Cẩm nang công nghệ sản xuất và lưu trữ điện năng Việt Nam Ngày nay, công nghệ sản xuất và lưu trữ năng lượng đang có những cải tiến và đổi mới với tốc độ rất nhanh. Quy hoạch dài hạn các hệ thống năng lượng phụ thuộc rất nhiều vào chi phí và hiệu suất của các công nghệ sản xuất điện trong tương lai. Do đó, mục tiêu của Cẩm nang Công nghệ là nhằm ước tính chính xác các chi phí và hiệu suất của một danh mục các công nghệ sản xuất điện, từ đó cung cấp thông tin đầu vào quan trọng để lập quy hoạch năng lượng dài hạn tại Việt Nam. Nhờ có sự tham gia của nhiều bên liên quan trong quá trình thu thập số liệu, Cẩm nang Công nghệ cung cấp những số liệu đã được sàng lọc và tham vấn với nhiều cơ quan, tổ chức liên quan bao gồm: Cục Điện lực và Năng lượng tái tạo và các cơ quan của Bộ Công Thương (BCT), Tập đoàn Điện lực Việt Nam – EVN, các đơn vị sản xuất điện độc lập, tư vấn trong nước và quốc tế, các tổ chức, các hiệp hội và các trường đại học. Điều này là cần thiết vì mục tiêu chính là xây dựng một Cẩm nang Công nghệ được tất cả các bên liên quan công nhận. Cẩm nang Công nghệ sẽ hỗ trợ việc lập mô hình điệnnăng lượng dài hạn tại Việt Nam và trợ giúp các cơ quan của chính phủ, các công ty năng lượng tư nhân, các nhóm chuyên gia và các tổ chức khác thông qua cung cấp một bộ dữ liệu chung về các công nghệ sản xuất điện ở Việt Nam trong tương lai, được công nhận rộng rãi trong ngành năng lượng.
2 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 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 Cơng Thương (BCT), Tập đồn 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 thơng tin cần thiết Trọng tâm phần cập nhật bổ sung tiểu mục cơng 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 công nghệ (điện thủy triều, điện sóng biển, thu giữ lưu trữ carbon, lị tầng sơi tuần hồn (CFB) đốt than đồng phát công 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, Phịng 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 cơng 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 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 Khơng khí Nhiên liệu Máy phát Lị (Bước 2) Bơm (Bước 1) 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 q 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 Ngồi 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 thơng qua sử dụng dự phịng 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) thông qua tăng tải lò 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 tuabin sau giảm tải lị Các nhà máy nhiệt điện than điển hình Đan Mạch có phụ tải phát thấp 15-30% tốc độ điều chỉnh khoảng 4% phụ tải định mức/phút đốt nhiên liệu Những kết đạt nhờ cải tiến nhà máy hoạt động Chi phí đầu tư điển hình bao gồm lắp đặt hệ thống tuần hồn nước lị hơi, điều chỉnh hệ thống đốt, cho phép giảm số lượng máy nghiền than vận hành, kết hợp với nâng cấp hệ thống điều khiển bao gồm đào tạo nhân viên nhà máy (Tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo 6) Bảng 1: Ví dụ khu vực phù hợp để cải thiện tính linh hoạt (Tài liệu tham khảo 6) Cải thiện độ linh hoạt vận hành chung Tổ máy CHP Tổ máy ngưng Phụ tải tối thiểu thấp Mở rộng phạm vi vận hành (mở rộng dải công suất phát) Tách sản xuất điện nhiệt và/hoặc nhiệt sản xuất sử dụng Chế độ vận hành linh hoạt dải công suất Khả q tải Hơi chạy tắt khơng qua tuabin Tích nhiệt Nồi điện bơm nhiệt Cải thiện tốc độ điều chỉnh điều chỉnh công suất nhanh Khởi động/dừng nhà máy nhanh hơn/rẻ Ưu điểm/nhược điểm Ưu điểm: • Là cơng nghệ truyền thống phát triển chín muồi • Hiệu suất khơng bị giảm nhiều chế độ non tải so với đầy tải với tuabin khí chu trình hỗn hợp Nhược điểm: • Nhà máy điện đốt than khơng kiểm sốt nhiễm phát thải hàm lượng cao NOx, SO2 bụi (PM), kéo theo chi phí xã hội cao liên quan đến vấn đề sức khỏe Theo vài nghiên cứu bao gồm nghiên cứu Bascom et al., 1996 Kelsall et al., 1997 (xem Tài liệu tham khảo 14 cung cấp đánh giá tồn diện hơn), nhiễm khơng khí từ nhà máy nhiệt điện than nguyên nhân gây hàng nghìn ca tử vong sớm năm tồn cầu • Đốt than gây phát thải CO2 với hàm lượng cao • Nhà máy điện đốt than sử dụng chu trình nước tiên tiến (siêu tới hạn) có độ linh hoạt nhiên liệu cơng nghệ lị truyền thống Tuy nhiên, nhà máy siêu tới hạn có yêu cầu cao chất lượng nhiên liệu Dầu nặng giá rẻ khơng thể đốt có chất vanadium, nhiệt độ (và kéo theo hiệu suất) giảm xuống, nhiên liệu sinh khối gây ăn mịn đóng cặn, khơng xử lý cách • So với cơng nghệ khác tuabin khí thủy điện, nhà máy nhiệt điện than có tốc độ điều chỉnh cơng suất thấp hơn, vận hành phức tạp đòi hỏi số lượng nhân cơng lớn • Sử dụng nước sơng nước biển để làm mát làm thay đổi môi trường nước địa phương Môi trường Đốt than tạo sản phẩm CO2, CO, H2O, SO2, NO2, NO bụi (PM) CO, NOx SO2 chất làm tổn hại não phổi, gây đau đầu, khó thở, trường hợp xấu tử vong CO2 gây tình trạng ấm lên tồn cầu 11 làm biến đổi khí hậu (Tài liệu tham khảo 3) Có thể thực sử dụng lọc NOx SO2 Các công nghệ chi phí nhằm giảm nhiễm mơi trường mơ tả phần (“Các công nghệ giảm thiểu ô nhiễm”) Tất nhà máy điện đốt than Việt Nam phải đảm bảo mức phát thải nằm giới hạn cho phép quy định trong: • Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia khí thải cơng nghiệp nhiệt điện (QCVN 22: 2009/BTNMT) • Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng khơng khí xung quanh (QCVN 05:2013/BTNMT) • Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia khí thải cơng nghiệp bụi chất vô (QCVN 19:2009/BTNMT) Nếu không áp dụng giải pháp kỹ thuật để kiểm sốt phát thải khối lượng chất gây ô nhiễm bụi, SO2, NOx CO2 vượt giới hạn cho phép Do đó, nhà máy nhiệt điện than Việt Nam sử dụng lọc phát thải để trì phát thải mức cho phép, bao gồm: • Thiết bị khử bụi tĩnh điện (ESP): Lọc tro từ khói thải • Thiết bị khử lưu huỳnh khói thải (FGD): Làm giảm SO2 (Một số nhà máy nhiệt điện cũ Phả Lại Ninh Bình chưa áp dụng giải pháp này) • Khử chọn lọc có dùng xúc tác (SCR): Làm giảm NOx (Các nhà máy nhiệt điện sử dụng lị tầng sơi tuần hồn khơng áp dụng giải pháp này) • Ngồi ra, cần lắp đặt ống khói nhà máy hệ thống giám sát phát thải liên tục (CEMS) Việc làm Nhìn chung, nhà máy nhiệt điện than có cơng suất 1.200 MW trung bình cần 2.000-2.500 nhân cơng giai đoạn xây dựng sau 600-900 nhân công làm việc liên tục cho công việc vận hành bảo trì (khơng bao gồm cơng nhân khai mỏ) Nghiên cứu phát triển Công nghệ nhiệt điện than siêu tới hạn truyền thống có tảng phát triển tốt dự kiến khơng có cải tiến công nghệ lớn (Loại 4) Phạm vi cải tiến chu trình nhiệt động học hạn chế Nhiều khả việc áp dụng vật liệu cho phép áp suất nhiệt độ cao nồi đạt hiệu suất cao hơn, chi phí bỏ để thực cao (Tài liệu tham khảo 4) Xem Tài liệu tham khảo 5, tăng cường tính linh hoạt nhà máy Ví dụ dự án có Nhà máy nhiệt điện than cận tới hạn: Nhà máy nhiệt điện than Quảng Ninh (Tài liệu tham khảo 9) Nhà máy nhiệt điện than Quảng Ninh nằm thành phố Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh, với tổng công suất 4x300 MW, phát triển theo giai đoạn: Nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh (2x300 MW) vận hành từ tháng 3/2011 năm 2012; nhà máy Quảng Ninh (2x300 MW) vận hành từ năm 2013 2014 Nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh nhà máy điện đốt than phun, sử dụng lị cận tới hạn có thơng số nhiệt là: 174 kg/cm2 (tương đương 170 bar) 541°C Tỷ lệ điện tự dùng nhà máy 8,5% (tối đa 25,5 MW/tổ máy), hiệu suất danh định (thuần) nhiệt trị thấp (LHV) 38% Hiệu suất trung bình năm 35,49% Nhiên liệu than antraxit từ mỏ Hòn Gai, Cẩm Phả; lượng than tiêu thụ hàng năm khoảng triệu tấn/năm (cho nhà máy với công suất 1200 MW) Nhiên liệu phụ dầu nhiên liệu – số 5, sử dụng để khởi động lò phụ tải thấp 77% phụ tải định mức Với việc áp dụng giải pháp giảm NOx buồng đốt, phát thải NOx nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh mức 750 mg/Nm3, hàm lượng SO2 bụi (PM2.5) không vượt 400 150 mg/Nm3 Theo số liệu đo thực tế, phát thải NOx, SO2 PM2.5 nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh 700 mg/Nm3, 394 mg/Nm3, 136 mg/Nm3 Nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh có tốc độ tăng giảm cơng suất 1%/phút, thời gian khởi động ấm khởi động lạnh 11 15 Chi phí vốn đầu tư nhà máy nhiệt điện Quảng Ninh 1,47 tỷ USD (tỷ giá quy đổi năm 2019, chưa bao gồm chi phí hành chính, tư vấn, quản lý dự án, chuẩn bị địa điểm, thuế tiền lãi thời gian xây dựng nhà máy), tương ứng với suất đầu tư danh nghĩa 1,22 tr USD/MWe Tổng chi phí đầu tư (bao gồm chi phí nêu trên) 1,61 tỷ USD, tương ứng với 1,34 tr USD/MWe Chi phí vận hành bảo trì cố định 41,55 USD/kWe/năm chi phí vận hành bảo trì biến đổi 1,06 USD/MWh 12 Nhà máy nhiệt điện than cận tới hạn Hải Phòng: (Tài liệu tham khảo 10) Nhà máy nhiệt điện than Hải Phòng nằm huyện Thủy Nguyên, thành phố Hải Phịng, có tổng cơng suất 1.200 MW, gồm tổ máy công suất 300 MW Nhà máy điện Hải Phòng (2x300 MW) bắt đầu vận hành từ năm 2009/2010, nhà máy điện Hải Phòng (2x300 MW) bắt đầu vận hành từ năm 2013/2014 Nhà máy đốt than phun sử dụng lị cận tới hạn (thơng số nhiệt 175 kg/cm3 5410C) Tỷ lệ điện tự dùng nhà máy 8,7% hiệu suất điện nhiệt trị thấp 38% Nhiên liệu nhà máy than antraxit từ mỏ than Hồng Gai – Cẩm Phả nhiên liệu phụ dầu FO Theo báo cáo thiết kế kỹ thuật, phát thải PM2.5, SO2 NOx nhà máy tương ứng 35,8 mg/Nm3, 315,1 mg/Nm3 546,5 mg/Nm3 Vốn đầu tư 1,37 tỷ USD (quy đổi giá USD năm 2019, chưa bao gồm chi phí hành chính, tư vấn, quản lý dự án, chuẩn bị địa điểm, thuế tiền lãi thời gian xây dựng nhà máy), tương ứng với suất đầu tư danh nghĩa 1,14 tr.USD/MWe Tổng chi phí đầu tư (bao gồm chi phí nêu trên) 1,59 tỷ USD, tương ứng với 1,32 tr.USD/MW Chi phí vận hành bảo trì cố định 47,3 USD/kWe/năm chi phí vận hành bảo trì biến đổi 1,14 USD/MWh Nhà máy nhiệt điện siêu tới hạn: Nhà máy nhiệt điện than Vĩnh Tân (Tài liệu tham khảo 11) Thông tin chung: Nhà máy nhiệt điện than Vĩnh Tân nằm Trung tâm Điện lực Vĩnh Tân, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận Cơng suất đặt nhà máy 1200 MW, bao gồm tổ máy tổ 600 MW Nhà máy bắt đầu xây dựng từ tháng 3/2014, tổ máy hoàn thành đưa vào vận hành thương mại vào tháng 12/2017 tổ máy thứ hai hoàn thành đưa vào vận hành thương mại vào tháng 3/2018 Nhà máy nhiệt điện than Vĩnh Tân đốt than phun nhà máy