"Địa Tô" Của Bức Xạ Và Chính Sách Giá điện Mặt Trời ở Việt Nam

Phát triển điện gió, mặt trời ở Việt Nam: Nhìn từ công tác quy hoạch

TS. NGUYỄN THÀNH SƠN (*)

1. Về nguồn năng lượng bức xạ của mặt trời

Cho đến ngày nay, con người đã xác định được các thông số về đặc tính của mặt trời (MT) và của mặt đất (MĐ) như sau:

Thông số, đơn vị đo	Giá trị (~)
Bán kính của MT, km	695300
Bán kính của trái đất (TĐ), km	6378
Khối lượng của MT, kg	2*10 mũ 30
Khối lượng của MT lớn hơn của TĐ, nghìn lần	333
Thể tích của MT lớn hơn của trái đất, triệu lần	1,3
Nhiệt độ bề mặt MT, độ C	6000
Nhiệt độ bên trong MT, triệu độ C	40
Lượng nhiệt tỏa vào vũ trụ, cal/năm	1,3*10 mũ 24
Khoảng cách tối đa từ MT đến mặt đất (MĐ), triệu km	152
Khoảng cách tối thiểu từ MT đến MĐ, triệu km	147
Khoảng cách trung bình từ MT đến MĐ, triệu km	149,597
Tốc độ chuyển động của TĐ xung quanh MT tại điểm gần MT nhất, km/s	30,3
Tốc độ chuyển động của TĐ xung quanh MT tại điểm xa MT nhất, km/s	29,3
Năng lượng bức xạ MT lên TĐ tính bình quân trên diện tích, W.h/m2	200÷250
Năng lượng bức xạ MT nhỏ nhất tại điểm có bức xạ nhỏ nhất trên TĐ, W.h/m2	170
Năng lượng bức xạ MT lớn nhất tại điểm có bức xạ lớn nhất trên TĐ, W.h/m2	1000
Năng lượng bức xạ MT lên TĐ tính bình quân trong 1 năm, kW.h/m2.năm	1752÷2190

Bình quân trong 1 giây, MT tung vào vũ trụ 4 tỷ kg vật chất. Lượng vật chất này trong vũ trụ được chuyển thành năng lượng bức xạ dưới dạng của các sóng điện từ. Vì vậy, cơ sở vật lý của bức xạ MT trên MĐ là quá trình truyền năng lượng trong quá trình truyền của các sóng điện từ. Theo lý thuyết lượng tử, sóng điện từ là một dòng các photon hay các hạt cơ bản có khối lượng tĩnh bằng 0 di chuyển trong chân không với tốc độ của ánh sáng. Trong vũ trụ, cứ mỗi giây có 4*10 mũ 21 photon đi qua 1m2 và tạo ra một năng lượng (Eph) tỷ lệ thuận với tần số của sóng điện từ (γ) và được xác định theo công thức: Eph = h*γ, trong đó, h- hằng số Planck (h=6,626176*10 mũ -34 J/s).

Tính bình quân, 1 m2 bề mặt trái đất đang thu được từ mặt trời 4,2 kWh/ngày đêm, tương đương với 1 thùng dầu/năm. Các vùng sa mạc - bình quân 6 kWh/ngày đêm. Hay nói cách khác, năng lượng trái đất thu được từ mặt trời chỉ trong vòng 18 ngày nắng đã tương đương với tổng trữ lượng than, dầu, khí trên hành tinh của chúng ta.

2. Đánh giá tiềm năng khai thác bức xạ

Về lý thuyết, dòng bức xạ mặt trời đi qua diện tích 1m2 nằm vuông góc và cách mặt trời 1 "đơn vị thiên văn" (1AU bằng khoảng cách từ mặt trời đến tầng khí quyển của trái đất bằng 149.597.870.700m) có giá trị bằng 1367 W/m2. Giá trị này được gọi là "hằng số mặt trời". Do sự hấp thụ năng lượng mặt trời của tầng khí quyển, giá trị bức xạ mặt trời ở bề mặt trái đất (mực nước biển) trên đường xích đạo (đạt giá trị tối đa) chỉ còn lại 1020 W/m2.

