Tận dụng nguồn điện tái tạo dư thừa bằng ‘lò hơi điện cực’ - Kết quả ứng dụng ở châu Âu

Lò hạt nhân nhỏ cho Việt Nam - Gợi ý bước khởi động triển khai Quyết định 1131 của Thủ tướng Ngày 12/6/2025, Thủ tướng Chính phủ đã ký ban hành Quyết định số 1131/QĐ-TTg Ban hành danh mục công nghệ chiến lược và sản phẩm công nghệ chiến lược. Trong đó xác định: “Lò phản ứng hạt nhân nhỏ, an toàn là một trong các công nghệ chiến lược”. Bài viết dưới đây của chuyên gia Tạp chí Năng lượng Việt Nam tìm hiểu một số thông tin về lò phản ứng hạt nhân nhỏ trên thế giới, chú ý một số đối tác tiềm năng của Việt Nam và đề xuất một số bước đi khởi động triển khai Quyết định của Thủ tướng Chính phủ.

Các nguồn tài chính để ổn định lưới điện:

Phần Lan đã đặt ra một trong những chính sách khí hậu tiên tiến nhất trong khu vực, cam kết đạt mức trung hòa carbon vào năm 2035. Là một phần của Liên minh châu Âu (EU) từ năm 1995, quốc gia này đã đặt ra các mục tiêu giảm phát thải tạm thời là 60% vào năm 2030, 80% vào năm 2040 và 90-95% vào năm 2050 (tất cả đều so với mức năm 1990). Gần đây, Phần Lan đã đóng cửa các nhà máy điện chạy bằng than quy mô thương mại cuối cùng của mình.

Cùng như các thành viên EU khác, Phần Lan đang nỗ lực tận dụng các ưu đãi về tài chính, chính sách như Quỹ phục hồi và chống chịu (RRF) - một chương trình tài trợ lớn của EU được đưa ra sau đại dịch để thúc đẩy điện khí hóa, triển khai năng lượng tái tạo và phục hồi. Chương trình đang phân bổ khoảng 672,5 tỷ Euro (768,7 tỷ USD) cho các quốc gia thành viên EU, thông qua sự kết hợp giữa các khoản tài trợ và cho vay.

Nhằm tận dụng tối đa các nguồn tài chính này, Phần Lan phải triển khai đầy đủ tất cả các sáng kiến ​​do RRF tài trợ trước thời hạn của chương trình đề ra là tháng 8 năm 2026. Để đạt được các mục tiêu tham vọng đúng tiến độ, Phần Lan đang hướng một phần đáng kể trong số khoảng 500 triệu Euro (571,6 triệu USD) mà họ đã nhận được vào việc hiện đại hóa cơ sở hạ tầng năng lượng, đặc biệt chú trọng vào việc triển khai các lò hơi điện hiệu suất cao. Phần Lan đã tiến hành đa dạng hóa danh mục sản xuất điện và gần đây đã khởi động một dự án cân bằng lưới điện được tối ưu hóa bằng trí tuệ nhân tạo.

Ngày nay, các lò hơi điện cực công suất cao tiên tiến là các hệ thống có dấu CE (Chứng nhận đạt sức khỏe, an toàn và môi trường của EU) được thiết kế để tạo ra hơi nước, hoặc nước nóng bằng điện áp cao, với công suất đầu ra lên tới 60 MW và áp suất sản xuất hơi nước lên tới 32 bar (đơn vị đo áp suất). Các hệ thống này phát ra lượng khí thải bằng 0 tại điểm sử dụng, cung cấp khả năng điều chế hoàn toàn từ 0 đến 100% công suất và có cấu hình linh hoạt (bao gồm thiết kế điện cực kiểu phun và điện cực nhúng - phù hợp cho cả các dự án lắp đặt mới, cũng như cải tạo trong các ứng dụng sưởi ấm).

