Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 9]

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]
Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 5]
Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 6]
Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 7]
Phản đối Việt Nam phát triển nhiệt điện than là một sai lầm [Kỳ 8]

KỲ 9: CÔNG NGHỆ BỔ TRỢ NÂNG CAO HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG VÀ GIẢM Ô NHIỄM [PHẦN 1]

Sử dụng chất xúc tác đốt than

Trong quá trình đốt cháy than để sản xuất điện, khoảng 20% chất vô cơ không cháy và cả lượng than chưa cháy hết bị dính vón thành các hạt lớn và rơi xuống đáy lò - gọi là xỉ than, hay tro đáy (bottom ash). Cùng với đó là 80% chất vô cơ không cháy còn lại sẽ bay theo khói lò thoát ra ngoài thành tro bay (fly ash), với khối lượng hàng triệu tấn mỗi năm, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Tro bay thường được thu hồi bằng hệ thống lọc bụi tĩnh điện. Đây là vấn đề lớn được quan tâm ở các nhà máy nhiệt điện than nói chung.

Trên thế giới hiện nay, nhiệt điện than vẫn còn chiếm tỷ trọng rất lớn (khoảng 40% tổng điện năng toàn cầu), mặc dù người ta đang muốn thay thế nó bằng năng lượng tái tạo, nhưng chưa thể một sớm một chiều, cần có những bước chuyển đổi. Do đó, nhiệt điện than còn tiếp tục đóng vai trò quan trọng ở nhiều nước trên thế giới. Vấn đề giải quyết tro xỉ vẫn là nội dung quan trọng và cấp thiết.

Đối với Việt Nam không phải ngoại lệ, hiện cả nước có 19 nhà máy nhiệt điện than đang hoạt động sử dụng nguồn than trong nước (khoảng 20 triệu tấn mỗi năm) và theo một ước tính, các nhà máy này thải ra trên 3 triệu tấn xỉ than hàng năm, bên cạnh một lượng tro bay lớn gấp vài ba lần.

Theo Quy hoạch phát triển Điện lực Quốc gia năm 2011 - 2020 có xét đến năm 2030 (điều chỉnh) được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tháng 3 năm 2016, Việt Nam sẽ phát triển các nhà máy nhiệt điện than với tỷ lệ thích hợp, phù hợp với khả năng cung cấp và trao đổi các nguồn nhiên liệu.

Đến năm 2020, tổng công suất khoảng 26.000 MW, sản xuất khoảng 131 tỷ kWh điện, chiếm khoảng 49,3% điện sản xuất, tiêu thụ khoảng 63 triệu tấn than. Đến năm 2025, tổng công suất khoảng 45.800 MW, sản xuất khoảng 220 tỷ kWh điện, chiếm khoảng 55% điện sản xuất, tiêu thụ khoảng 95 triệu tấn than.

Do nguồn than sản xuất trong nước hạn chế, cần xây dựng một số nhà máy nhiệt điện tại các Trung tâm Điện lực: Duyên Hải, Long Phú, Sông Hậu, Long An... sử dụng nguồn than nhập khẩu.

Như vậy, ước tính lượng xỉ than (tro đáy) lên đến 14 triệu tấn mỗi năm vào năm 2020, và gần 35 triệu tấn tro đáy hàng năm vào năm 2030, cùng hàng chục triệu tấn tro bay. Hiện nay ở Việt Nam, tro xỉ được tập trung vào bãi xỉ vừa tốn diện tích vừa gây ô nhiểm môi trường.

Trong quá trình đốt than có 2 nguồn thải chính là chất khí và chất rắn. Trong nguồn thải khí, ngoài các chất CO₂, CO, NOx và SOx… còn có một số kim loại bay hơi khác. Nguồn thải rắn chủ yếu là tro xỉ, thạch cao nhân tạo và một số kim loại quý hiếm. Vì vậy, việc phát triển đổi mới và áp dụng các tiến bộ KHCN để thu gom, tái chế, sử dụng các phế thải có ý nghĩa quan trọng, không những chỉ giảm thiểu khối lượng thải mà còn có thể thu hồi thêm được một số nguyên vật liệu có ích và giảm nguồn gây ô nhiễm môi trường.

Người ta đã tính toán, nếu một nhà máy điện muốn xử lý được hậu quả của việc đốt than một cách có hiệu quả, đảm bảo đáp ứng hoàn toàn điều kiện về môi trường, thì phải tăng chi phí đầu tư thêm khoảng 40-60% tổng chi phí đầu tư của nhiệt điện như hiện nay, để có nhiệt điện sạch. Cho nên, ở những nước (như Việt Nam), thường thiên về chấp nhận một mức đầu tư phù hợp - có thể dung hòa, không quá đắt đỏ, không làm ảnh hưởng lớn đến môi trường và đảm bảo chỉ tiêu kinh tế của các nhà máy nhiệt điện.

