Nghiên cứu đánh giá tiềm năng điện mặt trời trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi

Cung ứng năng lượng đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội đang và sẽ phải đối mặt với nhiều vấn đề và thách thức, đặc biệt là sự cạn kiệt dần nguồn nhiên liệu hóa thạch nội địa, giá dầu biến động, và các tác động của biến đổi khí hậu đến an ninh, an toàn trong cung ứng năng lượng... Do vậy, từng bước đa dạng hóa nguồn cung năng lượng, nguồn điện dựa trên các nguồn năng lượng tái tạo mà Việt Nam có tiềm năng, đặc biệt là các nguồn sinh khối, gió, năng lượng mặt trời. được coi là một trong những giải pháp phát triển bền vững.Xuất phát từ các yêu cầu đó, việc thực hiện đánh giá tiềm năng điện mặt trời có ý nghĩa rất quan trọng, xác định rõ được tiềm năng nguồn năng lượng mặt trời trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi, góp phần cụ thể hóa việc thực hiện chiến lược phát triển năng lượng tái tạo quốc gia, quy hoạch phát triển kinh tế xã hội của tỉnh, góp phần giảm ô nhiễm môi trường khu vực và góp phần đảm bảo mục tiêu và vai trò phát triển kinh tế vùng.

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 7(128).2018 NGHIÊN CỨU THỰC HIỆN ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG ĐIỆN MẶT TRỜI TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG NGÃI RESEARCH METHOD FOR ASSESSING THE POTENTIAL OF SOLAR POWER IN QUANG NGAI PROVINCE Lưu Ngọc An1, Trần Phước Hiền2 Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; lnan@dut.udn.vn Lớp Cao học K34.KTĐ.QNg, Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; hienscnqn@gmail.com Tóm tắt - Trong báo này, nhóm tác giả trình bày phương pháp nghiên cứu thực đánh giá tiềm điện mặt trời, đồng thời áp dụng cho địa bàn tỉnh Quảng Ngãi Phương pháp thực bao gồm bước: thu thập liệu, đánh giá sơ tiềm năng lượng mặt trời, tiềm mặt trời lý thuyết, tiềm mặt trời kỹ thuật tiềm kinh tế Từ xác định khu vực triển khai thực dự án điện mặt trời, đáp ứng theo yêu cầu thực tế địa phương quy định Chính phủ, mang lại hiệu kinh tế - xã hội Trên sở đó, phương pháp nghiên cứu áp dụng triển khai nhiều địa phương, góp phần tích cực phát triển điện mặt trời, đáp ứng nhu cầu điện ngày tăng nước ta Abstract - In this paper, the authors presents a research methodology for assessing the potential of solar power and applies it to Quang Ngai province The method includes five steps: data acquisition, brief assessment of resources potential, the theoretical potential, the technique potential and the economic potential Based on these assessments, the article identifies areas and location where solar power projects can be implemented to meet the local requirements and government regulations and bring about socio-economic benefits This research method can be adopted in other localities, contributing positively to the development