Kích thước mảng nông điện
Hình ảnh: Đại học Exeter, Chuyển đổi và quản lý năng lượng, Giấy phép chung CC BY 4.0
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Exeter ở Vương quốc Anh đã mô phỏng sản xuất hydro năng lượng nông nghiệp 1 GW ở Úc, California, Trung Quốc, Nigeria và Tây Ban Nha và phát hiện ra rằng cà chua có thể là loại cây trồng phù hợp nhất để trồng dưới các tấm pin mặt trời.
Tác giả chính của nghiên cứu, Aritra Gosh, nói với tạp chí pv: “Sản xuất hydro bằng nông học cũng khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế dưới ngưỡng 1 GW”. “Quy mô này không được sử dụng do yêu cầu về quy mô kinh tế, mặc dù sự kết hợp được đề xuất có thể được hưởng lợi từ điều này. Chúng tôi đã chọn năng lực này để cung cấp tiêu chuẩn rõ ràng và dễ hiểu cho các bên liên quan trong ngành và chính phủ, tạo điều kiện so sánh với các dự án năng lượng tái tạo quy mô lớn khác. Các dự án quy mô nhỏ hơn hoặc nối lưới cũng có thể khả thi.”
Trong nghiên cứu “Phân tích trang trại năng lượng mặt trời nông nghiệp không nối lưới quy mô lớn (1GW) cho trạm sạc xe điện chạy bằng pin nhiên liệu hydro (HFCEV),” được công bố trên tạp chí Chuyển đổi và quản lý năng lượng, Gosh và các đồng nghiệp của ông giải thích rằng năm địa điểm được chọn dự kiến sẽ có nhu cầu tiếp nhiên liệu hydro cao. Đặc biệt, họ chọn những khu vực gần thành phố và các tuyến đường lớn để tránh phát sinh thêm chi phí cho việc vận chuyển hydro.
Cấu hình dự án được đề xuất bao gồm cơ sở nông điện không nối lưới 1 GW, máy điện phân màng trao đổi proton (PEM) 300, hệ thống chuyển đổi, máy nén và hệ thống lưu trữ để cung cấp nhiên liệu cho xe chạy pin điện chạy bằng nhiên liệu hydro (FCEV). Hệ thống tiếp nhiên liệu hydro bao gồm các bể chứa áp suất cao, trạm tiếp nhiên liệu hydro và nhu cầu tiếp nhiên liệu cho ô tô.
Sơ đồ hệ thống đề xuất
Hình ảnh: Đại học Exeter, Chuyển đổi và quản lý năng lượng, Giấy phép chung CC BY 4.0
Mảng nông điện được giả định sử dụng 2.272.752 mô-đun năng lượng mặt trời đơn tinh thể hai mặt với mỗi công suất 440W và 200 bộ biến tần với mỗi công suất danh nghĩa là 500 kW. Các tấm này được cho là sẽ được triển khai với góc nghiêng 20 độ và chiếm diện tích 5.095.083 m2. Các nhà khoa học cho biết: “Ngoài hệ thống quang điện nông nghiệp, hệ thống quang điện mặt trời gắn trên mặt đất đã được thiết kế và mô phỏng trong PVsyst để tạo điều kiện thuận lợi cho việc tính toán tỷ lệ đất tương đương (LER) của từng địa điểm”. LER là một phương pháp được sử dụng để đo lường hiệu quả sử dụng đất để sản xuất đồng thời cây trồng và điện.
Phân tích kinh tế-kỹ thuật của họ đã xem xét 125 cấu hình địa điểm và tính đến giá trị hiện tại ròng (NPV), tỷ suất hoàn vốn nội bộ (IRR), tổng lợi nhuận, thời gian hoàn vốn đơn giản, vốn đầu tư, opex và chi phí quy dẫn của hydro (LCOH). Báo cáo cho thấy rằng sự kết hợp được đề xuất có thể mang lại chi phí hydro được quy dẫn từ 3,06 GBP (3,90 USD)/kg ở Nigeria đến 6,38 GBP (8,13 USD)/kg ở Tây Ban Nha. Nó cũng chứng minh rằng địa điểm ở Nigeria có số lượng tiếp nhiên liệu HPV cao nhất với 3,75 triệu mỗi năm, trong khi địa điểm ở Tây Ban Nha được phát hiện có số lượng thấp nhất với 3,11 triệu mỗi năm.
Phân tích cũng cho thấy cà chua sẽ là loại cây trồng tốt nhất được trồng dưới các tấm pin, với tổn thất năng suất nông nghiệp ước tính từ 9,40% đến 36,94%. Gosh cho biết: “Phân tích của chúng tôi xem xét việc trồng cà chua vì nó phù hợp với loại đất của từng địa điểm được phân tích”. “Cây cà chua không phải là loại cây trồng chịu bóng râm tốt nhất có thể được trồng trong hệ thống nông nghiệp và do đó, cây trồng chịu bóng râm cao có thể làm giảm năng suất cây trồng hoặc thậm chí tăng năng suất cây trồng trong một số điều kiện khí hậu nhất định, với mảng PV cung cấp lợi ích vi khí hậu, chẳng hạn như bóng râm chống lại quá nhiều bức xạ và nhiệt, đồng thời tăng độ ẩm.”
Theo Gosh, kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp nông nghiệp không nối lưới với sản xuất hydro là một mô hình khả thi để tăng cường sử dụng đất đồng thời tạo thêm thu nhập. Ông nhấn mạnh: “Lợi ích của việc thu hồi đất và thu nhập bổ sung từ sản xuất điện sẽ bù đắp cho sản lượng thu hoạch giảm sút”. “Những phát hiện chính chỉ ra rằng tất cả các địa điểm đều thể hiện sự phù hợp cho các ứng dụng nông nghiệp.”
