Vấn đề xử lý chất thải khi cánh tua bin gió hết thời hạn sử dụng ở Việt Nam

Vấn đề xử lý chất thải khi tấm quang năng mặt trời hết hạn sử dụng ở Việt Nam Từ các nghiên cứu của Chương trình Phát triển của Liên hợp quốc (UNDP), Tư vấn Quốc tế và Viện Năng lượng (Bộ Công Thương) về “Phát triển các giải pháp cuối vòng đời cho điện mặt trời và điện gió tại Việt Nam” [*], Tạp chí Năng lượng Việt Nam xin được tổng hợp một số vấn đề xử lý chất thải khi tấm quang năng mặt trời hết hạn sử dụng ở Việt Nam để bạn đọc tham khảo.

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu (BĐKH) hiện nay, năng lượng gió được xem là chìa khóa để giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và thúc đẩy nền kinh tế không cacbon. Chuyển đổi sang năng lượng sạch và năng lượng tái tạo là một giải pháp cần thiết để đạt được các mục tiêu phát triển bền vững (về năng lượng sạch và giá cả phải chăng) đến năm 2030 do Liên hợp quốc đề ra.

Theo số liệu thống kê, hiện nay đã có 130 nước trên thế giới phát triển điện gió. Tổng công suất điện gió của thế giới tăng nhanh trong khoảng 1 thập kỷ gần đây. Năm 2020, tổng công suất đã lên tới 733 GW, cao gần gấp hai lần so với năm 2011. Những năm gần đây, xu thế phát triển điện gió ngoài khơi tăng mạnh. Tính đến cuối năm 2022, tổng công suất điện gió ngoài khơi trên thế giới là 64,3 GW. Trong đó, châu Âu có 30 GW, châu Á - Thái Bình Dương đã vượt qua châu Âu, chiếm 34,3 GW.

Dự kiến, phát triển điện gió trên toàn thế giới đến năm 2050 với tổng công suất là 5.044 GW.

Việt Nam là quốc gia có tiềm năng gió rất lớn, đặc biệt là điện gió ngoài khơi. Mục tiêu phát triển ngành công nghiệp điện gió dài hạn góp phần giảm thiểu hàng triệu tấn carbon từ nhiệt điện. Việt Nam hoàn toàn có thể tạo nền móng phát triển ngành công nghiệp điện gió, một giải pháp mang tính dài hạn và chiến lược cho nền kinh tế trong thời gian tới.

Với trọng tâm chuyển dịch sang năng lượng tái tạo, điện gió được kỳ vọng sẽ là nhóm được đầu tư nhiều nhất tại Việt Nam. Đẩy mạnh phát triển điện gió trên bờ và ngoài khơi là ưu tiên được nêu rõ trong Quy hoạch điện VIII. Theo đó, đến năm 2030, công suất điện gió trên bờ đạt 21.880 MW (tổng tiềm năng kỹ thuật của Việt Nam khoảng 221.000 MW) và phát huy tối đa tiềm năng kỹ thuật điện gió ngoài khơi (khoảng 600.000 MW) để sản xuất điện và năng lượng mới. Đến năm 2030, công suất điện gió ngoài khơi phục vụ nhu cầu điện trong nước đạt khoảng 6.000 MW; quy mô có thể tăng thêm trong trường hợp công nghệ phát triển nhanh, giá điện và chi phí truyền tải hợp lý.

Định hướng đến năm 2050, tổng công suất điện gió ngoài khơi Việt Nam đạt 70.000 - 91.500 MW. Căn cứ theo Quy hoạch điện VIII, thì điện gió sẽ có bước phát triển mạnh mẽ, nhất là điện gió ngoài khơi. Đến năm 2050, nguồn điện gió sẽ chiếm từ 26,5 đến 29,4% tổng cơ cấu nguồn điện toàn hệ thống (xem bảng 1).

Bảng 1: Điện gió trong cơ cấu nguồn điện toàn hệ thống. (Nguồn: Quy hoạch điện VIII).

