Tại sao mặt đất dưới các tấm pin mặt trời Colorado lại màu mỡ để trồng cây lương thực
Một nhà lập pháp Đảng Cộng hòa đã tham gia vào nỗ lực thúc đẩy nông nghiệp năng lượng mặt trời hoặc nông nghiệp năng lượng mặt trời trước đây chỉ dành cho Đảng Dân chủ, đưa Colorado trở thành một nhà lãnh đạo quốc gia
Các cây ngủ đông tại Trang trại năng lượng mặt trời của Jack gần Longmont phát triển trong các vùng vi khí hậu được tạo ra bởi bóng râm của các tấm pin mặt trời cũng hướng mưa tới các cây cần nhiều độ ẩm hơn. (Tyler Hickman, Đặc biệt cho Mặt trời Colorado)
Tại các địa điểm trên khắp đất nước, những cánh đồng, trang trại và rừng xanh tươi trước đây bị thu hẹp thành những bãi sỏi để nhường chỗ cho các nhà máy năng lượng mặt trời quy mô tiện ích. Ở một số nơi, cỏ xanh Kentucky được cắt tỉa cẩn thận được phép mọc bên dưới các tấm.
Ngay gần Đường Hover phía nam Longmont, một dự án năng lượng mặt trời đã phá vỡ khuôn mẫu này. Các loại thảo mộc thơm ngon, bụi mọng, rau và cỏ khô mọc lên giữa các hàng tấm pin quang điện trên cao. Vườn năng lượng mặt trời của Jack là cơ sở nghiên cứu hoạt động thương mại lớn nhất ở Hoa Kỳ về “năng lượng điện”, một mô hình sử dụng đất kết hợp nông nghiệp với năng lượng mặt trời. Chỉ trong một vài mẫu Anh, địa điểm này trồng trọt cho một trang trại địa phương, sản xuất đủ điện để cung cấp năng lượng cho 300 ngôi nhà và là nơi tiếp đón các nhà nghiên cứu từ ba tổ chức riêng biệt. Dự án bảo tồn truyền thống của vùng đất, đó là hoạt động cỏ khô thế hệ thứ ba. Đồng thời, nó có vị trí thuận lợi cho một tương lai trong đó nhu cầu năng lượng của Colorado ngày càng được đáp ứng bằng các nguồn tái tạo.
Ý tưởng đằng sau điện nông nghiệp rất đơn giản: sử dụng không gian “trống rỗng” bên dưới các tấm pin mặt trời để trồng trọt. Tuy nhiên, khái niệm này vẫn còn non trẻ. Các trang trại nông nghiệp và địa điểm nghiên cứu được sở hữu và vận hành bởi một số người ủng hộ được chọn trên khắp đất nước. Trong phiên họp lập pháp này, hai thượng nghị sĩ Colorado dự định giới thiệu một dự luật có thể đưa tiểu bang trở thành một nhà lãnh đạo trong nghiên cứu điện nông nghiệp.
Đây không phải là lần đầu tiên chủ đề này được đưa ra tòa nhà nước. Vào năm 2021, các Đảng viên Đảng Dân chủ tại Thượng viện đã thông qua Dự luật Thượng viện 235, cung cấp 3 triệu đô la tài trợ cho chương trình Thúc đẩy Năng lượng Tái tạo và Hiệu quả Năng lượng của Colorado. Trong số này, một phần nhỏ được phân bổ để mua thiết bị cho các hoạt động nông nghiệp.
Thượng nghị sĩ Sonya Jaquez Lewis, nhà tài trợ chính của dự luật cho biết: “Chúng tôi không phải là tiểu bang đầu tiên công nhận điện nông nghiệp, nhưng chúng tôi là tiểu bang đầu tiên thiết lập hệ thống điện nông nghiệp theo quy định và cũng được tài trợ từ các quỹ của tiểu bang.
Jaquez Lewis ghi nhận Vườn năng lượng mặt trời của Jack vì sự quan tâm của cô đối với điện nông nghiệp. Sau khi tham quan cơ sở, nằm trong quận của cô ấy và chỉ cách nhà cô ấy 10 phút lái xe, cô ấy đã bị cuốn hút.
Một năm sau, năng lượng điện nông nghiệp lại xuất hiện tại Điện Capitol. Dự luật Thượng viện 22-138, được tài trợ bởi Chris Hansen, đảng viên Đảng Dân chủ Denver, đã không thành công như dự luật tiền nhiệm. Năm năm tài trợ cho nghiên cứu điện nông nghiệp đã được đề xuất với một loạt các chính sách nhằm giảm phát thải khí nhà kính ở Colorado. Các đảng viên Đảng Cộng hòa tại Hạ viện đã tiến hành một cuộc tấn công vào giây cuối cùng, giết chết luật pháp.
