Cẩm nang công nghiệp sản xuất và lưu trữ điện năng Việt Nam Dữ liệu đầu vào mô hình hoá hệ thống điện

MỞ ĐẦU Ngày nay, công nghệ sản xuất lưu trữ lượng có cải tiến đổi với tốc độ nhanh Quy hoạch dài hạn hệ thống lượng phụ thuộc nhiều vào chi phí hiệu suất cơng nghệ sản xuất điện tương lai Do đó, mục tiêu Cẩm nang Cơng nghệ nhằm ước tính xác chi phí hiệu suất danh mục cơng nghệ sản xuất điện, từ cung cấp thông tin đầu vào quan trọng để lập quy hoạch lượng dài hạn Việt Nam Nhờ có tham gia nhiều bên liên quan q trình thu thập số liệu, Cẩm nang Cơng nghệ cung cấp số liệu sàng lọc tham vấn với nhiều quan, tổ chức liên quan bao gồm: Cục Điện lực Năng lượng tái tạo quan Bộ Công Thương (BCT), Tập đoàn Điện lực Việt Nam – EVN, đơn vị sản xuất điện độc lập, tư vấn nước quốc tế, tổ chức, hiệp hội trường đại học Điều cần thiết mục tiêu xây dựng Cẩm nang Cơng nghệ tất bên liên quan công nhận Cẩm nang Cơng nghệ hỗ trợ việc lập mơ hình điện/năng lượng dài hạn Việt Nam trợ giúp quan phủ, cơng ty lượng tư nhân, nhóm chuyên gia tổ chức khác thông qua cung cấp liệu chung công nghệ sản xuất điện Việt Nam tương lai, công nhận rộng rãi ngành lượng Cẩm nang Công nghệ Việt Nam xây dựng dựa phương pháp tiếp cận Cẩm nang Công nghệ Đan Mạch Cục Năng lượng Đan Mạch Energinet xây dựng thơng qua q trình tham vấn mở với bên liên quan nhiều năm qua Bối cảnh Tài liệu xây dựng khn khổ Chương trình Hợp tác Đối tác Năng lượng Việt Nam – Đan Mạch Ấn phẩm Cẩm nang Công nghệ Việt Nam xuất vào năm 2019 Ấn phẩm bao gồm tất cơng nghệ trình bày ấn phẩm 2019, cơng nghệ rà sốt lại cập nhật thông tin cần thiết Trọng tâm phần cập nhật bổ sung tiểu mục công nghệ (điện mặt trời mái nhà, điện gió ngồi khơi, tuabin tốc độ gió thấp, cải thiện mức độ linh hoạt vận hành nhà máy nhiệt điện than công nghệ giảm ô nhiễm môi trường cho nhiệt điện than) mô tả cung cấp bảng liệu cho cơng nghệ (điện thủy triều, điện sóng biển, thu giữ lưu trữ carbon, lị tầng sơi tuần hồn (CFB) đốt than đồng phát cơng nghiệp) Lời cảm ơn Cẩm nang Công nghệ xây dựng Cục Điện lực Năng lượng tái tạo (EREA), Viện Năng lượng, Công ty Ea Energy Analyses, Cục Năng lượng Đan Mạch Đại sứ quán Đan Mạch Hà Nội Tài liệu xây dựng nguồn kinh phí chủ yếu tài trợ từ Quỹ Đầu tư Trẻ em (CIFF) Quỹ Khí hậu Châu Âu (ECF) quản lý Quyền tác giả Trừ trường hợp có u cầu khác, thơng tin tài liệu sử dụng hồn tồn tự do, phép chia sẻ in tái bản, cần phải xác nhận nguồn thơng tin Tài liệu trích dẫn với tựa đề EREA & DEA: Cẩm nang Công nghệ Việt Nam năm 2021 (2021) Công nhận đóng góp Ảnh trang bìa Shutterstock cung cấp Liên hệ Ơng Nguyễn Hồng Linh, Chun viên chính, Phòng Kế hoạch - Quy hoạch, Cục Điện lực Năng lượng tái tạo, Bộ Công Thương, Email: linhnh@moit.gov.vn Bà Trần Hồng Việt, Quản lý Chương trình cấp cao, Năng lượng Biến đổi khí hậu, Đại sứ quán Đan Mạch Hà Nội, Email: thviet@um.dk Ông Stefan Petrovic, Cố vấn đặc biệt, Trung tâm Hợp tác toàn cầu, Cục Năng lượng Đan Mạch, Email: snpc@ens.dk Ông Loui Algren, Cố vấn dài hạn cho Chương trình Hợp tác Đối tác Năng lượng Việt Nam – Đan Mạch, Email: louialgren.depp@gmail.com MỤC LỤC Mở đầu .3 Giới thiệu Nhiệt điện đốt than phun .9 Lị tầng sơi tuần hồn (CFB) cho nhiệt điện than 28 Tuabin khí 34 Thu giữ lưu trữ CO2 (CCS) 42 Đồng phát công nghiệp 50 Thủy điện 58 Điện mặt trời 68 Điện gió .85 Điện thủy triều 107 10 Điện sóng biển 120 11 Điện sinh khối 130 12 Sản xuất điện từ chất thải rắn đô thị khí bãi rác 139 13 Điện khí sinh học .146 14 Động đốt 151 15 Điện địa nhiệt 156 16 Thủy điện tích 163 17 Lưu trữ điện hóa 169 Phụ lục 1: Phương pháp luận 181 Phụ lục 2: Dự báo chi phí cơng nghệ sản xuất điện 190 Phụ lục 3: Sản xuất khí hydro công nghệ 196 GIỚI THIỆU Những công nghệ mô tả Cẩm nang bao gồm cơng nghệ phát triển chín muồi công nghệ kỳ vọng cải tiến đáng kể thập kỷ tới, hiệu suất chi phí Điều có nghĩa chi phí hiệu suất số cơng nghệ ước tính với mức độ chắn tương đối cao; số công nghệ khác lại có mức độ chắn thấp chi phí hiệu suất xem xét tương lai Tất công nghệ phân nhóm tương ứng với bốn cấp độ phát triển công nghệ mô tả phần Nghiên cứu Phát triển, rõ mức độ phát triển công nghệ, triển vọng phát triển tương lai, mức độ không chắn dự báo số liệu chi phí hiệu suất cơng nghệ Các cơng nghệ Cẩm nang mô tả bao gồm hệ thống sản xuất điện kết nối với lưới điện Điều có nghĩa phạm vi tính tốn số liệu chi phí hiệu suất nhà máy điện hệ thống phát nhà máy hạ tầng để phát điện lên lưới Đối với điện năng, trạm biến áp gần lưới truyền tải Điều hiểu MW điện công suất điện phát lên lưới điện, công suất điện gộp trừ lượng điện tự dùng nhà máy Do đó, hiệu suất nhà máy hiệu suất Phần mô tả số liệu điều chỉnh dựa dự án cụ thể Việt Nam, phù hợp với điều kiện nước Đối với tương lai trung hạn dài hạn (năm 2030 năm 2050), số liệu dựa tài liệu tham khảo quốc tế hầu hết cơng nghệ số liệu Việt Nam dự kiến trùng khớp với số liệu quốc tế Trước mắt, có khác biệt, đặc biệt công nghệ đưa vào áp dụng Nguyên nhân khác biệt ngắn hạn luật lệ, quy định mức độ phát triển thị trường chín muồi cơng nghệ Những khác biệt ngắn hạn dài hạn điều kiện vật lý địa phương, ví dụ vật liệu đáy biển điều kiện ngồi khơi ảnh hưởng đến chi phí trang trại gió ngồi khơi tốc độ gió ảnh hưởng đến kích thước rơto so với máy phát điện, từ tác động đến chi phí, chất lượng