Điện gió xa bờ: Kỷ nguyên của những “gã khổng lồ cơ khí” biết nổi và suy nghĩ

Điện gió ngoài khơi ngày nay không còn đơn thuần là việc đặt turbine cơ khí xuống biển. Nó đã phát triển thành một hệ sinh thái công nghệ đang tiến hóa để bền bỉ, linh hoạt và hiệu quả hơn. Ngành này đang đi theo 3 trụ cột rất rõ: lớn hơn, tiến ra vùng biển sâu hơn và thông minh hơn.

Turbine lớn đã bước vào thương mại quy mô rõ rệt, công nghệ móng nổi đang ở giai đoạn thương mại ban đầu, còn trí tuệ nhân tạo (AI) và bản sao số (digital twin) đang trở thành lớp tối ưu hóa quan trọng trong vận hành.

Thế giới của những “gã khổng lồ cơ khí”

Trong điện gió ngoài khơi, kích thước không chỉ là biểu tượng sức mạnh mà còn là chìa khóa tối ưu hóa chi phí sản xuất điện. Xu hướng tăng công suất đơn vị đang diễn ra rất nhanh, vượt trên công suất 8 - 10 MW thường thấy, nhằm khai thác tối đa sản lượng điện trên mỗi vị trí móng trụ.

Năm 2025 đánh dấu một cột mốc quan trọng khi các turbine công suất 15 MW bắt đầu được lắp đặt thương mại tại châu Âu. Dự án Baltic Power ở Ba Lan là ví dụ nổi bật: turbine Vestas 15 MW đầu tiên đã được lắp đặt, mở đầu cho việc triển khai 76 turbine của dự án.

Tuy nhiên, cuộc đua công suất chưa dừng ở mức đó. Trung Quốc đang dẫn đầu về kích cỡ prototype với các mẫu lên tới 20 MW, 21,5 MW và cả cấu hình 26 MW đang trong giai đoạn thử nghiệm. Tuy nhiên, đây chủ yếu mới là các bản mẫu hoặc nền tảng thử nghiệm, chưa đồng nghĩa với vận hành thương mại rộng rãi.

Lý do của xu hướng “càng lớn càng tốt” khá rõ: turbine lớn hơn giúp giảm số lượng thiết bị cho cùng công suất, từ đó giảm số móng, giảm cáp nội bộ và giảm số công đoạn lắp đặt trên mỗi GW. So sánh đơn giản: 1 turbine công suất 20 MW phát điện tương đương 2 turbine công suất 10 MW; nhưng số móng, cáp, công đoạn lắp đặt chỉ tốn khoảng hơn một nửa.

Nhưng hiệu quả kinh tế không đến từ kích cỡ đơn thuần, nó còn phụ thuộc vào năng lực đồng bộ của chuỗi cung ứng, hạ tầng cảng biển, tàu lắp đặt và cần cẩu chuyên dụng.

Nếu turbine công suất 10 MW có đường kính cánh quạt khoảng 180 - 220m, vùng quét gió khoảng từ 25.000 đến 38.000m2 (bằng 5 sân bóng đá), khối lượng mỗi cánh quạt hơn 40 tấn và chiều cao tâm máy khoảng 130m.

Còn gã khổng lồ tourbine 20 MW có đường kính cánh quạt tới hơn 300m, diện tích quét tương đương 10 sân bóng đá và đỉnh cánh quạt vươn cao tới hơn 260m so với mực nước biển. Việc lắp đặt những “gã khổng lồ” này đòi hỏi công nghệ, thiết bị và chi phí hoàn toàn khác.

Có lẽ vì những lý do trên, nên turbine công suất 26 MW hiện vẫn ở giai đoạn thử nghiệm và nghiên cứu, chưa phải là chuẩn thương mại phổ biến.

Nhà máy điện nổi trên sóng

Các dự án điện gió với công nghệ móng cố định bị giới hạn ở vùng nước nông, trong khi công nghệ móng nổi (floating wind) hứa hẹn mở ra khả năng khai thác các vùng biển sâu hơn.

Đây không đơn giản là việc đưa turbine lên một chiếc bè; đó là một hệ kỹ thuật gồm cấu trúc nổi, hệ thống neo giữ và cáp động có khả năng chịu chuyển động liên tục của sóng biển. Các công nghệ nền móng phao nổi chủ yếu đang được sử dụng gồm trụ phao đứng, phao bán chìm, trạm neo căng và phao dạng sà lan.

Ngoài ra, dù công nghệ giữ ổn định tới đâu, tháp gió sẽ vẫn bị nghiêng và dao động. Do đó turbine đặt trên móng nổi phải sử dụng thuật toán điều khiển cánh quạt thông minh, tự động xoay góc cánh quạt, dùng lực gió triệt tiêu độ lắc của sóng biển để giữ cho turbine đứng thẳng.

