Đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời tỉnh thanh hóa và đề xuất giải pháp sử dụng hợp lý

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------------------

NGUYỄN NGỌC HUYỀN

ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
TỈNH THANH HÓA VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
SỬ DỤNG HỢP LÝ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2020


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
--------------------

NGUYỄN NGỌC HUYỀN

ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
TỈNH THANH HÓA VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
SỬ DỤNG HỢP LÝ

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
Mã số: 8440301.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHẠM ANH HÙNG

Hà Nội – 2020


LỜI CẢM ƠN

Để có thể hồn thiện được nội dung của luận văn thạc sĩ khoa học, ngoài
sự nỗ lực khơng ngừng của bản thân, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành và
sâu sắc nhất tới quý thầy cô bộ môn Môi trường & Phát triển bền vững nói
riêng và tồn thể thầy cơ Khoa Mơi trường, Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội nói chung đã ln quan tâm và tận tình giảng
dạy, truyền đạt những kiến thức bổ ích và vơ cùng quý báu cho tôi trong suốt
thời gian theo học tại trường.
Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành và tri ân sâu sắc tới thầy giáo
TS. Phạm Anh Hùng, người đã trực tiếp hướng dẫn, luôn luôn sát sao, động
viên, nhắc nhở kịp thời và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt
thời gian thực hiện nghiên cứu phục vụ cho luận văn.
Cuối cùng, tôi xin dành lời cảm ơn chân thành tới toàn thể gia đình, bạn
bè và đồng nghiệp, những người vẫn ln quan tâm, giúp đỡ, động viên tôi và
đồng thời cũng là chỗ dựa tinh thần vững chắc giúp tơi hồn thành tốt nhiệm
vụ được giao trong suốt thời gian học tập và quá trình nghiên cứu thực hiện
luận văn thạc sĩ khoa học vừa qua.
Học viên

Nguyễn Ngọc Huyền

i


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ i
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .............................................................................. iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................v
DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................... vi
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN .....................................................................................3
1.1. Tổng quan về năng lƣợng mặt trời ...................................................................3
1.1.1. Khái niệm ..........................................................................................................3
1.1.2. Sơ lược về các nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời trên thế giới ..........4
1.1.3. Sơ lược về các nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam............8
1.1.4. Một số ưu điểm và hạn chế khi áp dụng năng lượng mặt trời vào sử dụng..........11
1.2. Phƣơng pháp đánh giá tiềm năng NLMT ......................................................14
1.2.1. Trên thế giới ....................................................................................................14
1.2.2. Việt Nam ..........................................................................................................17
1.3. Tổng quan khu vực nghiên cứu ......................................................................19
1.2.1. Điều kiện tự nhiên ...........................................................................................19
1.2.2. Điều kiện kinh tế - xã hội ................................................................................24
1.2.4. Tình hình sử dụng năng lượng mặt trời trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa ...........26
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...28
2.1. Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu .......................................................................28
2.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................28
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu.................................................................................28
2.3.1. Phương pháp điều tra, khảo sát, thu thập tài liệu ..........................................28
2.3.2. Phương pháp đánh giá tiềm năng NLMT .......................................................29
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...........................32
3.1. Đánh giá thực trạng sử dụng và định hƣớng phát triển nguồn năng lƣợng
mặt trời trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa ..................................................................32
3.1.1. Phân tích, đánh giá chính sách về NLMT tại Việt Nam và áp dụng trên địa
bàn tỉnh Thanh Hoá ..................................................................................................32

ii


3.2. Đánh giá tiềm năng nguồn năng lượng mặt trời trên địa bàn tỉnh
Thanh Hóa ...............................................................................................................40
3.2.1. Đánh giá tiềm năng lý thuyết ..........................................................................40
3.2.2. Đánh giá tiềm năng kỹ thuật ...........................................................................42
3.3. Đề xuất một số giải pháp sử dụng hợp lý nguồn NLMT trên địa bàn tỉnh. ......54
3.3.1. Giải pháp Quy hoạch ......................................................................................55
3.3.2. Cải cách thủ tục hành chính trong lĩnh vực NLMT ........................................55
3.3.3. Phát triển nguồn nhân lực trong lĩnh vực điện NLMT ...................................56
3.3.4. Tăng cường hợp tác quốc tế trong lĩnh vực NLMT.........................................56
3.3.5. Tăng cường công tác thông tin tuyên truyền, nâng cao nhận thức của người
dân, cộng đồng về phát triển và sử dụng năng lượng điện mặt trời .........................57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................60

iii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
BĐKH :

Biến đổi khí hậu

GHI

Chiếu xạ ngang toàn cầu

:

KTXH :

Kinh tế - Xã hội

NLMT :

Năng lượng Mặt trời

NLTT :

Năng lượng tái tạo

TNMT :

Tài nguyên và Môi trường

UBND :

Ủy ban Nhân dân

iv


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1: Tiêu chí vùng loại trừ để đánh giá tiềm năng kỹ thuật ............................... 18
Bảng 2: Thơng tin các mảnh mơ hình số độ cao DEM. của vùng nghiên cứu ......... 29
Bảng 3: Tiêu chí vùng loại trừ để đánh giá tiềm năng kỹ thuật ............................... 30
Bảng 4: Danh mục các dự án kêu gọi đầu tư trong lĩnh vực NLMT trên địa bàn tỉnh
Thanh Hóa và đánh giá thực trạng thực hiện ............................................................ 37

