Tài liệu Mô hình sản xuất năng lượng tái tạo bền vững từ thực tiễn tỉnh thái nguyên

LỜI CAM ĐOAN VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC XÃ HỘI VIỆT NAM HỌC HỌCcứu XÃđộc HỘI Tôi xin cam đoan đây VIỆN là côngKHOA trình nghiên lập của riêng tôi. Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các số liệu trích dẫn trong quá trình nghiên cứu đều được ghi rõ nguồn gốc. PHẠM HƯƠNG GIANG Tác giả MÔ HÌNH SẢN XUẤT NĂNG LƯỢNG TÁIPhạm TẠOHương BỀN VỮNG Giang TỪ THỰC TIỄN TỈNH THÁI NGUYÊN Chuyên ngành: Phát triển bền vững Mã số : Thí điểm LUẬN VĂN THẠC SĨ PHÁT TRIỂN BỀN VỮNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. BÙI QUANG TUẦN HÀ NỘI, 2016 LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu và viết luận văn tôi đã nhận được sự quan tâm hướng dẫn giúp đỡ của nhiều tập thể, cá nhân trong và ngoài trường. Tôi xin chân thành cảm ơn sự quan tâm dạy bảo của các thầy cô giáo trong Học Viện Khoa học xã hội, tôi xin chân thành cảm ơn đến Sở Khoa học và công nghệ Thái Nguyên, Viện Khoa học năng lượng đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn một cách tốt nhất. Đặc biệt tôi xin được gửi lời cảm ơn tới PGS.TS. Bùi Quang Tuấn đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình cho tôi trong quá trình thực tập để tôi hoàn thành tốt luận văn này. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị, bạn bè đã tạo điều kiện và khích lệ tôi hoàn thành khoá luận. Hà Nội, ngày 28 tháng 7 năm 2016 Tác giả Phạm Hương Giang MỤC LỤC MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO ................................................................................................................................ 9 1.1. Cơ sở lý luận về năng lượng tái tạo .................................................................. 9 1.2. Cơ sở thực tiễn về năng lượng tái tạo............................................................ 25 Chương 2 HIỆN TRẠNG KHAI THÁC CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN ................................................ 35 2.1. Khái quát về đối tượng nghiên cứu ................................................................ 35 2.2. Thực trạng khai thác nguồn năng lượng tái tạo trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên .............................................................................................................................. 43 2.3. Đánh giá về thực trạng khai thác các nguồn năng lượng tái tạo trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên............................................................................................................. 48 Chương 3 ĐỀ XUẤT MỘT SỐ MÔ HÌNH SẢN XUẤT NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO BỀN VỮNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN .......................... 55 3.1. Quan điểm và mục tiêu phát triển các mô hình sản xuất năng lượng tái tạo bền vững trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên……………….....……………………...….... 55 3.2 Dự báo nhu cầu điện đến năm 2020 của tỉnh Thái Nguyên…........................... 56 3.3. Các giải pháp để phát triển các mô hình năng lượng tái tạo bền vững trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên ............................................................................................ 57 3.4. Một số kiến nghị ............................................................................................ 75 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 880 DANH MỤC VIẾT TẮT PTBV: Phát triển bền vững KNK: Khí nhà kính NLTT: Năng lượng tái tạo NLMT: Năng lượng mặt trời TĐCN: Thủy điện cực nhỏ NLSK: Năng lượng sinh khối KSH: Khí sinh học ĐMT: Điện mặt trời DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Tổng hợp giá trị tổng xạ trung bình ngày trong năm và số giờ nắng của một số khu vực khác nhau ở Việt Nam .....................................................................14 Bảng 1.2: Tổng hợp nguồn năng lượng từ nguyên liệu sinh khối ............................16 Bảng 1.3: Chi phí cho sản xuất điện từ năng lượng tái tạo .......................................17 Bảng 1.4: Bộ chỉ thị đánh giá tính bền vững về môi trường 2000 - 2011 ................36 Bảng 2.1: Tốc độ tăng GDP của tỉnh Thái Nguyên thời kỳ 2000 - 2011 .................37 Bảng 2.2: Số lượng cơ sở y tế ...................................................................................38 Bảng 2.3: Lao động làm việc trong nền kinh tế tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 20012011 ...........................................................................................................................39 Bảng 2.4: Diễn biến tiêu thụ điện năng qua các năm tỉnh Thái Nguyên ..................41 Bảng 2.5. Tiềm năng phát triển thủy điện nhỏ tỉnh...................................................43 Bảng 2.6: Các trạm thủy điện nhỏ hiện có tỉnh Thái Nguyên ...................................44 Bảng 3.1: Nhu cầu điện toàn tỉnh Thái Nguyên ........................................................56 Bảng 3.2. Thông tin chung về các hộ sử dụng bình nước nóng năng lượng mặt trời ...................................................................................................................................65 Bảng 3.3 Số tiền tiết kiệm hàng tháng ......................................................................66 Bảng 3.4. Khả thi tài chính của hệ thống năng lượng mặt trời .................................67 Bảng 3.5. Thông số mô hình sản xuất khí sinh học hộ gia đình ...............................72 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sự phát triển năng lượng gió của một số quốc gia ....................................27 Hình 1.2: Các tuabin gió tại Bạc Liêu .......................................................................28 Hình 2.1: Tốc độ tăng GDP của tỉnh Thái Nguyên thời kỳ ......................................36 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Phát triển bền vững hệ thống năng lượng và đảm bảo an ninh năng lượng là ưu tiên trọng điểm trong chính sách năng lượng của Việt Nam. Theo Quyết định số 1393/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Chiến lược Quốc gia về Tăng trưởng xanh thì một trong những nhiệm vụ chiến lược quốc gia là giảm cường độ phát thải khí nhà kính (KNK) và thúc đẩy sử dụng năng lượng sạch, năng lượng tái tạo; thực hiện xanh hóa sản xuất; xanh hóa lối sống và thúc đẩy tiêu dùng bền vững. Mục tiêu này được thực hiện thông qua các giải pháp như: thay đổi cơ cấu nguồn năng lượng theo hướng giảm năng lượng từ nguồn nhiên liệu hóa thạch, khuyến khích khai thác sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo (NLTT), ít phát thải KNK và tăng tỷ trọng các nguồn NLTT trong sản xuất và tiêu thụ năng lượng ở các địa phương và trên toàn quốc. Tuy nhiên, nguồn năng lượng ở nước ta hiện nay chủ yếu là các dạng nhiên liệu hóa thạch như than đá và dầu khí. Các nguồn NLTT như sinh khối, năng lượng gió, mặt trời, địa nhiệt… hiện mới chiếm tỷ lệ nhỏ, khoảng 2% tổng nguồn cung năng lượng. Trong khi đó, nghiên cứu cho thấy nếu khai thác được hiệu quả tiềm năng NLTT trong nước, đặc biệt là các nguồn sinh khối, gió, mặt trời, sẽ góp phần bảo đảm an ninh năng lượng và giảm tác động tiêu cực tới môi trường. Theo Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2011-2015, có xét đến 2020, sản lượng điện thương phẩm năm 2015 dự kiến đạt 2.360 triệu kWh, năm 2020 đạt 3.867 triệu kWh, tốc độ tăng trưởng điện thương phẩm giai đoạn 2010-2015 là 13,2%; giai đoạn 2015-2020 là 10,4%. Bên cạnh đó, tỉnh Thái Nguyên đặt mục tiêu đẩy nhanh chương trình đưa điện về nông thôn phấn đấu đến trước năm 2015 đạt 100% số hộ nông thôn có điện. Để đảm bảo cung cấp đủ nguồn năng lượng cho phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt với các hộ tiêu thụ là người dân tộc thiểu số, việc xây dựng mô hình sản xuất NLTT là rất cần thiết, sẽ góp phần cung cấp năng lượng cho những khu vực chưa được cấp điện lưới quốc gia. 1 Trong bối cảnh đó, Thái Nguyên có nhiều tiềm năng và cơ hội khai thác nguồn NLTT tại địa phương, góp phần thực hiện Chiến lược quốc gia về năng lượng và Chiến lược Tăng trưởng