TS. Ngô Tuấn Kiệt, TS. Nguyễn Thuý Nga, ThS. Vũ Minh Pháp - Viện Khoa học Năng lượng
I. Mở đầu
Ninh Thuận thuộc vùng duyên hải Nam Trung Bộ, phía bắc giáp tỉnh Khánh Hòa, phía nam giáp tỉnh Bình Thuận, phía tây giáp tỉnh Lâm Đồng và phía đông giáp Biển Đông. Diện tích tự nhiên 3.358 km2, có 7 đơn vị hành chính gồm 1 thành phố và 6 huyện. Thành phố Phan Rang - Tháp Chàm là thành phố thuộc tỉnh, trung tâm chính trị, kinh tế và văn hóa của tỉnh, cách Thành phố Hồ Chí Minh 350 km, cách sân bay Cam Ranh 60 km, cách thành phố Nha Trang 105 km và cách thành phố Đà Lạt 110 km, thuận tiện cho việc giao lưu phát triển kinh tế - xã hội.
Mục tiêu tổng quát phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Ninh Thuận đến năm 2020 là: Phát triển kinh tế - xã hội nhanh, bền vững theo mô hình kinh tế “xanh, sạch”; Phấn đấu tốc độ tăng trưởng tổng sản phẩm quốc nội GDP giai đoạn 2011 - 2015 đạt 16 - 18%/năm và giai đoạn 2016 - 2020 đạt 19 - 20%/năm; GDP/người theo giá thực tế đến năm 2015 đạt khoảng 1.400 USD, bằng 70% mức bình quân chung của cả nước và đến năm 2020 đạt khoảng 2.800 USD, bằng 87,5% mức bình quân chung của cả nước.
Năng lượng luôn là động lực phát triển ở mọi thời đại. Để đạt được mục tiêu tăng trưởng nêu trên, việc nghiên cứu ứng dụng các thành tựu khoa học công nghệ trong khai thác và sử dụng hợp lý năng lượng luôn đặt lên hàng đầu không chỉ ở phạm vi toàn cầu, quốc gia mà cả đối với từng vùng, khu vực kinh tế. Dưới đây xin bàn về một số vấn đề liên quan đến lĩnh vực này đối với tỉnh Ninh Thuận.
II. Tiềm năng và định hướng phát triển các nguồn năng lượng sạch
Ninh Thuận nằm ở vị trí cuối của dãy núi Trường Sơn, phía bắc và phía nam là 2 dãy núi chạy sát ra biển, phía tây là dãy núi cao giáp cao nguyên của tỉnh Lâm Đồng. Vị trí địa lý tự nhiên đã tạo cho tỉnh một nguồn năng lượng gió vào loại lớn nhất trong cả nước. Nhiều nghiên cứu trong, ngoài nước và của chính Ninh Thuận cho thấy, Ninh Thuận có tốc độ gió trung bình trên 7 m/s ở độ cao 65 m trở lên. Toàn tỉnh hiện có 14 vùng gió tiềm năng với khoảng 8.000 ha, tập trung chủ yếu ở ba huyện Ninh Phước, Thuận Nam và Thuận Bắc. Đặc biệt là Ninh Thuận ít có bão và lượng gió thổi đều trong suốt 10 tháng với tốc độ từ 6,4 - 9,6 m/s, đảm bảo ổn định cho phát triển điện gió.
Theo báo cáo của Sở Khoa học và Công nghệ Ninh Thuận, nếu loại những diện tích có trùng lặp với các quy hoạch khác và vùng đệm cách xa khu dân cư thì tiềm năng điện gió kỹ thuật và diện tích có tính khả thi cao của Ninh Thuận là 1.442 MW với 21.642 ha.
Các nhà đầu tư trong và ngoài nước đã nhận ra tiềm năng điện gió của Ninh Thuận và đang tích cực triển khai đầu tư vào lĩnh vực này. Nhưng đến nay, Ninh Thuận chưa có dự án điện gió thực sự khởi công xây dựng.
Ninh Thuận cũng nằm trong vùng có cường độ bức xạ mặt trời lớn, số ngày nắng nhiều, thời gian chiếu sáng dài và đồng đều. Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2.600 - 2.800 h (tương đương 200 ngày nắng/năm). Với tổng quy mô lắp đặt khoảng 1.500 MW. Trong đó đặc biệt ở khu vực huyện Ninh Phước và Thuận Nam có tiềm năng năng lượng mặt trời rất lớn. Đây là vùng có thể khai thác tiềm năng năng lượng mặt trời có hiệu quả.
