Khai thác năng lượng tái tạo trong nông nghiệp cho mục tiêu Net Zero

Chỉ cần 9% diện tích đất nông nghiệp, đáp ứng nhu cầu điện trong nông nghiệp

Công ty tư vấn Ember (Anh) đã tiến hành nghiên cứu các khu vực như CH Séc, Hungary, Ba Lan và Slovakia. Kết quả, kết hợp điện mặt trời và sản xuất cây trồng, chỉ cần trên 9% diện tích đất nông nghiệp là có thể đáp ứng nhu cầu điện cho toàn ngành nông nghiệp và chế biến thực phẩm trong khu vực được nghiên cứu, đạt 68% nhu cầu năng lượng hiện nay ở các quốc gia này. Thực tế, hơn 200 dự án điện nông đã và đang được triển khai trên khắp lãnh thổ châu Âu.

Phân tích cho thấy, ngoài mang lại nguồn thu nhập bổ sung cho nông dân, việc lắp đặt tấm quang điện mặt trời có thể cải thiện khả năng giữ nước trong những năm khô hạn và bảo vệ cây trồng khỏi thời tiết khắc nghiệt nên giúp tăng năng suất. Đối với các loại quả mọng hoặc trái cây ưa bóng râm, hệ thống điện mặt trời nông nghiệp trên cao có thể giúp tăng sản lượng cây trồng lên tới 16%, đồng thời sản xuất được 63% điện năng so với hệ thống điện mặt trời truyền thống.

Việc lắp đặt tấm quang điện mặt trời kết hợp với nông nghiệp có thể giúp nông dân đạt 2 mục tiêu cùng một lúc trong khi vẫn duy trì hoạt động kinh doanh ổn định và có lãi. Ví dụ tại Ba Lan, một nghiên cứu điển hình về nông nghiệp quang điện và lúa mì cho thấy doanh thu trên một ha có thể cao gấp 12 lần so với doanh thu từ riêng cây lúa mì. Ember cho biết, với lợi nhuận tiềm năng hằng năm là 1268euro/một ha từ việc kết hợp bán điện và lúa mì - tương phản hoàn toàn với sản xuất lúa mì truyền thống mà ước tính có thể sẽ gây lỗ ròng vào năm 2024.

Những giải pháp điện nông khả thi trong bối cảnh khí hậu cực đoan

Năng lượng mặt trời

Quang điện (PV) là nguồn năng lượng tái tạo phổ biến nhất tại các trang trại nông nghiệp. Chúng đơn giản, không có bộ phận chuyển động nên chỉ cần bảo dưỡng tối thiểu. Khi hoạt động hiệu quả, chúng có thể cắt giảm tới 75% hóa đơn tiền điện.

Trong hầu hết các trường hợp, tấm pin được lắp trên mặt đất trống. Tuy nhiên hệ thống PV khiêm tốn cũng có thể bị hạn chế bởi sự chấp thuận từ mạng lưới phân phối điện, đặc biệt là tình trạng quá tải. Để khắc phục, có thể lắp bộ chuyển hướng điện để hạn chế điện xuất dư thừa.Ví dụ, điện có thể được chuyển hướng đến máy làm đá, bảo quản nông phẩm hoặc các thiết bị khác có nhu cầu cao. Ngoài ra, có thể lắp một cổng, hay rơle công suất ngược, để chặn năng lượng dư thừa di chuyển vào lưới điện.

Cũng có thể lắp pin dự trữ điện kết hợp với các hệ thống PV để lưu trữ năng lượng dư thừa và dùng khi cần. Ví dụ, một trang trại bò sữa có thể có nhu cầu cao vào sáng sớm trước khi sản lượng điện mặt trời bắt đầu. Những nhược điểm, hệ thống pin rất đắt nên không phù hợp với các hộ nhỏ lẻ.

Năng lượng gió

So với năng lượng mặt trời, năng lượng gió bị hạn chế hơn. Ví dụ tại Anh, trong khi gần một phần ba số trang trại có tấm pin mặt trời và tiếp tục tăng, năng lượng gió chỉ có 5% và đứng im từ năm 2015. Nguyên nhân chính vẫn là do sự chuyển đổi chính sách còn chậm chạp. Ví dụ, các tua bin công suất 1-2kW, có thể đủ cho một ngôi nhà, nhưng không đủ cho một doanh nghiệp trang trại.

Một tua bin đủ lớn cho một doanh nghiệp trang trại cần chiều cao khoảng 25m để sản xuất khoảng 30 - 40kW. Nó cần giấy phép quy hoạch, thủ tục phiền hà. Nhu cầu ngày càng tăng nên chính phủ các nước cần xem lại vấn đề này để giúp các doanh nghiệp nhỏ và cộng đồng có thể được hưởng lợi, đặc biệt là vào mùa đông khi năng lượng mặt trời kém hiệu quả, trong khi đó tốc độ gió trung bình ở các trang trại là rất hợp lý, khả thi.