Bảng 5: Phân bố cường độ bức xạ ngang toàn cầu (GHI) trên địa bàn
tỉnh Thanh Hoá. ......................................................................................................... 42
Bảng 6: Phấn bố diện tích khả dụng tiềm năng lý thuyết NLMT theo giá trị GHI trên
địa bàn tỉnh Thanh Hoá. ........................................................................................... 49
Bảng 7: Phấn bố tiềm năng kỹ thuật năng lượng mặt trời trên địa bàn .................... 52

v


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1: Bình nước nóng năng lượng mặt trời tại Trung Quốc ................................... 5
Hình 2: Mơ hình chung về bơm sử dụng năng lượng mặt trời .................................. 7
Hình 3: Nguồn tạo ra năng lượng điện từ năm 2008-2018 ......................................... 9
Hình 4: Tổng cơng suất lắp đặt điện Mặt trời tại một số quốc gia 2015-2018 ......... 10
Hình 5: Mơ hình bức xạ mặt trời theo The World Bank Group ............................... 15
Hình 6: Sơ đồ nguyên lý phương pháp nghiên cứu tính tốn tiềm năng kỹ thuật NLMT .... 17
Hình 7: Ứng dụng GIS trong đánh giá tiềm năng kỹ thuật NLMT........................... 18
Hình 8: Bản đồ hành chính tỉnh Thanh Hóa ............................................................. 20
Hình 9: Sơ đồ phương pháp xây dựng bản đồ đánh giá tiềm năng NLMT .............. 31
Hình 10: Bản đồ tiềm năng năng lượng mặt trời lý thuyết ....................................... 41
Hình 11: Số giờ năng theo tháng trong năm tại các trạm trên địa bàn tỉnh Thanh Hố ... 42
Hình 12: Mơ hình số hố độ cao và vùng loại trừ do yếu tố độ dốc ........................ 43
Hình 13: Bản đồ vùng loại trừ đối với khu vực đơ thịvà khu dân cư nơng thơn .................. 44
Hình 14: Bản đồ vùng loại trừ đối với tiêu chí đất rừng, khu bảo tồn, canh tác lúa . 45
Hình 15: Bản đồ vùng loại trừ đối với tiêu chí khu vực khảo cổ .............................. 45
Hình 16: Bản đồ vùng loại trừ đối với tiêu chí mặt trước, bờ biển ........................... 46
Hình 17: Bản đồ vùng loại trừ đối với tiêu chí đường giao thơng, lưới điện (trái) và
khu vực sân bay, quân sự .......................................................................................... 47
Hình 18: Các v ng khả dụng và tiềm năng lý thuyết tỉnh Thanh Hoá...................... 48
Hình 19: Bản đồ tiềm năng kỹ thuật năng lượng mặt trời vùng nghiên cứu. ........... 51

vi


MỞ ĐẦU
Hiện nay, các nguồn năng lượng hóa thạch như than, dầu, khí đốt đã và
đang là nguồn năng lượng chiếm tỷ trọng lớn cho phát điện tại nhiều nước
trên thế giới cũng như tại Việt Nam. Trong khi đó, việc sử dụng năng lượng
hóa thạch là một trong các nguyên nhân chính gây ra biến đổi khí hậu và ảnh
hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe con người. Các nguồn năng lượng nói trên
cũng đang dần cạn kiệt, trong khi Việt Nam đang phải đối mặt với những
thách thức lớn do các nguồn năng lượng thông thường để đáp ứng nhu cầu
phát điện đã và đang vượt quá khả năng cung cấp. Chính vì vậy, với mức tăng
trưởng nhu cầu điện năng khoảng 10%/năm, vấn đề đẩy mạnh nghiên cứu và
sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng gió, năng lượng
mặt trời là hết sức cấp thiết đối với Việt Nam (Bộ TNMT,2019).
Việt Nam là một trong những nước đang phát triển ở Đông Nam Á có
mức độ gia tăng nhu cầu sử dụng điện khá cao, đồng thời tỷ trọng năng lượng
hóa thạch sử dụng trong phát điện vẫn còn khá lớn. Bên cạnh nguy cơ thiếu
hụt nguồn năng lượng hóa thạch do trữ lượng đang dần cạn kiệt thì việc sử
dụng năng lượng hóa thạch đang gây ơ nhiễm, ảnh hưởng lớn đến môi trường
cũng là một thực trạng mà Việt Nam phải đối mặt. Trong khi đó, Việt Nam
được biết đến là một nước có tiềm năng khá lớn về năng lượng tái tạo (NLTT)
nhưng hiện tại mới chỉ khai thác và sử dụng một tỷ lệ rất nhỏ. Bên cạnh đó,
Việt Nam đã xây dựng Chiến lược quốc gia về tăng trưởng xanh, đồng thời
đảm bảo các cam kết về giảm thiểu khí nhà kính của Việt Nam trong Hội nghị
Thượng đỉnh Liên Hợp quốc về Biến đổi khí hậu (Thỏa thuận Paris). Đẩy
mạnh sử dụng NLTT đang là xu thế của các nước trên thế giới bởi vai trò
quan trọng và tính ưu việt của chúng, đặc biệt trong bối cảnh công nghệ sản
xuất điện từ NLTT đang phát triển rất nhanh, dần đảm bảo khả năng cạnh

tranh với các nguồn năng lượng truyền thống. Chính vì vậy, việc gia tăng tỷ lệ
điện năng sản xuất từ NLTT là một đòi hỏi tất yếu cho sự phát triển của hệ
1