Ở Việt Nam cho đến nay, ngoài Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại tận dụng nguồn tro xỉ thải làm nguyên liệu cho sản xuất vật liệu xây dựng và cho một số hoạt động xây dựng khác, các nhà máy nhiệt điện đốt than còn lại chưa áp dụng bất cứ giải pháp gì để tái chế nguồn xỉ thải của mình. Điều đó nghĩa là hàng ngàn héc-ta đất được sử dụng làm bãi thải, bãi chôn lấp, và đây chính là mầm mống của thảm họa môi trường trong tương lai không xa.

Nếu tro bay thải ra đạt tiêu chuẩn quy định thì toàn bộ lượng tro đều được công nghiệp xi măng đón nhận, nhưng việc hạ thấp hàm lượng than cháy không hết trong tro là nhiệm vụ khó khăn và rất tốn kém. Một số dự án đã tính đến những phương án tiên tiến hạ tỷ lệ than cháy không hết trong tro (ví dụ như sử dụng thiết bị lọc bụi tĩnh điện để tách than cháy không hết…) nhưng chưa thấy khả thi về mặt kinh tế. Vì vậy, sự tồn đọng tro xỉ của các nhà máy nhiệt điện đốt than ở nước ta vẫn còn là vấn nạn chưa có cách giải quyết, bãi chứa tro xỉ các nhà máy nhiệt điện đốt than ngày càng phình to, lấy mất nhiều đất nông, lâm nghiệp.

Giải pháp sử dụng chất xúc tác CC-88 cho các nhà máy nhiệt điện [11]

Công ty Asia Coal Catalyst tại Mỹ đã sản xuất xúc tác cho quá trình đốt cháy than với thương hiệu CC-88 cung cấp cho các nhà máy nhiệt điện, xi măng từ nhiều năm nay. Giải pháp này mang lại nhiều hiệu quả mà các nhà máy nhiệt điện không cần tốn nhiều chi phí đầu tư, và có thể triển khai nhanh chóng, gồm:

Thứ nhất: Sử dụng xúc tác CC-88 có thể tiết kiệm lượng tiêu hao than. Khi có mặt của xúc tác CC-88, phản ứng cháy diễn ra với hiệu suất cao hơn và dẫn đến kết quả là tiết kiệm được lượng than tiêu hao để sản xuất điện. Mức tiết kiệm tùy thuộc vào chất lượng than, loại lò đốt và các yếu tố vận hành tại nhà máy (thông thường mức tiết kiệm than khoảng 5% khi dùng xúc tác tỉ lệ 0,5 - 1,0 kg/tấn than).

Thứ hai: Sử dụng xúc tác CC-88 giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Xúc tác CC-88 làm giảm các khí phát thải ô nhiễm như: CO, SOx, NOx, PM2.5, PM 10, vv…

Thứ ba: Sử dụng xúc tác CC-88 làm tăng chất lượng tro thải. Xúc tác CC-88 giúp cho quá trình cháy của than diễn ra với hiệu suất cao hơn, kết quả là hàm lượng carbon chưa cháy trong các loại tro bay và tro đáy giảm xuống dưới 5%. Do đó, các loại tro này hoàn toàn có thể cung cấp cho các nhà máy xi măng, hay các ngành sản xuất vật liệu xây dựng thay vì chôn lấp gây ô nhiễm như hiện nay. Nhiều nơi đã và đang cố gắng hoàn thiện các công nghệ như tuyển nổi để tách hay làm giảm carbon trong tro, nhưng với chi phí cao, cần mặt bằng và vốn đầu tư không nhỏ.

Thứ tư: Sử dụng xúc tác CC-88 làm giảm chi phí vận hành. Một đặc điểm của xúc tác CC-88 là giảm sự hình thành xỉ bám trong lò đốt, giúp cho quá trình truyền nhiệt hiệu suất cao hơn. Nhưng quan trọng hơn cả là các nhà máy sẽ tiết giảm thời gian dừng lò để làm vệ sinh với chi phí khá tốn kém.

Ngoài ra, xúc tác CC-88 làm giảm quá trình ăn mòn và bào mòn các thiết bị của lò đốt, giảm các chi phí bảo trì, tăng tuổi thọ cho các thiết bị.(Quá trình sử dụng CC-88 được trình bày trên hình 1).

Xúc tác CC-88 đã được sử dụng thành công tại nhiều nước như Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ… Ngoài giảm thiểu khí phát thải ô nhiễm, chuyển hóa phát thải tro xỉ thành nguyên liệu hữu ích cho ngành xi măng, vật liệu xây dựng; tiết kiệm được lượng than tiêu thụ… Việc đưa xúc tác CC-88 vào sử dụng cho các nhà máy làm giảm chi phí đầu tư, mang lại hiệu quả kinh tế to lớn cho doanh nghiệp và xã hội.