nhiệt điện than Việt Nam sử dụng lị siêu tới hạn, có tái sấy, với thơng số chính: lưu lượng 1.730,3 tấn/giờ; áp suất 251,04 bar; nhiệt độ nhiệt 569,80C; nhiệt độ tái sấy 594,40C Hiệu suất điện nhà máy (danh định) 39,8% (nhiệt trị thấp) Nhà máy nhiệt điện than Vĩnh Tân sử dụng nhiên liệu than Sub-Bitum (70%) Bitum (30%) nhập từ Indonesia Úc Tiêu thụ nhiên liệu hàng năm gần 3,36 triệu tấn/năm Dầu diesel sử dụng làm nhiên liệu phụ để khởi động lò đốt lò phụ tải thấp Theo liệu quan trắc tự động tháng đầu năm 2020, giá trị phát thải NOx 249 mg/Nm3, phát thải SO2 181 mg/Nm3 phát thải PM2.5 27 mg/Nm3 Tuy nhiên, kiểm tra hiệu suất vận hành không cung cấp kết đại diện cho mức phát thải Các đặc tính vận hành nhà máy nhiệt điện than Vĩnh Tân bao gồm: tốc độ điều chỉnh cơng suất 2÷3%/phút, phụ tải tối thiểu 40% phụ tải định mức (mức thấp không cần đốt kèm dầu), thời gian khởi động ấm ≤ 6,33 thời gian khởi động lạnh ≤ 9,17 Tổng mức đầu tư nhà máy nhiệt điện than Vĩnh Tân 1,66 tỷ USD (quy đổi giá USD năm 2019, chưa bao gồm chi phí hành chính, tư vấn, quản lý dự án, chuẩn bị địa điểm, thuế tiền lãi thời gian xây dựng nhà máy), tương ứng với suất đầu tư danh nghĩa 1,38 tr USD/MWe Tổng chi phí đầu tư (bao gồm chi phí nêu trên) 1,79 tỷ USD, tương ứng với 1,49 tr USD/MW Chi phí vận hành bảo trì cố định 39,47 USD/kWe/ năm chi phí vận hành bảo trì biến đổi 1,01 USD/MWh Dự án cập nhật: Công nghệ siêu tới hạn: Dự án Vĩnh Tân mở rộng (Tài liệu tham khảo 12) Nhà máy nhiệt điện than Vĩnh Tân mở rộng thuộc Trung tâm Điện lực Vĩnh Tân, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận Nhà máy gồm tổ máy cơng suất 600 MW, khởi công xây dựng vào tháng 4/2016 hoàn thành đưa vào vận hành thương mại vào tháng 10/2019 Nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân mở rộng sử dụng công nghệ đốt than phun với lị siêu tới hạn Các thơng số chính: áp suất 251,0 bar, nhiệt độ nhiệt 569,80C, nhiệt độ tái sấy 594,40C Hiệu suất điện nhà máy (danh định) 39,8% (nhiệt trị thấp) Nhiên liệu nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân mở rộng than Sub-Bitum (70%) Bitum (30%) nhập từ Indonesia Úc Mức tiêu thụ nhiên liệu khoảng 1,68 triệu tấn/năm theo công suất thiết kế Dầu diesel sử dụng làm nhiên liệu phụ để khởi động lò đốt cháy mức tải thấp Theo số liệu quan trắc tự động tháng đầu năm 2020, mức phát thải NOx 103 mg/Nm3, SO2 93 mg/ Nm3 phát thải PM2.5 11 mg/Nm3 Tổng mức đầu tư nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 921 triệu USD (giá quy đổi năm 2019, chưa bao gồm chi phí hành chính, tư vấn, quản lý dự án, chi phí chuẩn bị mặt bằng, thuế lãi vay trình xây dựng), tương đương mức đầu tư danh nghĩa 1,54 triệu USD/MWe Tổng chi phí vốn (bao gồm chi phí nêu trên) 1035 triệu USD, tương ứng với 1,73 triệu USD/MW Dự án cập nhật: Siêu tới hạn: Vĩnh Tân (Tài liệu tham khảo 11) Thông tin chung: Nhà máy nhiệt điện than Vĩnh Tân I thuộc Trung tâm Điện lực Vĩnh Tân, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận Cơng suất đặt nhà máy 1.200 MW, gồm tổ máy 600 MW Nhà máy khởi công xây dựng 13 từ tháng 7/2015 vận hành thương mại từ tháng 11/2018 Nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân đốt than phun sử dụng lị siêu tới hạn, với thơng số nhiệt: áp suất 24,2 MPa (~ 242 bar) nhiệt độ 566°C Hiệu suất điện nhà máy (danh định) 39,2% (nhiệt trị thấp) Vĩnh Tân nhà máy nhiệt điện than Việt Nam áp dụng cơng nghệ lị siêu tới hạn hình chữ W, sử dụng than Antraxit nước Dầu diesel sử dụng làm nhiên liệu phụ để khởi động lò đốt lò mức tải thấp Theo liệu nhà máy điện cung cấp, mức phát thải NOx 235 mg/Nm3, phát thải SO2 29 mg/Nm3 phát thải PM2.5 21 mg/Nm3 Đặc điểm vận hành nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân là: Tốc độ tăng giảm công suất 1%/phút, phụ tải tối thiểu 60% so với mức đầy tải (mức tối thiểu không cần đốt kèm dầu), thời gian khởi động ấm khởi động lạnh 2,25 12,75 Tổng mức đầu tư nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 1,88 tỷ USD (quy đổi theo giá USD 2019, chưa bao gồm chi phí hành chính, tư vấn, quản lý dự án, chuẩn bị mặt bằng, thuế lãi vay trình xây dựng), tương ứng với mức đầu tư danh nghĩa 1,52 triệu USD/MWe Tổng chi phí vốn (bao gồm chi phí nêu trên) 2,03 tỷ USD, tương ứng với 1,66 triệu USD/MW Chi phí vận hành bảo trì cố định 35 USD/kWe/năm chi phí vận hành bảo trì biến đổi 1,20 USD/MWh Ước tính số liệu Dưới mơ tả số liệu cho bảng số liệu cách ước tính thơng số bảng số liệu Để tính tốn trường hợp điển hình cho năm 2020, liệu 04 nhà máy nhiệt điện siêu tới hạn Việt Nam sử dụng Tuy nhiên, vài trường hợp, có số liệu chọn có sẵn Do đó, liệu từ Cẩm nang Công nghệ Indonesia tham khảo để cung cấp thêm thông tin đầu vào nhằm đạt kết tính tốn có độ tin cậy cao Một số báo cáo cho thấy đạt mức phát điện tối thiểu thấp tốc độ điều chỉnh công suất cao mà không cần đầu tư thêm nhiều Trong Cẩm nang Công nghệ này, phụ tải tối thiểu tốc độ điều chỉnh công suất giả định cho năm 2020, lực vận hành linh hoạt tương ứng với Cẩm nang Công nghệ Indonesia giả định cho năm 2030 Chất lượng than (nhiệt trị hàm lượng lưu huỳnh) ảnh hưởng đến chi phí vận hành bảo trì/chi phí khởi động nhà máy điện sử dụng than nước Những giá trị phát thải chuyển đổi đơn vị từ mg/Nm3 sang g/GJ theo hệ số chuyển đổi than 0,35 lấy từ Sổ tay Phịng chống giảm thiểu nhiễm (1998) Xem Bảng 14 Bảng 2: Nhà máy nhiệt điện than siêu tới hạn Số liệu năm 2020 (USD 2019) (Tài liệu tham khảo 17) Dự án nước 1: Vĩnh Tân 42 Dự án nước 2: Vĩnh Tân mở rộng Dự án nước 3: Vĩnh Tân Dự án nước 4: Duyên Hải mở rộng Cẩm nang Công nghệ Indonesia (2020) Giá trị trung bình Cẩm nang Cơng nghệ Việt Nam (2021) 600 600 620 688 600 600 1.200 600 1.240 688 600 1.200 39,8 39,8 39,2 39,5 38 38 37 37 36,5 36,7 37 37 2÷3 2÷3 - 40 40 60 - 30 50 Thời gian khởi động ấm (giờ) ≤6.33 ≤6.33 2,25 - Thời gian khởi động lạnh (giờ) ≤9.17 ≤9.17 12,75 - 12 10 27 11 21 - 150 70 Thơng số Cơng suất phát tổ máy (MWe) Công suất phát toàn nhà máy (MWe) Hiệu suất điện (%), nhãn máy Hiệu suất điện (%), trung bình năm Tốc độ tăng giảm công suất (% phút) Phụ tải tối thiểu (% đầy tải) Phát thải PM2.5 (mg/Nm3) SO2 (mức khử lưu huỳnh, %) 86 91 97 - 73 86 NOX (g/GJ nhiên liệu) Đầu tư danh nghĩa (tr.USD/MWe) Chi phí vận hành bảo trì cố định (USD/MWe/năm) Chi phí vận hành bảo trì biến đổi (USD/MWh) Chi phí khởi động (USD/MWe/lần khởi động) 81 1,38 36 1,53 82 1,35 1,37 263 1,46 115 1,46 42.800 39.600 0,12 0,78 52 187 39.500 1,01 260 36.400 - 1,20 - 256 - - Do khơng có ví dụ nhà máy nhiệt điện than siêu tới hạn Việt Nam nên bảng số liệu dựa vào Cẩm nang Công nghệ Indonesia tất thơng số, trừ chi phí đầu tư, mô tả Số lấy từ kết kiểm tra hiệu suất hoạt động năm 2018 Do khơng xem số liệu ước tính trung bình Cẩm nang Cơng nghệ Việt Nam Giá trị phát thải SO2 cho dự án nước 138,6 mg/Nm Sử dụng hệ số chuyển đổi 0,35 lấy từ Sổ tay Phịng chống Giảm nhẹ Ơ nhiễm (1998) tính mức phát thải 48,5 g/GJ Theo Phụ lục 1, hàm lượng lưu huỳnh than Việt Nam 350 g/GJ Điều dẫn tới mức khử lưu huỳnh 86 % 15 Bảng 3: Chi phí đầu tư nghiên cứu quốc tế, nhà máy nhiệt điện than Tồn số liệu có đơn vị tính triệu USD2019/MWe Tất năm: 2015-2040 IEA WEO 20164 Siêu tới hạn Trên siêu tới hạn Báo cáo Đông Nam Á 2015 IEA Siêu tới hạn5 CNCN Indonesia Siêu tới hạn (600 MW) Trên siêu tới hạn CNCN Việt Nam Siêu tới hạn Trên siêu tới hạn Ấn Độ 1,25 1,46 Trung Quốc 0,73 0,83 Đông Nam Á / 2030 1,60 2020 Trung bình 1,46 1,58 2030 Thấp Cao 1,09 1,19 1,82 1,99 2020 Trung bình 1,43 1,57 1,41 1,54 2050 Trung bình 1,37 1,49 2030 Thấp Cao 0,73 0,83 1,82 1,99 1,45 1,55 Thấp Cao 1,03 1,11 1,72 1,86 2050 Trung bình 1,42 1,54 Thấp Cao 0,73 0.83 1,72 1,86 Bảng trình bày ước tính suất đầu tư ba loại nhà máy nhiệt điện than với số liệu từ nguồn khác Ở hàng bảng kết ước tính đề xuất cho Cẩm nang Công nghệ Việt Nam Suất đầu tư danh nghĩa điều chỉnh để phản ánh giả định quy mô công suất nhà máy điện Việt Nam cho chi phí giá quy mơ cơng suất nhà máy tương quan với để so sánh tốt với loại công nghệ đốt than khác Để tính tốn, hệ số tỷ lệ 0,8 sử dụng Hệ số tỷ lệ thể mối liên hệ chi phí quy mơ cơng suất Phương pháp mô tả kỹ Phụ lục Có chênh lệch lớn giá trị ước tính Số liệu ước tính cho nhà máy Trung Quốc Báo cáo Triển vọng Năng lượng giới (WEO) năm 2016 Cơ quan Năng lượng quốc tế (IEA) mức thấp (có thể dựa vào sản lượng lớn nhà máy nhiệt điện đốt than) Ngồi ra, thấy Báo cáo Triển vọng Năng lượng giới (WEO) năm 2016 IEA đưa giả định suất đầu tư không giảm giai đoạn từ năm 2015 đến năm 2040, Cẩm nang Cơng nghệ Indonesia lại dự đốn giảm nhẹ suất đầu tư (Tài liệu tham khảo 16) Ước tính tốt suất đầu tư cho nhà máy siêu tới hạn giả định giá trị trung bình số liệu quốc tế bảng, trừ nhà máy điện Trung Quốc Đối với số liệu năm 2020, trường hợp nhà máy nước đưa vào giá trị trung bình (trung bình (1,2; 1,6; 1,4 1,33) cho năm 2020, trung bình (1,2; 1,6; 1,36) cho năm 2030 trung bình (1,2; 1,6; 1,32) cho năm 2050) Đối với nhà máy điện siêu tới hạn, giá trị trung bình số liệu có cơng nghệ sử dụng, ngoại trừ số liệu ước tính cho Trung Quốc, bao gồm số liệu IEA nhà máy siêu tới hạn khu vực Đông Nam Á Lý đưa số liệu IEA nhà máy điện siêu tới hạn khu vực Đông Nam Á vào giá trị trung bình nhà máy điện siêu tới hạn dự kiến có suất đầu tư cao tương tự nhà máy điện siêu tới hạn đưa vào số liệu nhà máy điện siêu tới hạn khu vực Đông Nam Á làm tăng giá trị ước tính (trung bình (1,4; 1,6 1,52) cho năm 2020, trung bình (1,4; 1,6 1,48) cho năm 2030 trung bình (1,4; 1,6 1,43) cho năm 2050) Cơ quan Năng lượng quốc tế, Triển vọng Năng lượng giới, 2016 (Tài liệu tham khảo 16) Bao gồm tiền lãi giai đoạn thiết kế, xây dựng công trình Chi phí đầu tư chuẩn hóa cho nhà máy công suất 2x600 MW với hệ số tỷ lệ 0,8 16 Tài liệu tham khảo Phần mô tả chương chủ yếu trích dẫn từ Cẩm nang Cơng nghệ Đan Mạch “Số liệu công nghệ nhà máy điện - Phát điện phát nhiệt tập trung, Tích trữ lượng Phát chuyển đổi chất mang lượng” Những nguồn tài liệu sau sử dụng: IEA NEA, “Dự báo chi phí phát điện”, 2015 Cục Năng lượng Đan Mạch, “Số liệu công nghệ nhà máy điện - Phát điện phát nhiệt tập trung, tích trữ lượng Phát chuyển đổi chất mang lượng”, 2018 Nag, “Kỹ thuật nhà máy điện”, 2009 Mott MacDonald, “Cập nhật chi phí phát điện Vương quốc Anh”, 2010 