“Các lò hơi điện cực đang được lắp đặt trên khắp các mạng lưới sưởi ấm để giúp khử cacbon trong sản xuất năng lượng nhiệt, bù đắp cho các nguồn nhiệt sử dụng nhiên liệu hóa thạch và hấp thụ điện dư thừa trong thời kỳ sản lượng tái tạo cao. Việc tích hợp chúng không chỉ hỗ trợ giảm phát thải, mà còn tăng cường tính ổn định của lưới điện, biến chúng thành khoản đầu tư chiến lược trên con đường rộng lớn hơn của Phần Lan hướng tới mục tiêu trung hòa carbon” - Juha Mäntynen - Phó chủ tịch CT Industrial Oy (CTI) - nhà cung cấp công nghệ sạch của Phần Lan chuyên về các hệ thống năng lượng hiệu suất cao, không phát thải, chìa khóa trao tay (bao gồm cả lò hơi điện cực điện áp cao cho các ứng dụng sưởi ấm trên 19 quốc gia châu Âu) cho hay.

Lò hơi điện cực giúp ổn định lưới điện:

Theo CTI, trong nỗ lực khử cacbon của EU, các lò hơi điện cực điện áp cao đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng đòi hỏi khả năng hấp thụ tải nhanh và ổn định lưới điện.

Lò hơi điện cực (Electrode boilers) đặc biệt quan trọng trong việc duy trì sự cân bằng của lưới điện khi sản xuất năng lượng tái tạo mở rộng. Do sản lượng điện gió, mặt trời có thể dao động nhanh nên lưới điện cần các công nghệ có thể phản ứng nhanh như vậy. Lò hơi điện cực đáp ứng nhu cầu này bằng cách điều chỉnh mức tiêu thụ điện của chúng gần như ngay lập tức, cho phép chúng hấp thụ điện năng dư thừa trong thời kỳ cung vượt cầu. Điều này giúp dễ dàng tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo thay đổi mà không làm quá tải lưới điện, hoặc lãng phí năng lượng sạch.

Đối với Phần Lan, đây là một cân nhắc quan trọng khi xét đến các khoản đầu tư đáng kể vào năng lượng tái tạo trong 15 năm qua. Đến cuối năm 2023, Phần Lan có khoảng 1.600 tua bin gió đang hoạt động với tổng công suất gần 7.000 MW. Gió đã trở thành nguồn điện lớn thứ hai của Phần Lan, tạo ra khoảng 19,8 TWh vào năm 2024 - đủ để cung cấp khoảng 25% nhu cầu điện quốc gia. Quốc gia này cũng đầu tư đáng kể vào thu hồi nhiệt, máy bơm nhiệt (không khí thành nhiệt), gió ngoài khơi, năng lượng mặt trời và điện hạt nhân.

Thị trường dự trữ và giá âm:

Khi sản xuất năng lượng tái tạo tăng trưởng trên khắp châu Âu, các trường hợp giá điện âm xảy ra thường xuyên hơn. Điều này tạo ra cơ hội tài chính cho người tiêu dùng năng lượng tham gia vào thị trường dự trữ, cho phép họ tạo ra doanh thu bằng cách hấp thụ điện năng dư thừa. Lò hơi điện cực được thiết kế để tận dụng xu hướng này, cho phép vận hành nhanh chóng, đáp ứng nhu cầu phù hợp với điều kiện thị trường.

Theo CTI: Khi sản lượng điện gió vượt quá nhu cầu, điện dư thừa sẽ khiến giá giảm mạnh (đôi khi trở thành giá âm). Giá điện âm, có nghĩa là các nhà sản xuất điện đang trả tiền cho khách hàng sử dụng điện để lấy điện ra khỏi lưới điện, thay vì khách hàng trả tiền điện. Các công ty tham gia vào thị trường dự trữ có thể kiếm được doanh thu đáng kể bằng cách tiêu thụ điện dư thừa để cân bằng lưới điện.

Thị trường điện dự trữ (còn được gọi là dịch vụ phụ trợ, hoặc thị trường cân bằng) rất cần thiết để duy trì sự ổn định của lưới điện bằng cách bù đắp cho các nhà sản xuất và người tiêu dùng có thể nhanh chóng điều chỉnh sản xuất, hoặc tiêu thụ điện. Thị trường này đảm bảo tần số hệ thống đáng tin cậy và giảm rủi ro mất điện bằng cách phản ứng với sự thay đổi đột ngột về cung - cầu. Các công nghệ như lò hơi điện cực đặc biệt có giá trị trong bối cảnh này, vì chúng có thể nhanh chóng hấp thụ điện dư thừa, hoặc tắt theo nhu cầu, khiến chúng trở thành công cụ hiệu quả để cân bằng lưới điện theo thời gian thực.