Theo quy hoạch phát triển điện quốc gia giai đoạn đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030, Ninh Thuận sẽ triển khai đầu tư hai nhà máy điện hạt nhân đầu tiên của cả nước, có tổng công suất 8.000 MW, tổng vốn đầu tư 12 tỷ USD, dự kiến khởi công nhà máy thứ nhất vào năm 2014 và đưa vào vận hành thương mại vào năm 2020.
Ninh Thuận cũng sẽ xây dựng và phát triển loại hình thủy điện tích năng đầu tiên trên cả nước với quy mô 1.200 MW trên hệ thống thủy lợi Tân Mỹ, dự kiến hoàn thành và đi vào hoạt động vào năm 2020.
Hiện nay, với nguồn năng lượng hóa thạch, dầu mỏ đang ngày càng khan hiếm đồng thời với việc ô nhiễm môi trường do đốt nhiên liệu gây ra, các nước có xu hướng tìm nguồn năng lượng sạch để thay thế. Cùng với năng lượng điện hạt nhân, nguồn năng lượng tái tạo (gồm năng lượng gió, năng lượng mặt trời), thủy điện tích năng được sử dụng sẽ đóng vai trò quan trọng trong phát triển hệ thống điện, bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia, góp phần bảo vệ môi trường.
Do vậy, việc khai thác thủy điện tích năng và năng lượng tái tạo gồm điện gió, điện mặt trời là tiềm năng của Ninh Thuận, đang được nhiều nhà đầu tư quan tâm, mục tiêu hướng đến là xây dựng trung tâm năng lượng sạch của quốc gia, giải quyết từ 5 - 8% nhu cầu về điện của quốc gia vào năm 2020.
III. ứng dụng khoa học công nghệ trong khai thác nguồn năng lượng tái tạo
Ngày nay, rất nhiều quốc gia trên thế giới đã nhận ra tầm quan trọng của việc khai thác các nguồn năng lượng gió và năng lượng mặt trời thay thế năng lượng truyền thống. Sự nỗ lực cố gắng của nhiều nước kinh tế phát triển đã không ngừng hoàn thiện công nghệ nâng cao hiệu suất, giảm giá thành sản xuất năng lượng từ nguồn năng lượng gió và mặt trời. Dưới đây sẽ tổng hợp một số thành tựu phát triển năng lượng gió nhằm định hướng hoạt động khoa học công nghệ phục vụ khai thác hiệu quả nguồn năng lượng sạch rất có triển vọng này ở tỉnh Ninh Thuận.
1. Năng lượng gió
1.1. Vài nét về thành tựu phát triển
Đứng đầu trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học, sản xuất và triển khai ứng dụng năng lượng tái tạo (NLTT) là các quốc gia như: Đức, Mỹ, Nhật Bản, Nga, Trung Quốc và một số nước thuộc EU... Nhờ có sự nỗ lực của các nước phát triển mà tỷ trọng khai thác nguồn năng lượng gió trong cán cân năng lượng quốc tế ngày càng gia tăng và đạt kỷ lục mới là 238.000 MW năm 2011, trong đó công suất điện gió toàn cầu trong năm 2011 đã tăng thêm 41.000 MW.
Công suất điện gió toàn cầu được dự báo sẽ tăng ít nhất gấp đôi vào năm 2016 so với năm 2011. Chi phí để xây dựng các nhà máy điện gió đang giảm mạnh và sẽ cạnh tranh được với các nguồn sản xuất điện từ nhiên liệu hóa thạch hoặc hạt nhân vào năm 2016.
Trung Quốc dẫn đầu thế giới về công suất điện gió hàng năm trong ba năm liên tục, đưa công suất điện gió của nước này từ 18.000 MW năm 2009 lên 63.000 MW năm 2011. Trong các năm, từ năm 2005 đến 2009, công suất điện gió của Trung Quốc tăng gấp đôi hàng năm và đến năm 2010 Trung Quốc đã vượt Mỹ về công suất điện gió. Chương trình phát triển điện gió của Trung Quốc dự kiến đạt 140 nghìn MW vào năm 2020, tương đương với công suất điện gió toàn cầu vào cuối năm 2008.