Cục Năng lượng Đan Mạch, Tính linh hoạt hệ thống điện – Kinh nghiệm Đan Mạch Châu Âu, 2015 https://ens.dk/sites/ens.dk/files/Globalcooperation/flexibility_in_the_power_system_v23-lri.pdf, Truy cập ngày 09/09/2018 Độ linh hoạt nhà máy nhiệt điện, ấn phẩm chương trình Năng lượng Sạch Kế hoạch cấp bộ, 2018 http://www.ea-energianalyse.dk/reports/thermal_power_plant_flexibility_2018_19052018.pdf, Truy cập ngày 09/09/2018 Báo cáo thiết kế kỹ thuật nhà máy nhiệt điện than Quảng Ninh Độ linh hoạt nhà máy nhiệt điện Tập trung vào nhà máy nhiệt điện than hoạt động Angora Energiewende, Prognos Fichtner, 2017 EVNPECC1, “Báo cáo thiết kế kỹ thuật nhà máy nhiệt điện than Quảng Ninh”, 2004 10 Viện Năng lượng, “Báo cáo thiết kế kỹ thuật nhà máy nhiệt điện than Hải Phòng”, 2006 11 EVNPECC2, “Báo cáo nghiên cứu khả thi nhà máy nhiệt điện than Vĩnh Tân - 1200 MW”, 2013 12 EVNPECC3, “Báo cáo nghiên cứu khả thi nhà máy nhiệt điện than Vĩnh Tân mở rộng”, 2014 13 Munawer, M E (2018); Bài đánh giá: Những ảnh hưởng đến sức khỏe người môi trường chất thải tạo sau trình đốt than Tạp chí Khai khống bền vững Tập 17, Phát hành lần 2, 2018, Trang 87-96 Truy cập mở 14 Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, “Chuyển đổi nhà máy điện than sang điện khí Hoa Kỳ”, 2020 15 Trung tâm Than IEA, “Hiện trạng công nghệ than phun siêu tới hạn cải tiến”, 2013 16 Cơ quan Năng lượng quốc tế, Triển vọng Năng lượng giới, 2016 17 Số liệu kỹ thuật, vận hành, chi phí thu thập từ nhà máy, báo cáo thiết kế sở (TKCS)/thiết kế kỹ thuật (TKKT), website dự án, quan điều độ hệ thống điện Số liệu phát thải lấy từ báo cáo đo lường khí thải, số liệu quan trắc tự động, báo cáo TKCS/TKKT 17 Các bảng số liệu Các bảng cung cấp liệu công nghệ Tất chi phí tính la Mỹ (USD), giá năm 2019 Phần giải thích định nghĩa thông số bảng cung cấp Phụ lục Mức độ không chắn thể thay đổi giá trị thông số Công nghệ USD 2019 2020 2030 Số liệu lượng/ kỹ thuật Công suất phát tổ máy (MWe) Công suất phát toàn nhà máy (MWe) Hiệu suất điện, (%), danh định Hiệu suất điện, (%), danh định, trung bình năm Ngừng máy cưỡng (%) Ngừng máy theo kế hoạch (số tuần/năm) Vòng đời kỹ thuật (năm) Thời gian xây dựng (năm) Yêu cầu không gian (1000 m2/ MWe) Số liệu bổ sung cho nhà máy phi nhiệt điện Hệ số công suất (%), lý thuyết Hệ số cơng suất (%), bao gồm ngừng máy Cấu hình tăng giảm công suất Tốc độ tăng giảm công suất (% phút) Phụ tải tối thiểu (% đầy tải) Thời gian khởi động ấm (giờ) Thời gian khởi động lạnh (giờ) Môi trường PM 2.5 (mg/Nm3) SO2 (độ khử lưu huỳnh, %) NOx (g/GJ nhiên liệu) Số liệu tài Đầu tư danh nghĩa (tr.USD/MWe) - thiết bị (%) - lắp đặt (%) Vận hành & bảo trì cố định (USD/MWe/năm) Vận hành & bảo trì biến đổi (USD/MWh) Chi phí khởi động (USD/MWe/lần khởi động) Nhà máy nhiệt điện than siêu tới hạn Mức độ không Mức độ không 2050 chắn (2020) chắn (2050) Thấp Thấp Cao Cao hơn 600 300 800 300 800 600 600 1.200 38 1.200 39 1.200 40 300 33 1.800 40 300 35 1.800 42 37 38 39 33 40 35 42 7 30 - 30 - 3 30 - 25 - 15 40 - 2 25 - 40 - - - - - - - - - - - - - - - 50 10 25 12 20 12 25 75 8,5 15 10 70 86 115 70 86 113 70 95 38 50 73 152 150 95 263 20 73 38 1,46 1,45 1,42 0,73 1,82 0,73 39.600 38.500 37.200 32.100 53.500 30.100 50.300 0,78 187 0,12 52 0,12 52 0,09 42 1,01 104 0,09 42 0,15 104 Ghi TL 1 1;3;6;7 1;3 A A A 1 1 30 12 B A B B 1 1 100 95 263 E 2;4 2;4 2;4 C 1,71 D;F;G 1;3;6;7 F 1;3;6;7 F 1;3 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 nhà máy điện giới (WEPP) Cách tiếp cận đường cong học tập để xây dựng thơng số tài Phát thải tối đa theo quy định Bộ Tài nguyên Môi trường 21/2008 Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung, Chi phí khởi động nhà máy nhiệt điện thị trường có gia tăng tỷ trọng nguồn lượng tái tạo không ổn định, 2016 IEA, Dự báo chi phí phát điện, 2015 IEA, Triển vọng lượng giới, 2015 Ghi chú: A B C D E F G Giả thiết có cải tiến theo tiêu chuẩn quốc tế đến năm 2050 Giả định khơng có cải thiện khả điều tiết pháp lý từ năm 2030 đến năm 2050 Tính từ giá trị lớn 750 mg/Nm3 sang g/GJ (hệ số chuyển đổi 0,35 lấy từ Sổ tay Phòng chống giảm thiểu nhiễm, 1998) Để đảm bảo tính kinh tế quy mô công suất, đề xuất áp dụng hệ số tỷ lệ (a) mức 0,8 Mức độ không chắn cao mức áp dụng theo quy định Mức độ không chắn thấp áp dụng tiêu chuẩn Nhật Bản (2020) Hàn Quốc (2050) Mức độ không chắn (cao hơn/thấp hơn) ước tính +/- 25% Chi phí đầu tư bao gồm chi phí kỹ thuật, mua sắm xây dựng (EPC) Xem mô tả phần Phương pháp luận 18 Công nghệ USD 2019 2020 2030 Số liệu lượng/ kỹ thuật Công suất phát tổ máy (MWe) Cơng suất phát tồn nhà máy (MWe) Hiệu suất điện, (%), danh định Hiệu suất điện, (%), danh định, trung bình năm Ngừng máy cưỡng (%) Ngừng máy theo kế hoạch (số tuần/năm) Vòng đời kỹ thuật (năm) Thời gian xây dựng (năm) Yêu cầu không gian (1000 m2/ MWe) Số liệu bổ sung cho nhà máy phi nhiệt điện Hệ số công suất (%), lý thuyết Hệ số công suất (%), bao gồm ngừng máy Cấu hình tăng giảm cơng suất Tốc độ tăng giảm công suất (% phút) Phụ tải tối thiểu (% đầy tải) Thời gian khởi động ấm (giờ) Thời gian khởi động lạnh (giờ) Môi trường PM 2.5 (mg/Nm3) SO2 (độ khử lưu huỳnh, %) NOx (g/GJ nhiên liệu) Số liệu tài Đầu tư danh nghĩa (tr.USD/MWe) - thiết bị (%) - lắp đặt (%) Vận hành & bảo trì cố định (USD/MWe/năm) Vận hành & bảo trì biến đổi (USD/MWh) Chi phí khởi động (USD/MWe/lần khởi động) Nhà máy nhiệt điện than siêu tới hạn Mức độ không Mức độ không 2050 chắn (2020) chắn (2050) Thấp Thấp Cao Cao hơn 1.000 700 1.200 700 1.200 1.000 700 1.200 700 1.200 45 40 45 42 47 1.000 1.000 43 1.000 1.000 44 42 43 44 40 45 42 47 7 30 - 30 - 3 30 - 25 - 15 40 - 2 25 - 40 - - - - - - - - 30 12 25 12 20 12 25 50 15 10 70 86 115 70 86 113 70 95 38 50 73 115 150 95 263 20 73 38 1,63 1,61 1,60 0,86 2,06 0,86 61.100 0,12 54 59.400 0,12 54 57.500 0,11 54 46.000 0,09 43 76.500 0,15 108 43.100 0,08 43 Ghi TL 1 1;3;6;7 1;3 A A A 1 1 30 12 B A B B 1 1 100 95 263 E 2;4 2;4 2;4 C 1,94 D;F;G 71.800 0,14 108 F F 1;3;6;7 1;3;6;7 1;3 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 nhà máy điện giới (WEPP) Cách tiếp cận đường cong học tập để xây dựng thơng số tài Phát thải tối đa theo quy định Bộ Tài nguyên Môi trường 21/2008 Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung, Chi phí khởi động nhà máy nhiệt điện thị trường có gia tăng tỷ trọng nguồn lượng tái tạo không ổn định, 2016 IEA, Dự báo chi phí phát điện, 2015 IEA, Triển vọng lượng giới, 2015 Ghi chú: A Giả định có cải tiến dần theo tiêu chuẩn quốc tế đến năm 2050 B Giả định khơng có cải thiện khả điều tiết từ năm 2030 đến năm 2050 C Tính từ giá trị lớn 750 mg/Nm3 sang g/GJ (hệ số chuyển đổi 0,35 lấy từ Sổ tay Phịng chống giảm thiểu nhiễm, 1998) D Để đảm bảo tính kinh tế quy mơ cơng suất, đề xuất áp dụng hệ số tỷ lệ (a) mức 0,8 E Mức độ không chắn cao mức áp dụng theo quy định Mức độ không chắn thấp áp dụng tiêu chuẩn Nhật Bản (2020) Hàn Quốc (2050) F Mức độ khơng chắn (cao hơn/thấp hơn) ước tính +/- 25% G Chi phí đầu tư bao gồm chi phí kỹ thuật, mua sắm xây dựng (EPC) Xem mơ tả phần Phương pháp luận 19 Tính linh hoạt nhà máy nhiệt điện than Với gia tăng nguồn điện có tính chất biến động điện mặt trời gió, nhà máy nhiệt điện than cần phải linh hoạt để cân lưới điện Các thơng số liên quan đến tính linh hoạt nhà máy nhiệt điện bao gồm: • Phụ tải tối thiểu (Pmin): Cơng suất tối thiểu thấp mà nhà máy phát • Phụ tải tối đa (Pnom): Công suất danh định nhà máy • Thời gian khởi động: Thời gian từ bắt đầu vận hành nhà máy đến phát điện mức phụ tải tối thiểu Có ba hình thức khởi động: khởi động ấm nhà máy ngừng vận hành giờ, khởi động ấm nhà máy không vận hành khoảng thời gian từ đến 48 khởi động lạnh nhà máy ngừng vận hành giai đoạn 48 • Tốc độ tăng giảm cơng suất: Là thay đổi công suất hiệu dụng nhà máy đơn vị thời gian Thông thường, đơn vị tốc độ tăng giảm công suất MW/phút tỷ lệ phần trăm phụ tải danh định phút Thông thường người ta sử dụng thuật ngữ tốc độ tăng công suất để thể mức tăng công suất tốc độ giảm công suất để thể mức giảm cơng suất • Thời gian vận hành tối thiểu thời gian ngừng máy tối thiểu: Thời gian vận hành tối thiểu thời gian tối thiểu mà nhà máy phải trạng thái vận hành sau bắt đầu chạy Thời gian ngừng máy tối thiểu thời gian tối thiểu để nhà máy trở lại trạng thái vận hành sau ngừng máy Tỷ lệ tăng giảm công suất Phụ tải tối thiểu Thời gian khởi động Hình 3: Các thơng số độ linh hoạt nhà máy điện [3] Các thơng số thể đặc tính vận hành quan trọng nhà máy nhiệt điện Vì vậy, để nhà máy nhiệt điện than hoạt động linh hoạt hơn, lý tưởng giảm phụ tải tối thiểu, giảm thời gian khởi động tăng tỷ lệ tăng giảm cơng suất Về vấn đề này, có nhiều giải pháp cải tạo áp dụng cho nhà máy có xây dựng nhà máy Các giải pháp tóm tắt bảng Bảng 4: Các giải pháp tăng độ linh hoạt nhà máy nhiệt điện than [2], [4], [5] Giải pháp Mục tiêu Mô tả Tác động Hạn chế Đốt cháy gián tiếp Phụ tải tối thiểu thấp hơn, tỷ lệ tăng giảm công suất tăng, hiệu suất non tải tốt Hệ thống nghiền ngắt kết nối với hệ thống phụ tải Cần lắp đặt bunker để chứa than bột máy nghiền than vịi đốt Trong giai đoạn phụ tải thấp, sử dụng công suất phụ trợ cho hệ thống nghiền, nhờ giảm tổng cơng suất đưa vào lưới Ngồi ra, giải pháp giúp giảm phụ tải tối thiểu giai đoạn yêu cầu phụ tải cao than cần sử dụng chứa bunker sử dụng cách linh hoạt Đốt gián tiếp giảm tỷ lệ đốt ổn định tối thiểu Tỷ lệ đốt công suất hiệu dụng tỷ lệ thuận với Khi tỷ lệ đốt giảm, phụ tải tối thiểu giảm tương đương Một ưu điểm khác việc trì tỷ lệ đốt ổn định mức thấp giảm nhu cầu nhiên liệu đánh lửa dầu khí tới 95 % Độ ổn định trình đốt 20 Chuyển từ chế độ vận hành hai máy nghiền sang máy Phụ tải tối thiểu thấp Chuyển sang chế độ vận hành máy nghiền dẫn tới vận hành lò với giai đoạn đốt Trong q trình này, nhiệt xả giai đoạn đốt cao nhất, từ đảm bảo ổn định vận hành Tối ưu hoá hệ thống điều khiển nâng cấp thiết kế kỹ thuật nhà máy Phụ tải tối thiểu thấp hơn, tỷ lệ tăng giảm công suất cao hơn, thời gian khởi động ngắn Nâng cấp hệ thống điều khiển cải thiện độ tin cậy nhà máy giúp vận hành cấu phần khác nhà máy sát với giới hạn thiết kế Hệ thống phần mềm với khả tối ưu hố linh hoạt cấu phần lị hơi, giúp giảm thời gian khởi động tăng tỷ lệ tăng giảm công suất Đốt cháy