Nhóm nghiên cứu Đại học Illinois đánh giá chi phí và lợi ích của mô hình nông điện kết hợp tại Trung Tây Hoa Kỳ

Nguồn: Viện Bền vững, Năng lượng và Môi trường (iSEE).

Trong bối cảnh nhu cầu ngày càng tăng về an ninh lương thực và năng lượng gây áp lực lên các nguồn tài nguyên hiện có, các nhà khoa học đang tìm kiếm những cách thức mới để tối đa hóa cả hai mục tiêu này. Một giải pháp tiềm năng là mô hình nông điện kết hợp (agrivoltaics), trong đó hệ thống điện mặt trời được tích hợp với hoạt động trồng trọt. Nghiên cứu này phân tích những đánh đổi về nông nghiệp và kinh tế khi triển khai các dãy pin mặt trời trên các trang trại đang hoạt động tại khu vực Trung Tây Hoa Kỳ.

Kết quả cho thấy hệ thống nông điện kết hợp có thể làm tăng hoặc giảm năng suất và lợi nhuận, tùy thuộc vào loại cây trồng cũng như địa điểm triển khai hệ thống.

Các kết quả nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences.

Dưới sự dẫn dắt của các nhà khoa học tại Đại học Illinois Urbana-Champaign, nhóm nghiên cứu trước tiên đã phát triển một mô hình dựa trên các quá trình tự nhiên nhằm định lượng tác động của hệ thống nông điện kết hợp đối với năng lượng, nước và các quá trình tương tác giữa cây trồng và đất. Mô hình này trước đó đã được kiểm chứng và công bố trên tạp chí Journal of Advances in Modeling Earth Systems.

Nhóm nghiên cứu sau đó tích hợp một mô hình kinh tế nhằm ước tính lợi nhuận ròng hằng năm trên mỗi acre từ sản xuất cây trồng và phát điện đối với ba hệ thống: Nông điện kết hợp, nông nghiệp truyền thống và hệ thống điện mặt trời độc lập.

Các nhà nghiên cứu đã thực hiện các mô phỏng trong 15 năm với nhiều điều kiện khí hậu và cấu hình hệ thống nông điện kết hợp khác nhau trên toàn khu vực Trung Tây Hoa Kỳ. Trong các kịch bản mô phỏng, các dãy pin mặt trời che phủ khoảng 33% diện tích tại mỗi địa điểm nghiên cứu.

Kết quả phân tích cho thấy mức độ khô hạn hoặc ẩm ướt trung bình là yếu tố quan trọng ảnh hưởng năng suất cây trồng cũng như tính khả thi kinh tế của các hệ thống nông điện kết hợp.

Tác giả chính của nghiên cứu, Mengqi Jia, nhà khoa học tại Trung tâm Bền vững Hệ sinh thái Nông nghiệp thuộc Viện Bền vững, Năng lượng và Môi trường của Đại học Illinois, cho biết: “Tại khu vực Trung Tây phía đông có khí hậu ẩm, bóng râm từ các tấm pin mặt trời làm giảm quang hợp, khiến năng suất ngô giảm 24% và năng suất đậu tương giảm 16%, từ đó làm giảm lợi nhuận của nông dân. Ngược lại, tại khu vực Trung Tây bán khô hạn, bóng râm giúp giảm căng thẳng do thiếu nước, qua đó hạn chế tổn thất năng suất ngô và làm tăng năng suất đậu tương khoảng 6%”.

Jia thực hiện nghiên cứu cùng với Bin Peng, giáo sư khoa học cây trồng; Kaiyu Guan, giáo sư tài nguyên thiên nhiên và khoa học môi trường, đồng thời là giám đốc sáng lập ASC; và Madhu Khanna, giám đốc iSEE và giáo sư kinh tế nông nghiệp và kinh tế người tiêu dùng tại Đại học Illinois.

“Khung mô hình tích hợp của chúng tôi là một công cụ mới và mạnh mẽ để nghiên cứu mối quan hệ giữa lương thực, năng lượng và kinh tế”, Peng cho biết. “Chúng tôi đã xác định được những cơ hội ‘cùng có lợi’, trong đó hệ thống nông điện kết hợp với cây đậu tương tại các vùng bán khô hạn có thể mang lại lợi ích kinh tế cho cả nông dân và các nhà phát triển điện mặt trời, qua đó cho thấy sự cần thiết của các thiết kế phù hợp với điều kiện khí hậu của từng vùng”.

Theo Guan, nghiên cứu chuyên sâu của chúng tôi cung cấp cơ sở khoa học cho quy hoạch sử dụng đất, đồng thời đưa ra những hướng dẫn thực tiễn cho các nhà hoạch định chính sách, nhà quản lý đất đai và nhà đầu tư trong việc mở rộng hệ thống nông điện kết hợp theo cách phù hợp với điều kiện địa phương và có khả năng thích ứng với môi trường.

“Dù nông điện kết hợp có thể mang lại lợi ích cho nông dân trồng đậu tương, đặc biệt ở các vùng bán khô hạn, chi phí lắp đặt cao do phải nâng chiều cao các tấm pin mặt trời đã làm giảm khả năng cạnh tranh kinh tế của mô hình này so với các hệ thống điện mặt trời độc lập đối với các nhà phát triển tại phần lớn vùng Trung Tây Hoa Kỳ”, Khanna cho biết. “Vì vậy, các nhà phát triển điện mặt trời quy mô lớn sẽ cần các chính sách hỗ trợ hoặc cơ chế khuyến khích thị trường để triển khai nông điện kết hợp đối với các cây trồng hàng năm”.

Các nhà nghiên cứu cũng lưu ý rằng tính khả thi kinh tế của nông điện kết hợp tại Trung Tây còn phụ thuộc vào một số yếu tố thị trường khác, bao gồm giá nông sản, giá thuê đất và điều kiện thời tiết tổng thể.

Huỳnh Thị Đan Anh theo Đại học Illinois.