xanh. Là một tỉnh miền núi, nằm trong vùng Trung du và Miền núi Bắc bộ với diện tích tự nhiên là 3.541,5015 km2. Với vị trí địa lý là một trong những trung tâm kinh tế chính trị của Việt Bắc nói riêng và đồng bằng Trung du miền núi Đông Bắc nói chung, Thái Nguyên là một cửa ngõ giao lưu kinh tế xã hội giữa vùng trung du miền núi và vùng đồng bằng Bắc Bộ tạo điều kiện thuận lợi phát triển kinh tế - xã hội. Tiềm năng phát triển năng lượng sinh khối trên địa bàn tỉnh là tương đối lớn, với sản lượng nông - lâm sản hàng năm luôn ổn định ở mức tương đối cao. Tính chung cả năm 2012, diện tích gieo trồng cây hàng năm đạt 119,07 nghìn ha, tương đương năm 2011. Diện tích chè trồng mới và trồng lại cả năm 2012 toàn tỉnh là 1.271 ha và toàn bộ là chè cành (chè trồng mới ước đạt 516 ha và chè trồng cải tạo là 755 ha), bằng 127% so với kế hoạch và tăng 11,4% so với trồng năm 2011. Tổng diện tích trồng rừng mới tập trung trên địa bàn năm 2012 đạt 4.890 ha, bằng 113,7% kế hoạch và bằng 81,9% so với năm 2011. Thái Nguyên có nhiều dãy núi cao chạy theo hướng Bắc Nam, thấp dần xuống phía nam và chấm dứt ở đèo Khế. Tổng số giờ nắng trong năm dao động từ 1.300 đến 1.750 giờ và phân phối tương đối đều cho các tháng trong năm nên nguồn năng lượng mặt trời cũng rất đáng kể. Hệ thống sông suối khá dày đặc với hai sông chính là: Sông Công có lưu vực 951 km2 bắt nguồn từ vùng núi Ba Lá huyện Định Hoá chạy dọc theo chân núi Tam Đảo và Sông Cầu nằm trong hệ thống sông Thái Bình có lưu vực 3.480 km2 bắt nguồn từ chợ Đồn chảy theo hướng Bắc - Đông Nam. Với lượng mưa hàng năm tương đối lớn và một hệ thống sông suối khá dày đặc tạo, Thái Nguyên có những lợi thế nhất định để tận dụng và khai thác tiềm năng thuỷ điện nhỏ ở địa phương. Để tận dụng và khai thác tiềm năng của các nguồn NLTT đó, rất cần thiết phải có các mô hình khai thác và sử dụng hiệu quả các nguồn năng lượng này. 2 Với mục tiêu đề xuất mô hình sản xuất sử dụng NLTT phù hợp, khai thác được các thế mạnh, tiềm năng của địa phương, tôi đã thực hiện luận văn “Mô hình sản xuất năng lượng tái tạo bền vững từ thực tiễn tỉnh Thái Nguyên”. 2. Tình hình nghiên cứu đề tài Báo cáo về việc “Đánh giá tiềm năng và hiện trạng khai thác NLTT tại Việt Nam” được thực hiện bởi Viện Khoa học năng lượng năm 2014 đã cho thấy rằng hệ thống năng lượng Việt Nam luôn dựa trên ba trụ cột chính là dầu khí, than đá và điện lực. Thủy điện chiếm tỉ trọng lớn trong cơ cấu sản xuất điện Việt Nam. Về hiện trạng tiêu thụ năng lượng, giai đoạn 2000-2009, tổng tiêu thụ năng lượng sơ cấp của Việt Nam tăng trưởng trung bình 6,54%/năm và đạt 57 triệu TOE vào năm 2009. Tiêu thụ than tăng trung bình 12,12%/năm, xăng dầu tăng 8,74%/năm, khí tăng 22,53%/năm, điện tăng 14,33%/năm, đạt 74,23 tỷ kWh năm 2009. Tuy vậy, quy mô và hiệu quả ngành năng lượng còn thấp, biểu hiện ở chỉ tiêu năng lượng trên đầu người còn thấp xa với trung bình của thế giới, ngược lại, cường độ năng lượng cao hơn gần gấp hai lần trung bình thế giới. Trạng thái an ninh năng lượng Việt Nam chưa được bảo đảm, hiện tượng xa thải phụ tải điện xảy ra thường xuyên vào kỳ cao điểm. Dự trữ dầu quốc gia chưa đủ khả năng bình ổn giá khi xay ra khủng hoảng giá dầu trên thị trường quốc tế. Nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng Việt Nam sẽ phải đối mặt với nguy cơ thiếu hụt nguồn năng lượng trong tương lai không xa. Chúng ta sẽ trở thành nước nhập khẩu năng lượng trước năm 2020. Nếu không đảm bảo được kế hoạch khai thác các nguồn năng lượng nội địa hợp lý, tình huống phải nhập khẩu năng lượng sẽ xuất hiện vào khoảng năm 2015. Điều đó cho thấy vấn đề năng lượng của Việt Nam sẽ chuyển từ giới hạn trong phạm vi một quốc gia thành một phần của thị trường quốc tế và chịu sự tác động thay đổi của nó. Việc xem xét phát triển các nguồn năng lượng khác bên cạnh các nguồn năng lượng cơ bản ngày càng trở nên quan trọng trong cơ cấu nguồn năng lượng Việt Nam trong tương lai, đặc biệt là các nguồn năng lượng tái tạo. Theo đánh giá của các nhà khoa học Viện Khoa học năng lượng, trong các nguồn năng lượng tái 3 tạo, trong tương lai, nguồn