phụ trợ để trì ổn định q trình đốt lị Phụ tải tối thiểu thấp hơn, tỷ lệ tăng giảm công suất cao Giải pháp liên quan đến việc sử dụng nhiên liệu phụ trợ dầu nặng khí để ổn định q trình đốt lị Điều giúp đảm bảo tỷ lệ cháy ổn định thấp lò Đốt cháy phụ trợ sử dụng để tăng nhanh tỷ lệ đốt, từ đạt tỷ lệ tăng giảm cơng suất cao Khởi động tuabin “mới” Thời gian khởi động ngắn Giải pháp liên quan đến việc khởi động tuabin lị tăng cơng suất thông qua việc cho phép “nguội” vào tuabin thật nhanh sau ngừng máy Những cấu phần có kết cấu thành mỏng/thiết kế tuabin đặc biệt Thời gian khởi động ngắn hơn, tỷ lệ tăng giảm công suất cao Lưu trữ nhiệt để gia nhiệt nước cấp Phụ tải tối thiểu thấp Sử dụng thép bậc cao, xây dựng cấu phần có kết cấu thành mỏng để đảm bảo thời gian khởi động ngắn tỷ lệ tăng giảm công suất cao so với cấu phần có thành dày truyền thống Nước cấp hấp thụ nhiệt từ tuabin hơi, làm giảm công suất hiệu dụng Nhiệt nước cấp xả để tăng cơng suất hiệu dụng giai đoạn có nhu cầu cao Chuyển sang chế độ vận hành máy nghiền giúp giảm phụ tải tối thiểu xuống cịn 12,5% Pnom theo thí nghiệm thực nhà máy nhiệt điện than Bexbach Heilbronn, Đức Việc nâng cấp hệ thống điều khiển thiết kế kỹ thuật giúp giảm phụ tải tối thiểu từ mức xấp xỉ 67% Pnom xuống 48% Pnom hai tổ máy nhà máy đốt than lignite Đức Phần mềm hệ thống điều khiển lò xây dựng, cho phép cán vận hành nhà máy lựa chọn chế độ khởi động dựa yêu cầu thị trường Vì độ ổn định trình đốt lò thường làm hạn chế phụ tải tối thiểu, đốt cháy phụ trợ hỗ trợ giảm phụ tải tối thiểu Trong dự án nghiên cứu Jänschwalde, vòi đốt đánh lửa sử dụng cho đốt cháy phụ trợ dùng than lignite khô, giúp giảm phụ tải tối thiểu từ 36% Pnom xuống 26% Pnom Phương pháp giúp giảm thời gian khởi động 15 phút Chu trình – nước Chưa xác định Ứng suất nhiệt Sử dụng hệ thống lưu trữ nước nóng vận hành 2–8 giúp giảm phụ tải tối thiểu 5–10%, trình xả, hệ thống nước nóng sử dụng để tăng cơng suất hiệu dung lên 5% mà không cần tăng tỷ lệ đốt - Độ ổn định đốt cháy/ứng suất nhiệt Độ ổn định đốt cháy thiết kế lò Thiết kế tuabin Điều quan trọng cần lưu ý tính linh hoạt cải thiện cho phép vận hành nhà máy tốt hơn, có số hạn chế định việc khởi động nhà máy thường xuyên thay đổi phụ tải nhanh trình vận hành Việc vận hành linh hoạt gây ứng suất mỏi nhiệt học số phận Khi kết hợp với sụt giảm hiệu suất thông thường nhà máy, điều làm giảm tuổi thọ số phận áp suất Về vấn đề này, phận quan trọng cần quan tâm hệ thống lò tuabin [5] Sự cải thiện tính linh hoạt nhà máy phụ thuộc vào yếu tố tuổi thọ nhà máy, công nghệ có, loại 21 than đặc tính nhiệt động học Vì vậy, lý tưởng nhất, mức độ cải thiện cần tính tốn theo trường hợp cụ thể Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu dự án thực khắp giới để đo lường mức độ cải thiện tính linh hoạt nhà máy Bảng trình bày tóm tắt so sánh khả cải thiện thông số liên quan nhà máy nhiệt điện sử dụng than cứng trước sau cải thiện độ linh hoạt Bảng 5: So sánh thông số độ linh hoạt trước sau áp dụng giải pháp tăng cường độ linh hoạt nhà máy nhiệt điện than cứng [2], [4] Các thông số độ linh hoạt Thời gian khởi động (giờ) Chi phí khởi động (USD/MW khởi động tức thời) Phụ tải tối thiểu (% Pnom) Nhà máy trung bình - 10 Sau trình cải thiện độ linh hoạt 1,3 - > 100 >100 25 - 40% 10 - 20% Hiệu suất (ở mức 100% tải) 43% 43 Hiệu suất (ở mức 50% tải) 40% 40% 1,5 - 4% - 6% 48 48 Tỷ lệ tăng giảm công suất trung bình (%Pnom/phút) Thời gian vận hành tối thiểu (giờ) Thời gian ngừng máy tối thiểu (giờ) Ước tính chi phí cho giải pháp cải thiện độ linh hoạt thay đổi tùy trường hợp Ước tính sơ cho thấy chi phí dao động từ 120.000 đến 600.000 USD/MW [2], [4] Ngoài ra, nghiên cứu COWI Ea Energy Analyses thực khảo sát chi phí giải pháp cải thiện độ linh hoạt nhà máy điện than Các ước tính chi phí đầu tư từ nghiên cứu tóm tắt Bảng 6: Chi phí đầu tư (USD) ước tính cho giải pháp cải thiện độ linh hoạt dựa nghiên cứu cho nhà máy điện than cứng 600 MW [6] Giải pháp Giảm phụ tải tối thiểu (từ 40% xuống 25%) (Bao gồm: bơm tuần hồn lị hơi, hệ thống ống nối, van điều khiển van chặn, hệ thống cấp nhiệt dự phòng, hệ thống điện, thiết bị lập trình hệ thống điều khiển phân tán (DCS)) Tăng tốc độ tăng giảm công suất (từ 1% lên 2%/phút) Nâng cấp hệ thống DCS Cải thiện thiết bị nghiền Ước tính đầu tư (USD, cho nhà máy điện than cứng công suất 600 MW) 1.898.101 156.314 424.281 Các công nghệ giảm thiểu ô nhiễm Ơ nhiễm từ q trình đốt than gây vấn đề môi trường bao gồm ảnh hưởng đến sức khỏe người, giảm tầm nhìn, mưa axit vấn đề khác Do đó, việc hạn chế nhiễm khơng khí từ nhà máy nhiệt điện than ngày quan tâm Biện pháp kiểm soát phát thải quan trọng liên quan đến phát thải NOx, phát thải bụi mịn phát thải lưu huỳnh Phần mô tả biện pháp kiểm soát loại phát thải nêu Kiểm sốt phát thải NOx Các ơxit nitơ (NOx) gây vấn đề mơi trường bao gồm hình thành ozone mặt đất, mưa axit, tình trạng axit hóa hệ sinh thái thủy sinh, thiệt hại tài nguyên rừng, giảm tầm nhìn hình thành hạt bụi mịn bầu khí Do đó, cần phải giảm phát thải NOx Trong q trình đốt, NOx tạo từ ba chế phản ứng hóa học sau: 1) NOx “nhiệt” sinh q trình ơ-xy hóa phân tử nitơ khơng khí đốt 2) NOx “nhiên liệu” sinh q trình ơ-xy hóa thành phần nitơ liên kết hóa học có nhiên liệu Tỷ giá áp dụng EUR = 1,12 USD (tỷ giá hối đoái năm 2019 NHTG) 22 3) NOx “tức thời” sinh phản ứng phân tử nitơ gốc hydrocarbon (Tài liệu tham khảo 1) Trong trình đốt than phun, khoảng 20% NOx hình thành phản ứng nhiệt Có thể giảm NOx nhiệt cách giảm nồng độ ơ-xy lị đốt thiết lập nhiệt độ buồng đốt giảm thời gian lưu khí thải khu vực nhiệt độ cao lò Các chế giảm phát thải NOx bao gồm chế giảm hình thành NOx trình đốt (được gọi cơng nghệ kiểm sốt phát thải sơ cấp) chế chuyển đổi NOx sang hợp chất có mức độ nguy hại thấp (được gọi cơng nghệ kiểm sốt phát thải thứ cấp), ví dụ giảm NOx xuống thành N2 Việc hình thành NOx thực tế giảm thiểu cách: • Tăng quy mô buồng đốt để đạt đầu vào nhiệt cho trước • Giảm tốc độ đốt từ giảm nhiệt độ lửa cao cách sử dụng buồng đốt thiết kế chuyên dụng (Tài liệu tham khảo 2) Để đạt điều này, áp dụng công nghệ sau (Tài liệu tham khảo 2): Lò đốt phát thải thấp NOx (LNB) Sử dụng gió q nhiệt (OFA) Lị đốt LNB giúp hạn chế hình thành NOx cách kiểm sốt hệ số tỷ lượng hóa học dải nhiệt độ trình đốt Việc kiểm sốt đạt nhờ đặc điểm thiết kế buồng đốt giúp điều tiết phân bổ khí động lực hịa trộn nhiên liệu khí, từ đạt một vài điều kiện sau: (1) giảm ô-xy buồng đốt sơ cấp, nhằm hạn chế hình thành NOx nhiệt NOx nhiên liệu; (2) giảm nhiệt độ lửa, nhằm hạn chế hình thành NOx nhiệt; (3) giảm thời gian lưu nhiệt độ đỉnh, nhằm hạn chế hình thành NOx nhiệt LNB giảm 50% trở lên mức phát thải NOx nhà máy điện mà không cần áp dụng biện pháp kiểm soát khác Với đặc điểm thiết kế cải tiến hơn, mức giảm cao Cơng nghệ OFA, cịn gọi đốt theo giai đoạn, công nghệ kiểm sốt q trình cháy phần tổng lượng khí đốt, 5-20%, điều hướng từ buồng đốt phun qua cổng đặt khu vực thấp theo cấp buồng đốt cao OFA sử dụng kết hợp với vận hành buồng đốt tỷ lệ khí so với nhiên liệu thấp mức bình thường, từ giảm hình thành NOx Tỷ lệ giảm NOx OFA từ 20% đến 60% tùy theo mức NOx ban đầu lò hơi, thiết kế thiết bị đốt nhiên liệu loại nhiên liệu OFA sử dụng kết hợp với buồng đốt LNB Việc bổ sung giải pháp OFA cho buồng đốt LNB lị có vịi đốt tường lị làm giảm hình thành NOx thêm 10-25% Trong nhiều trường hợp, việc giảm lượng NOx chưa đủ để đáp ứng hạn mức phát thải theo quy định pháp luật (QCVN 22: 2009/BTNMT, QCVN 05:2013/BTNMT, QCVN 19: 2009/BTNMT) Ngoài ra, nhà máy điện hoạt động, việc xem xét phương án sau q trình đốt khơng cần điều chỉnh q nhiều lị giải pháp phù hợp Do đó, cơng nghệ giảm phát thải NOx khí thải cách chuyển đổi NOx nhận quan tâm ngày lớn Ba cơng nghệ bao gồm: 1) Nung lại 2) Khử chọn lọc không xúc tác (SNCR) 3) Khử chọn lọc có xúc tác (SCR) Nung lại Khử chọn lọc không xúc tác (SNCR) Khử chọn lọc có xúc tác (SCR) Đến 25% lượng nhiệt nung lại cách bơm nhiên liệu thứ cấp vào bên buồng đốt Khi đó, mơt buồng nung lại giàu nhiên liệu thiết lập với lượng khơng khí lớn Trong khu vực buồng nung giàu nhiên liệu này, hydrocarbon sinh ra, tương tác với NOx nhằm tạo hidro xyanua (HCN), axit isocyanic (HNCO), isocyanate (NCO) hợp chất có chứa nitơ khác Các hợp chất cuối giảm xuống thành N2 Công nghệ nung lại cho thấy khả giảm 50% lượng NOx loại lò đốt than khác SNCR công nghệ chứng minh thương mại hóa Trong SNCR, ammoniac (hay urê) bơm vào lị nung phía buồng đốt Ammoniac phản ứng với NOx giảm hợp chất xuống thành N2 Phản ứng phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ ammoniac cần bơm vào khu vực phù hợp lị nung – thơng thường phần lò nung Phản ứng SNCR diễn tốt nhiệt độ 980-1150 °C Ở nhiệt độ cao hơn, phản ứng khác bắt đầu diễn ra, NOx tạo Do đó, việc tính tốn khối lượng ammoniac tối ưu bổ sung phức tạp Tỷ lệ khử khí NOx lên tới 65% Trong công nghệ SCR, ammoniac bổ sung sau khí thải qua lớp xúc tác Ammoniac NOx phản ứng với bề mặt chất xúc tác NOx giảm xuống 23 thành N2 SCR khử đến 80%-90% lượng NOx thường vận hành mức nhiệt độ thấp: 350-400 °C Các hạt bụi Việc đốt than dẫn tới phát thải vật chất dạng hạt khơng khí (PM) Các hạt làm suy giảm tầm nhìn nghiêm trọng gây tổn hại cho sức khỏe người tiếp xúc với PM không khí xung quanh, bao gồm vấn đề hơ hấp tim mạch Thường có phân biệt hạt bụi mịn, PM2,5, hạt có đường kính khí động học thấp 2,5 µm hạt thơ có kích thước lớn Các hạt bụi mịn thường có nguy cao gây vấn đề sức khỏe thực tế chúng lơ lửng khoảng thời gian dài xâm nhập sâu vào phổi sau hít vào, gây vấn đề hô hấp (Tài liệu tham khảo 3) Các hạt PM khơng khí chia thành PM sơ cấp PM thứ cấp Hạt PM sơ cấp thải từ trình đốt, hạt PM thứ cấp hình thành bầu khí từ phát thải dạng khí Do phát thải từ nhà máy nhiệt điện đốt than chủ yếu PM sơ cấp chiếm khoảng nửa phát thải PM Một số quốc gia ban hành quy định kiểm soát phát thải nhằm hạn chế tác động có hại nhiễm bụi PM Trong q trình đốt, PM hình thành từ loạt chế Trong lò nung, nhiệt độ cao, tất chất than bao gồm khống chất vơ bắt đầu bay Thoát khỏi khu vực lửa, khoáng chất bay nguội Trong điều kiện q bão hịa, khống chất bắt đầu kết tụ lại tạo thành hạt có kích thước vài nanomet, sau tiếp tục đơng tụ thành