than nước ảnh hưởng đến hiệu suất chi phí biến đổi nhà máy nhiệt điện than Việc sử dụng đất đánh giá giá đất không đưa vào đánh giá tổng chi phí giá đất phụ thuộc vào điều kiện cụ thể địa phương Phương pháp luận trình bày chi tiết Phụ lục NHIỆT ĐIỆN ĐỐT THAN PHUN Mô tả công nghệ Trong nhà máy nhiệt điện than, than bột đốt để tạo hơi, sử dụng cho phát điện Các nhà máy nhiệt điện đốt than vận hành theo chu trình Rankine sử dụng nước Trong bước đầu tiên, chất lỏng (nước) nén tạo mức áp suất cao máy bơm Ở bước tiếp theo, lò gia nhiệt chất lỏng nén đến điểm sôi chuyển thành hơi, áp suất cao Trong bước thứ ba, giãn nở tuabin, làm quay tuabin Từ làm quay máy phát điện chuyển đổi thành lượng điện từ, sau chuyển thành điện tạo điện Bước cuối chu trình liên quan đến trình ngưng tụ nước bình ngưng Xem Hình Sinh trực tiếp Bơm (Bước 1) Máy phát Lò (Bước 2) Khơng khí Nhiên liệu Tuabin (Bước 3) Nước Bình ngưng (Bước 4) Hơi Hình 1: Sơ đồ vận hành chu trình nước Rankine nhà máy nhiệt điện than (Tài liệu tham khảo 3) Nhìn chung, nhà máy nhiệt điện đốt than có 03 loại chính: cận tới hạn, siêu tới hạn siêu tới hạn Ngồi ba loại nhà máy này, cịn có nhà máy nhiệt điện than siêu tới hạn cải tiến Tên gọi loại nhà máy thể nhiệt độ đầu vào áp suất cấp vào tuabin cao áp Sự khác biệt nhà máy hiệu suất, thể Hình Tại Việt Nam, có số nhà máy cận tới hạn hoạt động Cẩm nang tập trung vào nhà máy siêu tới hạn siêu tới hạn dự kiến Việt Nam khơng có kế hoạch xây dựng thêm nhà máy cận tới hạn tương lai theo định hướng Quy hoạch phát triển điện quốc gia VIII (Chương IV) Nhà máy cận tới hạn có áp suất thấp 200 bar nhiệt độ 540°C Các nhà máy siêu tới hạn siêu tới hạn vận hành mức điểm tới hạn hơi, áp suất lớn 221 bar (để so sánh, nhà máy cận tới hạn nhìn chung vận hành áp suất khoảng 165 bar) Khi mức cao điểm tới hạn hơi, nước chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái mà không sôi – nghĩa không thấy thay đổi trạng thái khơng địi hỏi nhiệt hóa Thiết kế nhà máy siêu tới hạn áp dụng để cải thiện hiệu suất tổng thể máy phát Khơng có định nghĩa tiêu chuẩn nhà máy siêu tới hạn so với nhà máy siêu tới hạn Thuật ngữ “trên siêu tới hạn” sử dụng cho nhà máy có nhiệt độ khoảng 600°C trở lên (Tài liệu tham khảo 1) Điều thể Hình Các nhà máy nhiệt điện than siêu tới hạn cải tiến vận hành mức nhiệt độ 700-725°C áp suất 250-350 bar; nhà máy cần vật liệu đốt cải tiến (Tài liệu tham khảo 16) Hình 2: Định nghĩa nhà máy cận tới hạn, siêu tới hạn siêu tới hạn (Tài liệu tham khảo 6) Đầu vào Nhiên liệu đầu vào chủ yếu than, sử dụng nhiên liệu khác viên gỗ ép khí tự nhiên Cũng sử dụng dầu nặng làm nhiên liệu khởi động dự phòng Các nhà máy nhiệt điện đốt than thường sử dụng than bột Than nghiền thành hạt nhỏ để tăng bề mặt tiếp xúc trình đốt dễ dàng Các nhà máy đốt than chuyển đổi sang sử dụng khí tự nhiên khí tự nhiên hóa lỏng (LNG) Khí tự nhiên LNG giúp cải thiện tính linh hoạt nhà máy, giảm lượng khí thải CO2 giảm chi phí Ví dụ Hoa Kỳ, 2% số nhà máy nhiệt điện than hoạt động chuyển đổi từ sử dụng than sang khí tự nhiên kể từ năm 2010 Mức độ chuyển đổi nhà máy phụ thuộc chủ yếu vào thiết kế lò Hơn nữa, quy định mơi trường dẫn đến thay đổi thiết kế quan trọng để đáp ứng yêu cầu mức phát thải Trong số trường hợp, vịi đốt than điều chỉnh đơn giản để chuyển sang sử dụng khí tự nhiên trường hợp khác, cần thay vòi đốt than Điều phụ thuộc vào tuổi thọ thiết bị yêu cầu môi trường Việc chuyển đổi nhiên liệu làm giảm hiệu suất trình truyền nhiệt đốt nhiên liệu với thiết bị đốt thay có khác biệt so với thiết kế ban đầu lò Tác động phụ thuộc vào hình dạng vật lý lị hơi, vật liệu cấu tạo, vòng đời lại phận, công suất hoạt động mong muốn mức độ ảnh hưởng nhiệt độ thay đổi tổ máy tuabin Ngoài ra, độ ẩm khí tự nhiên ảnh hưởng đến truyền nhiệt (Tài liệu tham khảo 15) Đầu Điện Điện tự dùng cần cho nhà máy công suất 500 MW thường mức 40-45 MW, hiệu suất điện thuần1 thấp hiệu suất tổng 3,7- 4,3 điểm phần trăm (Tài liệu tham khảo 2) Nhìn chung, tỷ lệ điện tự dùng nhà máy nhiệt điện than khoảng 8- 9% Cơng suất điển hình Nhà máy điện cận tới hạn có cơng suất từ 30 MW trở lên Nhà máy điện siêu tới hạn siêu tới hạn có cơng suất lớn thường nằm khoảng từ 400 MW đến 1500 MW (Tài liệu tham khảo 3) Cấu hình tăng giảm cơng suất Nhà máy điện đốt than phun hỗ trợ phụ tải sơ cấp (điều tần) hỗ trợ phụ tải thứ cấp Những tổ máy tiên tiến nhìn chung cung cấp 1,5÷5% cơng suất định mức (tối đa) cho điều chỉnh tần số thời gian 30 giây mức phụ tải khoảng 50- 90% phụ tải định mức Việc điều chỉnh mang tải nhanh thực thông qua sử dụng dự phòng hơi/nước mức định tổ máy Điều khiển hỗ trợ phụ tải hoạt động sau khoảng phút, chức điều khiển tần số sử dụng dự phòng nêu Điều khiển hỗ trợ phụ tải có khả trì mức tăng phụ tải 5% để đáp ứng tần số chí tăng thêm tải (nếu chưa đạt phụ tải tối đa) thơng qua tăng tải lị Điều chỉnh tải âm đạt cách cho nước chạy tắt (khơng qua tuabin) đóng van Đối với nhà máy điện, hiệu suất điện tổng định nghĩa công suất điện chia cho mức tiêu thụ nhiên liệu hiệu suất điện định nghĩa công suất điện trừ nhu cầu điện tự dùng, chia cho mức tiêu thụ nhiên liệu Xem Phụ lục định nghĩa loại hiệu suất 10 chấp nhận Ví dụ, hiệu suất nhà máy điện thường giảm nhẹ (vài phần trăm) theo năm chi phí vận hành bảo trì tăng mài mòn xuống