Cho đến nay, mọi dự luật liên quan đến tài trợ cho điện nông nghiệp chủ yếu được tài trợ bởi Đảng Dân chủ. Vào năm 2023, một nhà lập pháp Đảng Cộng hòa từ Alamosa dự định thay đổi điều đó. Thượng nghị sĩ Cleave Simpson lần đầu tiên quan tâm đến điện nông nghiệp như một giải pháp tiềm năng cho các vấn đề mà gia đình ông gặp phải trên trang trại cỏ linh lăng rộng 800 mẫu Anh của họ. Nhiều năm khan hiếm nước đã khiến hoạt động trở nên khó khăn về tài chính.
Simpson nói: “Tôi đang cố gắng tìm ra cách làm cho trang trại của mình tự cung tự cấp về nhiều mặt - năng lượng, chất lượng đất và nước. “Tất cả những thứ này kết hợp lại với nhau trong cuộc trò chuyện xung quanh vấn đề điện nông nghiệp này.”
Simpson dự đoán rằng các cử tri của anh ấy sẽ chia sẻ mối quan tâm của anh ấy đối với công nghệ mới. Trong hai thập kỷ qua, ông đã chứng kiến các trang trại và trại chăn nuôi lân cận phải vật lộn để duy trì hoạt động.
Ông nói: “Nếu 20 năm tới giống như 20 năm qua từ góc độ cung cấp nước, thì có lẽ 100.000 mẫu Anh trong thung lũng không có đủ nguồn cung cấp nước. “Nền kinh tế, văn hóa và cộng đồng của toàn bộ cộng đồng được xây dựng xung quanh nền nông nghiệp được tưới tiêu và tôi chỉ thấy đoàn tàu chở hàng này đang lao xuống đường ray tại đó. Tôi thường xuyên tìm kiếm các giải pháp.”
Về cốt lõi, điện nông nghiệp là sự kết hợp giữa sử dụng đất truyền thống với cơ sở hạ tầng hướng tới tương lai. Thay vì phá bỏ mùa màng để nhường chỗ cho sản xuất điện, chủ đất có thể điều chỉnh các hoạt động nông nghiệp lâu đời để kết hợp nguồn doanh thu thứ hai.
“Kinh tế chắc chắn là yếu tố thúc đẩy lớn nhất,” Simpson nói. “Tôi không muốn mạo hiểm với khả năng kinh tế của trang trại gia đình mình cũng như tương lai của con trai tôi và cháu trai tôi.”
Vào thứ Ba, Thống đốc đảng Dân chủ Jared Polis đã nhắc lại mục tiêu của ông đối với Colorado là tạo ra 100% điện năng từ năng lượng tái tạo vào năm 2040 trong bài phát biểu về Bang thường niên lần thứ năm của mình. Mục tiêu này là một phần trong nỗ lực lớn hơn nhằm giảm phát thải khí nhà kính ở Colorado. Năm ngoái, các tiện ích lớn, bao gồm cả Xcel Energy, đã đệ trình các kế hoạch năng lượng sạch lên tiểu bang nêu chi tiết cách họ sẽ đóng góp cho quá trình chuyển đổi.
Toàn bộ nền kinh tế, văn hóa và giao thông của cộng đồng
được xây dựng xung quanh nền nông nghiệp được tưới tiêu và tôi chỉ thấy đoàn tàu chở hàng này đang lao xuống đường ray ở đó.
— Thượng nghị sĩ bang Cleave Simpson, nhà lập pháp Đảng Cộng hòa từ Alamosa
Mặc dù Simpson không phải là một người ủng hộ khí hậu thẳng thắn, nhưng anh ấy nhìn thấy chữ viết trên tường. Năng lượng tái tạo đang mở rộng ở Colorado và anh ấy muốn chúng mang lại lợi ích cho nông dân khi họ làm như vậy.
Simpson nói: “Nếu tôi có thể ở trong một không gian để giúp thúc đẩy cuộc trò chuyện và bảo vệ ag, thì tôi thà ở trong không gian đó hơn là cố gắng đảo ngược chính sách. “Ở vị trí này, tôi có nhiều quyền kiểm soát hơn một chút đối với việc nó sẽ trông như thế nào.”