địa nhiệt có thể khai thác tổng cộng khoảng 340 MW; Năng lượng mặt trời, gió, tổng cộng tiềm năng phát triển cả hai loại hình dự báo có thể đạt tới 800-1000 MW vào năm 2025; Tiềm năng sinh khối được đánh giá vào khoảng 43-46 triệu TOE/năm. Việc phát triển nguồn năng lượng mới này không chỉ giải quyết vấn đề cân bằng cung cầu năng lượng, an ninh năng lượng mà còn góp phần quan trọng giảm phát thải khí nhà kính, chống biến đổi khí hậu toàn cầu. Trong báo cáo “Nghiên cứu phương án tổng thể khai thác và sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng Việt Nam” của PGS.TS. Bùi Huy Phùng cho thấy, các dự án thí điểm về việc sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng tại Việt Nam trước đây đều mang nặng tính trình diễn, chưa gắn được với thị trường và nhu cầu thực tiễn nên khi kết thúc dự án cũng là lúc xuất hiện hỏng hóc và dần đến ngưng trệ. Mặt khác, do phần lớn các công nghệ năng lượng tái tạo đắt đỏ, vận hành, bảo dưỡng khá phức tạp trong khi chúng thường được ứng dụng cho các khu vực nông thôn, miền núi. Đặc biệt, khả năng sinh lợi của các dạng năng lượng này thấp, rủi ro cao, cơ sở pháp lý, thể chế thiếu, chưa đồng bộ... nên ít hấp dẫn các nhà đầu tư. Trong khi đó, tiềm năng về nguồn năng lượng tái tạo ở Việt Nam rất lớn; công suất lắp đặt thủy điện nhỏ vào khoảng từ 1.600-2.000MW, tiềm năng xây dựng điện gió có thể đạt khoảng 400MW từ nay đến năm 2020, tổng tiềm năng công suất điện dựa trên công nghệ đồng phát từ nguồn năng lượng sinh khối cũng ước khoảng 400MW, điện địa nhiệt từ 200-340MW.... Ở các tỉnh từ Thừa Thiên Huế trở vào, tiềm năng điện mặt trời là tốt nhất. Hiện tại, Việt Nam đang có một số thử nghiệm dùng khí biogas để phát điện với tiềm năng khoảng 10 tỷ m3/năm. Điện khí sinh học từ rác thải sẽ là xu thế phát triển trong những năm tới. Dự báo trong giai đoạn đến năm 2030, suất đầu tư công nghệ, giá thành sản xuất năng lượng tái tạo sẽ giảm đáng kể và có cơ sở để có thể cạnh tranh được với năng lượng truyền thống, kể cả điện lưới. Tỷ trọng của năng lượng tái tạo trong tổng tiêu thụ năng lượng của nhiều quốc gia sẽ đạt từ 10-15%, thậm chí cao hơn vào năm 2020 và sẽ đạt khoảng 40-50% vào những năm giữa thế kỷ 21 này. Theo 4 đánh giá của các chuyên gia kinh tế, trong chiến lược và chính sách năng lượng Việt Nam đến năm 2020 cần thiết phải có được lộ trình phát triển chung và riêng cho từng loại năng lượng tái tạo và có các chính sách phù hợp đối với loại nguồn năng lượng này. Cho đến thời điểm này đã có nhiều nghiên cứu về tiềm năng, hiện trạng khai thác và các mô hình sản xuất sử dụng năng lượng tái tạo với quy mô toàn quốc song lại chưa có nhiều nghiên cứu cụ thể dành riêng cho từng địa phương nói chung hay trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên nói riêng. Có thể thấy rằng mặc dù có tiềm năng NLTT ở Thái Nguyên khá lớn song sự phát triển của các dạng NLTT trên địa bàn tỉnh vẫn chưa được khai thác tương xứng với tiềm năng. Nguồn năng lượng sinh khối mới chỉ dùng để phát nhiệt phục vụ nhu cầu sinh hoạt. Năng lượng mặt trời, một số hộ gia đình dùng để đun nước nóng sinh hoạt. Gần đây, Thái Nguyên đang triển khai dự án hoạt động: “Xây dựng mô hình cấp nước ứng dụng công nghệ bơm sử dụng năng lượng mặt trời cho trạm cấp nước tập trung” do Chính phủ Đan Mạch tài trợ. Dự án được xây dựng tại trường Trung học phổ thông Dân tộc nội trú Bình Yên, Huyện Định Hóa, tỉnh Thái Nguyên với mục tiêu xây dựng thí điểm hệ thống cấp nước áp dụng loại bơm sử dụng năng lượng tái tạo từ năng lượng mặt trời cho công suất 4m3/h phục vụ cho 1.489 học sinh và giáo viên tại trường Dân tộc nội trú Bình Yên, huyện Định Hóa. Tuy nhiên hiện chưa có dự án nào dùng nguồn năng lượng này cho sản xuất điện. Với tiềm năng về các nguồn NLTT của tỉnh đã phân tích ở trên thì việc ứng dụng NLTT để cung cấp năng lượng cho những hộ chưa có điện lưới quốc gia là khả thi và thiết yếu. Tỉnh cần có định hướng để từ đó có các chính sách và cơ chế để khuyến khích phát triển nguồn năng lượng xanh, sạch và hiệu quả này. 3. