Cách Ấn Độ, Trung Quốc, Hoa Kỳ cải thiện môi trường, tính linh hoạt cho nguồn điện than

Đốt trộn nhiên liệu than, biomass, amoniac - Kết quả thử nghiệm của thế giới và Việt Nam Tiến trình chuyển đổi than sang nhiên liệu sinh khối (biomass) và amoniac (NH3) hiện đang được thế giới quan tâm, nhằm đến mục tiêu trung hòa carbon vào năm 2050. Bài viết dưới đây, chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam cập nhật thông tin về quá trình nghiên cứu, kết quả thử nghiệm đồng đốt nhiên liệu than, sinh khối, amoniac tại một số quốc gia trên thế giới để bạn đọc tham khảo.

Một số câu hỏi còn bỏ ngỏ trong ‘chuyển đổi năng lượng công bằng’ Đối tác chuyển đổi năng lượng công bằng (JETP) là một trong những cơ chế tài chính cao cấp nhất được thiết kế để chuyển tiền từ các nền kinh tế giàu có sang một số nước đang phát triển, hướng tới mục đích loại bỏ nhiên liệu hóa thạch. Năm 2021, Nam Phi đã ký thỏa thuận đầu tiên và hiện nay đã có một số quốc gia khác đang bắt đầu triển khai. Tuy nhiên, quá trình này diễn ra chậm chạp và đầy rủi ro chính trị. Câu hỏi đặt ra là: Liệu những kế hoạch “hoàn hảo” như vậy có đủ toàn diện, hiệu quả và kịp thời để biến cam kết thành hiện thực? (Tổng hợp của CTV Tạp chí Năng lượng Việt Nam).

Than đá trong chuyển dịch năng lượng - Một số gợi ý cho Việt Nam Giả sử rằng: Việt Nam sẽ thực hiện được các cam kết tại COP26 và loại bỏ nhiệt điện than vào năm 2050, thì vai trò của than vẫn rất quan trọng trong 27 năm tới cho dù nhu cầu về than sẽ giảm dần theo thời gian. Vì vậy, việc đảm bảo nguồn cung cấp than ổn định với giá thành hợp lý là một vấn đề không thể xem nhẹ trong những năm tới. Ngoài ra, khi nhu cầu sử dụng than tại Việt Nam giảm dần trong gần 3 thập kỷ tới, vấn đề hỗ trợ, chuyển đổi việc làm cho trên 100.000 người lao động ngành than cũng cần phải được xem xét kỹ lưỡng và có lộ trình thực hiện phù hợp cho từng giai đoạn.

Tính cấp thiết của đổi mới nguồn điện than:

Theo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA): Năm 2022 là năm thứ hai liên tiếp, sản lượng điện than toàn cầu đạt mức cao nhất mọi thời đại. Sự hồi sinh này được thúc đẩy bởi giá khí đốt tự nhiên cao do xung đột tại Ukraine, các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt và các yếu tố khác. Sản lượng điện than đã lập mức cao kỷ lục toàn cầu mới là 10.440 TWh, chiếm 36% sản lượng điện của thế giới. Trong những năm tới, xu thế này có thể chuyển dịch theo hướng đi xuống đối với điện than, do sự giám sát chặt chẽ về môi trường và áp lực kinh tế.

Cũng theo IEA, nhiên liệu hóa thạch thải nhiều carbon nhất này trong vài năm nữa vẫn tiếp tục cung cấp hơn 1/3 tổng sản lượng điện thế giới. Trong khi một số quốc gia đã cam kết loại bỏ dần nguồn điện than của mình, thì nhiều nước vẫn có kế hoạch tiếp tục vận hành các nhà máy than hiện có và xây dựng thêm nhiều dự án điện than mới, nhất là các nền kinh tế trong Diễn đàn Hợp tác Kinh tế châu Á Thái Bình Dương (APEC).

