Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 5]

Vì sao Việt Nam cần phát triển nhiệt điện than? (Tạm kết)
Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 1]
Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 2]
Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 3]
Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 4]

KỲ 5: NHIỆT ĐIỆN THAN ĐƯƠNG ĐẠI VÀ XU HƯỚNG HOÀN THIỆN [PHẦN 1]

Xu thế phát triển năng lượng hiện nay

Thứ nhất: "hướng cung": Đa dạng hoá nguồn năng lượng - mà chủ yếu là phát triển sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo (như năng lượng mặt trời, gió, biomas và các sản phẩm đuợc chế biến từ nó - ethanol, biodisel...) và biogas, địa nhiệt, năng lượng biển... Đây là các nguồn năng lượng được xem là sạch, tái sinh, tiềm năng lớn.

Mặt khác, thăm dò tìm kiếm bổ sung nguồn năng lượng từ than, dầu, khí, uran, hydrat… Đồng thời hoàn thiện và tìm các phương pháp mới để sản xuất năng lượng. Có thể kể tới là thay thế các chu trình sản xuất điện truyền thống, phát triển công nghệ than sạch, sản xuất điện năng bằng máy phát từ thủy động, sản xuất năng lượng bằng công nghệ pin nhiên liệu, sản xuất năng lượng bằng công nghệ nanô, hydro; công nghệ cung cấp năng lượng sinh học, khống chế phản ứng nhiệt hạch để sản xuất năng lượng. Những công nghệ này đang đòi hỏi đầu tư lớn cho nghiên cứu và hoàn thiện.

Thứ hai: "Hướng cầu": Sử dụng năng lượng hiệu quả và tiết kiệm, là xu thế được xem là quốc sách ở hầu hết các quốc gia hiện nay. Năng lượng tiết kiệm được coi là nguồn năng lượng sạch, giá rẻ. Nhu cầu năng lượng không thể tăng mãi, ở các nước phát triển cao, nhu cầu năng đang tăng chậm lại. Trong tương lai chỉ tiêu thống kê năng lượng quốc gia, đầu người càng ít đi mà xã hội vẫn phát triển mới là niềm tự hào. Xu thế đang hướng tới những đột phá, đổi mới nguyên tắc sử dụng năng lượng ít nhất cho cả sản xuất và đời sống. Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ Tư (CM 4.0) đang hướng nhân loại tới những hoạt động tiêu tốn ít năng lượng, hiệu quả cao.

Xu hướng công nghệ nhiệt điện than với lò hơi - tua bin truyền thống

Có thể thấy rằng, quá trình phát triển, công nghệ nói chung, cũng như nhiệt điện nói riêng là quá trình chinh phục, làm chủ áp suất và nhiệt độ cao. Tuy nhiên sử dụng ở mức thông số nào là một bài toán kinh tế - kỹ thuật - môi trường. Việc đề xuất sử dụng thông số tới hạn, siêu tới hạn, tái sấy hơi một hai lần đã được đặt ra từ những năm 60-70 thế kỷ XX, nhưng lúc bấy giờ giá nhiên liệu còn rẻ, chế tạo thiết bị áp suất, nhiệt độ cao đòi hỏi thép hợp kim đắt tiền, lợi ích tăng hiệu suất do tăng thông số và tái nhiệt chưa cạnh tranh được. Gần đây, nhờ tiến bộ công nghệ trong luyện kim và chế tạo, yêu cầu đảm bảo sạch môi trường nghiêm ngặt hơn, vấn đề sử dụng thông số cao được quan tâm mạnh mẽ.

Nhìn lại quá trình phát triển của công nghệ nhiệt điện, bước đầu sử dụng thông số môi chất với áp suất, nhiệt độ thấp và trung bình, khoảng 30-40 bar, 350-400^oC; tiến lên làm chủ thông số cao khoảng 90-150 bar và 450-500^oC. Tiếp theo là cận tới hạn, với thông số hơi 150 bar và 500-520^oC và gần đây là thông số tới hạn, trên (siêu) tới hạn.