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 3.1 Mục tiêu chung Mục tiêu của luận văn: Nghiên cứu thực trạng khai thác NLTT của tỉnh Thái Nguyên và đề xuất mô hình sản xuất sử dụng NLTT phù hợp với điều kiện địa phương. 5 3.2 Mục tiêu cụ thể - Hệ thống hóa cơ sở lý luận và thực tiễn về NLTT; - Làm rõ thực trạng khai thác và sử dụng các nguồn NLTT trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên; - Đề xuất một số giải pháp xây dựng mô hình sản xuất sử dụng NLTT bền vững từ thực tiễn tỉnh Thái Nguyên. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận văn là mô hình sản xuất sử dụng NLTT trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. Luận văn sẽ tập trung xem xét tiềm năng, tình hình khai thác, sản xuất, tiêu thụ năng lượng tái tạo, từ đó đề xuất ra mô hình sản xuất sử dụng NLTT phù hợp với tỉnh Thái Nguyên. - Phạm vi không gian: tỉnh Thái Nguyên. - Phạm vi thời gian: Sử dụng số liệu nghiên cứu giai đoạn 2007 – 2013. - Phạm vi nội dung: Tổng quan tiềm năng các nguồn NLTT trên địa bàn tỉnh, xem xét hiện trạng khai thác các nguồn NLTT trên địa bàn tỉnh, đánh giá hiện trạng cung cấp và tiêu thụ điện trên địa bàn, đề xuất mô hình sản xuất sử dụng NLTT có tính bền vững trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. 5. Phương pháp luận và phương pháp nghiên cứu Đề tài sử dụng phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp, bao gồm tài liệu về tình hình kinh tế - xã hội - năng lượng tỉnh Thái Nguyên trong một số năm gần đây, các văn bản, quy định, cơ chế chính sách liên quan đến NLTT của Chính phủ và của tỉnh, kết quả nghiên cứu của một số đề tài có liên quan; Phương pháp điều tra, khảo sát số liệu sơ cấp về tiềm năng, tình hình khai thác, tình hình tiêu thụ các dạng NLTT trên địa bàn tỉnh; Phương pháp phân tích và tổng hợp, phương pháp chuyên gia để đề xuất mô hình sản xuất năng lượng tái tạo phù hợp với địa phương. Để thực hiện các nội dung trên luận văn cần sử dụng các phương pháp nghiên cứu cụ thể bao gồm: - Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp 6  Tài liệu về tình hình kinh tế - xã hội – năng lượng tỉnh Thái Nguyên trong một số năm gần đây.  Các văn bản, quy định, cơ chế chính sách liên quan đến NLTT của Chính phủ và của tỉnh - Phương pháp thu thập và xử lý số liệu sơ cấp Tiến hành thu thập và xử lý số liệu về tiềm năng, tình hình khai thác, tình hình tiêu thụ các dạng NLTT trên địa bàn tỉnh. - Phương pháp phân tích và tổng hợp, phương pháp chuyên gia Sử dụng phương pháp phân tích, tổng hợp, chuyên gia đề xuất mô hình sản xuất năng lượng tái tạo phù hợp với địa phương. 6. Ý nghĩa lý luận và thực tiễn luận văn 6.1. Ý nghĩa lý luận của luận văn - Kết quả của luận văn góp phần cung cấp cho việc đưa ra các giải pháp chính sách sử dụng NLTT cho các khu vực chưa được cấp điện lưới quốc gia, giảm phát thải KNK. - Cung cấp thông tin, luận cứ khoa học phát triển năng lượng tái tạo trên địa bàn tỉnh, góp phần tăng cường thu hút đầu tư vào các mô hình sản xuất NLTT trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên, tạo cơ hội ứng dụng các công nghệ năng lượng tiên tiến, từ đó tạo việc làm, tăng thu nhập cho người lao động, cải thiện cơ sở hạ tầng kinh tế, góp phần cải thiện môi trường và phát triển bền vững kinh tế - xã hội của tỉnh Thái Nguyên. - Các giải pháp của luận văn cũng có thể được sử dụng làm cơ sở để đề xuất giải pháp hoàn thiện công tác quản lý nhà nước đối với phát triển NLTT; thu hút đầu tư vào các mô hình sản xuất sử dụng NLTT; định hướng lựa chọn các công nghệ NLTT là công nghệ thân thiện môi trường, giảm phát thải KNK, giảm các tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu. 6.2. Ý nghĩa thực tiễn của luận văn Đề tài có ứng dụng thực tiễn, kết quả đề tài có thể áp dụng triển khai trên địa bàn tỉnh, đặc biệt những khu vực chưa được nối điện lưới quốc gia. 7 7. Cơ cấu của luận văn: Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, luận văn bao gồm 3 chương: - Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn về năng lượng tái tạo - Chương 2: Hiện trạng khai thác các nguồn năng lượng tái tạo trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên - Chương 3: Đề xuất một số mô hình sản xuất năng lượng tái tạo trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên có tính bền vững 8 Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 1.1. Cơ sở lý luận về năng lượng tái tạo 1.1.1. Khái niệm về phát triển bền vững Để duy trì sự sống của bản thân và tiếp tục sự phát triển của nòi giống, ngay từ thời kỳ nguyên thuỷ của lịch sử nhân loại, con người đã có những hoạt động khai thác tài nguyên thiên nhiên, chế biến thành những vật phẩm cần thiết cho mình, hoặc để cải thiện những điều kiện thiên nhiên, tạo nên môi trường sống thích hợp với mình [13, tr. 213]. Trong lúc tiến hành những hoạt động đó, con người ít nhiều đã biết rằng mọi can thiệp vào tài nguyên thiên nhiên và môi trường luôn luôn có hai mặt lợi, hại khác nhau đối với cuộc sống trước mắt và lâu dài của con người. Một số kiến thức và biện pháp thiết thực để ngăn ngừa những tác động thái quá đối với môi trường đã được đúc kết và truyền đạt từ thế hệ này qua thế hệ khác dưới dạng những tín ngưỡng và phong tục. Trong các xã hội công nghiệp, với sự phát hiện những nguồn năng lượng mới, vật liệu mới và kỹ thuật sản xuất tiến bộ hơn nhiều, con người đã tác động mạnh mẽ vào tài nguyên thiên nhiên và môi trường, can thiệp một cách trực tiếp và nhiều khi thô bạo vào các hệ thiên nhiên. Để “chế ngự” thiên nhiên, con người nhiều khi đã tạo nên những mâu thuẫn sâu sắc giữa mục tiêu phát triển của xã hội loài người với các quá trình diễn biến của tự nhiên. Để đạt tới những năng suất cao trong sản xuất nông nghiệp, con người đã chuyển đổi các dòng năng lượng tự nhiên, cắt nối các mắt xích thức ăn vốn có của thiên nhiên, đơn điệu hoá các hệ sinh thái, sử dụng năng lượng bổ sung to lớn để duy trì những cân bằng nhân tạo mong manh. Đặc biệt là trong nửa cuối thế kỷ 20, sau những năm hồi phục hậu quả của thế chiến lần thứ hai, hàng loạt nước tư bản chủ nghĩa cũng như xã hội chủ nghĩa tiếp tục đi sâu vào công nghiệp hoá, nhiều nước mới được giải phóng khỏi chế độ thực dân cũng có điều kiện phát triển mạnh mẽ nền kinh tế của mình. Một số nhân tố mới như cách mạng khoa học và kỹ thuật, sự bùng nổ dân số, sự phân hoá các quốc gia về thu nhập đã tạo nên 9 nhiều nhu cầu và khả năng mới về khai thác tài nguyên thiên nhiên và can thiệp vào môi trường . Trật tự bất hợp lý về kinh tế thế giới đã tạo nên hai loại ô nhiễm: “ô nhiễm do thừa thãi” tại các nước tư bản chủ nghĩa phát triển và: “ô nhiễm do đói nghèo” tại các nước chậm phát triển về kinh tế. Có thể nói rằng mọi vấn đề về môi trường đều bắt nguồn từ phát triển [13, tr. 214]. Nhưng con người cũng như tất cả mọi sinh vật khác không thể ngừng tiến hoá và ngừng sự phát triển của mình. Đó là qui luật của sự sống, của tạo hoá mà vạn vật đều phải tuân theo một cách tự giác hay không tự giác. Con đường để giải quyết mâu thuẫn giữa môi trường và phát triển là phải chấp nhận phát triển, nhưng giữ sao cho phát triển không tác động một cách tiêu cực tới môi trường. Phát triển đương nhiên sẽ biến đổi môi trường, nhưng làm sao cho môi trường vẫn làm đầy đủ các chức năng: đảm bảo không gian sống với chất lượng tốt cho con người, cung cấp cho con người các loại tài nguyên cần thiết, tái xử lý các phế thải của hoạt động của con người, giảm nhẹ tác động bất lợi của thiên tai, duy trì các giá trị lịch sử văn hoá, khoa học của loài người. Hay nói một cách khác đó là: phát triển bền vững (PTBV). Thuật ngữ phát triển bền vững (phát triển bền vững – Sustainable Development) lần đầu tiên được sử dụng trong bản “Chiến lược bảo tồn thế giới” do IUCN đề xuất năm 1980. Mục tiêu tổng thể của Chiến lược là “đạt được sự phát triển bền vững bằng cách bảo vệ các tài nguyên sinh vật” và thuật ngữ phát triển bền vững ở đây được đề cập với nội dung hẹp, nhấn mạnh tính bền vững của sự phát triển về mặt sinh thái nhằm kêu gọi việc bảo tồn các tài nguyên sinh vật. Năm 1987, trong báo cáo “Tương lai của chúng ta”, Ủy ban Quốc tế về Môi trường và Phát triển lần đầu tiên đã đưa ra một định nghĩa tương đối đầy đủ về phát triển bền vững là: “Sự phát triển đáp ứng được nhu cầu của hiện