CHƯƠNG 1. Ngành điện mặt trời hiện nay ở Việt Nam Với vị trí địa lý và tài nguyên thiên nhiên phong phú, Việt Nam đã và đang phát triển ngành công nghiệp năng lượng tái tạo vô cùng mạnh mẽ. Các nguồn năng lượng tái tạo – chủ yếu là năng lượng mặt trời cung cấp phần lớn sự phát triển đó. Theo các thống kê gần đây, tiềm năng kỹ thuật điện mặt trời mái nhà của nước ta là trên 140 GW, chỉ riêng các khu công nghiệp hiện có và nằm trong quy hoạch, tiềm năng kỹ thuật điện mặt trời mái nhà ước tính gần 20 GW (nếu mỗi khu công nghiệp cho phép lắp đặt 50 MWp).
[1] Phần lớn công suất điện năng lượng mặt trời ở khu vực Đông Nam Á được lắp đặt tính trong một năm 2020, khi các chính sách và điều kiện rất thuận lợi đã thúc đẩy công suất lắp đặt tăng vọt ở Việt Nam – Quốc gia dẫn đầu về năng lượng mặt trời trong khu vực. [2] Trong những năm sau đó (2021-2024), thị trường điện NLMT tại Việt Nam tuy có sự suy giảm do các chính sách hỗ trợ đột ngột kết thúc vào năm 2021, điện mặt trời vẫn tiếp tục phát triển theo xu hướng toàn cầu. Nước ta đang hướng đến mục tiêu lớn là "Net zero carbon" (phát thải ròng bằng không) vào năm 2050, với ngành công nghiệp năng lượng mặt trời dẫn đầu trên cả nước nhờ những ưu điểm tự nhiên và các chính sách ưu đãi của Chính phủ, góp phần thúc đẩy quá trình phát triển công nghiệp năng lượng bền vững.1: Biểu đồ công suất PV lắp đặt ở ĐNA năm 2022 [2] Một trong những ưu điểm của năng lượng mặt trời là tính bền vững và tái tạo. Ánh sáng mặt trời ở Việt Nam là một nguồn năng lượng vô tận với lượng bức xạ tương đối cao, tập trung ở các vùng duyên hải miền trung và miền nam.
Tổng lượng bức xạ mặt trời ở Việt Nam trung bình khoảng 5 kWh/m2/ngày ở các tỉnh miền Trung và miền Nam và vào khoảng 4 kWh/m2/ngày ở các tỉnh miền Bắc [3]. Việc sử dụng điện mặt trời cũng giúp giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch và giúp bảo vệ an ninh năng lượng của quốc gia. Ngoài ra, Chính phủ Việt Nam đã đưa ra nhiều chính sách hỗ trợ và khuyến khích phát triển như: hỗ trợ tài chính, miễn thuế, hỗ trợ kỹ thuật cho các dự án mới, rút ngắn một số thủ tục liên quan, cấp tín chỉ xanh cho doanh nghiệp, … (Trong cuộc họp ngày 10/4/2024, Phó Thủ tướng Trần Hồng Hà nêu rõ: Điện mặt trời mái nhà, điện gió ngoài khơi, điện sinh khối, điện rác., bao gồm cả các dự án xuất khẩu điện mà không đưa lên lưới quốc gia, sản xuất hydro xanh, tự sản, tự tiêu. được ưu tiên phát triển trong điều kiện đáp ứng công nghệ, an toàn hệ thống, giá cả phù hợp) [4] Tuy nhiên, ngành công nghiệp năng lượng mặt trời vẫn còn nhiều vấn đề 2 ảnh hưởng đến mức độ phát triển của ngành, trong đó việc lưu trữ sản lượng dư thừa của một hệ PV là vấn đề cần xem xét kỹ trong thiết kế dự án.