Do đó, có thể khẳng định đây là một giải pháp mà các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam cần quan tâm, nghiên cứu và triển khai.

Hình 1. Sơ đồ nguyên tắc đưa chất  xúc tác CC-88 vào hệ thống đốt than tại nhà máy nhiệt điện.

Sử dụng kỹ thuật số quản lý và điều khiển vận hành

Giải pháp kỹ thuật số gần đây được áp dụng khá nhiều tại các loại nhà máy điện và hệ thống, được cho là nội dung thuộc CMCN 4.0 - mang lại hiệu quả lớn.

Theo kinh nghiệm của GE, họ sử dụng một mô hình linh hoạt như sau: nhà đầu tư có thể đầu tư vào một số giải pháp, sau đó khách hàng cam kết rằng nếu các chương trình kỹ thuật số có hiệu quả thì các bên sẽ chia sẻ lợi nhuận với nhau tùy vào mức lợi nhuận theo tỉ lệ thỏa thuận. Với mong muốn có được nguồn điện mang tính kinh tế hơn và đảm bảo ổn định, nhiều nhà máy điện than có quy mô lớn và cả quy mô trung bình đang rất quan tâm tới các giải pháp kỹ thuật số. Tập đoàn GE đang đi theo hướng này, họ đã nhìn thấy nhu cầu lớn ở khu vực châu Á - Thái Bình Dương, trong đó có cả Việt Nam.

Trường hợp Canada - quốc gia này chỉ có một công ty điện lực mang tên British Colombia độc quyền phân phối điện. Khi British Colombia quyết định ứng dụng Smart Grid - dự án "Lưới điện thông minh" vào trong kinh doanh, họ chỉ cần 3 năm để chuyển đổi toàn bộ dây chuyền điện lưới sang lưới điện lưới thông minh. Thậm chí đã thay đổi tất cả các thiết bị đồng hồ đo đếm trong các gia đình. Trong khi đó, tại bang Victoria, Australia phải mất 7 năm để làm điều tương tự. Thị trường điện của Australia là thị trường cạnh tranh, có nhiều công ty điện lực cùng cung cấp điện. Vì thế, việc triển khai một ý tưởng mới, một giải pháp mới thường mất rất nhiều thời gian. Như vậy, việc kinh doanh tập trung cũng có mặt tích cực!

Nền kinh tế Việt Nam đang phát triển nhanh, dân số phát triển cũng nhanh, yêu cầu nguồn cung cấp điện ngày càng lớn. Chính vì thế việc thúc đẩy phát triển ngành điện nhanh hơn nữa, đảm bảo cung cấp lượng điện phục vụ cho sự phát triển của ngành kinh tế là rất quan trọng. Việc chọn giải pháp sử dụng kỹ thuật số cần cân nhắc đầy đủ các mặt kỹ thuật, tài chính, thời gian, vv…

Lĩnh vực kỹ thuật số, ở Việt Nam đã từng được áp dụng ở một số nhà máy, nhưng chỉ từng phần và chức năng rời rạc. Cần tiến tới vận hành thống nhất từ sản xuất tới việc phân phối cho khách hàng - có như vậy việc ứng dụng các thành tựu khoa học - kỹ thuật và số hóa mới có hiệu quả cao.

Việt Nam đang có nhiều nhà máy nhiệt điện than. Với các nhà máy này, cách vận hành lý tưởng là với chế độ vận hành đẩy tải liên tục, đều đặn. Với công nghệ hiện có, kỹ thuật số có thể hỗ trợ sản xuất điện với hiệu suất cao hơn, tin cậy và ổn định hơn. Đồng thời các nhà máy này không chỉ sản xuất điện tùy theo giờ mà có thể tăng giảm hiệu suất tùy vào điều kiện thực tế.

Thực ra, khi một nhà máy muốn đưa giải pháp số vào cũng đòi hỏi phải có cơ sở hạ tầng tương đối tốt, ít nhất nhà máy phải có hệ thống điều khiển số từ trung tâm - bởi thiết bị này sẽ khiến việc nâng cấp và lấy số liệu trở nên dễ dàng hơn. Khi thực hiện giải pháp số cho các nhà máy khác nhau, việc đầu tiên là đánh giá tình trạng hạ tầng về số của nhà máy, để từ đó đưa ra những phương án thích hợp. Các nhà máy điện ở Việt Nam đều có hệ thống điều khiển trung tâm là điểm thuận lợi. Do đó, việc nâng cấp phần cứng cũng không đòi hỏi quá nhiều thời gian, nguồn lực. Theo chúng tôi, việc này chúng ta nên học kinh nghiệm từ các tập đoàn lớn của quốc tế. 

Đón đọc kỳ tới: Công nghệ bổ trợ nâng cao hiệu quả năng lượng và giảm ô nhiễm [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