tại mà không làm tổn thương khả năng của các thế hệ tương lai trong việc thỏa mãn các nhu cầu của chính họ”. Nội hàm về phát triển bền vững được tái khẳng định ở Hội nghị Rio - 92 và được bổ sung, hoàn thiện tại Hội nghị Johannesburg – 2002: phát triển bền vững là 10 quá trình phát triển có sự kết hợp chặt chẽ, hợp lý và hài hòa giữa ba mặt của sự phát triển. Đó là: phát triển kinh tế, công bằng xã hội và bảo vệ môi trường”. Ngoài ba mặt chủ yếu này, một số người còn đề cập đến những khía cạnh khác của phát triển bền vững như chính trị, văn hóa, tinh thần, dân tộc ... và đòi hỏi phải tính toán và cân đối chúng trong hoạch định các chiến lược và chính sách phát triển kinh tế - xã hội cho từng quốc gia, từng địa phương và từng ngành. 1.1.2. Khái niệm về năng lượng tái tạo Năng lượng tái tạo được hiểu là những nguồn năng lượng hay những phương pháp khai thác năng lượng mà nếu đo bằng các chuẩn mực của con người thì vô hạn, hoặc là năng lượng có thể tự tái tạo,không thể cạn kiệt vì sự sử dụng của con người, năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục trong khi các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất. Việc sử dụng khái niệm tái tạo theo cách nói thông thường là dùng để chỉ đến các chu kỳ tái tạo mà con người cho là ngắn (ví dụ như khí sinh học so với năng lượng hóa thạch). Trong quan niệm về thời gian của con người thì Mặt trời sẽ nguồn cung cấp năng lượng gần như là vô tận. Mặt trời cũng là nguồn cung cấp năng lượng liên tục cho nhiều quy trình diễn tiến trong bầu sinh quyển Trái Đất. Những quy trình này có thể cung cấp năng lượng cho con người và cũng mang lại những cái gọi là nguyên liệu tái tạo. Luồng gió thổi, dòng nước chảy và nhiệt lượng của Mặt Trời đã được con người sử dụng từ thời xa xưa. Mỗi loại năng lượng tái tạo đều thuộc một trong ba nguồn năng lượng chính: bức xạ mặt trời, lực hấp dẫn và nhiệt sinh ra bởi sự phân rã phóng xạ. Năng lượng mặt trời, nhiệt và quang điện thu được từ một phần của tia tới bức xạ mặt trời. Năng lượng gió, thủy điện, sóng và nhiệt đại dương và năng lượng sinh khối cũng cần có mặt trời để tạo ra năng lượng. Lực hấp dẫn giữa mặt trăng và trái đất trực tiếp gây ra thủy triều nhờ đó tạo ra năng lượng thủy triều. Hiện nay chỉ có một phần nhỏ (khoảng 10%) nguồn năng lượng thứ cấp trên thế giới được cung cấp bởi năng lượng tái tạo với thủy năng, sinh khối và địa nhiệt đóng vai trò chính. Mặc dù năng lương tái tạo mang lại nhiều lợi ích môi 11 trường có thể đảm bảo cho phát triển bền vững của hành tinh chúng ta nhưng về ngắn hạn yếu tố kinh tế của hệ thống năng lượng tái tạo lại không mang tính cạnh tranh. Nguyên nhân chủ yếu bao gồm mật độ năng lượng thấp, quá trình thu nhận năng lượng kém hiệu quả và thiếu thiết bị chuyển đổi của nhiều loại năng lượng, Những đặc tính này ảnh hưởng trưc tiếp tới giá thành và mức độ cạnh tranh với nguyên liệu hóa thạch và phân hạch. Những vấn đề này cần được giải quyết để làm tăng tính hiệu quả của hệ thống năng lượng tái tạo. 1.1.3. Các loại hình năng lượng tái tạo a. Năng lượng gió Năng lượng gió là động năng của không khí di chuyển trong bầu khí quyển Trái Đất. Năng lượng gió là một hình thức gián tiếp của năng lượng mặt trời. Năng lượng gió đã được sử dụng từ hằng trăm năm nay. Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các phát minh ra điện và máy phát điện. Phát triển điện gió được hỗ trợ tại nhiều quốc gia, ví dụ như thông qua việc hoàn trả thuế tại Hoa Kỳ, các mô hình hạn ngạch hay đấu thầu (Ví dụ như tại Anh, Ý) hay thông qua các hệ thống giá tối thiểu (Ví dụ như Đức, Tây Ban Nha, Áo, Pháp, Bồ Đào Nha, Hy lạp). Hệ thống giá tối thiểu ngày càng phổ biến và đã đạt được một giá điện bình quân thấp hơn trước, khi công suất lắp đặt các nhà máy điện gió cao hơn. Trên nhiều thị trường điện, năng lượng gió phải cạnh tranh với các nhà máy điện sử dụng các loại năng lượng truyền thống, bên cạnh đó công nghệ này còn tương đối mới tại các nước đang phát triển như Việt Nam [24, tr. 15]. Theo số liệu đo gió của các dự án đã lập báo cáo khả thi tại một số điểm tiềm năng nhất tại Việt