hạt lớn Sau đó, hạt trở nên lớn hợp chất khác ngưng tụ bề mặt chúng Từ đó, hạt bụi mịn PM giàu thành phần khoáng chất hình thành Nhằm tránh tình trạng nhiễm bụi PM, có số giải pháp kiểm sốt phát thải áp dụng Trong đó, phân biệt giải pháp kiểm sốt trước q trình đốt sau q trình đốt Các biện pháp kiểm sốt trước q trình đốt bao gồm: • Lựa chọn loại than Các loại than khác có khác biệt lớn đặc tính, bao gồm kích thước lỗ xốp, thành phần khống chất vơ cơ, hình dạng chất cụ thể đặc tính khác Do đó, việc lựa chọn loại than dựa đặc tính than ảnh hưởng đến việc hình thành hạt bụi mịn trình cháy Loại than tối ưu phụ thuộc vào trình cháy Phương pháp chung để xác định loại than sử dụng kiểm tra độ cháy than lị nung • Sơ chế than Kích thước hạt than có ảnh hưởng lớn đến việc hình thành hạt PM Các hạt than có độ mịn đốt sản sinh nhiều hạt bụi mịn Việc sơ chế than nhằm đạt độ mịn phù hợp làm giảm phát thải hạt PM • Điều chỉnh điều kiện cháy Nhiệt độ cháy, thời gian đốt tải có tác động đến việc hình thành hạt bụi mịn Tăng nhiệt độ cháy làm gia tăng bay khoáng chất chịu lửa nhơm, sắt canxi Các khống chất thường lắng đọng tro, nhiên điều kiện bay gia tăng, chúng cô đặc lại, đông tụ trở thành hạt bụi mịn PM (Tài liệu tham khảo 3) Các biện pháp kiểm sốt sau q trình đốt bổ sung cho nhà máy nhiệt điện than vận hành Kiểm sốt sau q trình đốt làm giảm đáng kể phát thải hạt PM Các biện pháp bao gồm: • Bộ lọc bụi tĩnh điện (ESP) • Bộ lọc túi lọc vải • Máy hút bụi khí xốy (xyclon) • Bộ lọc ẩm Bộ lọc bụi tĩnh điện lọc túi công nghệ phổ biến có cơng nghệ mô tả Bộ lọc bụi tĩnh điện: Bộ lọc bụi tĩnh điện loại thiết bị lọc lọc khí khơ sử dụng dịng điện tĩnh để loại bỏ hạt có khí thải Trong lọc bụi tĩnh điện, thông thường hạt bụi mịn tích tụ lại qua ba giai đoạn Ở giai đoạn đầu tiên, hạt tro thô bụi mịn có kích thước micromet thu lại; đến giai đoạn thứ hai hạt tích tụ thu lại cách bổ sung thêm điện cực sạc điện với điện áp xoay chiều chiều Cuối cùng, hạt có kích thước lớn thu lại Qua lọc bụi tĩnh điện, khí nóng bụi khỏi ống khói nhà máy [4] 24 Cực dương (tấm thu) Cực âm (ion hóa) Hình 4: Ngun tắc hoạt động lọc bụi tĩnh điện (Tài liệu tham khảo 4) Bộ lọc túi: Bộ lọc vải (còn gọi lọc túi) giải pháp hiệu để loại bỏ hạt lơ lửng Bộ lọc túi loại bỏ gần 100% tất hạt có kích thước từ µm trở lên phần lớn hạt có kích thước nhỏ đến 0,01 µm Bộ lọc túi thường bao gồm túi hẹp, dài có đường kính khoảng 25cm treo lơ lửng từ xuống Quạt thổi khí thải từ buồng đốt qua lớp vải đến khu vực đáy, hạt sau giữ lại túi vải cịn khơng khí qua lọc Hạn chế việc sử dụng lọc túi tạo sức cản lớn dịng khí, từ làm tiêu tốn lượng đáng kể cho quạt Ngoài ra, lọc túi địi hỏi nhiệt độ dịng khí thấp muốn kéo dài tuổi thọ lọc Điều làm tiêu tốn thêm lượng để làm mát khí (Tài liệu tham khảo 5) Khử lưu huỳnh Than có chứa lượng nhỏ lưu huỳnh dạng hữu vô cơ, thường nằm khoảng 0,5-10% trọng lượng Khi than đốt cháy, phần lớn lưu huỳnh chuyển thành SO2 tỷ lệ nhỏ chuyển thành SO3 thải khơng khí khơng có biện pháp để kiểm sốt Phát thải SO2 nguyên nhân gây mưa axit, dẫn tới tình trạng axit hóa tài ngun đất, rừng nước bề mặt Trong trình khử lưu huỳnh, hàm lượng SO2 giảm khí thải từ buồng đốt Có ba cơng nghệ để khử lưu huỳnh than: • Rửa than • Lọc ướt • Lọc khô Rửa than Rửa than phương án khử lưu huỳnh than trước sử dụng Biện pháp giúp khử thủy ngân Nếu nồng độ lưu huỳnh than mức cao, quy trình rửa than vật lý có hiệu làm giảm hàm lượng lưu huỳnh, đặc biệt chúng tồn than với nồng độ tương đối cao Mức giảm đạt phụ thuộc vào than thành phần than có khác biệt lớn Các quy trình rửa than phân theo quy trình rửa vật lý rửa hóa học, thơng thường rửa vật lý áp dụng nhiều Quy trình rửa vật lý chia thành 04 giai đoạn: • • • • Xử lý ban đầu, Xử lý than mịn, Xử lý than thơ Xử lý hồn thiện Trước tiên, giai đoạn đầu, than nghiền phân loại cách sàng lọc Tiếp theo, giai đoạn xử lý than mịn than thô, chất lỏng (thường nước) giội vào than Các hạt than nhẹ lên tách khỏi phần lớp Các tạp chất nặng lấy khỏi khu vực đáy Cuối than phải sấy khô (Tài liệu tham khảo 8) Lọc ướt Trong hệ thống lọc ướt, SO2 loại bỏ sau q trình đốt Khí thải tiếp xúc với chất hấp thụ, 25 chất lỏng chất rắn dạng bùn, SO2 bị hòa tan phản ứng với chất hấp thụ Chất hấp thụ thông thường đá vôi (canxi carbonat) chi phí rẻ có sẵn với lượng lớn Các chất hấp thụ khác vơi, magie oxit, ammoniac natri cacbonat Tỷ lệ khử thiết bị lọc ướt dùng đá vôi 95%-99% SO2 khoảng 60% SO3 Ngoài việc loại bỏ hợp chất lưu huỳnh, thiết bị lọc ướt loại bỏ nhóm chất khác khơng mong muốn khí thải thủy ngân bị oxy hóa hạt bụi Hình minh họa ví dụ hệ thống lọc ướt Bộ khử sương mù Khí thải từ buồng đốt Quạt tăng cường Tháp hấp thụ Bơm tái chế Đá vơi Nước Khí oxy hóa Ống khói Bể phản ứng Hệ thống tách nước Hình Hệ thống lọc ướt (Tài liệu tham khảo 6) Hệ thống lọc ướt Hình hệ thống điển hình, lọc tháp phun theo hướng ngược dịng Bùn đá vơi bơm vào phun qua vòi Các giọt đá vơi tiếp xúc với khí thải lưu huỳnh hấp thụ phản ứng với đá vôi Thông qua tháp phun, khí thải làm nguội q trình bay giọt nước Khí thải tiếp tục qua tháp, vào khử sương mù, giọt đá vơi cịn lại bị loại bỏ khí thải thải khơng khí Một phụ phẩm hệ thống lọc ướt thạch cao thu hồi bán (Tài liệu tham khảo 6) Ở Việt Nam, nhiều nhà máy nhiệt điện nằm gần biển, nước biển thường sử dụng làm chất hấp thụ để loại bỏ SO2 Nước biển rẻ sẵn có nên coi giải pháp khả thi để khử lưu huỳnh Tuy nhiên, giải pháp có số nhược điểm sau: • So với đá vơi, nước biển có khả hấp thụ thấp độ bão hịa ơxit lưu huỳnh (SOx) nước biển thấp đá vôi • Tốc độ dịng chảy cao • Kích thước thiết bị lớn • Là chất hấp thụ có tính ăn mịn, ảnh hưởng đến mơi trường sinh thái biển (Tài liệu tham khảo 9) Hiệu suất việc sử dụng nước biển phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy nước biển Tốc độ dòng chảy cao cho phép khử nhiều SO2 Tuy nhiên, tốc độ dòng chảy cao làm tăng chi phí dẫn đến việc phải đánh đổi chi phí hiệu suất Đối với tốc độ dòng chảy thực tế, hiệu suất thường mức 56%-66% (Tài liệu tham khảo 10) Lọc khô Q trình lọc khơ bao gồm chất hấp thụ khô, thường đá vôi bột khô Chất hấp thụ cần nghiền nhỏ thành hạt mịn (đường kính 20-50 micromet) SO2 hấp thụ giữ lại lọc túi Sự hấp thụ khí diễn chất hấp thụ khơ bơm vào khơng khí bánh hấp thụ lọc Các hệ thống khử lưu huỳnh khô thường hoạt động với loại than có hàm lượng lưu huỳnh thấp địi hỏi sử dụng lượng hóa chất lớn Tỷ lệ khử lưu huỳnh hệ thống khô thường thấp so với hệ thống ướt, với tỷ lệ mức 50-60% (Tài liệu tham khảo 6) Ước tính chi phí Dưới tổng hợp số liệu kinh tế hiệu suất có tính chất đại diện Các chi phí bổ sung vào liệu chi phí cho nhà máy điện đốt than phun không bao gồm hệ thống Cần phải đề cập bên cạnh cơng nghệ trên, cịn có cơng nghệ kết hợp đồng thời loại bỏ chất ô nhiễm Các công nghệ không mô tả 26 Loại hệ thống Chi phí đầu tư (triệu USD/MW-e) Các chi phí cố định bổ sung (USD/MW-e) Tỷ lệ làm (%) Tiêu thụ điện (MWh/MW-e) Tài liệu tham khảo Hệ thống khử NOx SCR 0,04-0,05 Kiểm soát hạt bụi Bộ lọc bụi tĩnh điện 0,045-0,05 Khử lưu huỳnh Lọc ướt dùng đá vôi 0,28-0,40 6.300-7.700 5.000-6.000 20.000 85%-92% 98%-99% 2%-4% [1] [4], [7] 95%-99% 1,2%-1,5% than có hàm lượng lưu huỳnh thấp 1,5%-2,0% than có hàm lượng lưu huỳnh cao [6] Tài liệu tham khảo Goula, M.A, Thitsiriki, M., Bereketidou, O., Latsios, H., “Thiết kế hệ thống ước tính chi phí cho giải pháp khử NOx chọn lọc có dùng xúc tác (SCR) lị đốt than”, 2007 Hall et al., “Các phương án kiểm sốt phát thải oxit nitơ cho lị đốt than nhà máy điện”, 2005 Jianyi Lu & Xudan Ren, “Phân tích thảo luận hình thành kiểm sốt hạt sơ cấp thải từ nhà máy nhiệt điện than”, 2014 Đại học Calgary, “Giáo dục lượng – Bộ lọc bụi tĩnh điện”, 2018 Britannica, “Kiểm sốt nhiễm khơng khí – Kiểm sốt hạt bụi”, 2020 Trung tâm Than IEA, “Các bước tiến kiểm sốt nhiễm đa chất”, 2013 Howard, D.B., Thé, J:, Soria, R., Fann, N., Schaeffer, R., Saphores, J-D., “Các lợi ích cho sức khỏe chi phí kiểm soát nhằm thắt chặt tiêu chuẩn phát thải vật chất dạng hạt nhà máy nhiệt điện than – Trường hợp Đông Bắc Brazil”, Tạp chí Mơi trường quốc tế 124, 420-430, 2019 Cục Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ, “Rửa than – mô tả quy trình”, 1995 Nguyen et al “Các trình khử lưu huỳnh khí thải nước biển sử dụng công nghệ tiên tiến: Những tiến cập nhật”, MDPI Energies, 2020 10 Caiazzo et al., “Khử lưu huỳnh nước biển: Mơ hình hấp thụ SO2 hệ thống nhỏ giọt”, Tạp chí Tiến mơi trường Năng lượng bền vững, 2012 27 LÒ HƠI TẦNG SƠI TUẦN HỒN (CFB) CHO NHIỆT ĐIỆN THAN Mơ tả cơng nghệ Lị tầng sơi tuần hồn (CFB) hệ thống sinh đốt nhiên liệu điều kiện thủy động lực học đặc biệt gọi tầng sơi nhanh Lị CFB có khả sử dụng nhiều loại nhiên liệu, có lượng phát thải NOx thấp chi phí loại bỏ SO2 thấp (Tài liệu tham khảo 1) Cấu hình lị CFB điển hình chia thành chu trình tuần hồn phần đối lưu: Trong chu trình tuần hồn, lị cao đóng vai trị lị đốt, nơi diễn trình đốt cháy Các chất rắn không cháy cát, tro nhiên liệu chất hấp thụ đưa vào đáy lò, tạo thành lớp đáy nóng Các hạt nhiên liệu đưa vào gần đáy đốt cháy q trình cháy khơng có lửa nhiệt độ 800-900°C Để giữ cho nhiệt độ khí khỏi lị mức 800-900°C, phần nhiệt đốt phải xả bớt Do đó, bề mặt hấp thụ nhiệt (thiết bị bay hơi) đặt lò, cuối hệ thống phận bao Bên lị, hạt rắn khơng cháy bị theo khơng khí sơ cấp cấp vào phía đáy khí đốt, tạo điều kiện sơi hạt rắn Những chất rắn tạo thành kết tụ hạt liên tục theo vịng tuần hồn Khi khỏi buồng đốt, chúng giữ lại tách khí-hạt tuần hồn qua cyclon trở lại đáy lị với tốc độ đủ để khơng gây chênh lệch nhiệt độ Khi hạt rắn tách ra, khí thải vào phần đối lưu Ở phần cùng, nhiệt tăng nhiệt độ từ trống từ nhiệt độ bão hòa lên nhiệt độ thiết kế cho tuabin cao áp Ngồi cịn có thu hồi nhiệt tận dụng nhiệt khí thải để làm nóng nước cấp đưa đến trống Đôi phần bên thu hồi nhiệt sử dụng làm gia nhiệt sơ khơng khí Khu vực đối lưu Buồng đốt Nhiên liệu Bộ nhiệt Bộ thu hồi nhiệt Thùng kín Buồng sấy khơng khí Van xả xỉ than K.Khí K.Khí Túi lọc Bộ trao đổi nhiệt ngồi (Thiết bị bay hơi, nhiệt) Quạt Hình 6: Sơ đồ lò CFB (Tài liệu tham khảo 2) Đầu vào Một điểm mạnh lò CFB chúng đốt nhiều loại nhiên liệu rắn Từ than cấp thấp đến sinh khối nhiên liệu thải Tuy nhiên, hạt nhiên liệu