of solar power, meeting the increasing demand for electricity in our country Từ khóa - điện mặt trời; đánh giá tiềm năng; tỉnh Quảng Ngãi; phương pháp solarGIS; xạ mặt trời Key words - solar power; assess (the) potential; Quảng Ngãi province; solarGIS method; radiation Đặt vấn đề Cung ứng lượng đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế xã hội phải đối mặt với nhiều vấn đề thách thức, đặc biệt cạn kiệt dần nguồn nhiên liệu hóa thạch nội địa, giá dầu biến động, tác động biến đổi khí hậu đến an ninh, an toàn cung ứng lượng… Do vậy, bước đa dạng hóa nguồn cung lượng, nguồn điện dựa nguồn lượng tái tạo mà Việt Nam có tiềm năng, đặc biệt nguồn sinh khối, gió, lượng mặt trời… coi giải pháp phát triển bền vững Xuất phát từ yêu cầu đó, việc thực đánh giá tiềm điện mặt trời có ý nghĩa quan trọng, xác định rõ tiềm nguồn lượng mặt trời địa bàn tỉnh Quảng Ngãi, góp phần cụ thể hóa việc thực chiến lược phát triển lượng tái tạo quốc gia, quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội tỉnh, góp phần giảm nhiễm mơi trường khu vực góp phần đảm bảo mục tiêu vai trị phát triển kinh tế vùng Một dự án điện mặt trời quy mô công nghiệp với công suất 19,2 MW đấu nối lưới điện quốc gia Việt Nam động thổ xây dựng ngày 15 tháng năm 2015 thôn Đạm Thủy, xã Đức Minh, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi Dự án điện mặt trời kết hợp với phát điện diezel xã đảo An Bình, huyện Lý Sơn, tỉnh Quảng Ngãi với cơng suất 97 kWp Hiện nay, có khoảng 115 dự án quy mô công suất lớn, nối lưới xúc tiến đầu tư số tỉnh có tiềm điện mặt trời lớn tỉnh khu vực miền Trung (từ Hà Tĩnh đến Bình Thuận) đồng sông Cửu Long, mức độ khác như: xin chủ trương khảo sát địa điểm, xin cấp phép đầu tư, lập dự án đầu tư xây dựng Tính đến hết tháng 4/2018, Bộ Cơng thương phê duyệt 70 dự án với tổng công suất 3.000 MW, dự án dự kiến đưa vào vận hành trước tháng 6/2019 Để đánh giá tiềm năng lượng mặt trời, Phòng Nghiên cứu Năng lượng tái tạo quốc gia Hoa Kỳ (NREL) đưa phương pháp đánh giá tiềm mặt trời vùng, quốc gia giới [1], đó, [2], phương pháp xác định tiềm để xây dựng nhà máy điện mặt trời có cơng suất lớn Trong [3], [4], sử dụng cơng cụ phân tích không gian GIS để đánh giá tiềm mặt trời lắp mái Tây Ban Nha Brasil Phương pháp thực đánh giá tiềm năng lượng mặt trời Nghiên cứu thực đánh giá tiềm điện mặt trời thực bước, từ khái quát tới chi tiết, cụ thể, có kế thừa nghiên cứu có liên quan trước đó, bao gồm bước sau: Bước 1: Thu thập tài liệu, số liệu • Thu thập tài liệu, số liệu liên quan đến phát triển kinh tế xã hội, quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch phát triển ngành tỉnh; • Thu thập thông tin dự án điện triển khai địa bàn tỉnh; • Tiến hành khảo sát sơ địa điểm tiềm Bước 2: Đánh giá sơ tiềm điện mặt trời • Dựa đồ lượng mặt trời khu vực tỉnh trích xuất từ tài liệu “Bản đồ tài nguyên