CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2. Cơ sở thực tiễn của các vấn đề nghiên cứu
1.2.2. Tình hình phát triển năng lượng mặt trời trong nước
Việt Nam được xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về NLMT, đặc biệt ở các vùng miền Trung và miền Nam của đất nước. Ở Việt Nam, bức xạ mặt trời trung bình 230 ÷ 250 kcal/cm2 theo hướng tăng dần về phía Nam chiếm khoảng 2.000 ÷ 5.000 giờ trên năm, với ước tính tiềm năng lý thuyết khoảng 43,9 tỷ TOE. NLMT ở Việt Nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nước. Đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh của miền Trung và miền Nam là khoảng 300 ngày/năm. NLMT được khai thác sử dụng chủ yếu cho các mục đích như:
sản xuất điện và cung cấp nhiệt.
Các tỉnh ở phía Bắc (từ Thừa Thiên Huế trở ra) bình quân trong năm có chừng 1800 ÷ 2100 giờ nắng. Trong đó, các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh) được xem là những vùng có nắng nhiều ngày, mặt trời chiếu gần như quanh năm, kể cả vào mùa mưa. Do đó, các địa phương ở Nam Bộ và Nam Trung Bộ, nguồn bức xạ mặt trời là một nguồn tài nguyên to lớn để khai thác và sử dụng.
Việt Nam có nguồn NLMT dồi dào với cường độ bức xạ mặt trời trung bình ngày trong năm ở phía Bắc là 3,69 kW/h/m2 và phía Nam là 5,9kW/h/m2. Lượng bức xạ mặt trời tùy thuộc vào lượng mây và tầng khí quyển của từng địa phương, giữa các địa phương ở nước ta có sự chênh lệch đáng kể về bức xạ mặt trời. Cường độ bức xạ ở phía Nam thường cao hơn ở phía Bắc [21].
Hình 1.13. Bản đồ bức xạ mặt trời của Việt Nam.
Vùng Tây Bắc
Nhiều nắng vào các tháng 8. Thời gian có nắng dài nhất vào các tháng 4, 5 và 9, 10. Các tháng 6,7 rất hiếm nắng, mây và mưa rất nhiều. Lượng tổng bức xạ trung bình ngày lớn nhất vào khoảng 5.234 kWh/m2/ngày và trung bình trong năm là 3,489 kWh/m2/ngày.
Vùng núi cao khoảng 1500m trở lên thường ít nắng. Mây phủ và mưa nhiều, nhất là vào khoảng tháng 6 đến tháng 1 năm sau. Cường độ bức xạ trung bình thấp (<3,489 kWh/m2/ngày).
Vùng Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ
Ở Bắc Bộ, nắng nhiều vào tháng 5. Còn ở Bắc Trung Bộ càng đi sâu về phía
Nam thời gian nắng lại càng sớm, nhiều vào tháng 4.
Tổng bức xạ trung bình cao nhất ở Bắc Bộ khoảng từ tháng 5, ở Bắc Trung Bộ từ tháng 4. Số giờ nắng trung bình thấp nhất là trong tháng 2,3 khoảng 2h/ngày, nhiều nhất vào tháng 5 với khoảng 6 - 7h/ngày và duy trì ở mức cao từ tháng 7.
Vùng Trung Bộ
Từ Quảng Trị đến Tuy Hòa, thời gian nắng nhiều nhất vào các tháng giữa năm với khoảng 8 - 10h/ngày. Trung bình từ tháng 3 đến tháng 9, thời gian nắng từ 5 - 6 h/ngày với lượng tổng bức xạ trên 3,489 kWh/m2/ngày (có ngày đạt 5,815 kWh/m2/ngày).
Vùng phía Nam
Ở vùng này quanh năm dồi dào nắng. Trong các tháng 1, 3, 4 thường có nắng từ 7h sáng đến 17h. Cường độ bức xạ trung bình thường lớn hơn 3,489 kWh/m2/ngày.
Đặt biệt các khu vực Nha Trang, cường độ bức xạ lớn hơn 5,815 kWh/m2/ngày trong thời gian 8 tháng/năm.
Các tỉnh ở phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào), bình quân có khoảng 2000 ÷ 2600 giờ nắng, lượng bức xạ mặt trời tăng 20% so với các tỉnh phía Bắc. Bảng 1.2 là số liệu về lượng bức xạ mặt trời tại các vùng miền ở nước ta [4].