cấp cụm thiết bị hệ thống Ở cuối vòng đời kỹ thuật, tần suất vấn đề không lường trước nguy hỏng hóc xảy dẫn tới tính khả dụng thấp đến mức khơng thể chấp nhận và/hoặc chi phí vận hành bảo trì cao Tại thời điểm này, dỡ bỏ nhà máy kéo dài thêm tuổi thọ, ngầm việc thực đổi cụm thiết bị hệ thống cần thiết để làm cho nhà máy phù hợp với giai đoạn vận hành liên tục Vịng đời kỹ thuật cơng bố Cẩm nang giá trị lý thuyết gắn với công nghệ, dựa vào kinh nghiệm Trong thực tế, nhà máy cụ thể có cơng nghệ giống vận hành khoảng thời gian dài ngắn Chiến lược vận hành bảo trì, v.v số vận hành, số lần khởi động, tái đầu tư thực theo năm, có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ thực tế Thời gian xây dựng Là thời gian từ có định đầu tư cuối (FID) hoàn thành nghiệm thu (bắt đầu vận hành thương mại), biểu diễn số năm u cầu khơng gian Nếu phù hợp yêu cầu không gian nêu rõ Yêu cầu khơng gian nằm số u cầu khác dùng để tính tiền th đất, khơng đưa vào mục tài hạng mục chi phí phụ thuộc vào địa điểm cụ thể nhà máy Hệ số cơng suất trung bình năm Đối với công nghệ phát điện phi nhiệt, hệ số cơng suất trung bình năm đặc trưng trình bày Hệ số cơng suất trung bình năm đại diện cho cơng suất phát điện thực trung bình năm chia cho công suất phát điện thực lý thuyết năm, nhà máy vận hành đầy công suất năm Số vận hành đầy tải tương đương năm tính phép nhân hệ số cơng suất với 8760 giờ, tổng số năm Hệ số công suất công nghệ điện mặt trời, điện gió thủy điện riêng theo địa điểm Trong trường hợp này, hệ số Cơng suất điển hình kèm theo thơng tin phụ, ví dụ đồ biểu bảng, giải thích cách cơng suất thay đổi phụ thuộc vào vị trí địa lý nhà máy điện Thơng tin bình thường tích hợp vào phần Mơ tả cơng nghệ Hệ số công suất lý thuyết đại diện cho sản xuất thực hiện, giả thiết khơng có ngừng vận hành theo kế hoạch ngừng vận hành bắt buộc Số đầy tải đạt có xét đến thời gian ngừng theo kế hoạch ngừng cố Cấu hình tăng giảm cơng suất Cấu hình tăng giảm công suất điện công nghệ mơ tả bốn thơng số sau: • Tốc độ điều chỉnh (% / phút) khả điều chỉnh lên xuống công nghệ sẵn sàng vận hành • Phụ tải nhỏ (phần trăm phụ tải định mức): phụ tải nhỏ mà lị vận hành • Thời gian khởi động ấm (số giờ): Thời gian khởi động ấm, sử dụng cho cơng nghệ lị hơi, định nghĩa thời gian khởi động từ thời điểm mà nhiệt độ nước dàn sinh cao 100oC, có nghĩa lị có áp suất • Thời gian khởi động lạnh (số giờ) Thời gian khởi động từ trạng thái lạnh, sử dụng cho công nghệ lò hơi, định nghĩa thời gian cần thiết để lò đạt nhiệt độ áp suất vận hành bắt đầu sản xuất từ trạng thái mà lị áp suất nhiệt độ môi trường Đối với nhiều công nghệ thông số khơng liên quan, ví dụ cơng nghệ cần điều chỉnh đến đầy tải phương thức bật/tắt Môi trường Nhà máy điện phải thiết kế để tuân thủ quy định có hiệu lực Việt Nam quy hoạch để thực khoảng thời gian đến năm 2020 Các giá trị phát thải CO2 chưa công bố, chúng người đọc Cẩm nang tính cách kết hợp số liệu nhiên liệu với số liệu hiệu suất công nghệ 187 Ở chỗ phù hợp, ví dụ tuabin khí, phát thải metan (CH4) xyt nitơ (N2O), hai khí nhà kính có đơn vị gam/GJ nhiên liệu Phát thải hạt chất rắn biểu thị PM2.5 g/GJ nhiên liệu Phát thải SOx tính dựa vào hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu sau: Lưu huỳnh (kg/GJ) Than Dầu nhiên liệu Dầu khí Khí tự nhiên Gỗ Chất thải Khí sinh học 0,35 0,25 0,07 0,00 0,00 0,27 0,00 Hàm lượng lưu huỳnh thay đổi theo loại sản phẩm than khác Hàm lượng lưu huỳnh than tính từ hàm lượng trọng lượng lưu huỳnh lớn 0.8% Đối với cơng nghệ nơi có trang bị thiết bị khử lưu huỳnh (các nhà máy điện lớn), độ khử lưu huỳnh công bố tỷ lệ phần trăm Phát thải NOx bao gồm NO2 NO, NO chuyển thành NO2 với trọng lượng tương đương Phát thải NOx công bố số gam/GJ nhiên liệu Phát thải mêtan (CH4) ôxyt nitơ (N2O), không đưa vào Cẩm nang Tuy nhiên, hai phát thải khí nhà kính có tác động lớn số cơng nghệ định, ví dụ tuabin khí, việc đưa phát thải vào phù hợp Vì vậy, tiếp tục xây dựng cẩm nang bao gồm phát thải phù hợp Số liệu tài Số liệu tài biểu thị giá cố định USD, mức giá năm 2019 không bao gồm thuế giá trị gia tăng (VAT) loại thuế khác Đối với dự báo chi phí tài tương lai có ba cách tiếp cận chung; Kỹ thuật từ lên; khảo sát Delphi đường cong học tập Cẩm nang sử dụng cách tiếp cận đường cong học tập Lý phương pháp chứng tỏ mạnh q khứ ước tính tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm cho hầu hết loại công nghệ Đề nghị tham khảo Phụ lục “Dự báo giá công nghệ sản xuất điện”, cách tiếp cận sử dụng cẩm nang Chi phí đầu tư Chi phí đầu tư hay chi phí ban đầu thường báo cáo sở chuẩn hóa, v.d chi phí MW Chi phí danh định tổng chi phí đầu tư chia cho công suất phát thực, v.d công suất điện phát lên lưới điện Nếu có thể, chi phí đầu tư chia cho chi phí thiết bị chi phí lắp đặt Chi phí thiết bị bao gồm thân nhà máy, thiết bị mơi trường cịn chi phí lắp đặt bao gồm tịa nhà, đấu nối lưới điện lắp đặt thiết bị Các tổ chức khác sử dụng hệ thống tài khoản khác để xác định thành phần dự tốn chi phí đầu tư Vì khơng có thuật ngữ đa năng, phí đầu tư khơng bao gồm thành phần Thực tế, phần lớn Tài liệu tham khảo khơng nêu xác thành phần chi phí, mà đưa Mức độ không chắn tránh làm ảnh hưởng đến giá trị so sánh chi phí Nhiều nghiên cứu không nêu năm (mức giá) dự tốn chi phí Trong báo cáo