1.1. Tổng quan về nguồn năng lượng tái tạo
1.1.3. Một số nghiên cứu về năng lượng tái tạo trên thế giới và Việt Nam
NLTT là một nguồn năng lượng sạch và vô hạn, do đó rất nhiều quốc gia trên thế
giới đang tận dụng NLTT để thay thế năng lượng truyền thống nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường và giảm hậu quả của biến đổi khí hậu. Sari và nkk, 2008 [39] nghiên cứu các
yếu tố quyết định tiêu thụ NLTT từ sáu nền kinh tế mới nổi (Brazil, Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Philippines và Thổ Nhĩ Kỳ) và sử dụng mô hình dữ liệu bảng FMOLS và DOLS và mô hình tự hồi quy phân phối trễ (ARDL). Kết quả nghiên cứu cho thấy
thu nhập và phát thải chất ô nhiễm là động lực chính của NLTT ở Brazil, Trung Quốc,Ấn Độ và Indonesia trong khi thu nhân dường như là nhân tố tác đông duv nhất đến Ấn Độ và Indonesia trong khi thu nhập dường như là nhân tố tác động duy nhất đến NLTT ở Thổ Nhĩ Kỳ và Philippines.
Sadeghi và nnk, 2012 [36] đã nghiên cứu mối quan hệ nhân quả giữa tăng trưởng kinh tế, tiêu thụ NLTT, phát thải CO2 và mở cửa thương mại ở các nước BRICS. Nghiên cứu tiến hành trong giai đoạn 1971 - 2010 (1992 - 2010 đối với Nga) và sử dụng mô hình ARDL và VECM. Theo kết quả thu được, có đồng liên kết giữa các biến và sự tồn tại mối quan hệ nhân quả hai chiều giữa tiêu thụ NLTT và mở cửa thương mại của Brazil
14 và Ấn Độ. Zhao và Lifeng, 2020 [40] cho rằng tiêu thụ NLTT đang được cải thiện cùng với sự gia tăng GDP bình quân đầu người trong dài hạn.
Sadorsky, 2009 [37] sử dụng phương pháp đồng liên kết để điều tra các yếu tố quyết định đến NLTT ở các nước G7 và cho thấy rằng GDP bình quân đầu người và phát thải CO2 bình quân đầu người có tác động tích cực đến mức tiêu thụ NLTT bình quân đầu người trong dài hạn. Sử dụng cách tiếp cận tương tự, Sadorsky, 2011 [38]
khám phá mối liên hệ giữa tiêu thụ NLTT và thu nhập của một nhóm các quốc gia mới nổi. Tác giả đánh giá rằng tăng trưởng kinh tế và nhu cầu sử dụng năng lượng ở các quốc gia này đang tạo cơ hội tăng cường sử dụng NLTT, mặc dù nhu cầu thực tế về NLTT thấp. Sadorsky, 2009 [37] chỉ ra rằng sự gia tăng thu nhập bình quân đầu người thực tế ảnh hưởng tích cực và đáng kể đến tiêu thụ NLTT bình quân đầu người, có nghĩa là tăng trưởng kinh tế cao hơn sẽ đòi hỏi nhiều NLTT hơn trong tổng mức tiêu thụ năng lượng. Đặc biệt, thu nhập bình quân đầu người thực tế tăng 1% trong dài hạn làm tăng mức tiêu thụ NLTT bình quân đầu người ở các nền kinh tế mới nổi lên khoảng 3,5%.
