Việt Nam có nên phát triển điện mặt trời nổi trên mặt nước?

Điện mặt trời nổi: Công nghệ hứa hẹn của tương lai

Năm 2018, Viện nghiên cứu Năng lượng Mặt trời Singapore (Solar Energy Research Institute of Singapore - SERIS) với sự tài trợ của Ngân hàng Thế giới (WB) và Công ty Tài chính Quốc tế (IFC), đã có một báo cáo về thị trường các nhà máy điện mặt trời nổi trên mặt nước (Floating Solar PV-FSPV) có tên là "Where Sun Meets Water".

Điện mặt trời nổi - FSPV có nhiều ý nghĩa về: giảm, tránh sử dụng diện tích mặt đất để không ảnh hưởng tới sản xuất nông nghiệp, nơi ở của người dân; tăng thêm công suất của nguồn điện mặt trời tại những nới có mật độ dân số cao; có những lợi thế về sử dụng hạ tầng lưới truyền tải sẵn có tại vị trí các nhà máy thủy điện; gần các trung tâm phụ tải trong trường hợp tại các hồ chứa nước; năng suất sản xuất của chúng được cải thiện nhờ làm mát của mặt nước và giảm ảnh hưởng của bụi.

Hơn nữa, tại các nhà máy thủy điện hiện có, FSPV được lắp đặt sẽ làm cho vận hành của thủy điện linh hoạt hơn, tăng sản lượng điện chung và trong những tháng kiệt nước, nó giúp nhà máy thủy điện có thể làm việc tốt ở chế độ "phủ đỉnh" hơn là ở chế độ "phủ nền". Lợi ích được tính theo cả hai cách: thủy điện làm cho FSPV có thể phát điện "mượt" hơn bằng vận hành theo kiểu "đi theo biến động của phụ tải"; FSPV có thể hưởng lợi thế tại các vùng có lưới điện yếu do tận dụng hạ tầng lưới điện của thủy điện.

Những lợi thế tiềm năng khác của FSPV bao gồm:

1/ Giảm sự bốc hơi từ các hồ chứa nước, vì các tấm pin mặt trời cung cấp bóng râm và hạn chế sự thoát hơi nước do gió.

2/ Cải thiện chất lượng nước, thông qua giảm sự phát triển của tảo.

3/ Loại bỏ sự cần thiết phải chuẩn bị mặt bằng lớn, chẳng hạn như san lấp mặt bằng, hoặc đặt nền móng phải được thực hiện cho việc lắp đặt trên đất liền.

4/ Dễ dàng triển khai lắp đặt tại các vị trí có yêu cầu neo và neo thấp, với mức độ mô đun hóa cao, dẫn đến lắp đặt nhanh hơn.

Công nghệ FSPV

Thiết kế chung của hệ thống FSPV tương tự như của hệ thống PV trên đất liền, nhưng các tấm pin PV và thường các bộ nghịch lưu (inverter) được gắn trên một nền phao nổi phẳng (hình 1). Đối với các nhà máy PV quy mô nhỏ ở gần bờ, có thể đặt các bộ nghịch lưu trên đất liền - nghĩa là, chỉ là một khoảng cách ngắn từ mảng phao nổi. Hoặc cả bộ inverter với chuỗi kỹ thuật được thiết kế đặc biệt trên phao chuyên dụng. Một phần không thể thiếu của bất kỳ lắp đặt FSPV nào là mảng phao cần có hệ thống neo.

Hình 1. Sơ đồ FSPV với các thành phần chính:

Nguồn: Viện nghiên cứu Năng lượng Mặt trời Singapore, thuộc Đại học Quốc gia Singapore.

Hầu hết các FSPV quy mô lớn hiện nay được triển khai theo dạng sử dụng phao nổi, trên đó các tấm PV được gắn cố định với một góc nghiêng. Các bè phao với hệ thống neo được thiết kế phù hợp với các yếu tố tại chỗ như mức độ gió, độ sâu nước và mức thay đổi mực nước. Phao được neo vào bờ, vào đáy hồ, vào cọc, hoặc cả ba. Neo phải đảm bảo giữ mảng phao trong suốt 25 năm trở lên.

Thị trường điện mặt trời nổi - FSPV 

Hệ thống FSPV được xây dựng vào năm 2007 tại tỉnh Aichi, Nhật Bản, tiếp theo là một số quốc gia khác, bao gồm Pháp, Ý, Hàn Quốc, Tây Ban Nha và Hoa Kỳ, tất cả đều đã thử nghiệm hệ thống quy mô nhỏ cho mục đích nghiên cứu và trình diễn. Việc lắp đặt thương mại đầu tiên là một hệ thống 175 kWp được xây dựng tại Far Niente Winery ở California vào năm 2008. Hệ thống này được đặt trên mặt nước một hồ chứa nước, tránh chiếm đất được sử dụng để trồng nho.

