Sự trỗi dậy của nông nghiệp năng lượng mặt trời
Những con cừu này sống tại Trang trại năng lượng mặt trời La Ola trên Lanai Hawaii. Họ giữ cho cỏ dại được cắt tỉa ở những nơi khó tiếp cận giữa và dưới các tấm pin mặt trời. Tín dụng: Merrill Smith qua Wikimedia Commons
Nông nghiệp là một phần chính của cuộc sống Mỹ. Trong khi các khu vực đô thị tồn tại trên khắp đất nước, hiếm khi mất hơn một giờ lái xe để thấy mình đang đi trên con đường được bao quanh bởi những cánh đồng ngũ cốc, gia súc hoặc các mặt hàng khác cung cấp lương thực và quần áo cho thế giới. Tuy nhiên, càng ngày, bạn càng có thể thấy mình đang đi trên một con đường tương tự, xung quanh là một cánh đồng đang thu hoạch một sản phẩm khác xa: năng lượng mặt trời. Thoạt nhìn, một du khách quan tâm đến môi trường có thể coi các trường năng lượng mặt trời là một dấu hiệu đáng khích lệ về một tương lai tươi sáng hơn không phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch; tuy nhiên, nhận thức này bỏ lỡ một cái nhìn sâu sắc quan trọng về những căng thẳng và xung đột dẫn đến việc chuyển đổi cánh đồng đó từ đất nông nghiệp sang địa điểm năng lượng mặt trời.
Ngày nay, nông dân trên khắp Hoa Kỳ đang phải đối mặt với một sự lựa chọn quan trọng khi toàn cầu hóa và tranh chấp thương mại khiến giá hàng hóa nông nghiệp biến động. Nông dân có thể tiếp tục canh tác trên đất của họ như họ đã làm trong nhiều năm, có thể qua nhiều thế hệ, với hy vọng rằng những ngày tốt đẹp hơn sẽ đến. Hoặc thay vào đó, họ có thể chuyển vùng đất đó cho một nhà phát triển năng lượng mặt trời và đạt được sự an toàn về tài chính, nhận được các khoản thanh toán ổn định trong vài thập kỷ. Mặt khác, các nhà phát triển năng lượng mặt trời đang nhanh chóng hết đất để xây dựng các trang trại năng lượng mặt trời và ngày càng chuyển sang cho nông dân thuê đất. Đôi khi, giá mà một nhà phát triển năng lượng mặt trời sẽ trả cho đất của nông dân là quá cao để từ chối. Ví dụ: một nông dân ở Bắc Carolina tuyên bố nhận được từ 700 đến 1.100 đô la cho mỗi mẫu Anh hàng năm từ một nhà phát triển để có quyền xây dựng một mảng năng lượng mặt trời trên đất của nông dân. (Để so sánh, một nông dân thường có thể kiếm được $320 trên một mẫu Anh khi trồng ngô hoặc đậu tương.)
Nhu cầu ngày càng tăng về năng lượng mặt trời đang thúc đẩy việc chuyển đổi sử dụng đất nông nghiệp khi các chính sách của nhà nước và quốc gia đồng thời thúc đẩy phát triển năng lượng tái tạo để chống lại biến đổi khí hậu. American Farmland Trust, một tổ chức tập trung vào việc bảo tồn nông nghiệp, ước tính rằng việc xây dựng nguồn cung cấp năng lượng mặt trời của quốc gia sẽ dẫn đến việc chuyển đổi gần 2,1 triệu mẫu Anh từ sử dụng nông nghiệp sang sản xuất năng lượng mặt trời quy mô tiện ích ở Hoa Kỳ tiếp giáp vào năm 2040. Hai triệu mẫu Anh chỉ là một phần nhỏ trong gần 900 triệu mẫu Anh đất nông nghiệp của quốc gia, nhưng việc chuyển đổi đất nông nghiệp sang các cơ sở năng lượng mặt trời có tác động đáng kể ở cấp địa phương, nơi cư dân ngần ngại đổi những cánh đồng và đồng cỏ để lấy những dòng kính sáng đồng nhất. Trong một số trường hợp, việc xây dựng nhanh chóng các trang trại năng lượng mặt trời đã dẫn đến sự phản đối dữ dội của công chúng. Vào năm 2017, Quận Currituck, Bắc Carolina, đã cấm xây dựng mảng năng lượng mặt trời sau khi người dân địa phương ngày càng phản đối đối với hình thức bên ngoài của các tấm pin mặt trời; và vào năm 2019, Oregon đã cấm phát triển năng lượng mặt trời trên đất nông nghiệp chính nhằm nỗ lực bảo vệ đất sử dụng cho mục đích nông nghiệp.