1.1.2.2. Một số nghiên cứu tại Việt Nam
Việt Nam có thể học hỏi những kinh nghiệm từ thành tựu các quốc gia trên thế giới để áp dụng và phát triển NLTT trong nước. Điều này được thể hiện trong các nghiên cứu của Trần Quang Minh, 2015 [9] và Lưu Quốc Đạt và nnk, 2019 [8]. Tác giả Trần
Quang Minh, 2015 [9] đã đi sâu vào nghiên cứu chính sách phát triển NLTT ở Nhật Bản – là một trong những quốc gia có - nền kinh tế phát triển nhất thế giới và là nước tiêu thụ năng lượng đứng thứ năm thế giới. Do là một nước nghèo tài nguyên và phải nhập khẩu các nguyên liệu từ nước ngoài nên Nhật Bản rất chú trọng phát triển NLTT để đảm bảo an ninh năng lượng. Từ những kinh nghiệm của Nhật Bản, tác giả đã gợi ý những bài học kinh nghiệm mà Việt Nam có thể áp dụng trong phát triển NLTT cũng như xây dựng thị trường năng lượng công bằng, minh bạch, cho vay vốn, ưu đãi thuế để kích thích phát triển NLTT. Lưu Quốc Đạt và nnk, 2019 [8] đã đánh giá thực trạng và chính sách phát triển NLTT của Đức, từ đó rút ra bài học kinh nghiệm cho Việt Nam trong phát triển NLTT như các chính sách về pháp lý, hình thành các thị trường NLTT, thành lập các quỹ NLTT.
Tiềm năng phát triển NLTT ở Việt Nam được thể hiện trong các nghiên cứu của Dư Văn Toán, 2015 [16], Nguyen, 2020 [34]. Dư Văn Toán, 2015 [16] trong nghiên cứu
“Năng lượng tái tạo trên biển và định hướng phát triển tại Việt Nam” cho rằng Việt Nam có tiềm năng phát triển điện gió lên tới 3000 GW, do đó thị trường công nghệ điện trên biển ở Việt Nam cũng có nhiều cơ hội để phát triển. Nguyen, 2020 [34] cho rằng tiềm
15 năng khai thác năng lượng mặt trời ở Việt Nam là rất lớn. Tuy nhiên, việc ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam vẫn chưa phát triển, nguyên nhân là do chưa có nhiều nghiên cứu cụ thể về tiềm năng năng lượng mặt trời cũng như khả năng đầu tư xây dựng
các dự án điện mặt trời. Bên cạnh đó, việc tuyên truyền, quảng bá để cộng đồng hiểu rõ hơn về hiệu quả kinh tế cũng như lợi ích phát triển môi trường của năng lượng mặt trời vẫn còn hạn chế và chưa được đề cập trong các nghiên cứu gần đây tại Việt Nam.
Theo ước tính tiềm năng kỹ thuật của năng lượng gió ở Việt Nam và thảo luận các chiến lược thúc đẩy sự thâm nhập thị trường của năng lượng gió trong nước cho thấy Việt Nam có tiềm năng tốt về năng lượng gió. Khoảng 31 000 km diện tích đất có thể
có sẵn để phát triển gió, trong đó 865 km tương đương với năng lượng gió 3572 MW có chi phí phát điện dưới 6 US cent / kWh. Nghiên cứu cũng chứng minh rằng năng lượng gió có thể là một giải pháp tốt cho khoảng 300 000 hộ gia đình nông thôn chưa có điện.
Trong khi năng lượng gió mang lại lợi ích về sinh thái, kinh tế và xã hội, nó mới chỉ được khai thác ở mức khiêm tốn ở Việt Nam, nơi mà rào cản chính là thiểu động lực chính trị và khuôn khổ thích hợp để thúc đẩy NLTT. Do đó, nhiệm vụ ưu tiên là đặt ra
mục tiêu phát triển NLTT và tìm ra các công cụ để đạt được mục tiêu đỏ. Các công cụ chính được đề xuất ở đây là thiết lập biểu giả đầu vào và cung cấp các ưu đãi đầu tư.
Bên cạnh tiềm năng lớn để phát triển NLTT, Việt Nam cũng phải đối mặt với một số thách thức. Nghiên cứu của Nguyen, 2020 [34] cho thấy Việt Nam chưa có thị trưởng cho NLTT và các hoạt động phát triển công nghệ NLTT còn rời rạc và chưa đồng bộ.
