Tiềm năng, thực trạng ứng dụng công nghệ điện mặt trời tại các tỉnh Tây Bắc

Trên cơ sở đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, nhu cầu sử dụng điện của khu vực Tây Bắc cho kết quả nghiên cứu phân tích, đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời, hiện trạng sử dụng các công nghệ cấp điện bằng năng lượng mặt trời và đề xuất công nghệ pin mặt trời có thể ứng dụng tại khu vực này.

Khu vực Tây Bắc

Các tỉnh miền núi khu vực Tây Bắc Việt Nam chiếm một vùng rộng lớn, có rất nhiều tiềm năng, lợi thế về khí hậu, diện tích đất đai rộng, giàu khoáng sản và nhiều loại tài nguyên quí trữ lượng lớn, tiềm năng rừng, thuỷ điện phong phú, các di tích lịch sử và nhiều dân tộc có truyền thống văn hóa dân tộc đặc sắc rất thuận lợi cho phát triển du lịch.

Nằm ở khu vực giáp biên giới 3 nước Việt Nam - Lào - Trung Quốc, các tỉnh Tây Bắc có thế mạnh kinh tế biên mậu với cả Lào và Trung Quốc, đồng thời là tâm điểm giao thương và khu vực hợp tác giữa các nước thuộc Tiểu vùng sông Mê Kông mở rộng.

Chính phủ Việt Nam cũng đã có chính sách đầu tư riêng cho Tây Bắc, nhưng với những bất lợi như địa hình hiểm trở, cơ sở hạ tầng thiếu và yếu kém, dân cư phân tán với nhiều dân tộc thiểu số, trình độ dân trí thấp, kinh tế chậm phát triển, đời sống nhân dân còn nhiều khó khăn, Tây Bắc vẫn là vùng kinh tế khó khăn và tỷ lệ hộ đói nghèo thuộc diện cao nhất cả nước.

Hiện trạng cấp điện cho khu vực Tây Bắc

Theo đặc điểm cung cấp năng lượng, các tỉnh Tây Bắc phân chia thành 2 khu vực là khu vực có điện lưới, tập trung ở các xã thuộc vùng thấp, gần trung tâm các huyện, thành phố thuận tiện giao thông và khu vực vùng sâu, vùng xa, vùng biên giới, có đặc điểm dân cư sống phân tán, nhu cầu năng lượng thấp, chưa có hoặc đầu tư đấu nối với lưới điện quốc gia gặp khó khăn và không kinh tế.

Có một thực tế là tại các vùng nông thôn miền núi thì điện chủ yếu dùng trong sinh hoạt tiêu dùng và thường chiếm tỉ lệ rất cao, khoảng trên 70%. Theo tính toán, tiêu thụ điện các huyện vùng sâu, vùng xa Việt Nam bình quân đầu người hiện chỉ khoảng 60 kWh/người/năm. Theo thống kê của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), số hộ gia đình nông thôn miền núi Tây Bắc nước ta (bao gồm các tỉnh Hòa Bình, Sơn La, Điện Biên và Lai Châu và một phần Lào Cai, Phú Thọ) có mức độ điện khí hóa của vùng này mới đạt khoảng hơn 74%, là một trong những vùng lãnh thổ có tỷ lệ điện khí hóa thấp nhất cả nước.

Tình hình cấp điện phục vụ nhu cầu sinh hoạt và sản xuất tại khu vực Tây Bắc như sau:

- Sử dụng điện lưới quốc gia: đây là giải pháp hiệu quả nhất về mặt kinh tế - kỹ thuật, tuy nhiên giải pháp này chỉ có thể áp dụng được đối với các địa phương gần lưới điện quốc gia…

- Sử dụng máy phát diesel: được áp dụng phổ biến do có ưu điểm là chi phí đầu tư thấp và dễ vận hành. Tuy nhiên, việc sử dụng các dạng nhiên liệu như xăng, dầu để chạy máy có ảnh hưởng lớn đến môi trường và giá thành xăng dầu hiện nay đang tăng khá cao, vào khoảng 21.300 đồng/lít. Vì vậy, thời gian sử dụng máy phát diesel trong ngày là không nhiều, chủ yếu phục vụ khi có nhu cầu và trong giờ cao điểm.

