Ngày 26-3-2009, Cơ quan Quản lý năng lượng quốc gia Nam Phi đã thông qua Chính sách hỗ trợ năng lượng tái tạo (REFIT). Đây là điểm đột phá mới sau nhiều năm nước này nỗ lực phát triển nguồn “năng lượng xanh”. Nam Phi là một trong các quốc gia có nguồn lực năng lượng mặt trời lớn nhất trên thế giới đã cam kết đạt mục tiêu có công suất điện 10.000 Gw/h từ các nguồn tái tạo vào năm 2013. Theo đó, Bộ Năng lượng và Khoáng sản Nam Phi cũng đã xây dựng Kế hoạch phát triển điện sử dụng năng lượng mặt trời từ năm 2010 đến năm 2050. Với việc thực hiện mục tiêu này, lượng khí thải của Nam Phi sẽ đạt mức cực đại trong giai đoạn 2020 - 2025, ổn định trong vòng 10 năm và sau đó giảm dần. Nam Phi sẽ đạt mục tiêu tỉ lệ phát điện từ năng lượng mặt trời tới 55% nhu cầu điện năng vào năm 2050. Cũng theo kế hoạch này, trong tổng điện năng từ các nguồn năng lượng tái tạo, điện năng được sản xuất từ nguồn năng lượng mặt trời sẽ tăng rất nhanh từ mức gần 0% năm 2010 lên 60% vào năm 2015, 70% vào năm 2020, và 90% vào năm 2050.

Lựa chọn công nghệ tiên tiến

Chính phủ Nam Phi đang xem xét đánh giá để lựa chọn một công nghệ cho các dự án năng lượng mặt trời (CSP) như:

Chảo pa-ra-bon, đây là hệ thống gương đặc biệt được xếp thành dạng pa-ra-bon phản xạ tia mặt trời tới một ống đặt ở trung tâm của chảo. Năng lượng mặt trời được tập trung đốt nóng dầu tổng hợp bên trong lên tới 400⁰C. Dầu sẽ được dẫn đến các thiết bị đun nóng nước để chạy các tổ hợp tuốc bin. Chảo pa-ra-bon được bố trí theo trục bắc - nam để có thể tiếp nhận năng lượng mặt trời với thời gian dài nhất trong ngày. Hiện, công nghệ này đã được sử dụng trong các nhà máy có tổng công suất 395 Mw và sẽ triển khai tại một số dự án tiếp theo với công suất dự kiến là 5.000 Mw.

Đĩa tập trung (Sterling) được bố trí giống như một đĩa vệ tinh, tập trung các tia nắng mặt trời vào một khu vực đơn nhất treo bên trên một phễu các gương. Tại đây, nhiệt độ được nâng lên tới 750⁰C để đun nóng chất lỏng tổng hợp, làm chạy các động cơ Sterling. Được đánh giá là hệ thống hiệu quả và hoạt động độc lập, phù hợp với các địa bàn xa xôi của Nam Phi, hệ thống này cũng có khả năng kết nối với mạng lưới điện quốc gia. Điểm ưu việt của công nghệ này là không cần phải sử dụng nước cho hệ thống làm mát.

Hệ thống kính định nhật tự do được bố trí để có thể tự điều chỉnh hướng về phía mặt trời và tập trung các tia nắng mặt trời vào một tháp trung tâm. Nhiệt độ được nâng lên tới 650⁰C để chạy các tổ hợp tuốc bin. Hệ thống triển khai trên diện tích nhỏ hơn so với hệ thống chảo pa-ra-bon, bởi các kính định nhật sử dụng trong hệ thống này gần như là phẳng, kinh phí chế tạo thấp hơn. Công nghệ này đã được thực hiện tại Tây Ban Nha, Pháp, I-ta-li-a, Nhật Bản, Nga và Mỹ. Nam Phi đang có kế hoạch thực hiện các dự án có tổng công suất lên tới 600Mw từ loại hình công nghệ này.