Trong phiên họp lập pháp sắp tới, Simpson có kế hoạch giới thiệu một dự luật độc lập nhằm tạo ra một chương trình tài trợ cho các dự án nông nghiệp do văn phòng Chống hạn hán và Khí hậu Nông nghiệp mới thành lập giám sát. Theo một dự thảo, các khoản tài trợ sẽ được cung cấp cho “(các) dự án nghiên cứu hoặc trình diễn mới hoặc đang diễn ra như một phương tiện để nghiên cứu việc sử dụng điện nông nghiệp trong tiểu bang.” Đây sẽ là luật tiểu bang đầu tiên trong cả nước cung cấp kinh phí cho nghiên cứu điện nông nghiệp, mặc dù Massachusetts đã thông qua luật tài trợ cho các dự án sản xuất điện nông nghiệp vào năm 2018.
Hansen sẽ đồng tài trợ cho luật pháp và một số ngôn ngữ sẽ được sử dụng lại từ Dự luật Thượng viện 22-138. Lần này, họ lạc quan rằng dự luật sẽ được thông qua.
Simpson nói: “Đôi khi, với những khái niệm mới, mọi người có thể e ngại và do dự. “Nếu Thượng nghị sĩ Hansen và tôi đang làm việc cùng nhau, điều đó sẽ làm giảm bớt những lo ngại tiềm ẩn ở cả hai bên lối đi.”
Byron Kominek nhặt vỏ hạt khô của cây xô thơm tại Trang trại năng lượng mặt trời của Jack ở Longmont vào ngày 8 tháng 12 năm 2022. (Tyler Hickman, Đặc biệt cho The Colorado Sun)
vi khí hậu
Đối với một nông dân, giá trị tiềm năng của một dự án điện nông nghiệp là gấp đôi. Đầu tiên, đó là năng lượng mặt trời mà trang trại có thể sử dụng để cung cấp năng lượng cho các hoạt động của mình hoặc tạo doanh thu thông qua hợp đồng cho thuê từ một nhà phát triển năng lượng mặt trời. Lợi ích tiềm năng thứ hai khó định lượng hơn.
Khi mặt trời di chuyển trên bầu trời, các tấm pin tại Vườn năng lượng mặt trời của Jack theo dõi hướng đi của nó dọc theo một trục duy nhất. Bên dưới chúng, một cái bóng di chuyển trên trái đất và nước mưa đọng lại dọc theo cạnh hướng xuống của mỗi tấm. Trước khi trang trại trở thành một khu vườn năng lượng mặt trời, mỗi foot vuông đều nhận được lượng ánh sáng mặt trời và độ ẩm xấp xỉ như nhau. Bây giờ, lĩnh vực này được chia thành một mảng “vi khí hậu”.
Khái niệm này là trung tâm của những lợi ích có mục đích của agrivoltaics. Các điều kiện đa dạng trong cùng một khu đất làm tăng cơ hội trồng các loại cây trồng khác nhau. Trên đồng cỏ, việc lắp đặt điện nông nghiệp có thể thúc đẩy các loài thực vật, côn trùng thụ phấn và hệ vi sinh vật đất đa dạng hơn — những yếu tố cần thiết cho sự bền vững lâu dài.
“Đối với những chủ đất ở đây, nếu bạn có thể tăng năng suất lên chút nào - thật tuyệt. Nếu bạn có thể giữ năng suất như cũ — thật tuyệt, vì bạn cũng đang tạo ra năng lượng,” Matt Sturchio, nghiên cứu sinh tiến sĩ và nhà nghiên cứu nông học tại Đại học Bang Colorado, cho biết. “Nếu bạn có thể giảm một chút năng suất, nhưng tăng cường đa dạng sinh học và khả năng phục hồi trước các điều kiện khí hậu khắc nghiệt như hạn hán và sóng nhiệt – đôi bên cùng có lợi, phải không?”