- Sử dụng nguồn năng lượng tái tạo (NLTT): Hiện nay, việc khai thác sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo (đặc biệt từ các nguồn năng lượng nhiều tiềm năng là thủy điện nhỏ và năng lượng mặt trời) là rất phổ biến tại khu vực xa lưới điện quốc gia, đã mang lại hiệu quả xã hội rất rõ rệt, tuy nhiên do chi phí đầu tư cao (ngoại trừ thuỷ điện nhỏ), nguồn năng lượng phụ thuộc thiên nhiên, không ổn định là rào cản lớn khi triển khai giải pháp này.

Cho đến nay phần lớn các dự án cấp điện từ nguồn năng lượng tái tạo đều ở quy mô nhỏ, phân tán, chưa được xã hội hoá, chủ yếu do tài trợ của Chính phủ và các tổ chức quốc tế.

Như vậy, có thể thấy rằng tình hình cung cấp và sử dụng điện tại khu vực Tây Bắc nói chung còn gặp nhiều khó khăn, các giải pháp cung cấp điện hiện nay đều không đảm bảo được chất lượng và sự ổn định cao. Đối với các địa phương xa lưới điện quốc gia thì giải pháp khả thi nhất là sử dụng các nguồn NLTT có tiềm năng như năng lượng mặt trời, thủy điện nhỏ… để cung cấp điện năng phục vụ nhu cầu của đồng bào, chiến sĩ tại khu vực này.

Tiềm năng năng lượng mặt trời tại các tỉnh Tây Bắc

Ở Việt Nam, việc điều tra đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời đã được nhiều cơ quan nghiên cứu, trong đó chủ yếu do Viện khí tượng thuỷ văn thực hiện.

Tính đến năm 1980, ngành khí tượng thủy văn đã xây lắp hơn 112 trạm đo khí tượng, trải dài khắp mọi miền tổ quốc từ vùng núi phía Bắc như Cao Bằng, Lai Châu đến hải đảo xa xôi như Phú Quốc, Côn Đảo. Các trạm khí tường này đã tiến hành đo trong nhiều năm các số liệu khí tượng phục vụ cho ngành khí tượng thủy văn như số liệu về bức xạ mặt trời, số giờ nắng, nhiệt độ, độ ẩm, áp suất khí quyển, tốc độ gió, lượng mưa… Các số liệu về đo bức xạ mặt trời bao gồm cường độ trực xạ, tán xạ, tổng xạ, tổng lượng tổng xạ, số giờ nắng trung bình ngày, tháng…

Đề tài nghiên cứu 52C- 01- 01 thuộc chương trình tiến bộ kỹ thuật của Nhà nước về năng lượng mới đã xây dựng sổ tra cứu về bức xạ mặt trời của Việt Nam, trên cơ sở số liệu quan trắc nhiều năm ở 18 trạm đo bức xạ (Khu vực miền Bắc có 9 trạm đo, khu vực miền Trung có 6 trạm đo, khu vực miền Nam có 3 trạm đo) và 74 trạm đo nắng trên phạm vi cả nước. Kết quả của đề tài nghiên cứu 52C- 01- 01 cho thấy, khu vực Tây Bắc được đánh giá có tiềm năng năng lượng mặt trời vào loại khá trong toàn quốc do không bị ảnh hưởng nhiều bởi gió mùa và hoàn toàn có thể ứng dụng hiệu quả các công nghệ sử dụng năng lượng mặt trời tại khu vực Tây Bắc.