Theo Hiệp ước Quốc tế năm 1981, trong các tính toán, hằng số mặt trời eo (có đơn vị tính là W/m2) được khuyến nghị lấy bằng eo = 1370 W/m2 = 1,96 cal/phút.cm2. Hằng số mặt trời này thay đổi trong năm theo thời gian ở mức trên dưới 1,5%, và thay đổi trong năm theo khoảng cách từ MĐ đến MT ở mức trên dưới 4%. Giá trị gần đúng của eo tính theo 12 tháng trong năm như sau:

Giá trị của Hằng số mặt trời thay đổi theo tháng trong năm.

Các yếu tố ảnh hưởng chính đến bức xạ của MT trên MĐ:

Khi thiết lập hệ thống điện sử dụng năng lượng của MT trên MĐ ta cần tính đến 4 thành phần có ảnh hưởng, gồm: mặt trời (MT), mặt đất (MĐ), các đám mây, và tế bào quang điện (PV).

Tổng bức xạ của MT (RMT) được truyền đến PV bằng 3 luồng tia photon khác nhau: trực tiếp (Rt), phản xạ (Rp), và khúc xạ (Rk). Ta có:

RMT = Rt + Rp + Rk

Tổng bức xạ của MT là chỉ số quan trọng để đánh giá tiềm năng lý thuyết của việc sử dụng năng lượng MT. Trên thế giới, người ta đã xây dựng các bản đồ số hóa Solargisvề phân bố bức xạ ngang toàn cầu của MT (Global Horizontal Irradiation- GHI), phân bố bức xạ trực tiếp bình thường (Direct Normal Irradiation- DNI), và phân bố tiềm năng quăng điện (PhotoVoltaic Power Potential- PVOUT), trong đó có Việt Nam, như sau:

Bản đồ phân bố bức xạ ngang toàn cầu và tiềm năng quang điện thế giới.

Bản đồ phân bố các loại bức xạ và tiềm năng về quang điện của Việt Nam.

Các bản đồ trên cho thấy, Việt Nam không phải là quốc gia có ưu thế về năng lượng mặt trời.

Cụ thể, nếu tính bình quân gia quyền theo diện tích của các tỉnh: bức xạ ngang toàn cầu (GHI) ở Việt Nam chỉ đạt mức khoảng 1600 kWh/m2; bức xạ trực tiếp (DNI) chỉ đạt 981 kWh/m2; và tiềm năng của quang điện (PVOUT) đạt 1330 kWh/m2.

Theo Đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời ở Việt Nam của Trung tâm Năng lượng tái tạo (Viện Năng lượng), tổng diện tích khả dụng cho lắp đặt PV chiếm 14% diện tích lãnh thổ, với tiềm năng kỹ thuật khả dụng khoảng 1.677,5 GW, tiềm năng kinh tế 166÷386 GW.

Như vậy, nếu tính theo mức trung bình, tiềm năng kinh tế của quang điện ở Việt Nam là 276 GW. Với hiệu suất của quang điện là 10%, tiềm năng này tương ứng với công suất điện là 27,6 GW.

Theo giáo trình "Năng lượng Mặt trời" của Đại học Năng lượng Moscow (МЭИ) [1], diện tích của các quốc gia cần để lắp đặt các trạm điện mặt trời (có hiệu suất 10% với sản lượng chiếm tỷ trọng 20% trong tổng nhu cầu điện) như sau (% tổng diện tích toàn lãnh thổ):

Quốc gia	%	Quốc gia	%	Quốc gia	%
Nga	0,032	Pháp	0,6	Anh	2,0
Canada	0,04	Ý	0,8	Đức	2,4
Thụy Điển	0,3	Đan Mạch	1,0	Hà Lan	4,0
Mỹ	0,3	Nhật	1,2

Theo báo cáo của EVN, tổng công suất toàn hệ thống điện tại thời điểm 9/2018 của VN là 47,9 GW. Giả sử, để điện MT chiếm tỷ trọng 20% (đây là mức cao nhất mà hệ thống điện của các nước có thể chấp nhận) trong tổng nhu cầu, công suất PV phải lắp đặt là 9,58 GW. Như vậy, theo tính toán của Trung tâm Năng lượng tái tạo (nói trên), để lắp đặt đủ công suất này, diện tích lãnh thổ cần huy động chiếm 4,86%.