Tôi đã nói chuyện với Alexis Pascaris, Giám đốc AgriSolar Consulting, về vấn đề căng thẳng sử dụng đất nông nghiệp-năng lượng mặt trời. Công việc của cô là dành riêng để tạo ra sức mạnh tổng hợp giữa sản xuất năng lượng mặt trời và nông nghiệp. Pascaris giải thích hoàn cảnh khó khăn của các cộng đồng nông thôn đang trải qua quá trình chuyển đổi từ sử dụng đất nông nghiệp sang sử dụng năng lượng mặt trời:
“(A) rất nhiều hàng xóm của tôi đang chăn thả gia súc, và tôi yêu tính thẩm mỹ. Tôi nghĩ, 'Tôi có muốn nhìn thấy các tấm pin mặt trời trên đầu những con bò này không?' ... (nhưng) Tôi chỉ có thể tưởng tượng cảm giác của những người lớn lên trong các cộng đồng nông thôn mà cha ông họ đã canh tác mãi mãi trên vùng đất này, khi nghĩ về di sản nông nghiệp đó. … Và sau đó hãy nghĩ đến việc nói với mọi người rằng chúng tôi sẽ biến đổi nó và chúng tôi sẽ đặt cơ sở hạ tầng năng lượng cho nó.”
May mắn thay, các nhà khoa học sáng tạo đã đưa ra một thỏa hiệp có thể giúp giải quyết cuộc tranh luận về sử dụng đất: điện nông nghiệp.
Được định nghĩa là nơi cùng sản xuất nông nghiệp và sản xuất năng lượng mặt trời trên cùng một khu đất, điện nông nghiệp là một phương tiện để xoa dịu mối lo ngại của người dân nông thôn về việc mất đi di sản nông nghiệp của họ đồng thời giải quyết nhu cầu về năng lượng sạch của quốc gia. Kỹ thuật sử dụng đất này đã trở nên phổ biến trong những năm gần đây khi các nhà nghiên cứu trên khắp đất nước kiểm tra tính khả thi về mặt công nghệ của việc đồng định vị cây trồng và sản xuất năng lượng mặt trời. Đại học Illinois gần đây đã trở thành trường dẫn đầu trong lĩnh vực nghiên cứu điện nông nghiệp với sự phát triển của dự án SCAPES (Hệ thống điện quang điện và nông nghiệp định vị bền vững), một nỗ lực liên ngành để nghiên cứu điện nông nghiệp, phát triển tài liệu giáo dục và tiến hành tiếp cận cộng đồng thông qua các dịch vụ khuyến nông. Trong khi đó, toàn bộ ngành công nghiệp đã phát triển nhanh chóng theo nguyên tắc chăn thả gia súc trên các địa điểm năng lượng mặt trời như một biện pháp kiểm soát thảm thực vật, một phương pháp được đặt tên một cách khéo léo là “chăn thả bằng năng lượng mặt trời” để đảm bảo cỏ dại trong các trang trại năng lượng mặt trời không mọc đủ cao để tạo bóng mát trên đó. các tấm pin mặt trời.
Trong một nỗ lực để tìm hiểu thêm về
ngành công nghiệp mới chớm nở này xoay quanh việc chăn thả cừu tại các trang trại năng lượng mặt trời, tôi đã lùng sục trên mạng để tìm các bài báo về hoạt động này, cuối cùng đọc được một bài báo về việc cừu được ký hợp đồng chăn thả trang trại năng lượng mặt trời mới tại Đại học Susquehanna ở Pennsylvania. Từ đó, tôi thiết lập mối quan hệ đầu tiên của mình trong ngành chăn thả gia súc bằng năng lượng mặt trời. Caroline Owens là một trong hàng trăm nông dân trên khắp Hoa Kỳ tham gia vào việc chăn thả gia súc bằng năng lượng mặt trời. Trong một cuộc phỏng vấn qua điện thoại với Owens, tôi được biết rằng trải nghiệm của cô ấy bắt đầu vào năm 2019 khi Đại học Susquehanna liên hệ với cô ấy với yêu cầu thuê đàn cừu của cô ấy để đảm nhận vai trò quản lý thảm thực vật cho địa điểm năng lượng mặt trời mới rộng 14 mẫu Anh của trường đại học. “Ngay khi tôi biết về nó, tôi biết đó là một điều tốt… nó hoàn toàn phù hợp,” cô nói. Owens cho rằng quyết định cho Susquehanna thuê cừu của cô ấy để làm trang trại năng lượng mặt trời là do trang trại của cô ấy được cộng đồng biết đến, nói đùa rằng cô ấy gọi mình là “bà cừu”. Trong khi hài hước, nó cũng là một tiêu đề chính xác. Trang trại Owens cung cấp các chuyến tham quan trang trại cho các thành viên cộng đồng quan tâm và các lớp học đại học, cũng như bán thịt và gia súc được nuôi trong trang trại.