thống điện, cần được đưa vào cụ thể hơn trong Quy hoạch nguồn điện Việt
Nam. Theo quy hoạch điện VII điều chỉnh, đối với điện từ năng lượng tái tạo
(bao gồm cả thủy điện nhỏ) đến năm 2020 chiếm 6,4%, năm 2025 khoảng
6,9% và đến năm 2030 là 10,7% (Quyết định số 428/QĐ-TTg, 2016). Khi tỷ
lệ điện sản xuất từ NLTT gia tăng do suất đầu tư cho điện gió và điện mặt trời
giảm mạnh theo xu thế hiện nay thì tỷ lệ cơng suất nguồn điện từ NLTT hồn
tồn là khả thi theo như quy hoạch đã đưa ra.
Thanh Hoá là tỉnh nằm ở cực Bắc vùng Duyên hải Bắc Trung bộ, có số
giờ nắng khá dồi dào 1900 đến 2000 giờ/năm, do đó có tiềm năng về năng
lượng mặt trời (NLMT) cao. Hiện nay, NLMT đã được khai thác phục vụ cho
các hoạt động đời sống của người dân trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa như: bình
nước nóng thái dương năng, bếp đun nấu cho gia đình, thu điện mặt trời quy
mô nhỏ (cấp điện cho sâu vùng xa là Cao Hoong, Kít, Pốn, Thượng Sơn, Eo
Điếu thuộc huyện Bá Thước và Thung thuộc huyện Lang Chánh [2]. Gần đây,
trên địa bàn tỉnh đã triển khai các dự án xây dựng nhà máy NLMT như: Nhà
máy Điện mặt trời Yên Định công suất thiết kế 30 MW, Nhà máy điện năng
lượng mặt trời tại xã Kiên Thọ,…đã được đầu tư xây dựng trên địa bàn tỉnh
[2]. Tuy nhiên, tiềm năng năng lượng bức xạ trên địa bàn tỉnh phân bố khơng
đều, phụ thuộc nhiều vào điều kiện khí hậu, địa hình của mỗi v ng do đó việc
phân v ng và đánh giá tiềm năng NLMT là rất cần thiết để sử dụng hiệu quả
nguồn NLTT này. Do đó, đề tài: “Đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời
tỉnh Thanh Hóa và đề xuất giải pháp sử dụng hợp lý” được thực hiện với
mục tiêu sau:
- Đánh giá tiềm năng lý thuyết và kỹ thuật nguồn năng lượng mặt trời
trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa.

- Đề xuất một số giải pháp sử dụng hợp lý nguồn năng lượng mặt trời
trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa.

2


CHƢƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về năng lƣợng mặt trời
1.1.1. Khái niệm
Mặt trời là nguồn cung cấp ánh sáng tự nhiên cho trái đất. Đường kính của
mặt trời vào khoảng 1.392.700 km, gấp 110 lần so với trái đất. Theo một số
nghiên cứu thì tâm mặt trời có nhiệt độ ước chừng 15 triệu độ C, trong khi đó
nhiệt độ bề mặt bên ngoài chỉ ở mức 5537 độ C. Sự chênh lệch này là do sự va
chạm giữa các hạt nhân proton trong tâm của mặt trời tạo ra các phản ứng nhiệt
hạch. Năng lượng được tạo ra phát tán và di chuyển qua các lớp của mặt trời và
truyền xuống các hệ khác ở dạng hơi nóng và ánh sáng. Khối lượng của mặt
trời sẽ giảm dần do phát tán bức xạ vào các hành tinh khác [10].
Theo ước tính thì khối lượng mặt trời vào khoảng 1,991x1030 kg nên
khoảng thời gian tồn tại của mặt trời vào khoảng vài tỷ năm. Có 10 nguyên tố
cơ bản hình thành nên Mặt Trời bao gồm: Hidro chiếm 71%, Heli 27,1%, Oxy
0,97%, Cacbon 0,4%, Nito 0,096%, Silic 0,099%, Magie 0,076%, Neon
0,058%, Sắt 0,014%, Lưu huỳnh 0,04% [10].
Khoảng cách giữa mặt trời và trái đất là 150 triệu km và mọi nơi trên
tráí đất đều nhận được lượng bức xạ mặt trời. Theo cơng bố của NASA Hoa
Kỳ thì tổng lượng bức xạ của mặt trời (Gọi tắt là TSI: Total Solar Irrandian)
chiếu đến ngoại tầng của khí quyển Trái Đất là 1,368 W/m2. Tuy nhiên 30%
bức xạ này bị phản xạ lại không gian do mây, tuyết, sa mạc, aerosol trong khí
quyển,… 70% cịn lại được hấp thụ bởi Trái Đất. Ngoài ra các lớp vật chất
khác nhau của trái đất và bầu khí quyển hấp thu các bước sóng khác nhau của
ánh sáng Mặt Trời. Khoảng 1% TSI, hầu hết là bức xạ UV có bước sóng cực

ngắn là bị hấp thụ ở tầng bình lưu, 20-24% TSI ở các bước sóng cận hồng
ngoại bị hấp thụ ở tầng đối lưu, 46-50% TSI còn lại chủ yếu là ánh sáng nhìn
thấy đi qua được tầng khí quyển được hấp thu bởi đại dương và mặt đất.
Lượng bức xạ hấp thụ thấp hơn nhiều so với tổng lượng bức xạ mà mặt trời
3