Nguyên nhân chính của tình trạng này là hầu hết các công nghệ NLTT thưởng quá đắt, vận hành và bảo dưỡng tương đối phức tạp, trong khi chúng thường được áp dụng cho các vùng nông thôn, miền núi xa lưới điện quốc gia, trong đó phần lớn các dân cư nông thôn sống với thu nhập rất thấp và trình độ dân trí thấp. Đặc biệt, do khả năng sinh lời thấp nên sức hấp dẫn của các dự án NLTT thấp hơn nhiều so với các dự án năng lượng thương mại (điện lưới quốc gia, sản phẩm dầu và than). Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng Việt Nam đang thiếu cơ sở thể chế và chính sách thiết thực để tập trung vào phát triển
NLTT trong khuôn khổ chính sách năng lượng quốc gia, thiếu cơ sở pháp lý rõ ràng và các quy định làm cơ sở cho việc điều tra, thăm dò, khảo sát, khai thác và sử dụng các nguồn NLTT, thiếu cơ chế tài chính hiệu quả để cho phép các hộ gia đình nông thôn và
miền núi, các nhà đầu tư, hợp tác xã hoặc chính quyền địa phương nhận các khoản đầu tư ban đầu vào NLTT dưới hình thức tín dụng được trợ cấp hoặc các khoản vay ưu đãi thích hợp, để giúp họ vượt qua chi phí ban đầu lớn của việc phát triển công nghệ NLTT, ứng dụng và đối phó với các rủi ro. Nong và nnk, 2020 [35] cho rằng mặc dù Việt Nam có nguồn tài nguyên thiên nhiên dồi dào để phát triển điện tái tạo, tuy nhiên đất nước vẫn thiếu năng lực tài chính, công nghệ tiên tiến và nguồn nhân lực để phát triển nhanh
16 chóng NLTT. Các rào cản về thể chế, chẳng hạn như cơ chế kiểm soát thị trường và các chính sách hỗ trợ không ổn định, cũng hạn chế đầu tư vào các lĩnh vực điện tái tạo.
Mạng lưới truyền tải và phân phối hiện nay chưa tương thích với việc xây dựng nhà máy điện, dẫn đến rủi ro cao cho nhà đầu tư. Do hạn chế về tài chính và công nghệ, Việt Nam vẫn cần phát triển mạnh điện đốt nhiên liệu cùng với NLTT. Do đó, mặc dù các chính sách và kế hoạch năng lượng được đặt ra theo hướng sản xuất sạch hơn, nhưng tiến độ
sẽ rất chậm. Việt Nam có thể cần sự hỗ trợ mạnh mẽ từ các tổ chức quốc tế và chính phủ để phát triển tốt hơn năng lực tài chính, nguồn nhân lực chất lượng và công nghệ tiên tiến để chuyển đổi nhanh hơn sang nền kinh tế các-bon thấp. Một chính sách năng lượng tốt hơn và mạnh mẽ hơn cũng cần được tạo điều kiện để có thể đạt được các mục tiêu về điện với chi phí thấp hơn cho quốc gia nhằm giải phóng mức phát thải thấp.
1.1.3.2. Phương pháp đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời và năng lượng gió a. Năng lượng mặt trời
- Trên thế giới:
Đã có nhiều phương pháp đánh giá tiềm năng NLMT trên thế giới. Các nghiên cứu sử dụng công cụ phân tích không gian GIS để đánh giá tiềm năng mặt trời lắp mái tại Tây Ban Nha, Brasil và Mỹ [33, 41, 44]. Cũng dựa trên cách tiếp cận dựa trên mô hình kết hợp với GIS, The World Bank Group đã xây dựng Alast tiềm năng NLMT toàn cầu, chi tiết đến lãnh thổ các nước dựa trên mô hình bức xạ mặt trời, nhiệt độ không khí, mô hình tiềm năng NLMT và ứng dụng công nghệ GIS [42]. Các mô hình, dữ liệu và phương pháp của The World Bank Group chi tiết như sau:
- Mô hình bức xạ mặt trời
Các phương pháp được sử dụng trong mô hình bức xạ mặt trời có tính đến các yếu tố suy giảm của bức xạ mặt trời trên đường xuyên qua khí quyển cho đến khi chạm tới bề mặt đất. Để tính toán các thông số tài nguyên mặt trời, mô hình Solargis sử dụng:
+ Dữ liệu đầu vào từ vệ tinh địa tĩnh + Mô hình khí tượng
Đầu tiên, bức xạ bầu trời trong (giá trị giả định không có mây) được tính toán bằng cách sử dụng mô hình bầu trời trong (the clear-sky model), xem xét vị trí của mặt trời tại mọi thời điểm cùng với ảnh hưởng của độ cao, nồng độ của sol khí (các hạt đến từ
các nguồn tự nhiên và con người), hàm lượng hơi nước và ôzôn. Thứ hai, dữ liệu từ vệ tinh khí tượng địa tĩnh (theo các vệ tinh bao phủ các vùng khác nhau của Trái đất) được sử dụng để định lượng hiệu ứng suy giảm của các đám mây bằng phương pháp tính toán chỉ số đám mây. Bức xạ bầu trời trong được tính toán trước đó sau đó được kết hợp với chỉ số đám mây để truy xuất các giá trị bức xạ toàn bầu trời. Bức xạ ngang toàn cục
17 được tính toán sơ cấp được các mô hình khác xử lý sau để có được bức xạ trực tiếp và khuếch tán và bức xạ toàn cục trên các bề mặt nghiêng.