Bức xạ mặt trời trung bình năm từ 4,1 - 4,9 kWh/m²/ngày. Số giờ nắng trung bình cả năm đạt từ 1.800 - 2.100 giờ nắng, các vùng có số giờ nắng cao nhất thuộc các tỉnh Điện Biên, Sơn La. Số liệu bảng 2 cho thấy, thời điểm trong năm khai thác hiệu quả nhất năng lượng mặt trời tại khu vực Tây Bắc là vào tháng 3 đến tháng 9, trong khi vào các tháng mùa đông hiệu quả khai thác NLMT là rất thấp.

Bảng 1. Giá trị trung bình cường độ bức xạ mặt trời ngày trong năm và số giờ nắng của một số khu vực khác nhau ở Việt Nam.

Bảng 2. Tiềm năng năng lượng mặt trời tại khu vực Tây Bắc (Lai Châu)

Ứng dụng công nghệ điện mặt trời cho các tỉnh Tây Bắc

Hiện nay, tại khu vực Tây Bắc có 2 dạng mô hình công nghệ cấp điện bằng PMT chính, đó là mô hình cấp điện độc lập (ngoài lưới điện) và mô hình cấp điện đấu lưới quốc gia.

Hình 1.Trạm điện mặt trời độc lập 8kWp tại xóm Mừng, Hòa Bình - hình trái;
Trạm điện mặt trời nối lưới 1,2 kWp tại xã Chiềng Hắc, Sơn La

Các mô hình cấp điện độc lập là các hệ không nối lưới, tự phát điện và cung cấp trực tiếp cho hộ tiêu thụ. Mô hình cấp điện này sử dụng phổ biến 2 loại công nghệ: công nghệ cấp điện độc lập sử dụng pin mặt trời và công nghệ cấp điện độc lập kết hợp nguồn điện mặt trời với các loại nguồn điện khác như điện gió, thủy điện nhỏ, sinh khối, điện diesel. Sự kết hợp các nguồn nói trên tùy thuộc nhu cầu, đặc điểm phụ tải, tiềm năng các nguồn NLTT tại chỗ.

Các trạm điện mặt trời đã lắp đặt tại khu vực Tây Bắc chủ yếu sử dụng pin tinh thể silic (đa tinh thể và đơn tinh thể) do là loại pin mặt trời có hiệu suất cao và được sản xuất phổ biến trên thị trường. Tuy nhiên, công nghệ pin tinh thể silic có giá thành còn khá cao và khả năng làm việc trong điều kiện thực tế tại khu vực này bị giảm khi thời tiết không thuận lợi (trong các tháng mùa đông, mây mù, nhiệt độ môi trường không khí cao…).

Gần đây, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công nghệ pin mặt trời màng mỏng đang dần được hoàn thiện về mặt kỹ thuật và được sản xuất, sử dụng nhiều tại nhiều nước trên thế giới như Mỹ, Đức, Hungary…. Công nghệ pin mặt trời màng mỏng tuy có hiệu suất không cao bằng pin tinh thể silic nhưng lại có ưu điểm vượt trội là giá thành rẻ, có thể thi công trên một số địa hình không thuận lợi và đặc biệt có thể làm việc ngay cả khi điều kiện thời tiết không thuận lợi (mây mù, nhiệt độ môi trường không khí cao…). Một số kết quả thực nghiệm đã chứng minh trong cùng một điều kiện kỹ thuật (bức xạ mặt trời, góc nghiêng, điều kiện thời tiết, công suất, thời gian sử dụng) sản lượng điện năng sản xuất ra từ dàn pin tinh thể silic và pin mặt trời màng mỏng là hoàn toàn có thể tương đương nhau.

Trên cơ sở các kết quả đã nghiên cứu triển khai, nhóm tác giả đưa ra một số chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật so sánh pin tinh thể silic và pin màng mỏng như sau:

Bảng 3. Chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật so sánh
pin tinh thể silic và pin màng mỏng

Hình 2. Công nghệ pin mặt trời màng mỏng

Với giá thành đầu tư không cao cùng với khả năng hoạt động tốt trong điều kiện thời tiết không thuận lợi, có thể thấy rằng việc ứng dụng công nghệ pin mặt trời màng mỏng hoàn toàn có tính khả thi đối với khu vực Tây Bắc.