3. Đánh giá về năng lượng mặt trời ở Việt Nam

Các phân tích trên cho thấy: các chỉ số đo liên quan đến bức xạ mặt trời (và chỉ số đo năng lượng bức xạ có thể khai thác được) đều có 2 đại lượng quan trọng là năng lượng của bức xạ MT (tính bằng W) và diện tích hứng bức xạ của mặt đất (MĐ) (tính bằng m2). Rõ ràng, bức xạ của MT là vô hạn, nhưng diện tích hứng bức xạ của MĐ nói chung, và của mỗi quốc gia nói riêng là hữu hạn.

Năng lượng MT là nguồn tài nguyên thiên nhiên tái tạo gần như vô hạn, nếu xét về nguồn gốc phát sinh. Nhưng, về khả năng khai thác, đối với Việt Nam, nếu xét về điều kiện địa hình và điều kiện khí hậu, năng lượng MT cần được coi là "hữu hạn" vì: (i) Diện tích lãnh thổ mà Việt Nam có thể giành để xây dựng các trạm điện MT rất có hạn; (ii) Các chỉ số về bức xạ (liên quan đến 'Hằng số mặt trời') được đánh giá chỉ ở mức trung bình; và (iii) Nhu cầu tiêu dùng điện của Việt Nam đã và đang tăng cũng 'gần như vô hạn'.

Việt Nam là quốc gia không lớn về lãnh thổ - tức có diện tích hứng bức xạ nhỏ, trong khi mật độ dân cư cao, đây là vấn đề cần được tính đến.

4. Kiến nghị về chiến lược khai thác năng lượng mặt trời ở Việt Nam

Thứ nhất, về tư duy và cách tiệm cận:

Như trên đã phân tích, Việt Nam nên coi năng lượng MT là hữu hạn vì diện tích để xây dựng các trạm điện MT là hữu hạn.

Thứ hai, về chính sách:

(i) Trước mắt, Việt Nam cần ưu tiên, khuyến khích phát triển việc khai thác năng lượng MT theo hướng "không nối lưới" và "xã hội hóa": tận dụng các mái nhà (nhà ở, nhà văn phòng, trụ sở, nhà xưởng sản xuất), các diện tích bao che/hứng nắng của các công trình xây dựng để lắp đặt các PV nhằm cấp điện cho các nhu cầu tại chỗ. Với chính sách này, chúng ta vừa mở rộng được diện tích hứng bức xạ MT (các mái nhà tập trung chủ yếu ở những khu vực có nhiều bức xạ), vừa giải quyết được vấn đề vốn đầu tư trực tiếp, cũng như vốn đầu tư gián tiếp cho phát triển nguồn điện.

Thứ ba, về cơ chế giá:

Đối với các dự án điện MT "có nối lưới", cần có cơ chế khuyến khích việc phát triển các trạm điện MT một cách bền vững, có cạnh tranh, toàn diện và lâu dài. Vì nối điện MT lên lưới quốc gia, trước hết cần đảm bảo sự bình đẳng giữa các tỉnh, thành có các chỉ số bức xạ MT khác nhau để khuyến khích các tỉnh đều có thể phát triển được nguồn năng lượng sạch này ngay tại địa phương mình.

Tình trạng bất cập hiện nay là các doanh nghiệp "đổ xô" vào Bình Thuận và Ninh Thuận để đăng ký chiếm đất phát triển điện MT. Nếu không được ngăn chặn, sẽ xẩy ra những tiêu cực về chiếm dụng đất, nâng giá đất, mất cân đối về nguồn và phụ tải điện tại chỗ, v.v... Kết quả nguy hiểm hơn là tại các tỉnh, thành và địa phương khác, các dự án điện MT không thể triển khai được, gây lãng phí nguồn tài nguyên thiên nhiên này ở những tỉnh còn lại.