chiếm 1-3% khối lượng chất rắn, phần lại chất rắn không cháy cát làm tầng sôi, tro nhiên liệu chất hấp thụ khử lưu huỳnh Khơng khí đầu vào cho q trình cháy gió sơ cấp có đầu vào đáy lị đầu vào gió thứ cấp vùng vùng lò, hai gia nhiệt Nước cấp sử dụng chuyển hóa thành làm phương tiện truyền nhiệt (Tài liệu tham khảo 3) Đầu Lò tạo sử dụng để phát điện cấp nhiệt Công suất điển hình Cơng suất thường phụ thuộc vào loại chu trình nước Mức cận tới hạn định nghĩa mức 200 bar 28 540°C Cả nhà máy siêu tới hạn siêu tới hạn hoạt động mức điểm tới hạn nước, yêu cầu áp suất 221 bar Ở mức điểm tới hạn nước, nước chuyển từ thể lỏng sang thể mà không cần sôi - nghĩa khơng có thay đổi trạng thái quan sát khơng có u cầu nhiệt tiềm ẩn Khơng có định nghĩa tiêu chuẩn cho siêu tới hạn so với siêu tới hạn Thuật ngữ 'trên siêu tới hạn' sử dụng cho nhà máy có nhiệt độ nước khoảng 600°C trở lên Mơ tả chu trình nước trình bày chương nhà máy nhiệt điện đốt than phun Công suất điển hình lị cận tới hạn 300 MW Lị siêu tới hạn có cơng suất từ 300-600 MW cơng suất lị siêu tới hạn mức cao 600 MW chút (Tài liệu tham khảo 4) Tỷ lệ điện tự dùng trung bình 9%-10% cơng suất phát điện (Tài liệu tham khảo 5) Cấu hình tăng giảm cơng suất Lị CFB đáp ứng nhanh chóng với mức tải khác tốc độ sôi cao Điều giúp chúng thay đổi 4% cơng suất liên tục tối đa (MCR) phút (Tài liệu tham khảo 1) Ưu điểm • CFB cho phép sử dụng nhiều loại nhiên liệu, bao gồm nhiên liệu cấp thấp nhiên liệu kết hợp • Có thể thực kiểm sốt khí thải với chi phí thấp Nhiệt độ thấp làm giảm hình thành oxit nitơ cho phép sử dụng đá vôi để thu hồi khí axit • Nhiên liệu hóa thạch thơng thường yêu cầu nhiên liệu phải nghiền sấy khơ trước vào lị, lị CFB khơng yêu cầu điều • Nhiệt độ buồng đốt lị than phun cao dẫn tới chi phí vật liệu cao lò CFB (nhiệt độ buồng đốt từ 7000C – 8500C) • u cầu bảo trì thấp Ngun nhân dẫn đến u cầu bảo trì lò CFB hoạt động mức nhiệt độ nóng chảy tro, nhiên liệu khơng thể tan chảy, dẫn đến ăn mịn đóng cặn (Tài liệu tham khảo & 7) Nhược điểm • Tiêu thụ điện tự dùng cao lị than phun cơng suất quạt cao để tạo tầng sôi (tỷ lệ điện tự dùng từ 11%-12%) (Tài liệu tham khảo 5) • Khả điều chỉnh phụ tải thấp chút so với nhà máy nhiệt điện đốt than phun qn tính nhiệt lớn lớp đáy • Các nhà máy nhiệt điện đốt than phun có tổ máy với công suất từ 1000 MWe trở lên Các nhà máy CFB nhìn chung có quy mơ cơng suất nhỏ nhà máy có cơng suất 600 MWe giai đoạn vận hành ban đầu (Tài liệu tham khảo 8) Môi trường Do nhiệt độ đốt cháy thấp lượng khí nạp vào, mức NO2 thấp so với hệ thống đốt than phun Một mặt, nitơ thường không bị oxy hóa mức nhiệt độ thấp mà lị CFB vận hành Mặt khác, cách bơm lượng khơng khí hệ số tỷ lượng, lượng nitơ từ nhiên liệu khơng thể tìm thấy oxy môi trường trực tiếp xung quanh Tuy nhiên, nhiệt độ cháy thấp tạo N2O Sự chuyển hóa nitơ than thành N2O phụ thuộc vào q trình khử bay Nhưng gia nhiệt tốc độ vừa phải lên đến 900°C, phần nhỏ than chuyển thành HCN nguồn tạo thành N2O Sự hình thành lưu huỳnh điơxit chủ yếu phụ thuộc vào thời gian lưu khí, nhiệt độ lượng khơng khí dư, thúc đẩy nhiệt độ áp suất cao Nhờ nhiệt độ cháy thấp, sử dụng đá vơi để thu giữ SO2, khơng cần q trình lọc phía sau q trình lọc ướt khử lưu huỳnh khí thải CFB có phát thải SOx NOx sơ cấp thấp so với lị đốt than phun Nếu có xỉ hình thành, hạt chất rắn tuần hồn làm bề mặt nhờ q trình tuần hồn Tuy nhiên, so với lị đốt than phun khơng thu giữ lưu huỳnh, lị CFB có chất hấp thụ thải lượng CO2 cao Thơng thường, phát thải CO lị CFB thấp giới hạn quy định, tăng lên nhiệt độ đốt giảm, đặc biệt 800°C (Tài liệu tham khảo 3) 29 Việc làm Đối với nhà máy có cơng suất khoảng 500 MW, cần 1500-2000 nhân công để thiết kế, xây dựng vận hành chạy thử nhà máy Một nhà máy có 300-350 nhân viên có khoảng 60 người vận hành thiết bị CFB (Tài liệu tham khảo 9) Nghiên cứu & Phát triển Các nỗ lực nghiên cứu tập trung vào việc mở rộng quy mô công suất, giảm công suất phụ trợ cải thiện khả thu giữ SO2 (Tài liệu tham khảo 10) Ngoài ra, việc cải thiện mức độ linh hoạt nghiên cứu (Tài liệu tham khảo 11) Mặc dù lò CFB sử dụng nhiều loại nhiên liệu nghiên cứu xem xét việc sử dụng rác thải sinh khối làm nhiên liệu, việc khó khăn keo chất dẻo kết tụ vật liệu tầng sôi (Tài liệu tham khảo 12) Ví dụ dự án có Lị CFB sử dụng Việt Nam nhiều năm: Nhà máy điện Na Dương Nhà máy điện than công suất 110 MW (2x55MW) thuộc sở hữu Tập đồn cơng nghiệp Than – Khống sản Việt Nam (Vinacomin) Nhà máy hoàn thành năm 2005 nhà máy sát mỏ (Tài liệu tham khảo 13) Nhà máy điện Cao Ngạn Nhà máy có tổ máy cơng suất 58 MW hồn thành năm 2007 với kinh phí đầu tư 124 triệu USD Nhà máy sử dụng than antraxit lò Alstom cung cấp (Tài liệu tham khảo 14) Nhà máy điện Cẩm Phả Nhà máy xây dựng hai giai đoạn: Giai đoạn có cơng suất 340 MW (cấu hình lị – tuabin) trị giá 349 triệu USD, hoàn thành năm 2009 giai đoạn với cơng suất 330 MW (cấu hình lị – tuabin) hồn thành năm 2010 Nhà máy đốt than nhiên liệu than bùn (Tài liệu tham khảo 15) Các dự án sau có số lị CFB Việt Nam: Nhà máy nhiệt điện Thăng Long Đây nhà máy điện than có cơng suất 600 MW tỉnh Quảng Ninh, miền Bắc Việt Nam Nhà máy có hai tổ máy công suất 300 MW Alstom cung cấp vào vận hành thương mại vào tháng tháng năm 2018 Nhà máy sử dụng than Antraxit nước Chi phí đầu tư 645 triệu USD (Tài liệu tham khảo 16) Nhà máy nhiệt điện Mạo Khê (Tài liệu tham khảo 12) Tổng quan: Nhà máy nhiệt điện Mạo Khê nằm huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh, có tổng cơng suất 440 MW, gồm tổ máy 220 MW Nhà máy khởi công xây dựng từ năm 2009 khánh thành vào tháng 4/2013 Thông số kỹ thuật: Nhà máy nhiệt điện Mạo Khê sử dụng lị đốt tầng sơi tuần hồn (CFB) lị cận tới hạn với thơng số nhiệt: 175 kg/cm2 (~ 172 bar) 543°C Tỷ lệ điện tự dùng nhà máy 9,4% hiệu suất điện 37,6% (nhiệt trị thấp) Nhiên liệu nhà máy than antraxit từ mỏ Mạo Khê, Khe Chuối, Hồ Thiên, Tràng Bạch Dầu diesel sử dụng làm nhiên liệu phụ để khởi động lò đốt lò mức phụ tải thấp Mức phát thải SO2, NOx PM2.5 472 mg/m3, 315 mg/m3 and 118 mg/Nm3 theo số liệu khảo sát năm 2016 Tỷ lệ tăng giảm công suất nhà máy nhiệt điện Mạo Khê 0,5%/phút, phụ tải tối thiểu 85% đầy tải, thời gian khởi động ấm 10 giờ, thời gian khởi động lạnh 12 Tổng mức đầu tư nhà máy nhiệt điện Mạo Khê 653 triệu USD (theo tỷ giá năm 2019, chưa bao gồm chi phí hành chính, tư vấn, quản lý dự án, chi phí chuẩn bị mặt bằng, thuế lãi vay trình xây dựng), tương đương mức đầu tư danh nghĩa 1,49 triệu USD/MWe Tổng vốn (bao gồm chi phí nêu trên) 765 triệu USD, tương đương 1,74 triệu USD/MW Chi phí vận hành bảo trì cố định 45,7 USD/kWe/năm chi phí vận hành bảo trì biến đổi 1,34 USD/MWh 30 Dự án cập nhật: CFB Mông Dương Nhà máy nhiệt điện Mông Dương đặt phường Mông Dương, thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh Nhà máy gồm tổ máy công suất 540 MW khởi công xây dựng từ tháng 10/2011 vận hành thức vào tháng 01/2016 Nhà máy nhiệt điện Mơng Dương sử dụng lị đốt tầng sơi tuần hồn (CFB) lị cận tới hạn với thơng số q nhiệt: áp suất 17,2 Mpa (~ 241 bar), nhiệt độ 541°C Hiệu suất điện nhà máy (danh định) 35% (nhiệt trị thấp) Nhà máy sử dụng nhiên liệu than cám 6a.1 theo tiêu chuẩn TCVN 8910: 2015, hàm lượng tro xỉ trung bình khoảng 37,5% Mỗi năm tiêu thụ khoảng 3,5 triệu than, thải khoảng 1,3 triệu tro, xỉ, khối lượng xỉ đáy lò khoảng 525.000 (chiếm 40%) tro bay khoảng 787.500 (chiếm 60%) Theo số liệu quan trắc tự động tháng đầu năm 2019, giá trị phát thải NOx 8,3 mg/Nm3, SO2 78 mg/Nm3 phát thải PM2.5 102 mg/Nm3 Tổng mức đầu tư nhà máy nhiệt điện Mông Dương 1,45 tỷ USD (tỷ giá năm 2019, chưa bao gồm chi phí hành chính, tư vấn, quản lý dự án, chuẩn bị mặt bằng, thuế lãi vay trình xây dựng), tương ứng với mức đầu tư danh nghĩa 1,34 triệu USD/MWe Tổng vốn (bao gồm chi phí nêu trên) 1,57 tỷ USD, tương ứng với 1,46 triệu USD/MW Số liệu tài khác: chi phí vận hành bảo trì cố định 39,16 USD/kWe/năm, chi phí vận hành bảo trì biến đổi 0,97 USD/MWh chi phí khởi động ấm 299 USD/MW Phát triển tương lai cơng nghệ lị CFB Việt Nam: Nhà máy điện An Khánh Bắc Giang Đây nhà máy nhiệt điện than công suất 650 MW, huyện Lục Nam, tỉnh Bắc Giang dự kiến vận hành chạy thử vào năm 2024 Nhà máy có chi phí đầu tư 01 tỷ USD Nhà máy sử dụng than antraxit nước Ước tính số liệu Các nguồn liệu quốc tế công nghệ CFB sử dụng làm sở để ước tính số liệu trung bình cho năm 2020 Để so sánh với điều kiện Việt Nam, số liệu từ 05 nhà máy CFB thu thập Tuy nhiên, ví dụ Việt Nam lại công nghệ cận tới hạn siêu tới hạn, bảng số liệu lại thể công nghệ siêu tới hạn Lý công nghệ siêu tới hạn dự kiến sử dụng nhiều tương lai so với công nghệ cận tới hạn siêu tới hạn Về dự báo số liệu, phương pháp tiếp cận đường cong học tập kinh nghiệm áp dụng để dự báo số liệu tài Chi tiết phương pháp cung cấp Phụ lục Xem Bảng trường hợp nhà máy nước 31 Bảng Dữ liệu số nhà máy điện CFB Việt Nam Dữ liệu năm 2020 (USD 2019) (Tài liệu tham khảo 20) 60 Nhà máy nước 4: Nông Sơn 2014 30 Nhà máy nước 5: Thăng Long 2018 300 1080 120 30 600 37,6 35 33 32 35,2 31,0 28 27 26 31 0,5 0,6 0,5 1,0 1,0 Phụ tải tối thiểu (% đầy tải) 85 70 75 67 65 Thời gian khởi động ấm (giờ) 10 6 Thời gian khởi động lạnh (giờ) 12 14 11,2 Phát thải PM2.5 (mg/Nm3) 118 102 - - - SO2 (mg/Nm3) 472 78 - - - NOX (g/GJ nhiên liệu) 315 1,49 8,3 1,34 1,78 1,33 1,43 45.700 39.200 45.300 1,34 0,97 1,12 - - 240 299 309 262 - Thơng số Cơng suất phát tổ máy (MWe) Công suất phát toàn nhà máy (MWe) Hiệu suất điện, (%), danh định Hiệu suất điện, (%), danh định, trung bình năm Tốc độ tăng giảm cơng suất (% phút) Suất đầu tư danh nghĩa (tr USD/MWe) Vận hành & bảo trì cố định (USD/MWe/năm) Vận hành & bảo trì biến đổi (USD/MWh) Chi phí khởi động (USD/MWe/lần khởi động) Nhà máy nước 1: Mạo Khê 2012 220 Nhà máy nước 2: Mông Dương Nhà máy nước 3: An Khánh 540 440 - - Tài liệu tham khảo Cục Năng lượng Đan Mạch, 2016, “Dữ liệu Công nghệ Phát điện cấp nhiệt tập trung” Mitsubishi Power, “Lị tầng sơi tuần hoàn (CFB),Truy cập ngày 27 tháng 10 năm 2020 Prabir Basu, 2015, “Lị tầng sơi tuần hồn Thiết kế vận hành bảo trì” Junfu Lyu, Đại học Thanh Hoa, 2017, “Nghiên cứu & Phát triển Ứng dụng cơng nghệ lị tầng sơi tuần hồn Trung Quốc” H Yang, G Yue, 2010, “Thiết kế vận hành lò CFB