lượng mặt trời” Bộ Công thương ban hành tháng 1/2015 Đây sở quan trọng việc xác định sơ khu vực địa bàn thơn, xã, huyện có tiềm năng lượng mặt trời để tiến hành xác định vùng khảo sát lập quy hoạch Lưu Ngọc An, Trần Phước Hiền Bước 3: Xác định tiềm điện mặt trời lý thuyết • Đánh giá tương quan đồ Bước so với đồ Bộ Công thương Bước Bước 4: Xác định tiềm điện mặt trời kỹ thuật trước để thống kê, phân tích, dự báo, tính tốn, đánh giá xác định tiềm lý thuyết, kỹ thuật, kinh tế định hướng đấu nối điện mặt trời vào lưới điện tỉnh 3.1 Các số liệu đầu vào Các liệu ban đầu sử dụng bao gồm: • Sử dụng đồ tiềm năng lượng mặt trời từ kết nghiên cứu Ngân hàng Thế giới (WB), Bộ Cơng thương ban hành năm 2015, Tổng cục Khí tượng • Từ đồ địa hình, địa chất, đồ quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch khu kinh tế, cụm công nghiệp kết hợp đồ tiềm điện mặt trời lý thuyết xây dựng đồ tiềm điện mặt trời kỹ thuật sơ (các vùng có tiềm điện mặt trời triển khai xây dựng vận hành dự án điện mặt trời với điều kiện kỹ thuật) • Số liệu xạ thu thập từ trạm khí tượng địa bàn tỉnh vùng lân cận • Bản đồ số hóa trạng quy hoạch sử dụng đất tỉnh; đồ trạng quy hoạch giao thông: sở hạ tầng (đường mạng lưới giao thông, cảng, lưới điện, v.v.) có quy hoạch đến năm 2030 tỉnh • Khảo sát thực địa, thu thập liệu quy hoạch liên quan (quy hoạch khu kinh tế, cụm công nghiệp, quy hoạch nông nghiệp, quy hoạch thủy lợi, quy hoạch rừng ) để xác định vùng loại trừ • Số liệu số nắng thu thập từ 03/04 trạm khí tượng thời gian từ năm 1983 đến năm 2012 Dung Quất, Quảng Ngãi, Ba Tơ • Dựa vào số liệu liệu xạ mặt trời, số ngày nắng trung bình thu thập từ quan đo đạc, quan trắc khí hậu địa bàn tỉnh, xác lập đồ sơ tiềm năng lượng mặt trời lý thuyết tỉnh Quảng Ngãi • Xây dựng đồ vùng loại trừ vùng đệm cho dự kiến xây dựng quy hoạch phát triển điện mặt trời phần mềm MapInfo • Chồng xếp đồ vùng loại trừ với đồ tiềm điện mặt trời kỹ thuật sơ để tạo đồ tiềm điện mặt trời kỹ thuật dùng cho việc lập quy hoạch Hình Sơ đồ nguyên lý phương pháp nghiên cứu tính toán tiềm kỹ thuật [5] Bước 5: Xác định tiềm điện mặt trời kinh tế • Các số liệu khác như: nhu cầu phụ tải, kinh tế xã hội… từ quy hoạch phát triển điện lực tỉnh dự án khác triển khai địa bàn tỉnh Quy định tiêu chí vùng loại trừ vùng đệm cho hoạt động điện mặt trời chờ đợi quy định chung áp dụng toàn Việt Nam, quy định tạm thời nghiên cứu đề xuất, có tham khảo ý kiến chuyên gia Các tài liệu phục vụ cho công việc loại trừ khu vực không phù hợp để phát triển điện mặt trời bao gồm đồ trạng quy hoạch sử dụng đất, quy hoạch khống sản, Ngồi cịn tham khảo ý kiến quyền địa phương quan có liên quan 3.2 Bản đồ Atlas Mặt trời Số liệu xạ mặt trời thu thập từ nguồn số liệu NASA từ sản phẩm Ngân hàng Thế giới kết hợp với Bộ Công thương Tây Ban Nha tính tốn Cùng với ứng dụng phân tách khơng gian