Sinh khối

Khoảng 8% trang trại ở Anh sử dụng hoặc cung cấp nhiên liệu sinh khối dưới dạng cành cây cắt tỉa, cây trồng năng lượng, sản phẩm thải từ cây trồng. Lò hơi đốt dăm gỗ hoặc viên nén thường là lựa chọn thuận tiện nhất để sưởi ấm tại chỗ. Những lò hơi này có thể tự động hóa, tự cấp nhiên liệu, giúp tăng thêm sự tiện lợi. Công dụng thường bao gồm sưởi ấm chuồng trại chăn nuôi hoặc trang trại. Ví dụ, trong chuồng gia cầm, lò hơi công suất 100 - 200kW có thể tạo ra nước nóng để lưu thông, tỏa nhiệt và ít phổ biến hơn là không khí nóng.

Việc xác định kích thước lò hơi phù hợp là điều quan trọng. Tùy thuộc vào các cân nhắc, lò hơi sinh khối vẫn có thể hợp lý, cho dù là để thay thế cho một thiết bị sưởi ấm hiện có hay để cung cấp nhiệt bổ sung.

Vài nét về điện nông ở Việt Nam

Trong những năm gần đây, việc ứng dụng năng lượng tái tạo cho nông nghiệp ở Việt Nam đã trở thành một xu hướng đầu tư đáng chú ý. Ngày càng có nhiều cá nhân và doanh nghiệp nhận thấy tiềm năng to lớn của mô hình này, không chỉ trong việc giảm chi phí sản xuất mà còn góp phần bảo vệ môi trường và phát triển nông nghiệp bền vững. Một trong những phân khúc chính là năng lượng điện mặt trời kết hợp nông nghiệp đang ngày càng phát triển mạnh mẽ, mở ra nhiều cơ hội cho việc tích hợp công nghệ xanh vào sản xuất nông nghiệp. Các dự án này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần vào việc thực hiện các mục tiêu ESG (Môi trường, Xã hội và Quản trị) của doanh nghiệp.

Một ví dụ tiêu biểu cho xu hướng này là dự án quy mô lớn tại xã Phước Hữu, Ninh Phước, Ninh Thuận. Dự án được triển khai trên diện tích 832 ha với tổng vốn đầu tư lên đến 7.920 tỷ đồng. Với công suất 300 MW, dự án không chỉ sản xuất điện mặt trời mà còn kết hợp canh tác đa dạng các loại cây trồng như rau, cà chua, táo và tỏi. Đặc biệt, các sản phẩm nông nghiệp từ dự án này được định hướng xuất khẩu sang thị trường Singapore và các nước khác trên thế giới, thể hiện tiềm năng to lớn của mô hình kết hợp.

Trung tuần tháng 7/2023, một dự án tương tự khác đã được khánh thành tại Đà Lạt. Đây là công trình thí điểm mô hình điện mặt trời kết hợp nông nghiệp tại trường Đại học Đà Lạt, với diện tích lắp đặt các tấm quang năng là 18m×21m, tổng vốn đầu tư gần 50.000 USD trên diện tích đất rộng 625 m2 trồng ngô, khoai tây và cây atiso. Mô hình thí điểm này do nhóm đối tác cùng thực hiện, gồm Chương trình Hỗ trợ Năng lượng GIZ, Trường Đại học Đà Lạt, ENVELOPS Co. Ltd., HAEZOOM Corp., Korea Leading Engineering System Inc., National Institute of Green Technology.

Hệ thống điện mặt trời kết hợp nông nghiệp nói trên có công suất lắp đặt 32,4kW. Mô hình này có ưu điểm vượt trội về tăng hiệu suất sử dụng đất, tận dụng được một đơn vị đất cho cả mục đích phát triển nông nghiệp và sản xuất điện sạch. Điện sản xuất từ hệ thống được kết nối với lưới điện nội bộ và tiêu thụ trực tiếp bởi các sự vật chất của trường, phù hợp với định hướng phát triển điện mặt trời trong Quy hoạch điện 8.

Dựa trên mô hình thí điểm này, các đối tác triển khai dự án sẽ tiến hành các nghiên cứu cần thiết để triển khai mô hình điện mặt trời kết hợp nông nghiệp trên quy mô lớn tại Việt Nam. Các nghiên cứu sẽ bao gồm nghiên cứu về nông học, hệ thống điện mặt trời, xây dựng mô hình kinh doanh và nghiên cứu chính sách.