Giờ đây, năng lượng mặt trời đã trở nên dễ tiếp cận hơn, với chi phí và giá cả hợp lý, khiến năng lượng điện từ đây có thể cạnh tranh và trở thành nguồn năng lượng điện tốt hơn nhiều so với các nguồn năng lượng khác.
Điều này mở ra cánh cửa đầu tư lâu dài cho các cá nhân, doanh nghiệp. Không giống như năng lượng mặt trời trên mái nhà và trên mặt đất, năng lượng mặt trời nổi đang nhanh chóng trở thành lựa chọn thay thế thứ ba cho năng lượng mặt trời truyền thống, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp sử dụng nhiều tài nguyên. Năng lượng mặt trời nổi (FPV) được kết hợp với các đập thủy điện hiện có nhằm tạo ra năng lượng tái tạo mới với nhiều năng lượng hơn, đáp ứng nhu cầu phụ tải cao nhất, tăng lợi ích kinh tế và giải quyết các vấn đề môi trường.
Năng lượng mặt trời nồi: sự thay thế thứ ba
Năng lượng mặt trời nổi sử dụng công nghệ xanh tiên tiến, bảo vệ môi trường đang được nhiều nước trên thế giới quan tâm chú ý. Hiện tại có hơn 100 MWp năng lượng mặt trời nổi được lắp đặt trên toàn cầu và dự kiến sẽ tăng lên 5.000 MWp. Nhật Bản là quốc gia đầu tiên áp dụng giải pháp này vì khả năng bảo tồn đất và nước quý giá. Giờ đây, FPV đã được triển khai tại nhiều quốc gia, bao gồm: Hàn Quốc, Trung Quốc, Anh, Pháp, Brazil, Singapore, Malaysia, Ý và Hoa Kỳ. FPV có thể được lắp đặt bởi các tổ chức tư nhân hoặc nhà nước, nhưng đặc biệt có giá trị đối với các ngành sử dụng nhiều năng lượng và nước như nhà máy xử lý nước và cơ sở cải tạo, nhà máy rượu vang và trang trại bò sữa… Điện được tạo ra bởi FPV có thể được hòa vào lưới điện chung. Công nghệ này cho phép đặt các tấm pin mặt trời tiêu chuẩn lên trên các khối nước như hồ nước công nghiệp, hồ mỏ, hồ thủy lợi, hồ giữ nước, mặt nước uống, khu xử lý nước, trang trại nuôi trồng thủy sản, hồ chứa khử muối, kênh đào và đập… FPV được lắp đặt nhanh chóng, đơn giản và không yêu cầu nhiều thiết bị phức tạp. Việc lắp ráp cấu trúc nổi bao gồm năm thành phần chính được ghép lại với nhau. Phao chính, hỗ trợ mô-đun 60 hoặc 72 PV, được gắn vào phao phụ, duy trì độ nổi của toàn bộ hệ thống nổi và được kết nối như các mảnh Lego. Các phao mô-đun sau đó được xếp thành các hàng, trong đó các phao thứ cấp giữ khoảng cách phù hợp giữa mỗi bảng PV. Sau khi lắp ráp, cấu trúc nổi này sau đó được đẩy ra và neo vào bên bờ hoặc xuống đáy nước. Các neo là phần quan trọng nhất của quá trình cài đặt, vì vậy điều đặc biệt quan trọng là phải tính đến tất cả các tác động môi trường và các mối nguy mà cấu trúc nổi có thể phải chịu. Do đó, mỗi hệ thống neo được điều chỉnh phù hợp với từng vị trí riêng biệt có xem xét đến tốc độ gió, biến đổi nước và thành phần mặt đất để xác định nơi lắp đặt neo. Sau đó, môi trường như gió, tuyết và mưa cũng được tính đến đảm bảo độ bền lâu dài. Các hệ thống PV nổi được kết nối giống như các hệ thống gắn trên mặt đất, ngoại trừ các hộp nối được gắn trên các mảng nổi được kết nối với các bộ biến tần trên bờ bằng cáp DC linh hoạt hoặc cáp DC thông thường được bảo vệ trong một ống dẫn không thấm nước và kín. Các thiết bị điện chính được đặt trên bờ kè để bảo trì dễ dàng và an toàn mọi lúc.