này, ý định chi phí đầu tư phải bao gồm tất thiết bị vật lý, gọi giá kỹ thuật, mua sắm xây dựng (EPC) giá qua đêm Chi phí đấu nối lưới đưa vào khơng bao gồm chi phí cải tạo hệ thống lưới Ở đây, đấu nối vào lưới điện giả định khoảng cách hợp lý Không bao gồm tiền thuê đất mua đất, chúng đánh giá dựa vào yêu cầu không gian nêu rõ số liệu lượng/kỹ thuật Lý khơng trực tiếp đưa đất vào đất khơng bị giá trị Do 188 bán lại sau nhà máy hồn thành mục đích tháo dỡ Chi phí tiền phát triển chủ đầu tư (chi phí hành chính, tư vấn, quản lý dự án, chuẩn bị địa điểm, phê duyệt quan có thẩm quyền) lãi thời gian xây dựng khơng đưa vào Chi phí tháo dỡ nhà máy khơng đưa vào Chi phí tháo dỡ bù lại giá trị cịn lại tài sản Chi phí mở rộng lưới điện Như trình bày, chi phí đấu nối lưới điện đưa vào Tuy nhiên chi phí phát sinh mở rộng lưới điện có thêm tổ máy phát điện nối vào lưới khơng đưa vào số liệu trình bày Chu kỳ kinh doanh Giá thiết bị lượng tăng mạnh giai đoạn 2007-2008 Đây xu hướng chung có tính tồn cầu Ví dụ tuabin khí chu trình hỗn hợp (CCGT): “Sau thập kỷ giá EPC CCGT nằm khoảng USD400 USD600/kW,đã tăng vọt năm 2007 2008 lên đỉnh khoảng USD1250/kW Quý 3:2008 Đỉnh phản ánh giá đấu thầu: giao dịch thực thực mức giá này.”(theo Viện CCS tồn cầu) Những thay đổi khơng có tiền lệ rõ ràng làm cho khó đưa số liệu chuẩn từ năm gần đây, Cẩm nang Cẩm nang khơng thể khơng sử dụng số liệu nguồn khác từ năm khác Người đọc cần nhớ điều thực so sánh giá cơng nghệ khác Tính kinh tế quy mô công suất Đơn giá nhà máy điện lớn thường nhỏ đơn giá nhà máy điện nhỏ Đây gọi “tính kinh tế quy mơ cơng suất” Tính tỷ lệ kiểm tra số chi tiết “tính kinh tế quy mô công suất nhà máy điện” phát hành tháng 8/1997 Tạp chí kỹ thuật điện (tr 51) Phương trình là: Trong đó: 𝑃1 𝑎 𝐶1 = ( ) 𝐶2 𝑃2 C1= Chi phí đầu tư nhà máy (triệu USUSD) C2 = Chi phí đầu tư nhà máy P1 = Công suất phát điện nhà máy (MW) P2 = Công suất phát điện nhà máy a = Hệ số tỷ lệ Trong nhiều năm, hệ số tỷ lệ có giá trị trung bình khoảng 0.6, kế hoạch mở rộng dự án làm tăng hệ số Tuy nhiên, sử dụng với cẩn trọng áp dụng quy tắc để đưa số liệu vào Cẩm nang cho nhà máy điện có quy mơ cơng suất khác với công suất công bố Điều quan trọng nhà máy phải giống mặt kỹ thuật xây dựng, thiết kế, khung thời gian khác công suất Đối với nhà máy có cơng suất lớn, nhà máy điện than, đạt tới giới hạn thực hành, nhà đầu tư muốn tăng thêm 1000 MW nhiều Trái lại, việc xây dựng nhiều tổ máy địa điểm tiết kiệm sử dụng chung nhiều cơng trình phụ trợ hạ tầng sở hỗ trợ Nhìn chung, tiết kiệm khoảng 15% chi phí đầu tư MW nhà máy điện khí chu trình hỗn hợp nhà máy điện nước lớn từ việc bố trí tổ máy kép so với nhà máy có tổ máy đơn (“Dự báo chi phí phát điện”, IEA, 2010) Tất số liệu tài Cẩm nang cho nhà máy có tổ máy (trừ trang trại điện gió điện mặt trời), nên giảm 15% chi phí đầu tư, xem xét nhà máy điện lớn Trừ phi công bố khác, cịn người đọc Cẩm nang áp dụng hệ số tỷ lệ 0,6 để tính chi phí đầu tư nhà máy có cơng suất lớn nhỏ cơng suất điển hình rõ cho công nghệ Đối với công nghệ, dải sản phẩm (công suất) liên quan nêu rõ Chi phí vận hành bảo trì Phần cố định chi phí vận hành bảo trì tính chi phí cơng suất phát cho năm (USD/MW/năm), cơng suất phát xác định đầu chương nêu bảng Phần bao gồm tất chi phí phụ thuộc vào số vận hành nhà máy, v.d chi phí hành chính, nhân viên vận hành, tốn cho hợp đồng dịch vụ vận hành bảo trì, mạng lưới chi phí hệ thống lưới điện, thuế tài sản, bảo hiểm Những khoản tái đầu tư cần thiết để giữ cho nhà máy vận hành vòng đời kỹ thuật nhà máy 189 đưa vào tái đầu tư để kéo dài đời sống nhà máy ngồi vịng đời kỹ thuật khơng đưa vào Những tái đầu tư chiết khấu tỷ lệ chiết khấu %/năm theo giá trị thực Chi phí tái đầu tư để kéo dài tuổi thọ nhà máy nêu ghi có số liệu Phẩn chi phí vận hành bảo trì biến đổi (USD/MWh) bao gồm chi phí tiêu thụ nhiên liệu phụ (như nước, dầu mỡ, phụ gia nhiên liệu), xử lý loại bỏ phế thải, phụ tùng thay điện liên quan đến sửa chữa bảo trì (nhưng khơng bao gồm chi phí bảo lãnh bảo hiểm) Chi phí bảo trì theo kế hoạch ngồi kế hoạch thuộc chi phí cố định (v.d.cơng việc bảo trì năm lên kế hoạch) chi phí biến đổi (như cơng việc phụ thuộc vào thời gian vận hành thực tế), tách tương ứng Chi phí nhiên liệu khơng bao gồm Chi phí vận hành bảo trì thường tăng lên theo thời gian Do chi phí vận hành bảo trì cơng bố chi phí trung bình tồn thời gian tuổi thọ Mức độ khơng chắn Mức độ khơng chắn trình bày bảng số liệu liên quan đến thông số cụ thể không liên hệ theo chiều dọc – có nghĩa sản phẩm có hiệu suất thấp khơng có giá thấp ngược lại Mức độ không chắn đánh giá theo trường hợp cụ thể loại công nghệ Đối với công nghệ phát triển tốt, mức độ không chắn thường thấp so với công nghệ phát triển 190 PHỤ LỤC 2: DỰ BÁO CHI PHÍ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐIỆN Dữ liệu trước cho thấy chi phí hầu hết công nghệ sản xuất điện giảm xuống theo thời gian Có thể thấy tương lai, chi phí giảm nữa, hiệu suất tiếp tục nâng lên Đây xu hướng quan trọng giúp xem xét lập kế hoạch lượng tương lai cần tính đến Cẩm nang Cơng nghệ Ba cách tiếp cận dùng để dự báo thường là: Đánh giá kỹ thuật từ lên Đánh giá chi tiết từ lên cách giảm chi phí cơng nghệ biện pháp cụ thể, ví dụ vật liệu mới, chế tạo quy mơ lớn hơn, sản xuất thông minh hơn, sản