Thấy gì từ chiến lược năng lượng điện mặt trời của Nam Phi

05/10/2011

Nam Phi đang hướng tới việc chuyển dần từ phát điện bằng than sang phát điện bằng sử dụng năng lượng mặt trời.

Nam Phi đang hướng tới việc chuyển dần từ phát điện bằng than sang phát điện bằng sử dụng năng lượng mặt trời. Đến giữa thế kỷ XXI, Nam Phi sẽ có hơn 50% sản lượng điện được sản xuất từ năng lượng mặt trời. Đây là một chiến lược kinh tế – năng lượng đầy tham vọng với nhiều khó khăn, thách thức. Nhưng là chiến lược phù hợp với xu thế tất yếu khách quan, khi nhân loại đứng trước nguy cơ cạn kiệt năng lượng từ dầu mỏ và vật liệu hoá thạch đang cận kề. Vì thế, chiến lược năng lượng điện mặt trời của Nam Phi được các nhà nghiên cứu và hoạch định chiến lược các quốc gia và quốc tế quan tâm.

Chính sách hỗ trợ năng lượng tái tạo

Ngày 26/3/2009, cơ quan quản lý năng lượng quốc gia Nam Phi đa thông qua Chính sách hỗ trợ năng lượng tái tạo (REFIT). Đây là điểm đột phá mới sau nhiều năm nước này nỗ lực phát triển nguồn “năng lượng xanh”. Nam Phi là một trong các quốc gia có nguồn lực năng lượng mặt trời lớn nhất trên thế giới đa cam kết đạt mục tiêu có công suất điện 10.000 Gw/h từ các nguồn tái tạo vào năm 2013. Theo đó, Bộ Năng lượng và Khoáng sản Nam Phi cũng đa xây dựng Kế hoạch phát triển điện sử dụng năng lượng mặt trời từ năm 2010 đến năm 2050. Với việc thực hiện mục tiêu này, lượng khí thải của Nam Phi sẽ đạt mức cực đại trong giai đoạn 2020 – 2025 là ổn định trong vòng 10 năm và sau đó giảm dần. Nam Phi sẽ đạt mục tiêu tỷ lệ phát điện từ năng lượng mặt trời tới 55% nhu cầu điện năng vào năm 2050. Cũng theo kế hoạch của Nam Phi, trong tổng điện năng từ các nguồn năng lượng tái tạo, điện năng được sản xuất từ nguồn năng lượng mặt trời sẽ tăng rất nhanh từ mức gần 0% năm 2010 lên 60% vào năm 2015, 70% vào năm 2020 và 90% vào năm 2050.

Tháp mặt trời tập trung ở Nam Phi

Lựa chọn công nghệ tiên tiến

Chính phủ Nam Phi đang xem xét đánh giá để lựa chọn một công nghệ cho các dự án năng lượng mặt trời (CSP) đang được phát triển trên thế giới như:

Chảo parabon: Đây là hệ thống gương đặc biệt được xếp thành dạng parabon phản xạ tia mặt trời tới một ống đặt ở trung tâm của chảo. Năng lượng mặt trời được tập trung đốt nóng chất lỏng (dầu tổng hợp) bên trong lên tới 4000C. Dầu sẽ được dẫn đến các thiết bị đun nóng nước để chạy các tổ hợp tuốc bin. Chảo parabon được bố trí theo trục Bắc – Nam để có thể tiếp nhận năng lượng mặt trời với thời gian dài nhất trong ngày. Hiện công nghệ này đa được sử dụng trong các nhà máy có tổng công suất 395MW và sẽ triển khai tại một số dự án tiếp theo với công suất dự kiến là 5.000 MW.

Đĩa tập trung (động cơ Sterling): Được bố trí giống như một đĩa vệ tinh, tập trung các tia nắng mặt trời vào một khu vực đơn nhất treo bên trên một phễu các gương. Tại đây, nhiệt độ được nâng lên tới 7500C để đun nóng chất lỏng tổng hợp, làm chạy các động cơ Sterling. Được đánh giá là hệ thống hiệu quả và hoạt động độc lập, phù hợp với các địa bàn xa xôi của Nan Phi, hệ thống này cũng có khả năng kết nối với mạng lưới điện quốc gia. Điểm ưu iệt của công nghệ này là không cần phải sử dụng nước cho hệ thống làm mát.