từ mơ hình theo phương pháp solarGIS, ta có đồ Atlas Mặt trời Quảng Ngãi Hình • Đánh giá yếu tố ảnh hưởng đến tính cạnh tranh chi phí khơng đồng khu vực • Xác định diện tích quy mơ cơng suất vùng dự án điện mặt trời kinh tế Trong báo này, tác giả không xác định tiềm kinh tế điện mặt trời Đánh giá tiềm năng lượng mặt trời tỉnh Quảng Ngãi Sử dụng phương pháp thu thập số liệu trực tiếp gián tiếp để thu thập tài liệu, số liệu cần thiết phục vụ nội dung nghiên cứu Thực điều tra khảo sát thực tế địa phương: gặp gỡ, tiếp xúc với quan quản lý, chuyên gia kinh tế, kỹ thuật lượng trung ương địa phương để trao đổi, phân tích đánh giá vấn đề chuyên môn liên quan Kết hợp xử lý số liệu thực tế thu thập trình khảo sát với việc nghiên cứu kế thừa kết nghiên cứu đơn vị tổ chức khác thực Hình Bản đồ xạ mặt trời tỉnh Quảng Ngãi (theo nguồn số liệu xạ NASA) 3.3 Tiềm lý thuyết Tiềm lý thuyết điện mặt trời định nghĩa xạ mặt trời lên bề mặt trái đất Hiện tại, Việt Nam chưa có định hay thông tư hướng dẫn việc đánh giá tiềm năng lượng mặt trời ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 7(128).2018 có tiềm năng, nên đề án này, tạm tính lượng tiềm lý thuyết ứng với lượng xạ mặt trời 1.750 kWh/m2/năm Ứng với giá trị xạ này, tiềm diện tích chiếm 200 km2, cịn với lượng xạ mặt trời 1.800 kWh/m2/năm tiềm diện tích chiếm 64,4 km2 Hình Bản đồ xạ mặt trời tỉnh Quảng Ngãi (globalsolaratlas.info) Tổng lượng xạ Quảng Ngãi dao động từ 1.444,77 kWh/m2/năm đến 1.851,87 kWh/m2/năm có xu hướng tăng dần phía Biển Đơng (phía Đơng) Ở phía Tây, chủ yếu đồi núi, lượng xạ tổng cộng thu thấp so với phía Đơng Bức xạ mặt trời theo phương ngang tỉnh Quảng Ngãi dao động từ 1.444 kWh/m2/năm đến 1.852 kWh/m2/năm (xem hình đồ xạ), đó, xạ mặt trời có cường độ lớn từ 1.800 kWh/m2/năm tập trung chủ yếu phía Đơng tỉnh, đặc biệt huyện giáp biển Trong huyện trên, đáng ý huyện Bình Sơn, thành phố Quảng Ngãi, huyện Mộ Đức huyện Đức Phổ Đây huyện có giá trị cường độ xạ mặt trời cao tỉnh Đối với cường độ xạ mặt trời 1.750 kWh/m2/năm, tiềm diện tích mở rộng thêm huyện Sơn Tịnh, Nghĩa Hành Diện tích cường độ xạ theo phương ngang từ 1.750 đến 1.800 kWh/m2/năm chiếm 66.246 từ 1.800 trở lên chiếm diện tích 56.122 Trên sở tiềm xạ lý thuyết số liệu sử dụng đất tỉnh, tiềm kỹ thuật tính tốn đây: Bảng Tiềm kỹ thuật điện mặt trời theo loại đất tỉnh Quảng Ngãi [6] Tiềm đất Mã đất Bảng Tiềm lý thuyết diện tích theo cường độ xạ tỉnh Quảng Ngãi TT Cường độ xạ 1.444 – 1.550 16.007 160,07 1.550 – 1.650 207.902 2.079,02 1.650 – 1.750 164.725 1.647,25 1.750 – 1.800 66.246 662,46 1.800 – 1.852 56.122 561,22 Tổng 511.002 5.110,02 Diện tích (ha) Diện tích (km2) 3.4 Tiềm kỹ thuật Khu vực tiềm năng lượng mặt trời kỹ thuật khu vực có khả phát triển điện mặt trời đánh giá triển khai xây dựng vận hành với điều kiện kỹ thuật công nghệ Tuy nhiên, khu vực có tiềm mặt