chiếu xuống nhưng nó lại có thể đáp ứng được cả nhu cầu về năng lượng của
toàn thế giới [12]. Do đó, việc sử dụng năng lượng mặt trời được xem là một
trong những giải pháp giảm thiểu lượng khí thải CO2 vào trái đất, làm chậm
quá trình biến đổi khí hậu (BĐKH) tồn cầu.
Năng lượng tái tạo ví dụ như năng lượng mặt trời, gió, sinh khối,… là
những năng lượng vô tận. Sau gần 2 thập kỷ tăng trưởng mạnh thì NLTT đã
khơng tăng trong năm 2018, gây ra mối nguy hiểm đến mục tiêu khí hậu dài
hạn. Theo số liệu của cơ quan Năng lượng Quốc tế thì hiệu suất điện từ năng
lượng tái tạo chỉ tăng khoảng 180 Gigawat (GW) trong năm 2018, cũng bằng
những năm trước. Sử dụng năng lượng tái tạo cũng 1 phần để hạn chế lượng
khí thải trên tồn cầu. Theo cơng ước Pari đề ra thì lượng điện tái tạo cần tăng
trung bình hơn 300GW/ năm kể từ năm 2018 đến 2030. Năm 2017, lượng khí
thải CO2 do sử dụng năng lượng hóa thạch tăng 1,7%, đạt mức cao lịch sử là
30 Gigaton. Trung Quốc đã bổ sung 44 GW điện mặt trời vào năm 2018, so
với 53 GW vào năm 2017. Tăng trưởng ổn định ở Hoa Kỳ và tăng ở Liên
minh châu Âu, Mexico, Trung Đông và châu Phi nhưng xu hướng vẫn giảm.
Nguyên nhân của sự suy giảm là do sự cắt giảm chi phí và chưa chú trọng đến
các dạng NLTT [21].
1.1.2. Sơ lược về các nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời trên
thế giới
Trung Quốc là một trong những quốc gia đang cực kì phát triển, dân số
đông dẫn đến nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng nhiều. Theo thống kê thì
TQ là quốc gia lớn thứ 2 về việc tiêu thụ năng lượng, tạo sức ép lớn lên chính

phủ. Việc ứng dụng các năng lượng tái tạo, thân thiện với môi trường như
năng lượng gió, mặt trời đang ngày càng được coi trọng nhiều hơn. Tại hội
nghị thượng đỉnh về khí hậu của Liên Hợp Quốc vào ngày 22 tháng 9 năm
2009 tại New York, chủ tịch của TQ đã cam kết rằng sẽ áp dụng kế hoạch sử
dụng 15% năng lượng từ các nguồn tái tạo trong vòng 1 thập kỉ. Ngành năng
4


lượng tái tạo của Trung Quốc đang phát triển nhanh hơn năng lượng hóa
thạch và năng lượng hạt nhân. Đến nay thì Trung Quốc đã đứng đầu trên thế
giới về việc sản xuất và tiêu thụ các dạng năng lượng tái tạo đặc biệt là năng
lượng mặt trời kể từ tháng 6/2015 [21].
Từ những năm 1980, bình nước nóng năng lượng mặt trời đã được sử
dụng khá nhiều với tốc độ tăng trưởng bình quân khoảng 30% mỗi năm. Vào
cuối năm 2014 tổng công suất lắp đặt là 290 GWth , chiếm khoảng 70% tổng
công suất nhiệt mặt trời được lắp đặt trên thế giới [19].
Và đến nay thì Trung Quốc đã trở thành nhà sản xuất và kinh doanh máy
nước nóng năng lượng mặt trời trên tồn thế giới.

H nh 1: B nh nƣớc nóng năng lƣợng mặt trời tại Trung Quốc [19].
Năng lượng mặt trời còn được sử dụng để sưởi ấm trong các tòa nhà tại
Trung Quốc. Thơng thường các tịa nhà sử dụng NLMT để sưởi ấm thường
tích hợp sử dụng bình nước nóng NLMT. Hệ thống sửa ấm hầu như không
cần đến chuyển đổi năng lượng do đó mà hiệu suất khá cao. Phía Nam của
Trung Quốc nhận được lượng bức xạ mặt trời lớn nhất do đó mà các tịa nhà
được thiết kế những tấm kính lớn ở hướng này. Khi ánh sáng mặt trời chiếu

5

vào nhiệt sẽ cung cấp làm ấm các tòa nhà và lượng nhiệt chưa sử dụng được
tích trữ trong các bức tường. Nhiệt được lan tỏa bởi các hệ thống thơng gió.
Theo tính tốn thì khi sử dụng hệ thống này sẽ tiết kiệm hơn 200.000 tấn
than/năm [22].
Sử dụng điều hịa khơng khí bằng NLMT cũng là một cách mà TQ đang
sử dụng để giảm thiểu năng lượng hóa thạch. Các máy điều hịa này khơng sử
dụng chất làm lạnh Freon- một trong những chất gây ảnh hưởng lớn đến tầng
ozone, gây biến đổi khí hâu. Với sự phát triển nhanh chóng, Trung Quốc hầu
như đã dần thay thế sang điều hịa khơng khí sử dụng năng lượng mặt trời.
Chi phí vận hành của hệ thống chỉ bằng 15% so với điều hịa thơng thường,
Tại Ấn Độ theo khảo sát điều tra 2011 thì có khoảng 18 triệu máy bơm
đang hoạt động và cứ mỗi năm có khoảng nửa triệu chiếc máy bơm được lắp
đặt với cơng suất trung bình 5 HP cho hoạt động Nông nghiệp . Để giảm thiểu
việc sử dụng năng lượng hóa thạch các nhà khoa học tại trường Đại học Kỹ
thuật và Công nghệ RMK tại Ấn độ đã nghiên cứu và chạy thử nghiệm bơm
chạy bằng năng lượng mặt trời. Sự không ổn định về nguồn điện cung cấp cho
các vùng nông thôn tại Ấn Độ và việc tìm kiếm năng lượng thay thế năng
lượng tái tạo đang dần cạn kiệt là lý do chính để phát triển mơ hình này. Sử
dụng các hệ thống bơm nước bằng dầu diesel gây ra nhiều tiếng ồn, chi phí
cho hoạt động khá cao và ơ nhiễm khơng khí. Trong khi đó bơm sử dụng
nguồn năng lượng mặt trời lại không gây ô nhiễm môi trường, chi phí thấp
hơn. Bố cục chung của mơ hình tưới tiêu sử dụng năng lượng mặt trời như
sau: Vòi phun nước sẽ quay với tốc độ tối đa và được kết hợp với máy bơm
nước vừa tích trữ nước lại làm tăng áp lực nước. Năng lượng lấy từ mặt trời
qua bộ chuyển đổi sẽ kết hợp với máy bơm để hoạt động. Bộ chuyển đổi cịn
tích hợp chức năng tích điện, khi khơng có ánh sáng mặt trời thì máy bơm vẫn
có thể hoạt động [20].