Công suất điện gió của Mỹ vào cuối năm 2011 đạt 47.000 MW, tăng thêm 6.800 MW vào năm 2011 và dự kiến tăng thêm 10.000 MW vào cuối năm 2012.
Châu Âu hiện dẫn trước tất cả các khu vực trên thế giới về nguồn điện gió với tổng công suất 100.000 MW. Từ năm 2000 đến nay, EU đã tăng thêm 84.000 MW điện gió, trong khi giảm công suất điện than 10.000 MW và điện hạt nhân 14.000 MW. Công suất điện gió của Đức đứng thứ ba thế giới và hiện chiếm hơn 9% tổng công suất phát điện của nước này.
1.2. ứng dụng công nghệ khai thác điện gió ở Việt Nam
Hiện nay, tua bin gió có tên tuổi trên thế giới đã có mặt ở Việt Nam như: GE, Gamesa, Nordex, Vestas... Các tua bin gió thường thiết kế với vận tốc gió trung bình 89 m/s cho loại công suất cực nhỏ <15 kW và 1213 m/s cho các loại tua bin có công suất lớn từ vài trăm đến 5÷6 MW. Như vậy, tại Việt Nam vận tốc gió của trung bình của đa số các vùng lãnh thổ đều thấp hơn từ 20÷50% so với vận tốc thiết kế và vận tốc trung bình khai thác của các loại tua bin gió đang sản xuất hiện nay. Tương ứng công suất và năng lượng khai thác được từ các loại tua bin gió này cũng thấp hơn nhiều so với các nước đang phát triển mạnh điện gió trên thế giới, tức là giá thành sản xuất điện năng từ điện gió Việt Nam sẽ cao hơn thế giới. Thực tế này cộng thêm với giá mua điện thấp (giá bán điện gió đã được nhà nước hỗ trợ hiện nay là 7,8 UScents/kwh (khoảng 1.630 đồng/kWh) cộng với giá bán quyền phát thải Mỹ, châu Âu và cả Trung Quốc chưa thể có lợi nhuận được.
Các kết quả nghiên cứu, ứng dụng và phát triển điện gió của Việt Nam trong thời gian vừa qua cho thấy, còn tồn tại quá nhiều rào cản cho phát triển điện gió như: thiếu các điều tra, đánh giá cơ bản về tiềm năng và khả năng khai thác; trình độ khoa học công nghệ liên quan còn yếu; thiếu nguồn nhân lực đào tạo bài bản và cơ bản về lĩnh vực này; thiếu các tổ chức nghiên cứu phát triển năng lượng gió; thiếu cơ chế chính sách hỗ trợ hợp lý và khó tiếp cận với các nguồn tài chính để phát triển...Điều này lý giải nguyên nhân nhiều dự án phát triển điện gió ở nước ta được đăng ký nhưng có quá ít dự án thực sự được triển khai.
1.3. Một số đề xuất trong lĩnh vực phát triển điện gió Ninh Thuận
Ngoài việc đầu tư xây dựng cơ sở dữ liệu về gió theo chuẩn quốc tế, cần tập trung đầu tư nghiên cứu giải quyết những vấn đề khoa học công nghệ sau đây:
(1) Đầu tư xây dựng Trung tâm kiểm định thiết bị công nghệ điện gió. Ninh Thuận là một trong số ít địa phương hội đủ điều kiện thích hợp cho hoạt động này. Trung tâm là nơi thử nghiệm kiểm định thiết bị điện gió ở Việt Nam nhằm cung cấp dữ liệu tin cậy cho việc thiết kế chế tạo thiết bị điện gió phù hợp với điều kiện nước ta và tính toán giá thành sản xuất điện năng làm cơ sở cho việc xây dựng các trang trại gió cũng như chính sách hỗ trợ phát triển điện gió.
(2) Ngoài việc quy hoạch phát triển các trạm điện gió công suất lớn ở những vị trí thuận lợi, cần sớm triển khai các giải pháp khai thác điện gió quy mô nhỏ, phân tán bằng các thiết bị công nghệ phù hợp. Một số thành tựu mới trong lĩnh vực điện gió quy mô nhỏ rất thích hợp với các khu vực dân cư miền duyên hải là: Công nghệ điện gió hai tầng cánh đã được Sở Khoa học và Công nghệ tỉnh Ninh Thuận giới thiệu và công nghệ điện gió đa tua bin kín.
(3) Xây dựng dự án đầu tư nội địa hóa thiết bị tua bin gió công suất lớn và sản xuất tua bin gió công suất vừa và nhỏ phục vụ cấp điện cho các khu vực duyên hải ven biển phù hợp với điều kiện Việt Nam.
2. Năng lượng mặt trời
2.1. Vài nét về thành tựu phát triển
Đến nay pin mặt trời (PMT) đã được nhiều nước trên thế giới sử dụng để cung cấp điện năng cho các nhu cầu hoạt động sản xuất và dân sinh. Thị trường điện mặt trời đang rất phát triển với tốc độ rất nhanh, tính đến hết năm 2011 đã có gần 70 GWp công suất pin mặt trời được lắp đặt.
Ngày nay, nhờ sự nỗ lực trong việc hoàn thiện công nghệ, nâng cao hiệu suất, giảm giá thành, PMT đã có thị trường cạnh tranh về sản phẩm, dịch vụ và ứng dụng. Theo dự báo của cơ quan năng lượng quốc tế IEA, thị trường công nghệ PMT nối lưới sẽ là thị trường chính trong tương lai.
Với tầm nhìn chiến lược và khả năng kinh tế dồi dào, nhiều nước trên thế giới đã đưa chiến lược phát triển năng lượng tái tạo trong đó có năng lượng mặt trời trở thành quốc sách như Mỹ, Thụy Điển, Nhật, Trung Quốc, Canađa, Ấn Độ, Hà Lan, Ukraina, Đức,... Một số nước đã nêu chỉ tiêu cụ thể như Đức đề ra kế hoạch trong tương lai sẽ thay thế 100% năng lượng sạch (trong đó có năng lượng mặt trời) cho các loại năng lượng hóa thạch hiện nay. Hiện nay Đức cũng là nước đứng đầu thế giới về tổng công suất lắp đặt PMT.
Theo dự báo của IEA, từ năm 2020 - 2030, thị trường PMT bắt đầu sẽ là thị trường cạnh tranh ở quy mô rộng. Tới cuối thập kỷ này, giá điện mặt trời đối với dịch vụ giảm xuống còn 7 - 13 UScents/kWh và PMT cạnh tranh ở quy mô dịch vụ với giá điện bán buôn tại một số quốc gia. Trong khi đó, các ứng dụng thương mại và hộ gia đình sẽ có giá cạnh tranh ở phần lớn các nước trên thế giới có giá trị bức xạ mặt trời cao.
2.2. ứng dụng công nghệ điện mặt trời tại Việt Nam và đề xuất ứng dụng tại tỉnh Ninh Thuận
Việt Nam có tiềm năng năng lượng bức xạ mặt trời lớn, nên việc nghiên cứu phát triển công nghệ khai thác và sử dụng nguồn năng lượng này được bắt đầu từ những năm 90 của thế kỷ trước.
Đến nay, theo số liệu thống kê chưa đầy đủ, đã có hơn 4 MWp PMT đã được lắp đặt tại hầu hết các tỉnh Việt Nam, trong đó chủ yếu là các hệ điện mặt trời độc lập cho các hộ dân vùng sâu, vùng xa. Hệ điện mặt trời nối lưới mới được triển khai gần đây và đang có xu hướng phát triển mạnh trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Các mô hình thử nghiệm thành công điển hình với thiết bị ngoại nhập đồng bộ có thể đưa ra là hệ điện mặt trời nối lưới 154 kWp tại Trung tâm Hội nghị quốc gia tại Hà Nội, Bộ Công thương (12kWp), nhà máy sản xuất linh kiện INTEL Thành phố Hồ Chí Minh (200 kWp)... Các mô hình trên chủ yếu mang tính chất trình diễn và khó ứng dụng đại trà do giá thành thiết bị công nghệ còn khá cao.
Để giảm giá thành, việc nghiên cứu nội địa hóa thiết bị chuyển đổi DC-AC nối lưới đã được bắt đầu ở Việt Nam từ đầu thế kỷ này. Năm 2009 - 2010 Viện Khoa học Năng lượng hợp tác với Công ty Việt Linh-AST tại Thành phố Hồ Chí Minh ứng dụng thử nghiệm trạm điện mặt trời nối lưới tại Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam sử dụng thiết bị inverter nối lưới sản xuất trong nước với công suất lắp đặt 6,7kWp. Kết quả ứng dụng đã mở ra triển vọng to lớn trong việc phát triển điện mặt trời tại Việt Nam.
