Công Ty Cổ Phần Tư Vấn Xây dựng Điện 3 - Giải pháp tốt nhất cho lựa chọn tốt nhất
Chọn ngôn ngữ:
Trong những năm gần đây, các nhà máy điện mặt trời trên lãnh thổ Việt Nam sử dụng tấm pin quang điện (PV- Photovoltaic Panels) được đẩy mạnh phát triển ở miền Nam và Nam Trung Bộ. Do tốc độ phát triển các nhà máy điện này quá nhanh dẫn đến hệ thống truyền tải chưa kịp đáp ứng, gây ra tình trạng quá tải hệ thống truyền tải và công suất nhà máy bị cắt giảm nếu không có thiết bị tích trữ năng lượng. Trên thế giới, một loại hình tận dụng năng lượng mặt trời khác đã được nghiên cứu và phát triển đó là Điện mặt trời tập trung (CSP – Concentrated Solar Power) với ưu thế có khả năng tích trữ năng lượng. Việc phát triển CSP có thật sự phù hợp tại Việt Nam hay không khi so với công nghệ PV kết hợp hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS- với Battery Energy Storage System) là vấn đề cần được nghiên cứu, xem xét và phát triển. Vấn đề này đang được các kỹ sư chuyển ngành của EVNPECC3 phân tích, đánh giá và trình bày trong bài viết chuyên đề này.
Công nghệ CSP đến thời điểm hiện nay có 4 loại công nghệ CSP được nghiên cứu và áp dụng trên thế giới:
Trong đó, công nghệ kiểu đĩa, tuy có hiệu suất cao hơn các hệ thống khác nhưng có nhược điểm là không có bộ lưu trữ nhiệt.
Phân bổ các loại hình công nghệ CSP được ghi nhận và đánh giá như hình bên dưới đây:
Chúng ta có thể thấy hệ thống máng Parabol chiếm mật độ dày đặc trên những nơi lắp đặt CSP, tiếp theo là hệ thống kiểu tháp. Hệ thống kiểu đĩa được thử nghiệm tại Mỹ vào những năm 2011 – 2015 nhưng không mang lại hiệu quả nên không còn trong định hướng phát triển.
Bộ lưu trữ nhiệt bao hiện nay gồm 2 loại: loại hai bồn chứa (two-tanks) và một bồn chứa (single-tank)
Khả năng lưu trữ nhiệt được cải thiện đáng kể, khi các dự án CSP đang xây dựng và phát triển phần lớn có thể lưu trữ từ 10 – 13h, trong khi đó các dự án CSP đang vận hành thì công suất lưu trữ từ 6 – 10h chỉ chiếm khoảng 30%.
Các quốc gia phát triển mạnh về công nghệ CSP bao gồm Tây Ban Nha và Hoa Kỳ. Tại Châu Âu, Tây Ban Nha đang dẫn đầu với hơn 2300MW công suất hệ thống CSP, trong khi toàn bộ các quốc gia khác chỉ lắp đặt khoảng 100MW. Tại Châu Mỹ, Hoa Kỳ cũng là quốc gia lắp đặt hệ thống CSP nhiều nhất với 1740MW, trong khi các quốc gia khác chỉ có tổng cộng 130MW.
Tại Tây Ban Nha: Chính sách “feed-in-tariff” cho CSP đã có từ 2002: 12.7cents/kWh. Đến năm 2004 có chính sách giá bán từ CSP tăng 300% với giá fix thông thườnng (7.63cents/kWh -> 22.89cents/kWh) trong 25 năm đầu, và 240% (18.3cents/kWh) những năm sau đó.
Tại Hoa kỳ: Các dự án CSP lớn nhất tại Hoa kỳ cũng gặp nhiều vấn đề lớn, nổi bật trong đó là Cresent Dune 110MW xây dựng vào năm 2011 đã dừng hoạt động từ 04/2019 do phá sản. Chính sách CSP chủ yếu thi hành vào những năm 2011 – 2015 nên các dự án CSP của Hoa kỳ đã phát triển mạnh vào giai đoạn này.
Tiềm năng phát triển công nghệ CSP, khác biệt lớn nhất giữa dự án Điện mặt trời trang trại (Solar farm) và Điện mặt trời tập trung (CSP) là chỉ số bức xạ đặc trưng cho 2 loại dự án: Solar farm là chỉ số GHI (Global Horizontal Irradiance) còn CSP là DNI (Direct Normal Irradiance). Trên thực tế, ta phát hiện có một số vùng chỉ số GHI cao nhưng DNI lại thấp và ngược lại.