Hệ thống thu trung tâm – kính định nhật tự do: Được bố trí để có thể tự điều chỉnh hướng về phía mặt trời và tập trung các tia nắng mặt trời vào một tháp trung tâm. Nhiệt độ được nâng lên tới 6500C để chạy các tổ hợp tuốc bin. Hệ thống triển khai trên diện tích nhỏ hơn so với hệ thống chảo parabon, bởi các kính định nhật sử dụng trong hệ thống này gần như là phẳng, kinh phí chế tạo thấp hơn. Công nghệ này đa được thực hiện tại Tây Ban Nha, sau đó tại các quốc gia khác như: Pháp, Italy, Nhật Bản, Nga và Mỹ. Nhà máy đầu tiên có công suất 11Mw do công ty Abengoa Solar (Tây Ban Nha) xây dựng và được đưa vào hoạt động từ năm 2007. Nam Phi đang có kế hoạch thực hiện các dự án có tổng công suất lên tới 600Mw từ loại hình công nghệ này.

Hệ thống gương phản xạ tuyến tính (LER): Sử dụng hệ thống gương phẳng, được điều chỉnh để phản xạ các tia nắng mặt trời vào bộ thu được đặt bên trên hệ thống gương. Các bộ thu khác nhau sử dụng chất lỏng tổng hợp để đun nóng hơi nước hoặc đun trực tiếp nước để chạy các tuốc bin. Mặc dù về hiệu quả sử dụng năng lượng không cao bằng các công nghệ khác, nhưng công nghệ này có ưu việt về giá thành và cấu trúc. Cũng giống như hệ thống trung tâm, các gương sử dụng cho công nghệ này là gương phẳng tiêu chuẩn, yêu cầu hệ thống giá đỡ đơn giản, dễ chế tạo và có giá thành thấp hơn. Hệ thống gương phẳng cho phép chịu đựng tốt hơn các tác động của gió bão và dễ dàng hơn trong việc làm sạch. Công nghệ này cũng cho phép cố định và không cần di chuyển các bản lề và như vậy sẽ tránh được sự phức tạp trong bảo quản các khớp nối và bản lề so với chảo công nghệ parabon. Công nghệ này đa được áp dụng tại Australia, Tây Ban Nha, Bỉ và Mỹ với công suất lên tới 70MW và chuẩn bị các dự án có công suất 1.500MW.

Chảo năng lượng mặt trời ở Nam Phi do công ty Group Five xây dựng

Khai thác triệt để các lợi thế

Nam Phi hiện đang có lợi thế với 3 yếu tố cơ bản:

Một là, nằm trong khu vực cường độ bức xạ mặt trời cao. Tại Nam Phi, cường độ bức xạ trực tiếp hàng năm (DNI) đạt 2.500Kwh/m2, được đánh giá là tương đương với các nơi có bức xạ cao như Bắc Phi, Đông Nam nước Mỹ… Hầu hết các khu vực có cường độ bức xạ cao địa hình bằng phẳng với độ dốc dưới 1%. Về tổng thể, Nam Phi có tiềm năng lớn để xây dựng các nhà máy điện năng lượng mặt trời với tổng công suất tới 550 Gw, lớn gấp 3,3 – 5,4 lần so với nhu cầu sử dụng điện của nước này cho năm 2025.

Hai là, Nam Phi có ngành công nghiệp tương đối phát triển, có khả năng cung ứng thiết bị cho các dự án năng lượng mặt trời. Nam Phi đa xác định, việc tăng trưởng của công nghệ năng lượng mặt trời sẽ là cơ hội tạo ra công ăn việc làm cho các ngành công nghiệp trong nước và có thể tạo ra nguồn thu nhập ngoại tệ từ việc xuất khẩu công nghệ, đặc biệt, nếu Nam Phi trở thành quốc gia đi đầu tại châu Phi trong phát triển loại hình công nghệ này.

Ba là, Nam Phi có chủ trương chiến lược đúng. Chính phủ Nam Phi cũng đa xác định sẽ tiến hành chiến lược hai điểm đối với việc triển khai hệ thống CSP. Một mặt, tập trung vào việc xây dựng các công nghệ khả thi nhất, chủ yếu là hệ thống chảo parabon; mặt khác tiến hành công tác nghiên cứu theo chiều sâu, để tiến tới tự chủ trong sản xuất, lắp ráp và bảo dưỡng các thiết bị thuộc hệ thống bộ thu trung tâm và hệ thống tuyến tính Fresnel.