Các phương án đang được tin tưởng và đầu tư có thể kể đến như: BESS (Battery Energy Storage System), … Ngoài ra, công nghệ Hydrogen, đang được nghiên cứu và phát triển, ứng dụng trong hệ thống năng lượng mặt trời, với vai trò là một hệ thống lưu trữ, góp phần xây dựng một hệ thống PV tối ưu, đồng thời giải quyết được vấn đề điện năng dư thừa trong tương lai gần. Xu hướng phát triển của ngành công nghiệp Hydro Từ thế kỷ XVIII, hydro đã được đưa vào sử dụng rộng rãi trong ngành năng lượng và ứng dụng mạnh mẽ ở hiện tại trong ba ngành chính bao gồm: ngành lọc dầu, hoá chất (ammonia và methanol) và sản xuất thép. Ngoài ra, ứng dụng của loại khí này được dự đoán sẽ tiếp tục mở rộng sang các ngành nghề khác trong tương lai, ví dụ như sản xuất pin từ nhiên liệu hydro cung cấp cho phương tiện như ô tô, xe tải, tàu, máy bay, … hay trở thành lựa chọn tiềm năng trong việc lưu trữ năng lượng dài hạn nhằm mục đích cân bằng sự mất ổn định năng lượng theo mùa. Với tiềm năng lớn của hydro, các dự án thí điểm đang được triển khai mạnh mẽ ở nhiều quốc gia khác nhau trên thế giới, ví dụ như Nhật Bản, Úc, Canada, Châu Âu, Trung Quốc và Mỹ.
[5] Tại Nhật Bản, Toshiba đã đầu tư một máy điện phân 10 MW ở Fukushima, liên kết với một dự án điện mặt trời 20 MW để sản xuất 900 tấn hydro hàng năm để phục vụ cho ngành giao thông. Chiến lược " Thung lũng pin nhiên liệu Yamanashi " của Nhật sử dụng phương pháp điện phân PEM với công suất 1.5 MW kết hợp hệ thống PV 21 MW (Ohira, 2019). Tại vùng Pilbara ở Úc, hệ thống NLTT bao gồm năng lượng mặt trời và gió với công suất 15 GW đang được phát triển để sản xuất hydro xanh thông qua điện phân và cung cấp cho ngành khai thác mỏ tại địa phương (RN, 2019). Một máy điện phân chạy bằng nhiên liệu gió và mặt trời có công suất 50 MW được lên kế hoạch như một phần của Trung tâm Hydrogen (Hydrogen Hub) mới do Neoen xây dựng gần Crystal Brook ở Úc.
Tập đoàn Renewable Hydrogen Canada (RH2C), với dự định sẽ sản xuất hydro xanh thông qua quá trình điện phân nước chạy bằng năng lượng tái tạo (chủ yếu là gió và thuỷ điện tăng cường). [6] Nhà máy hydro xanh từ công ty Florida Power and Light dự kiến sẽ đưa vào sản xuất vào năm 2023 ở Florida với công suất 20 MW. Trung Quốc cùng sự hợp tác từ công ty THE (Nhà cung cấp máy điện phân alkaline hàng đầu thế giới) để phát triển công nghệ hydrogen với hơn 400 nhà máy kể từ năm 1994. Trọng tâm hàng đầu của Trung Quốc dường như chủ yếu là phát triển công nghệ pin nhiên liệu.
[6] Với mục tiêu góp phần đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia và trong bối cảnh sản lượng dầu khí khai thác của quốc gia ngày càng suy giảm và năng lượng tái tạo ngày càng phát triển, việc nghiên cứu, đánh giá cơ hội trong lĩnh vực hydro, sản xuất hydro xanh là mục tiêu cần thiết. Trong các giai đoạn tiền phát triển, hydro phần lớn được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu hóa thạch. Điều này chưa đảm bảo được hydro là một nguồn năng lượng sạch và bền vững. Tuy nhiên trong thực tế ngày nay, các ngành năng lượng đang phát triển mạnh, và điều đó đã góp phần đưa ra những hướng đi mới cho công nghệ này nhằm chống phát thải qua việc thay thế sản xuất hydro bằng NLTT.