Thay vì duy trì hệ thống các nhà máy điện than thông thường, nhiều quốc gia khác đang theo đuổi một loạt các giải pháp công nghệ, cũng như phương thức vận hành tiên tiến nhằm giảm thiểu mức tiêu thụ nhiên liệu và xả thải chất ô nhiễm, giảm sử dụng nước, giảm tổng thể chi phí bảo trì, vận hành. Chúng bao gồm chuyển đổi, hoặc đốt đồng thời các nhiên liệu có hàm lượng carbon thấp hơn trong các nhà máy điện than hiện có (chẳng hạn như khí tự nhiên, amoniac, hydro, sinh khối...). Cùng với đó, tại một số quốc gia cũng đang chuẩn bị trang bị thêm cho các nhà máy điện than hiện có các tổ hợp công nghệ thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS).

Tại Trung Quốc:

Năm 2022, tổng nguồn điện từ nhiên liệu than của Trung Quốc chiếm hơn 60%. Sự kết hợp phức tạp giữa nhu cầu thực tế, trách nhiệm môi trường và chiến lược kinh tế đã thúc quốc gia này cải tiến, theo đuổi các công nghệ mới. Trung Quốc đã đặt ra các mục tiêu đầy tham vọng là đạt mức phát thải cao nhất trước năm 2030 và trung hòa carbon vào năm 2060. Tuy nhiên, Ủy ban Cải cách Phát triển Quốc gia Trung Quốc (NDRC) vẫn dự tính dành 200 GW công suất điện than để hỗ trợ cho các nguồn năng lượng tái tạo mới.

Có thông tin cho rằng, Trung Quốc đã cấp phép cho các dự án điện than mới có tổng công suất 106 GW, mặc dù họ nhấn mạnh các nhà máy điện than mới chỉ hỗ trợ sự ổn định của hệ thống điện và tích hợp năng lượng tái tạo biến đổi.

Tại Trung Quốc, Hệ thống giao dịch khí thải quốc gia (ETS) được triển khai vào năm 2021, bao gồm hệ thống định chuẩn và phân bổ trợ cấp dựa trên sản lượng được thiết kế để tăng hiệu suất của các nhà máy điện than hiện có bằng cách khuyến khích đầu tư vào công nghệ carbon thấp, hoặc đốt than chất lượng cao hơn. “Về lâu dài, ETS sẽ thúc đẩy các bên liên quan chuyển khoản đầu tư của họ sang các nhà máy điện công nghệ siêu tới hạn (SC) và trên siêu tới hạn (USC) thay vì các nhà máy truyền thống” - Nghiên cứu của Đại học Thanh Hoa cho hay.

Các điều kiện thị trường đã thúc đẩy sự phát triển và triển khai của một số nhà máy điện than đáng chú ý. Những bổ sung gần đây có công trình Pingshan (giai đoạn 2 của dự án Shenergy) - một tổ máy điện than USC công suất 1,35 GW tiên tiến, đạt hiệu suất ròng 49,37% và trở thành nhà máy nhiệt điện than hiệu suất cao nhất thế giới. Trong khi đó, năm 2020, Shenergy đã nâng hiệu suất của tổ máy than dưới tới hạn công suất 320 MW (tổ máy số 3 của Nhà máy điện Từ Châu) lên hơn 43,56% - cao hơn tất cả các tổ máy siêu tới hạn hiện có, thậm chí cao hơn loại USC. Cùng năm đó, Shenergy khởi động xây dựng 2 tổ máy siêu tới hạn tiên tiến 1 GW tại Nhà máy điện Caofeidian ở tỉnh Hà Bắc, tích hợp quá trình khử lưu huỳnh và khử bụi, cũng như các biện pháp sơ cấp, thứ cấp để đảm bảo “lượng khí thải cực thấp”.