Hệ thống FPV tại Chiba Nhật Bản
Ngoài những lợi ích trực tiếp, hệ thống năng lượng mặt trời nổi mang đến một loạt những lợi ích về môi trường. Bằng cách bao phủ một diện tích bề mặt đáng kể trên mặt nước, hệ thống bảo tồn nước bằng cách giảm bay hơi và bảo tồn các hệ sinh thái hiện có, hạn chế xói mòn kè hồ chứa bằng cách giảm tác động của sóng. Nhờ hiệu ứng làm mát tự nhiên của nước, các tấm PV hoạt động hiệu quả hơn và tạo ra nhiều năng lượng hơn các hệ thống gắn trên mặt đất truyền thống, do đó mang lại lợi ích to lớn về môi trường, kinh tế và xã hội. Với một lượng lớn tài nguyên nước chưa được khai thác, điều quan trọng là khám phá các khu vực có thể sử dụng năng lượng mặt trời nổi để tăng gấp đôi lượng năng lượng được tạo ra. Vì vậy, việc tận dụng năng lượng mặt trời nổi linh hoạt và kết hợp nó với các đập thủy điện là cách rẻ nhất để lưu trữ năng lượng, sử dụng năng lượng tái tạo.
Những thách thức đối với đập thủy điện
Theo Mạng lưới chính sách năng lượng tái tạo cho thế kỷ 21, năng lượng điện tái tạo cung cấp khoảng 23,7% điện năng toàn cầu, với thủy điện tạo ra khoảng 16,6% sản lượng và chiếm 70% lượng điện tái tạo. Tương tự như năng lượng mặt trời, chi phí dành cho thủy điện tương đối thấp, khiến nó trở thành một nguồn năng lượng tái tạo cạnh tranh. Mặc dù thủy điện tiếp tục cung cấp phần lớn công suất năng lượng tái tạo, ngành công nghiệp này vẫn phải đối mặt với nhiều thách thức. Hạn hán kéo dài đã ảnh hưởng đến sản lượng thủy điện ở nhiều khu vực, bao gồm Châu Mỹ và Đông Nam Á, trong khi đầu tư và xây dựng các đập thủy điện mới ở các khu vực khác đã phải giảm xuống do tác động nặng nề đến môi trường. Do đó, rủi ro khí hậu và sự gia tăng của năng lượng tái tạo đang thúc đẩy sự thay đổi trong ngành thủy điện. Các phản hồi đã bao gồm một sự nhấn mạnh gia tăng trong việc đồng thực hiện thủy điện với năng lượng mặt trời.
Tại Việt Nam nhiều đập thủy điện phải phụ thuộc vào nguồn nước sông đầu nguồn đến từ Trung Quốc, mà quốc gia này hiện nay cũng đã và đang xây rất nhiều đập ngăn nước khiến nhiều nhà máy thủy điện tại Việt Nam hoạt động không thực sự hiệu quả.
Lợi ích của hệ thống thủy điện kết hợp năng lượng mặt trời
Việc thiết lập một sức mạnh tổng hợp giữa các đập thủy điện và năng lượng mặt trời giúp tạo ra nhiều năng lượng hơn. Việc lai tạo cho phép các tấm sản xuất năng lượng mặt trời vào ban ngày trong khi tiết kiệm nước cho thủy điện trong thời gian gián đoạn khi mặt trời lặn. Khi có thể trữ nước, nó cũng cho phép sản xuất thủy điện có giá trị cao vào thời gian cao điểm. Một lợi thế lớn khác khi lắp đặt năng lượng mặt trời trên đập là lợi ích của việc sử dụng cơ sở hạ tầng điện hiện có, bao gồm các thiết bị chuyển đổi và truy cập lưới điện cao thế. Điều này làm giảm đáng kể chi phí tổng thể và làm cho các dự án diễn ra nhanh hơn. Do năng lượng mặt trời và thủy điện được kết nối thông minh, sản xuất điện năng lượng mặt trời hoặc thủy điện theo giờ trong ngày, nên không cần thiết phải tăng cường chuyển đổi hoặc cải thiện khả năng vận chuyển nếu sản lượng cực đại của mảng mặt trời không vượt quá công suất cực đại của thủy điện.