6

H nh 2: Mơ hình chung về bơm sử dụng năng lƣợng mặt trời [20]
Từ năm 1975, Kyocera của Nhật Bản đã bắt đầu nghiên cứu và phát triển
năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, do Nhật Bản là một đất nước khá hẹp về diện
tích đất đai bằng phẳng và khơng đủ diện tích để xây dựng các nhà máy điện
mặt trời cỡ lớn, nên công nghệ điện mặt trời chủ yếu là ứng dụng với phạm vi
nhỏ hẹp như trong sản xuất điện cho đèn đường, biển báo giao thông và trạm
viễn thông ở khu vực miền núi. Công nghệ điện mặt trời nổi trên mặt nước ra
đời đã giúp Nhật Bản giải quyết được hạn chế về địa hình vì nước Nhật Bản
có tiềm năng về các hồ tích nước trong nơng nghiệp, hồ kiểm sốt lũ, hơn thế
nữa, toàn bộ đất nước Nhật Bản bao quanh bởi đại dương bao la. Rõ ràng đây
là tài sản quý giá để đặt các tấm panô pin cho các nhà máy điện mặt trời kích
cỡ khác nhau [4].
Với tất cả các ưu thế trên, chỉ trong một thời gian ngắn, Kyocera đã hoàn
thành ba trạm điện Mặt Trời nổi trên mặt nước, trong đó trạm lớn nhất của
Kyocera đặt tại hồ Sakasamaike, thành phố Kasai, tỉnh Hyogo, hoàn thành
ngày 24 tháng 5 năm 2015 với công suất 2,3 megawatt (MGW), đủ đáp ứng
nhu cầu điện cho 820 hộ dân. Trạm điện tại Kasai lắp đặt 9.072 tấm pin năng
lượng mặt trời, có tổng cộng chiều dài 333 m, rộng 77 m có tổng diện tích bề
mặt hấp thụ ánh nắng 25.000 mét vng. Các tấm pin silicon trên mặt nước,
có diện tích nhỏ hơn so với các tấm pin mặt trời lắp đặt trên đất liền, sẽ được
một mạng lưới làm từ sợi thuỷ tinh và chất dẻo siêu nhẹ nâng nổi trên mặt

7


nước. Các tấm pin mặt trời trên mặt nước còn giúp ngăn chặn 90% nước bốc
hơi, ngăn chặn sự phát triển của tảo và các sinh vật hữu cơ trong môi trường
nước bằng cách giữ mát cho bề mặt nước. 37 Trạm bán điện cho Công ty điện
lực Kansai ở Osaka với tổng giá trị khoảng 96 triệu yên (780.000 USD)/năm.

Theo chuyên gia của Kyocera, chi phí và thời gian lắp đặt các trạm điện này
giảm nhiều so với các trạm điện lắp đặt trên đất liền. Các kết nối bền vững
song khơng cố định mà có độ linh hoạt nên có khả năng chịu được các yếu tố
thời tiết tiêu cực như bão, lốc cao hơn so với các tấm pin được lắp đặt trên đất
liên. Bên cạnh đó, hoạt động vận hành và bảo trì cũng khơng địi hỏi nhiều
công sức nên nhân lực để vận hành cho trạm điện tại Kasai chỉ có khoảng từ
4-6 người. Hiện tại, Kyocera cũng đang xây dựng nhà máy điện mặt trời nổi
tại hồ chứa ở tỉnh Chiba với công suất là 13,4 megawatt. Kyocera hy vọng các
nhà máy điện mặt trời nổi của mình sẽ đóng góp cho nỗ lực phát triển các
nguồn năng lượng tái tạo của Nhật Bản [4].
1.1.3. Sơ lược về các nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam
Việt Nam là một đất nước có tiềm năng tuyệt vời để sản xuất năng
lượng mặt trời với mức bức xạ mặt trời trung bình lên tới 5kWh/m2. Từ năm
2000, có đã được rất nhiều nghiên cứu về tiềm năng của nguồn này tại Việt
Nam như vẫn chưa được đầu tư chú trọng. Trước năm 2005, công suất lắp đặt
và sử dụng điện mặt trời khơng đáng kể, chỉ khoảng 1,1MWp trên tồn quốc.
Những ứng dụng đầu tiên được sử dụng như chiếu sáng, sinh hoạt ở vùng sâu
vùng xa hay trên biển đảo. Cho đến nay, nhiều ứng dụng của năng lượng mặt
trời đã được thực hiện trên quy mô nhỏ, vừa và lớn. Năm 2007, chính phủ
Việt Nam đã xây dựng năng lượng quốc gia chiến lược phát triển đến năm
2020 với tầm nhìn đến năm 2050 theo Quyết định số 1855/QĐ-TTg [11]. Tuy
nhiên theo quyết định này, các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt
trời, năng lượng gió, năng lượng sinh khối chiếm tỷ lệ rất thấp (Hình 3).