trời xây dựng nhà máy điện mặt trời Bảng Đề xuất khoảng cách vùng đệm cho vùng loại trừ Tiêu chí loại trừ (áp dụng cho đánh giá tiềm kỹ thuật) Độ dốc Độ cao loại trừ >15° >1.000 m Khoảng cách đến khu đô thị 1.500 m Khoảng cách đến khu dân cư (nông thôn) 700 m Khoảng cách tối thiểu từ khu bảo tồn thiên nhiên, rừng, khu khảo cổ bờ biển, đất lúa 200 m Khoảng cách tối thiểu đến bờ mặt nước 150 m Khoảng cách tối thiểu đến đường giao thông, đường sắt, đường điện 80 m Khoảng cách tối thiểu đến sân bay cơng trình qn 2.000 m Diện tích tối thiểu (áp dụng cho nghiên cứu này) >10 Cường độ xạ (kWh/m2/năm) Tổng (ha) Tên đất 1750 1800 1800 1852 BHK Đất trồng hàng năm khác 6.628,05 3.225,06 9.853,11 CLN Đất trồng lâu năm 5.582,25 2.467,35 8.049,6 BCS Đất chưa sử dụng 55,1 55,1 DCS Đất đồi núi chưa sử dụng 66 65,6 DNL Đất cơng trình lượng 53 53,4 12.265,4 5.811,41 18.076,81 Tổng Tổng tiềm kỹ thuật điện mặt trời theo loại đất đạt 18.077 ha, đất chưa sử dụng, đất đồi núi chưa sử dụng đất cơng trình lượng 174,1 Theo Thông tư 16/TT-BCT ban hành ngày 12/9/2017 Bộ Cơng thương, với diện tích sử dụng đất lâu dài khơng q 1,2 ha/MWp tổng cơng suất tiềm kỹ thuật lớn ước tính để phát triển dự án điện mặt trời khoảng 15,1 GWp Tuy nhiên, qua tham khảo tài liệu giới, suất tiêu hao đất cho dự án điện mặt trời mặt đất Hoa Kỳ khoảng 0,33 MWp/ha Áp dụng cho điều kiện Việt Nam nói chung tỉnh Quảng Ngãi nói riêng, tác giả đề xuất diện tích chiếm đất cho dự án phát triển địa bàn tỉnh 0,40 MWp/ha, tiềm kỹ thuật cho phát triển dự án điện mặt trời khoảng 7,2 GWp Từ đánh giá tiềm năng lượng mặt trời trên, nhóm tác giả đề xuất số khu vực phát triển lượng mặt trời tỉnh Quảng Ngãi Đề xuất khu vực ưu tiên cho phát triển điện mặt trời 4.1 Tiêu chí lựa chọn Khi quy hoạch dự án điện mặt trời vùng nơng thơn, yếu tố xem xét lựa chọn địa điểm Lưu Ngọc An, Trần Phước Hiền Bảng Các dự án điện mặt trời phát triển địa bàn tỉnh Quảng Ngãi giai đoạn đến năm 2020 bao gồm: • Tiềm năng lượng mặt trời; • Khả chi phí nối lưới điện quốc gia; Tên dự án • Quy mơ địa điểm, địa hình, lối vào, điều kiện mặt đất; ĐMT-01 Bình Nguyên Bình Sơn 56,02 49,92 • Sấp bóng gần xa; ĐMT-02 Phổ Thạnh Đức Phổ 54 50 • Các tác động cảnh quan, tầm nhìn; ĐMT-03 Phổ Khánh Đức Phổ • Hiện trạng sử dụng đất (yêu cầu bảo tồn đa dạng sinh học; loại trừ khu vực an ninh, quốc phịng; khu vực tơn giáo, tín ngưỡng; nghĩa trang, nghĩa địa; đất có mục đích cơng cộng;…) Để có sở cho việc lựa chọn vị trí phát triển điện mặt trời, báo này, nhóm tác giả tham khảo nhiều tài liệu đưa tiêu chí đánh giá xếp hạng địa điểm (thang điểm từ - 5), thể Bảng đây: Bảng Các tiêu chí đánh giá xếp hạng địa điểm cho phát triển điện mặt trời Các tiêu chí Chấm điểm Cường độ xạ 1.650 (kWh/m2/năm 1.700 ) (01) 1.700 1.750 1.750 1.800 1.800 1.850 >1.850 Khoảng cách đấu Rất xa nối (km) (02) >20 Xa 10-20 Vừa 5-10 