Những ưu việt của điện mặt trời nổi và tiềm năng ứng dụng tại Việt Nam

21

PGS. TS. Đặng Đình Thống
(Hội KHCN Sử dụng Năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Việt Nam(VECEA))

Công nghệ Hệ nguồn điện mặt trời nổi (Floating Solar Power System) là một công nghệ điện mặt trời với dàn pin mặt trời lắp đặt trên mặt nước có nhiều ưu việt về diện tích lắp đặt, về hiệu suất biến đổi quang điện cũng như về hiệu quả kinh tế. Với tiềm năng mặt nước dồi dào, công nghệ này hứa hẹn sẽ có điều kiện phát triển rất tốt ở Việt Nam.

Vài nét về Điện Mặt Trời nổi
Xu thế phát triển mạnh mẽ Điện Mặt Trời trên thế giới hiện nay đồng nghĩa với xu thế qui mô dự án Điện Mặt Trời ngày càng lớn hơn. Nếu như công suất trung bình của một nhà máy Điện Mặt Trời hiện nay chỉ trong khoảng (200-300)MW, thì tới đây, sau năm 2020, 2025, công suất trung bình này sẽ phải lên tới hàng nghìn MW.
Tuy nhiên, như ta biết, do mật độ năng lượng mặt trời ở mặt đất không cao, cực đại chỉ khoảng 1kW/m2, nên để có thể lắp một dàn pin công suất 1MW cần một diện tích mặt bằng trung bình khoảng 1,2ha (hay 12.000m2). Như vậy, để có thể xây dựng các nhà máy Điện Mặt Trời cỡ 1GW (1GW = 1000MW) thì cần một diện tích mặt bằng rất lớn, khoảng 1200 ha (12 triệu m2). Do vậy, rất nhiều quốc gia, trong đó có nước ta, do lãnh thổ nhỏ hẹp, mật độ dân cư lại cao, nên đây là một vấn đề rất lớn trong quá trình phát triển Điện Mặt Trời, kể cả diện tích mặt bằng cũng như chi phí đầu tư cho mặt bằng đó.
Gần đây, một số quốc gia hàng đầu về Điện Mặt Trời đã tìm ra lời giải của bài toán nói trên bằng cách tận dụng các mặt nước lâu nay vẫn bỏ không như mặt sông, mặt hồ thủy điện hay thủy lợi, các hồ xử lý nước thải, các diện tích vùng đất ngập nước và đặc biệt là mặt nước các vùng biển gần bờ có diện tích vô cùng lớn, v.v… để lắp đặt dàn pin mặt trời.
Các hệ nguồn Điện Mặt Trời có dàn pin lắp trên các mặt nước được gọi là hệ nguồn Điện Mặt Trời nổi (Floating solar power systems). Trong các năm gần đây, các nước như Israel, Nhật Bản, Australia, Ấn Độ, Mỹ, Trung quốc, v.v… đều đã và đang phát triển các dự án Điện Mặt Trời nổi thử nghiệm hay thương mại đầu tiên.

Nhà máy Điện Mặt Trời nổi công suất 13,7MWp tại hồ Yamakura, Nhật Bản (Photo credit: Kyocera)