xuất mơ đun, v.v Chi phí bị ảnh hưởng quy mô tài sản, tức phát triển thơng số thiết kế theo thời gian; ví dụ: thiết kế tuabin gió phát triển theo thời gian Khảo sát Delphi Là khảo sát tiến hành nhóm lớn chuyên gia quốc tế, tìm hiểu đánh giá phát triển chi phí tác nhân giúp giảm chi phí Đường cong học tập Các dự báo thực dựa xu hướng giảm chi phí khứ kết hợp với ước tính việc triển khai cơng nghệ tương lai Đường cong học tập thể ý tưởng đơn vị công nghệ cụ thể sản xuất, kiến thức tích lũy dẫn đến việc sản xuất đơn vị cơng nghệ có chi phí rẻ Mỗi phương pháp số ba cách tiếp cận có ưu điểm nhược điểm, tóm tắt Ưu nhược điểm phương pháp ước tính chi phí cơng nghệ khác Kỹ thuật từ lên Khảo sát Delphi Đường cong học tập Ưu điểm Nhược điểm • Đưa cách hiểu rõ yếu tố • u cầu thơng tin mức chi tiết chi phí • Khó có thơng tin khách quan • Cung cấp thơng tin chi tiết cách (không thiên vị) từ chuyên gia, giảm chi phí người có kiến thức tốt cơng nghệ • Có thể thời gian • Có đóng góp nhiều chun • Mất nhiều chi phí thời gian để thực gia giúp tăng độ chắn dự khảo sát báo • Rất khó xác định chun gia có liên quan khơng thiên vị • Có nhiều nghiên cứu kiểm • Khơng giải thích lại xảy việc tra tỷ lệ cải thiện dựa kinh giảm chi phí nghiệm xác nhận mối tương • Thường áp dụng tỷ lệ cải thiện dựa quan tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm dựa yếu tố, kinh nghiệm có thật thực tế, yếu tố phát sinh chi phí • Logic tổng qt tỷ lệ cải thiện đưa vào đường cong học tập lại dựa kinh nghiệm có bước phát triển khác Tỷ lệ chứng minh nhiều cải thiện dựa kinh nghiệm đa yếu tố cơng nghệ lĩnh vực giải vấn đề này, • Dữ liệu có sẵn để thực khó thời gian xây dựng đường cong học tập cho hầu hết • Giả định mặt lý thuyết công nghệ quan trọng công nghệ tạo nên tổ hợp công nghệ độc lập, thực tế có chồng chéo lớn cơng nghệ khác nhau, điều làm cho việc giải thích sử dụng đường cong học tập phức tạp • Dự báo dựa đường cong học tập phụ thuộc vào mức độ triển khai công nghệ đơn lẻ, điều không chắn tương lai Đối với danh mục tại, phương pháp tiếp cận đường cong học tập (một yếu tố) cách triển khai phù hợp 191 Thứ nhất, mối tương quan đường cong học tập tài liệu hóa đầy đủ; thứ hai, rủi ro sai lệch giảm bớt so với cách tiếp cận thay thế; thứ ba, không cần thực khảo sát tốn thời gian Kết thu từ đường cong học tập so sánh với dự báo từ tài liệu quốc tế Dự báo chi phí dựa đường cong học tập phụ thuộc vào hai yếu tố đầu vào chính: dự đốn việc triển khai cơng nghệ tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm ước tính Về bản, thơng tin cần phải có để dự báo chi phí Nhu cầu tồn cầu cơng nghệ Để ước tính nhu cầu tương lai cơng nghệ, chúng tơi dựa vào phân tích nguồn cung điện toàn cầu tương lai từ Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) Tương lai nhu cầu thành phần điện toàn cầu phát triển thường có độ khơng chắn cao tham vọng sách khí hậu, chi phí sẵn có nguồn nhiên liệu hóa thạch phát triển công nghệ phát điện có cơng nghệ Trong Báo cáo Triển vọng công nghệ lượng 2020 Triển vọng lượng giới 2019, IEA xem xét hai lộ trình tham chiếu tồn cầu, Kịch sách cụ thể Kịch phát triển bền vững, với mức độ cam kết khác sách khí hậu: • • Kịch sách cụ thể (STEPS) đánh giá tiến hóa hệ thống lượng toàn cầu sở giả định sách phủ thông qua công bố liên quan đến lượng môi trường, bao gồm cam kết thực đóng góp quốc gia xác định theo Thỏa thuận Paris thực hiện; Kịch phát triển bền vững (SDS) mơ tả q trình tiến hóa chung ngành lượng cần đạt mục tiêu liên quan đến lượng SDG Liên hợp quốc, bao gồm mục tiêu khí hậu Thỏa thuận Paris (SDG 13), tiếp cận lượng phổ quát vào năm 2030 (SDG 7), giảm đáng kể nhiễm khơng khí liên quan đến lượng tác động liên quan đến sức khỏe cộng đồng (SDG 3.9) Chúng sử dụng giá trị trung bình hai kịch IEA để thiết lập khung triển khai công nghệ tương lai Theo Báo cáo Triển vọng lượng Thế giới 2019 IEA, dự kiến STEPS, nhu cầu điện tăng từ 371 triệu tương đương vào năm 2018 lên 501 triệu tương đương vào năm 2040 Mặt khác, theo SDS, nhu cầu điện tăng lên 423 triệu tương đương, nhiều so với STEPS Rõ ràng yếu tố quan trọng đằng sau Kịch phát triển bền vững việc giảm tốc độ gia tăng nhu cầu, nhờ kết biện pháp tiết kiệm lượng giảm cường độ sử dụng lượng Hơn nữa, nhìn vào dự báo theo nguồn lượng, việc sử dụng than dầu STEPS giảm nhẹ, ngược lại, việc giảm sử dụng than, dầu khí tự nhiên có ý nghĩa nhiều Kịch Phát triển Bền vững Sự phát triển thể rõ dự báo công suất điện từ năm 2018 đến năm 2040 Các kịch IEA cung cấp liệu đến năm 2040 Để dự báo phù hợp với danh mục cung cấp thông tin đến năm 2050, liệu tính tốn thơng qua dự báo công suất bổ sung ngừng hoạt động từ năm 2040 đến năm 2050 Do đó, dự báo giai đoạn 2040-2050 có mức độ khơng chắn lớn Dự báo công suất phát điện cho giai đoạn 2018-2020 theo liệu dự báo triển vọng lượng giới 2019 trình bày Có thể thấy, SDS, dự báo ước tính có mức gia tăng lớn lượng tái tạo lượng mặt trời gió giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch để đáp ứng mục tiêu phát triển bền vững Cũng lưu ý cơng suất đặt dự kiến kịch SDS cao so với STEPS, dựa thực tế công nghệ gió mặt trời có hệ số cơng suất thấp hơn, cần nhiều cơng suất để đáp ứng nhu cầu 192 Công suất điện (GW) Cơng suất điện (GW), Kịch sách cơng bố IEA Than Dầu Khí tự nhiên Hạt nhân