Hệ thống gương phản xạ tuyến tính (LER) sử dụng hệ thống gương phẳng, được điều chỉnh để phản xạ các tia nắng mặt trời vào bộ thu được đặt bên trên hệ thống gương. Các bộ thu khác nhau sử dụng chất lỏng tổng hợp để đun nóng hơi nước hoặc đun trực tiếp nước để chạy các tuốc bin. Mặc dù về hiệu quả sử dụng năng lượng không cao bằng các công nghệ khác, nhưng công nghệ này có ưu việt về giá thành và cấu trúc. Cũng giống như hệ thống trung tâm, các gương sử dụng cho công nghệ này là gương phẳng tiêu chuẩn, yêu cầu hệ thống giá đỡ đơn giản, dễ chế tạo và có giá thành thấp hơn. Hệ thống gương phẳng cho phép chịu đựng tốt hơn các tác động của gió bão và dễ dàng hơn trong việc làm sạch. Công nghệ này cũng cho phép cố định và không cần di chuyển các bản lề, và như vậy sẽ tránh được sự phức tạp trong bảo quản các khớp nối và bản lề so với chảo công nghệ pa-ra-bon.

Trên cơ sở triệt để khai thác lợi thế

- Nằm trong khu vực cường độ bức xạ mặt trời cao với cường độ bức xạ trực tiếp hằng năm (DNI) đạt 2.500 Kwh/m², hầu hết các khu vực này đều có địa hình bằng phẳng với độ dốc dưới 1%. Do vậy, nhìn tổng thể, Nam Phi có tiềm năng lớn để xây dựng các nhà máy điện năng lượng mặt trời với tổng công suất tới 550 Gw, lớn gấp 3,3 - 5,4 lần so với nhu cầu sử dụng điện của nước này cho năm 2025.

- Nam Phi có ngành công nghiệp tương đối phát triển, có khả năng cung ứng thiết bị cho các dự án năng lượng mặt trời. Nam Phi đã xác định, việc tăng trưởng của công nghệ năng lượng mặt trời sẽ là cơ hội tạo ra công ăn việc làm cho các ngành công nghiệp trong nước và có thể tạo ra nguồn thu nhập ngoại tệ từ việc xuất khẩu công nghệ, đặc biệt, nếu Nam Phi trở thành quốc gia đi đầu tại châu Phi trong phát triển loại hình công nghệ này.

- Nam Phi có chủ trương chiến lược đúng. Chính phủ Nam Phi cũng đã xác định sẽ tiến hành chiến lược hai điểm đối với việc triển khai hệ thống CSP. Một mặt, tập trung vào việc xây dựng các công nghệ khả thi nhất, chủ yếu là hệ thống chảo pa-ra-bon; mặt khác tiến hành công tác nghiên cứu theo chiều sâu, để tiến tới tự chủ trong sản xuất, lắp ráp và bảo dưỡng các thiết bị thuộc hệ thống bộ thu trung tâm và hệ thống tuyến tính Phret-xneo (Fresnel).

Về công nghệ đổi mới và cải tiến, cho đến nay, Nam Phi mới lắp đặt thành công một dự án tập trung năng lượng mặt trời với công suất 25Kw. Đây là dự án đầu tiên và duy nhất, do vậy họ còn thiếu rất nhiều kinh nghiệm thực tiễn về công nghệ CSP. Trên thực tế, để bắt đầu một dự án CSP công suất lớn, đòi hỏi phải đầu tư lớn các công nghệ, nhất là công nghệ chảo pa-ra-bon cũng như nhập khẩu công nghệ lưu nhiệt. Việc nhập khẩu các công nghệ như vậy hết sức tốn kém đã tạo ra quan ngại trong việc triển khai các dự án lớn về năng lượng mặt trời. Các công nghệ khác hiện cũng chưa được thương mại hóa rộng rãi, đặc biệt là giải pháp lưu nhiệt mới và các thiết bị quy mô nhỏ cho việc triển khai CSP, điều này đã kéo theo những khó khăn trong việc chuyển giao công nghệ hoặc mua bán các loại thiết bị này.

Về công nghiệp chế tạo, Nam Phi đã có một số ngành công nghiệp có khả năng hỗ trợ phát triển CSP, ngành công nghiệp xây dựng cũng đã có ít nhiều kinh nghiệm tiến hành một số dự án. Do vậy, việc triển khai các dự án CSP được coi là cơ hội để tạo thêm nhiều việc làm mới. Tuy nhiên, Nam Phi chưa có kinh nghiệm trong việc triển khai các dự án lớn và đây là một khó khăn không nhỏ khi triển khai hệ thống CSP. Theo các chuyên gia nước ngoài, Nam Phi cần phải huy động được các sáng kiến và kinh nghiệm quản lý từ đối tác. Các sáng kiến này sẽ khuyến khích các công ty nước ngoài thiết lập và bố trí các phương tiện thử nghiệm về CSP tại Nam Phi. Theo đó, các địa phương có cơ hội để lấy các CSP làm dự án chính trong kế hoạch điện khí hóa của địa phương mình.