Chú ý điểm tới hạn của hơi nước có thông số 217,7 bar và 373,95^oC, tại điểm này nước tồn tại cả thể nước và hơi, thông số trên tới hạn thường được phân thành công nghệ trên tới hạn với thông số 250 bar và 560^oC. Công nghệ trên tới hạn thế hệ cải tiến (Ultra Supercritical-USC) với thông số 275 bar, 600-620^oC và trên tới hạn mới (Advanced Ultra Supercritical-A-USC), với thông số 330 bar, 650-670^oC. Với công nghệ này, tua bin sẽ làm việc ở nhiệt độ và áp suất cao trên điểm tới hạn, các tổ máy phát điện nâng cao được hiệu quả sử dụng nhiên liệu, giảm phát thải khí nhà kính (HELE).

Một số nhà máy nhiệt điện than USC đã đạt được hiệu suất rất cao như nhà máy điện RDK8 (CHLB Đức) với hiệu suất 47%, nhà máy Yuhuan (Trung Quốc) có hiệu suất 45,2%, vv... Trong khi các nhà máy nhiệt điện than thông thường ở châu Âu có hiệu suất chỉ là 35-38%.

Công nghệ USC và A-USC với dòng hơi thông số trên tới hạn sẽ cho phép chế tạo được các tua bin với công suất lớn (600-1200MW) và nâng cao được hiệu suất lên xấp xỉ 50%. Hiệu suất tăng, đồng nghĩa giảm nhiên liệu tiêu thụ và giảm phát thải khí nhà kính, tro bụi ra môi trường. (Một số tư liệu về công nghê được giới thiệu trong bảng 1).

Theo báo cáo của Tập đoàn General Electric (GE), công nghệ USC đã giảm được 25% lượng CO₂ so với lượng CO₂ trung bình do các công nghệ cũ phát thải ra môi trường.

Một sơ đồ nhà máy nhiệt điện điển hình được trình bày trên hình 1.

Hình 1. Sơ đồ nhiệt điển hình của nhà máy nhiệt điện than.

Chú thích hình 1.

Một số đặc điểm công nghệ nhiệt điện đương đại theo hướng sản xuất sạch, được trình bày trong bảng 1.

Bảng 1. Một số đặc điểm công nghệ nhiệt điện đương đại.

Lưu ý: Thông số điểm tới hạn của hơi nước: t=375,95^oC; p=217,7 bar.

Công nghệ nhiệt điện chu trình kết hợp khí - hơi (Combined Cycle)

Một trong những hướng hoàn thiện công nghệ nhà máy nhiệt điện là tìm cách ghép nối chu trình hơi và khí thành chu trình kết hợp (Combined Cycle), để phát huy những ưu điểm và khắc phục những nhược điểm của từng loại chu trình riêng lẻ, nâng cao hiệu suất sử dụng nhiên liệu, giảm giá thành điện năng.

Nhà máy sử dụng chu trình kết hợp khí - hơi, đã xuất hiện lần đầu tiên tại Mỹ - cách đây hơn nửa thế kỷ (năm 1949). Các nước phát triển như: Mỹ, Đức, Nhật, Nga... đã sử dụng khá phổ biến từ thập niên 60 và 70 thế kỷ trước. Các hãng nổi tiếng như: GE (Mỹ), Siemens (Đức), Alstom (Pháp), ABB... đã cung cấp nhiều thiết bị cho các quốc gia trên toàn cầu. Các nước đang phát triển cũng xây dựng nhiều nhà máy loại này. Việt Nam cũng đã sử dụng công nghệ này từ 1995 với dự án Nhiệt điện Phú Mỹ 1, công suất trên 1000MW, sau đó một số dự án khác đã hoàn thành và đang vận hành rất hiệu quả.

Sơ đồ nhiệt điển hình của nhiệt điện chu trình kết hợp khí - hơi, được trình bày trên hình 2.

Hình 2. Sơ đồ nhiệt nhà máy điện chu trình kết hợp khí - hơi.

Nhờ những tiến bộ công nghệ trong các lĩnh vực vật liệu, chế tạo máy, điều khiển… tua bin khí nói riêng, thiết bị chu trình kết hợp nói chung được hoàn thiện và có nhiều ưu điểm:

1/ Hiệu suất cao, có thể đạt 55-60%.