Bảng 1.2. Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam
Vùng Giờ nắng
trong năm
Cường độ BXMT
(kWh/m2/ ngày) Ứng dụng
Đông Bắc 1600 – 1750 3,3 – 4,1 Trung bình
Tây Bắc 1750 – 1800 4,1 – 4,9 Trung bình
Bắc Trung Bộ 1700 – 2000 4,6 – 5,2 Tốt
Tây Nguyên và Nam Trung Bộ 2000 – 2600 4,9 – 5,7 Rất tốt
Nam Bộ 2200 – 2500 4,3 – 4,9 Rất tốt
Trung bình cả nước 1700 – 2500 4,6 Tốt
Qua bảng 1.2 cho ta thấy nước ta có lượng bức xạ mặt trời rất tốt, đặc biệt là khu vực phía Nam, ở khu vực phía Bắc thì lượng bức xạ mặt trời nhận được là ít hơn.
Lượng bức xạ mặt trời giữa các vùng miền là khác nhau và nó cũng phụ thuộc vào từng tháng khác nhau. Trên bảng 1.3 thể hiện lượng tổng bức xạ mặt trời trung bình ngày của các tháng trong năm ở một số địa phương của nước ta [4].
Bảng 1.3. Lượng tổng bức xạ mặt trời trung bình ngày của các tháng trong năm ở một số địa phương của nước ta, đơn vị: MJ/m2/ngày
TT Địa phương
Tổng xạ bức xạ mặt trời của các tháng trong năm (đơn vị: MJ/m2/ngày)
1 7
2 8
3 9
4 10
5 11
6 12
1 Cao Bằng 8,21
18,81
8,72 19,11
10,43 17,60
12,70 13,57
16,81 11,27
17,56 9,37
2 Móng Cái 18,81
17,56
19,11 18,23
17,60 16,10
13,57 15,75
11,27 12,91
9,37 10,35
3 Sơn La 11,23
11,23
12,65 12,65
14,45 14,25
16,84 16,84
17,89 17,89
17,47 17,47 4 Láng (Hà Nội) 8,76
20,11
8,63 18,23
9,09 17,22
12,44 15,04
18,94 12,40
19,11 10,66 5 Vinh
8,88 21,79
8,13 16,39
9,34 15,92
14,50 13,16
20,03 10,22
19,78 9,01
6 Đà Nẵng 12,44
22,84
14,87 20,78
18,02 17,93
20,28 14,29
22,17 10,43
21,04 8,47
7 Cần Thơ 17,51
16,68
20,07 15,29
20,95 16,38
20,88 15,54
16,72 15,25
15,00 16,38
8 Đà Lạt 16,68
18,94
15,29 16,51
16,38 15,00
15,54 14,87
15,25 15,75
16,38 10,07 Như vậy lượng tổng bức xạ nhận được mỗi vùng miền cũng khác nhau ở mỗi tháng. Ta nhận thấy rằng các tháng nhận được nhiều nắng hơn là 4, 5, 6, 7 ,8, 9, 10.
Nếu sử dụng NLMT vào các tháng này sẽ cho hiệu quả rất cao.
Tóm lại, Việt Nam là nước có tiềm năng về NLMT, trải dài từ vĩ độ 8’’ Bắc đến 23’’ Bắc, nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao, với trị số tổng xạ khá lớn từ 100 – 175 kcal/cm2.năm, do đó việc sử dụng NLMT ở nước ta sẽ đem lại hiệu quả kinh tế lớn. Giải pháp sử dụng NLMT hiện đang được cho là giải pháp tối ưu nhất. Đây là nguồn NL sạch, không gây ô nhiễm môi trường và có trữ lượng vô cùng lớn do tính tái tạo cao. Đồng thời, phát triển ngành công nghiệp sản
xuất pin NLMT sẽ góp phần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát thải khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường. Vì thế, đây được coi là nguồn NL quý giá, có thể thay thế những dạng NL cũ đang ngày càng cạn kiệt. Từ lâu, nhiều nơi trên thế giới đã sử dụng NLMT như một giải pháp thay thế những nguồn tài nguyên truyền thống.
Khu vực Tây Bắc được đánh giá có tiềm năng NLMT 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 NLMT 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 1800 – 2100 giờ nắng, các vùng có số giờ nắng cao nhất thuộc các tỉnh Điện Biên, Sơn La. Thời điểm trong năm khai thác hiệu quả nhất NLMT 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.
Tiềm năng điện mặt trời tốt nhất ở các vùng Thừa Thiên Huế trở vào Nam và vùng Tây Bắc. Vùng Tây Bắc gồm các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Lào Cai…. và vùng Bắc Trung bộ gồm các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh…. có NLMT khá lớn. Mật độ NLMT biến đổi trong khoảng 300 đến 500 cal/cm2/ngày. Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 1800 đến 2100 giờ. Như vậy, các tỉnh thành ở miền Bắc nước ta đều có thể sử dụng hiệu quả.