Vượt qua các rào cản bằng cơ chế

Theo đánh giá của các nhà khoa học Nam Phi, việc triển khai hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời sẽ gặp các trở ngại về công nghệ (đổi mới và cải tiến), công nghiệp (chế tạo), cơ sở hạ tầng (điều hành) và các vấn đề như pháp lý, quy định và huy động nguồn lực tài chính.

Về công nghệ đổi mới và cải tiến: Cho đến nay, Nam Phi mới lắp đặt thành công một dự án tập trung năng lượng mặt trời với công suất 25kW. Đây là dự án đầu tiên và duy nhất, do vậy họ còn thiếu rất nhiều kinh nghiệm thực tiễn về công nghệ CSP. Trên thực tế, để bắt đầu một dự án CSP công suất lớn, đoi hỏi phải đầu tư lớn các công nghệ, nhất là công nghệ chảo parabon cũng như nhập khẩu côngnghệ lưu nhiệt. Việc nhập khẩu các công nghệ như vậy hết sức tốn kém đa tạo ra quan ngại trong việc triển khai các dự án lớn về năng lượng mặt trời. Các công nghệ khác hiện cũng chưa được thương mại hoá rộng rãi, đặc biệt là giải pháp lưu nhiệt mới và các thiết bị quy mô nhỏ cho việc triển khai CSP, điều này đa kéo theo những khó khăn trong việc chuyển giao công nghệ hoặc mua bán các loại thiết bị này.

Về công nghiệp chế tạo: Nam Phi đa có một số ngành công nghiệp có khả năng hỗ trợ phát triển CSP, ngành công nghiệp xây dựng cũng đa có ít nhiều kinh nghiệm tiến hành một số dự án. Do vậy, việc triển khai các dự án CSP được coi là cơ hội để tạo thêm nhiều việc làm mới. Tuy nhiên, Nam Phi chưa có kinh nghiệm trong việc triển khai các dự án lớn và đây là một khó khăn không nhỏ khi triển khai hệ thống CSP. Theo các chuyên gia nước ngoài, Nam Phi cần phải huy động được các sáng kiến và kinh nghiệm quản lý từ đối tác. Các sáng kiến này sẽ khuyến khích các công ty nước ngoài thiết lập và bố trí các phương tiện thử nghiệm về CSP tại Nam Phi. Theo đó, các địa phương có cơ hội để lấy các CSP làm dự án chính trong kế hoạch điện khí hoá của địa phương mình.

Về cơ chế và chính sách: Mặc dù chính phủ Nam Phi đa ban hành Biểu giá và chính sách hỗ trợ năng lượng tái tạo, nhưng quy chế này chưa đủ sức thu hút và khuyến khích đầu tư và hệ thống CSP. Với việc Nam Phi có ít kinh nghiệm về sản xuất thiết bị hoặc quy trình công nghệ, các nhà đầu tư cho rằng, đầu tư vào lĩnh vực này sẽ gặp nhiều rủi ro và họ chỉ quan tâm đến việc đầu tư vào các dự án có tính khả thi và hiệu quả cao. Do vậy, thực tiễn ở Nam Phi đang đoi hỏi cơ quan quản lý năng lượng nước này cần phải có chính sách mới để thu hút cả công nghệ và tài chính cho các dự án phát triển năng lượng mặt trời. Có thể coi đây là khâu đột phá để vượt qua khó khăn về đổi mới công nghệ và công nghiệp chế tạo. Ngoài ra còn phải kể đến những khó khăn cần phải vượt qua là: nước làm mát hệ thống gương và hệ thống chuyển tải điện năng. Trong giai đoạn đầu, việc cung cấp nước cho các nhà máy CSP chưa phải là vấn đề khó khăn. Tuy nhiên, đến giai đoạn mở rộng và giai đoạn triển khai đại trà, với khoảng 10 – 40 nhà máy được xây dựng mỗi năm, việc cung cấp nước sẽ là vấn đề nan giải đối với Nam Phi. Tính trung bình, mỗi nhà máy cần đến 300.000m3 nước mỗi năm cho việc làm mát và làm sạch hệ thống gương.

Khó khăn lớn nhất về hạ tầng kỹ thuật đối với việc mở rộng hệ thống CSP ở Nam Phi là hệ thống truyền tải điện năng. Với điều kiện tự nhiên của Nam Phi, khu vực thích hợp nhất cho việc triển khai các dự án CSP là khu vực Tây và Tây Bắc nước này. Vì thế, lại phải có hệ thống truyền tải điện năng về khu vực Đông và Đông Nam (nơi bố trí hầu hết các nhà máy nhiệt điện chạy than). Do vậy, việc xây dựng mới hoàn toàn, hoặc cải tạo lại hệ thống truyền tải điện cũ đều phức tạp và tốn kém không nhỏ cho nền kinh tế.