Phát triển mạnh nguồn điện gió, cũng đồng nghĩa với số lượng chất thải phát sinh từ nguồn điện này cũng tăng cao. Đối với Việt Nam, chất thải từ quá trình sản xuất tua bin gió được loại trừ vì hầu hết các thiết bị của tua bin gió chúng ta chưa sản xuất được mà phải nhập khẩu hoàn toàn. Như vậy, các chất thải phát sinh từ nguồn điện gió chỉ xuất hiện trong quá trình vận hành và sau khi vòng đời dự án kết thúc.

Theo báo cáo “Phát triển các giải pháp cuối vòng đời cho điện mặt trời và điện gió tại Việt Nam” [*] cho thấy: “Khoảng 19,3 nghìn tấn vật liệu tua bin gió thải bỏ cuối vòng đời dự án theo kịch bản thải loại bình thường và khoảng 66,9 nghìn tấn vật liệu tua bin gió thải bỏ ở kịch bản thải loại sớm sẽ phát sinh tại Việt Nam vào năm 2030. Đến năm 2040, lượng chất thải phát sinh tích lũy sẽ tăng lên lần lượt là 112,9 - 1.171 nghìn tấn và đến năm 2050 là khoảng 1.484 - 5.057 nghìn tấn trong các kịch bản thải loại bình thường và thải loại sớm. Dự báo về dòng nguyên liệu từ tua bin gió cuối vòng đời dựa trên thành phần vật liệu và khối lượng cuối vòng đời được tính toán với giả định rằng toàn bộ tua bin gió sẽ bị tháo dỡ khi hỏng hóc”. Các cánh tuabin gió là nơi dễ bị hỏng nhất, do chúng là bộ phận chuyển động liên tục trong quá trình vận hành.

Nghiên cứu cho thấy: Các cánh tua bin gió có thể bị lỗi vận hành và bảo dưỡng định kỳ với tỷ lệ 1 - 2% trong năm vận hành thứ 6 và có thể hỏng với tỷ lệ 1 - 3% do tai nạn vào khoảng năm thứ 6, tương ứng với kịch bản bình thường và kịch bản sớm.

Tuổi thọ của cánh quạt tua bin gió là 18 năm ở kịch bản sớm và 26 năm ở kịch bản bình thường. Điều đó nói lên rằng: Khoảng 15 năm nữa (kịch bản sớm) thì chúng ta sẽ phải đối mặt với với lượng chất thải phát sinh từ điện gió sẽ xuất hiện, khác với điện mặt trời là khoảng 20 - 30 năm nữa mới cần tiến hành xử lý các tấm quang điện mặt trời hết hạn sử dụng.

Quy định quốc tế về chất thải từ dự án điện gió:

Đối với các dự án điện gió đòi hỏi phải có các quy định cụ thể về tháo dỡ các cánh tua bin gió, bởi kích thước của chúng lớn và vị trí tua bin được lắp đặt ở độ cao hàng trăm mét so với mặt đất, hoặc mực nước biển.

Mặt khác, so với các tấm quang điện, thành phần tháo dỡ từ tua bin gió đã có dây chuyền tái chế và không yêu cầu thêm về các kỹ thuật tách lớp. Hiện tại trên thế giới chưa có chính sách cụ thể nào trong việc quản lý chất thải của các tuabin gió.

Tuy nhiên, ở các quốc gia khác nhau đã có các tiêu chuẩn và hướng dẫn cụ thể về ngừng vận hành, tháo dỡ và khôi phục địa điểm của các dự án điện gió. Hầu hết các quy định ngừng vận hành đối với tua bin gió được đề cập thông qua các chính sách quản lý chất thải khác nhau. Cụ thể là chính sách quản lý chất thải phá dỡ và xây dựng, quản lý chất thải kim loại, quản lý chất thải điện tử tương ứng với nhiều loại chất thải khác nhau, phát sinh từ các tua bin gió được cấu thành từ nhiều loại vật liệu khác nhau như bê tông, kim loại, cáp điện.

