Nguồn sáng trên sa mạc Mojave

Con đường cao tốc nối thủ phủ cờ bạc Las Vegas đến thành phố Los Angeles (Mỹ) băng qua sa mạc Mojave rộng lớn.

Sa mạc Mojave mà người dân còn gọi tên High Desert (nghĩa là “hoang mạc trên cao”) nằm ở vùng đông nam bang California, một phần phía nam của bang Nevada và một phần phía tây bắc của bang Arizona.

Sa mạc Mojave rộng đến 57.000 km², địa hình gồm nhiều lòng chảo và các dãy núi nối nhau. Trung bình mỗi năm sa mạc này chỉ hứng được lượng mưa chưa đến 250 mm. Chính bởi điều kiện khô hạn này mà sa mạc Mojave không thể phát triển nông nghiệp, và đó cũng là lý do người Mỹ ưu tiên xây dựng Nhà máy năng lượng điện mặt trời Ivanpah lớn nhất thế giới tại đây.

Hành trình 3 năm xây dựng và 10 năm sản xuất điện

Ba năm kể từ khi khởi công vào cuối năm 2010, với tổng vốn đầu tư hơn 2,2 tỷ USD, khoảng 1.700 công nhân làm việc vất vả, liên tục trong điều kiện khắc nghiệt của khí hậu sa mạc, Nhà máy năng lượng điện mặt trời Ivanpad mới hoàn thành đi vào hoạt động và cung cấp điện năng cho một khu vực dân cư rộng lớn.

Tính đến tháng 12/2023, Nhà máy năng lượng điện mặt trời Ivanpah sản xuất điện đúng tròn 10 năm. Nhà máy nằm ở vùng giáp ranh giữa hai bang Nevada và California, trải rộng trên diện tích 14,2 km2. Theo thiết kế, nhà máy có tổng cộng 350.000 tấm thu năng lượng mặt trời, mỗi năm sản xuất được 400 MW (Megawatt) điện.

Dự án xây dựng Nhà máy năng lượng điện mặt trời Ivanpah do 3 nhà đầu tư phối hợp gồm Công ty Năng lượng mặt trời NRG, Công ty Năng lượng Bright Source và Công ty Google. Theo thiết kế dự án, nhà máy Ivanpah phục vụ hiệu quả cho 140.000 hộ dân ở các khu vực lân cận.

Trước khi có nhà máy Ivanpah, đầu thập niên 80 thế kỷ 20, sa mạc Mojave cũng có nhà máy điện mặt trời công suất 1 MW đầu tiên trên thế giới. Tuy nhiên, nhà máy này cũng như một số nhà máy khác xây dựng về sau đều theo công nghệ tạo điện năng từ hiệu ứng quang điện, sử dụng pin quang điện, gọi tắt là công nghệ PV. Nhà máy Ivanpah thì khác, tạo điện năng từ nguồn nhiệt trung gian, phái sinh do ánh sáng mặt trời. Công nghệ này còn có tên Hệ thống điện mặt trời tập trung gọi tắt là CSP.

Sa mạc Mojave gồm thung lũng và những dãy núi khô cằn nối nhau.

Công nghệ ở nhà máy Ivanpah

Phần lớn các nhà máy điện mặt trời xây dựng trước đây trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay là dùng công nghệ pin mặt trời. Công nghệ và kỹ thuật tạo ra điện bằng cách chuyển quang năng thành điện năng. Các tấm pin mặt trời có chứa electron (tế bào quang điện), khi ánh sáng mặt trời chiếu vào tức có dòng photon di chuyển đập vào những tấm pin khiến các electron gia tăng năng lượng và chuyển động tạo ra dòng điện. Các tấm pin liên kết với nhau tạo thành modul, modul càng lớn thì dòng điện một chiều xuất hiện càng lớn. Từ dòng điện một chiều này nhờ bộ chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều để sử dụng vào mục đích khác như hòa vào lưới điện chung chẳng hạn.

