thuha19051234
Pearl
Dự án sáng tạo về dòng kênh sử dụng năng lượng mặt trời đang được nhóm kỹ sư ở California thử nghiệm. Một giải pháp vừa bảo vệ nguồn cung cấp nước lại vừa tăng cường năng lượng tái tạo để bảo vệ khí hậu.
Thực tế cho thấy, miền Tây Hoa Kỳ hiện đang trải qua trận siêu hạn hán tồi tệ nhất trong ít nhất 1.200 năm trở lại đây. Nguồn cung cấp nước ngầm ở các khu vực bị thiếu thốn rất nhiều nơi, tình trạng khô cạn, cháy rừng và nguồn cấp nước bị thu hẹp đang gây ra biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến cuộc sống hàng triệu người.
Những nguyên mẫu về mô hình kênh năng lượng mặt trời đầu tiên ở Mỹ, áp dụng cho cả kênh mương nhịp rộng và kênh hẹp hiện đang được phát triển ở Thung lũng Trung tâm của California. Các nhà khoa học tại California, Merced, những người tham gia dự án đang cố xác định làm thế nào để nó có thể trở thành giải pháp thực hiện được trên quy mô lớn.
California dễ bị hạn hán, nước là mối quan tâm thường xuyên. Hạn hán nghiêm trọng diễn ra từ 10 đến 30 năm qua đã làm khô cạn các giếng và ao hồ, khiến các quan chức của bang phải thực hiện các biện pháp hạn chế nước, hệ quả là gây ra các trận cháy rừng lớn. California có những mục tiêu bảo tồn đầy tham vọng, chẳng hạn như nhà nước có nhiệm vụ phải giảm bơm nước ngầm trong khi vẫn duy trì nguồn nước ổn định cho các trang trại, thành phố, động vật hoang dã và hệ sinh thái. Đây cũng là một phần trong sáng kiến thay đổi khí hậu trên diện rộng ở khu vực này, kể từ tháng 10 năm 2020, Thống đốc Gavin Newsom đã chỉ đạo Cơ quan Tài nguyên Thiên nhiên California tiến hành các nỗ lực mũi nhọn nhằm bảo tồn 30% đất liền và vùng nước ven biển vào năm 2030.
Ở California, phần lớn lượng mưa và tuyết đều rơi xuống phía Bắc trong mùa đông, trong khi 80 % lượng nước sử dụng xảy ra ở Nam California, chủ yếu là vào mùa hè. Đó cũng là lý do tại sao có hệ thống kênh rạch chằng chịt khắp tiểu bang - đó là hệ thống lớn nhất thế giới. Ước tính khoảng 1 - 2 % lượng nước được các kênh mang theo bị mất đi do sự bay hơi dưới cái nắng nóng của California.
Trong một nghiên cứu năm 2021, các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc bao phủ tất cả 4.000 dặm kênh đào của California bằng các tấm pin mặt trời sẽ tiết kiệm hơn 65 tỷ gallon nước hàng năm bằng cách giảm bốc sự bốc hơi. Lượng nước này được ước tính là đủ để tưới 50.000 mẫu đất nông nghiệp hoặc đáp ứng nhu cầu nước sinh hoạt của hơn 2 triệu người. Bằng cách lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời trên mặt đất đã được sử dụng, thay vì xây dựng chúng trên những khu vực chưa phát triển, cách tiếp cận này sẽ giúp California đáp ứng các mục tiêu quản lý bền vững đối với cả tài nguyên nước và đất.
Việc lắp đặt các tấm pin mặt trời trên các kênh đào cũng làm cho cả hai hệ thống (kênh và pin mặt trời) hoạt động hiệu quả hơn. Trong đó các tấm pin mặt trời sẽ làm giảm sự bốc hơi từ các kênh đào đặc biệt là trong mùa hè nóng nực ở California, vì có che chắn nên nước sẽ nóng chậm hơn so với trên mặt đất, mặt khác, nước kênh chảy bên dưới các tấm pin có thể làm chúng mát hơn, thúc đẩy sản xuất điện lên đến 3%.