TRÁI: Các loại cây trồng tại Vườn năng lượng mặt trời của Jack bao gồm dâu trâu bản địa, loại cây cố định đạm trong đất. Quả mọng ăn được, dùng làm mứt và làm thuốc thảo dược. PHẢI: Người sáng lập Vườn năng lượng mặt trời của Jack, Byron Kominek, đã mất ba năm để thuyết phục các quan chức của Hạt Boulder cho phép anh ta xây dựng mảng năng lượng mặt trời hiện cung cấp đủ điện để cung cấp cho 300 ngôi nhà. Bây giờ các loại cây trồng được trồng dưới các tấm, khu vườn cũng hoạt động như một dự án nghiên cứu nông nghiệp lớn nhất của quốc gia. (Tyler Hickman, Đặc biệt cho Mặt trời Colorado)
Ý tưởng rằng các tấm pin mặt trời có thể giúp cây trồng sống sót qua hạn hán là một khái niệm hấp dẫn ở các vùng đất nông nghiệp khô cằn trên khắp Colorado và sa mạc Tây Nam. Nước luôn trong tình trạng thiếu hụt và ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy các hoạt động nông nghiệp có thể giúp ích. Một nghiên cứu năm 2019 do nhà nghiên cứu Greg Barron-Gafford của Đại học Arizona dẫn đầu đã phát hiện ra rằng ớt jalapeños và cà chua sử dụng nước tưới hiệu quả hơn dưới bóng râm bảo vệ của các tấm pin quang điện tại một khu vực thực địa bên ngoài Tucson. Tại khu vườn năng lượng mặt trời của Jack, tổ chức đối tác Sprout City Farms trồng rau, thảo mộc và quả mọng dưới bóng râm của các tấm pin.
Các nhà nghiên cứu như Sturchio hy vọng rằng những lợi ích tương tự có thể diễn ra ở đồng cỏ bản địa, cánh đồng cỏ khô và đồng cỏ. Ngoài việc che nắng cho cây trồng, các tấm pin này có thể cung cấp nơi trú ẩn cho gia súc khỏi ánh nắng mặt trời giữa trưa.
Chẳng bao lâu nữa, một dự án thuộc khu vực tư nhân sẽ đưa lý thuyết này vào thử nghiệm. Vào tháng 8, các ủy viên của Hạt Delta đã phê duyệt Dự án năng lượng mặt trời Garnet Mesa, dự án này sẽ kết hợp 80 megawatt công suất năng lượng mặt trời với 1.000 con cừu địa phương. Khi hoàn thành, nó sẽ lớn hơn 60 lần so với Vườn năng lượng mặt trời của Jack, giành lấy danh hiệu cơ sở nông nghiệp lớn nhất của bang.
mở rộng quy mô
Alexis Pascaris, giám đốc sáng lập của AgriSolar Consulting, đã dành vô số thời gian để phỏng vấn những người nông dân về ý kiến của họ đối với điện nông nghiệp. nói chung họ rơi vào hai phe.
Cô ấy nói: “Đó là 'hãy tránh xa đất nông nghiệp của tôi' hoặc 'thật tuyệt vời, làm cách nào tôi có thể tận dụng những lợi ích đó để hỗ trợ trang trại và hoạt động sản xuất của mình?'”. Những người nông dân quan tâm muốn biết một điều. “Họ coi trọng các thuộc tính xã hội và môi trường, nhưng suy cho cùng, họ phải cân nhắc về mặt tài chính.”
Cơ sở lý luận này là trung tâm của động lực cho Khu vườn năng lượng mặt trời của Jack. Năm 2016, Byron Kominek chuyển đến trang trại của gia đình sau 5 năm làm nhà ngoại giao Hoa Kỳ ở miền nam châu Phi. Vào thời điểm đó, trang trại sản xuất cỏ khô. Nhưng lợi nhuận thu được rất ít so với khi ông nội của Kominek, Jack, điều hành hoạt động vào những năm 1970 và 1980.
Công nhân của Sprout City Farms thu hoạch đậu tại Jack's Solar Garden. (Werner Slocum, NREL)
Kominek nói: “Haing rất thú vị, nhưng nó không kiếm được tiền. “Và chúng tôi ngày càng nhận được ít nước hơn mỗi năm để tưới cho loại cỏ bromegrass đang khát nước đó.”
Khi Kominek đến Sở Sử dụng Đất đai Quận Boulder để hỏi liệu anh ta có thể xây dựng một tấm pin mặt trời trên khu đất hay không, họ đã bắn hạ anh ta. Anh ta có thể điều hành một trang trại trồng cây thông Noel hoặc một trung tâm cưỡi ngựa, nhưng họ sẽ không cấp cho anh ta những tấm pin mặt trời. Bất kể thứ gì đang phát triển bên dưới các tấm pin, dự án được xem như một nhà máy điện.
Kominek là một người kiên trì lạ thường. Trong suốt ba năm, anh ấy đã thuyết phục được các quan chức quận cho phép anh ấy xây dựng Vườn năng lượng mặt trời của Jack và bán cổ phần của hoạt động này cho các chủ nhà địa phương. Giờ đây, doanh thu từ điện sản xuất tại trang trại dần dần giảm đi trong khoản vay ngân hàng tài trợ cho việc xây dựng, và Kominek đã trở thành người ủng hộ nổi bật về vấn đề này.
