Ốc đảo bất ngờ dưới những tấm pin
Yehdor, một người chăn nuôi 49 tuổi ở tây bắc Trung Quốc, vẫn nhớ những ngày khốn khó năm 1998. Cỏ tự nhiên biến mất trên khắp sa mạc Gobi Talatan, khiến đàn bò và cừu của ông đói lả. Ông cùng cha phải đến những ngôi làng xa xôi mua cỏ khô, rồi dùng xe ba bánh chở về qua địa hình hiểm trở. Trong một chuyến đi, Yehdor bị thương ở mắt cá chân khi kéo chiếc xe quá tải. Đến cuối thế kỷ trước, sa mạc hóa đã bao phủ 98,5% vùng đất này, nơi chỉ có bão cát và gian khó.
Nội dung
Ngày nay, Yehdor chạy xe máy qua vùng đất đã đổi thay. Những tấm pin mặt trời xanh thẫm trải rộng trên 162 dặm vuông từng là vùng đất hoang cằn cỗi ở huyện Công Hòa, tỉnh Thanh Hải. Bên dưới những dãy pin, đàn cừu của ông gặm cỏ xanh tốt, dày đến mức đôi khi che khuất các tấm pin. Đàn cừu của ông tăng từ 200 lên hơn 300 con, còn thu nhập hằng năm đạt gần 100.000 nhân dân tệ (khoảng 14.000 USD). Vùng đất từng phát tán bão cát cách đây ba thập niên giờ cung cấp điện sạch và thịt cừu cao cấp mang thương hiệu “cừu quang điện”.
Sự chuyển mình tại Công viên Quang điện Công Hòa, cơ sở điện mặt trời lớn nhất thế giới trên cao nguyên Tây Tạng, không chỉ đơn thuần là một dự án năng lượng. Nghiên cứu bình duyệt đăng trên tạp chí Scientific Reports xác nhận công trình đã tạo ra những cải thiện sinh thái có thể đo lường trên khắp bề mặt sa mạc. Các tấm pin tạo nên những vi khí hậu mát và ẩm hơn, giúp thảm thực vật phát triển, biến vùng đất gần như không có sự sống thành một hệ sinh thái hoạt động, vừa hỗ trợ sản xuất điện với công suất hàng gigawatt, vừa nuôi hàng nghìn gia súc chăn thả.
Yehdor mô tả sự thay đổi bằng những con số cụ thể, phản ánh thực tế kinh tế của quá trình chuyển đổi.
Gia đình chúng tôi kiếm gần 100.000 nhân dân tệ mỗi năm nhờ nuôi cừu. Đàn cừu của tôi tăng từ 200 lên hơn 300 con, chúng khỏe mạnh và cường tráng. Cuộc sống tốt hơn nhiều.
Mở rộng quy mô trên nóc nhà thế giới
Công viên Điện mặt trời Talatan nằm ở độ cao gần 10.000 feet so với mực nước biển, trên cao nguyên Thanh Hải-Tây Tạng, nơi không khí loãng và bức xạ mặt trời mạnh tạo điều kiện lý tưởng cho sản xuất điện quang điện. Công trình khởi công năm 2012, thuộc cơ sở điện mặt trời công suất 10 triệu kilowatt đầu tiên của Trung Quốc. Theo số liệu chính thức, đến cuối năm 2024, công viên đã mở rộng trên diện tích hơn 300 km vuông (116 dặm vuông); một số báo cáo quốc tế cho biết tổng diện tích đạt 162 dặm vuông nếu tính cả các cơ sở liên quan.
Quy mô này vượt xa mọi cơ sở tương tự ở Mỹ. Toàn bộ khu phức hợp hiện có 91 doanh nghiệp năng lượng, gồm 63 công ty điện mặt trời quang điện và 28 đơn vị điện gió, với tổng công suất hòa lưới 17,73 triệu kilowatt. Các đường dây cao thế truyền điện đi xa hơn 1.000 dặm tới những trung tâm công nghiệp, phục vụ thị trường xe điện đang phát triển và các trung tâm dữ liệu trí tuệ nhân tạo của Trung Quốc. Chỉ riêng năm ngoái, việc xây dựng các dự án năng lượng mới trong khu vực đã tạo hơn 3.000 việc làm cho nông dân và người chăn nuôi địa phương.