Năm 2012, Viện Khoa học Năng lượng - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã triển khai thực hiện Dự án Khoa học công nghệ cấp tỉnh “Xây dựng mô hình điểm ứng dụng năng lượng mặt trời cấp điện cho Văn phòng UBND tỉnh Ninh Thuận”. Kết quả phân tích số liệu hoạt động của trạm điện mặt trời nối lưới trong thời gian qua cho thấy việc ứng dụng công nghệ điện mặt trời tại Ninh Thuận đạt được hiệu quả khá cao so với các khu vực khác ở Việt Nam. Hơn nữa với lộ trình tăng giá điện hiện nay cũng như giá thành pin mặt trời đang hạ trên thị trường thì việc đầu tư xây dựng các trạm loại này hoàn toàn có thể khả thi về mặt kinh tế đồng thời góp phần tích cực vào việc bảo vệ môi trường, chống lại hiện tượng biến đổi khí hậu nhờ giảm được một lượng CO2 phát thải vào môi trường. Sự thành công của dự án cũng sẽ cho phép nghiên cứu khả năng triển khai áp dụng nhân rộng trên địa bàn tỉnh.
Ngoài ra cũng cần nghiên cứu phát triển mô hình hệ thống cấp điện tại chỗ nối lưới từ nguồn điện gió quy mô nhỏ kết hợp với điện mặt trời nhằm cung cấp điện ổn định, tin cậy cho các khu vực dân cư có tiềm năng gió, đặc biệt là các vùng dân cư tập trung miền duyên hải Ninh Thuận.
3. Thủy điện tích năng
Theo đánh giá của EVN, nhu cầu tiêu thụ điện của Việt Nam đã và đang tăng nhanh trong những năm đầu của thế kỷ 21, việc phát triển nguồn điện và hệ thống truyền tải điện là vấn đề quan trọng đối với quốc gia. Để đáp ứng được yêu cầu trên thì việc ứng dụng công nghệ thủy điện tích năng là rất cần thiết với mục tiêu là nâng cao độ tin cậy hệ thống điện và khả năng cung cấp điện phụ tải đỉnh do nhu cầu sử dụng điện hàng ngày vào giờ cao điểm xấp xỉ gấp đôi giờ thấp điểm, đồng thời góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội tại địa phương.
Dự án thủy điện tích năng Bác Ái tại Ninh Thuận đã được nghiên cứu trong quy hoạch thủy điện tích năng toàn quốc do Cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA) hỗ trợ EVN khảo sát, nghiên cứu lập từ tháng 6 năm 2004 và đã được Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công thương) phê duyệt tại Quyết định số 3837/QĐ-BCN ngày 22.11.2005.
Dự án thủy điện tích năng Bác Ái là dự án đầu tiên của nuớc ta về loại hình tích năng do EVN làm chủ đầu tư, bao gồm các hạng mục chính như hồ trên, hồ dưới và tuyến năng lượng…; địa điểm xây dựng nằm trên địa phận xã Phước Hòa và xã Phước Tân, huyện Bác Ái, tỉnh Ninh Thuận cách huyện lỵ Bác Ái khoảng 20 km về phía tây bắc và cách thành phố Phan Rang - Tháp Chàm 65 km về phía tây - tây bắc. Dự kiến, hồ trên sẽ xây dựng trên đỉnh núi Đá Đen ở xã Phước Hòa và một phần xã Phước Tân (huyện Bác Ái); hồ dưới sử dụng nước từ hồ Sông Cái thuộc hệ thống thủy lợi Tân Mỹ.
Dự án thủy điện tích năng Bác Ái có công suất lắp máy là 1.200 MW (4 tổ máy x 300MW); sản lượng điện phát hàng năm 1.759 GWh; tổng vốn đầu tư 16.109.000 triệu VNĐ tương đương 850 triệu USD. Dự kiến đưa vào vận hành phát điện tổ máy số 1 vào cuối năm 2019, tổ máy số 2 và 3 năm 2020 và tổ máy số 4 đầu năm 2021, hoàn thành toàn bộ công trình cuối năm 2021.
Việc triển khai xây dựng nhà máy thủy điện tích năng tại tỉnh là rất cần thiết. Tuy nhiên, trong quá trình thiết kế, thi công cũng cần lưu ý xem xét đánh giá giảm thiểu tối đa các yếu tố ảnh hưởng đến môi trường trong khu vực.