2/ Thời gian xây dựng nhanh (khoảng hai năm), với công suất lớn.

3/ Giá đầu tư thấp (hiện nay khoảng 1000 - 1100USD/kW).

4/ Diện tích mặt bằng nhỏ (có thể chỉ khoảng 50% so với nhiệt điện than cùng công suất).

5/ Khởi động nhanh, tính linh hoạt cao.

6/ Giảm phát thải CO₂, bảo vệ môi trường tốt hơn.

Thời gian gần đây, ý tưởng sử dụng năng lượng mặt trời cung cấp nhiệt bổ sung cho nhiệt điện chu trình khí - hơi, đốt khí tự nhiên thành hiện thực. Dự án được viết tắt - ISCC. Sau hơn 10 năm thương thảo, dự án ISCC tiên phong của Ai Cập có thể xem là nhà máy đầu tiên loại này được đưa vào vận hành, với tổng công suất lắp đặt ban đầu khoảng 135 MWe, đã vận hành đầy đủ sau năm 2010.

Sơ đồ nguyên tắc của dự án ISCC được trình bày ở hình 3.

Hình 3. Sơ đồ khối của dự án ISCC Kuraymat - Cairo (Ai Cập).

Sản lượng điện tinh theo tính toán vào khoảng 852 GWh/năm, với sản lượng điện tạo ra từ năng lượng mặt trời ước khoảng 33 GWh/năm (tức là khoảng 4% tổng sản lượng). Nhiên liệu tiết kiệm được do sử dụng năng lượng mặt trời ước tính vào khoảng 10.000 tấn dầu quy đổi, và cắt giảm tới 20.000 tấn phát thải CO₂. Hiệu suất nhiên liệu tổng cộng của nhà máy khi vận hành với năng lượng mặt trời sẽ khoảng 67%.

Ngoài dự án tại Ai Cập nói trên còn có hai nhà máy ISCC nữa đang được quy hoạch ở các giai đoạn khác nhau tại Bắc Phi (một ở Marốc và một ở Angiêri). Mặc dù dự án ở Ai Cập có thể không phải là lớn nhất trong số các dự án này, nhưng đây lại là công trình đầu tiên - được coi là cột mốc quan trọng trong sự phát triển của công nghệ phát điện kết hợp chu trình kết hợp và năng lượng mặt trời. 

Đón đọc kỳ tới: Nhiệt điện than đương đại và xu hướng hoàn thiện [Phần 2]

PGS, TS. BÙI HUY PHÙNG - VIỆN KHOA HỌC NĂNG LƯỢNG

TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH

1. BP Statistcal Review of the World Energy-2015, 2016.

2. QHĐVII (ĐC), 2016.

3. BC kết quả tính toán HSPT lưới điện VN 2015, Bộ TN&MT 2016.

4. Bùi Huy Phùng-Phương pháp tính toán tối ưu phát triển bền vững HTNL, NXBKHKT, Hà Nội, 2011.

5. BC khoa học: Áp dụng lò hơi lớp sôi tuần hoàn tại TCTĐL Vinacomin-Nguyễn Đức Thảo, 2014.

6. BC Đề tài BĐKH.34-CTNN KHCN-BĐKH/11-15.

7. BC khoa học - Công nghệ khai thác, chế biến và sử dụng than Đồng bằng Sông Hồng, Nguyễn Thành Sơn, 2-2012.

8. Nguyễn Long - Giải pháp giảm ô nhiễm cho nhiệt điện than - Tạp chí Năng lượng Việt Nam, tháng 12/2016.

9. Bùi Huy Phùng - Biến đổi khí hậu và xu thế phát triển nhiệt điện than thế giới, Tạp chí Năng lượng Việt Nam, tháng 3/2017.

10. Bùi Huy Phùng - Nhiệt điện than: Chất thải và nước làm mát, Tạp chí Năng lượng Việt Nam, tháng 3/2017.

11. Website: www:htp://coalcatalist.com.

TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM