Trang chủ >> Khoa học công nghệ

Nguồn điện mặt trời nổi trên thế giới và tiềm năng ở Việt Nam

Cập nhật lúc : 10:59 | 12/07/2018

 
Công nghệ nguồn điện mặt trời nổi (Floating Solar Power) là một công nghệ điện mặt trời mới được phát triển gần đây nhưng đã thu hút được một sự quan tâm rất lớn của các quốc gia, các nhà đầu tư về phát triển điện năng lượng tái tạo trên toàn thế giới nhờ công nghệ này đã giải quyết được đồng thời nhiều  vấn đề liên quan đến tính kinh tế, xã hội và môi trường. Nói riêng, với tiềm năng về điện mặt trời nổi rất lớn ở Việt nam, công nghệ điện mặt trời nổi nên là một lựa chọn ưu tiên trong phát triển các công nghệ phát điện hiện nay và trong các thập niên tới.
Tại sao lại điện mặt trời nổi ?
Công nghệ nguồn Điện mặt trời đang phát triển với tốc độ rất cao
Như đã biết, trong thập niên vừa qua, giá mô đun pin mặt trời và do đó giá điện mặt trời (ĐMT) đã giảm một cách kịch tính, giảm gần 10 lần so với những năm đầu của thế kỷ 21. Nếu như suất đầu tư thiết bị ĐMT những năm 2000 khoảng (6000-7000) USD/kWp, thì đến nay, suất đầu tư này chỉ còn trên dưới 1000USD/kWp. Hiện nay, giá điện nguồn  ĐMT trung bình trên thế giới chỉ còn khoảng 8 đến 10 UScents/kWh. Ở các khu vực có bức xạ mặt trời cao như Trung Đông, Châu Phi, một số Bang ở Mỹ, v.v… giá điện ĐMT chỉ vào khoảng 6 đến 8 UScents/kWh hoặc thậm chí còn thấp hơn. Theo dự báo, giá ĐMT vẫn còn tiếp tục giảm, và đến năm 2025 giá ĐMT sẽ thấp hơn giá điện gió và ngang bằng với giá điện hóa thạch (4 đến 6 UScents/kWh).
Bên cạnh tính cạnh tranh về giá cả, ĐMT còn là nguồn điện sạch, thân thiện với môi trường, không gây phát thải khí nhà kính nên không gây ra các hiện tượng biến đổi khí hậu. Ngoài ra,  nguồn “nhiên liệu” sản xuất ĐMT là năng lượng mặt trời lại có thể nói là vô tận, có ở khắp mọi quốc gia và có thể khai thác “miễn phí” .
Do các ưu việt như vậy, nên công nghệ nguồn ĐMT đã và đang phát triển rất nhanh trên  thế giới. Năm 2016, theo Tạp chí “Renewables 2017- Global Status Report”, trên phạm vi thế giới, tỷ lệ công suất điện mặt trời (PV) so với tổng công suất phát điện kể cả thủy điện là 15% (= 303 GW/2.017GW), và nếu không kể thủy điện thì tỷ lệ đó là 33% (= 303GW/921GW). Theo dự báo của IRENA 2016 thì đến năm 2030, tổng công suất điện mặt trời trên thế giới sẽ vào khoảng 1760GW, tức là tăng 5,8 lần so với công suất năm 2016 (303GW). Trong khoảng thời gián từ 2010 đến này, tốc độ tăng trưởng của nguồn ĐMT trung bình khoảng 37%/năm, một tốc độ tăng trưởng kỷ lục.
Nguồn ĐMT nổi là gì ? Tại sao lại ĐMT nổi ?
a. Nguồn ĐMT
Một hệ nguồn điện mặt trời gồm các thành phần chính như chỉ ra trên hình 1.
Hình 1. Sơ đồ nguyên lý của một nguồn ĐMT
Nguyên lý hoạt động của nguồn ĐMT như sau. Các tia bức xạ mặt trời chiếu tới mặt dàn pin mặt trời. Nhờ hiệu ứng quang-điện, dàn pin sẽ biến đổi năng lượng mặt trời trực tiếp thành điện năng của dòng điện một chiều (dòng DC). Dòng DC này sau đó được đưa vào Bộ Biến đổi điện (Inverter) và được biến đổi thành dòng điện xoay chiều (dòng AC) có các đặc trưng điện (như tần số, biên độ, pha, v.v…) như dòng điện trên lưới điện quốc gia. Dòng AC này có thể được các hộ sử dụng trực tiếp. Khi điện dư thừa, có thể phát/bán lên lưới điện. Ngược lại, khi nguồn ĐMT phát không đủ điện (ví dụ, ban đêm) thì hộ sử dụng có thể lấy/mua điện từ lưới điện.
Như vậy, thành phần quan trọng nhất của một nguồn ĐMT là dàn pin mặt trời. Dàn pin gồm nhiều hay rất nhiều các mô-đun pin mặt trời ghép nối điện lại với nhau và lắp vào các khung kim loại. Việc lắp đặt dàn pin mặt trời cần phải đáp ứng các yêu cầu sau:
1) Phải lắp đặt ngoài trời, nơi có nắng càng nhiều càng tốt.
2) Mặt dàn pin hướng về Đường Xích Đạo của Quả Đất và nghiêng một góc khoảng bằng Vĩ độ nơi lắp đặt so với mặt nằm ngang.