T điện NL sinh học Gió Địa nhiệt Mặt trời Biển Công suất điện (GW) Công suất điện (GW), Kịch phát triển bền vững Than Dầu Khí tự nhiên Hạt nhân T điện NL sinh học Gió Địa nhiệt Mặt trời Biển Hình 86: Cơng suất điện (GW) sách kịch phát triển bền vững IEA IEA – Báo cáo Triển vọng lượng giới 2019 [9] Bảng sau thể phát triển công suất lũy kế công nghệ phát điện khác đến năm 2050, lấy năm 2020 làm điểm xuất phát (= 1) Các số liệu lũy kế thể tổng số lượng lắp đặt, có tính đến nhu cầu thay nhà máy điện ngừng hoạt động giai đoạn Theo STEPS, thấy nhiên liệu hóa thạch giảm đáng kể dầu Điều ngụ ý sách thực tiếp tực áp dụng than khí đốt tự nhiên tồn cầu chiếm tỷ trọng nguồn cung lượng Tuy nhiên, theo SDS, dự kiến cơng suất điện từ gió tăng gấp lần, từ mặt trời tăng gấp lần cơng nghệ CSP sóng biển đóng vai trị lớn nhiều 193 Cơng suất phát điện lũy kế so với năm 2020, kịch STEPS Công suất phát điện lũy kế so với năm 2020 (=1) Than Dầu Khí tự nhiên Hạt nhân Thủy điện Năng lượng sinh học Gió Địa nhiệt Năng lượng mặt trời CSP Sóng biển 2030 2040 2050 1,12 1,06 1,33 1,20 1,22 1,52 2,07 1,87 2,63 3,01 3,91 1,28 1,12 1,65 1,46 1,43 2,13 3,40 3,51 4,69 8,05 14,89 1,41 1,18 1,96 1,69 1,66 2,69 4,62 4,77 6,49 11,49 21,19 Công suất phát điện lũy kế so với năm 2020, kịch STEPS Công suất phát điện lũy kế so với năm 2020 (=1) Than Dầu Khí tự nhiên Hạt nhân Thủy điện Năng lượng sinh học Gió Địa nhiệt Năng lượng mặt trời CSP Sóng biển 2030 2040 2050 1,06 1,06 1,22 1,25 1,31 1,81 2,50 2,52 3,23 3,70 4,72 1,07 1,12 1,44 1,58 1,60 2,76 4,55 5,40 6,38 19,88 18,77 1,11 1,18 1,69 1,92 1,95 3,92 6,95 8,24 9,84 43,54 30,95 Tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm Tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm thường dao động từ đến 25% Vào năm 2015, Rubin cộng sự, công bố “Đánh giá tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm cho cơng nghệ cung cấp điện”, đưa nhìn tổng quan toàn diện cập nhật tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm cho loạt công nghệ có liên quan [10]: Tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm cho công nghệ khác (Nguồn: Rubin cộng sự, 2015) Cơng nghệ Than Khí tự nhiên Khí tự nhiên, tuabin khí Hạt nhân Gió, bờ Gió, ngồi khơi Năng lượng mặt trời (mơ đun) Điện sinh khối Địa nhiệt Thủy điện Tỷ lệ cải thiện Phạm vi nghiên dựa kinh cứu nghiệm trung bình 8,3% 5,6 đến 12% 14% -11 đến 34% 15% 10 đến 22% Từ số âm tới 6% 12% -11 đến 32% 12% đến 19% 23% 10 đến 47% 11% 1,4% 194 đến 24% 1,4% (một nghiên cứu) Các tác giả đánh giá nhấn mạnh “phương pháp, liệu giả định nhà nghiên cứu áp dụng để mô tả tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm khứ công nghệ nhà máy điện khác nhau, dẫn đến chênh lệch lớn nghiên cứu Các xu hướng khứ đảm bảo cho diễn tiến tương lai, đặc biệt điều kiện tương lai khác biệt đáng kể so với điều kiện khứ” Tuy vậy, nghiên cứu đưa tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm 10-15% mức chung nhiều công nghệ Năng lượng pin mặt trời có tỷ lệ cao hơn, điện hạt nhân than mức thấp Tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm thấp điện hạt nhân điện than ngày có nhiều yêu cầu bên ngồi phải đáp ứng, quy mơ tiêu chuẩn an toàn cao điện hạt nhân định mức phát thải điện than làm tăng thêm chi phí đầu tư Xét đến tính khơng chắn việc ước tính tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm, tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm mặc định 12,5% áp dụng cho tất công nghệ ngoại trừ mô đun điện mặt trời, áp dụng tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm 20% có xác suất cao xét tới tỷ lệ cao khứ Cần lưu ý tỷ lệ 25% áp dụng cho mơ đun điện mặt trời chi phí biến tần, tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm 12,5% áp dụng cấu phần khác chi phí cho điện mặt trời Sử dụng tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm nói kết hợp với việc triển khai tương lai công nghệ dự báo kịch IEA, suy ước tính phát triển chi phí theo thời gian Chi phí cơng nghệ ước tính kịch STEPS SDS IEA từ năm 2030 đến 2050 [9] so với năm 2020 Chi phí cơng nghệ so với năm 2020 (2020 = 100%) STEPS Trung bình STEPS SDS SDS Than Tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm 12,50% 98% 95% 94% 99% 99% 98% 98% 97% 96% Dầu 12,50% 99% 98% 97% 99% 98% 97% 99% 98% 97% Khí tự nhiên 12,50% 12,50% 95% 91% 88% 96% 93% 90% 95% 92% 89% 96% 93% 90% 96% 92% 88% 96% 92% 89% Thủy điện Năng lượng sinh học 12,50% 96% 93% 91% 95% 91% 88% 96% 92% 89% 92% 86% 83% 89% 82% 77% 91% 84% 80% Gió 12,50% 87% 79% 74% 84% 75% 69% 85% 77% 72% Địa nhiệt Năng lượng mặt trời17 12,50% 89% 79% 74% 84% 72% 67% 86% 75% 70% 20% 73% 61% 55% 69% 55% 48% 71% 58% 51% CSP 12,50% 81% 67% 62% 78% 56% 48% 79% 62% 55% Sóng biển 12,50% 77% 59% 56% 74% 57% 52% 76% 58% 54% Công nghệ Hạt nhân 2030 2040 2050 2030 2040 2050 2030 2040 2050 12,50% Đối với tất công nghệ nhiệt điện dầu, khí đốt tự nhiên, than, điện hạt nhân điện sinh khối, dự kiến mức chi phí giảm vừa phải, khoảng 20% vào năm 2050 Nguyên nhân việc áp dụng rộng rãi cơng nghệ nhiệt lịch sử, có nghĩa mức tăng trưởng tương đối chúng mức trung bình Các cơng nghệ pin mặt trời, CSP sóng biển có mức giảm chi phí lớn Đối với điện mặt trời, điều tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm dự kiến cao (20%) so với công nghệ khác (12,5%) Ở