Huy động 2.600 tấm pin mặt trời phủ kín hồ nhân tạo: Giảm tới 70% điện lưới, dự kiến tạo ra 2 GWh điện mỗi năm, đáp ứng cho hàng trăm hộ gia đình

Đức vừa đưa vào vận hành một mô hình điện mặt trời nổi hoàn toàn mới trên một hồ nhân tạo ở bang Bavaria, mở ra hướng khai thác năng lượng tái tạo mà không phải đánh đổi đất nông nghiệp hay tác động đáng kể đến hệ sinh thái mặt nước.

Dự án được xây dựng tại hồ Jais, thuộc huyện Starnberg, bang Bavaria. Đây được xem là hệ thống điện mặt trời nổi dạng thẳng đứng đầu tiên trên thế giới.

Nhà máy có công suất lắp đặt 1,87 MW, dự kiến sản xuất khoảng 2 GWh điện mỗi năm. Điều đáng chú ý là toàn bộ hệ thống chỉ chiếm 4,65% diện tích mặt hồ, thấp hơn rất nhiều so với ngưỡng tối đa 15% mà luật pháp Đức cho phép đối với các dự án điện mặt trời nổi.

Tận dụng hồ nhân tạo thay vì chiếm đất nông nghiệp

Điện mặt trời nổi (Floating PV) là công nghệ lắp đặt các tấm pin trên các cấu trúc nổi đặt trên mặt nước.

Mục tiêu của công nghệ này không phải biến mọi hồ nước thành nhà máy điện, mà tận dụng các mặt nước nhân tạo như hồ khai thác đá, hồ chứa nước, mỏ ngập nước hoặc các khu khai khoáng đã ngừng hoạt động.

Các dự án điện mặt trời quy mô lớn thường vấp phải phản đối khi chiếm dụng đất nông nghiệp, rừng hoặc làm thay đổi cảnh quan. Trong khi đó, những hồ nhân tạo vốn là "dấu tích" của hoạt động khai thác công nghiệp có thể được tận dụng để tạo ra nguồn năng lượng sạch mà không phát sinh xung đột về sử dụng đất.

Theo Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems, điện mặt trời nổi có thể giúp mở rộng nguồn năng lượng tái tạo mà không tiêu tốn thêm quỹ đất vốn ngày càng khan hiếm.

Thiết kế dựng đứng giúp tăng hiệu quả

Thông thường, các tấm pin mặt trời được đặt nghiêng hướng về phía Mặt Trời để tối đa hóa sản lượng điện.

Tại hồ Jais, khoảng 2.600 tấm pin hai mặt được dựng thẳng đứng theo hướng Đông và Tây.

Thiết kế này giúp hệ thống hấp thụ ánh sáng hiệu quả hơn vào buổi sáng và chiều tối, những khoảng thời gian mà các hệ thống điện mặt trời truyền thống thường cho sản lượng thấp.

Điều này đặc biệt có ý nghĩa bởi nhu cầu tiêu thụ điện của hộ gia đình và doanh nghiệp thường tăng cao vào đầu ngày hoặc cuối ngày, thay vì chỉ tập trung vào giữa trưa.

Các hàng pin được bố trí cách nhau bằng những hành lang nước rộng khoảng 4 m, trong khi hệ thống ổn định bên dưới chìm khoảng 1,6 m để chống chịu gió mạnh và biến động mực nước.

Hồ nước vẫn nhận đủ ánh sáng và oxy

Một trong những mối quan tâm lớn nhất đối với điện mặt trời nổi là nguy cơ làm thay đổi hệ sinh thái hồ nước.

Nếu che phủ quá nhiều diện tích mặt nước, hệ thống có thể làm giảm ánh sáng xuyên xuống nước, ảnh hưởng đến nhiệt độ, lượng oxy hòa tan và sự phát triển của sinh vật thủy sinh.

Đó là lý do Đức áp dụng các quy định khá nghiêm ngặt đối với loại hình này. Các dự án chỉ được triển khai trên hồ nhân tạo hoặc nguồn nước đã bị tác động mạnh bởi con người, đồng thời không được che phủ quá 15% diện tích mặt nước và phải cách bờ ít nhất 40m.

Dự án Jais hiện thấp hơn rất nhiều so với ngưỡng này khi chỉ sử dụng 4,65% diện tích hồ.

Theo các quan sát ban đầu, cấu trúc của nhà máy vẫn cho phép ánh sáng mặt trời chiếu xuống nước và duy trì quá trình trao đổi oxy tự nhiên. Các bộ phận nổi của hệ thống thậm chí còn trở thành nơi trú ngụ của cá và các loài chim nước sinh sản.

Giảm tới 70% lượng điện mua từ lưới

Lợi ích kinh tế cũng xuất hiện gần như ngay lập tức.

Doanh nghiệp khai thác sỏi gắn với dự án cho biết trong giai đoạn đầu vận hành, lượng điện mua từ lưới đã giảm khoảng 60%. Khi hệ thống đạt công suất ổn định, tỷ lệ này có thể lên tới 70%.

Điều đó giúp doanh nghiệp giảm đáng kể tác động từ các biến động giá điện. Dự án hiện đã lên kế hoạch mở rộng thêm 1,7 MW công suất trong giai đoạn tiếp theo, trong khi tổng diện tích che phủ mặt hồ vẫn được duy trì dưới 10%.

Tiềm năng lớn cho châu Âu

Theo nghiên cứu phối hợp giữa tập đoàn năng lượng RWE và Fraunhofer ISE, Đức hiện có 6.043 hồ nhân tạo có diện tích từ 1ha trở lên, với tổng diện tích vượt 89.000 ha.

Khoảng 70% trong số đó là các hồ hình thành từ hoạt động khai thác sỏi, tương tự hồ Jais.

Theo ước tính, trong các điều kiện kỹ thuật và môi trường hiện nay, Đức có thể lắp đặt tới 2.500 MW điện mặt trời nổi trên các vùng nước nhân tạo nếu áp dụng thiết kế pin dựng đứng theo hướng Đông Tây.

Hiệp hội SolarPower Europe nhận định điện mặt trời nổi đang dần trở thành một giải pháp năng lượng quan trọng tại châu Âu, thay vì chỉ là một công nghệ thử nghiệm.

Biến hồ khai thác bỏ hoang thành nguồn điện sạch

Các nhà phát triển cho biết thiết kế này phù hợp với những hồ nhân tạo có độ sâu từ khoảng 1,6m trở lên, bao gồm hồ khai thác đá, hồ khai thác sỏi và nhiều vùng nước công nghiệp khác.

Những ứng dụng ngoài khơi cũng đang được nghiên cứu.

Hiện tại, bài học từ hồ Jais khá rõ ràng: một hồ khai thác công nghiệp cũ hoàn toàn có thể trở thành nguồn điện sạch mà không phải hy sinh đất nông nghiệp và cũng không làm biến mất hệ sinh thái mặt nước.

Nếu các kết quả giám sát tiếp tục khả quan, điện mặt trời nổi dạng thẳng đứng có thể trở thành một công cụ mới trong chiến lược chuyển đổi năng lượng của châu Âu.

Theo Ecotias