Ba năm sau khi Owens bắt đầu chăn thả đàn cừu của mình tại địa điểm năng lượng mặt trời của Đại học Susquehanna, rõ ràng là quyết định này đã được đền đáp. Cô ấy thu các khoản thanh toán từ trường đại học cho các dịch vụ quản lý thảm thực vật mà cừu cung cấp và đang đàm phán để mở rộng dịch vụ chăn thả bằng năng lượng mặt trời của mình sang các trang trại năng lượng mặt trời khác, mang lại cho Trang trại Owens một nguồn doanh thu bổ sung. Chăn thả bằng năng lượng mặt trời đã giúp Owens có được một ghế trong Hội đồng quản trị của Hiệp hội chăn thả bằng năng lượng mặt trời Hoa Kỳ, một tổ chức thương mại công nghiệp đóng vai trò là trung tâm giáo dục chăn thả bằng năng lượng mặt trời và kết nối nông dân với các nhà phát triển năng lượng mặt trời muốn sử dụng chăn thả bằng năng lượng mặt trời trên tài sản của họ.
Ngoài việc cung cấp một lợi ích tài chính cho nông dân, các học giả lưu ý khả năng chăn thả bằng năng lượng mặt trời tiềm năng cho nền kinh tế nông thôn rộng lớn hơn. Các giáo sư Nikola Kochendoerfer và Michael L. Thonney của Đại học Cornell dự án rằng việc chăn thả bằng năng lượng mặt trời có thể làm tăng 14% số trang trại cừu và tăng 65% số lượng đàn cừu ở New York, tạo ra doanh thu thuế từ 5 triệu đến 8 triệu đô la và tăng doanh số bán thịt cừu. 12 triệu USD mỗi năm. Owens cũng lạc quan không kém về lợi ích kinh tế của việc chăn thả bằng năng lượng mặt trời. Cô ấy nói về “những tác động nhỏ giọt rất lớn. Mọi người sẽ cần nhiều thứ hơn, nhiều cỏ khô hơn, nhiều thức ăn hơn, nhiều tòa nhà hơn, nhiều giống chó lai biên giới hơn, nhiều hệ thống xử lý hơn. … Nó chỉ là một cơ hội lớn cho mọi thứ sau này.”
Nhà máy thí điểm điện nông nghiệp của Viện Hệ thống năng lượng mặt trời Fraunhofer tại cộng đồng nông nghiệp Heggelbach ở miền nam nước Đức. Các mô-đun năng lượng mặt trời được gắn cách mặt đất từ 5 đến 8 mét với các giá đỡ được bố trí theo cách cho phép vận hành các máy nông nghiệp bình thường. Tín dụng: Tobi Kellner qua Wikimedia Commons
Khi ngành công nghiệp chăn thả bằng năng lượng mặt trời đã phát triển và lợi ích kinh tế của nó tiếp tục được hiện thực hóa, một câu hỏi quan trọng về điện nông nghiệp vẫn là: Liệu nó có giải quyết được tình trạng tiến thoái lưỡng nan trong sử dụng đất không? Câu trả lời có thể thay đổi tùy thuộc vào người bạn hỏi. Owens nói rằng cộng đồng xung quanh địa điểm năng lượng mặt trời của Đại học Susquehanna đã trở nên yêu thích những con cừu gặm cỏ trên cánh đồng. “Nó thực sự làm dịu đi toàn bộ diện mạo công nghiệp. Có hàng rào hiện trường thay vì hàng rào liên kết chuỗi là một điều rất đơn giản. … Nếu nó trông giống như dây dệt, thì đó là thứ mà họ luôn xem xét ở các cộng đồng nông thôn. Cô ấy cũng tự tin về hướng đi của ngành công nghiệp chăn thả bằng năng lượng mặt trời và hy vọng sẽ thấy ngày càng nhiều trang trại năng lượng mặt trời với cừu ăn cỏ. “Tôi nghĩ rằng những cuộc trò chuyện này đang diễn ra trên khắp đất nước. Và tôi nghĩ nó sẽ tăng tốc nhanh chóng.”