Còn ở miền Nam, từ Đà Nẵng trở vào, NLMT rất tốt và phân bố tương đối điều hòa trong suốt cả năm. Trừ những ngày có mưa rào, có thể nói trên 90% số ngày trong năm đều có thể sử dụng NLMT cho sinh hoạt. Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2000 đến 2600 giờ. Đây là khu vực ứng dụng NLMT rất hiệu quả.
1.2.2.2. Các ứng dụng dưới dạng nhiệt mặt trời
• Bếp năng lượng mặt trời
Bếp NLMT trời được ứng dụng rất rộng rãi ở các nước có tiềm năng về NLMT, khan hiếm củi đốt, giá thành nhiên liệu cao như các nước ở Châu Phi, các khu vực vùng sâu vùng xa của các nước đang phát triển. Hiện nay, bếp NLMT còn được sử dụng ngày càng nhiều đối với các ngư dân và khách du lịch.
Hình 1.14. Bếp nấu ăn NLMT [6].
Ở Việt Nam bếp NLMT cũng đã được sử dụng khá phổ biến. Năm 2000, Trung tâm nghiên cứu thiết bị áp lực và năng lượng mới thuộc Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng đã phối hợp với các tổ chức từ thiện Hà Lan triển khai dự án (30000 USD/năm) đưa bếp NLMT vào sử dụng ở các vùng nông thôn tỉnh Quảng Nam, Quảng Ngãi, Ninh Thuận. Dự án đã phát triển rất tốt và ngày càng được người dân ủng hộ. Dự án đã cung cấp trên 1000 bếp hình hộp và trên 200 bếp Parabon cho những người dân nghèo nông thôn. Hình 1.14. Bếp nấu ăn kiểu hộp [23].
Hình 1.15. Bếp nấu ăn kiểu hộp
• Hệ thống cung cấp nước nóng dùng NLMT
Ứng dùng đơn giản và hiệu quả được sử dụng phổ biến nhất hiện nay của NLMT trời là được dùng để đun nước nóng. Các thiết bị cung cấp nước nóng được sử trong nhiều lĩnh vực khác nhau ở trên thế giới. Ở Việt Nam trong những năm gần đây
thiết bị cung cấp nước nóng sử dụng NLMT với quy mô hộ gia đình đã được nhiều cơ sở sản xuất thương mại hóa, với giá thành có thể chấp nhận được nên người dân sử dụng ngày càng nhiều.
Hệ thống cung cấp nước nóng dùng NMLT có rất nhiều loại khác nhau, nhưng nếu xét theo phạm vi nhiệt độ sử dụng thì ta có thể phân làm hai loại nhóm thiết bị chính, đó là hệ thống cung cấp nước nóng với nhiệt độ thấp t ≤ 70oC và hệ thống cung cấp nước nóng dùng NLMT với nhiệt độ cao t ≥80oC.
Hệ thống cung cấp nước nóng có nhiệt độ thấp dùng NLMT hiện nay được sử dụng rộng rãi trong sinh hoạt gia đình hoặc trong nhà hàng, khách sạn với mục đích tắm giặt, rửa chén bát, hâm nước bể bơi và hâm nước trước lúc nấu nhằm tiết kiệm NL. Trên hình 1.15 là hệ thống nước nóng NLMT tại Bệnh viện Đa khoa Gia Đình, Đà Nẵng [27].
Hình 1.16. Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời tại Bệnh viện Đa khoa Gia Đình Đà Nẵng
• Sấy nông sản, chế biến thực phẩm dùng NLMT
Sấy nông sản, chế biến thực phẩm: một công việc nặng nhọc và vất vả nhất của người nông dân, phơi hay sấy sản phẩm nông sản cũng là giai đoạn quan trọng nhất quyết định chất lượng, từ đó ảnh hưởng đến giá bán. Do đó, để giải quyết tất cả những khó khăn trong vấn đề phơi sấy nông sản vốn là vấn đề rất lớn đối với ngành nông sản như lúa, gạo, rau, củ, quả,...
Nhu cầu phơi, sấy hiệu quả thì hầu hết là nông dân ai cũng cần, nhưng không phải người nông dân nào cũng có điều kiện để mua thiết bị đắt tiền cho một sự đầu tư bài bản. Thế thì trong điều kiện còn nhiều hạn chế ấy, những phương pháp đơn giản nhưng hiệu quả mà nông dân Thừa Thiên Huế nói riêng và cả nước nói chung người ta thường làm với những thiết bị thô sơ, tự tạo, sẵn có hoặc giá cả phải mua với giá rất rẻ.