Đến cuối năm 2025, tổng công suất điện gió nổi toàn cầu đạt 278 MW. Các quốc gia dẫn đầu gồm: Na Uy 101 MW, Vương quốc Anh 78 MW, Trung Quốc 40 MW, Pháp 27 MW, Bồ Đào Nha 25 MW, Nhật Bản 5 MW và Tây Ban Nha 2 MW.

Na Uy đang dẫn đầu trong lĩnh vực mới mẻ này, nhờ kinh nghiệm hàng đầu của họ từ ngành dầu khí biển sâu. Anh và Pháp đều chứng minh tính khả thi của công nghệ với các dự án vận hành trong năm 2025. Nhật Bản cũng tăng tốc với dự án Goto 16,8 MW bước vào vận hành đầu năm 2026.

Dù mở ra không gian phát triển lớn, floating wind vẫn đối mặt với các rào cản thực tế. Sau 1 thập niên tăng trưởng, tốc độ lắp đặt mới trong năm 2026 lần đầu chững lại, phản ánh sự nhạy cảm với chi phí vốn và biến động kinh tế vĩ mô. Điều này cho thấy công nghệ này vẫn cần thêm cú hích mạnh về chính sách và tài chính để đạt quy mô đại trà.

Bộ não số hóa và sự trỗi dậy của AI

Trong kỷ nguyên công nghiệp 4.0, một trang trại điện gió hiệu quả cần những “bộ não” thông minh hơn là chỉ thuần túy những cánh quạt cơ khí lớn.

Trí tuệ nhân tạo, dữ liệu SCADA (hệ thống giám sát và điều khiển thu thập dữ liệu) và bản sao số đã trở thành lớp tối ưu hóa trung tâm, tác động đến toàn bộ vòng đời dự án.

Các báo cáo ứng dụng cho thấy công nghệ số đang tạo ra kết quả đáng kể trong một số trường hợp. Tài liệu của Cơ quan nghiên cứu và phát triển năng lượng New York (NYSERDA) ghi nhận rằng, các phân tích dự đoán có thể giảm 30% thời gian dừng máy ngoài ý muốn, bảo trì dựa trên dữ liệu có thể giảm 10% - 15% chi phí vận hành và bảo dưỡng, còn AI kết hợp digital twin có thể hỗ trợ kéo dài tuổi thọ thiết bị trong nhiều tình huống.

Trí tuệ nhân tạo cũng đang thúc đẩy cách tiếp cận “xanh hơn để làm xanh hơn”. Việc dùng thiết bị bay không người lái (UAV) và tàu tự hành (USV) kết hợp AI để khảo sát thay cho tàu dịch vụ truyền thống có thể giảm phát thải carbon trong các tác vụ vận hành. Tuy nhiên, do hiệu quả phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể, không nên hiểu đây là biện pháp áp dụng đồng loạt cho mọi dự án.

Trong bối cảnh chi phí vận hành và bảo dưỡng ngoài khơi luôn rất lớn, số hóa đã trở thành năng lực cạnh tranh quan trọng đối với mọi nhà phát triển.

Điểm mạnh của AI là giảm thời gian dừng máy, tối ưu bảo trì và hỗ trợ ra quyết định nhanh hơn; điểm yếu là phụ thuộc mạnh vào chất lượng dữ liệu, mức độ chuẩn hóa hệ thống và năng lực tích hợp của đội ngũ vận hành.

Việt Nam đứng ở đâu trong bản đồ công nghệ?

Với Việt Nam, đón đầu các xu hướng công nghệ này đòi hỏi một chiến lược thực tế. Ưu tiên hợp lý hiện nay là áp dụng turbine công suất lớn tại các khu vực phù hợp, đồng thời dùng AI và digital twin để tối ưu khảo sát và quản lý vận hành trước khi tiến tới móng nổi - vốn còn đắt đỏ và phức tạp hơn.

Nút thắt lớn nhất với Việt Nam là hạ tầng cảng biển: các cảng cần nâng cấp về độ sâu và diện tích bãi tập kết, cho phép các turbine lớn công suất 15 - 26 MW có thể được vận chuyển và lắp ráp hiệu quả. Thành công sẽ phụ thuộc vào việc đồng bộ hóa hạ tầng cứng như cảng và lưới điện với hạ tầng mềm như dữ liệu và pháp lý.

Điện gió ngoài khơi đang chuyển mình để trở nên lớn hơn về quy mô, sâu hơn về không gian khai thác và thông minh hơn trong quản trị. Sự kết hợp giữa sức mạnh cơ khí và AI đang biến đại dương thành những nhà máy điện khổng lồ với độ chính xác cao.

Câu hỏi hiện nay không còn là công nghệ có khả thi hay không, mà là các quốc gia đã sẵn sàng về hạ tầng và chính sách để triển khai các trang trại điện gió nổi khổng lồ với công nghệ thông minh hay chưa./.