Về cơ chế và chính sách, Chính phủ Nam Phi đã ban hành Biểu giá và chính sách hỗ trợ năng lượng tái tạo, nhưng quy chế này chưa đủ sức thu hút và khuyến khích đầu tư vào hệ thống CSP. Với việc Nam Phi có ít kinh nghiệm về sản xuất thiết bị hoặc quy trình công nghệ, các nhà đầu tư cho rằng, đầu tư vào lĩnh vực này sẽ gặp nhiều rủi ro và họ chỉ quan tâm đến việc đầu tư vào các dự án có tính khả thi và hiệu quả cao. Do vậy, thực tiễn ở Nam Phi đang đòi hỏi cơ quan quản lý năng lượng nước này cần phải có chính sách mới để thu hút cả công nghệ và tài chính cho các dự án phát triển năng lượng mặt trời. Có thể coi đây là khâu đột phá để vượt qua khó khăn về đổi mới công nghệ và công nghiệp chế tạo.

Ngoài ra còn phải kể đến những khó khăn cần phải vượt qua là: nước làm mát hệ thống gương và hệ thống chuyển tải điện năng. Trong giai đoạn đầu, việc cung cấp nước cho các nhà máy CSP chưa phải là vấn đề khó khăn. Tuy nhiên, đến giai đoạn mở rộng và giai đoạn triển khai đại trà, với khoảng 10 - 40 nhà máy được xây dựng mỗi năm, việc cung cấp nước sẽ là vấn đề nan giải đối với Nam Phi. Tính trung bình, mỗi nhà máy cần đến 300.000m³ nước mỗi năm cho việc làm mát và làm sạch hệ thống gương.

Khai thác nguồn lực tài chính theo từng giai đoạn

Nam Phi xác định sự hỗ trợ quốc tế là rất quan trọng trong việc đẩy mạnh tiến độ xây dựng hệ thống CSP. Theo đó, Nam Phi sẽ tập trung huy động nguồn lực tài chính dưới các dạng khác nhau và ở các thời điểm khác nhau.

Giai đoạn đầu (2010 - 2015), tài chính sẽ được huy động dưới dạng đầu tư thương mại. Các nhà quản lý Nam Phi cho rằng, cần phải huy động từ các nguồn kinh phí hỗ trợ cho nghiên cứu và phát triển (R&D) các nguồn trợ cấp từ quỹ chống biến đổi khí hậu như Quỹ Công nghệ sạch của Ngân hàng Thế giới.

Giai đoạn mở rộng (2016 - 2030), nguồn lực tài chính được huy động thông qua việc xây dựng các quỹ hành động chống biến đổi khí hậu quốc gia dưới dạng các khoản vay ưu đãi, hoặc quỹ bảo đảm.

Giai đoạn triển khai đại trà (2030 - 2050) công nghệ CSP sẽ dần dần đạt đến mức độ thương mại hóa, các nguồn lực từ tư nhân sẽ tham gia ngày càng lớn hơn. Ngoài ra, các khoản tài chính công cũng sẽ đóng vai trò quan trọng để đạt được quy mô nguồn lực tài chính như đã hoạch định. Trong giai đoạn này, nguồn lực tài chính được huy động sẽ dưới dạng cho vay dài hạn, bảo đảm hoặc quỹ cac-bon.

Đầu tư công nghệ thử nghiệm

Mặc dù cộng đồng quốc tế đã và đang hỗ trợ Nam Phi thông qua việc cung cấp tài chính cho chương trình chuyển đổi năng lượng và năng lượng tái sinh, các nghiên cứu sâu hơn nhằm phát triển và triển khai CSP cần phải được đẩy mạnh. Theo hướng này, Nam Phi đã xây dựng dự án hỗ trợ chương trình phát triển năng lượng tái tạo và sáng kiến năng lượng mặt trời (REMT). Dự án REMT tập trung hỗ trợ Bộ Khoáng sản và Năng lượng cũng như một số bộ, ngành khác của Chính phủ trong việc xây dựng năng lực phát triển chính sách, khuôn khổ quy định, cơ chế tài chính và đánh giá nguồn lực. Từ năm 2009, Quỹ Môi trường toàn cầu đã hỗ trợ cho chương trình REFIT 6 triệu USD trong vòng 4 năm. Sự hỗ trợ quốc tế nhằm vào việc khai thác các nhà máy CSP thử nghiệm, để củng cố khả năng triển khai thương mại của các công nghệ khác nhau, giảm giá thành sản phẩm...