với lớp nhiên liệu tồn trữ thấp” David Appleyard, Power Engineering International, 2015, “Lò CFBC so với Lò đốt than phun” Sumitomo Heavy Industries, “Lò CFB”, Link, Truy cập ngày 27 tháng 10 năm 2020 P.Somoorthi, UltraTech Cement Limited, “CFB quy mô lớn sử dụng nhiêu liệu linh hoạt”, Link, Truy cập ngày 27 tháng 10 năm 2020 Malgorzata Wiatros-Motyka, 2017, “Nhà máy điện Lagisza: CFB siêu tới hạn giới”, Link, Truy cập ngày 27 tháng 10 năm 2020 10 H Yang, G Yue, 2010, “Tiến triển công nghệ lò CFB Trung Quốc” 11 A Nikolopoulos, CPERI/CERTH, 2017, “Đánh giá tính linh hoạt Vịi đốt CFB thay đổi phụ tải theo loại nhiên liệu” 12 E Coda Zabetta, 2008, “Kinh nghiệm Foster Wheeler việc sử dụng sinh khối rác thải cho CFB” 13 ZBG, 2018, “Nhà máy điện than Na Dương”, Link, Truy cập ngày 27 tháng 10 năm 2020 14 Frank Kluger, Power Engineering International, 2004, “Nhà máy điện đốt than - Cao Ngạn thiết lập tiêu chuẩn”, Link, Truy cập ngày 27 tháng 10 năm 2020 15 Vietnam Energy, 2014, “Vinacomin ứng dụng thành công công nghệ CFB nhà máy nhiệt điện”, Link, Truy cập ngày 27 tháng 10 năm 2020 16 Global Energy Monitor,“Trạm điện Thăng Long”, Link, Truy cập ngày 27 tháng 10 năm 2020 17 Global Energy Monitor,“ Trạm điện Mạo Khê”, Link, Truy cập ngày 27 tháng 10 năm 2020 18 Đánh giá độc lập ADB, 2019, “Việt Nam: Dự án nhiệt điện Mông Dương 1” 19 NS Energy, “Nhà máy nhiệt điện Nam Định 1”, Link, Truy cập ngày 27 tháng 10 năm 2020 20 Số liệu kỹ thuật, vận hành, chi phí thu thập từ nhà máy, báo cáo TKCS/TKKT, website dự án, quan điều độ HTĐ Số liệu phát thải lấy từ báo cáo đo lường khí thải, số liệu quan trắc tự động, báo cáo TKCS/TKKT 32 Bảng số liệu Công nghệ USD 2019 2020 Nhà máy điện lò CFB siêu tới hạn Mức độ không Mức độ không Ghi 2050 chắn (2020) chắn (2050) Thấp Cao Thấp Cao hơn hơn 600 300 660 300 800 2030 Số liệu lượng/kỹ thuật Công suất phát tổ máy (MWe) Cơng suất phát tồn nhà máy (MWe) Hiệu suất điện, (%), danh định Hiệu suất điện, (%), danh định, trung bình năm Ngừng máy cưỡng (%) Ngừng máy theo kế hoạch (số tuần/năm) Vòng đời kỹ thuật (năm) Thời gian xây dựng (năm) Yêu cầu không gian (1000 m2/MWe) Số liệu bổ sung nhà máy phi nhiệt điện Hệ số công suất (%), lý thuyết Hệ số công suất (%), bao gồm ngừng máy Cấu hình tăng giảm cơng suất Tốc độ tăng giảm công suất (% phút) Phụ tải tối thiểu (% đầy tải) Thời gian khởi động ấm (giờ) Thời gian khởi động lạnh (giờ) Môi trường PM 2.5 (mg/Nm3) SO2 (độ khử lưu huỳnh, %) NOX (g/GJ nhiên liệu) Số liệu tài Đầu tư danh nghĩa (tr.USD/MWe) - thiết bị (%) - lắp đặt (%) Vận hành & bảo trì cố định (USD/MWe/năm) Vận hành & bảo trì biến đổi (USD/MWh) Chi phí khởi động (USD/MWe/lần khởi động) 600 600 1.200 1.200 1.200 300 1.200 41 42 43 37 40 41 42 7 30 - 30 - - TL 1;2 43 300 39 1.800 45 1;2;3 37 43 39 45 1;2;3 3 30 - 25 - 15 40 - 2 25 - 40 - - - - - - - 40 10 25 12 20 12 25 50 8,5 15 10 70 90 108 70 90 105 70 95 38 50 90 152 150 95 263 1,53 1,52 1,50 0,73 40.900 0,12 52 39.800 0,12 52 38.500 0,12 52 32.100 0,09 42 A A A 1 1 30 12 B A B B 1,4 1,5 1 20 90 38 100 99 263 E C 3;6;7 3;6;7 6;7;8 1,82 0,73 1,71 D;F;G 1;7;9;10 53.500 1,01 104 30.100 0,09 42 50.300 0,15 104 F F 1;7;9;10 1;7 12 Tài liệu tham khảo: Ea Energy Analyses Cục Năng lượng Đan Mạch, 2017, "Dữ liệu công nghệ cho ngành điện Indonesia – Cẩm nang sản xuất điện tích trữ điện năng" Trung tâm Than IEA, 2017, "Vai trị cơng nghệ tầng sơi tuần hồn (CFB) sản xuất điện than tương lai” Trung tâm Than IEA, 2013, "Phân tích tính kinh tế-cơng nghệ cơng nghệ đốt than phun so với công nghệ đốt CFB" Malgorzata Wiatros-Motyka, 2017, “Nhà máy điện Lagisza: CFB siêu tới hạn giới”, Link, Truy cập ngày 27 tháng 10 năm 2020 Prabir Basu, 2015, “Lò tầng sơi tuần hồn Vận hành thiết kế bảo trì” Viện Dữ liệu Điện lực Platts (UDI) Cơ sở liệu nhà máy điện giới (WEPP) Cách tiếp cận đường cong học tập để xây dựng thơng số tài Cơng nghệ xử lý nhiên liệu, 2013, “Khí thải từ lị tầng sơi tuần hồn quy mơ lớn đốt than non sinh khối” IEA, Chi phí sản xuất điện dự kiến, 2015 10 IEA, Triển vọng Năng lượng giới, 2015 11 Quỹ Nghiên cứu than & thép, 2008, “Hệ thống CFB quy mô lớn cho điện than cạnh tranh” 12 Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung, Chi phí khởi động nhà máy nhiệt điện thị trường có tỷ trọng lượng tái tạo ngày tăng, 2016 Ghi chú: A Giả thiết có cải tiến theo tiêu chuẩn quốc tế đến năm 2050 B Giả định khơng có cải thiện khả điều tiết từ năm 2030 đến năm 2050 C Tính từ mức tối đa 750 mg/Nm3 sang g/GJ (hệ số chuyển đổi 0,35 tham khảo từ Sổ tay phòng ngừa giảm thiểu ô nhiễm, 1998) D Để đảm bảo tính kinh tế quy mơ cơng suất, đề xuất áp dụng hệ số tỷ lệ (a) 0,8 E Mức độ không chắn cao theo quy định Mức thấp theo tiêu chuẩn hành Nhật Bản (2020) Hàn Quốc (2050) F Mức độ không chắn (Cao hơn/thấp hơn) ước tính +/- 25% G Các chi phí đầu tư bao gồm chi phí kỹ thuật, mua sắm xây dựng (EPC) Xem mô tả Phương pháp luận 33 TUABIN KHÍ Mơ tả cơng nghệ Tuabin khí tuabin đốt sử dụng khí làm chất lỏng truyền lực để phát điện Chu trình đơn Các cấu phần tổ máy phát điện tuabin khí chu trình đơn (hoặc chu trình hở) là: Tua bin khí, bánh (nếu cần), máy phát điện, máy nén đầu đốt Trong Hình tuabin khí chu trình đơn Tại điểm cửa nạp khí, khí nén (dịng khí thứ 2) Trong buồng đốt (C.C.) khơng khí bổ sung vào q trình đốt Khơng khí làm nóng khí đốt (dịng khí thứ 3) đưa đến tuabin khí, khí giãn nở Điều làm cho trục quay khiến cho máy phát điện quay Khí thải dịng khí thứ Nhiên liệu Máy nén khí Khơng khí Hình 7: Sơ đồ quy trình tuabin khí chu trình đơn (SCGT) (Tài liệu tham khảo 1) Nhìn chung có hai loại tuabin khí: 1) Tuabin cơng nghiệp (cịn gọi tuabin công suất cao) 2) Tuabin cho ngành hàng khơng Tuabin khí cơng nghiệp khác với tuabin khí cho ngành hàng không chỗ kết cấu khung, ổ đỡ cánh nặng Ngồi ra, tuabin khí cơng nghiệp có khoảng thời gian ngừng máy dài lần hoạt động so với tuabin hàng không Tuabin hàng khơng có hiệu suất cao tuabin cơng nghiệp mô đun đặt hàng nhiều tuabin khí cho ngành hàng khơng bình thường thay vài ngày, có tính khả dụng cao Phần trình bày loại tuabin Các tuabin khí trang bị làm mát trung gian cho máy nén khí, khí nén làm mát để giảm nhu cầu điện cho q trình nén Có thể sử dụng thu hồi nhiệt tích hợp (gia nhiệt khơng khí cho q trình cháy) để tăng hiệu suất thơng qua trao đổi nhiệt khơng khí/khơng khí – với chi phí gia tăng tổn thất áp suất khí thải Nhà máy điện tuabin khí phun nước trực tiếp vào đốt để tăng công suất điện thơng qua q trình giãn nở bên tuabin (Chu trình Cheng) Tuabin khí loại nhỏ (hướng tâm) cơng suất 100 kW có thị trường, gọi tuabin cực nhỏ Những tuabin thường có gia nhiệt khơng khí cho q trình đốt nhiệt từ khí thải tuabin khí (bộ thu hồi nhiệt tích hợp) để đạt hiệu suất điện hợp lý (25-30%) Trong phần đây, tuabin khí loại nhỏ khơng sử dụng Chu trình hỗn hợp Những thành phần nhà máy điện tuabin khí chu trình hỗn hợp (CCGT) bao gồm: tuabin khí, tuabin hơi, truyền động (nếu cần), máy phát điện lị thu hồi nhiệt (HRSG)/bộ trao đổi nhiệt khí thải, xem sơ đồ Hình 34 Xả Bơm Nhiên liệu Bình ngưng Máy nén khí Khơng khí Hình 8: Sơ đồ q trình vận hành tuabin khí chu trình hỗn hợp (CCGT) (Tài liệu tham khảo 1) Tuabin khí tuabin quay riêng rẽ hai máy phát điện khác (như thể hình trên, gọi cấu trúc đa trục) quay chung máy phát điện (gọi cấu trúc đơn trục) Trong cấu trúc trục đơn (chung trục) đem lại độ tin cậy cao hơn, cấu trúc đa trục (các trục riêng rẽ) có thông số hiệu suất tổng thể tốt chút (hiệu suất cao hơn) Ngoài ra, việc sử dụng máy phát đơn trục làm giảm nhu cầu linh kiện riêng lẻ dùng chung hệ thống hỗ trợ, phụ trợ nhà máy điện Điều dẫn tới lợi tài vận hành so với máy phát đa trục Trong đó, máy phát đa trục lại có ưu điểm bảo trì Hệ thống chạy hai máy phát độc lập sử dụng máy phát máy cịn lại bảo trì Điều làm tăng tính linh hoạt giai đoạn xây dựng nhà máy bổ sung phương án bố trí nhà máy (Tài liệu tham khảo 6) Bình ngưng làm mát nước biển nước tuần hoàn tháp làm mát Hiệu suất điện, việc phụ thuộc vào đặc tính kỹ thuật điều kiện mơi trường xung quanh cịn phụ thuộc vào nhiệt độ khói thải nhiệt độ nước làm mát (giảm nhiệt độ nước làm mát làm tăng hiệu suất) Cơng suất phát tuabin khí thơng thường gấp từ hai đến ba lần cơng suất phát tuabin Tuabin khí chu trình hỗn hợp có hiệu suất 50-60%, tuabin khí chu trình đơn có hiệu suất 30-35% Đầu vào Nhiên liệu đặc trưng khí tự nhiên (kể LNG) dầu nhẹ Một số tuabin khí sử dụng loại nhiên liệu khác LPG, khí sinh học, v.v., số sử dụng hai loại nhiên liệu (khí/dầu) Tuabin khí cần áp suất đầu vào nhiên liệu (khí) 20-60 bar, phụ thuộc vào tỷ số nén tuabin khí, nghĩa áp suất vào buồng đốt Thông thường, tuabin khí cho ngành hàng khơng cần áp suất nhiên liệu (khí) cao tuabin khí cơng nghiệp Cơng suất điển hình Tuabin khí chu trình đơn có dải cơng suất từ 30 kW – 450 MW Hầu hết tổ máy CCGT có cơng suất điện > 40 MW Cấu hình tăng giảm cơng suất Tuabin khí chu trình đơn khởi động dừng máy vài phút, cung cấp điện giai đoạn phụ tải đỉnh Hiệu suất tuabin khí chu trình đơn thấp đáng kể so với loại chu trình hỗn hợp, nhiên có chi phí rẻ nhiều, phần lớn chúng sử dụng cho nhà máy chạy đỉnh nhà máy điện dự phòng, vận hành từ vài ngày vài chục năm Tuy nhiên, lần khởi động/dừng máy có tác động đáng kể đến chi phí dịch vụ thời gian bảo trì Theo nguyên lý, lần khởi động tương ứng với 10 tuổi đời kỹ thuật thiết bị Tuabin khí có khả vận hành lưng phụ tải Chế độ làm giảm hiệu suất điện phụ tải thấp mức phát thải, ví dụ NOx CO, tăng lên Nm3 khí tiêu thụ Sự gia tăng phát thải NOx phụ tải giảm tạo giới hạn khả điều chỉnh cơng suất Điều giải phần cách bổ sung thêm khử NOx Tổ máy CCGT vận hành non tải mức độ Điều làm giảm hiệu suất điện thường 35 làm tăng phát thải NOx Nếu tuabin khơng chạy tuabin khí vận hành cách cho khí nóng chạy qua lò thiết kế cho nhiệt độ cao đưa vào ống khói phụ Những tuabin khí lớn cho hệ thống CCGT thường trang bị cánh dẫn hướng đầu vào điều chỉnh, giúp cải thiện hiệu suất mức non tải dải cơng suất 85-100% cơng suất định mức, hiệu suất chạy non tải tương đương với nhà máy điện tuabin thông thường dải phụ tải Một cách khác để cải thiện hiệu suất chạy non tải chia tổng công suất phát cho nhiều tổ máy CCGT Tuy nhiên, cách nhìn chung dẫn đến hiệu