California Dẫn đầu Toàn Cầu Về điện Mặt Trời

Hiện nay trên thế giới trong số 10 nhà máy điện sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời có công suất thiết kế lớn nhất, 6 ở tại California. Ba nhà máy đứng đầu đều ở California, 2 nhà máy khác tại Arizona, còn lại một ở Trung Quốc và một ở Ấn Độ.

• Tổng Công Suất Điện Mặt Trời Tại Việt Nam Trong Năm 2015
• The Asean Post: Việt Nam Dẫn Đầu Thị Trường Điện Mặt Trời Của ASEAN
• Độc Đáo Sử Dụng Pin Quang Năng Trong Các Vật Dụng Hàng Ngày
• Tạo Ra Điện Từ Màn Đêm, Các Nhà Khoa Học Đã Khiến Bóng Tối Không Còn Đáng Sợ

Các tấm photo-voltaic của Desert Sunlight Solar Farm, đặt trên 3,500 acres đất sa mạc tại Desert Center, California.   (Hình: Marcus Yam/Los Angeles Times via Getty Images)  

California đứng đầu trên toàn quốc về sử dụng các loại năng lượng tái sinh, như ánh sáng mặt trời, gió, nước, địa nhiệt. Tiểu bang đặt kế hoạch đến năm 2020, 33% điện năng  sẽ được sản xuất bằng năng lượng sạch và 50% tới 2030.  Chính sách này rất hợp lý nhưng cũng gặp nhiều khó khăn và có những giới hạn nhất định. Bài viết này trình bày một số các vấn đề ấy.

California thường xuyên gặp khó khăn vì thiếu nước, số ngày mưa mỗi năm rất ít. Nhưng bù lại thì tình trạng hầu như quanh năm có nắng là điều kiện thuận lợi cho sự khai thác năng lượng mặt trời. Những nhà gắn một số tấm bảng thu năng lượng mặt trời (solar panel) trên mái, không những đủ điện dùng mà còn có thể đưa giòng điện vào lưới để bán cho công ty điện. Chương trình này đã được Southern California Edison và những công ty điện lực khác đề ra từ mấy năm nay.

Trên sa mạc Mojave, California, hiện nay có hai nhà máy phát điện vĩ đại nhất trên thế giới, sử dụng năng lượng mặt trời, mỗi nhà máy cung cấp đủ điện dùng cho khoảng  trên dưới 150,000 nhà theo kế hoạch. Công suất của hai nhà máy điện mặt trời này là 377 MW (megawatts) và 550 MW. Để so sánh, công suất của nhà máy thủy điện Hoover Dam, Lake Mead gần Las Vegas là 2,000 MW, đập thủy điện Hòa Bình và Sơn La ở Việt Nam công suất 1,900 MW và 2,400 MW.

Từ hai năm nay, những người dân California lái xe trên đường I-15 đi Las Vegas đều có thể nhìn thấy  ánh nắng mặt trời tập trung sáng chói trên đỉnh của ba cây tháp cao 500 feet, đứng giữa sa mạc ở thung lũng Primm, biên giới hai tiểu bang. Đó là nhà máy nhiệt điện Ivanpah, dùng năng lượng mặt trời làm nguồn cung cấp nhiệt – thay vì than, dầu, khí đốt – để đun sôi nước tạo thành hơi chạy các turbin.

Phương pháp lấy ánh nắng mặt trời làm nguồn nhiệt lượng đã được dùng ở Hoa Kỳ và nhiều nước trên thế giới, nhưng Ivanpah là nhà máy phá điện lớn nhất cho đến nay. 170,000 tấm gương tự động chuyển hướng theo mặt trời, trải trên một diện tích 3,500 acres, phản chiếu ánh nắng  tập trung lên các nồi hơi đặt trên 3 ngọn tháp.  Công trình đầu tư $2.2 tỷ trong đó $1.6 tỷ tín dụng của liên bang được hoàn thành trong 6 năm và từ 2013 ba trạm phát điện đều đã đi vào hoạt động với công suất tổng cộng 377 MW.

Một nhà máy điện mặt trời vĩ đại khác là Desert Sunlight Solar Farm, vừa bắt đầu hoạt động hôm 9 tháng 2, 2015, cũng trên sa mạc Mojave, thuộc Riverside County, nằm ở phía Bắc đường I-10, cách Los Angeles khoảng 180 dặm về hướng Đông. Không bằng phương pháp gián tiếp như nhà máy nhiệt điện Ivanpah, trung tâm phát điện, Desert Sunlight công suất 550 MW, phát ra giòng điện trực tiếp từ 8.8 triệu tấm bảng thu năng lượng mặt trời quen thuộc, đặt trên  diện tích 3,800 acres của sa mạc Mojave.

Tương đương với Desert Sunligh Solar Farm còn có Topaz Solar Farm ở San Luis Obispo County, miền trung California, cũng sản xuất điện bằng các bảng dùng tế bào quang điên PV (photovoltaic), với công suất thiết kế 550 MW, bắt đầu hoạt động từ cuối năm ngoái.

Chỉ hơn mười năm trước, kỹ thuật phát ra giòng điện mặt trời với tầm cỡ lớn như vậy không thể nào thực hiện được vì quá tốn kém, không có hiệu quả kinh tế. Nhà máy điện mặt trời dùng PV đầu tiên ở Hoa Kỳ năm 1982 chỉ có công suất 1 MW. Phương pháp mới ngày nay dùng cadmium telluride, một lớp bán dẫn mỏng cho các PV, rẻ tiền hơn so với các tế bào quang điện dùng silicon và thích ứng cho những hệ thống lớn phát ra giòng điện mạnh.