Tốt 1-5 Rất tốt 100 Có chủ trương + Báo cáo cấp 4.2 Xác định phân loại vùng có khả phát triển điện mặt trời Các khu vực có tiềm phát triển điện mặt trời địa bàn tỉnh Quảng Ngãi phân chia 06 dự án điện mặt trời theo giai đoạn đến 2020 2021 - 2030 Trong tổng số dự án tiềm với tổng công suất đạt 396 MWp diện tích khảo sát 460 ha, có dự án thiết kế mặt đầm với diện tích 108 công suất lắp đặt 100 MWp phân bố huyện Đức Phổ Kết luận Dựa kết khảo sát, điều tra, nghiên cứu tính toán tiềm năng lượng mặt trời tỉnh Quảng Ngãi, báo đưa kết luận sau: • Kết phân tích, đánh giá tiềm mặt trời xác định: tỉnh Quảng Ngãi có tiềm năng lượng mặt trời tương đối tốt • Tiềm năng lượng mặt trời kinh tế có tổng cơng suất dự kiến đến năm 2030 khoảng 396 MWp; diện tích đất phục vụ cho nhu cầu quy hoạch 460 ha, tập trung chủ yếu huyện Bình Sơn Đức Phổ Trong đó: - Giai đoạn đến năm 2020: tổ chức khai thác khoảng 149,92 MWp/164ha; - Giai đoạn đến năm 2030: khoảng 246 MWp/296 ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 7(128).2018 • Các dự án điện mặt trời đưa vào vận hành hoạt động ổn định, góp phần đáp ứng phần nhu cầu phụ tải, đồng thời bổ sung nguồn điện cho tỉnh Quảng Ngãi TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://www.nrel.gov/docs/fy15osti/64503.pdf [2] F Mavromatakis, G Makrides, G Georghiou, A Pothrakis, Y Franghiadakis, E Drakakis, E Koudoumas, “Modeling the Photovoltaic Potential of A Site”, Renewable Energy, Vol 7, 2010, pp 1387-1390 [3] Verso, A., Martin, A., Amador, J., Dominguez, J, “GIS-based Method to Evaluate the Photovoltaic Potential in the Urban [4] [5] [6] [7] [8] Environment”, Solar Energy, Vol 117, 2015, pp 236-245 Miranda, Raul F C., Szklo, Alexandre, Schaeffer, Roberto, “Technical-economic potential of PV systems on Brazilian rooftops”, Renewable Energy, Vol 75, 2015, pp 697-713 Viện Năng lượng, Đánh giá tiềm phát triển điện mặt trời toàn quốc giai đoạn đến 2020, tầm nhìn 2030 Bộ Cơng thương Chính phủ Tây Ban Nha, Bản đồ tài nguyên lượng mặt trời Quy hoạch sử dụng đất tỉnh Quảng Ngãi giai đoạn 2016 – 2020, có xét đến 2025 Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Quảng Ngãi giai đoạn 2016 – 2025, có xét đến 2035 (BBT nhận bài: 15/6/2018, hồn tất thủ tục phản biện: 28/6/2018) ... phát triển điện mặt trời Các khu vực có tiềm phát triển điện mặt trời địa bàn tỉnh Quảng Ngãi phân chia 06 dự án điện mặt trời theo giai đoạn đến 2020 2021 - 2030 Trong tổng số dự án tiềm với tổng... báo đưa kết luận sau: • Kết phân tích, đánh giá tiềm mặt trời xác định: tỉnh Quảng Ngãi có tiềm năng lượng mặt trời tương đối tốt • Tiềm năng lượng mặt trời kinh tế có tổng cơng suất dự kiến... nghiên cứu kế thừa kết nghiên cứu đơn vị tổ chức khác thực Hình Bản đồ xạ mặt trời tỉnh Quảng Ngãi (theo nguồn số liệu xạ NASA) 3.3 Tiềm lý thuyết Tiềm lý thuyết điện mặt trời định nghĩa xạ mặt