Vì sao năng lượng tái tạo chưa thể thay thế nhiệt điện than?

TS. NGUYỄN THÀNH SƠN - HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Nhiệt điện than trên thế giới và ở Việt Nam

Cách đây 40 năm, khi Việt Nam (VN) gia nhập Hội đồng Tương trợ kinh tế COMECON (hay còn được gọi tắt theo tiếng Nga là ‘SEV’), thế giới (TG) đã có tiêu chuẩn tổng quát về 5 sản phẩm chủ yếu tính trên đầu người để đánh giá một quốc gia bắt đầu hết đói nghèo. Đó là: 500kg lương thực, 500kg dầu, 500kg thép, 500kg than, 500kWh điện. Khi đó, 3 nước thành viên: Việt Nam, Cu Ba, Mông Cổ được coi là quốc gia hạng hai của COMECON.

Căn cứ vào 5 tiêu chuẩn đó, hiện nay VN cũng mới chỉ đạt được 2 tiêu chuẩn cách đây gần nửa thế kỷ của TG là lương thực và điện năng. 3 sản phẩm còn lại (dầu mỏ, thép, và than) chỉ có thể đạt được thông qua nhập khẩu.

Năm 2017, nền kinh tế toàn cầu sử dụng khoảng 8 tỷ tấn than (bình quân đầu người 1,06 tấn than/người. Trong khi đó, mức sử dụng than của nền kinh tế Việt Nam là 54,6 triệu tấn (= khai thác trong nước + nhập khẩu - xuất khẩu). Bình quân 0,575 tấn/người, trong đó, than nhập khẩu chiếm khoảng 27% (14,5 triệu tấn).

Trong tổng tiêu dùng than của VN năm 2017, than dùng cho lò hơi (phát điện) gần 38 triệu tấn, chiếm gần 70%. Như vậy, mặc dù phải nhập khẩu tới gần 30%, mức sử dụng than cho phát điện của VN tương đương với mức bình quân chung của TG. Điều này cho thấy việc sử dụng than để phát điện phục vụ cho nền kinh tế của VN hiện nay và trong tương lai là một điều bình thường. Ngoài ra, VN nên tranh thủ nhập khẩu nguồn tài nguyên khoáng sản vốn có hạn (than đá, than mỡ) của các nước khác, nhất là của các nước trong khu vực và gần VN như Trung Quốc (than lò coke, than lò cao), Indonesia (than lò hơi), Úc (than lò hơi, lò quay, lò cao, lò coke), Nga (than lò hơi, lò quay, lò coke).

Trong lĩnh vực dùng than phát điện, VN đang ở vị trí rất khiêm tốn. Theo số liệu của IEA, tính đến năm 2014: VN xếp thứ 22 trên TG về tổng công suất nhiệt điện chạy than (trong khi VN xếp thứ 15 về dân số); tỷ trọng nhiệt điện than trong tổng công suất phát điện của VN chỉ chiếm 26,3%, trong khi mức bình quân của TG là 36%; tỷ trọng nhiệt điện than của VN so với TG chỉ chiếm 0,3% (trong khi dân số chiếm tỷ trọng 1,2%, gấp 4 lần). Cụ thể xem bảng sau:

Bảng 1: Tỷ trọng công suất nhiệt điện chạy than của các nước

Bảng trên còn cho thấy, một số nước phát triển như Nhật, Hàn Quốc mặc dù không có ngành khai thác than trong nước nhưng cũng xếp thứ 6 và thứ 10 trên TG về công suất nhiệt điện chạy than.

Mức tiêu dùng các nguồn năng lượng sơ cấp (than, dầu, khí, uranium) của TG sẽ tăng liên tục từ 8,12 tỷ TOE (tấn dầu quy đổi) vào năm 1990 lên 17,455 tỷ TOE vào năm 2035. Xem đồ thị sau:

Nếu tính theo mức tiêu dùng các nguồn năng lượng sơ cấp năm 2013 (là 12,73 tỷ TOE như trên), thời gian loài người còn khai thác được các nguồn năng lượng như trong bảng sau.

Bảng 2: Thời gian tồn tại của các nguồn năng lượng hóa thạch

Nếu tính theo sản lượng năm 2013 của TG là 7,2 tỷ tấn than, thời gian tồn tại của ngành than ở các nước như sau:

Trong bảng trên, VN nằm trong số các nước khác. Thời gian tồn tại của ngành than VN tính theo trữ lượng và mức khai thác năm 2014 là 33 năm, tức chưa bằng 1/3 mức bình quân của TG. Nếu tính theo tiềm năng của bể than đồng bằng sông Hồng - thời gian tồn tại khoảng 800 năm (cũng chưa bằng 1/3 mức binh quân của TG).