8


H nh 3: Nguồn tạo ra năng lƣợng điện từ năm 2008-2018 [18]
Vào năm 2015, việc lắp đặt và sử dụng năng lượng mặt trời tăng lên
khoảng 5MWp trên toàn quốc trong đó 20% điện được nối lưới. Một số các

tập toàn, doanh nghiệp lớn như tập đoàn Intel, Big C Hà Nội, Trung tâm hội
nghị Quốc Gia, bộ công thương,.. đã trích một phần ngân sách của mình để
xây dựng nên một số trạm điện có cơng suất trung bình khoảng 50kWp. Điện
mặt trời tại Việt Nam đã ghi nhận mức tăng trưởng vượt bậc từ năm 20172018, tuy nhiên vẫn còn chưa cao so với một số các quốc gia cũng có tiềm
năng về NLMT như Ý, Philipin, Malaysia hay Thái Lan [18] (Hình 4). Tổng
cơng suất lắp đặt điện mặt trời tại Việt Nam là 106MWp, so với Thái Lan chỉ
khoảng 4% và chưa đạt 1% so với Ý.

9


H nh 4: Tổng công suất lắp đặt điện Mặt trời tại một số quốc gia 20152018 [18]
Vào cuối năm 2019, tổng công suất lắp đặt pin mặt trời đã tăng mạnh
lên khoảng 5GWp bao gồm khoảng 4,5GWp nhà máy điện mặt trời được nối
lưới; gần 0,4GWp hệ thống năng lượng mặt trời áp mái được lắp đặt. Đối với
ứng dụng năng lượng mặt trời áp mái đã ghi nhận hơn 22 nghìn hệ thống
trong đó có 416 hệ thống có cơng suất hơn 100kWp. Cơng suất lắp đặt tại
miền Nam cao nhất với hơn 250MWp, sau đó là miền trung và miền bắc.
Nguyên nhân có sự chênh lệch này là do khí hậu miền Nam nóng quanh năm
nên cường độ bức xạ mặt trời sẽ cao hơn, dẫn đến việc lắp đặt và sử dụng
năng lượng mặt trời nhiều hơn. Nước ta cũng đã ban hành một số
11/2017/QĐ-TTg và quyết định số 2/2019/QĐ-TTg để hỗ trợ phát triển năng
lượng mặt trời và nhận được khá nhiều những hưởng ứng tích cực. Theo báo
cáo của EVN ngày 12/12/2019 và tổng hợp của Bộ Cơng thương, tính đến hết
ngày 22 tháng 11 năm 2019, hiện tại có tổng cộng 3.705MW các dự án điện
mặt trời đã được quy hoạch, trong đó có 3.037MW các dự án đã có chủ
trương đầu tư, và 2.218MW các dự án điện mặt trời đã ký hợp đồng mua bán
điện trước ngày 23/11/2019. Trong số này có tổng cộng 7 dự án với tổng cơng
suất 320MW đã ký hợp đồng mua bán điện và đang triển khai thi công xây
10

dựng (không bao gồm các dự án trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận được áp dụng
cơ chế riêng). Tại Ninh Thuận, hiện có 1.932MW đã được quy hoạch, trong
đó có 1.016MW đã COD, và 916,8MW chưa được COD (tính đến ngày
30/6/2019). Trong đó có 668,68MW đã ký hợp đồng mua bán điện với EVN
trước ngày 22/11/2019 [3].
1.1.4. Một số ưu điểm và hạn chế khi áp dụng năng lượng mặt trời
vào sử dụng
Năm 2007, chính phủ Việt Nam đã xây dựng chiến lược phát triển năng
lượng quốc gia đến năm 2020 tầm nhìn 2050 theo quyết định 1855/QĐ-TOT.
Năng lượng tái tạo được thay thế cho năng lượng hóa thạch như than dầu.
Mục tiêu dề ra vào năm 2020 là lượng tiêu thụ năng lượng tái tạo là 5% và
11% vào năm 2050. Hơn nữa, tiềm năng NLTT cần được triển khai nhanh,
đưa ra những kế hoạch khai thác đầu tư rõ ràng, đẩy nhanh tiến độ. Tuy nhiên
số liệu và nguồn lực đề ra vẫn chưa được thực hiện tốt. Đầu năm 2020, Việt
Nam đã phát triển và ban hành định hướng phát triển năng lượng đến năm
2030 với tầm nhìn đến năm 2045 theo nghị quyết 55-NQ/TW. Cụ thể là mức
tiêu thụ sẽ đạt khoảng 15-20% vào năm 2030 và 25-30% vào năm 2045.
Năm 2011, theo quyết định 1208/QĐ-TTg về kế họach phát triển điện
lần thứ 7 (PDP7) và được sửa đổi vào năm 2016 đã đưa ra các quan điểm,
chiến lược và mục tiêu phát triển quốc gia về hệ thống năm lượng đến năm
2020 triển vọng đến năm 2030. Công suất lắp đặt và sản xuất điện tái tạo
khoảng 6000 MW và 17 tỉ kWh vào năm 2020, 12000 MW và 27,6 tỷ KWh
vào năm 2025 và trên 27000 MW và 61 tỷ KWh vào năm 2030. Đặc biệt năng
lượng mặt trời sẽ tăng dự kiến lên tới 850 MWp, 4000MWp và 12000MWp
trong năm 2020, 2025 và 2030. Hiện tại thì Việt Nam đang sửa đổi các mục
tiêu về năng lượng mặt trời trong kế hoạch điện lần thứ 8 (PDP8) giai đoạn
2021-2030 theo đó cơng suất lắp đặt điện mặt trời tăng lên 18GWp vào năm
2030.