Mặc dù lĩnh vực hydro xanh vẫn còn nhiều thách thức liên quan đến vấn đề giá thành sản xuất còn cao, nhưng với tốc độ phát triển của năng lượng tái tạo trong thời gian vừa qua cùng với việc nghiên cứu và hoàn thiện công nghệ sẽ góp phần đẩy mạnh sự phát triển của một chuỗi giá trị NLTT – Hydro (điện phân và lưu trữ) – Pin nhiên liệu (Fuel cell)/sản xuất điện và có thể sản xuất quy mô thương mại từ sau năm 2030. [7] 4 4% 18% 48% 30% Khí tự nhiên Dầu Than đá Điện phân Hình 1.2: Tỷ trọng các nguồn sản xuất hydro [8] Việt Nam đang trong quá trình tiếp cận với xu hướng phát triển ngành công nghiệp hydro, từng bước xác định các vấn đề cụ thể: Sản xuất Hydro từ các nguồn năng lượng hóa thạch vẫn còn chiếm ưu thế hiện nay có thể gây ảnh hưởng tiêu cực tới môi trường, hydro xanh – một loại hydro sản xuất từ các nguồn năng lượng tái tạo được kỳ vọng sẽ thay thế dần với giá thành ngày càng rẻ, giúp cho nhiều quốc gia sớm đạt được mục tiêu net zero trong thời gian sớm nhất, trong đó rất có thể bao gồm cả Việt Nam. Tương tự như các phương pháp sản xuất hydro khác, sản xuất hydro xanh cũng có những thách thức bao gồm: chi phí đầu tư cao hiện nay trong toàn bộ chuỗi giá trị, từ bước điện phân đến vận chuyển và pin nhiên liệu (FC); sự tổn thất về năng lượng cao (do đó đòi hỏi sự triển khai NLTT cao). Hai chi phí lớn nhất của hydro xanh là chi phí về điện và chi phí về máy điện phân.
Với chi phí về điện thì việc kết hợp với các nguồn năng lượng tái tạo sẽ giúp giảm đáng kể. Tuy nhiên với máy điện phân vẫn đang trong quá trình nghiên cứu và phát triển. Ngày nay, hydro xanh gần như có khả năng cạnh tranh ở những khu vực có điều kiện thuận lợi, nhưng những khu vực này thường ở xa trung tâm nhu cầu. 5 Ví dụ như ở Patagonia, năng lượng gió có thể có hệ số công suất gần 50%, với chi phí điện là 25-30 USD/MWh.
Điều này đủ để đạt được chi phí sản xuất hydro xanh khoảng 2,5 USD/kg, gần với mức chi phí hydro xám [9]. Tuy nhiên, ở hầu hết các khu vực, giá thành hydro xanh vẫn cao hơn khoảng 2 đến 3 lần so với hydro xám. Chi phí trước đây được xác định bởi chi phí điện, chi phí đầu tư, chi phí vận hành cố định và số giờ hoạt động của các hệ thống điện phân. Công nhận tiềm năng của hydro trong việc giảm phát thải carbon, đảm bảo an ninh năng lượng và thúc đẩy tăng trưởng kinh tế bền vững, các quốc gia lớn trên thế giới liên tục triển khai nghiên cứu các dự án thúc đẩy sự phát triển của nguồn năng lượng này.
Lý do chọn đề tài Điện mặt trời áp mái (Rooftop Solar) là hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời trên mái nhà hay các bề mặt thoáng của các toà nhà. Hệ thống này tận dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi thành điện năng dùng trong sản xuất hoặc sinh hoạt hàng ngày. Lắp đặt hệ thống điện mặt trời áp mái sẽ giảm phí chi trả tiền điện tiêu dùng từ lưới điện cho hộ gia đình và doanh nghiệp. Tuy nhiên với tình trạng phát triển năng lượng mặt trời áp mái triển khai quá nhanh nhưng sự phát triển về công nghệ lưu trữ vẫn chưa được hoàn thiện và phổ biến rộng rãi.
Các chính sách quốc gia liên quan đến các hệ thống điện mặt trời có thể giải quyết lượng điện dư thừa từ hệ thống bằng cách bán lên lưới điện và sẽ gây lãng phí nguồn năng lượng. Với bối cảnh công nghệ đang ngày càng phát triển, đặc biệt trong ngành công nghiệp hydrogen đang có xu hướng tăng trưởng mạnh trên thế giới, việc tìm giải pháp mới cho điện mặt trời áp mái là nhiệm vụ cấp bách.