Ngoài ra những "tán cây nhân tạo" này cũng có thể tạo ra điện cục bộ ở nhiều vùng khác nhau của California, giảm thiểu những tổn thất trên đường truyền tải và giảm chi phí cho người tiêu dùng Việc kết hợp năng lượng mặt trời với bộ lưu trữ pin có thể giúp xây dựng các microgridds ở các vùng nông thôn và các cộng đồng chưa được phục hồi, góp phần làm cho hệ thống điện hoạt động hiệu quả hơn và có nhiều khả năng phục hồi. Ngoài ra, giải pháp này còn giảm thiểu rủi ro mất điện do thời tiết khắc nghiệt, lỗi do con người và cháy rừng gây ra.
Theo ước tính ban đầu, chi phí để bắc qua kênh bằng các tấm pin mặt trời sẽ cao hơn so với việc xây dựng các hệ thống gắn trên mặt đất. Tuy nhiên, khi xét đến những lợi ích đồng thời khác, chẳng hạn như các chi phí tiết kiệm được, việc tiết kiệm nước, giảm thiểu cỏ dại thủy sinh,... thì cho thấy rằng kênh năng lượng mặt trời là một khoản đầu tư tốt hơn và cung cấp điện với chi phí thấp hơn trong suốt thời gian lắp đặt năng lượng mặt trời. Đó là còn chưa tính đến những lợi ích sức khỏe con người khi chất lượng không khí được cải thiện và giảm phát thải khí nhà kính.
Việc xây dựng các hệ thống điện mặt trời cũng có thể gây hại cho các hệ sinh thái thực vật sống trên sa mạc, bao gồm cả những loài thực vật quan trọng về mặt văn hóa đối với các bộ lạc bản địa. Chẳng hạn như việc xây dựng Trung tâm Năng lượng Mặt trời Genesis ở sa mạc Sonoran và Mojave vào năm 2012-2014 đã phá hủy các con đường mòn và khu chôn cất, đồng thời làm hư hỏng các hiện vật văn hóa quan trọng, thúc đẩy những xung đột pháp lý kéo dài.
Rõ ràng là các kênh năng lượng mặt trời không chỉ đơn thuần là tạo ra năng lượng tái tạo và tiết kiệm nước. Việc xây dựng các mảng năng lượng mặt trời dài và mỏng này cũng có thể bảo vệ cho 80.000 mẫu đất nông nghiệp hoặc môi trường sống tự nhiên đang có nguy cơ bị chuyển đổi thành các trang trại năng lượng mặt trời.
Hiện ở California, cơ sở hạ tầng điện cũ kỹ đã góp phần gây ra các vụ cháy rừng thảm khốc và mất điện nhiều ngày. Việc xây dựng các dự án phát triển năng lượng mặt trời thông minh trên các kênh rạch và các vùng đất bị xáo trộn khác cũng có thể làm cho cơ sở hạ tầng cấp điện và nước linh hoạt hơn, đồng thời tiết kiệm nước, giảm chi phí và giúp chống lại biến đổi khí hậu.
Quận Thủy lợi Turlock, ở Thung lũng San Joaquin của California sẽ là nơi đầu tiên xây dựng nguyên mẫu kênh năng lượng mặt trời đầu tiên với sự hợp tác của nhà phát triển dự án Solar Aquagrid, các nhà nghiên cứu và được hỗ trợ bởi Bộ Tài nguyên nước của bang. Các nguyên mẫu trong dự án trình diễn kéo dài hàng dặm này cùng với các thí điểm trong tương lai sẽ giúp các nhà khai thác, nhà phát triển và cơ quan quản lý tinh chỉnh các thiết kế, đánh giá các lợi ích cũng như cách hệ thống này hoạt động. Với nhiều dữ liệu thực tế hơn, cách chiến lược sẽ dễ dàng được vạch ra để mở rộng các các kênh năng lượng mặt trời trên toàn tiểu bang và có khả năng trên khắp miền Tây.
Nguồn smithsonianmag
Thực tế cho thấy, miền Tây Hoa Kỳ hiện đang trải qua trận siêu hạn hán tồi tệ nhất trong ít nhất 1.200 năm trở lại đây. Nguồn cung cấp nước ngầm ở các khu vực bị thiếu thốn rất nhiều nơi, tình trạng khô cạn, cháy rừng và nguồn cấp nước bị thu hẹp đang gây ra biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến cuộc sống hàng triệu người.
