Nước tuần hoàn trực lưu nhà máy nhiệt điện: "Đóng thuế môi trường là vô lý"

Ý kiến góp ý, phản biện xin gửi tới: toasoan@nangluongvietnam.vn hoặc comments ở cuối bài viết này.

Tham khảo Luật, Nghị định, Thông tư về thuế bảo vệ môi trường:

Luật, Nghị định, Thông tư hướng dẫn về thuế bảo vệ môi trường

Dưới đây là tổng hợp ý kiến tranh luận, phản biện:

Ý kiến phản biện của chuyên gia cao cấp năng lượng Nguyễn Lý Tỉnh (Hội đồng Khoa học Năng lượng, thuộc Hiệp hội Năng lượng Việt Nam):"Nước tuần hoàn trực lưu nhà máy nhiệt điện: Phải nộp thuế môi trường là vô lý"

Hệ thống làm mát bình ngưng này được sử dụng rộng rãi trên thế giới từ những năm 70 và 80 của thế kỷ XIX, với tên gọi kỹ thuật là “Hệ thống nước tuần hoàn trực lưu” (The once - through circulating water system).

Ưu việt quan trọng nhất của hệ thống làm mát nói trên là tận dụng nhiệt độ của các nguồn nước sông, biển, hồ lớn… tương đối thấp để nâng cao hiệu suất của tuabin hơi, đồng thời hệ thống làm mát kiểu này được sắp xếp đơn giản nên chi phí đầu tư và vận hành đều thấp.

Đặc biệt, hệ thống làm mát này không ảnh hưởng đến môi trường nước mặt (biển, sông, hồ), nước ngầm và không khí, vì nước làm mát được bơm từ biển (sông, hồ) vào các ống dẫn bằng hợp kim đồng (hoặc hợp kim titan) để làm nguội hơi nước của tuabin rồi sau đó lại trở về biển (sông, hồ). Trong quá trình đó, không có bất kỳ hợp chất bên ngoài nào có thể lẫn vào nước làm mát đó.

Thực tế, hệ thống làm mát hơi tuabin hoàn toàn giống như thiết bị chưng cất rượu cổ điển: nồi nấu rượu luôn đi kèm với chậu nước làm nguội bên trên để hơi rượu ngưng đọng phía đáy chậu trước khi được thu vào chai. Nước làm mát này cũng không bị tác nhân nào gây ô nhiễm.

Ở những khu vực hiếm nước làm mát bình ngưng cho các NMNĐ, người ta phải thiết kế tháp làm mát bằng quạt (như ở các NMNĐ Na Dương, Cao Ngạn, Mạo Khê, Sơn Động) hoặc sử dụng bình ngưng khô làm mát bằng không khí (như ở NMNĐ Bà Rịa).

Ngoài ra, để không ảnh hưởng tới sự sống của các sinh vật biển (sông, hồ) nhiệt độ gia tăng của nước làm mát bình ngưng đã được tính toán và thiết kế không vượt quá giới hạn cho phép (∆t≤ 7÷ 8⁰C).

Nghiên cứu kỹ lưỡng dây chuyền công nghệ nước làm mát bình ngưng của các NMNĐ như trình bày ở trên, các nhà khoa học, chuyên gia năng lượng thuộc Hội đồng Khoa học Năng lượng Việt Nam (Hiệp hội Năng lượng Việt Nam) kiến nghị Bộ Tài nguyên và Môi trường, sở tài nguyên và tôi trường các tỉnh có các NMNĐ với hệ thống nước làm mát bình ngưng kiểu tuần hoàn trực lưu không thu phí bảo vệ môi trường đối với nước làm mát bình ngưng của các nhà máy nhiệt điện.

I. Những hệ thống nước tuần hoàn ở các nhà máy nhiệt điện

Theo định luật nhiệt động thứ hai, sự thao tác của chu trình sinh công đòi hỏi nhiệt lượng thải phải ở nhiệt độ thấp của chu trình. Hiệu suất của chu trình công suất sẽ được tăng đáng kể khi nhiệt lượng thải ra có nhiệt độ thấp nhất. Điều này được chứng minh rõ ràng trong chu trình Carnot đối với chất lỏng 2 pha như hình vẽ dưới đây:

Trong đó:

T_h: nhiệt độ tuyệt đối của nguồn nhiệt lượng nhiệt độ cao

T₁: nhiệt độ tuyệt đối của bể nhiệt lượng nhiệt độ thấp

Phương trình (1) cho thấy chu trình Carnot có hiệu suất cao khi tăng Th hoặc giảm nhiệt độ T₁.