Hệ thống truyền tải điện hiện nay tập trung chủ yếu ở khu vực Đông và Đông Nam của đất nước, trong khi các nhà máy điện CSP lại chủ yếu sẽ được triển khai tại khu vực phía Tây và Tây Bắc, do vậy Chính phủ Nam Phi cần phải mở rộng dung lượng của hệ thống truyền tải tại khu vực Tây và Tây Bắc. Trong đó, việc huy động nguồn lực tài chính quốc tế là vấn đề được đặt vào vị trí ưu tiên cao. Theo kế hoạch, trong giai đoạn đầu (2010 - 2015), Nam Phi sẽ xây dựng đường dây 765 KV từ U-ping-tơn (Upington) đến Hi-đra (Hydra) nhằm tăng cường khả năng cho đường trục này, cho phép nâng cao khả năng truyền tải đến các khu vực khác của Nam Phi. Trong giai đoạn mở rộng (2016 - 2030), Nam Phi sẽ xây dựng đường dây nối liền khu vực Oét-xtơn Cap (Western Cape), Oét Cốt (West Coats), Nam-mi-bi-a và Graau- ten-gơ (Grauteng). Chi phí cho việc xây dựng hệ thống này sẽ lên tới khoảng 12 tỉ USD nhằm bảo đảm cho hệ thống có thể truyền tải được năng lượng 75.000 tỉ Gwh từ các nhà máy CSP. Đến giai đoạn triển khai đại trà, Nam Phi sẽ đạt mục tiêu 460.000 tỉ Gwh điện năng từ các nhà máy CSP và hệ thống truyền tải sẽ tăng dung lượng lên 6 lần so với hiện nay. Tổng chi phí cho đến giai đoạn triển khai đại trà sẽ là 100 tỉ USD.

Các chuyên gia kinh tế nước ngoài cho rằng, Chiến lược phát triển điện năng sử dụng năng lượng mặt trời của Nam Phi là một “siêu dự án”, bởi nó theo đuổi mục tiêu đáp ứng tới 55% nhu cầu điện năng toàn quốc, giảm thiểu 8,3 triệu tấn khí thải vào năm 2050 và đòi hỏi Chính phủ đầu tư hàng trăm tỉ USD cho dự án này. Tuy nhiên, CSP là một “siêu dựa án” mang tính khả thi cao, bởi trong khi nghèo về tiềm năng dầu mỏ và khí đốt, Nam Phi lại có tiềm năng rất lớn để phát triển điện năng từ nguồn năng lượng mặt trời. Hơn nữa, CSP còn được xem như một “chỉ dẫn” đúng đắn nhất về giải pháp tham gia chống biến đổi khí hậu của các quốc gia hiện nay.

Việt Nam là một quốc gia thuộc vùng xích đạo, có tiềm năng bức xạ mặt trời vào loại cao trên thế giới, với số giờ nắng trung bình 1.600-2.700giờ/năm, cường độ bức xạ bình quân vào khoảng 1.350 – 2.150kWh/m2/năm, Vì thế, Chiến lược năng lượng điện mặt trời của Nam Phi là một lời giải rất cần được các nhà nghiên cứu và hoạch định chiến lược năng lượng quốc gia của Việt Nam quan tâm./.

Tài liệu tham khảo

1. Gizmag/Tinhte: Nam Phi quyết tâm xây dựng trạm điện mặt trời 5GW lớn nhất thế giới. 3ce.vn. 14-12-2010

2. Lê Hải: Nam Phi: Hướng tới nguồn năng lượng sạch. baotintuc.vn. 7-12-2010

3. Xinhua, AP: Nam Phi gia nhập Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc tế. ĐCSVN. 18-01-2010

4. Bùi Quang Hưng: Một số vấn đề từ chương trình phát triển năng lượng điện mặt trời tại Nam Phi. Tạp chí Kiến thức quốc phòng hiện đại. Số 3-2011, tr 84