FSPV từ trung bình đến lớn (lớn hơn 1 MWp) bắt đầu xuất hiện vào năm 2013. Sau khi làn sóng triển khai ban đầu tập trung ở Nhật Bản, Hàn Quốc và Hoa Kỳ, thị trường năng lượng mặt trời đang lan sang Trung Quốc (hiện là lớn nhất), Úc, Brazil, Canada, Pháp, Ấn Độ, Indonesia, Israel, Ý, Malaysia, Maldives, Hà Lan, Na Uy, Panama, Bồ Đào Nha, Singapore, Tây Ban Nha, Thụy Điển, Sri Lanka, Thụy Sĩ, Đài Loan, Thái Lan, Tunisia, Thổ Nhĩ Kỳ, Vương quốc Anh và Việt Nam. Một số dự án đang được xem xét, hoặc phát triển ở Afghanistan, Azerbaijan, Colombia, Ghana và Cộng hòa Slovak, cũng như các quốc gia khác.

Gần đây, các nhà máy có công suất hàng chục và thậm chí hàng trăm megawatt đã được lắp đặt tại Trung Quốc; hoặc hơn nữa được lên kế hoạch ở Ấn Độ và Đông Nam Á. Nhà máy FSPV lớn hơn 10 MWp đã được lắp đặt vào năm 2016 và năm 2018 thế giới đã chứng kiến một số nhà máy lớn hơn 100 MWp, trong đó lớn nhất là 150 MWp (Trung Quốc). Với sự xuất hiện của những thị trường mới này, công suất năng lượng mặt trời lắp đặt tích lũy và bổ sung mới hàng năm đang tăng theo cấp số nhân.

Tại Việt Nam, công trình FSPV quy mô lớn đầu tiên đã được Công ty Cổ phần Thủy điện Đa Nhim - Hàm thuận - Đa Mi (EVN) xây dựng trên mặt hồ Thủy điện Đa Mi, Bình Thuận với công suất 47,5 MW, sử dụng diện tích mặt nước 50 ha, phần công trình trên bờ khoảng 6,65 ha. Nhà máy đã đóng điện trạm inverter B, hòa lưới điện với công suất 38,2 MW từ ngày 27 tháng 5 năm 2019.

Các tấm pin mặt trời được lắp đặt trên hồ Thủy điện Đa Mi.

Kích thước hồ chứa và công suất phát điện của một số đập thủy điện tham khảo, và tiềm năng của FSPV phù hợp với công suất thủy điện được cho trong bảng sau:

Nguồn:  Báo cáo của Viện nghiên cứu Năng lượng Mặt trời Singapore.

Chi phí đầu tư của FSPV cao hơn một chút, hoặc tương đương với PV trên mặt đất, do nhu cầu về mảng phao, neo và các thiết bị điện linh hoạt hơn. Chi phí đầu tư FSPV cũng được dự kiến sẽ giảm theo thời gian.

Tổng chi phí đầu tư cho việc lắp đặt chìa khóa trao tay FSPV năm 2018 thường dao động trong khoảng 0,8 - 1,2 USD/ Wp (giá USD 2017), tùy thuộc vào vị trí của dự án, độ sâu của vùng nước, sự thay đổi độ sâu đó và kích thước của hệ thống.

Trung Quốc là quốc gia duy nhất đã xây dựng FSPV quy mô đến hàng trăm megawatt. Chi phí của các hệ thống FSPV nhỏ hơn ở các khu vực khác có thể thay đổi đáng kể.

Theo các quan sát, với cả cơ chế thông thường và cơ chế đấu thầu, Nhật bản là nơi có suất đầu tư FSPV cao nhất (2 MW Shiroishi Saga - 2015: 3,12 USD/Wp), trong khi Trung Quốc (150 MW Three Gorges - 2018: 0,99 USD/ Wp) và Ấn Độ (5 MW Bengal - 2018: 0,83 USD/ Wp) có giá thấp nhất.

Tính trước thuế, giá thành điện quy dẫn (Levelized Cost of Electricity - LCOE) cho hệ thống FSPV 50 MW nói chung không khác biệt đáng kể so với hệ thống lắp trên mặt đất. Vốn ban đầu cao hơn của hệ thống FSPV được cân bằng bởi năng suất dự kiến ​​cao hơn, ước tính một cách thận trọng ở mức 5%, nhưng có khả năng cao tới 10% - 15% ở vùng khí hậu nóng. Kết quả của cả hai hệ thống lấy cùng tỷ lệ chiết khấu, cùng giả định tài chính và bức xạ mặt trời.