Khai thác nguồn lực tài chính bằng phân đoạn

Nam Phi xác định sự hỗ trợ quốc tế là rất quan trọng trong việc đẩy mạnh tiến độ xây dựng hệ thống CSP. Theo đó, Nam Phi sẽ tập trung huy động nguồn lực tài chính dưới các dạng khác nhau và ở các thời điểm khác nhau. Giai đoạn đầu (2010 – 2015) tài chính sẽ được huy động dưới dạng đầu tư thương mại. Cuộc khủng hoảng tài chính – kinh tế toàn cầu đang tiếp tục gây khó khăn cho việc huy động vốn vào các dự án CSP. Do vậy, các nhà quản lý Nam Phi cho rằng, cần phải huy động từ các nguồn kinh phí hỗ trợ cho nghiên cứu và phát triển (R & D) các nguồn trợ cấp từ Quỹ chống biến đổi khí hậu như Quỹ công nghệ sạch của Ngân hàng thế giới.

Giai đoạn mở rộng (2016 – 2030) nguồn lực tài chính được huy động thông qua việc xây dựng các quỹ hành động chống biến đổi khí hậu quốc gia dưới dạng các khoản vay ưu đai hoặc quỹ bảo đảm. Giai đoạn triển khai đại trà (2030 – 2050) công nghệ CSP sẽ dần dần đạt đến mức độ thương mại hoá, các nguồn lực từ tư nhân sẽ tham gia ngày càng lớn hơn.

Ngoài ra, các khoản tài chính công cũng sẽ đóng vai trò quan trọng để đạt được quy mô nguồn lực tài chính như đa hoạch định. Trong giai đoạn này, nguồn lực tài chính được huy động sẽ dưới dạng cho vay dài hạn, bảo đảm hoặc quỹ cacbon. Cho đến thời điểm hiện nay, Nam Phi đa nhận được sự hỗ trợ đáng kể từ các nguồn tài chính quốc tế cho các dự án đầu tư nghiên cứu và phát triển năng lượng sạch. Theo khuyến cáo của các chuyên gia nước ngoài, Nam Phi cần linh hoạt hơn để nhận được sự tham gia lớn hơn của các nhà đầu tư và tài trợ đa phương cũng như các nhà đầu tư tư nhân khác như Quỹ môi trường toàn cầu đang hỗ trợ các dự án chuyển đổi năng lượng tái tạo tại Nam Phi (REMIT); Chương trình phát triển của Liên hợp quốc (UNDP) cũng đang can dự trực tiếp vào các dự án năng lượng và năng lượng tái tạo; Cơ quan phát triển quốc tế của Mỹ (USAID)… cũng đa và đang tích cực trong việc cung cấp các khoản tài chính cho các dự án CSP của Nam Phi.

Đầu tư công nghệ thử nghiệm

Mặc dù cộng đồng quốc tế đa và đang hỗ trợ Nam Phi thông qua việc cung cấp tài chính cho chương trình chuyển đổi năng lượng và năng lượng tái sinh, các nghiên cứu sâu hơn nhằm phát triển và triển khai CSP cần phải được đẩy mạnh. Theo hướng này, Nam Phi đa xây dựng dự án hỗ trợ chương trình phát triển năng lượng tái tạo và sáng kiến năng lượng mặt trời (REMT). Dự án REMT tập trung hỗ trợ Bộ Khoáng sản và Năng lượng cũng như một số bộ ngành khác của chính phủ trong việc xây dựng năng lực phát triển chính sách, khuôn khổ quy định, cơ chế tài chính và đánh giá nguồn lực. Từ năm 2009, Quỹ môi trường toàn cầu đa hỗ trợ cho chương trình REFIT 6 triệu USD trong vòng 4 năm. Sự hỗ trợ quốc tế nhằm vào việc khai thác các nhà máy CSP thử nghiệm, để củng cố khả năng triển khai thương mại của các công nghệ khác nhau, giảm giá thành sản phẩm…

Với hệ thống truyền tải điện hiện nay tập trung chủ yếu ở khu vực Đông và Đông Nam của đất nước, trong khi các nhà máy điện CSP lại chủ yếu sẽ được triển khai tại khu vực phía Tây và Tây Bắc, Chính phủ Nam Phi cần phải mở rộng dung lượng của hệ thống truyền tải tại khu vực Tây và Tây Bắc. Trong đó, việc huy động nguồn lực tài chính quốc tế là vấn đề được đặt vào vị trí ưu tiên cao. Theo kế hoạch, trong giai đoạn đầu (2010 – 2015), Nam Phi sẽ xây dựng đường dây 765KV từ Upington đến Hydra nhằm tăng cường khả năng đường trục này, cho phép nâng cao khả năng truyền tải đến các khu vực khác của Nam Phi.