Ngành chế tạo solar panels phát triển mạnh trên toàn cầu và các tư gia cũng có thể sản xuất điện như đã nói trên. Mặt khác từ 2011, giá silicon giảm xuống nhanh và các bảng PV làm tại  Trung Quốc tràn ngập thị trường. Một hậu quả là Solyndra, hãng kỹ nghệ điện mặt trời sản xuất loại PV hình ống phải khai phá sản năm 2011. Nhưng một công ty khác, First Solar, sản xuất ở Hoa Kỳ và Malaysia bằng kỹ thuật mới và sử dụng vật liệu rẻ tiền hơn đã có thể vượt qua khó khăn và tiếp tục cung cấp trang thiết bị cho  Desert Sunligh Solar Farm

Từ 2009, đã có 29 dự án điện mặt trời được chấp thuận cho xây dựng trên phần đất thuộc liên bang và phân nửa dự án đã hoặc sắp hoàn thành. Về lợi ích đối với môi trường và tác động làm khí hậu địa cầu ấm dần, một trung tâm phát điện như Desert Sunligh Solar Farm tương đương với giảm bớt 300,000 tấn khí thải carbonic mỗi năm hay là bớt 60,000 xe hơi lưu thông trên đường.

Năng lượng mặt trời bây giờ là ngành kỹ nghệ $15 tỷ ở Hoa Kỳ và sử dụng nhiều nhân công hơn công nghệ than đá.  Giá của các bảng thu năng lượng mặt trời hiện nay chỉ còn bằng phân nửa so với 4 năm trước. Kỹ nghệ điện mặt trời trong năm 2014 chi phí khoảng 34% vào việc trang bị các solar panels và mặc dầu giá đã giảm nhưng xây dựng một trung tâm phát điện mắt trời hãy còn quá tốn kém để có hiệu quá kinh tế cao.

Trong ít năm gần đây ngành này phát triển nhanh nhờ những quy định khắt khe về môi trường và chính sách khuyến khích năng lượng sạch của chính quyền Obama. Tương lai tài trợ của chính quyền liên bang sẽ bớt đi, kỹ nghệ dầu lửa được sự ủng hộ của đảng Cộng Hòa đang trong điều kiện lợi thế với giá dầu xuống thấp và Hoa Kỳ giảm lệ thuộc vào dầu lửa ngoại quốc.

Một thắc mắc mà chắc chắn nhiều người đặt ra là năng lượng mặt trời không phải luôn luôn có điều hòa mỗi ngày và trong năm. Điều ấy đúng vì dù cho đã lựa chọn những địa điểm mỗi năm ít nhất 300 ngày có nắng nhưng thiên nhiên là chuyện không thể dự đoán chắc chắn.

Nhà máy nhiệt điện Ivanpah sau một năm hoạt động đã không đạt tới công suất như kế hoạch. Trong tám tháng từ dầu năm đến tháng 8 năm ngoái, ba đơn vị sản xuất của Ivanpah chỉ cung cấp được 254,263 megawatt-giờ (MWh) nghĩa là ¼ điện lượng dự tính. Ngay cả tháng Năm, Sáu, Bảy, Tám là thời gian nhiều nắng nhất, với 189,156 Kwh, công suất cũng sẽ  chỉ đạt tới 600,000 MWh toàn năm, hay là  40% dưới chỉ tiêu.

Hồi tháng 3, ban giám đốc nhà máy đề nghị được phép dùng thêm 60% khí đốt để chạy những nồi hơi phụ. Theo họ khi đi vào hoạt động mới biết rằng cần phải chạy những nồi hơi phụ vào sáng sớm để hệ thống có thể hoạt động ngay khi mặt trời mọc và duy trì năng suất những lúc mặt trời bị mây che. Nồi hơi phụ cần được hoạt động 4 ½ giờ mỗi ngày và như vậy  nhà máy nhiệt điện mặt trời Ivanpah không phải là hoàn toàn sạch không có khí thải.

Quy định khi cho phép thực hiện dự án Ivanpah là nhiệt lượng do khí đốt ở nhà máy không được vượt quá 5% nhiệt lượng thu từ mặt trời. Hiện nay nhà máy Ivanpah, MW cần dùng 1,575 triệu cubic feet khí đốt một năm. So sánh với một nhà máy nhiệt điện chạy bằng khí đốt, mỗi năm sản xuất 200,000 MWh (gấp 200 lần Ivanpah) tiêu thụ 1,575 tỷ cubic feet (1,000 lần hơn).

Các nhà máy điện chạy bằng PV không có vấn đề đó, nhưng cũng chịu sự chi phối của thời tiết.
Một ngành sản xuất điện khác là bằng turbin gió, tại California công suất tổng cộng hiện nay gần 6,000 KW, tăng nhanh từ 2001 khi mới chỉ được 1,700 MW. Điện gió có ưu điểm hơn điện mặt trời là có thể phát điện ngày cũng như đêm, tất nhiên phải chọn địa điểm nhiều gió và cũng tùy thuộc vào thay đổi không thể dự đoán chắc chắn của thiên nhiên.

Theo Hà Tường Cát – người Việt tổng hợp