Sơ đồ nguyên lý cơ bản để so sánh sự phát triển Solar farm và CSP trong việc tạo ra điện năng và kết nối lưới:
Tại Tây Ban Nha, đặc thù các vùng đất phía Nam có chỉ số DNI rất tốt nên việc xây dựng CSP là phù hợp:
Theo số liệu thống kê (2007 – 2016), CSP tại Tây Ban Nha có số giờ đầy tải nhiều hơn Solar farm. Trong khi đó tại Việt Nam, chỉ số GHI lại tốt hơn nên phù hợp với phát triển Solar farm hơn CSP.
Hình dưới đây cho thấy dữ liệu DNI và GHI của một dự án CSP điển hình tại Trung Quốc và một địa điểm có bức xạ mặt trời tốt tại Việt Nam.
Tùy vào tính chất bức xạ (DNI hay GHI tốt hơn) mà việc phát triển CSP hoặc Solar farm sẽ mang lại giá trị hiệu quả cao hơn.
Thêm một trở ngại nữa là giá bán điện hòa vốn của CSP đang ở mức cao. Vì chi phí đầu tư xây dựng nhiều nên số giờ hoạt động của CSP phải cao mới mang lại hiệu quả kinh tế.
Thêm nữa, CSP phù hợp với việc lưu trữ năng lượng trong nhiều giờ. Khi đó chỉ số LCOE (Levelized Cost Of Energy) – chi phí năng lượng sản xuất của dự án không biến thiên nhiều theo thời gian lưu trữ như khi sử dụng BESS.
Một hạn chế nữa là yêu cầu về địa hình, khí tượng của dự án CSP là cao hơn rất nhiều so với một dự án Solar farm như các thông số đều có yêu cầu cao như, chỉ số DNI, số giờ nắng kéo dài, tốc độ gió trung bình năm thấp, bề mặt địa hình bằng phẳng, độ dốc không quá 5%, địa chất ổn định, không có động đất, nguồn nước và nhiên liệu dồi dào …
Thời gian xây dựng một dự án CSP cũng dài hơn rất nhiều so với Solar farm, trung bình cần từ 24 – 36 tháng để hoàn thành xây dựng một dự án.
Ưu điểm của Nhà máy điện mặt trời tập trung CSP là khả năng tích trữ năng lượng để vận hành với nhiều giờ liên tục không có mặt trời, phù hợp với khu vực không được kết nối với hệ thống điện quốc gia và nhà máy điện sẽ vận hành phát điện liên tục trong cả ngày. Một ưu điểm nữa là nhà máy điện CSP sản xuất cả về nhiệt và điện nên rất phù hợp nếu đặt gần khu vực có nhu cầu phụ tải về nhiệt.
Hiện nay do giá nhiên liệu LNG và than cao nên giá điện từ các nguồn này cũng không còn cạnh tranh. Nếu tình trạng giá nhiên liệu cao tiếp tục kéo dài kèm theo các chính sách hạn chế nguồn vốn cho các dự án nhiệt điện than, là nhà máy phát thải CO2 cao, từ các tổ chức và ngân hàng cho vay vốn, điều này có thể dẫn đến thiếu nguồn vào giờ không có mặt trời trong mùa khô, đây sẽ là cơ hội cho các dự án nhà máy điện CSP.
CSP phù hợp với các nơi có bức xạ trực tiếp (DNI) tốt (như Tây Ban Nha, Trung Đông, Tân Cương,…), tại Việt Nam cần có khảo sát đánh giá thêm về tiềm năng phát triển.
Để phát triển dự án CSP tại Việt Nam, chúng ta sẽ xem xét các khu vực có cường độ bức xạ mặt trời trực tiếp (DNI – Direct Normal Irradiation) tốt và khu vực có điều kiện kết nối với lưới điện quốc gia khó khăn như hải đảo, vùng sâu vùng xa,… là những nơi cần phải cung cấp điện khi không có mặt trời trong thời gian dài. Trong tương lai, nếu thời gian phụ tải cao điểm của Việt Nam vào buổi tối kéo dài hơn thì đó cũng là một yếu tố thuận lợi khi xem xét phát triển CSP.
Cuối tháng 10, đầu tháng 11/2021, tại hội nghị COP26, Việt Nam đã cùng gần 150 quốc gia cam kết đưa mức phát thải ròng về “0” vào giữa thế kỷ; cùng với hơn 100 quốc gia đã tham gia Cam kết giảm phát thải khí nhà kính toàn cầu vào năm 2030. Với cam kết này trong tương lai nguồn năng lượng tái tạo Việt Nam có xu hướng phát triển mạnh. Khi đó, Chính phủ cần có chính sách hỗ trợ về giá thì các dự án CSP sẽ có nhiều tiềm năng để phát triển.
