1. Đặt vấn đề
Chuyển dịch từ phương tiện giao thông sử dụng nhiên liệu hóa thạch sang xe điện đang được coi là một cuộc cách mạng trong lĩnh vực giao thông vận tải. Đây là xu hướng tất yếu trên phạm vi toàn cầu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, giảm phát thải khí nhà kính và hạn chế ô nhiễm môi trường đô thị.
Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng của xe điện cũng tạo ra những thách thức mới trong khai thác và sử dụng năng lượng của các quốc gia. Thách thức lớn nhất trong số đó là nhu cầu xây dựng thêm nhiều nhà máy điện và củng cố hệ thống lưới truyền tải để chúng có thể tiếp nhận một công suất lớn đột biến do toàn bộ năng lượng của nhiên liệu phải chuyển thành năng lượng điện. Đây là điều mà không phải quốc gia hoặc vùng lãnh thổ nào cũng có thể đáp ứng trong ngắn hạn.
Trong bối cảnh ấy, việc tận dụng diện tích mặt đường giao thông để lắp đặt điện Mặt Trời, kết hợp trực tiếp với hệ thống trạm sạc và pin lưu trữ là một giải pháp sáng tạo, căn cơ và đột phá vì khi đó mỗi con đường có thể để tạo ra nguồn điện ngay tại chỗ, dùng cho chính phương tiện đang lưu thông trên tuyến đường đó.
2. Mô tả phạm vi và hoạt động của hệ sinh thái
– Lắp đặt ĐMT ngay trên đường giao thông, đặc biệt là các cao tốc và quốc lộ, nơi có hành lang hoặc dải phân cách đủ rộng để lắp đặt hệ thống điện Mặt Trời dạng mái che.
– Bố trí các trạm sạc phân tán ngay trên tuyến hoặc tại điểm dừng nghỉ, trực tiếp sử dụng nguồn điện này để sạc cho xe điện.
– Xây dựng hệ thống lưu trữ bằng pin tái sử dụng: Tận dụng pin ô tô điện đã hết hạn dùng để biến thành “bồn chứa điện”. Nhờ đó, hệ thống có thể sạc cho phương tiện ngay cả ban đêm hay lúc khi không có nắng, đồng thời giảm áp lực xử lý chất thải pin.
3. Tính toán minh họa
Ta tính toán cho một dự án được xây dựng với các giả thiết sau:
– Cường độ bức xạ Mặt Trời trung bình: 5 MWh/MWp/ngày.
– Công suất lắp đặt: 10 MWp
– Mỗi xe điện trung bình sử dụng 15 kWh/ngày, ứng với khoảng 100 km di chuyển.
– Bề rộng đường dành cho lắp đặt: 20 m.
Kết quả tính toán:
– Điện năng tạo ra mỗi ngày: 10 MWp × 5 MWh/MWp/ngày = 50 MWh/ngày = 50.000 kWh/ngày.
– Tổng số xe được cấp điện: 50.000 kWh / 15 kWh/xe/ngày = 3.333 xe/ngày, làm tròn thành 3.000 xe (cho chắc chắn)
– Số tấm pin Mặt Trời cần thiết: Nếu sử dụng các tấm pin Mặt Trời kích thước 1 m x 2m, công suất trung bình 0,45 kWp/tấm ta tính được số tấm pin vào khoảng 10.000 kWp / 0,45 kWp/tấm = 22.220 tấm, làm tròn là 22.500 tấm , ứng với diện tích 45.000 m2
– Diện tích lắp đặt: Với bề rộng trung bình để lắp đặt của mặt đường là 20 m, ta tính được chiều dài cần che phủ khoảng: 45.000 m2/ 20 m = 2.250 m. Trong trường hợp chọn hệ số lắp đặt là 1,25 ta ước chừng độ dài lắp đặt là 2.812 m, làm tròn là 3 km
Kết luận nhỏ: Chỉ cần khoảng 3km đường cao tốc phủ điện mặt trời, hệ thống đã có thể cung cấp đủ điện cho khoảng 3.000 lượt xe điện.
4. Ý nghĩa kinh tế – kỹ thuật – môi trường
– Kinh tế: Hệ sinh thái sẽ giảm gánh nặng đầu tư vào các nhà máy điện tập trung, biến diện tích mặt đường vốn chỉ để đi lại thành nguồn năng lượng kép, tạo thêm cơ hội kinh doanh dịch vụ sạc dọc đường. Ngoài ra, mô hình tận dụng pin đã qua sử dụng làm bộ lưu trữ, tối ưu vòng đời thiết bị và thực sự đã áp dụng mô hình kinh tế tuần hoàn.
