"Địa tô" của bức xạ và chính sách giá điện mặt trời ở Việt Nam

Phát triển điện gió, mặt trời ở Việt Nam: Nhìn từ công tác quy hoạch

TS. NGUYỄN THÀNH SƠN (*)

1. Về nguồn năng lượng bức xạ của mặt trời

Cho đến ngày nay, con người đã xác định được các thông số về đặc tính của mặt trời (MT) và của mặt đất (MĐ) như sau:

Bình quân trong 1 giây, MT tung vào vũ trụ 4 tỷ kg vật chất. Lượng vật chất này trong vũ trụ được chuyển thành năng lượng bức xạ dưới dạng của các sóng điện từ. Vì vậy, cơ sở vật lý của bức xạ MT trên MĐ là quá trình truyền năng lượng trong quá trình truyền của các sóng điện từ. Theo lý thuyết lượng tử, sóng điện từ là một dòng các photon hay các hạt cơ bản có khối lượng tĩnh bằng 0 di chuyển trong chân không với tốc độ của ánh sáng. Trong vũ trụ, cứ mỗi giây có 4*10 mũ 21 photon đi qua 1m2 và tạo ra một năng lượng (Eph) tỷ lệ thuận với tần số của sóng điện từ (γ) và được xác định theo công thức: Eph = h*γ, trong đó, h- hằng số Planck (h=6,626176*10 mũ -34 J/s).

Tính bình quân, 1 m2 bề mặt trái đất đang thu được từ mặt trời 4,2 kWh/ngày đêm, tương đương với 1 thùng dầu/năm. Các vùng sa mạc - bình quân 6 kWh/ngày đêm. Hay nói cách khác, năng lượng trái đất thu được từ mặt trời chỉ trong vòng 18 ngày nắng đã tương đương với tổng trữ lượng than, dầu, khí trên hành tinh của chúng ta.

2. Đánh giá tiềm năng khai thác bức xạ

Về lý thuyết, dòng bức xạ mặt trời đi qua diện tích 1m2 nằm vuông góc và cách mặt trời 1 "đơn vị thiên văn" (1AU bằng khoảng cách từ mặt trời đến tầng khí quyển của trái đất bằng 149.597.870.700m) có giá trị bằng 1367 W/m2. Giá trị này được gọi là "hằng số mặt trời". Do sự hấp thụ năng lượng mặt trời của tầng khí quyển, giá trị bức xạ mặt trời ở bề mặt trái đất (mực nước biển) trên đường xích đạo (đạt giá trị tối đa) chỉ còn lại 1020 W/m2.

Theo Hiệp ước Quốc tế năm 1981, trong các tính toán, hằng số mặt trời eo (có đơn vị tính là W/m2) được khuyến nghị lấy bằng eo = 1370 W/m2 = 1,96 cal/phút.cm2. Hằng số mặt trời này thay đổi trong năm theo thời gian ở mức trên dưới 1,5%, và thay đổi trong năm theo khoảng cách từ MĐ đến MT ở mức trên dưới 4%. Giá trị gần đúng của eo tính theo 12 tháng trong năm như sau:

Giá trị của Hằng số mặt trời thay đổi theo tháng trong năm.

Các yếu tố ảnh hưởng chính đến bức xạ của MT trên MĐ:

Khi thiết lập hệ thống điện sử dụng năng lượng của MT trên MĐ ta cần tính đến 4 thành phần có ảnh hưởng, gồm: mặt trời (MT), mặt đất (MĐ), các đám mây, và tế bào quang điện (PV).

Tổng bức xạ của MT (RMT) được truyền đến PV bằng 3 luồng tia photon khác nhau: trực tiếp (Rt), phản xạ (Rp), và khúc xạ (Rk). Ta có:

RMT = Rt + Rp + Rk

Tổng bức xạ của MT là chỉ số quan trọng để đánh giá tiềm năng lý thuyết của việc sử dụng năng lượng MT. Trên thế giới, người ta đã xây dựng các bản đồ số hóa Solargisvề phân bố bức xạ ngang toàn cầu của MT (Global Horizontal Irradiation- GHI), phân bố bức xạ trực tiếp bình thường (Direct Normal Irradiation- DNI), và phân bố tiềm năng quăng điện (PhotoVoltaic Power Potential- PVOUT), trong đó có Việt Nam, như sau:

Bản đồ phân bố bức xạ ngang toàn cầu và tiềm năng quang điện thế giới.