Việc chọn địa điểm xuất phát từ tính thực tế. Sa mạc Gobi Talatan có địa hình rộng, bằng phẳng, ít bị các hoạt động sử dụng đất khác cạnh tranh và sở hữu một trong những nguồn năng lượng mặt trời mạnh nhất thế giới. Cao nguyên nhận được ánh nắng mạnh hơn nhiều so với mực nước biển do khí quyển ở đây mỏng hơn. Tuy nhiên, chính những yếu tố giúp nơi này phù hợp để lắp đặt pin mặt trời, gồm bức xạ mạnh và điều kiện khô hạn, từ lâu cũng cản trở cây cối phát triển và góp phần gây sa mạc hóa nghiêm trọng.
Bóng râm làm thay đổi hệ sinh thái sa mạc
Những thay đổi sinh thái diễn ra bên dưới các dãy pin thách thức các quan niệm thông thường về phát triển công nghiệp ở những môi trường mong manh. Các nhà nghiên cứu từ Đại học Công nghệ Tây An áp dụng khung DPSIR (Động lực, Áp lực, Hiện trạng, Tác động, Ứng phó), một công cụ đánh giá do Cơ quan Môi trường châu Âu phát triển, để đo lường 57 chỉ số sinh thái khác nhau tại Công Hòa. Kết quả công bố năm 2024 cho thấy các khu vực ngay bên dưới tấm pin đạt 0,4393 điểm về sức khỏe sinh thái tổng thể, cao hơn đáng kể so với các vùng chuyển tiếp (0,2858) hoặc vùng sa mạc chưa bị tác động (0,2802).
Các nhà nghiên cứu theo dõi những thay đổi sinh thái đã ghi nhận những cải thiện có thể đo lường trong điều kiện đất bên dưới các dãy pin.
Sự hiện diện của các tấm pin mặt trời làm thay đổi cân bằng năng lượng trên bề mặt. Chúng tôi ghi nhận hoạt động sinh học bên dưới các dãy pin cao hơn so với vùng sa mạc trơ trụi bên ngoài.
Cơ chế tạo ra cải thiện này khá đơn giản. Bằng cách chắn ánh nắng trực tiếp, các tấm pin làm giảm nhiệt độ mặt đất và hạn chế bốc hơi, giúp độ ẩm quý giá lưu lại trong đất thay vì biến mất chỉ sau vài giờ như thường thấy. Dữ liệu viễn thám vệ tinh cho thấy tốc độ gió trong công viên quang điện đã giảm 50%, trong khi lượng nước bốc hơi từ đất giảm 30%. Một nghiên cứu năm 2025 trên tạp chí Frontiers in Environmental Science phát hiện đất bên dưới các tấm pin cố định giữ được lượng nước nhiều hơn khoảng 75% so với nền đất trống gần đó.
Nước còn đến từ hoạt động bảo trì. Các tấm pin mặt trời cần được vệ sinh thường xuyên để loại bỏ bụi làm giảm hiệu suất; lượng nước chảy xuống từ quá trình này thấm vào đất bên dưới các dãy pin. Ở sa mạc Talatan, nguồn nước nhỏ nhưng đều đặn này, kết hợp với tình trạng bốc hơi giảm, đã giúp cỏ mọc cao hơn một mét ở một số nơi. Theo số liệu của Tập đoàn Đầu tư Điện lực Nhà nước và Đại học Công nghệ Tây An, độ che phủ thực vật trong công viên đã đạt 80%.
Những vùng đệm vi khí hậu này tạo điều kiện để cây chịu hạn và vi sinh vật trong đất sinh sôi. Bóng râm làm giảm biên độ dao động nhiệt độ hằng ngày vốn gây áp lực cho thảm thực vật, trong khi các kết cấu vật lý làm thay đổi luồng gió, hạn chế gió cuốn đi lớp đất mặt và cây non. Kết quả là một vòng tuần hoàn tự củng cố: đất ẩm hơn giúp cây phát triển, từ đó ổn định đất và giảm bụi.