Tuy nhiên, các yếu tố khác biệt chính là giá hệ thống (hệ thống FSPV được coi là đắt hơn 18%), chi phí bảo hiểm (0,4% của FSPV so với 0,3% đối với hệ thống lắp trên mặt đất) và tỷ lệ hiệu suất ( FSPV cao hơn 5%). 

Tính toán LCOE chỉ đại diện cho một phân tích hòa vốn - đó là, nếu giá bán điện bằng với LCOE, giá trị hiện tại ròng của dự án sẽ bằng không. Các nhà đầu tư chắc chắn sẽ yêu cầu giá bán cao hơn. 

Nếu tỷ lệ hiệu suất của dự án năng lượng mặt trời được cho là cao hơn 10% so với dự án trên mặt đất (thay vì 5%), phân tích độ nhạy cho thấy LCOE cho trường hợp cơ sở giảm xuống còn 5,3 cent mỗi kWh, gần như tương đương với LCOE của dự án PV lắp trên mặt đất

Bảng so sánh LCOE của điện mặt trời trên mặt đất với FSPV:

Nguồn:  Báo cáo của Viện nghiên cứu Năng lượng Mặt trời Singapore.

Với FSPV, hầu hết các công trình lắp đặt cho đến nay đều ở trên các hồ chứa nước, hoặc hồ thủy lợi, nhưng sự kết hợp FSPV với các hồ chứa thủy điện, mang lại thêm lợi ích của việc sử dụng tốt hơn cơ sở hạ tầng truyền dẫn hiện có và cơ hội để quản lý sự biến đổi năng lượng mặt trời thông qua sản lượng điện kết hợp.

Về tiềm năng phát triển FSPV ở Việt Nam, có thể thấy nước ta có khá dồi dào các vùng nước mặt, cụ thể: Lưu vực sông Hồng có 900 hồ nước lớn nhỏ (bao gồm hồ thủy điện, thủy lợi, hồ chứa nước...), 1.300 đập dâng; lưu vực sông Hương có 100 hồ chứa các loại; lưu vực sông Đồng Nai có 406 hồ chứa, 371 đập dâng và cống... 

Tuy nhiên, không phải tất cả các hồ, đập dâng nước có thể lắp đặt FSPV. Cần đặc biệt chú ý đến các tác động có thể có đối với chế độ dòng chảy xuôi từ hồ chứa, thường bị hạn chế liên quan đến quản lý nước (trong trường hợp đập bậc thang - cascade), nông nghiệp, đa dạng sinh học, giao thông thủy và sinh kế.

Việc lắp đặt FSPV ven bờ biển cũng đã xuất hiện. Đây là mối quan tâm từ các thành phố ven biển đông dân, hạn chế đất đai. FSPV tại đây có thể tương tự như lắp tại các vùng nước nội địa, nhưng sẽ có một số thách thức lớn hơn như:

1/ Mặt nước có sóng và gió lớn hơn.

2/ Thiết kế neo quan trọng và đòi hỏi khả năng neo cao hơn trong điều kiện dòng chảy và thủy triều lớn.

3/ Độ mặn của nước tác động đến độ bền kết cấu.

4/ Sự tích tụ các sinh vật biển trên thiết bị có thể tác động đến chức năng làm việc - độ bền.

Các giải pháp thiết kế riêng biệt, tận dụng từ các kinh nghiệm sử dụng công nghệ/ thiết bị ngoài biển có thể giải quyết được các thách thức, nhưng chắc chắn chi phí lắp đặt và vận hành sẽ cao hơn. Sự thiếu chắc chắn nhất là đảm bảo độ tin cậy của công trình. Tuy nhiên, tại các vùng đầm phá và vịnh nước lặng sẽ phù hợp với lắp đặt FSPV.

NGUYỄN ANH TUẤN - HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Tài liệu tham khảo: 

World Bank Group; ESMAP; SERIS. 2018. Where Sun Meets Water : Floating Solar Market Report - Executive Summary (English). Washington, D.C. : World Bank Group. http://documents.worldbank.org/curated/en/579941540407455831/Floating-Solar-Market-Report-Executive-Summary

- Mai Phương/ BNews/TTXVN: Nhà máy điện mặt trời đầu tiên được lắp đặt trên mặt hồ phát điện, 27/5/2019

- Báo cáo môi trường Quốc gia 2012, Chương 1: Tổng quan về nước mặt Việt Nam, Trung tâm quan trắc môi trường