“Trong điều kiện thuận lợi, một lò hơi điện có thể hoàn vốn trong vòng một năm, hoặc ít hơn. Ví dụ, năm ngoái, giá trung bình phải trả cho mức tiêu thụ điện dư thừa của thị trường là 3.000 Euro cho mỗi MWh. Một lò hơi 50 MW hoạt động trong một giờ có thể kiếm được khoảng 150.000 Euro (171.500 USD)” - Mäntynen cho biết.

Nhiệt năng và hệ thống sưởi ấm:

Ngoài ra, nhiệt năng và hệ thống sưởi ấm khu vực rất quan trọng đối với cơ sở hạ tầng năng lượng của châu Âu, khi cung cấp nhiệt liên tục cho hàng triệu ngôi nhà và doanh nghiệp, đồng thời hỗ trợ độ tin cậy của lưới điện. Các hệ thống này đóng vai trò quan trọng trong an ninh năng lượng, đặc biệt là ở các vùng lạnh hơn và trong các giai đoạn nhu cầu cao điểm.

Phần Lan vận hành một trong những mạng lưới sưởi ấm khu vực tiên tiến nhất trên toàn cầu, trải dài hơn 16.000 km đường ống cách nhiệt ngầm và phục vụ khoảng một nửa dân số, đặc biệt là ở các khu vực thành thị. Hệ thống phân phối nước nóng - thường được đun nóng ở nhiệt độ từ 65 đến 115 độ C (tùy thuộc vào nhiệt độ ngoài trời) và trả lại ở nhiệt độ từ 40 đến 60 độ C, với lượng nhiệt thất thoát tối thiểu chỉ 8-9%.

Mặc dù trước đây mạng lưới này dựa vào than, than bùn, dăm gỗ, nhưng hiện nay nó đang trải qua quá trình chuyển đổi lớn sang các nguồn năng lượng tái tạo và ít carbon. Nhiều thành phố đang dần loại bỏ các nhà máy đốt sinh khối để chuyển sang các công nghệ hiện đại như lò hơi điện cực.

Giá điện tương đối rẻ và các lợi ích về thuế đã khiến Phần Lan trở thành địa điểm hấp dẫn cho các trung tâm dữ liệu lớn do các công ty như Google và Microsoft điều hành. Các trung tâm dữ liệu tạo ra một lượng lớn nhiệt thải từ bộ xử lý làm mát và năng lượng thải này đã được sử dụng để sưởi ấm các thành phố ở Phần Lan. “Máy bơm nhiệt tạo ra năng lượng cơ bản từ các trung tâm dữ liệu, trong khi lò hơi điện cực làm tăng nhiệt độ nước sưởi ấm khu vực để đạt được mức nhiệt độ cần thiết cho nhu cầu của thành phố” - Juha Mäntynen cho hay.

Đẩy nhanh tiến độ:

Để đẩy nhanh quá trình triển khai, CTI đã hợp tác với Acme Engineering để mở rộng việc triển khai lò hơi điện cực trên khắp Phần Lan và các thị trường châu Âu khác. Các sản phẩm của Acme được phân biệt bởi nhiều thiết kế và tính linh hoạt về mặt kỹ thuật. Danh mục sản phẩm bao gồm lò hơi tia phun, có khả năng xử lý áp suất cao hơn với công suất điều chế từ 0 đến 100% và lò hơi điện cực nhúng, có thể được cấu hình cho cả ứng dụng nước nóng, hoặc hơi nước.

Ngoài ra, nhà sản xuất thiết bị gốc cung cấp thiết kế lò hơi nước nóng nằm ngang đặc biệt phù hợp cho các dự án cải tạo. Có nhiều tùy chọn điện áp để đáp ứng các yêu cầu khác nhau cho từng khu vực.

Ngày nay, CTI hợp tác với Acme để cung cấp lò hơi điện cực điện áp cao cho thị trường châu Âu dưới thương hiệu ACME-CTI. CTI sản xuất và cung cấp lò hơi điện cực để sản xuất hơi nước và nước nóng, phục vụ cho cả ngành năng lượng và các quy trình sản xuất. Các hệ thống này dựa trên công nghệ lò hơi điện cực đã được chứng minh do ACME phát triển và được đánh dấu CE tuân thủ các tiêu chuẩn do Hiệp hội Phân loại châu Âu thiết lập. Thiết kế và sản xuất lò hơi đáp ứng các yêu cầu của EN 13445 và EN 12593. CTI giám sát toàn bộ quy trình giao hàng của hệ thống lò hơi điện (từ khâu lập kế hoạch ban đầu, đến khâu lắp đặt).