Bởi vì phần lớn những chu trình công suất phụ thuộc vào nhiệt độ bên ngoài tương đối ấm đối với nhiệt lượng thải ra, trị số nhiệt lượng thải rất lớn. Thực tế cho thấy rằng để sản xuất ra 1 kWh điện năng theo chu trình công suất bằng hơi nước kiểu truyền thống thì khoảng 2 kWh nhiệt lượng “phế thải” vào môi trường bị thất thoát. Tại phần lớn các NMNĐ các chu trình công suất sử dụng hệ thống làm nguội để vứt bỏ nhiệt lượng “phế thải” đó.

Các NMNĐ đó sử dụng hệ thống nước tuần hoàn như một cơ chế động lực trong đó nhiệt lượng phế thải của chu trình hơi được chuyển giao từ chu trình hơi sang môi trường xung quanh (trên hình vẽ: bể chứa nhiệt lượng nhiệt độ thấp).

Nhiều yếu tố quyết định quy mô và thiết kế các hệ thống nước tuần hoàn của NMNĐ. Điều quan trọng bậc nhất là xác định thông số về quy mô hệ thống nước tuần hoàn (nhiệt lượng phế thải được chuyển giao hiệu quả ra sao tới bể chứa nhiệt lượng nhiệt độ thấp). Một bình ngưng hơi của NMNĐ làm ngưng hơi thoát của tuabin ở nhiệt độ khả dĩ thấp nhất và áp suất tương ứng đạt được hiệu suất tối đa của chu trình hơi, giảm thiểu nhiệt lượng phế thải loại bỏ vào bể chứa. Khi nhiệt độ và áp suất hơi thoát của tuabin giảm thấp, hiểu suất của chu trình hơi tăng lên. Tuy nhiên việc thiết kế một hệ thống nước tuần hoàn hiệu quả cao hơn để đạt nhiệt độ và áp suất thấp hơn trong bình ngưng sẽ dẫn tới làm tăng các chi phí đầu tư và vận hành. Do đó trong quá trình làm báo cáo khả thi (FS - Feasibility Study Report) cần thực hiện phân tích kinh tế - kỹ thuật chi tiết để xác định sự cân đối tối ưu giữa hiệu suất chu trình công suất và các chi phí đầu tư và vận hành của hệ thống nước tuần hoàn.

1. Làm nguội kiểu trực lưu

Trong hệ thống nước tuần hoàn trực lưu, nước làm nguội được bơm từ biển, hồ hoặc sông lớn vào bình ngưng của NMNĐ (hình vẽ) và sau đó trả lại biển (hồ, sông). Nước tuần hoàn chảy qua bình ngưng được hâm nóng lên trong quá trình ngưng hơi thoát của tuabin.

Suốt nhiều năm qua (kể từ cuối thế kỷ 19) hệ thống kiểu trực lưu này được sử dụng phổ biến trên thế giới cho các NMNĐ để làm ngưng hơi thoát của tuabin hơi. Hệ thống kiểu trực lưu này có hai ưu việt cơ bản. Thứ nhất, sử dụng nguồn nước với nhiệt độ khá thấp làm tăng đáng kể hiệu suất của chu trình công suất. Thứ hai, cấu trúc hệ thống làm nguội đơn giản nên chi phí đầu tư và vận hành thấp.

Điều quan trọng là phải thiết kế hệ thống nước làm nguội và bình ngưng sao cho nhiệt độ nước nguội qua bình ngưng được hâm nóng không quá 8⁰C so với nhiệt độ nước biển (hồ, sông) nhằm đảm bảo sự sống cho sinh vật biển (hồ, sông). Khoảng cách giữa cửa nhận nước làm nguội và điểm trả nước về biển (sông, hồ) đủ lớn (có thể 500m trở lên) để đảm bảo cho nước tuần hoàn qua bình ngưng hòa trộn đều với nước biển (hồ, sông) có nhiệt độ ban đầu nguội đi ~ 8⁰C.

Phần lớn các NMNĐ của EVN, PVN, TKV đang sử dụng hệ thống nước tuần hoàn làm nguội bình ngưng kiểu nói trên như NMNĐ Phả Lại, Uông Bí, Quảng Ninh, Cẩm Phả, Hải Phòng,… kể cả ở các NMNĐ tuabin khí chu trình hỗn hợp như Phú Mỹ 1, 2, 3, Nhơn Trạch, Cà Mau và ở hàng loạt các NMNĐ đang được xây dựng như Hải Dương (2x600MW), Thái Bình 1 và 2 (2x300MW và 2x600MW), Vĩnh Tân, Vân Phong, Duyên Hải…

2. Làm nguội nước ngưng trực lưu qua tháp làm mát

Hệ thống làm nguội nước ngưng kiểu tháp thực hiện việc giải phóng nhiệt lượng của nước tuần hoàn (sau khi bị hâm nóng trong bình ngưng) vào khí quyển xung quanh. Hệ thống này được áp dụng ở các khu vực hiếm nước (không gần biển, sông) và có thể có các hồ nước nhỏ, hoặc ở gần sông nhưng lưu lượng thấp vào mùa đông như NMNĐ Cao Ngạn (Thái Nguyên), NMNĐ Na Dương (Lạng Sơn), NMNĐ Hải Dương (Malaysia xây dựng công suất 2x600MW trên bờ sông Kinh Thầy).