Trên thực tế đa phần người dân địa phương thường sử dụng phương pháp thông dụng là sử dụng ánh nắng mặt trời trực tiếp để phơi nông sản.
Hiện nay có nhiều phát minh sấy nông sản thực phẩm dùng NLMT: Máy sấy cá dứa tại Cần Giờ, máy sấy trà tại An Giang, máy sấy nhân tại Vĩnh Long và máy sấy tỏi kiểu đối lưu tự nhiên do các giáo viên khoa Cơ khí - Công nghệ, trường Đại học Nông Lâm Huế chế tạo năm 2012 tại đảo Lý Sơn, tỉnh Quảng Ngãi.
Hình 1.17. Máy sấy lúa dùng NLMT do Giáo viên trường Đại học Nông Lâm Huế thiết kế
• Lọc nước biển thành nước ngọt
Một số mô hình đã được xây dựng và đưa vào sử dụng bằng NLMT thông qua dàn ngưng tụ và bốc hơi, tuy nhiên các đề tài ứng dụng này ở địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế chưa ứng dụng nhiều, do chất lượng nước sinh hoạt cung cấp ở địa phương được đánh giá là chất lượng tốt, lượng nước cung cấp đầy đủ do đó mô hình trên chưa được chú trọng phát triển công nghệ và chỉ sử dụng ở các vùng ngoài đảo là chủ yếu. Trên hình 1.17 thiết bị chưng lọc nước ngọt từ nước biển, sử dụng NLMT do TS. Đinh Vương Hùng cùng các cộng sự thuộc khoa Cơ khí - Công nghệ, Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công [7].
Hình 1.18. Thiết bị chưng lọc nước ngọt từ nước biển, sử dụng năng lượng mặt trời 1.2.2.3. Ứng dụng quang điện mặt trời
Mặc dù NLMT trời ở Việt Nam được công nhận là có tiềm năng lớn, nhưng các dự án điện mặt trời vẫn chưa được chú ý phát triển. Hầu hết các dự án ĐMT trên khắp cả nước chỉ ở quy mô nhỏ. Chi phí đầu tư lớn là rào cản chủ yếu cho việc phát triển các dự án ĐMT ở Việt Nam.
Tuy nhiên nhờ những hiệu quả mà ĐMT đem lại thì nó vẫn là một trong những biện pháp hữu hiệu thay thế cho nguồn NL trong tương lai, nên ở Việt Nam ĐMT đang trên đà phát triển, nhiều dự án được thực hiện và được sử dụng rất tốt tại một số tỉnh ở nước ta.
Sáng ngày 01/7/2015, tại Đường 20 Quyết Thắng, huyện Bố Trạch, tỉnh Quảng Bình, Ủy ban nhân dân (UBND) tỉnh và Ban quản lý dự án cung cấp điện bằng NLMT đã tổ chức lễ khởi công dự án cung cấp điện bằng NLMT cho vùng sâu, vùng xa, vùng khó khăn mà lưới điện Quốc gia không đến được. Dự án cung cấp điện bằng NLMT có tổng công suất lắp đặt 763,25 kWp với mức đầu tư hơn 13,7 triệu USD từ vốn vay ODA Hàn Quốc. Mục tiêu của dự án là cung cấp nguồn điện năng ổn định và tin cậy cho 1 294 hộ gia đình, đa số là người dân tộc thiểu số, là người nghèo và nhóm người có thu nhập thấp thuộc 46 thôn, bản và 78 cơ quan, đơn vị như UBND xã, đồn biên phòng, trường học, trạm xá,… dọc trên 170km biên giới Việt - Lào của 09 xã chưa có điện lưới Quốc gia thuộc huyện Lệ Thủy, Quảng Ninh, Bố Trạch, Minh Hóa. Bên cạnh đó, Dự án cũng nhằm góp phần nâng cao đời sống kinh tế - xã hội, xóa đói giảm nghèo, đảm bảo an sinh xã hội, an ninh biên giới Quốc gia, đồng thời giảm thiểu các tác động tiêu cực vào môi trường trong vùng sinh thái Di sản Thiên nhiên thế giới Vườn Quốc gia Phong Nha - Kẻ Bảng; Đảm bảo cho người dân trong vùng dự án có cơ hội tiếp cận giáo dục tốt hơn, làm cơ sở cho triển vọng nâng cao thu nhập trong
tương lai; góp phần tích cực vào chương trình chống biến đổi khí hậu của Việt Nam [28].