Cuộc cách mạng nông nghiệp kết hợp điện mặt trời
Thảm thực vật phục hồi đã tạo ra một thách thức ngoài dự kiến cho các đơn vị vận hành điện mặt trời. Khi cỏ mọc dày bên dưới các tấm pin, chúng bắt đầu chắn ánh sáng và làm giảm hiệu suất phát điện. Vào mùa đông, thảm thực vật khô còn tiềm ẩn nguy cơ cháy. Ban đầu, các công ty thuê công nhân phát cỏ thủ công, một quy trình tốn kém và cần nhiều nhân lực.
Năm 2018, các đơn vị vận hành tìm đến người chăn nuôi địa phương để giải quyết vấn đề. Mô hình này sau đó trở thành hình mẫu kết hợp nông nghiệp với điện mặt trời trên toàn thế giới. Những người chăn nuôi như Yehdor hiện được chăn thả cừu miễn phí bên dưới các tấm pin, giúp kiểm soát thảm thực vật tự nhiên và loại bỏ nhu cầu sử dụng thuốc diệt cỏ hay máy móc phát quang. Các kỹ thuật viên điều chỉnh cơ sở hạ tầng để phù hợp với vật nuôi, tăng khoảng cách giữa các dãy pin từ ba lên năm mét và nâng độ cao giá đỡ từ 50 cm lên 1,5-1,8 mét.
Mô hình này mang lại lợi ích cho cả hai bên. Cừu được tránh nắng trong những ngày hè nóng gay gắt và có nguồn cỏ chất lượng cao dồi dào nhờ vi khí hậu được cải thiện. “Cừu quang điện” được đánh giá cao về chất lượng; người chăn nuôi đã phát triển sản phẩm mang thương hiệu riêng và bán trên toàn quốc qua các nền tảng thương mại điện tử. Mỗi con cừu có thẻ nhận dạng kỹ thuật số dưới dạng thẻ tai mã QR, lưu trữ thông tin về tuổi, lịch sử tiêm phòng và chủ sở hữu.
Khu tự trị đã thành lập 32 đồng cỏ sinh thái quang điện và 56 điểm chăn thả tập trung trong công viên điện mặt trời, hỗ trợ 18 ngôi làng lân cận với tổng đàn hơn 20.000 con cừu mỗi năm. Ước tính công viên sản xuất 118.000 tấn cỏ mỗi năm, đủ để nuôi 200.000 con cừu trên lý thuyết. Riêng năm 2023, doanh thu từ cừu quang điện mang lại tổng thu nhập 11 triệu nhân dân tệ cho người chăn nuôi, trong khi 173 ngôi làng từng nghèo khó thu về 67 triệu nhân dân tệ từ các hoạt động kinh doanh liên quan đến điện mặt trời.
Bằng chứng ngoài Thanh Hải
Các nhà khoa học nhấn mạnh rằng quan sát tại một địa điểm cần được lặp lại để xác thực những tuyên bố về sinh thái. Những mô hình tương tự đã xuất hiện tại các cơ sở điện mặt trời khác ở sa mạc Trung Quốc, cho thấy hiện tượng ở Công Hòa có thể phản ánh xu hướng rộng hơn chứ không phải ngoại lệ tại địa phương. Ở sa mạc Kubuqi, ba thập niên phát triển đã biến vùng đất từng phát tán bão cát thành nơi Nhà máy Điện mặt trời Junma sản xuất điện, đồng thời hỗ trợ cây bụi và động vật hoang dã như cáo, thỏ rừng.
Một phân tích toàn diện đăng trên Journal of Environmental Management đã khảo sát 12 sa mạc lớn ở Trung Quốc bằng dữ liệu viễn thám giai đoạn 2010-2018. Nghiên cứu cho thấy các nhà máy điện quang điện mở rộng từ diện tích bằng không lên 102,56 km vuông trong thời kỳ này; diện tích xanh hóa bên trong các cơ sở đạt 30,80 km vuông, chiếm 30% tổng diện tích trang trại điện mặt trời. Các nhà nghiên cứu cho rằng nguyên nhân chủ yếu là những dự án kiểm soát sa mạc bằng điện quang điện do chính phủ dẫn dắt, kết hợp với điều kiện khí hậu thuận lợi.