Những nỗ lực thúc đẩy hoạt động đồng đốt cũng đang được tiến hành. Vào năm 2022, Tập đoàn Đầu tư Năng lượng Trung Quốc tuyên bố họ đã trình diễn thành công việc đồng đốt 35% amoniac với than trong các cuộc thử nghiệm thí điểm trong lò hơi than công suất 40 MW tại Nhà máy điện than Huaneng Yantai, với lượng khí thải NOx được cho là thấp hơn so với đốt nhiên liệu than nguyên chất.

Còn mới đây nhất (tháng 6/2023), Công ty Thái Châu (chuyên đầu tư trong lĩnh vực điện than ở Trung Quốc) đã khởi động cơ sở CCUS công suất 500.000 tấn/năm tại Nhà máy nhiệt điện than Thái Châu ở tỉnh Giang Tô, biến đây trở thành dự án CCUS lớn nhất ở châu Á.

“Tới đây, Thái Châu sẽ hợp tác với các doanh nghiệp, trường đại học, viện nghiên cứu liên quan để tiến hành nghiên cứu thử nghiệm sản xuất metanol bằng CO2, hydro và các sản phẩm hóa chất tinh chế nhằm nâng cao giá trị của carbon dioxide, tạo điều kiện thuận lợi hơn nữa cho chuỗi công nghiệp carbon toàn chu trình, từ thu hồi đến sử dụng và đẩy nhanh quá trình chuyển đổi CCUS nhiệt điện than từ trình diễn công nghệ sang phát triển công nghiệp hóa, theo từng phân khúc của chuỗi” - Công ty Thái Châu cho biết.

Tại Ấn Độ:

Ở Ấn Độ, mục tiêu sản xuất điện than hiệu quả hơn bắt nguồn từ chiến lược năng lượng của quốc gia này. Nó được định hình bởi yêu cầu bắt buộc, cân bằng giữa nhu cầu năng lượng tăng với những cân nhắc về môi trường.

Theo Bộ Điện lực Ấn Độ: Điện than chiếm 51% công suất lắp đặt, nhưng tạo ra hơn 70% tổng sản lượng của quốc gia này vào năm 2022. Ấn Độ đang đặt mục tiêu năng lượng tái tạo chiếm 50% trong cơ cấu năng lượng vào năm 2030. Tuy nhiên, họ không có kế hoạch thông báo ngừng hoạt động bất kỳ một nhà máy nào trong 172 nhà máy điện than hiện có trước năm 2030. Thay vào đó, các công ty điện lực lớn nhất đất nước, như NTPC, đề xuất một cách tiếp cận dần dần vào việc nâng cao hiệu quả và giảm lượng khí thải.

Mục tiêu này bao gồm việc áp dụng các công nghệ siêu tới hạn (SC) và trên siêu tới hạn (USC). Năm 2019, NTPC thuộc sở hữu nhà nước đã khởi động nhà máy điện than USC đầu tiên tại Nhà máy điện than Khargone, công suất 1.320 MW (2 tổ máy) ở Madhya Pradesh.

Còn đầu năm nay, công ty sản xuất điện độc lập của Ấn Độ là Adani Power đã bắt đầu vận hành Nhà máy nhiệt điện siêu tới hạn Goddam, công suất 1,6 GW. Dự án ở bang Jharkhand, hay còn gọi là “dự án điện xuyên quốc gia” đầu tiên được ủy quyền của Ấn Độ để cung cấp 100% lượng điện tạo ra cho Bangladesh. Đây cũng là dự án đầu tiên của Ấn Độ có hệ thống khử lưu huỳnh 100% khí thải (FGD), SCR và xả nước thải bằng 0.

Trong số các cột mốc quan trọng khác về thiết bị môi trường mà Ấn Độ đã đánh dấu gần đây, NTPC đã đưa vào hoạt động nhà máy điện siêu tới hạn đầu tiên của đất nước được trang bị bình ngưng làm mát bằng không khí vào tháng 3/2023. Nỗ lực giải quyết tình trạng khan hiếm nước kết hợp với các sáng kiến ​​bền vững, bắt nguồn từ các nghiên cứu và phát triển (R&D) rõ ràng cùng chiến lược về môi trường, xã hội và quản trị (ESG) đã mang lại kết quả bền vững hơn cho hệ thống điện than của NTPC, với tổng công suất 70 GW.