Dự án kênh năng lượng mặt trời sẽ giúp bảo tồn nước và đất ở California
Giải pháp kênh năng lượng mặt trời này sắp được thử nghiệm ở California. Khoảng 4.000 dặm kênh đào vận chuyển nước cho khoảng 35 triệu người dân California và 5,7 triệu mẫu đất nông nghiệp trên toàn tiểu bang. Theo một nghiên cứu vào năm 2021, việc che phủ những con kênh này bằng các tấm pin mặt trời sẽ làm giảm sự bốc hơi của nguồn nước quý - một trong những tài nguyên quan trọng nhất của California - và giúp đáp ứng các mục tiêu năng lượng tái tạo của bang, đồng thời tiết kiệm được rất nhiều chi phí cho tiểu bang.Những nguyên mẫu về mô hình kênh năng lượng mặt trời đầu tiên ở Mỹ, áp dụng cho cả kênh mương nhịp rộng và kênh hẹp hiện đang được phát triển ở Thung lũng Trung tâm của California. Các nhà khoa học tại California, Merced, những người tham gia dự án đang cố xác định làm thế nào để nó có thể trở thành giải pháp thực hiện được trên quy mô lớn.
Ở California, phần lớn lượng mưa và tuyết đều rơi xuống phía Bắc trong mùa đông, trong khi 80 % lượng nước sử dụng xảy ra ở Nam California, chủ yếu là vào mùa hè. Đó cũng là lý do tại sao có hệ thống kênh rạch chằng chịt khắp tiểu bang - đó là hệ thống lớn nhất thế giới. Ước tính khoảng 1 - 2 % lượng nước được các kênh mang theo bị mất đi do sự bay hơi dưới cái nắng nóng của California.
Trong một nghiên cứu năm 2021, các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc bao phủ tất cả 4.000 dặm kênh đào của California bằng các tấm pin mặt trời sẽ tiết kiệm hơn 65 tỷ gallon nước hàng năm bằng cách giảm bốc sự bốc hơi. Lượng nước này được ước tính là đủ để tưới 50.000 mẫu đất nông nghiệp hoặc đáp ứng nhu cầu nước sinh hoạt của hơn 2 triệu người. Bằng cách lắp đặt hệ thống năng lượng mặt trời trên mặt đất đã được sử dụng, thay vì xây dựng chúng trên những khu vực chưa phát triển, cách tiếp cận này sẽ giúp California đáp ứng các mục tiêu quản lý bền vững đối với cả tài nguyên nước và đất.
Điện mặt trời thân thiện với khí hậu
Việc che phủ các con kênh ở California bằng tấm pin mặt trời sẽ tạo ra một lượng điện đáng kể. Theo ước tính, nó có thể cung cấp khoảng 13 gigawatt công suất năng lượng tái tạo, chiếm khoảng nửa số nguồn mới mà bang này cần bổ sung, nhằm đáp ứng mục tiêu điện sạch với 60% từ các nguồn không có carbon vào năm 2030 và 100% có thể tái tạo vào năm 2045.Việc lắp đặt các tấm pin mặt trời trên các kênh đào cũng làm cho cả hai hệ thống (kênh và pin mặt trời) hoạt động hiệu quả hơn. Trong đó các tấm pin mặt trời sẽ làm giảm sự bốc hơi từ các kênh đào đặc biệt là trong mùa hè nóng nực ở California, vì có che chắn nên nước sẽ nóng chậm hơn so với trên mặt đất, mặt khác, nước kênh chảy bên dưới các tấm pin có thể làm chúng mát hơn, thúc đẩy sản xuất điện lên đến 3%.
Theo ước tính ban đầu, chi phí để bắc qua kênh bằng các tấm pin mặt trời sẽ cao hơn so với việc xây dựng các hệ thống gắn trên mặt đất. Tuy nhiên, khi xét đến những lợi ích đồng thời khác, chẳng hạn như các chi phí tiết kiệm được, việc tiết kiệm nước, giảm thiểu cỏ dại thủy sinh,... thì cho thấy rằng kênh năng lượng mặt trời là một khoản đầu tư tốt hơn và cung cấp điện với chi phí thấp hơn trong suốt thời gian lắp đặt năng lượng mặt trời. Đó là còn chưa tính đến những lợi ích sức khỏe con người khi chất lượng không khí được cải thiện và giảm phát thải khí nhà kính.