Công tác tháo dỡ/ngừng hoạt động:

Do các hợp phần của nhà máy điện gió rất đa dạng, mỗi hãng sản xuất tua bin gió có quy trình riêng nên các nhà đầu tư điện gió Việt Nam cần phối hợp với nhà sản xuất thông qua hợp đồng cung cấp tua bin kèm theo cung cấp quy trình tháo dỡ để áp dụng cho các trang trại điện gió khi hết vòng đời dự án.

Ví dụ, để cưa/cắt các cánh quạt rôto, thiết kế các cánh rôto phù hợp để tái chế, các yêu cầu về vật liệu để tạo ra dòng nguyên liệu, thông số kỹ thuật để lưu trữ tạm thời v.v... cần được biết. Phía nhà sản xuất cần có các quy định xác định các yêu cầu liên quan đến các khía cạnh an toàn và an toàn lao động, yêu cầu có các chứng chỉ đào tạo (thao tác trên cao, cấp quyền chuyển mạch), hoặc phù hiệu thử nghiệm (đối với thiết bị làm việc) và các tiêu chuẩn tương tự được áp dụng trong quá trình xây dựng, cũng như tháo dỡ trong thực tế.

Hiện trạng công nghệ tái chế cánh tua bin gió trên thế giới:

Các công nghệ tái chế cho cánh tua bin gió vẫn đang trong giai đoạn phát triển ở nhiều cấp độ công nghệ khác nhau. Cánh làm từ vật liệu tổng hợp nên rất khó tái chế. Đồng xử lý chất thải trong nhà máy xi măng (sợi thủy tinh được tái chế như một thành phần trong hỗn hợp xi măng), nghiền cơ học (thường được sử dụng do hiệu quả, chi phí thấp, yêu cầu năng lượng thấp), nhiệt phân (cho phép thu hồi sợi ở dạng tro, ma trận polyme ở dạng các sản phẩm hydrocacbon) có mức độ trưởng thành cao hơn, gần mức độ thương mại hóa hơn so với các quy trình công nghệ phân mảnh bằng xung điện cao áp và công nghệ tầng sôi.

Đồng xử lý các cánh quạt tua bin gió tại các nhà máy xi măng là một lựa chọn thương mại phù hợp nhất hiện nay và khả thi trong việc quản lý chất thải cuối vòng đời cánh tua bin gió ở nước ta, vì chúng ta có nền công nghiệp sản xuất xi măng đứng đầu khối ASEAN về sản lượng xi măng và đứng thứ 5 thế giới về sản xuất và tiêu thụ xi măng (với tổng công suất thiết kế khoảng 100 triệu tấn/năm). Ưu điểm của nó là không yêu cầu chi phí đầu tư cơ sở hạ tầng riêng biệt, hiệu quả cao, tốc độ và có khả năng mở rộng so với các công nghệ sẵn có khác. Sợi thủy tinh có trong cánh tua bin gió thải bỏ được tái chế như một thành phần của hỗn hợp xi măng (clinker), trong khi hỗn hợp polyme được đốt cháy như nhiên liệu cho quá trình sản xuất (còn gọi là nhiên liệu có nguồn gốc từ rác thải), giảm lượng khí thải carbon trong quá trình sản xuất xi măng. Việc đồng xử lý trong nhà máy xi măng làm giảm 16% lượng khí thải carbon của ngành xi măng.

Các ưu điểm khác của đồng xử lý quá trình sản xuất xi măng là hiệu quả cao, nhanh chóng và có khả năng mở rộng. Một lượng lớn chất thải có thể được xử lý bằng công nghệ này. Điều này dẫn đến việc tăng nhẹ hiệu quả năng lượng của sản xuất xi măng, do đó giúp ngành công nghiệp xi măng giảm phát thải khí nhà kính. Cũng cần lưu ý rằng, công nghệ này không phát sinh tro sau quá trình xử lý [*].