Những cột mốc đã đạt được:

Khi nhu cầu về các giải pháp năng lượng sạch tăng lên, một cột mốc quan trọng đã đạt được khi CTI lắp thành công nồi hơi điện cực ACME-CTI đầu tiên của Châu Âu vào tháng 9 năm 2024. Vào tháng 6 năm 2025, hoạt động tại Jep ua, lò hơi điện cực loại tia phun 10 MW sẽ sớm tạo ra 28 barG (đơn vị đo hơi nước) hơi nước cho các ứng dụng sưởi ấm trong các quy trình công nghiệp. Gần đây hơn, CTI đã lắp đặt lò hơi điện 15 MW và bể chứa nước cấp tại khu công nghiệp ở Honkajoki. Một lò hơi điện 15 MW mới cũng đã được lắp đặt kết hợp với nhà máy lò hơi sinh khối Vatajankoski, giúp tăng sản lượng hơi nước không cháy và giá rẻ.

Lò hơi điện cực điện áp cao do CTI sản xuất sẽ tạo ra hơi nước để Vatajankoski Oy sử dụng. Trong tương lai, cũng có thể lưu trữ năng lượng do lò hơi điện tạo ra trong bộ tích nhiệt, sau đó sẽ được lắp đặt bên cạnh nhà máy. Nhiệt từ bình tích tụ cũng sẽ được cung cấp cho Honkajoki Oy (nhà sản xuất nguyên liệu thô tái tạo chất lượng cao cho dinh dưỡng động vật, nhiên liệu sinh học và phân bón).

Hiện tại, CTI đang tham gia tích cực vào lĩnh vực công nghiệp chế biến, dự kiến ​​sẽ là lĩnh vực tăng trưởng chính trong tương lai cho các ứng dụng nồi hơi điện cực. Hiện tại, CTI đang triển khai 9 dự án chìa khóa trao tay. Một diễn biến đáng chú ý gần đây là việc ký kết một đơn đặt hàng bổ sung cho 2 nồi hơi công suất 50 MW. Các nồi hơi này được thiết kế cho một dự án tại thành phố Kajaani, nằm ở miền Trung Phần Lan. Ban đầu, kế hoạch là chỉ cung cấp nhiệt cho mạng lưới sưởi ấm của thành phố. Tuy nhiên, một yêu cầu mới của khách hàng đã xuất hiện đối với mức nhiệt độ khác (mức nhiệt độ mà mạng lưới thành phố thường yêu cầu).

CTI đã phản hồi bằng một đề xuất sáng tạo: Sử dụng một bộ nồi hơi duy nhất để cung cấp 2 đầu ra nhiệt khác nhau mà không cần tăng gấp đôi công suất nồi hơi. Bằng cách sửa đổi thiết kế để tạo ra nước nóng hơn rồi phân phối riêng ở hai mức nhiệt độ khác nhau, CTI đã tạo ra một giải pháp đáp ứng cả hai nhu cầu cùng một lúc.

Lời kết:

Châu Âu đang đẩy nhanh quá trình chuyển đổi năng lượng của mình bằng các lò hơi điện cực điện áp cao và đầu tư bền vững vào cơ sở hạ tầng sạch. Mô hình của châu Âu đã chứng minh công nghệ biến điện tái tạo dư thừa thành nhiệt đáng tin cậy, tăng cường sự ổn định của lưới điện và bảo vệ các hệ thống năng lượng khỏi sự biến động giá nhiên liệu.

Khi các yêu cầu cắt giảm carbon ngày càng chặt chẽ và nhu cầu về cơ sở hạ tầng phục hồi ngày càng tăng, các nhà chế biến công nghiệp, cũng như sưởi ấm khu vực Bắc Mỹ có thể tận dụng cơ hội để đẩy nhanh tương lai năng lượng sạch hơn và thích ứng hơn./.

BBT TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Link tham khảo:

https://www.powermag.com/europe-taps-electric-boilers-to-balance-the-grid/