Đối với nhiều người, Vườn năng lượng mặt trời của Jack là một mô hình cho những gì có thể thực hiện được với điện nông nghiệp. Kominek hy vọng nó là chất xúc tác cho một điều gì đó lớn hơn. “Có phải chúng ta sẽ tiếp tục tìm hiểu về các dự án có quy mô như của tôi hay chúng ta thực sự sẽ bắt đầu lắp đặt các hệ thống 10 megawatt, 50 megawatt, 100 megawatt cộng với mục tiêu là điện nông nghiệp?” anh ấy nói.
Những người ủng hộ nông nghiệp khác đồng ý. Đối với Sturchio, một dự án quy mô lớn kết hợp với sự tài trợ của nhà nước có thể bảo đảm cho nghiên cứu của ông ở quy mô chưa từng có.
“Có bao nhiêu địa điểm được xây dựng cho điện nông nghiệp, và bao nhiêu địa điểm đã giữ nguyên vùng đất? Không nhiều,” anh nói. “Nhiều tiền hơn là điều quan trọng để xây dựng những thiết kế lớn hơn.”
Họ coi trọng các thuộc tính xã hội và môi trường, nhưng cuối cùng, họ phải cân nhắc về mặt tài chính.
— Alexis Pascaris, giám đốc sáng lập của AgriSolar Consulting
Simpson hy vọng rằng các dự án điện nông nghiệp quy mô lớn có thể cung cấp một ví dụ cho những người nông dân giống như các cử tri của ông ở Thung lũng San Luis. “Tôi đã tham quan Khu vườn Mặt trời của Jack vào mùa hè năm ngoái và dành thời gian với Byron. Thật ấn tượng khi thấy những gì anh ấy đã đạt được, theo quan điểm của tôi, ở quy mô nhỏ,” anh ấy nói. “Tôi cần có khả năng làm điều đó trên 120 hoặc 160 mẫu Anh cùng một lúc và, bạn biết đấy, làm điều đó 50 lần hoặc 100 lần.”
Có hai điều cản trở tầm nhìn lớn đối với các dự án điện nông nghiệp quy mô lớn. Đầu tiên là thể chất. Các dự án năng lượng tái tạo quy mô lớn đòi hỏi đường truyền tải công suất cao. Dự án Power Pathway của Xcel sẽ mang loại cơ sở hạ tầng này đến phần lớn miền Đông Colorado trong vài năm tới, nhưng những nơi như Thung lũng San Luis lại bị tụt lại phía sau.
Dây tưới nhỏ giọt bổ sung nước tự nhiên tại Jack’s Solar Garden. (Tyler Hickman, Đặc biệt cho Mặt trời Colorado)
Simpson cho biết: “Toàn bộ nguồn cung cấp cho Thung lũng San Luis đến từ hai tuyến đường tạo ra ở phía bắc thung lũng và đi qua Đèo Poncha.
Các nhà lập pháp ở thung lũng từ lâu đã thảo luận về đường dây thứ hai vào thung lũng từ phía đông, nhưng không có kế hoạch cụ thể nào để mở rộng cơ sở hạ tầng truyền tải. Hiện tại, các dự án năng lượng tái tạo mới bị giới hạn bởi năng lực.
Trở ngại thứ hai là tài chính. Quỹ chung của Colorado sẽ bị thu hẹp trong năm tới do giới hạn Tuyên ngôn về Quyền của Người nộp thuế (TABOR) đối với doanh thu của tiểu bang thấp hơn so với lạm phát. Ngay cả khi dự luật của Simpson và Hansen được thông qua, nó có thể không được tài trợ trong một năm nữa.
Simpson nói: “Năm nay thật khó khăn để cố gắng lấy bất kỳ đồng đô la nào cho nó. "Ít nhất chúng ta có thể có được cơ quan theo luật định."
Trong khi đó, sáu dự án do Bộ Năng lượng tài trợ ở các tiểu bang khác sẽ kiểm tra tính khả thi của các hệ thống điện nông nghiệp quy mô tiện ích ở các vùng khí hậu và loại hình sử dụng đất khác nhau. Tính đến thời điểm hiện tại, Jack’s Solar Garden đã đưa Colorado trở thành công ty hàng đầu trong lĩnh vực này. Nếu nhà nước muốn duy trì tình trạng đó, nó sẽ cần phải mở rộng quy mô.