Bảo lãnh tài chính nhằm phục vụ chi phí tháo dỡ và khôi phục mặt bằng:

Mục đích của việc cung cấp bảo đảm tài chính là tạo ra sự đảm bảo về chi phí tháo dỡ và khôi phục mặt bằng một dự án điện gió trong trường hợp công ty vận hành phá sản, hoặc vì những lý do khác không thể hoàn thành việc tháo dỡ. Do vậy, giấy phép hoạt động điện lực của các dự án điện gió cần phải kết hợp với các yêu cầu về bảo lãnh tài chính để việc tháo dỡ và trả lại mặt bằng dự án được thực thi. Số tiền đảm bảo phải được tính toán trong từng trường hợp cụ thể (như chiều cao của cột gió, đường kính cánh quạt, vị trí địa lý và số lượng móng cột được yêu cầu loại bỏ) là các thông số quan trọng. Bảo lãnh tài chính nên được để riêng trước khi công việc xây dựng các tua bin gió được bắt đầu. Sau khi hoàn thành việc tháo dỡ, tiền đặt cọc được trả lại cho nhà vận hành.

Thay lời kết:

Theo Quy điện VIII, ngành công nghiệp điện gió sẽ phát triển mạnh mẽ với dự kiến đến năm 2050 chúng ta sẽ có khoảng 130.050 - 168.550 MW, chiếm tỷ trọng từ 26,5 đến 29,4% tổng cơ cấu công suất nguồn điện toàn hệ thống. Tuổi thọ của các dự án năng lượng tái tạo dao động từ 20 đến 30 năm, do vậy, lượng chất thải phát sinh trong vài năm tới sẽ rất ít.

Tuy nhiên, dự kiến sẽ có khoảng 19,3 nghìn tấn vật liệu tua bin gió thải bỏ cuối vòng đời dự án theo kịch bản tổn thất bình thường và khoảng 66,9 nghìn tấn vật liệu tua bin gió thải bỏ ở kịch bản tổn thất sớm sẽ phát sinh tại Việt Nam vào năm 2030 sẽ thải ra môi trường và lúc đó cần phải tiến hành xử lý. Các chất thải từ các cánh tua bin gió thuộc các quy định về chất thải thông thường, nhưng rất cồng kềnh, chiếm nhiều thể tích, khó tái chế do làm từ vật liệu sợi tổng hợp và cần được xử lý đặc biệt. Và đồng xử lý trong lò nung xi măng là hướng giải quyết có tiềm năng ở Việt Nam.

Còn việc tháo dỡ các cánh tua bin gió khá phức tạp, do được bố trí trên cột có độ cao hàng trăm mét so với mặt đất, hay mức nước biển. Do vậy, cần thiết phải có quy định chặt chẽ việc bảo lãnh tài chính, bổ sung thêm trách nhiệm của nhà sản xuất đối với cánh tua bin gió, cam kết tái chế chất lượng cao và đảm bảo tiêu hủy an toàn.

Tiềm năng phát triển điện gió của nước ta là rất lớn, nhất là điện gió ngoài khơi và khi vòng đời dự án kết thúc thì việc xử lý hàng nghìn tấn vật liệu tua bin gió thải bỏ sẽ không quá phức tạp, an toàn cho môi trường. Do vậy, phát triển ngành công nghiệp điện gió, nhất là điện gió ngoài khơi là hướng đi đúng đắn, vừa tận dụng lợi thế tiềm năng gió dồi dào nhằm đảm bảo an ninh năng lượng, giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu song song với tăng trưởng kinh tế, phù hợp với Nghị quyết số 55 của Bộ Chính trị về định hướng Chiến lược phát triển năng lượng quốc gia của Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045./.

NGUYỄN HUY HOẠCH - CHUYÊN GIA TẠP CHÍ NĂNG LƯỢNG VIỆT NAM

Tài liệu tham khảo: [*] “Phát triển các giải pháp cuối vòng đời cho điện mặt trời và điện gió tại Việt Nam” của Chương trình Phát triển của Liên hợp quốc (UNDP), Tư vấn Quốc tế và Viện Năng lượng (Bộ Công Thương).