy mô Gigawatt.

Sự bùng nổ về quy mô công nghệ đã giúp chi phí sản xuất điện gió ngoài khơi giảm mạnh. Loại hình năng lượng tái tạo này trở thành một trong những nguồn điện có giá thành cạnh tranh nhất trong hệ thống năng lượng hiện đại.

Cơ chế hợp tác CIP-COP hiện đang tập trung mở rộng tại thị trường Việt Nam, bên cạnh các thị trường truyền thống như Mỹ, Đài Loan (Trung Quốc), Hàn Quốc…

Tập đoàn CIP đã thành lập văn phòng đại diện tại Hà Nội từ năm 2020 và ký kết Thỏa thuận phát triển Chung với Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN) trong năm 2025, nhằm cùng nghiên cứu, phát triển dự án điện gió ngoài khơi quy mô 1GW tại Việt Nam.

Việt Nam sở hữu những điều kiện tự nhiên thuận lợi cho điện gió ngoài khơi thuộc hàng tiềm năng nhất khu vực châu Á-Thái Bình Dương.

Ông Morten Hjortkjaer, Tập đoàn Copenhagen Offshore Partners (COP)

Ông Morten Hjortkjaer nhấn mạnh, Việt Nam sở hữu những điều kiện tự nhiên thuận lợi cho điện gió ngoài khơi thuộc hàng tiềm năng nhất khu vực châu Á-Thái Bình Dương.

Vùng biển Việt Nam có tốc độ gió dồi dào, ổn định. Địa chất đáy biển Việt Nam chủ yếu là vùng nước nông thích hợp cho việc thi công móng cọc ống thép, loại chân đế có chi phí sản xuất và lắp đặt rẻ nhất hiện nay.

Thực tế, các nhà cung cấp Việt Nam đã và đang lắp đặt trạm biến áp ngoài khơi khổng lồ nhằm xuất khẩu sang Đài Loan (Trung Quốc) để phục vụ chính các dự án điện gió ngoài khơi của CIP.

Xây dựng dữ liệu hải văn và mô hình hóa thủy văn trong thích ứng với biến đổi khí hậu

Trong chuỗi giá trị phát triển điện gió ngoài khơi và quản lý tài nguyên nước bền vững, công tác điều tra dữ liệu hải văn, tin học thủy văn và mô hình hóa kỹ thuật số đóng vai trò quan trọng.

Viện Thủy văn Đan Mạch (DHI) là tổ chức nghiên cứu công nghệ hàng đầu thế giới chuyên sâu về môi trường nước, dòng chảy và công trình thủy công.

Ông Jakob Lychener, Kỹ sư cao cấp Tin học thủy văn kiêm Điều phối viên Chương trình nghiên cứu tại DHI chia sẻ rằng DHI là một trong 7 viện nghiên cứu và công nghệ phi lợi nhuận được Bộ Đại học và Nghiên cứu Đan Mạch tài trợ.

DHI sở hữu hơn 1.000 chuyên gia trên toàn cầu và là tác giả của bộ phần mềm mô hình hóa thủy văn thương hiệu MIKE nổi tiếng thế giới, vốn cũng đang được sử dụng rộng rãi tại hầu hết các cơ quan quản lý nhà nước, viện nghiên cứu, trường đại học và các đơn vị tư vấn thủy lợi, thủy văn ở Việt Nam.

Đối với ngành điện gió ngoài khơi và các công trình biển, DHI cung cấp các giải pháp thu thập, xử lý và mô hình hóa dữ liệu liên quan tới sóng, gió, dòng chảy, thủy triều, nhiệt độ, độ mặn và vận chuyển trầm tích. Các thông số này là yếu tố bắt buộc để tính toán tải trọng va đập của sóng gió lên chân đế tuabin, dự báo hiện tượng xói lở chân cọc, quy hoạch tuyến cáp ngầm dưới biển và xây dựng bản sao kỹ thuật số theo dõi tình trạng công trình theo thời gian thực.

Bên cạnh lĩnh vực năng lượng biển, DHI cũng đã triển khai hợp tác lâu đời và sâu rộng với Việt Nam cũng như khu vực Đông Nam Á trong lĩnh vực cảnh báo thiên tai và ứng phó biến đổi khí hậu. DHI đã thực hiện hơn 30 dự án lớn tại lưu vực sông Mekong, tiêu biểu là việc xây dựng hệ thống nền tảng hỗ trợ quyết định cho Ủy ban sông Mekong quốc tế (MRC), kết nối dữ liệu từ hàng trăm trạm quan trắc tự động để dự báo lũ lụt và hạn hán cho 4 quốc gia ven sông.

Đặc biệt, tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long, ông Jakob Lychener hiện đang trực tiếp làm điều phối viên dự án hợp tác giữa DHI và Ủy ban sông Mekong Việt Nam, nhằm xây dựng hệ thống chia sẻ dữ liệu và mô hình hóa dự báo xâm nhập mặn thời gian thực cho Đồng bằng sông Cửu Long.

Bên cạnh đó, hệ thống của DHI kết hợp dữ liệu vệ tinh toàn cầu về lượng mưa, dữ liệu quan trắc trạm khí tượng, mô hình mưa-dòng chảy và mô hình thủy động lực học 2D để đưa ra các bản tin cảnh báo lũ chính xác trước 2 đến 3 ngày.

Bên cạnh các dự án tại châu Âu, ông Pietro Danilo Tomaselli, Kỹ sư thủy lực của DHI cũng khẳng định tinh thần chủ động tìm kiếm các cơ hội hợp tác nghiên cứu đa bên trên phạm vi toàn cầu, trong đó nhấn mạnh tiềm năng hợp tác mạnh mẽ với các đối tác, viện nghiên cứu và trường đại học tại Việt Nam.

Việc kết nối này không chỉ hỗ trợ chuyển giao công nghệ và nâng cao năng lực cho đội ngũ kỹ sư nội địa trong ngành năng lượng tái tạo như điện gió ngoài khơi hay điện mặt trời, mà còn tạo nền tảng ứng dụng các công cụ mô phỏng tiên tiến vào quản lý môi trường biển và thích ứng với biến đổi khí hậu.

Trong bối cảnh Việt Nam thực hiện cam kết phát thải Net Zero vào năm 2050 và thúc đẩy chuyển dịch năng lượng xanh theo xu thế toàn cầu, Việt Nam đang đứng trước cơ hội lớn để hình thành ngành công nghiệp năng lượng biển hiện đại, trong đó điện gió ngoài khơi được xem là “trụ cột” của kinh tế biển xanh.

Việc chủ động học hỏi kinh nghiệm quốc tế, hoàn thiện hành lang pháp lý minh bạch, đầu tư nâng cấp hạ tầng lưới điện và thúc đẩy các hợp tác chiến lược công-tư sẽ là chìa khóa vàng giúp Việt Nam mở ra kỷ nguyên năng lượng xanh, bền vững và tự chủ trong thế kỷ 21.

(Còn tiếp)