Năm 2022, NTPC cũng đã khởi động việc thu hồi carbon tại nhà máy điện than lớn nhất của mình - Nhà máy siêu nhiệt điện Vindhyachal, công suất 4,8 GW, dự án này cũng sẽ bao gồm một tổ hợp sản xuất hydro được trang bị hệ thống điện phân hơi nước ở nhiệt độ cao (HTSE) để tạo ra 2 tấn hydro mỗi ngày, cũng như một tổ hợp sản xuất metanol sẽ chuyển đổi CO2 thành methanol thông qua quá trình hydro hóa xúc tác.

Hiện nay, Ấn Độ đang nỗ lực để phát triển các công nghệ mới nhằm cải thiện tính linh hoạt trong hoạt động các nhà máy điện than.

Hồi tháng 10/2023, Viện Nghiên cứu Năng lượng Điện (EPRI) có trụ sở tại Hoa Kỳ đã công nhận công cụ đánh giá tính linh hoạt do NTPC phát triển với giải thưởng “Chuyển giao công nghệ” để giải quyết một vấn đề “có quy mô và tầm quan trọng”. Công cụ đánh giá nhà máy điện bao gồm các mẫu đánh giá cấp cao để đánh giá các nhà máy điện than hiện có bằng cách xác định các vấn đề kỹ thuật và trở ngại cản trở hoạt động linh hoạt của chúng.

Tại Hoa Kỳ:

Tại Hoa Kỳ - quốc gia có khoảng 9,5 GW công suất điện than đã ngừng hoạt động trong thập kỷ qua. Còn các tổ máy cũ và kém hiệu quả hơn đang phải vật lộn với chi phí vận hành và bảo trì cao hơn. Nhưng các ưu tiên nghiên cứu được nêu trong Chương trình 223 của EPRI - một sáng kiến nghiên cứu nhà máy nhiệt điện chuyên dụng đã phát triển các giải pháp có thể áp dụng để giải quyết nhu cầu về tính linh hoạt và hiệu quả nhằm cung cấp một hệ thống nguồn điện được tối ưu hóa. Chương trình cung cấp một cách tiếp cận toàn diện, phản ánh sự hiểu biết sâu sắc về sự phức tạp của việc kéo dài tuổi thọ và hiệu suất của các nhà máy nhiệt điện than hiện có, đồng thời hướng ngành này tới một tương lai năng lượng bền vững.

Cụ thể, chương trình tập trung vào việc nâng cao hiệu suất nhiệt và tính linh hoạt trong vận hành, bao gồm giải quyết các vấn đề với van bypass (thiết bị này thường gây ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất nhiệt do thất thoát và phun quá mức, dẫn đến một số lỗi thiết bị khác).

Cũng như ở Trung Quốc, Ấn Độ, chương trình này ở Hoa Kỳ tập trung vào việc chuyển đổi năng lượng than sang vận hành các tổ máy điện than theo chu kỳ, với những nỗ lực hướng tới việc cải thiện hiệu suất ở các mức phụ tải. Chúng bao gồm các đánh giá chu trình cách nhiệt để giảm thiểu rò rỉ hơi nước và nước.

Ngoài ra, chương trình cũng đang giải quyết các thách thức liên quan đến đường ống tải nhiệt cao để tăng cường tính linh hoạt và các tùy chọn tích hợp lưu trữ tiềm năng. Kiểm tra trước và sau khi ngừng máy, tối ưu hóa điều phối, cải tiến hệ thống làm mát cũng nằm trong chương trình. Ví dụ, các phương pháp tiếp cận sáng tạo bao gồm sử dụng camera hồng ngoại trên thiết bị không người lái để theo dõi sự truyền nhiệt./.

BBT TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Link tham khảo:

https://www.powermag.com/whats-new-in-coal-power-innovation/