- Mô hình nhiệt độ không khí
Các thông số khí tượng cũng rất quan trọng, vì chúng quyết định các điều kiện hoạt động và hiệu suất hoạt động của các nhà máy điện mặt trời. Độ tin cậy của dữ liệu khí tượng quyết định độ chính xác của mọi đánh giá năng lượng mặt trời. Bên cạnh bức xạ mặt trời, nhiệt độ không khí và do đó là nhiệt độ của các mô-đun PV, có liên quan nhiều nhất đến mô phỏng điện mặt trời. Ngoài ra, tốc độ gió, hướng gió, độ ẩm tương đối, và các thông số khác cũng rất quan trọng. Thông thường, dữ liệu khí tượng không có sẵn
cho một địa điểm cụ thể do đó cần sử dụng các mô hình khí tượng để nội suy. Dữ liệu được mô hình hóa có độ chính xác thấp hơn (đối với một địa điểm cụ thể) so với quan trắc từ một trạm khí tượng. Do đó, các giá trị cục bộ từ các mô hình có thể sai lệch so với các phép đo cục bộ và độ không đảm bảo của khí tượng cũng quan trọng như đối với tài nguyên mặt trời.
Dữ liệu khí tượng cho các mô hình toàn cầu có độ phân giải không gian và thời
gian thấp hơn so với dữ liệu được mô hình hóa tài nguyên mặt trời. Dữ liệu từ các mô hình khí tượng toàn cầu phải được xử lý sau để cung cấp các thông số có tính đại diện cho địa phương. Bản đồ Mặt trời Toàn cầu hoạt động với dữ liệu dựa trên chuỗi thời gian của dữ liệu nhiệt độ không khí. Độ phân giải không gian đã được thống nhất và nâng cao nhờ sự phân tổ Solargis.
Để tính toán tiềm năng NLMT The World Bank Group sử dụng mô hình công suất hệ thống quang điện (Photovoltaic - PV). Điều quan trọng nhất trong số này là lượng bức xạ mặt trời rơi xuống bề mặt của các mô-đun PV, do đó phụ thuộc vào điều kiện
khí hậu địa phương cũng như việc lắp đặt các mô-đun, ví dụ: cố định hoặc theo dõi, góc nghiêng,...Đối với một địa điểm đã chọn, sản lượng điện tiềm năng từ hệ thống điện PV được tính toán dựa trên một số bước chuyển đổi: Chiếu xạ toàn cầu rơi trên mặt phẳng nghiêng của các mô-đun PV được tính toán từ Chiếu xạ ngang toàn cầu (GHI), Chiếu xạ bình thường trực tiếp (DNI).