Mức độ đầu tư nhiệt điện than trên thế giới

Theo số liệu tổng hợp của IEA, trong giai đoạn từ năm 2014 đến 2035, mức độ đầu tư cho các công nghệ phát điện được tổng hợp như trong bảng sau:

Bảng 3: Mức đầu tư cho phát điện trên TG giai đoạn 2014-2035

Bảng trên cho thấy những vấn đề tham khảo rất có ý nghĩa đối với Việt Nam:

1/ Tổng công suất nhiệt điện chạy than sẽ tăng từ 1900 GW năm 2014 (xem bảng trên) sẽ tăng lên 2500 GW vào năm 2035. Theo đó, tổng công suất các nhà máy nhiệt điện chạy than lạc hậu bị loại 450 GW, và tổng công suất nhiệt điện chạy than tăng lên 1070 GW.

2/ Tổng mức đầu tư cho phát điện của TG là 9.553 tỷ $, tổng công suất phát tăng thêm là 5.660 GW. Trong đó, đầu tư cho nhiệt điện chạy than là 1.528 tỷ $.

3/ Suất đầu tư bình quân của ngành điện thế giới: 1,7 triệu $/MW, trong đó, suất đầu tư của nhiệt điện than 1,4 triệu $/MW. Suất đầu tư cao nhất là của điện nguyên tử.

4/ Vốn đầu tư cho nhiệt điện chạy than chỉ chiếm 16%, công suất tăng thêm chiếm 17%, nhưng sản lượng của nhiệt điện than chiếm 33%.

Các nguồn điện "sạch" còn đắt và có quy mô nhỏ

Mặc dù được đầu tư ngày một lớn, hiện trạng chung của phong điện và quang điện trên thế giới (cũng tương tự như thủy điện truyền thống) là công suất lắp đặt cao, nhưng sản lượng điện phát ra thấp. Hay nói cách khác, số giờ vận hành của các nguồn điện sạch này chỉ bằng dưới 50% so với của nhiệt điện hóa thạch.

Bảng trên cũng cho thấy, mức độ phát triển các nguồn điện tái tạo, mới, và sạch (gồm thủy điện, phong điện, quang điện và các dạng khác) đến năm 2035 trên thế giới rất lớn, chiếm tới 61% tổng vốn đầu tư cho các nguồn điện. Tuy nhiên, tỷ trọng trong cân bằng điện của các nguồn này vẫn rất kiêm tốn. Nếu không tính nguồn thủy điện truyền thống, tỷ trọng của các nguồn điện sạch (phong điện, quang điện, điện sinh khối và các dạng khác) qua các năm như sau: 2005: 3%; 2010: 4%; 2015: 6%; 2030: 4%.

Xét về mặt kỹ thuật, để hệ thống điện vận hành ổn định, tỷ trọng của phong điện và quang điện không nên cao hơn 25%. Đức là quốc gia có công suất quang điện công nghệ PV lớn nhất (khoảng 38GW, chiếm 25%), nhưng tỷ trọng quang điện năm 2014 trong tổng sản lượng điện của Đức cũng chỉ ở mức rất khiêm tốn 5%. Tổng công suất PV của Mỹ (lớn tiếng nhất) năm 2015 cũng chỉ 25GW, chiếm tỷ trọng 2,4% về công suất và <1% về sản lượng.

Việc thay thế nhiệt điện than bằng điện gió và điện mặt trời ở VN còn khó khả thi về mặt kinh tế. Trên đất liền, để thay thế 1.000MW công suất nhiệt điện chạy than (tương đương với cụm nhiệt điện Phả Lại), VN phải xây dựng khoảng 1.500 cột gió loại có công suất 2MW. Còn ở ngài khơi, cũng phải xây dựng tới 1.000 cột gió loại 3MW.

Trêm TG, chi phí phát của phong điện bình quân (Levelized Cost of Electricity LCOE) trên đất liền khoảng 70÷80 U$/MWh, ngoài khơi (do khó xây dựng)- 190÷200 U$/MWh. Suất đầu tư của quang điện đang có xu hướng giảm rất nhanh, từ 76.000 $/kW vào năm 1977 xuống còn 2000÷3000 $/kW vào giai đoạn các năm 2000÷2008, và giảm còn 300 $/kW vào năm 2015. Vì vậy, dự kiến LCOE của quang điện đến 2020, chỉ còn khoàng 125 $/MWh.

