Điện năng lượng mặt trời nổi – Floating Solar
Điện năng lượng mặt trời nổi – Floating Solar là hệ thống gồm một tổ hợp các tấm pin mặt trời lắp nổi trên mặt nước (FPV). Các tấm pin này được đặt trên một kết cấu nổi trên mặt nước; Floating Solar thường chỉ được lắp đặt ở những vùng nước tương đối yên tĩnh hơn như vịnh, đầm, phá, ao, hồ, đập nước nhân tạo…
Một trong những lợi thế lớn nhất của hệ thống điện mặt trời nổi là nó không chiếm đất, cũng như ít bị che khuất ánh sáng mặt trời bởi các bóng râm của cây cối, tòa nhà gần đó. Mặt khác, các mảng pin năng lượng mặt trời trên mặt nước sẽ che nắng, qua đó giảm sự bốc hơi và hao hụt nước hồ vào những ngày hè nắng nóng, giữ cho nhiệt độ nước ở mức thấp sẽ giúp giảm thiểu những ảnh hưởng nhiệt độ, sóng đến tầng thủy sinh bên dưới,. Ngoài ra, nước bên dưới sẽ có tác dụng làm mát các thiết bị của hệ thống PV khá hiệu quả, qua đó cải thiện hiệu suất tạo điện của hệ thống.
Tình trạng FPV hiện nay
Hiện nay, công suất hệ thống hoạt động nổi trôi trên toàn thế giới đã tăng gấp 100 lần, đạt 1,1 GW vào tháng 9 năm 2018. Tổng công suất tiềm năng toàn cầu của FPV được ước tính là khoảng 400 GW. Con số này xấp xỉ bằng tổng lượng điện mặt trời trên toàn thế giới vào cuối năm 2017.
Do sự hạn chế, khan hiếm quỹ đất, nên hệ thống Floating Solar đang ngày càng được nhân rộng và phổ biến hơn ở châu Á. Trung Quốc hiện nay dẫn đầu thế giới về tổng công suất FPV, đạt 1,1GW, chiếm 99% thị trường toàn cầu. Thái Lan có kế hoạch đạt công suất FPV 2,7GW vào năm 2037. Nhà máy FPV lớn nhất Nhật Bản, nằm trong hồ chứa Yamakura Dam và có công suất 13,7 MW, đã đi vào hoạt động từ tháng 3 năm 2018. Và Ấn Độ gần đây đã công bố kế hoạch đạt công suất hệ thống FPV 10GW.
Xu hướng phát triển Floating Solar
Điện năng lượng mặt trời nổi đã bắt đầu lan rộng khắp Australia, Nhật Bản, Châu Âu và Nam Á. Riêng về Nhật Bản, đang xem xét FPV để thay thế cho năng lượng hạt nhân và có công suất 3GW tiềm năng.
Hệ thống Floating Solar thể hiện hữu ích hơn với kết nổi, bổ sung nguồn năng lượng cho thủy điện khi được lắp đặt trong các đập hồ chứa. Trong mùa mưa và lượng nước dồi dào, thùy điện luôn đứng đầu, trong khi mùa hè và mực nước thấp lại thuận lợi cho năng lượng mặt trời.
Nhà máy thủy điện và FPV kết hợp lớn nhất thế giới đã khởi công xây dựng tháng 11/2020, trên mặt hồ trữ nước của đập thủy điện Sirindhorn ở tỉnh Ubon Ratchathani, khu vực đông bắc Thái Lan. Được đánh giá là một trong những dự án phát điện hỗn hợp thủy điện – điện mặt trời lớn nhất thế giới, khu trang trại điện mặt trời này bao gồm bảy cụm điện mặt trời với 144.417 tấm pin năng lượng mặt trời, được xây dựng trên một diện tích mặt nước lên tới 121 ha.
Mặc dù về mặt lý thuyết có thể lắp đặt FPV ở biển và đại dương, nhưng vì điều kiện khí hậu-thời tiết khắc nghiệt cho đến nay đã hạn chế sự phát triển của chúng.