- Ở Việt Nam:
Hiện nay sử dụng phương pháp đánh giá của Viện Năng lượng, 2018 [20], theo đó tiềm năng lý thuyết bằng Năng lượng mặt trời tới bề mặt trái đất trừ đi năng lượng mặt trời phản chiếu trở lại không gian từ tầng khí quyển. Còn tiềm năng năng lượng mặt trời kỹ thuật, được định nghĩa là lượng năng lượng có thể sản sinh được của một loại công nghệ nhất định với các giả định về hiệu suất hệ thống, hạn chế về thông số địa hình, môi trường và sử dụng đất. Hạn chế về lưới điện được xem là rào cản kinh tế và sẽ được xem
18 xét trong các bước đánh giá tiếp theo. Phương pháp tính toán tiềm năng kỹ thuật sẽ giả định ban đầu một số tiêu chuẩn loại trừ như sau:
- Loại trừ các vùng đất sử dụng, dựa trên kế hoạch sử dụng đất (quốc gia và cấp tỉnh) cho các khu vực bảo tồn, rừng, đất nông nghiệp, khu công nghiệp... Tuỳ theo dữ liệu hiện có.
- Loại trừ các khu vực cơ sở hạ tầng, các đối tượng và khu vực văn hoá.
- Loại trừ các khu vực quy mô nhỏ, không phù hợp để xây dựng các nhà máy điện nối lưới trên mặt đất (quy mô nhà máy > 1MW), hoặc phụ thuộc vào độ phân giải của bản đồ.
Hình 5: Sơ đồ nguyên lý phương pháp nghiên cứu tính toán tiềm năng kỹ thuật
NLMT (Nguyễn Anh Tuấn - Viện Năng Lượng, 2018 [7, 20])
Tổng hợp các chỉ tiêu cho tác tiêu chí loại trừ được xác định tại Bảng 2.
Bảng 2. Tiêu chí vùng loại trừ để đánh giá tiềm năng kỹ thuật [20]
Tiêu chí Chỉ tiêu
Độ dốc Độ cao
> 150
> 2000m Khoảng cách đến khu đô thị 2000m Khoảng cách đến khu dân cư
(nông thôn)
500m
Khoảng cách tối thiểu từ khu bảo tồn thiên nhiên, rừng, đất lúa, khu khảo cổ và bờ biển.
200m
Khoảng cách tối thiểu đến bờ mặt nước (đường bờ biển, sông suối chính)
100m
Khoảng cách tối thiểu đến đường giao thông, đường sắt, đường điện
50m
19
Tiêu chí Chỉ tiêu
Khoảng cách tối thiểu đến sân bay và các công trình quân sự
2000m
Diện tích tối thiểu > 10 ha
Trong quá trình thực hiện sẽ sử dụng công cụ phân tích không gian trong GIS để
xây dựng các bản đồ loại trừ thành phần, xây dựng bản đồ tiềm năng lý thuyết, tiềm năng kỹ thuật.
Hình 6. Ứng dụng GIS trong đánh giá tiềm năng kỹ thuật NLMT [20].
b. Năng lượng gió
- Trên thế giới
Theo tổng kết quả Tổng cục Khí tượng thủy văn, 2022 [17], hiện nay, các nước trên thế giới đều thống nhất chung về đánh giá tài nguyên năng lượng gió là dựa trên số
liệu tối thiểu trung bình 10 năm liên tục và được thực hiện định kỳ giống như Báo cáo đánh giá khí hậu quốc gia. Hiện nay, tập Atlas bản đồ năng lượng gió tại các nước phát triển đã được trong quy chuẩn/tiêu chuẩn phục vụ phát triển quy hoạch khai thác và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên. Trong Báo cáo này, ngưỡng gió 6 m/s được sử dụng để xác định vùng phát triển điện gió.
Từ những phân tích nêu trên có thể đưa ra một số nhận xét cơ bản về nghiên cứu đánh giá tiềm năng năng lượng gió như sau:
(1) Thuật toán tính toán năng lượng gió và những điều cần lưu: để chuyển đổi từ tốc độ gió, phương pháp cơ bản nhất được sử dụng là hàm phân bố mật độ năng lượng gió (Wind power density -WPD).
(2) Phân loại nghiên cứu: Nghiên cứu tính toán tiềm năng năng lượng gió có thể phân thành hai lớp bài toán khác nhau: (1) Lớp bài toán đánh giá chung; (2) Lớp bài toán tính toán cho khu vực nhỏ, phục vụ triển khai thực tiễn dự án đầu tư.