Vì vậy, cần phải tính đến yếu tố "địa tô" trong khai thác năng lượng MT (tương tự như khai thác tài nguyên khoáng sản). Có nghĩa là các trạm điện MT ở những tỉnh có chỉ số bức xạ thấp cần được bán điện lên lưới với giá cao hơn so với các trạm điện MT xây dựng ở những tỉnh có chỉ số bức xạ cao.

Theo đó, giá bán điện lên lưới của các dự án điện MT được xác định theo chỉ số bức xạ, căn cứ vào Solargis của Ngân hàng Thế giới (WB) xây dựng cho Việt Nam. Ví dụ, theo bản đồ phân bố tiềm năng về quang điện (PVOUT) của WB, ta có thể xác định tiềm năng của từng địa phương và tiềm năng bình quân gia quyền (theo diện tích) của cả nước là 1330 kWh/m2. Mức bình quân gia quyền này tương ứng với giá bán điện là 9,35 $cents/kWh theo Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg ngày 11/4/2017 của Thủ tướng Chính phủ. Các dự án khai thác năng lượng MT ở những tỉnh có tiềm năng thấp hơn cần được bán với giá cao hơn. Ngược lại, các dự án khai thác năng lượng MT ở những tỉnh có tiềm năng cao hơn phải bán với giá thấp hơn. Cụ thể xem bảng sau:

No	Tỉnh/thành phố	Bức xạ ngang toàn cầu (GHI), kWh/m2	Bức xạ trực tiếp bình thường (DNI), kWh/m2	Diện tích tự nhiên hứng bức xạ, km2	Tiềm năng về quang điện, kWh/m2	Tổng tiềm năng quang điện, GWh/m2	Giá bán điện lên lưới, $cents/kWh
Bình quân gia quyền		1601	981	NA	1330	NA	9.35
1	An Giang	1800	1250	3536.7	1600	5658720	7.77
2	Bà Rịa-VT	2050	1300	1989.5	1600	3183200	7.77
3	Bắc Giang	1350	650	3844.0	1095	4209180	11.36
4	Bắc Kạn	1100	600	4859.4	1095	5321043	11.36
5	Bạc Liêu	1800	1100	2468.7	1300	3209310	9.57
6	Bắc Ninh	1350	650	822.7	1095	900857	11.36
7	Bến Tre	1800	1250	2360.6	1500	3540900	8.29
8	Bình Định	1800	1200	6050.6	1460	8833876	8.52
9	Bình Dương	2050	1200	2694.4	1600	4311040	7.77
10	Bình Phước	1900	1300	6871.5	1600	1.1E+07	7.77
11	Bình Thuận	2050	1534	7812.9	1680	1.3E+07	7.40
12	Cà Mau	1700	1100	5294.9	1300	6883370	9.57
13	Cần Thơ	1800	1250	1409.0	1500	2113500	8.29
14	Cao Bằng	1100	550	6707.9	1095	7345151	11.36
15	Đà Nẵng	1800	950	1285.4	1300	1671020	9.57
16	Đắc Lắk	1900	1300	13125.4	1600	2.1E+07	7.77
17	Đắc Nông	1900	1300	6515.6	1600	1E+07	7.77
18	Điện Biên	1500	950	9562.9	1241	1.2E+07	10.02
19	Đồng Nai	1900	1250	5907.2	1550	9156160	8.02
20	Đồng Tháp	1900	1250	3377.0	1600	5403200	7.77
21	Gia Lai	1900	1300	15536.9	1600	2.5E+07	7.77
22	Hà Giang	1100	550	7914.9	1095	8666816	11.36
23	Hà Nam	1350	650	860.5	1095	942248	11.36
24	Hà Nội	1350	650	3328.9	1095	3645146	11.36
25	Hà Tĩnh	1450	700	5997.2	1150	6896780	10.82
26	Hải Dương	1350	650	1656.0	1095	1813320	11.36
27	Hải Phòng	1350	650	1523.4	1095	1668123	11.36
28	Hậu Giang	1700	1100	1602.5	1300	2083250	9.57
29	Hồ Chí Minh	1800	1200	2095.6	1600	3352960	7.77
30	Hòa Bình	1350	650	4608.7	1095	5046527	11.36
31	Hưng Yên	1350	650	926.0	1095	1013970	11.36
32	Khánh Hòa	2000	1200	5217.7	1534	8003952	8.11
33	Kiên Giang	1700	1100	6348.5	1300	8253050	9.57
34	Kon Tum	1900	1300	9689.6	1600	1.6E+07	7.77
35	Lai Châu	1500	950	9068.8	1241	1.1E+07	10.02
36	Lâm Đồng	1900	1300	9773.5	1600	1.6E+07	7.77
37	Lạng Sơn	1200	600	8320.8	1095	9111276	11.36
38	Lào Cai	1100	550	6383.9	1095	6990371	11.36
39	Long An	2050	1300	4492.4	1600	7187840	7.77
40	Nam Định	1350	650	1651.4	1095	1808283	11.36
41	Nghệ An	1400	700	16493.7	1150	1.9E+07	10.82
42	Ninh Bình	1350	650	1390.3	1095	1522379	11.36
43	Ninh Thuận	2050	1534	3358.3	1680	5641944	7.40
44	Phú Thọ	1200	550	3533.4	1095	3869073	11.36
45	Phú Yên	1900	1200	5060.6	1460	7388476	8.52
46	Quảng Bình	1450	700	8065.3	1150	9275095	10.82
47	Quảng Nam	1800	1200	10438.4	1300	1.4E+07	9.57
48	Quảng Ngãi	1800	1200	5153.0	1300	6698900	9.57
49	Quảng Ninh	1200	600	6102.4	1095	6682128	11.36
50	Quảng Trị	1450	950	4739.8	1150	5450770	10.82
51	Sóc Trăng	1700	1100	3311.6	1300	4305080	9.57
52	Sơn La	1500	950	14174.4	1241	1.8E+07	10.02
53	Tây Ninh	2050	1300	4039.7	1600	6463520	7.77
54	Thái Bình	1350	650	1570.0	1095	1719150	11.36
55	Thái Nguyên	1200	600	3531.7	1095	3867212	11.36
56	Thanh Hóa	1400	700	11131.9	1150	1.3E+07	10.82
57	Thừa Thiên-Huế	1600	950	5033.2	1300	6543160	9.57
58	Tiền Giang	1800	1250	2508.3	1550	3887865	8.02
59	Trà Vinh	1800	1250	2341.2	1500	3511800	8.29
60	Tuyên Quang	1100	550	5867.3	1095	6424694	11.36
61	Vĩnh Long	1800	1250	1496.8	1550	2320040	8.02
62	Vĩnh Phúc	1350	650	1236.5	1095	1353968	11.36
63	Yên Bái	1100	550	6886.3	1095	7540499	11.36

Thứ tư, về cơ chế quản lý sử dụng mặt đất:

Vì diện tích hứng bức xạ của Việt Nam có hạn, việc sử dụng MĐ đối với các dự án điện MT cần được quản lý chặt để nâng cao hiệu quả sử dụng đất (vốn rất có hạn). Theo đó, cần quy định hệ số sử dụng đất của các dự án điện MT (được tính bằng tỷ lệ tổng diện tích của các PV được lắp đặt trên tổng diện tích đất được cấp) ở những tỉnh có chỉ số bức xạ cao phải cao hơn ở những tỉnh có bức xạ thấp.

(*) Hội đồng phản biện Tạp chí Năng lượng Việt Nam; Bộ môn Quản lý Năng lượng - Đại học Điện lực Hà Nội.

Tài liệu tham khảo [1] - В.И.Виссарионов, Г.В.Дерюгина, В.А.Кузнецова, Н.К.Малинин; Солнечная энергетика; Москва; Издательский дом МЭЙ; 2008; 320 стр; Учебное пособие для вузов.