đây, cần lưu ý dự báo cho CSP đặc biệt công nghệ điện sóng biển có mức độ khơng chắn cao việc áp dụng công nghệ phát điện ngày cịn hạn chế Điện gió triển khai rộng rãi đó, chi phí phát triển dự kiến mức vừa phải, dự kiến giảm khoảng 28% vào năm 2050 Cần ý gần tất nghiên cứu đường cong học tập lượng gió, theo Rubin cộng sự, chủ yếu tập trung vào việc phát triển chi phí vốn tuabin gió (USD MW) Đồng thời nhà sản xuất tập trung vào việc tăng công suất tuabin gió (số đầy tải cao MW), vậy, mức tiết kiệm chi phí hiệu biểu thị chi phí sản xuất điện trung bình cao Xu Đối với điện mặt trời, tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm 25% cho mô đun, chi phí khác xét mức 12,5% Do đó, để phù hợp, tỷ lệ sử dụng báo cáo 20% 17 195 hướng cho đóng vai trị chủ đạo tương lai Một số cơng nghệ có nhiều thành phần cốt lõi giống Ví dụ, nhà máy nhiệt điện than sinh khối áp dụng lò tuabin Điều cho thấy hiệu cải thiện từ việc triển khai nhà máy nhiệt điện sinh khối ví dụ có tác động lan tỏa đến nhà máy nhiệt điện than ngược lại Đường cong học tập toàn cầu khu vực Các hiệu ứng đường cong học tập trình bày đánh giá thể quan điểm tồn cầu đường cong học tập cơng nghệ Phần lớn nhà cung cấp công nghệ ngày có tầm hoạt động tồn cầu, giả định hợp lý Do đó, việc cắt giảm chi phí khu vực giới dễ dàng mở rộng sang khu vực khác Tuy nhiên, báo cáo triển vọng năm 2020, giá số cơng nghệ Việt Nam cao (hoặc số trường hợp thấp hơn) so với giá trị tham chiếu quốc tế lực chun mơn nước cịn hạn chế Tuy vậy, bí công nghệ Việt Nam xây dựng điều chỉnh phù hợp với bối cảnh Việt Nam vịng thập kỷ tới giả định cho mức chi phí tiệm cận với trình độ quốc tế hợp lý Tài liệu tham khảo [1] [2] [3] [4] H Chen, T N Cong, W Yang, C Tan, Y Li, Y Ding, “Sự phát triển hệ thống lưu trữ lượng điện: đánh giá chi tiết,” Prog Nat Sci., tập 19, số đăng 3, trang 291–312, 2009, doi: 10.1016/j.pnsc.2008.07.014 IEA, “Triển vọng công nghệ lượng 2020,” 2020 IEA, “Báo cáo Triển vọng lượng giới 2019,” 2019 E S Rubin, I M L Azevedo, P Jaramillo, S Yeh, “Đánh giá tỷ lệ cải thiện dựa kinh nghiệm cơng nghệ cung cấp điện,” Chính sách lượng, tập 86, trang 198–218, 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.enpol.2015.06.011 196 PHỤ LỤC 3: SẢN XUẤT KHÍ HYDRO VÀ CƠNG NGHỆ Hiện trạng áp dụng Khí hydro mối quan tâm lớn tồn cầu có tiềm thay nhiên liệu hóa thạch giảm phát thải CO2 sản xuất từ nguồn lượng tái tạo Tuy nhiên, khí hydro chủ yếu sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch nhằm phục vụ cho mục đích cơng nghiệp Năm 2018, nhu cầu khí hydro tồn cầu đạt mức khoảng 120 triệu tấn, tương đương 14,4 EJ, chiếm khoảng 4% tiêu thụ lượng cuối tiêu thụ phi lượng giới Nhu cầu gia tăng từ năm 1980 tăng 30% từ năm 2010 đến năm 2018 (Xem hình đây) Triệu khí hydro Nhu cầu khí hydro hàng năm tồn cầu từ năm 1980 Lọc dầu Amoniac SD tinh khiết (khác) Trộn lẫn (khác) Hình 87 Nhu cầu khí hydro hàng năm toàn cầu Nguồn: Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA), dựa (IRENA, 2019) Phần lớn khí hydro tiêu thụ sản xuất sử dụng chỗ ngành công nghiệp Khoảng 70-80% sản lượng khí hydro tạo sản phẩm sơ cấp, phần lại phụ phẩm tạo từ quy trình xử lý cơng nghiệp Nhu cầu khí hydro tập trung chủ yếu ngành lọc dầu (32% năm 2018) sản xuất amoniac sử dụng cho phân bón (27%) Ngồi ra, khí hydro sử dụng cho sản xuất metanol (8%), sắt thép (3%) ứng dụng khác công nghiệp chất bán dẫn, nhiên liệu phản lực, sản xuất kính, hydro hóa chất béo, làm mát máy phát điện ứng dụng khác (IRENA, 2019) (IRENA, 2018) Sự phát triển độ chín muồi cơng nghệ Trong q khứ, khí hydro sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch thơng qua phản ứng nhiệt hóa học Năm 2018, 95% sản lượng khí hydro tồn cầu từ khí tự nhiên than (chủ yếu từ khí tự nhiên) 5% sản xuất điện phân (IRENA, 2019) Việc khai thác khí hydro chủ yếu từ điện phân xuất phát từ q trình sản xuất chlorine khí hydro phụ phẩm Trên tồn cầu, việc sản xuất khí hydro từ nguồn lượng tái tạo giai đoạn trứng nước, số lượng dự án gia tăng nhanh chóng mục đích nghiên cứu phát triển Q trình sản xuất khí hydro thơng qua phản ứng nhiệt hóa học phụ thuộc vào nhiên liệu Khí hydro từ khí tự nhiên tạo thông qua phản ứng cải tạo metan nước (SMR) Từ than, khí hydro tạo cách khí hóa than Khí hydro tạo cách khí hóa sinh khối Tuy nhiên phương thức phổ biến Các cơng nghệ sản xuất khí hydro bao gồm: • Khí tự nhiên – cải tạo metan nước (SMR) • Than – khí hóa than • Sinh khối – Khí hóa sinh khối cải tạo chất lỏng có nguồn gốc sinh khối • Điện phân nước • Quá trình tách nước trực tiếp lượng mặt trời 197 • Q trình xử lý sinh học (DOE, 2020) Sản xuất khí hydro trung tính phát thải CO2 Khí hydro có tiềm thay nhiên liệu hóa thạch trở thành mối quan tâm lớn trị năm gần đây, chủ yếu mong muốn giảm thiểu tác động biến đổi khí hậu Chẳng hạn, Nhật Bản Hàn Quốc đặt mục tiêu tham vọng khai thác cơng nghệ sản xuất khí hydro chuyển đổi điện sang lượng X (power to X) Tiềm khai thác khí hydro sản xuất theo phương thức trung tính phát thải CO2 Có hai cách sản xuất khí hydro trung tính phát thải CO2, bao gồm sản xuất thông qua điện phân từ nguồn điện lượng tái tạo sản xuất khí hydro xanh Sản xuất khí hydro xanh bao gồm sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch, có thu giữ lưu trữ carbon (CCS) cho mức