Trong khi thủy điện chiếm 53% tổng số nguồn năng lượng tái tạo đang hoạt động trên toàn thế giới, năng lượng gió chiếm 24% và năng lượng mặt trời ở mức 18%. Cơ quan Năng lượng Quốc tế đã gọi năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tái tạo phát triển nhanh nhất và Ngân hàng thế giới dự báo sự tăng trưởng nhanh chóng của FPV trong vòng 20 năm tới. Các xu hướng hiện tại chỉ ra rằng FPV sẽ tiếp tục phát triển và mở rộng.
Lợi ích kết hợp thủy điện với Floating Solar
Với việc kết hợp hài hòa sức mạnh tổng hợp giữa những đập nước thủy điện và hệ thống điện năng lượng mặt trời nổi sẽ giúp tạo ra nhiều sản lượng điện năng hơn. Việc lai tạo giữa 2 hệ thống cho phép các tấm pin mặt trời sản xuất điện vào ban ngày trong lúc đó sẽ tiết kiệm nước cho thủy điện để sản xuất trong thời gian không có ánh nắng mặt trời. Khi tích trữ được nước, cũng sẽ cho phép việc sản xuất năng lượng từ thủy điện có giá trị cao hơn vào khoảng thời gian cao điểm.
Một trong những ưu thế lớn khác khi lắp đặt năng lượng mặt trời nổi trên đập thủy điện là chúng ta tận dụng được cơ sở hạ tầng điện có sẵn, gôm những thiết bị chuyển đổi điện cũng như thiết bị kết nối lưới điện. Điều này sẽ giúp chúng ta giảm được đáng kể chi phí tổng thể và rút ngắn thời gian xây dựng dự án. Vì hệ thống điện mặt trời và thủy điện được kết hợp với nhau khá thông minh, tận dụng lợi thế sản xuất điện theo từng thời điểm khác nhau trong ngày của mỗi loại hệ thống Floating Solar và thủy điện, nên không nhất thiết phải tăng cường bộ chuyển đổi hoặc cải thiện cơ sở dây dẫn điện.
Hệ thống sản xuất năng lượng tái tạo kết hợp kiểu này lần đầu tiên xuất hiện trên thế giới tại Bồ Đào Nha tại đập Alto Rabagão, với tổng công suất lên đến 68MWp (1 MWp = 1.000 kWp), đập được bổ sung thêm 220 kWp công suất thông qua cài đặt các tấm pin năng lượng mặt trời nổi. Các tấm pin mặt trời được lắp đặt với độ phân giải cao và ước tính sẽ tạo ra khoảng 330 MW mỗi giờ trong năm đầu tiên vận hành của nó, tương đương với lượng tiêu thụ mỗi năm của hơn 100 hộ dân cư.
Một nhà máy điện khác cũng được xây dựng ở đập thủy điện Balbina, bang Amazonia của Brazil. Hiện nay, đập Balbina đang phải chịu ảnh hưởng bởi các vấn đề về hạn hán, bồi lắng và phát thải khí CO2. Bằng cách bổ sung khai thác năng lượng mặt trời, nó có thể dễ dàng tăng mạnh tổng công suất lên 250 MWp, chỉ bằng cách bao phủ pin mặt trời chỉ dưới 1/1000 bề mặt hồ. Những con đập có thể được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như: sản xuất điện, điều chỉnh dòng chảy của sông và cung cấp nước cho việc tưới tiêu nông nghiệp. Vì vậy, khi công suất điện tăng lên khi bổ sung thêm hệ thống PV sẽ cho phép nhà quản lý đập sử dụng nguồn nước của mình cho nhiều mục đích khác hơn. Với sự kết hợp vô cùng tuyệt vời này, năng lượng mặt trời và thủy điện hứa hẹn sẽ là nguồn năng lượng tổng hợp mạnh mẽ nhất.