Khác với các nhà máy điện mặt trời dùng các tấm pin mặt trời trực tiếp tạo ra nguồn điện, nhà máy Ivanpah sử dụng công nghệ nhiệt điện. Thiết kế nhà máy được hình dung như sau: Từ các tấm thu năng lượng mặt trời có diện tích mỗi tấm 6 m2 (xấp xỉ 2 m chiều rộng x 3 m chiều cao), tất cả nguồn sáng mặt trời rọi xuống sẽ phản chiếu và quy tụ vào các nồi hơi. Nhà máy có 3 nồi hơi lớn, đặt ở 3 tòa tháp với độ cao 140 m. Tại đây, năng lượng mặt trời biến thành nhiệt năng, đun nóng nước trong nồi hơi ở nhiệt độ 550oC khiến hơi nước bốc lên làm quay các tua bin, từ đó dòng điện được tạo ra. Nghĩa là công nghệ sản xuất điện mặt trời ở đây không trực tiếp biến quang năng thành điện năng mà phải qua khâu trung gian, biến quang năng thành nhiệt năng và từ nhiệt năng biến thành điện năng.

Dù quy mô lớn nhưng thực tế khi đi vào hoạt động sản xuất điện năng, Ivanpah chỉ cần một đội ngũ kỹ sư, công nhân vận hành và bảo trì, bảo dưỡng khoảng 80 người. Đó là nhờ vào hệ thống máy tính ghi nhận các thông tin về cường độ ánh sáng, góc chiếu ánh sáng mặt trời để đưa ra các giải pháp tối ưu trong vận hành và xử lý kỹ thuật.

Một góc Nhà máy năng lượng điện mặt trời Ivanpah.

Hiệu quả và những câu chuyện để ngỏ

Nhà máy năng lượng điện mặt trời Ivanpah đi vào hoạt động được xem như một thành tựu phát triển công nghệ điện mặt trời của Mỹ. Theo Bộ Năng lượng Mỹ, việc sản xuất điện từ nguồn năng lượng sạch là ánh sáng mặt trời của nhà máy Ivanpah đã giảm mỗi năm 400.000 tấn CO2 ra môi trường tự nhiên. Chủ tịch Công ty Năng lượng mặt trời NRG, ông Tom Doyle đánh giá về kết quả dự án nhà máy Ivanpah: “Công nghệ sạch mang tính đột phá như Ivanpah là vô cùng quan trọng đối với việc hình thành vị thế dẫn đầu của nước Mỹ trên thị trường công nghệ năng lượng sạch và có thể giúp duy trì sự cạnh tranh đó trong một vài thập kỷ tới”.

Mười năm đi vào hoạt động, dù hiệu quả mang lại rất lớn nhưng nhà máy Ivanpah vẫn không tránh khỏi những băn khoăn từ các tổ chức bảo vệ môi trường và động vật hoang dã. Gần đây, báo cáo từ một tổ chức bảo vệ động vật hoang dã cho biết nhiều loài chim với số lượng không nhỏ đã bị chết khi bay vào vùng có hệ thống gương của nhà máy. Tuy nhiên, họ cũng cho rằng, bằng các nghiên cứu khoa học sẽ xác định mức độ nghiêm trọng của vấn đề để tìm ra giải pháp thích hợp. Bởi lẽ, mỗi một công nghệ mới luôn tiềm ẩn những tác động không thể lường trước. Hội đồng Năng lượng của bang California thì nhận định, ít nhiều Ivanpah có tác động tới môi trường sinh thái ở địa phương nhưng những lợi ích tích cực nó mang lại lớn hơn rất nhiều so với những ảnh hưởng tiêu cực.

Tôi đã dừng chân khá lâu trên đường cao tốc ngang qua sa mạc Mojave, nghĩ về những vùng cát trắng hoang vu trải rộng duyên hải miền Trung Việt Nam. Không phải là nhà nghiên cứu chuyên sâu về năng lượng nên tôi không dám chắc điều gì. Chỉ nghĩ, biết đâu, Ivanpah là một gợi ý cho các nhà khoa học, các chuyên gia về năng lượng sạch ở Việt Nam trong tương lai.

Phạm Xuân Hùng