phát thải thực CO2 gần Điện phân Cơng nghệ điện phân q trình nước tách thành khí hydro oxy Có cơng nghệ với mức độ phát triển chín muồi cơng nghệ khác nhau: • Điện phân kiềm • Điện phân PEM (màng lọc proton) • Điện phân SOEC (điện phân oxit rắn) Điện phân kiềm công nghệ phát triển chín muồi thương mại hóa Cơng nghệ sử dụng từ thập niên 1920, đặc biệt sử dụng cho sản xuất khí hydro ngành cơng nghiệp sản xuất phân bón chlorine Các hệ thống điện phân kiềm có khả vận hành linh hoạt từ mức tải 10% công suất thiết kế tối đa Một số hệ thống điện phân kiềm có cơng suất điện 100 MW thiết lập trước quốc gia có nguồn thủy điện lớn (Canada, Ai Cập, Ấn Độ Na Uy) Ngày nay, phần lớn hệ thống khơng cạnh tranh với phương thức sản xuất khí hydro từ nhiên liệu hóa thạch Điện phân kiềm có ưu điểm chi phí đầu tư tương đối thấp so với công nghệ điện phân khác, thực tế nguyên liệu sử dụng phổ biến có giá thành rẻ Cơng nghệ điện phân PEM tập đoàn General Electric áp dụng thập niên 1960 nhằm khắc phục hạn chế hệ thống điện phân kiềm Các hệ thống điện phân PEM sử dụng nước tinh khiết làm dung dịch điện phân, nhờ tránh phải thu hồi tái chế kali hydroxit Tuy nhiên, nước cần phải làm trước sử dụng Thiết bị điện phân có kích thước tương đối nhỏ, nhờ ứng dụng cho mục đích cụ thể Thiết bị điện phân có khả sản xuất khí hydro nén áp lực cao cho sản xuất phân tán lưu trữ trạm dịch vụ (3060 bar không cần đến máy nén bổ sung đến 100-200 bar số hệ thống so với mức 1-30 bar thiết bị điện phân kiềm) Dải công suất vận hành thiết bị điện phân PEM từ mức 160% công suất thiết kế Tuy nhiên thiết bị cần chất xúc tác điện cực có chi phí đắt đỏ (platinum, iridium) vật liệu màng lọc, tuổi thọ thiết bị ngắn so với thiết bị điện phân kiềm Các thiết bị có chi phí cao phổ biến Điện phân SOEC cơng nghệ điện phân phát triển SOEC sử dụng vật liệu gốm làm chất điện phân, có chi phí vật liệu thấp Thiết bị điện phân vận hành nhiệt độ cao có hiệu suất mức cao Do sử dụng cho q trình điện phân, cần có nguồn nhiệt, nhằm đạt hiệu suất điện cao (IEA, 2020) 198 Số lượng dự án Quy mơ trung bình dự án (MW) Khung thời gian dự án chuyển từ điện sang khí hydro cơng nghệ điện phân quy mô dự án Kiềm Oxit rắn Quy mơ TB Chưa biết Hình 88 Khung thời gian dự án chuyển từ điện sang khí hydro công nghệ điện phân quy mô dự án Nguồn: (IRENA, 2019) Việc sử dụng điện phân hạn chế, nhiên số quốc gia xây dựng chiến lược để sản xuất khí hydro, thu giữ lưu trữ carbon chuyển từ điện sang lượng X nhằm đóng góp vào q trình chuyển đổi xanh phát triển kinh doanh Các nước bao gồm Liên minh Châu Âu, Nhật Bản, Hàn Quốc, Pháp, Đức, Na Uy, Hà Lan số nước khác Tiêu thụ khí hydro tương lai Bên cạnh nhu cầu lớn khí hydro tồn cầu sử dụng cho mục đích truyền thống (chủ yếu lọc dầu sản xuất phân bón), nhu cầu khí hydro dự kiến tăng lên nhu cầu nhiên liệu thay nhằm giảm thiểu tác động biến đổi khí hậu Điều quan trọng nhu cầu khí hydro tương lai cần đáp ứng từ nguồn cung cấp tái tạo bền vững Khí hydro có tiềm sử dụng trực tiếp ngành giao thông vận tải áp dụng phương tiện chạy pin nhiên liệu Đặc biệt ngành hạn chế chuyển tiếp phương tiện vận tải hạng nặng xe bt đường dài, khí hydro pin nhiên liệu đóng vai trị quan trọng có hiệu chi phí so với giải pháp xanh khác Đến năm 2030, Nhật Bản đặt mục tiêu sản xuất 300.000 khí hydro/năm (tương ứng với 36 PJ) họ đặt mục tiêu tăng tổng số phương tiện chạy pin nhiên liệu lên 800.000 phương tiện Ngoài ra, khí hydro sử dụng làm đầu vào để sản xuất sản phẩm đa dạng khác thông qua công nghệ chuyển đổi điện thành lượng X Công nghệ chuyển đổi điện thành lượng X bao gồm nhiều loại công nghệ khí hydro tái tạo sử dụng kết hợp, chẳng hạn với CO2 nitơ, để sản xuất nhiên liệu dạng khí dạng lỏng mêtan, metanol, amoniac, diesel tổng hợp nhiên liệu hàng tính bền vững Chìa khóa để đảm bảo chi phí sản xuất khí hydro từ điện phân mức thấp chi phí điện thấp từ nguồn lượng tái tạo Triển vọng để tiếp tục nghiên cứu Các nghiên cứu bổ sung bao gồm: • Lập đồ tiêu thụ khí hydro Việt Nam • Dữ liệu cơng nghệ kinh tế cơng suất sản xuất khí hydro Việt Nam, bao gồm tập trung vào công nghệ điện phân 199 • • Triển vọng thay nhiên liệu hóa thạch khí hydro Việt Nam Tiềm chi phí cơng nghệ chuyển đổi từ điện sang lượng X Việt Nam Tài liệu tham khảo DOE (2020) Các quy trình sản xuất khí hydro Washington: Bộ Năng lượng Hoa Kỳ IEA (2020) Tương lai khí hydro Paris: Cơ quan Năng lượng quốc tế IRENA (2018) Khí hydro từ nguồn điện lượng tái tạo Triển vọng kỹ thuật cho trình chuyển dịch lượng Abu Dhabi: Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc tế IRENA (2019) Khí hydro - Một triển vọng lượng tái tạo Abu Dhabi: Cơ quan Năng lượng tái tạo quốc tế 200 201 ... Tài liệu tham khảo: Ea Energy Analyses Cục Năng lượng Đan Mạch, 2017, “Số liệu công nghệ ngành điện Indonesia – Cẩm nang phát điện lưu trữ điện năng? ?? Viện Số liệu Điện lực Platts (UDI) Cơ sở liệu. .. Tài liệu tham khảo: Ea Energy Analyses Cục Năng lượng Đan Mạch, 2017, “Số liệu công nghệ ngành điện Indonesia – Cẩm nang phát điện lưu trữ điện năng? ?? Viện Số liệu Điện lực Platts (UDI) Cơ sở liệu. .. Tài liệu tham khảo: Ea Energy Analyses Cục Năng lượng Đan Mạch, 2017, “Số liệu công nghệ ngành điện Indonesia – Cẩm nang phát điện lưu trữ điện năng? ?? Vuorinen, A., 2008, "Quy hoạch hệ thống điện