Với khoảng cách 400km, việc xây dựng đường dây này sẽ cần lượng vốn đầu tư khoảng 5 tỷ rand (khoảng 7 tỷ USD). Trong giai đoạn mở rộng (2016 – 2030) Nam Phi sẽ xây dựng đường dây nối liền khu vực Western Cape, the West Coats, Nam-mi-bi-a và Grauteng. Chi phí cho việc xây dựng hệ thống này sẽ lên tới khoảng 12 tỷ USD nhằm đảm bảo cho hệ thống có thể truyền tải được năng lượng 75.000 tỷ Gwh từ các nhà máy CSP. Đến giai đoạn triển khai đại trà, Nam Phi sẽ đạt mục tiêu 460.000 tỷ Gwh điện năng từ các nhà máy CSP và hệ thống truyền tải sẽ tăng dung lượng lên 6 lần so với hiện nay. Tổng chi phí cho đến giai đoạn triển khai đại trà sẽ là 100 tỷ USD.

“Siêu dự án”

Các chuyên gia kinh tế nước ngoài cho rằng, Chiến lược phát triển điện năng sử dụng năng lượng mặt trời của Nam Phi là một “siêu dự án”, bởi nó theo đuổi mục tiêu đáp ứng tới 55% nhu cầu điện năng toàn quốc, giảm thiểu 8,3 triệu tấn khí thải vào năm 2050 và đoi hỏi Chính phủ đầu tư hàng trăm tỷ USD cho dự án này. Tuy nhiên, CSP là một “siêu dựa án” mang tính khả thi cao, bởi trong khi nghèo về tiềm năng dầu mỏ và khí đốt, Nam Phi lại có tiềm năng rất lớn để phát triển điện năng từ nguồn năng lượng mặt trời. Hơn nữa, CSP còn được xem như một “chỉ dẫn” đúng đắn nhất về giải pháp tham gia chống biến đổi khí hậu của các quốc gia hiện nay.

Để hoàn tất CSP, Nam Phi phải đầu tư từ 3,9 đến 13 tỷ rand (khoảng 55 – 184 tỷ USD) mỗi năm nếu dựa hoàn toàn vào công nghệ nhập khẩu hoặc với mức độ đầu tư thấp hơn (51 – 61 tỷ USD) nếu thiết lập được ngành công nghiệp có khả năng cung ứng một phần các thiết bị cho ngành năng lượng mặt trời. Trong khi tại Nam Phi đang tồn tại không ít rào cản về công nghệ, hạ tầng kỹ thuật, quy chế và công nghiệp phát triển hạ tầng trên nền tảng nguồn tài chính đầu tư nước ngoài là cơ bản.

Việt Nam là một quốc gia thuộc vùng xích đạo, có tiềm năng bức xạ mặt trời vào loại cao trên thế giới, với số giờ nắng trung bình 1.600 – 2.700 giờ/năm, cường độ bức xạ bình quân vào khoảng 1.350 – 2.150kWh/m2/năm. Vì thế, Chiến lược năng lượng điện mặt trời của Nam Phi cũng sẽ được các nhà nghiên cứu và hoạch định chiến lược năng lượng quốc gia của Việt Nam quan tâm.

Theo Tạp chí Dầu khí số tháng 8/2011

Thấy gì từ chiến lược năng lượng điện mặt trời của Nam Phi

Bảng tiếp thu ý kiến đóng góp 02 dự thảo Thông tư về định mức tiêu hao năng lượng

National Energy Efficiency Programme - Ministry of Industry and Trade

Thấy gì từ chiến lược năng lượng điện mặt trời của Nam Phi

​Bảng tiếp thu ý kiến đóng góp 02 dự thảo Thông tư về định mức tiêu hao năng lượng

Bảng tiếp thu ý kiến đóng góp 02 dự thảo Thông tư về định mức tiêu hao năng lượng