Với mức giá điện cao như vậy, các ngành kinh tế sử dụng nhiều điện của VN đều không thể cạnh tranh được. Ngoài ra, vì không thể kiểm soát được lượng nước mưa, tốc độ gió và sự bao phủ của mây, nên hệ thống điện cần phải đầu tư thêm các nguồn nhiệt điện khác (chạy than, hay nguyên tử) với một lượng công suất đủ lớn để bù đắp sản lượng cho thủy điện (khi không có mưa), phong điện (khi tắt gió) và cho quang điện (vào ban đêm).

Nhiệt điện chạy than đang ngày một "sạch" hơn và hiệu quả hơn

Trên TG, tại thời điểm giá dầu như hiện nay, chi phí biên ngắn hạn của nhiệt điện than thấp hơn của nhiệt điện chạy khí 40%. Ở VN, giá thành nhiệt điện chạy than chỉ bằng 50% nhiệt điện chạy khí. Xu hướng chung giá thành nhiệt điện khí ở VN sẽ tăng.

Về mức độ gây ô nhiễm: từ những năm 1980, công nghệ sạch sử dụng than (Clean Coal Technology- CCT) trên TG đã bắt đầu phát triển theo nhiều hướng: cải tiến quy trình đốt than trong lò hơi, cải tiến qui trình phát điện trong tổ máy.

Ở Việt Nam, toàn bộ các nhà máy nhiệt điện chạy than của TKV (Na Dương, Cao Ngạn, Sơn Động, Đông Triều, Cẩm Phả, Nông Sơn, Tân Rai, Nhân Cơ) đều được triển khai với lò hơi kiểu "tầng sôi tuần hoàn" (CFB). Loại lò này có nhiều ưu việt về môi trường:

1/ Có nhiệt độ cháy của than trong buồng đốt được thiết kế ở mức khoảng 850÷900 độ C, cho phép giảm đáng kể lượng phát thải khí NOx.

2/ Đốt được mọi loại than và đốt được than kèm đá vôi để khử lưu huỳnh, cho phép giảm tới 90÷95% lượng phát thải SOx.

3/ Thời gian tuần hoàn của hạt than trong buồng đốt có thể được thiết kế kéo dài, để giảm thành phần "carbon không cháy hết" trong tro bay và xỉ đáy lò xuống mức dưới 2÷5%, cho phép sử dụng tro xỉ để làm phụ gia cho xi măng.

Tuy nhiên, cũng cần vạch rõ, do nhiều bất cập (kể cả tiêu cực) từ phía chủ đầu tư, các dự án nhiệt điện chạy than của TKV đều không tận dụng được những điểm mạnh của lò hơi CFB.

Các lò hơi trong các nhà máy nhiệt điện than của EVN, và PVN thường có công suất lớn và được thiết kế đốt than phun (PC), với các thông số hơi cận tới hạn. Những lò loại này có mức phát thải bình quân trên 1000 gCO2/kWh và có hiệu suất tối đa chỉ 30%. Các dự án nhiệt điện than mới của EVN, TKV, và kể cả của tư nhân thường được thiết kế với thông số hơi siêu tới hạn (supercritical), trên siêu tới hạn (ultra-supercritical), và trên siêu tới hạn cải tiến (advanced ultra-supercritical). Các dự án mới có lượng phát thải chỉ khoảng 700÷830 gCO2/kWh, và có hiệu suất 40÷8%.

Mức tiêu hao than bình quân trên TG cũng đã giảm từ 370 gram/kWh (năm 2000) xuống còn 321gam/kWh (năm 2014). Nói cách khác, hiệu suất sử dụng than của lò hơi đã tăng lên tới 13% trong thời gian 2000÷2014.

Tóm lại: trên thế giới cũng như ở Việt Nam, nhiệt điện chạy than vẫn còn phải tiếp tục đóng vai trò không thể thiếu và cũng không dễ thay thế, ít nhất là trong tương lai đến năm 2035.

Lưu ý: Mọi trích dẫn và sử dụng bài viết này cần được sự đồng ý của tác giả thông qua Tạp chí Năng lượng Việt Nam.