– Kỹ thuật: Nhờ sản xuất và tiêu thụ điện ngay tại chỗ, mô hình “Đường – Điện – Ô tô” giúp giảm tải cho lưới điện quốc gia, đặc biệt là giảm sức ép cho lưới điện sinh hoạt vốn đã cũ và yếu. Về lâu dài nếu nghiên cứu và thiết kế được cơ cấu sạc trực tiếp điện Mặt Trời (là nguồn một chiều) cho pin xe điện (cũng là nguồn một chiều) thì cấu trúc của hề thống sẽ đơn giản, do đó hiệu suất năng lượng của quá trình sẽ tăng lên.
– Môi trường: Hệ thống sẽ giúp các xe điện trở thành phương tiện “sạch” thực sự, qua đó giảm đáng kể phát thải CO₂. Kho pin lưu trữ góp phần kéo dài vòng đời pin, giảm lượng rác thải nguy hại. Ngoài ra, khi được che phủ bằng các tấm pin Mặt Trời, các tuyến đường cao tốc cũng giảm bức xạ nhiệt, góp phần bảo vệ mặt đường giao thông.
– Xã hội: Mô hình “Đường – Điện – Ô tô” gia tăng niềm tin của người dân vào xe điện, bởi lo lắng lớn nhất hiện nay của các chủ xe thiếu trạm sạc và đặc biệt là khi phải sạc xe tại khu dân cư.
Một điểm cần nhấn mạnh là: Hệ sinh thái Đường – Điện – Ô tô chính là biểu hiện sinh động của chủ trương “Điện Mặt Trời mái nhà tự sản, tự tiêu” đã được hoạch định trong Luật Điện lực. Nếu như mô hình mái nhà áp dụng cho từng hộ gia đình, doanh nghiệp, thì mô hình này chính là phiên bản mở rộng ở quy mô hạ tầng quốc gia, trên chính những tuyến đường, tài sản công cộng, nhằm tạo ra nguồn điện sạch phục vụ trực tiếp cho giao thông điện và bổ sung cho lưới quốc gia.
5. Kết luận và hy vọng
Tính toán trên cho thấy với 10 MWp điện mặt trời trên một đoạn cao tốc, ứng với khoảng 3 kilômét đường được lắp đặt điện Mặt Trời, chúng ta đã có thể cung cấp điện cho khoảng 3.000 xe ô tô điện, nghĩa là cứ 01 km đường cao tốc “nuôi” được 1000 xe. Theo thông tin, dự kiến đến cuối 2025 Việt nam sẽ có 3000 km đường cao tốc. Giả sử trong trường hợp lý tưởng, nếu tận dụng tất cả diện tích đường cao tốc để lắp đặt điện Mặt Trời, chúng ta sẽ có đủ điện để cung cấp cho khoảng 3.000.000 xe ô tô. Con số này ứng với toàn bộ số xe ô tô cá nhân ở Việt Nam (dự đoán vào 2030) ngay cả khi tất cả đều chuyển sang sử dụng xe điện.
Mô hình này này cũng đặc biệt quan trọng trong bối cảnh quỹ đất dành cho các dự án điện Mặt Trời quy mô lớn gần như đã cạn kiệt. Việc biến mặt đường thành trang trại năng lượng không chiếm thêm đất, đồng thời giải quyết đồng bộ ba bài toán giao thông sạch, điện năng tái tạo, và tái sử dụng pin cũ. Ngoài ra, các công trình điện Mặt Trời trên đường cao tốc có thể đảm nhiệm luôn việc chiếu sáng đường giao thông, giúp không phải kéo điện lưới phục vụ chiếu sáng. Mặt khác, trong trường hợp cần thiết hệ thống này hoàn toàn có khả năng hỗ trợ cho lưới điện quốc gia.
- Thế giới đã làm gì
Nhiều nước trên thế giới đã “nghĩ đến” và triển khai lắp đặt điện Mặt Trời trên đường giao thông. Dưới đây là một vài hình ảnh mô phỏng điện Mặt Trời trên đường cao tốc trên thế giới.
TS. Lê Hải Hưng – https://hoichieusangvietnam.org.vn/he-sinh-thai-duong-dien-oto-co-the-la-giai-phap-can-co-de-thuc-day-tang-truong-xe-dien-o-viet-nam/