Đề xuất các mô hình công nghệ ứng dụng điện mặt trời thích hợp cho vùng Tây Bắc

Trên cơ sở phân tích trên, nhóm tác giả đưa ra các mô hình công nghệ ứng dụng điện MT có chất lượng cấp điện tốt cho khu vực Tây Bắc, đặc biệt là các vùng chưa có lưới điện quốc gia. Các mô hình này bao gồm quy mô phụ tải, đối tượng sử dụng và đặc điểm công nghệ.

Bảng 4. Các mô hình công nghệ ứng dụng điện mặt trời
thích hợp cho vùng Tây Bắc

Kết luận và kiến nghị

+ Công nghệ cấp điện hợp lý nhất cho khu vực xa lưới điện quốc gia Tây Bắc là sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo có tiềm năng như năng lượng mặt trời, thủy điện nhỏ. Tùy thuộc vào vị trí địa lý, tiềm năng từng loại nguồn năng lượng tái tạo, nhu cầu, đặc điểm phụ tải và mật độ phân bố dân cư mà xác định các mô hình công nghệ thích hợp.

+ Khu vực Tây Bắc có tiềm năng năng lượng mặt trời vào loại khá trong toàn quốc và có thể ứng dụng hiệu quả các công nghệ năng lượng mặt trời tại khu vực này.

+ Các công nghệ pin mặt trời có thể áp dụng trong khu vực Tây Bắc là pin tinh thể silic và pin màng mỏng. Việc lựa chọn công nghệ pin mặt trời thích hợp cần được xác định dựa trên việc tính toán tối ưu về mặt kinh tế - kỹ thuật giữa các loại pin mặt trời trong điều kiện cụ thể.

+ Cần thiết xây dựng các đề tài nghiên cứu khoa học sử dụng phương pháp thực nghiệm để đánh giá khả năng ứng dụng pin mặt trời màng mỏng trong điều kiện tại các tỉnh Tây Bắc.

Tài liệu tham khảo:

[1] NCVCC. TS. Ngô Tuấn Kiệt và cộng sự, Viện Khoa học năng lượng; “Nghiên cứu xây dựng mô hình Trạm cung cấp điện kết hợp sử dụng năng lượng mặt trời và nguồn điện lưới tại Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam”; Đề tài Độc lập cấp Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 2010 – 2012.

[2] KSC. Trương Quốc Thành và cộng sự, Viện Khoa học năng lượng; “Trạm phát điện mặt trời độc lập phối hợp nguồn diesel dự phòng sử dụng thiết bị quản lý vận hành điều khiển từ trung tâm điều khiển”; Dự án chuyển giao công nghệ; 2010 - 2011.

[3] TS. Nguyễn Đình Quang và cộng sự, Viện Khoa học năng lượng; “Nghiên cứu, điều tra đề xuất quy hoạch sử dụng nguồn năng lượng nhỏ, phân tán (ngoài thủy điện) tỉnh Sơn La”,“Xây dựng trạm mô hình khai thác nguồn năng lượng tái tạo để cấp điện cho các cụm phụ tải nhỏ tại các vùng sâu vùng xa thuộc hai huyện Mộc Châu & Mai Sơn”; Đề tài Độc lập cấp Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 2009 - 2012.

[4] GS. Nguyễn Tiến Khiêm và cộng sự; “ Công nghệ pin mặt trời vô định hình và khả năng ứng dụng cho vùng biển, hải đảo Viêt Nam”; Hội nghị triển khai hội thảo khoa học toàn quốc - Điều tra, khảo sát tiềm năng năng lượng biển Việt Nam; 2009.

Vũ Minh Pháp
Bùi Bảo Hưng
Viện Khoa học Năng lượng