FPV trên đập Alto Rabagao
Các con đập hiếm khi đạt được tỷ lệ sản xuất năng lượng đạt hơn 4.000 giờ mỗi năm và thường có tỷ lệ thấp hơn nhiều, tạo cơ hội lớn cho việc sản xuất năng lượng để hoàn thành sản lượng lưới điện bằng năng lượng mặt trời.Vấn đề nước tưới cho nông nghiệp cũng rất quan trọng chiếm khoảng 70%. Do đó, xu hướng trong tương lai đang hướng tới nhu cầu nước cao hơn cho mục đích này. Nếu công suất điện tăng lên khi có thêm nhà máy năng lượng mặt trời, thì các nhà quản lý đập sẽ có thể cho phép nhiều nước hơn để tưới. Hệ thống năng lượng hoàn toàn tái tạo đầu tiên trên thế giới được hoàn thiện ở Bồ Đào Nha tại đập Alto Rabagão. Với tổng công suất 68MWp, đập bổ sung thêm 220 kWp thông qua cài đặt PV nổi. Các tấm PV nổi được lắp đặt có độ phân giải cao, dự kiến sẽ tạo ra 332 megawatt mỗi giờ trong năm đầu tiên của nó, tương đương với mức tiêu thụ hàng năm của khoảng 100 ngôi nhà. Đập Alto Rabagão, được xây dựng vào năm 1960 đang tạo ra những thách thức kỹ thuật mới do sự thay đổi độ sâu của nước. Nhà điều hành EDP, vận hành nhà máy thủy điện tin rằng, hệ thống nổi sẽ không tạo ra bất kỳ xung đột sử dụng nào ngay cả trong trường hợp họ phải giải quyết vấn đề khẩn cấp về nước.
Sau thành công tại đập Alto Rabagão, một nhà máy khác được xây dựng ở Brazil, tại đập Balbina, bang Amazonia. Đập Balbina hiện đang chịu các vấn đề hạn hán, bồi lắng và phát thải khí nhà kính. Bằng cách bổ sung năng lượng mặt trời, nó có thể dễ dàng tăng gấp đôi tổng công suất lên 250 MWp, chỉ bằng cách bao phủ dưới 1/1000 bề mặt hồ. Các con đập có nhiều mục đích sử dụng như: cung cấp điện, điều tiết dòng chảy của sông và cung cấp nước tưới cho nông nghiệp. Do đó, nếu công suất điện tăng lên khi có thêm nhà máy năng lượng mặt trời, nhà quản lý đập sẽ có thể cho phép sử dụng nhiều nước hơn. Với sự kết hợp hoàn hảo, năng lượng mặt trời và thủy điện, giờ đây có thể trở thành một nguồn sức mạnh tổng hợp mạnh mẽ.
Trên thị trường thế giới hiện nay mới chỉ có một số ít các công ty đang tập trung vào thị trường điện mặt trời nổi. Theo ông Yossi Fisher, Giám đốc điều hành của Solaris Synergy (Nhật Bản) – người tiên phong trong lĩnh vực điện mặt trời nổi: “Thị trường điện mặt trời nổi là một thị trường mới đang phát triển. Có rất nhiều nơi trên thế giới không có đất cho các công trình điện mặt trời, chủ yếu là các đảo như: Nhật Bản, Singapore, Hàn Quốc, Philippines và nhiều nơi khác. Nói chung chi phí sử dụng mặt nước thấp hơn nhiều so với chi phí sử dụng đất. Ngày nay đã có nhu cầu về điện mặt trời nổi tại Nhật Bản, Mỹ, Hàn Quốc, Úc, Brazin, Ấn Độ và các nước khác. Nhu cầu này dự kiến sẽ tăng và sẽ lan rộng ra khắp thế giới”. Có một sự kết hợp tuyệt vời của điện mặt trời nổi với các đập thủy điện do cơ sở hạ tầng, chẳng hạn như lưới điện, đội ngũ nhân công, đường xá, đã có sẵn. Với công nghệ này, các hệ thống điện mặt trời được lắp đặt trên bề mặt nước được hưởng lợi từ nhiệt độ môi trường thấp hơn đáng kể do tác động bay hơi, làm mát của nước. Các khung nhôm chắc chắn cũng truyền nhiệt độ mát hơn từ nước, làm giảm nhiệt độ tổng thể của các mô-đun.
Tại Việt Nam, tháng 3/2017, một nhà lắp đặt điện mặt trời Hàn Quốc là Công ty Solkiss đã tổ chức chuyến khảo sát hồ Thủy điện Thác Bà tại Yên Bái để chuẩn bị xây dựng nhà máy điện mặt trời nổi. Trong cuộc hội thảo hồi tháng 5/2017, Tập đoàn Điện lực Việt Nam cho biết, đang xem xét nghiên cứu một loạt các dự án điện mặt trời ở các khu vực hồ thủy điện cho EVN sở hữu. Trong đó, có một số dự án điển hình như: Dự án trên hồ Trị An công suất 126MW (Đồng Nai), dự án trên hồ Sê San 4 công suất 47MW (Gia Lai) và dự án trên hồ Đa Mi công suất 47.5MW (Bình Thuận). Với lợi thế về mặt diện tích bề mặt rộng lớn, hệ thống hạ tầng lưới điện và đội ngũ nhân lực sẵn có, việc đầu tư các dự án điện mặt trời nổi trên mặt hồ thủy điện là giải pháp tối ưu trong bối cảnh diện tích đất khan hiếm như hiện nay.