11


Trên thực tế, các nghiên cứu về tiềm năng mặt trời ở Việt Nam vẫn cịn
khá nhiều thiếu sót, chưa tận dụng được triệt để nguồn năng lượng mặt trời.
Các chính sách và cơ chế phát triển các dự án điện mặt trời đã nhận được sự
quan tâm của chính quyền nhưng đã không thực sự được chú trọng. Kinh tế
tài chính chưa cao và hệ thống điện khơng theo kịp sự phát triển của lưới điện
hiện đại.
Hiện tại, Việt Nam mới có kế hoạch phát triển năng lượng mặt trời ở
cấp tỉnh, đặc biệt chỉ tập trung ở một số tỉnh, thành phố có tiềm năng năng
lượng mặt trời tốt. Các kế hoạch tỉnh chỉ áp dụng cho các dự án nhà máy điện
mặt trời nối lưới, không áp dụng cho các dự án điện mặt trời trên mái nhà. Do
đó nó có tác động tiêu cực đến định hướng kết nối giữa các dự án điện mặt
trời để hịa lưới điện quốc gia, khả năng phát triển tồn diện NLMT trên cả
nước. Để xây dựng được một nhà máy điện mặt trời cần một diện tích đất đủ
lớn, và vấn đề khó khăn ở đây là giải phóng mặt bằng. Việc giải phóng mặt
bằng hiện nay mất khá nhiều thời gian và công sức. Xây dựng phát triển kế
hoạch, khảo sát điều kiện thực tế thật rõ ràng, nghiên cứu các vấn đề tồn tại
trong thời gian quy hoạch sẽ khắc phục được những khó khăn trên.
Các chính sách và cơ chế hỗ trợ cho phát triển năng lượng mặt trời
được ban hành chậm và không bám sát với tình trạng thực tế. Năm 2011,
trong kế hoạch phát triển điện lần 7 (PDP 7) thì các mục tiêu đặt ra không cụ
thể. Đến năm 2015, chiến lược phát triển năng lượng mặt trời đưa ra sẽ tăn
0,5%, 6% và 20% tổng sản lượng điện trong năm 2020, 2030 và 2050. Theo
đó vào năm 2016, điện được sản xuất từ năng lượng mặt trời sẽ tăng 0,5%,
1,6% và 3,3% tổng sản lượng điện trong năm 2020, 2025 và năm 2030. Tuy
nhiên trên thực tế các số liệu này còn có xu hướng tăng nhanh hơn nhiều.
Theo EOR19, tổng cơng suất của các dự án đã đăng kí đặt 32GWp, bao gồm
10,3 GWp công suất được phê duyệt để bổ sung cho kế hoạch vào năm 2025.

Vượt quá nhiều so với dự tính sẽ ảnh hưởng đến việc quản lý, kiểm soát của
12


các cơ quan. Ở Thái Lan, mục tiêu năng lượng mặt trời giai đoạn 2012-2021là
3000 MW chiếm 5,4% lượng điện tạo ra. Các kế hoạch sửa đổi tiếp theo trong
giai đoạn 2015-2036 đề ra mục tiêu là 6000 MW tương đương với 7,2% công
suất lắp đặt vào năm 2036. Trên thực tế các ứng dụng sử dụng năng lượng
mặt trời vào năm 2018 tại Thái Lan là 2700 MW, sát với mục tiêu đề ra. Điều
đó cho thấy tầm nhìn và khả năng tính tốn của Thái Lan rất tốt.
Mức tiêu thụ điện tại Việt Nam không đồng đều giữa các khu vực,
trong đó lớn nhất là miền Nam với gần 50% lượng điện được tiêu thụ, sau đó
là miền Bắc với hơn 35%, khu vực Nam Trung Bộ chỉ chiếm khoảng 7%.
Trong năm 2019, tại Ninh Thuận và Bình Thuận là những nơi có nhà máy
điện mặt trời tập trung cao nhưng nhu cầu sử dụng điện tại đây lại rất thấp.
Việc hòa lưới điện quốc gia lại gặp trở ngại lớn trong khi điện lại dư thừa tại
đây. Theo thống kê tại Ninh Thuận, tổng công suất theo kế hoạch và lắp đặt
lớn hơn 2500 MW trong khi cơng suất kết nối lưới điện quốc gia cịn thấp,
dưới 1000 MW. Việc quá tải tại các nhà máy điện mặt trời sẽ ảnh hưởng lớn
đến các thiết bị, gây mất ổn định. Theo tình hình hiện nay thì Việt Nam nên
đầu tư để mở rộng nối lưới, cập nhật các thiết bị hiện đại hơn và cần học hỏi
thêm các quốc gia khác về phát triển dạng năng lượng tái tạo này. Ví dụ như ở
Tây Ban Nha hay Slovakia cũng đã từng rơi vào tình trạng mất kiểm sốt
năng lượng điện mặt trời và sau đó họ phải thực hiện một số biện pháp như
hạn chế sản xuất, hay giới hạn công suất lắp đặt để khắc phục.
Việc sản xuất năng lượng điện mặt trời còn phụ thuộc vào thời tiết. Đối
với miền Bắc sự thay đổi thời tiết 4 m a trong năm ảnh hưởng đến cường độ
bức xạ mặt trời. Bức xạ mặt trời sẽ nhận được nhiều nhất vào mùa hè và ít
nhất vào m a đông. Dao động công suất phát của điện mặt trời do tác động
của mây có thể rất lớn, dẫn đến những tác động không mong muốn trong hệ