3) Công suất dàn pin hay công suất nguồn ĐMT tỷ lệ với tổng diện tích dàn pin. Diện tích dàn pin càng lớn thì công suất nguồn ĐMT càng lớn. Trong thực tế, để có một dàn pin công suất 1 Mê-ga-oát (MWp), với các mô-đun pin mặt trời thương mại phổ biến hiện nay, hiệu suất biến đổi quang-điện khoảng 16% - 18%, thì cần một diện tích mặt bằng lắp đặt khoảng 1,2 đến 1,4 héc-ta (ha) hay khoảng 12.000 đến 14.000 mét vuông (m2).
Như thế, để có các hệ ĐMT qui mô công suất lớn hàng trăm MWp thì rõ ràng cần diện tích mặt bằng lắp đặt dàn pin cũng rất lớn, hàng trăm ha. Ví dụ, một nhà máy ĐMT công suất 200 MWp, thì cần một diện tích mặt bằng lắp dàn pin khoảng 240 ha đến 280 ha.
b. Nguồn ĐMT nổi
Rõ ràng là diện tích mặt bằng lắp đặt dàn pin là một vấn đề lớn đối với nhiều quốc gia, đặc biệt đối với các quốc gia “đất chật, người đông” như Việt nam.
Để giải quyết vấn đề này, gần đây, người ta đã phát triển “công nghệ ĐMT nổi”(solar PV floating power), trong đó, thay vì dàn pin lắp đặt trên mặt đất, người ta lắp chúng trên các mặt nước thông qua một hệ thống phao nổi và neo để định vị. 
Để xây dựng các nguồn ĐMT nổi, người ta có thể lắp các dàn pin trên mặt nước sông, hồ như các hồ thủy lợi, hồ thủy điện, các hồ dân sinh và ngay cả các hồ xử lý nước thải, v.v…. 
Đặc biệt, người ta cũng có thể lắp dàn pin trên mặt biển. Nguồn ĐMT nổi có dàn pin lắp trên mặt nước biển còn được gọi là nguồn ĐMT ngoài khơi (Solar PV off-shore floating power systems). Các dàn pin lắp trên mặt biển có thể tận dụng tối đa năng lượng mặt trời vì hoàn toàn không bị che bóng bởi các vật cản suốt cả ngày nên hệ số công suất rất cao.
c. Các ưu việt của công nghệ ĐMT nổi so với công nghệ ĐMT mặt đất
Từ kết quả nghiên cứu nhiều dự án ĐMT nổi trên thế giới, người ta đã rút ra được các kết quả ưu việt mà các các nguồn ĐMT mặt đất không có. Đó là:
1) Giải quyết được vấn đề diện tích mặt bằng và có thể xây dựng được các nguồn ĐMT có công suất rất lớn, đến Gi-ga-oát (GWp). Nói riêng, đối với các quốc gia có biển thì mặt bằng lắp đặt các dàn pin của nhà máy ĐMT không còn là vấn đề phải quan tâm nữa. 
2) Tận dụng được nhiều diện tích mặt nước hoang hóa, làm tăng giá trị kinh tế của các diện tích mặt nước mà lâu nay vẫn bị “bỏ hoang”.
3) Một kết quả khác rất có giá trị là hiệu suất phát điện đối với các nguồn ĐMT nổi tăng lên trung bình khoảng (11 - 12)% (có tài liệu còn cho con số đến 50% !) so với nguồn ĐMT mặt đất vì các lý do sau: (i) hơi nước làm mát các module pin mặt trời, nên hiệu suất quang điện các mô-đun tăng lên; (ii) dàn pin không bị bóng dâm, tận dụng được năng lượng mặt trời một cách tối đa; (iii) do dàn pin “trôi nổi” trên mặt nước nên dễ dàng hơn việc định hướng mặt dàn pin  theo mặt trời (Sun-Tracker), làm tăng lượng năng lượng mặt trời tới mặt dàn pin.
Hình 2. Nhà máy ĐMT nổi công suất 13,7MWp tại hồ Yamakura, Nhật Bản (Photo credit: Kyocera)
4) Dàn pin còn hạn chế lượng nước bốc hơi. Điều này rất quan trọng đối với các hồ thủy lợi, thủy điện và các hồ dân sinh.
5) Hạn chế được sự phát triển của một số loại thủy sinh có hại như tảo, vi sinh vật có hại, v.v… do thiếu ánh sáng mặt trời dưới các dàn pin. Điều này làm cho chất lượng nước tốt hơn.
6) Ngoài ra, phát triển công nghệ hệ nguồn ĐMT nổi còn dẫn đến một số ngành nghề mới cũng được hình thành và phát triển (như chế tạo mô-đun pin mặt trời, cáp điện, phụ kiện điện, v.v… thích nghi với môi trường nước; thiết kế chế tạo hệ phao nổi, khung dàn và các hệ thống neo) và do đó tạo thêm nhiều công ăn việc làm mới cho người lao động.
ĐMT nổi trên thế giới
Theo thống kê, đến năm đầu năm 2018, trện thế giới có 71 nhà máy ĐMT nổi, có công suất từ 5kW trở lên, với tổng công suất là 134,308 MW (bảng 1). Nhà máy ĐMT nổi có công suất lớn nhất là 40MW ở Tỉnh An Hui, Trung Quốc (vận hành từ tháng 5/2017). Các nước có các nhà máy ĐMT nổi đang vận hành trên thế giới được cho trong bảng 1.
Bảng 1. Các nước và tổng công suất các nhà máy ĐMT nổi trên thế giới