Những điểm ưu việt của công nghệ Điện Mặt Trời nổi
Từ kết quả nghiên cứu các dự án Điện Mặt Trời nổi của các nước trên thế giới, người ta đã rút ra được nhiều kết quả ưu việt mà các các nguồn Điện Mặt Trời mặt đất không thể có. Đó là:
Thứ nhất, giải quyết được vấn đề mặt bằng. Nói riêng, đối với các quốc gia có biển thì mặt bằng lắp đặt các dàn pin của nhà máy Điện Mặt Trời không còn là vấn đề phải quan tâm nữa.
Thứ hai, 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”.
Thứ ba, suất đầu tư các dự án Điện Mặt Trời nổi thấp hơn do chi phí mặt nước thấp, thậm chí không mất tiền mua; chi phí lắp đặt cũng như vận hành, bảo dưỡng đối với các hệ Điện Mặt Trời nổi cho thấy nói chung cũng thấp hơn.
Thứ tư, hiệu suất phát điện đối với các dàn pin lắp trên mặt nước tăng lên trung bình khoảng (11 – 12)% (có tài liệu còn cho côn số đến 20%!) do do hiệu ứng làm mát tự nhiên bằng hơi nước các module pin mặt trời.
Khi lắp dàn pin ngoài trời, nhiệt độ các pin thường cao hơn nhiệt độ môi trường khoảng 25 0C. Nếu nhiệt độ môi trường là 40 0C thì nhiệt độ pin sẽ là 65 0C. Đối với pin mặt trời tinh thể Si, khi nhiệt độ tăng lên 10C (tính từ nhiệt độ chuẩn là 25 0C) thì hiệu suất phát điện giảm 0,5%. Do đó, nếu nhiệt độ pin là 65 0C thì hiệu suất phát điện sẽ giảm khoảng (65-25)x 0,5% = 20% !. Còn khi lắp dàn pin trên mặt nước, nhiệt độ của pin chỉ khoảng bằng nhiệt độ môi trường, 40 0C ( thậm chí còn có thể thấp hơn nhiệt độ môi trường), nên hiệu suất phát điện chỉ giảm (40-25)x0,5% = 7,5%.
Thứ năm, việc xây dựng các hệ thống tự động hướng mặt dàn pin theo mặt trời (Suntracker) cũng dễ dàng hơn do dàn pin nổi trên mặt nước rất linh động. Các hệ nguồn Điện Mặt Trời có thể tự động định hưởng theo mặt trời làm tăng hiệu suất phát điện lên (20 – 25)% so với dàn pin lắp cố định.
Thứ sáu, giảm được quá trình bốc hơi nước. Điều này rất quan trọng đối với các hồ thủy lợi, thủy điện, hồ nuôi trồng thủy sản, v.v… trong các mùa khô.
Thứ bảy, hạn chế được sự phát triển của nhiều loại tảo dưới mặt nước, làm tăng lượng oxy trong nước, có lợi cho các loài thủy sản như tôm, cá, …. phát triển.
Ngoài ra, để phát triển công nghệ hệ nguồn Điện Mặt Trời nổi, một số ngành nghề mới cũng được hình thành và phát triển, tạo thêm nhiều công ăn việc làm mới cho người lao động như là:
– Thiết kế, chế tạo các loại module pin mặt trời chống chịu ăn mòn đối với hơi nước, đặc biệt đối với hơi nước muối mặn.
– Thiết kế, chế tạo các cơ cấu phao, neo, dây chằng,… chống gió bão cho các dàn pin.
– Các dây, cáp, phụ kiện điện chịu ăn mòn.
– Công nghệ lắp đặt, vận hành, bảo trì, bảo dưỡng cho các hệ Điện Mặt Trời nổi.

Mô hình Dự án Điện mặt trời trên hồ Tiên Du (thôn Tiên Du, xã Ninh Phú, thị xã Ninh Hòa).

Tiềm năng Điện Mặt Trời nổi ở Việt nam
Việt nam là một nước có mật độ dân số khá 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 40% tổng công suất phát điện, Việt nam đang có một hệ thống hồ dập thủy điện rất lớn. Hơn nữa là một nước nông nghiệp chúng ta còn có hệ thống hồ đập thủy lợi phân bố khắp nơi trên lãnh thổ. Hệ thống hồ đập thủy điện và thủy lợi này cùng với tình trạng “đất chật, người đông” tạo cho Việt nam một tiềm năng rất lớn về phát triển hệ nguồn Điện Mặt Trời nổi. Ngoài ra, nước ta có lãnh thổ mặt biển rất rộng lớn với bờ biển dài trên 3400 km. Với đặc điểm kinh tế, xã hội và địa lý như vậy nên tiềm năng phát triển Điện Mặt Trời nổi ở nước ta là rất lớn.
Mới đây, Công ty Cổ phần Thủy điện Đa Nhim – Hàm Thuận – Đa Mi (DHD) thuộc Tổng công ty Phát điện 1 (EVN-GEN1) đã đầu tư xây dựng nhà máy Điện Mặt Trời nổi, công suất 47,5 MWp, trên diện tích 57 ha của hồ thuỷ điện Đa Mi, thuộc huyện Tánh Linh và huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận. Tổng vốn đầu tư khoảng 1.500 tỷ đồng. Dự án đã hoàn thành giai đoạn 1, đưa vào vận hành công suất 20,5 MWp vào tháng 5/2019.
Với tiềm năng mặt nước dồi dào, chắc chắn trong thời gian tới, Điện Mặt Trời nổi sẽ đóng một vai trò rất quan trọng trong cơ cấu Điện Mặt Trời ở nước ta.