Bản đồ phân bố các loại bức xạ và tiềm năng về quang điện của Việt Nam.

Các bản đồ trên cho thấy, Việt Nam không phải là quốc gia có ưu thế về năng lượng mặt trời.

Cụ thể, nếu tính bình quân gia quyền theo diện tích của các tỉnh: bức xạ ngang toàn cầu (GHI) ở Việt Nam chỉ đạt mức khoảng 1600 kWh/m2; bức xạ trực tiếp (DNI) chỉ đạt 981 kWh/m2; và tiềm năng của quang điện (PVOUT) đạt 1330 kWh/m2.

Theo Đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời ở Việt Nam của Trung tâm Năng lượng tái tạo (Viện Năng lượng), tổng diện tích khả dụng cho lắp đặt PV chiếm 14% diện tích lãnh thổ, với tiềm năng kỹ thuật khả dụng khoảng 1.677,5 GW, tiềm năng kinh tế 166÷386 GW.

Như vậy, nếu tính theo mức trung bình, tiềm năng kinh tế của quang điện ở Việt Nam là 276 GW. Với hiệu suất của quang điện là 10%, tiềm năng này tương ứng với công suất điện là 27,6 GW.

Theo giáo trình "Năng lượng Mặt trời" của Đại học Năng lượng Moscow (МЭИ) [1], diện tích của các quốc gia cần để lắp đặt các trạm điện mặt trời (có hiệu suất 10% với sản lượng chiếm tỷ trọng 20% trong tổng nhu cầu điện) như sau (% tổng diện tích toàn lãnh thổ):

Theo báo cáo của EVN, tổng công suất toàn hệ thống điện tại thời điểm 9/2018 của VN là 47,9 GW. Giả sử, để điện MT chiếm tỷ trọng 20% (đây là mức cao nhất mà hệ thống điện của các nước có thể chấp nhận) trong tổng nhu cầu, công suất PV phải lắp đặt là 9,58 GW. Như vậy, theo tính toán của Trung tâm Năng lượng tái tạo (nói trên), để lắp đặt đủ công suất này, diện tích lãnh thổ cần huy động chiếm 4,86%.

3. Đánh giá về năng lượng mặt trời ở Việt Nam

Các phân tích trên cho thấy: các chỉ số đo liên quan đến bức xạ mặt trời (và chỉ số đo năng lượng bức xạ có thể khai thác được) đều có 2 đại lượng quan trọng là năng lượng của bức xạ MT (tính bằng W) và diện tích hứng bức xạ của mặt đất (MĐ) (tính bằng m2). Rõ ràng, bức xạ của MT là vô hạn, nhưng diện tích hứng bức xạ của MĐ nói chung, và của mỗi quốc gia nói riêng là hữu hạn.

Năng lượng MT là nguồn tài nguyên thiên nhiên tái tạo gần như vô hạn, nếu xét về nguồn gốc phát sinh. Nhưng, về khả năng khai thác, đối với Việt Nam, nếu xét về điều kiện địa hình và điều kiện khí hậu, năng lượng MT cần được coi là "hữu hạn" vì: (i) Diện tích lãnh thổ mà Việt Nam có thể giành để xây dựng các trạm điện MT rất có hạn; (ii) Các chỉ số về bức xạ (liên quan đến 'Hằng số mặt trời') được đánh giá chỉ ở mức trung bình; và (iii) Nhu cầu tiêu dùng điện của Việt Nam đã và đang tăng cũng 'gần như vô hạn'.

Việt Nam là quốc gia không lớn về lãnh thổ - tức có diện tích hứng bức xạ nhỏ, trong khi mật độ dân cư cao, đây là vấn đề cần được tính đến.

4. Kiến nghị về chiến lược khai thác năng lượng mặt trời ở Việt Nam

Thứ nhất, về tư duy và cách tiệm cận:

Như trên đã phân tích, Việt Nam nên coi năng lượng MT là hữu hạn vì diện tích để xây dựng các trạm điện MT là hữu hạn.