Nam, vận tốc gió trung bình năm không vượt quá 7m/s tại độ cao 60 m trên mặt đất. Tại các điểm hải đảo có tiềm năng gió, do không có lưới điện quốc gia nên hệ thống lai ghép giữa gió – diesel được ứng dụng, nguồn diesel đảm bảo cho nguồn điện ổn định. Căn cứ kết quả khảo sát, điều tra, nghiên cứu và tính toán cụ thể của Viện Khoa học năng lượng – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam [40, tr. 121] cho một số địa điểm có số liệu quan trắc gió trong giai 12 đoạn 2005 – 2006 (trên địa bàn vùng duyên hải miền Bắc, miền trung và miền Nam, thì các vùng có thể khai thác phát triển điện gió quy mô lớn như sau: - Duyên hải miền Bắc: Từ kết quả đo đạc, phân tích, đánh giá, nhận định ban đầu là vùng duyên hải miền Bắc không có tiềm năng năng lượng gió để phát triển điện gió nối lưới với quy mô lớn - Duyên hải miền Trung có diện tích khoảng 78.000 ha, nhưng trong giai đoạn hiện nay chỉ những vùng có tốc độ gió trên 7m/s mới có thể xem xét khai thác. Từ kết quả phân tích, đánh giá, Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 4 đã tìm ra 6 địa điểm thuộc 4 tỉnh có tiềm năng gió và điều kiện khai thác tốt là Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên Huế và Bình Định, diện tích khoảng 15.000 ha và tổng công suất 880 MW. - Miền Nam: Tiềm năng năng lượng gió các tỉnh phía Nam là khá lớn, tập trung tại các tỉnh: Ninh Thuận, Bình Thuận, Lâm Đồng, Trà Vinh và Sóc Trăng. Sơ bộ công suất điện gió có thể đưa vào khai thác của khu vực này vào khoảng 800 MW. Từ kết quả phân tích, đánh giá, Công ty Cổ phầnTư vấn Xây dựng Điện 3 đã tìm ra 3 địa điểm có tính khả thi cao là: Phước Hải, Phước Hữu và Phước Nam thuộc huyện Ninh Phước tỉnh Ninh Thuận có thể xây dựng thành các trung tâm phát điện gió với tổng công suất khoảng 235 MW. Việc khai thác có hiệu quả nguồn năng lượng gió còn phụ thuộc rất lớn vào công tác khảo sát chọn vị trí lắp đặt cụ thể. b. Năng lượng mặt trời Năng lượng mặt trời là năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ mặt trời cộng với một phần nhỏ năng lượng từ các hạt nguyên tử khác phóng ra từ mặt trời. Đây là dạng năng lượng mà mặt trời cung cấp cho chúng ta từ ngàn xưa. Nhờ ánh sáng của mặt trời mà chúng ta có thể nhìn thấy vạn vật cũng như nhờ sức nóng mà con người bao đời qua có thể phơi lúa, trồng cây... Cho đến gần đây, sức nóng mặt trời được chú trọng trong việc ứng dụng chuyển hóa sang nhiệt năng, điện năng phục vụ nhu cầu cuộc sống. 13 Ở Việt Nam, việc điều tra đánh giá tiềm năng năng lượng mặt trời đã được nhiều cơ quan nghiên cứu, trong đó chủ yếu do Viện khí tượng thuỷ văn thực hiện. Theo số liệu điều tra tính toán của ngành khí tượng thuỷ văn thì cường độ bức xạ mặt trời trung bình ngày trong năm ở khu vực phía Bắc là khoảng 4 kWh/m2/ngày và ở phía Nam là khoảng 5,2 kWh/m2/ngày. Số giờ nắng trung bình năm ở phía Bắc là 1600h và ở phía Nam là 2700h. Trong đó, Thái Nguyên có số giờ nắng trung bình trong năm là 1707h, mức tổng xạ trung bình 110,2 kCal/cm2/năm. Như vậy, Thái Nguyên có tiềm năng kỹ thuật năng lượng mặt trời ở mức cao so với khu vực phía Bắc và trung bình so với khu vực phía Nam. Các số liệu đặc trưng về năng lượng mặt trời của một số khu vực điển hình ở Việt Nam được trình bày dưới đây: Bảng 1.1: Tổng hợp giá trị tổng xạ trung bình ngày trong năm và số giờ nắng của một số khu vực khác nhau ở Việt Nam STT Khu vực Tổng xạ trung bình (kWh/m2.ngày) Số giờ nắng trung bình (giờ/năm) 1 Khu vực Đông Bắc bộ và Đồng 3,3 – 4,6 bằng Sông Hồng 1100 - 1600 2 3 Khu vực Tây Bắc bộ Khu vực Bắc Trung Bộ 4,3 – 5,3 4,6 – 5,2 1500 - 2100 1600 - 1900 4 Khu vực Nam Trung bộ và Tây 4,9 – 5,7 Nguyên 2000 - 2800 5 Khu vực Đông Nam bộ và 4,8 – 5,5 Đồng bằng Sông Cửu Long Trung bình cả nước 4,6 2200 - 2700 2000 Nguồn: Viện Khí tượng thủy văn (2012), Đánh giá tiềm năng NLMT tại Việt Nam Từ dữ liệu về năng lượng mặt trời cho thấy nguồn NLMT ở nước ta có độ ổn định tương đối cao trong năm. Tiềm năng điện mặt trời là tốt nhất ở các vùng từ Thừa Thiên Huế trở vào miền Nam và vùng Tây Bắc bộ. Vùng Đông Bắc bộ và Đồng bằng sông Hồng có tiềm năng kém nhất. 14