Khái niệm về điện nông nghiệp cũng đã nhận được sự ủng hộ của các nhà hoạch định chính sách trong những năm gần đây. Tại Massachusetts, Bộ Năng lượng Tiểu bang điều hành một chương trình cung cấp khoản bồi thường bằng tiền cho các nhà phát triển năng lượng mặt trời xây dựng hệ thống điện nông nghiệp. Ngoài ra, Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ đã trao khoản tài trợ trị giá 10 triệu đô la cho SCAPES, dự án do U of I dẫn đầu nhằm tìm cách tối ưu hóa thiết kế của các hệ thống điện nông nghiệp. Sự phát triển của các ngành công nghiệp liên quan đến điện nông nghiệp và sự hỗ trợ của các nhà hoạch định chính sách là rất quan trọng để đưa ra giải pháp cho tình thế tiến thoái lưỡng nan về sử dụng đất, nhưng điều này không có nghĩa là điện nông nghiệp là liều thuốc chữa bách bệnh sẽ chấm dứt mọi tranh cãi xung quanh việc lựa chọn địa điểm sử dụng năng lượng mặt trời. Pascaris nhấn mạnh tiềm năng tình huống của nó: “Tôi không nghĩ rằng tất cả đất nông nghiệp sẽ trở thành điện nông nghiệp… Tôi nghĩ rằng đất nông nghiệp cận biên có thể là điện nông nghiệp, và ở những nơi mà nông nghiệp đang chết dần và gặp khó khăn, chúng ta có thể hồi sinh nó bằng điện nông nghiệp. Tôi thấy nó trong các ứng dụng thích hợp tạo ra những lợi ích tuyệt vời này. … Trước tiên, chúng ta phải xem xét môi trường xây dựng: mái nhà, bến đỗ ô tô, quỹ siêu quỹ và tất cả những vùng đất bị thoái hóa đó.”
Cho dù nông nghiệp có giải quyết được cuộc tranh luận về sử dụng đất nông nghiệp-năng lượng mặt trời hay không, thì sự phát triển của khái niệm này là không thể phủ nhận. Ví dụ, BlueWave Solar, một công ty phát triển năng lượng mặt trời có trụ sở tại Massachusetts, đã định vị mình là một
người dẫn đầu trong lĩnh vực này, đang phát triển các trang trại nông nghiệp ở New Jersey, Maine và Massachusetts. Ở Colorado, nông dân Bryon Kominek đã mở rộng trang trại của gia đình mình thành Khu vườn năng lượng mặt trời của Jack, nơi có Trung tâm học tập nông nghiệp Colorado. Trung tâm cung cấp các chuyến tham quan công cộng cho những cư dân tò mò và hợp tác với các chính phủ và trường đại học để nghiên cứu sâu hơn về tiềm năng của các hệ thống điện nông nghiệp. Ở bờ biển phía tây, Solar Oregon, một nhóm ủng hộ năng lượng mặt trời, tổ chức các chuyến tham quan công cộng đến các nhà máy rượu vang ở Oregon có các tấm pin mặt trời trong vườn nho của họ, giới thiệu điện nông nghiệp không chỉ là một kỹ thuật sử dụng đất mới mà còn là một điểm thu hút khách du lịch.
Quá trình chuyển đổi từ một thế giới sử dụng nhiên liệu hóa thạch sang một thế giới điện khí hóa đặt ra nhiều thách thức mới cho xã hội. Đứng đầu trong số này là câu hỏi xây dựng các địa điểm năng lượng mặt trời ở đâu và làm thế nào để phát triển chúng theo cách không phá hoại các hoạt động có ý nghĩa về mặt văn hóa và kinh tế như nông nghiệp. Nông điện đã thể hiện mình là một giải pháp từng phần nhanh chóng thu hút được sự chú ý của các bên liên quan và cách tiếp cận này cung cấp một bài học cho các nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách thúc đẩy quá trình chuyển đổi năng lượng về phía trước. Đạt được một mạng lưới năng lượng sạch là có thể, nhưng nó đòi hỏi cơ sở hạ tầng năng lượng phải hợp tác và không cạnh tranh. Ở dạng hiện tại, năng lượng mặt trời dường như là thứ đến sau, gây ra sự phản đối của công chúng khi các cộng đồng lo sợ việc đánh mất bản sắc văn hóa của họ. Ngoài ra, những người ủng hộ nông nghiệp coi hoạt động này là hợp tác, một cơ hội để tiến tới một mạng lưới năng lượng sạch theo cách có ý thức về bản sắc nông thôn. Dù bằng cách nào, câu hỏi làm thế nào để xây dựng mạng lưới năng lượng sạch một cách bền vững phải được giải quyết khi quá trình chuyển đổi năng lượng vẫn tiếp diễn. Agrivoltaics đang nhanh chóng trở thành một giải pháp từng phần cho vấn đề này.