Thứ hai, về chính sách:

(i) Trước mắt, Việt Nam cần ưu tiên, khuyến khích phát triển việc khai thác năng lượng MT theo hướng "không nối lưới" và "xã hội hóa": tận dụng các mái nhà (nhà ở, nhà văn phòng, trụ sở, nhà xưởng sản xuất), các diện tích bao che/hứng nắng của các công trình xây dựng để lắp đặt các PV nhằm cấp điện cho các nhu cầu tại chỗ. Với chính sách này, chúng ta vừa mở rộng được diện tích hứng bức xạ MT (các mái nhà tập trung chủ yếu ở những khu vực có nhiều bức xạ), vừa giải quyết được vấn đề vốn đầu tư trực tiếp, cũng như vốn đầu tư gián tiếp cho phát triển nguồn điện.

Thứ ba, về cơ chế giá:

Đối với các dự án điện MT "có nối lưới", cần có cơ chế khuyến khích việc phát triển các trạm điện MT một cách bền vững, có cạnh tranh, toàn diện và lâu dài. Vì nối điện MT lên lưới quốc gia, trước hết cần đảm bảo sự bình đẳng giữa các tỉnh, thành có các chỉ số bức xạ MT khác nhau để khuyến khích các tỉnh đều có thể phát triển được nguồn năng lượng sạch này ngay tại địa phương mình.

Tình trạng bất cập hiện nay là các doanh nghiệp "đổ xô" vào Bình Thuận và Ninh Thuận để đăng ký chiếm đất phát triển điện MT. Nếu không được ngăn chặn, sẽ xẩy ra những tiêu cực về chiếm dụng đất, nâng giá đất, mất cân đối về nguồn và phụ tải điện tại chỗ, v.v... Kết quả nguy hiểm hơn là tại các tỉnh, thành và địa phương khác, các dự án điện MT không thể triển khai được, gây lãng phí nguồn tài nguyên thiên nhiên này ở những tỉnh còn lại.

Vì vậy, cần phải tính đến yếu tố "địa tô" trong khai thác năng lượng MT (tương tự như khai thác tài nguyên khoáng sản). Có nghĩa là các trạm điện MT ở những tỉnh có chỉ số bức xạ thấp cần được bán điện lên lưới với giá cao hơn so với các trạm điện MT xây dựng ở những tỉnh có chỉ số bức xạ cao.

Theo đó, giá bán điện lên lưới của các dự án điện MT được xác định theo chỉ số bức xạ, căn cứ vào Solargis của Ngân hàng Thế giới (WB) xây dựng cho Việt Nam. Ví dụ, theo bản đồ phân bố tiềm năng về quang điện (PVOUT) của WB, ta có thể xác định tiềm năng của từng địa phương và tiềm năng bình quân gia quyền (theo diện tích) của cả nước là 1330 kWh/m2. Mức bình quân gia quyền này tương ứng với giá bán điện là 9,35 $cents/kWh theo Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg ngày 11/4/2017 của Thủ tướng Chính phủ. Các dự án khai thác năng lượng MT ở những tỉnh có tiềm năng thấp hơn cần được bán với giá cao hơn. Ngược lại, các dự án khai thác năng lượng MT ở những tỉnh có tiềm năng cao hơn phải bán với giá thấp hơn. Cụ thể xem bảng sau:

Thứ tư, về cơ chế quản lý sử dụng mặt đất:

Vì diện tích hứng bức xạ của Việt Nam có hạn, việc sử dụng MĐ đối với các dự án điện MT cần được quản lý chặt để nâng cao hiệu quả sử dụng đất (vốn rất có hạn). Theo đó, cần quy định hệ số sử dụng đất của các dự án điện MT (được tính bằng tỷ lệ tổng diện tích của các PV được lắp đặt trên tổng diện tích đất được cấp) ở những tỉnh có chỉ số bức xạ cao phải cao hơn ở những tỉnh có bức xạ thấp.

(*) Hội đồng phản biện Tạp chí Năng lượng Việt Nam; Bộ môn Quản lý Năng lượng - Đại học Điện lực Hà Nội.

Tài liệu tham khảo [1] - В.И.Виссарионов, Г.В.Дерюгина, В.А.Кузнецова, Н.К.Малинин; Солнечная энергетика; Москва; Издательский дом МЭЙ; 2008; 320 стр; Учебное пособие для вузов.