Những nguyên lý này cũng đang được thử nghiệm bên ngoài Trung Quốc. Dự án Nexus ở California đang đánh giá khả năng các tấm pin mặt trời lắp trên kênh Hickman, phía đông San Francisco, giúp tiết kiệm 63 tỷ gallon nước nhờ ngăn bốc hơi. Dù quy mô khác với việc phủ xanh sa mạc, các nguyên lý vật lý nền tảng vẫn giống nhau. Bóng râm làm giảm thất thoát nước và điều hòa nhiệt độ, tạo cơ hội phát triển thảm thực vật hoặc bảo tồn nguồn nước ở những môi trường khô hạn.
Triển vọng, quy mô và thận trọng
Dù các lợi ích sinh thái tại từng địa điểm có vẻ rõ rệt, các nhà nghiên cứu cảnh báo không nên mở rộng thiếu cân nhắc. Các mô hình khí hậu cho thấy những cơ sở có quy mô cực lớn có thể làm thay đổi các hình thái hoàn lưu khí quyển khu vực, từ đó ảnh hưởng đến vùng mưa ở xa các dãy pin. Thay đổi độ phản xạ bề mặt (suất phản chiếu) và sự phân bố lại nhiệt có thể kéo theo những tác động vượt ra ngoài ranh giới công viên.
Lợi ích cũng phụ thuộc nhiều vào thiết kế và bảo trì. Độ cao của tấm pin, khoảng cách giữa các hàng và hướng lắp đặt ảnh hưởng đáng kể đến lượng ánh sáng và độ ẩm tới được mặt đất. Cách bố trí theo hướng đông-tây có thể phân bổ ánh sáng đồng đều hơn so với các dãy pin hướng nam. Nếu không kiểm soát xói mòn và quản lý nước phù hợp, những tác động tích cực có thể vẫn mong manh hoặc chỉ kéo dài tạm thời. Việc lựa chọn địa điểm rất quan trọng; các dự án cần tránh môi trường sống nhạy cảm và hành lang di cư.
Giám sát dài hạn cũng là một thách thức. Phần lớn các trang trại điện mặt trời ở những vùng sa mạc này hoạt động chưa đến 15 năm. Các nhà khoa học cần dữ liệu trong nhiều thập niên để xác định liệu thảm thực vật gia tăng có được duy trì khi cơ sở xuống cấp hay không, quy luật tích tụ bụi có thay đổi hay không, và liệu vi khí hậu biến đổi cuối cùng có gây ra những hệ quả bất ngờ đối với đa dạng sinh học địa phương hoặc thành phần hóa học của đất hay không.
Kết luận chính
- Công viên Quang điện Công Hòa ở tỉnh Thanh Hải, trải rộng 162 dặm vuông trên cao nguyên Tây Tạng, là cơ sở điện mặt trời trên cao lớn nhất thế giới.
- Các nghiên cứu khoa học xác nhận những tấm pin mặt trời đã tạo ra vi khí hậu mát và ẩm hơn, giúp độ che phủ thực vật trong công viên tăng lên 80%, từ mức gần như sa mạc hóa hoàn toàn.
- Độ ẩm đất bên dưới các tấm pin tăng khoảng 75% so với vùng sa mạc lộ thiên, trong khi tốc độ gió giảm 50%.
- Người chăn nuôi địa phương hiện thả hơn 20.000 con cừu bên dưới các tấm pin theo mô hình kết hợp nông nghiệp với điện mặt trời, tạo thu nhập hàng triệu nhân dân tệ đồng thời kiểm soát thảm thực vật tự nhiên.
- Nghiên cứu tại 12 sa mạc ở Trung Quốc cho thấy 30% diện tích các trang trại điện mặt trời có mức độ xanh hóa đáng kể, dù các nhà khoa học cảnh báo việc giám sát dài hạn và lựa chọn địa điểm cẩn trọng vẫn rất cần thiết.