Lợi ích đối với đất nông nghiệp
California hiện là khu vực trồng thực phẩm lớn cung cấp cho dân số toàn cầu ngày càng tăng lên, sản xuất hơn 50% lượng trái cây, các loại hạt và rau cho người Mỹ ăn hàng năm. Tuy nhiên, có tới 50% công suất năng lượng tái tạo mới để đáp ứng các mục tiêu khử cacbon có thể được bố trí trong các khu vực nông nghiệp, gồm cả những vùng đất nông nghiệp chính rộng lớn. Việc lắp đặt kênh năng lượng mặt trời cũng sẽ bảo vệ cho các loài động vật hoang dã, hệ sinh thái và những vùng đất đóng vai trò quan trọng về văn hóa. Sự phát triển năng lượng mặt trời quy mô lớn có thể dẫn đến việc mất hoặc suy thoái hay phân mảnh môi trường sống, có thể gây hại cho những loài đang bị đe dọa sự sống như rùa sa mạc Mojave.
Rõ ràng là các kênh năng lượng mặt trời không chỉ đơn thuần là tạo ra năng lượng tái tạo và tiết kiệm nước. Việc xây dựng các mảng năng lượng mặt trời dài và mỏng này cũng có thể bảo vệ cho 80.000 mẫu đất nông nghiệp hoặc môi trường sống tự nhiên đang có nguy cơ bị chuyển đổi thành các trang trại năng lượng mặt trời.
Làm sạch không khí và cỏ dại
Thông qua việc tạo ra nguồn điện sạch, cách kênh năng lượng mặt trời có thể cải thiện được chất lượng không khí. Lợi ích khác nữa là hạn chế được cỏ dại mọc um tùm gây nghẹt kênh, hạn chế nước chảy. Thực tế, Ấn Độ cũng đã xây dựng các kênh năng lượng mặt trời từ năm 2014, bóng râm từ các tấm pin hạn chế sự phát triển của cỏ dại gây tắc cống và hạn chế dòng chảy của nước. Việc dọn dẹp những loài cỏ dại này luôn gây tốn kém, cả về công sức và chi phí, chưa tính đến thuốc diệt cỏ còn đe dọa sức khỏe con người và môi trường sống. Đối với những con kênh lớn và rộng ở California, các nhà nghiên cứu ước tính rằng những con kênh có mái che sẽ tiết kiệm được khoảng 40.000 USD mỗi dặm, và trên toàn tiểu bang, mức tiết kiệm có thể đạt 69 triệu đô la mỗi năm.Hiện ở California, cơ sở hạ tầng điện cũ kỹ đã góp phần gây ra các vụ cháy rừng thảm khốc và mất điện nhiều ngày. Việc xây dựng các dự án phát triển năng lượng mặt trời thông minh trên các kênh rạch và các vùng đất bị xáo trộn khác cũng có thể làm cho cơ sở hạ tầng cấp điện và nước linh hoạt hơn, đồng thời tiết kiệm nước, giảm chi phí và giúp chống lại biến đổi khí hậu.
Quận Thủy lợi Turlock, ở Thung lũng San Joaquin của California sẽ là nơi đầu tiên xây dựng nguyên mẫu kênh năng lượng mặt trời đầu tiên với sự hợp tác của nhà phát triển dự án Solar Aquagrid, các nhà nghiên cứu và được hỗ trợ bởi Bộ Tài nguyên nước của bang. Các nguyên mẫu trong dự án trình diễn kéo dài hàng dặm này cùng với các thí điểm trong tương lai sẽ giúp các nhà khai thác, nhà phát triển và cơ quan quản lý tinh chỉnh các thiết kế, đánh giá các lợi ích cũng như cách hệ thống này hoạt động. Với nhiều dữ liệu thực tế hơn, cách chiến lược sẽ dễ dàng được vạch ra để mở rộng các các kênh năng lượng mặt trời trên toàn tiểu bang và có khả năng trên khắp miền Tây.
Nguồn smithsonianmag