Hình 1.19. Lễ khởi công dự án cung cấp điện điện bằng NLMT tại Quảng Bình Ngày 29/8/2015, dự án Nhà máy quang ĐMT Thiên Tân do Công ty Cổ phần Đầu tư và Xây dựng Thiên Tân làm chủ đầu tư đã chính thức được khởi công xây dựng, nhà máy có công suất 19,2MW, áp dụng công nghệ quang ĐMT của Thái Lan với tổng vốn đầu tư 826 tỷ đồng, được xây dựng trên diện tích 24 ha tại thôn Đạm Thủy, xã Đức Minh, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi bằng nguồn vốn vay trong nước và nước ngoài. Dự án do Công ty TNHH Full Advantage làm tư vấn. Công trình dự kiến hòa vào điện lưới quốc gia vào giữa năm 2016 [28].
Hình 1.20. Lễ khởi công xây dựng nhà máy điện mặt trời Thiên Tân tại thôn Đạm Thủy, xã Đức Minh, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi
Nhà máy quang ĐMT Thiên Tân được sử dụng công nghệ và thiết bị hiện đại, hiệu suất cao, tuổi thọ dự kiến kéo dài hơn 25 năm. Với công suất lắp đặt 19,2MW, khi đi vào vận hành, Nhà máy ĐMT Thiên Tân cung cấp cho hệ thống điện quốc gia hơn 28 triệu kWh điện mỗi năm. Đồng thời, tạo ra công việc làm cho người dân ở địa phương, đặt biệt người dân ở huyện Mộ Đức.
Ngay sau đó, Bộ Công Thương phê duyệt đã dự án xây dựng nhà máy ĐMT Tuy Phong tại xã Vĩnh Hảo, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận sau khi điều chỉnh bổ sung quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Bình Thuận giai đoạn 2011 – 2015, có xét đến 2020. Công trình này sẽ được xây dựng trên diện tích gần 50 hecta với công suất 30 MW với tổng vốn đầu tư 1.454 tỉ đồng (tương đương 66 triệu USD) dự kiến sẽ khởi công xây dựng giữa năm nay và bắt đầu phát điện từ năm 2017. Đây là dự án NLMT đầu tiên được cấp phép tại Bình Thuận, mở ra giai đoạn mới trong phát triển năng lượng sạch, công nghệ cao, mang lại hiệu quả kinh tế xã hội cho địa phương, góp phần bảo vệ môi trường và chống biến đổi khí hậu, giảm thải hiệu ứng phát thải khí nhà kính và phát triển bền vững.
ĐMT không phải là một khái niệm mới nhưng đây là lần đầu tiên những nhà máy sản xuất điện theo kiểu mới này được xây dựng nên nó vẫn chưa thu hút được nhiều sự chú ý của nhiều người mà vấn đề nóng bỏng nhất hiện nay là giá điện.
Việc xây dựng các nhà máy ĐMT Thiên Tân và Tuy Phong là một bước đi đúng đắn trong việc triển khai các nguồn NL sạch vào cuộc sống của người dân nhưng do đây là nhà máy ĐMT đầu tiên tại Việt Nam nên nhiều khả năng giá điện đầu ra sẽ không hề rẻ.
Theo các chuyên gia NL, sự tăng trưởng kinh tế mạnh mẽ của Việt Nam trong hơn thập kỷ qua khiến nhu cầu về điện năng tăng thêm khoảng 15% mỗi năm. Tuy nhiên, điện năng chủ yếu dựa vào nhiệt điện và thủy điện dù nguồn NLMT ở nước ta được công nhận có tiềm năng lớn. Trong chiến lược phát triển NLcủa Chính phủ, mục tiêu đề ra là năm nay NLTT chiếm 5% cơ cấu năng lượng và đạt 8% năm 2020.
Điện mặt trời bắt đầu được Solar lab, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam triển khai ứng dụng từ 1989 ÷ 1990 tại huyện Duyên Hải Tp.HCM. Sau đó các cơ quan khác: Đại học Bách khoa; Viện Năng lượng,… cùng phát triển lan rộng ra khắp các địa bàn cả nước. Cho tới năm 2005, đa phần các hệ thống ĐMT được phát triển từ những dự án (DA) có hỗ trợ của quốc tế từ 30% ÷ 100%. Phần vốn đối ứng của Việt Nam cho các DA này được các cơ quan nhà nước như: Chương trình KC-01, Bộ KHCN, sở KHCN, sở Công Thương các địa phương cung cấp. Ứng dụng ĐMT khá đa