Tháp làm mát truyền thống giải phóng nhiệt lượng thông qua quá trình bốc hơi. Do đó nguồn nước làm nguội nước ngưng (nước tuần hoàn) vẫn phải được bổ sung một lượng nhỏ.

Trong thập kỷ gần đây người ta còn sử dụng các loại bình ngưng khô (Dry condenser). Về nguyên tắc, sự hoạt động của bình ngưng khô hoàn toàn không sử dụng nguồn nước bên ngoài làm nước tuần hoàn, mà sự giải phóng nhiệt lượng của nước ngưng là nhờ quạt không khí làm nguội bình ngưng khô. Các bình ngưng khô được sử dụng chủ yếu ở các khu vực không có nguồn nước làm nguội hoặc có nguồn nước nhỏ nhưng địa phương không cho phép sử dụng để bảo vệ thủy sản hoặc vì lý do riêng của khu vực. Tất nhiên, hiệu suất của chu trình nhiệt trong trường hợp này thấp hơn so với các hệ thống nói trên. Ở nước ta, bình ngưng khô được sử dụng ở NMNĐ Bà Rịa.

II. Bình ngưng tụ (hơi nước)

2.1. Công dụng và nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ

Từ công thức (1) thấy rõ là hiệu suất của tuabin hơi càng cao khi nhiệt độ và áp suất hơi sau tầng cuối cùng của tuabin hơi càng thấp. Khi áp suất hơi thay đổi ± 1 kPa thì hiệu suất của tuabin hơi thay đổi khoảng 1% (đối với tuabin hơi nhà máy điện nguyên tử, thay đổi khoảng 1,5-2,0%). Do đó để tạo ra hiệu suất cao cần phải đảm bảo cho quá trình ngưng hơi diễn ra ở áp suất thấp.

2.2. Để đạt mục đích nói trên người ta sử dụng bình ngưng tụ (như hình vẽ đơn giản trên) để ngưng tụ hơi nước từ sau tầng cuối cùng của tuabin hơi. Trong bình ngưng người ta đặt các ống đồng (hoặc titan) gắn trên 2 mặt sàng ở 2 đầu phía trong bình ngưng. Để giản đơn trên hình vẽ biểu thị bằng ống xoắn, thực tế bình ngưng là bộ trao đổi nhiệt giữa nước nguội (tuần hoàn) đi trong ống, hơi nước ở bên ngoài ống nước ngưng đọng lại ở đáy bình để sau đó nước ngưng được liên tục bơm qua các bộ gia nhiệt hạ áp lên bộ khử khí O­₂ v.v.

III. Ảnh hưởng của hệ thống nước làm nguội bình ngưng (hệ thống nước tuần hoàn của các nhà máy nhiệt điện)

Nghiên cứu kỹ lưỡng cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bình ngưng tụ có thể kết luận rằng hệ thống nước làm nguội bình ngưng thực chất là bộ trao đổi nhiệt, trong đó nước làm nguội đi trong ống đồng (hoặc titan), hơi nước và nước ngưng ở bên ngoài ống. Do đó sau khi làm nguội (hơi nước bên ngoài ống được ngưng tụ) thì nước làm nguội đó “nước tuần hoàn” lại trả về nguồn (biển, hồ, sông hoặc bể nước trong trường hợp sử dụng tháp làm nguội) và không bị nhiễm bất kỳ chất nào khác từ chu trình hơi nước. Vấn đề duy nhất cần xét đến là nước tuần hoàn sau khi làm nguội bình ngưng được trở về nguồn (biển, sông, hồ…) phải đảm bảo nhiệt độ gia tăng so với nước nguội khi vào bình ngưng nằm trong giới hạn thiết kế, nghĩa là 7÷8⁰C nhằm bảo vệ cho các vật nuôi trồng trên nguồn nước đó.

Nếu đảm bảo được yêu cầu này thì có thể khẳng định hệ thống nước làm nguội bình ngưng (“nước tuần hoàn”) không ảnh hưởng gì đến môi trường thủy quyển và khí quyển.

Xin mời các nhà quản lý, chuyên gia, nhà khoa học và bạn đọc cùng góp ý, tranh luận.