thống điện, ảnh hưởng lên cả điện áp và tần số, thiết bị sử dụng của người

13


dân. Do đó mà hệ thống điện phải được nâng cấp thay đổi nhanh để thích ứng,
lưu trữ duy trì lượng điện để cân bằng, giảm thiểu những sự cố bất ngờ xảy ra.
Giá thành điện mặt trời còn cao so với thu nhập của người dân Việt Nam,
trong khi đó giá điện truyền thống lại thấp cho nên việc mua các thiết bị điện
năng trong sinh hoạt cũng như trong sản xuất bị hạn chế. Nhận thức của người
dân chưa cao cũng là một nguyên nhân dẫn đến việc hạn chế sự phát triển của
năng lượng mặt trời. Để đầu tư một thiết bị hay hệ thống điện năng lượng mặt
trời thì số vốn ban đầu cần chi trả nhiều hơn, và tốc độ hoàn vốn chậm. Tuy
nhiên nếu tính về lâu dài thì việc sử dụng năng lượng mặt trời lợi thế hơn rất
nhiều so với việc sử dụng điện từ năng lượng tái tạo. Nhận thức được vấn đề,
được sự ủng hộ của người dân và đưa ra chính sách hỗ trợ cho người dân sử
dụng điện từ năng lượng MT sẽ mang lại hiểu quả tốt hơn rất nhiều.
1.2. Phƣơng pháp đánh giá tiềm năng NLMT
1.2.1. Trên thế giới
Đã có khá nhiều phương pháp đánh giá tiềm năng NLMT trên thế giới.
Các nghiên cứu sử dụng cơng cụ phân tích khơng gian GIS để đánh giá tiềm
năng mặt trời áp mái tại Tây Ban Nha, Brasil và Mỹ [23], [ 24], [ 27]. Cách
tiếp cận dựa trên mơ 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
mơ hình bức xạ mặt trời, nhiệt độ khơng khí, mơ hình tiềm năng NLMT và
ứng dụng công nghệ GIS [25]. Các mô hình, dữ liệu và phương pháp của The
World Bank Group chi tiết như sau:
- Mơ hình bức xạ mặt trời
Các phương pháp được sử dụng trong mơ 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 tốn các thơng số tài ngun mặt
trời, mơ hình Solargis sử dụng:
+ Dữ liệu đầu vào từ vệ tinh địa tĩnh
14


+ Mơ hình khí tượng
Đầu tiên, bức xạ bầu trời trong (giá trị giả định khơng có mây) được tính
tốn bằng cách sử dụng mơ 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 tốn chỉ số đám mây.
Bức xạ bầu trời trong được tính tốn trước đó, sau đó được kết hợp với chỉ số
đám mây để truy xuất các giá trị bức xạ tồn bầu trời. Bức xạ ngang tồn cục
tính tốn sơ cấp được các mơ hình khác xử lý sau để có được bức xạ trực tiếp
khuếch tán và bức xạ toàn cục trên các bề mặt nghiêng. Các giá trị này được
hiệu chỉnh cho các hiệu ứng đổ bóng từ địa hình xung quanh (Hình 5).

H nh 5: Mơ hình bức xạ mặt trời theo The World Bank Group [25].
15


- Mơ hình nhiệt độ khơng khí
Các thơng 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 khơng khí và do đó là nhiệt
độ của các mơ-đun PV, có liên quan nhiều nhất đến mơ phỏng điện mặt trời.

Ngồi ra, tốc độ gió, hướng gió, độ ẩm tương đối, và các thông số khác cũng
rất quan trọng. Thơng thường, dữ liệu khí tượng khơng có sẵn cho một địa
điểm cụ thể do đó cần sử dụng các mơ hình khí tượng để nội suy. Dữ liệu
được mơ 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 mơ 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 ngun mặt trời.
Dữ liệu khí tượng cho các mơ hình tồn cầu có độ phân giải khơng gian
và thời gian thấp hơn so với dữ liệu được mơ hình hóa tài ngun mặt trời. Dữ
liệu từ các mơ hình khí tượng toàn cầu phải được xử lý sau để cung cấp các
thơng 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 khơng khí. Độ
phân giải khơng gian đã được thống nhất và nâng cao nhờ sự phân tổ Solargis.
Để tính tốn tiềm năng NLMT The World Bank Group sử dụng mô hình
cơng 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 mơ-đun PV,
do đó phụ thuộc vào điều kiện khí hậu địa phương cũng như việc lắp đặt các
mơ-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 tốn dựa trên
một số bước chuyển đổi: Chiếu xạ tồn cầu rơi trên mặt phẳng nghiêng của
các mơ-đun PV được tính tốn từ Chiếu xạ ngang tồn cầu (GHI), Chiếu xạ
bình thường trực tiếp (DNI).
16


1.2.2. Việt Nam
Hiện nay sử dụng phương pháp đánh giá của Viện Năng lượng, 2018
[14], 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 khơng gian từ tầng khí quyển.
Cịn tiềm năng năng lượng mặt trời kỹ thuật, được định nghĩa là lượng năng

lượng có thể sản sinh được của một loại cơng nghệ nhất định với các giả định
về hiệu suất hệ thống, hạn chế về thơng số địa hình, mơi trường và sử dụng
đất. Hạn chế về lưới điện được xem là rào cản kinh tế và sẽ được xem xét
trong các bước đánh giá tiếp theo. Phương pháp tính tốn tiềm năng kỹ thuật
sẽ giả định ban đầu một số tiêu chuẩn loại trừ như sau:
- Loại trừ các v ng 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.

H nh 6: Sơ đồ ngun lý phƣơng pháp nghiên cứu tính tốn tiềm năng kỹ
thuật NLMT (Nguyễn Anh Tuấn - Viện Năng Lƣợng, 2018 [6], [ 14])

17