Nguồn: Nguyen Dang Anh Thi: the global evolution of floating solar PV, July 2017, www.researchgate.net/publication/321461989.
Như thấy trên bảng 1, top 5 các nước dẫn đầu về ĐMT nổi gồm có Trung Quốc, Nhật bản, Anh, Hàn Quốc và Mỹ, trong đó Trung Quốc là nước đứng hàng đầu.
Nếu so với tổng công suất ĐMT đến năm 2017 thì tỷ lệ công suất ĐMT nổi còn rất nhỏ, chỉ chiêm khoảng 0,03%. Tuy nhiên, nếu xét về tốc độ phát triển thì thấy rằng ĐMT nổi đang phát triển với tốc độ rất kịch tính (hình 3). Trong thực tế, công nghệ ĐMT nổi chỉ mớí phát triển đáng kể từ năm 2013. Thế nhưng, như thấy trên hình, tổng công suất năm 2017 tăng 205 lần so với năm 2013 và tăng 3,55 lần so với năm 2016. Tốc độ tăng kỷ lục.
Hình 3. Tổng công suất lắp đặt (cộng dồn) ĐMT nổi hàng năm đến năm 2017
(Nguồn: Nguyen Dang Anh Thi: the global evolution of floating solar PV, July 2017, www.researchgate.net/publication/321461989).
Tiềm năng ĐMT nổi ở Việt nam
Việt nam là một nước có mật độ dân số cao, trung bình là 274 người/km2, gấp 5,2 lần mật độ dân số trung bình của thế giới và cao thứ ba trong khu vực Đông Nam Á. Với tỷ lệ thủy điện hiện nay chiếm khoảng 38% tổng công suất phát điện, Việt nam đang có một hệ thống hồ dập thủy điện rất lớn. Là một nước nông nghiệp chúng ta còn có hệ thống hồ đập thủy lợi phân bố khắp nơi trên lãnh thổ. Ngoài ra, Việt nam có lãnh thổ mặt biển rất rộng lớn với diện tích gấp 2 diện tích đất liền và với bờ biển dài trên 3200 km. 
Tất cả các đặc điểm tự nhiên, xã hội nói trên tạo cho Việt nam có một tiềm năng rất lớn về phát triển hệ nguồn ĐMT nổi. Vì vậy, công nghệ ĐMT nổi chắc chắn sẽ phải là một trong những công nghệ điện năng lượng tái tạo ưu tiên phát triển trong thời gian tới.
Mới đây, đầu năm 2017, UBND tỉnh Bình Thuận đã chấp thuận chủ trương cho Công ty Cổ phần Thủy điện Đa Nhim - Hàm Thuận - Đa Mi (DHD) khảo sát, nghiên cứu và đầu tư Dự án Nhà máy ĐMT nổi đầu tiên ở Việt nam tại hồ Đa Mi, nằm tại huyện Tánh Linh và Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận. Với công suất 47,5 MWp, sản lượng điện gần 70 triệu kWph/năm. Theo kế hoạch, Dự án sẽ được hoàn thành và đưa vào vận hành năm 2019.
Tài liệu tham khảo:
1. “Renewables 2017- Global Status Report”.
2. Adapted from Solar Asset Management—North America; 
https://www.nrel.gov/technical-ssistance/blog/posts/floating-solar-photovoltaics-gaining-ground.html.
3. Floating Solar (PV) Systems: why they are taking off. http://sinovoltaics.com/technology/floating-solar-pv-systems-why-they-are-taking-off/
4. www.evn.com.vn/d6/news/Du-an-dien-mat-troi-noi-tai-ho-Da-Mi-Them-nguon-nang-luong-sach-6-17-20615.aspx.
5. Nguyen Dang Anh Thi: the global evolution of floating solar PV, July 2017, www.researchgate.net/publication/321461989.
PGS. TS. Đặng Đình Thống
Hội KHCN Sử dụng Năng lượng Tiết kiệm và Hiệu quả (VECEA)

Ý kiến phản hồi
Gửi bình luận
Bình luận