suất chạy đầy tải bị thấp so với tổ máy lớn Ưu điểm/nhược điểm Ưu điểm: • Nhà máy điện tuabin khí chu trình đơn có thời gian khởi động/ngừng máy ngắn, cần Đối với vận hành bình thường, khởi động ấm cần 10-15 phút • Những tổ máy chu trình hỗn hợp lớn có hiệu suất sản xuất điện cao lĩnh vực sản xuất điện sử dụng nhiên liệu • Đặc trưng CCGT chi phí đầu tư thấp, hiệu suất điện cao, thời gian xây dựng ngắn thời gian khởi động ngắn Tuy nhiên, tính kinh tế theo quy mơ đầu tư lớn, chẳng hạn chi phí đầu tư cụ thể nhà máy có cơng suất 200 MW tăng lên cơng suất nhà máy giảm • Phát thải CO2 thấp so với công nghệ sử dụng nhiên liệu hóa thạch khác Nhược điểm: • Đối với tổ máy lớn có cơng suất 15 MW, cơng nghệ chu trình hỗn hợp hấp dẫn so với tuabin khí chu trình đơn, ứng dụng nhà máy đồng phát để cấp nhiệt tập trung Hơi nước từ nguồn khác (VD: lị đốt rác) cung cấp cho tuabin Do đó, việc thiếu tuabin xem nhược điểm tuabin khí chu trình đơn quy mơ lớn • Những tổ máy CCGT nhỏ có hiệu suất điện thấp so với tổ máy lớn Có tổ máy công suất 20 MW tổ máy phải cạnh tranh sít với tuabin khí chu trình đơn động pít-tơng • Tỷ lệ khí/nhiên liệu tuabin khí mức cao dẫn tới hiệu suất tổng thể thấp mức nhiệt độ làm mát khí thải cho trước so với chu trình đồng phát dựa động đốt • Khi nhà máy điện CCGT sử dụng nguồn khí, cố cung cấp khí dẫn tới tổn thất điện nhiều nhà máy điện Môi trường Nhiên liệu tuabin khí đốt cháy liên tục với thành vỏ khơng làm mát Điều có nghĩa nhiên liệu cháy kiệt mức phát thải thấp (trừ NOx) Những cải tiến tập trung vào buồng đốt dẫn đến mức NOx thấp Để làm giảm phát thải NOx nữa, q trình hậu xử lý khí thải thực hiện, ví dụ áp dụng hệ thống khử chất xúc tác chọn lọc (SCR) Việc làm Ví dụ, nhà máy điện CCGT Nhơn Trạch (750 MW) tạo việc làm cho 1000 người thời gian xây dựng khoảng 120 người giai đoạn vận hành bảo trì (Tài liệu tham khảo 4) Triển vọng nghiên cứu phát triển Tuabin khí cơng nghệ phổ biến phát triển chín muồi – thuộc loại Hiệu suất cải thiện cấu hình tuabin khí chu trình đơn thông qua giải pháp làm mát trung gian thu hồi nhiệt Nghiên cứu bước làm ẩm (phun nước) q trình lấy khơng khí (HAT) dự kiến làm tăng hiệu suất lưu lượng qua tuabin cao Ngoài ra, việc cải tiến liên tục để q trình đốt nhiễm diễn Giả định cơng nghệ đốt có phát thải NOx thấp Việc phun nước nước vào khoang vòi đốt làm giảm phát thải NOx, làm giảm hiệu suất tổng giảm tính khả thi mặt tài Xu hướng phát triển thiên đốt khô với phát thải NOx thấp, cơng nghệ làm tăng chi phí tuabin khí 36 Nghiên cứu liên tục thực liên quan đến nhiệt độ đầu vào cao cánh tuabin nhằm đạt hiệu suất điện cao Nghiên cứu tập trung vào vật liệu và/hoặc làm mát cánh tuabin Sự cải tiến liên tục để q trình đốt nhiễm diễn Việc tăng nhiệt độ đầu vào tuabin làm gia tăng phát thải NOx Để giữ mức phát thải NOx thấp, áp dụng nhiều phương án khác có sẵn phát triển, ví dụ vịi đốt khơ có phát thải NOx thấp, vịi đốt xúc tác, v.v Phát triển công nghệ để đạt thời gian cung cấp dịch vụ ngắn thực Ví dụ dự án nước có Nhà máy điện tuabin khí chu trình hỗn hợp Nhơn Trạch (CCGT) nằm huyện Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai Tổng công suất nhà máy 750 MW, bắt đầu vận hành thương mại từ năm 2011 Nhà máy nhiệt điện Nhơn Trạch sử dụng tuabin khí chu trình hỗn hợp với cấu hình 2-2-1, bao gồm tuabin khí, lị thu hồi nhiệt tuabin Hiệu suất điện nhà máy 55%, tỷ lệ dừng bắt buộc khoảng 3% thời gian dừng theo kế hoạch tuần/năm (8%) Nhiên liệu sử dụng khí tự nhiên từ bể khí Cửu Long Nam Cơn Sơn Theo báo cáo đánh giá tác động môi trường Quý I năm 2017, phát thải PM2.5 nhà máy CCGT Nhơn Trạch 30,1 mg/Nm3, phát thải NOx 208 mg/Nm3 phát thải SO2 2,62 mg/Nm3 Tốc độ điều chỉnh công suất nhà máy 5,3%/phút, phụ tải tối thiểu 40% thời gian khởi động ấm khởi động lạnh tương ứng 4,8 Tổng mức đầu tư 641 tr.USD (quy đổi giá USD năm 2019, chưa bao gồm chi phí hành chính, tư vấn, quản lý dự án, chuẩn bị địa điểm, thuế tiền lãi thời gian xây dựng nhà máy), tương ứng với suất đầu tư danh nghĩa 0,85 tr.USD/MWe Tổng chi phí đầu tư (gồm chi phí nêu trên) 764 tr USD, tương ứng với 1,02 tr.USD/MWe Chi phí cố định vận hành bảo trì 33,4 USD/MWe/năm chi phí biến đổi vận hành bảo trì 0,59 USD/MWh Ước tính số liệu Phần trình bày nguồn số liệu sở cho bảng số liệu cách tính tốn thơng số ước tính bảng số liệu Số liệu lấy từ sáu nhà máy điện tuabin khí chu trình hỗn hợp vận hành Việt Nam giá trị trung bình thơng số sử dụng làm số ước tính trung tâm cho bảng số liệu năm 2020 Các nhà máy bao gồm: Phú Mỹ 2.2 (2004), Phú Mỹ (2005), Nhơn Trạch (2008), Nhơn Trạch (2011), Cà Mau (2008), Cà Mau (2008) (Tài liệu tham khảo 5) Về công suất tổ máy nhà máy, mức quy mô công suất phổ biến chọn Xem 37 Bảng Từ năm 2030 2050, số liệu Cẩm nang Công nghệ Indonesia sử dụng ngoại trừ thơng số tài trình bày riêng phần Khơng có số liệu nhà máy điện tuabin khí chu trình đơn Việt Nam cho nghiên cứu này, nhìn chung số liệu lấy từ Cẩm nang Công nghệ Indonesia Đối với thông số độ linh hoạt (tốc độ điều chỉnh công suất, phụ tải tối thiểu thời gian khởi động), thông số tương tự nhà máy CCGT nước giả định cho năm 2020 Tuabin khí có độ linh hoạt cao giống nhà máy nhiệt điện than, nhà máy nhiệt điện khí dự kiến khơng cải thiện tính linh hoạt so với nhà máy khơng có sách khuyến khích giai đoạn ngắn hạn (2020) Những thơng số tài trình bày riêng phần Những giá trị phát thải chuyển đổi đơn vị từ mg/Nm3 sang g/GJ theo hệ số chuyển đổi khí 0,027 lấy từ Sổ tay Phịng chống giảm thiểu nhiễm, 1998 38 Bảng 8: Tuabin khí chu trình hỗn hợp, số liệu năm 2020 lấy từ nhà máy nước, số liệu Cẩm nang Công nghệ Indonesia số liệu trung bình ước tính cho Cẩm nang Cơng nghệ Việt Nam (USD 2019) Thơng số Cơng suất phát tổ máy (MWe) Cơng suất phát tồn nhà máy (MWe) Hiệu suất điện (%), nhãn máy Giá trị trung bình số liệu từ nhà máy nước (Tài liệu Số lượng tham khảo 5) nhà máy 650 CNCN Indonesia (2020) Trung bình 600 Thấp Cao 200 800 CNCN Việt Nam (2021) 750 6508 56 57 45 62 56 Hiệu suất điện (%), trung bình năm Tốc độ tăng giảm công suất (% phút) Phụ tải tối thiểu (% đầy tải) 52 56 39 61 52 20 10 30 56 45 30 50 56 Thời gian khởi động ấm (giờ) Thời gian khởi động lạnh (giờ) 5 30,1 30 30 30 30 - - - - 57 0,80 86 0,78 20 0,68 86 0,83 57 0,80 30.500 24.100 18.100 30.100 30.500 0,47 0,14 0,10 0,17 0,47 73 83 62 104 73 PM 2.5 (mg/Nm ) SO2 (mức khử lưu huỳnh, %) NOX (g/GJ nhiên liệu) Đầu tư danh nghĩa (tr.USD/MWe) Chi phí vận hành bảo trì cố định (USD/MWe/năm) Chi phí vận hành bảo trì biến đổi (USD/MWh) Chi phí khởi động (USD/MWe/lần khởi động) 1.500 Bảng liệt kê số liệu ước tính quốc tế chi phí đầu tư nhà máy điện tuabin khí chu trình đơn (SCGT) chu trình hỗn hợp (CCGT) Có thể thấy chênh lệch lớn chi phí đầu tư Theo Báo cáo Triển vọng Năng lượng Thế giới năm 2016 IEA10, dự kiến Trung Quốc chi phí đầu tư mức thấp Ngồi ra, Báo cáo dự báo chi phí đầu tư ổn định, chi phí dự báo giảm nhẹ Cẩm nang Công nghệ Indonesia Như trình bày nhà máy điện CCGT giá trị trung bình dự án vận hành nước sử dụng làm ước tính chi phí đầu tư trung bình cho năm 2020 Đối với năm 2020 2030 giá trị trung bình số liệu tham chiếu bảng sử dụng trừ số liệu ước tính cho Trung Quốc không phù hợp với thực tế Việt Nam Tuy nhiên số liệu sử dụng làm giới hạn thấp Đối với nhà máy điện SCGT, áp dụng cách tiếp cận tương tự, sử dụng giá trị trung bình số liệu tham chiếu bảng này, ngoại trừ số liệu ước tính cho Trung Quốc nhằm đảm bảo quán phương pháp luận Bảng 9: Chi phí đầu tư tuabin khí nghiên cứu quốc tế (đã chuyển đổi sang giá USD năm 2019) Cẩm nang Công nghệ Đan Mạch mô tả nhà máy điện có tuabin đối áp sử dụng nhà máy đồng phát (CHP), nhiệt sử dụng cho cấp nhiệt tập trung Do nhà máy không đưa vào IEA WEO 2016 SCGT Chi phí đầu tư (USD năm 2019/W) Tất năm: 20152040 Trung Quốc Ấn Độ 0,36 0,42 Một nhà máy điển hình có hai tổ máy tuabin khí tổ máy tuabin Phát thải lưu huỳnh từ tổ máy đốt khí thiên nhiên thấp hàm lượng lưu huỳnh nhiên liệu mức thấp Do đó, khơng sử dụng cơng nghệ khử lưu huỳnh cho công nghệ Số liệu trường hợp dự án nước thể mức phát thải 2,62 mg/Nm3 10 Cơ quan Năng lượng quốc tế, Triển vọng Năng lượng giới, 2016 39 CCGT Nghiên cứu Đông Nam Á 2015 IEA CCGT CNCN Indonesia11 SCGT CCGT CNCN Việt Nam SCGT CCGT 0,57 Đông Nam Á/2030 (USD năm 2019/W) 0,70 2030 2020 Trung bình 0,80 0,75 Trung bình 0,61 0,80 0,73 Thấp Cao 0,68 0,64 2020 1,25 0,80 Thấp Cao 0,36 0,57 1,25 0,80 0,76 0,71 2030 0,59 0,72 2050 Trung bình 0,71 0,65 Trung bình 0,56 0,71 Thấp Cao 0,57 0,55 2050 0,83 0,70 Thấp Cao 0,36 0,57 0,83 0,80 Tài liệu tham khảo Phần mô tả chương chủ yếu trích dẫn từ Cẩm nang Cơng nghệ Đan Mạch “Số liệu công nghệ nhà máy điện - Phát điện cấp nhiệt tập trung, tích trữ lượng phát chuyển đổi chất mang lượng” Những nguồn tài liệu sau sử dụng: Nag, “Kỹ thuật nhà máy điện”, 2009 Ibrahim & Rahman, “Hiệu ứng hệ số nén lên hiệu suất hoạt động nhà máy điện tuabin khí chu trình hỗn hợp”, Tạp chí quốc tế Kỹ thuật lượng, 2012 Mott MacDonald, “Cập nhật chi phí phát điện Vương quốc Anh”, 2010 PECC2, “Báo cáo thiết kế sở nhà máy điện tuabin khí chu trình hỗn hợp Nhơn Trạch 2”, 2008 Thu thập số liệu từ nhà máy điện CCGT có, gồm: Phú Mỹ 2.2 (2004), Phú Mỹ (2005), Nhơn Trạch (2008), Nhơn Trạch (2011), Cà Mau (2008), Cà Mau (2008) POWER, “Các lợi ích nhà máy điện chu trình hỗn hợp trục đơn”, Tin tức Công nghệ cho ngành công nghiệp lượng tồn cầu, 2018 Chi phí đầu tư điều chỉnh giá USD năm 2019 nhân lên cho nhà máy điện công suất 2*750 MW CCGT nhà máy công suất 2*50 MW SCGT với hệ số tỷ lệ 0,8 Phương pháp tính trình bày Phụ lục A 11 40 Các bảng số liệu Những trang sau trình bày bảng số liệu công nghệ Tất chi phí tính la Mỹ (USD), giá năm 2019 Công nghệ USD 2019 2020 2030 Số liệu lượng/kỹ thuật Công suất phát tổ máy (MWe) Cơng suất phát tồn nhà máy (MWe) Hiệu suất điện, (%), danh định Hiệu suất điện, (%), danh định, trung bình năm Ngừng máy cưỡng (%) Ngừng máy theo kế hoạch (số tuần/năm) Vòng đời kỹ thuật (năm) Thời gian xây dựng (năm) Yêu cầu không gian (1000 m2/MWe) Số liệu bổ sung cho nhà máy phi nhiệt điện Hệ số công suất (%), lý thuyết Hệ số công suất (%), bao gồm ngừng máy Cấu hình tăng giảm cơng suất Tốc độ tăng giảm công suất (% phút) Phụ tải tối thiểu (% đầy tải) Thời gian khởi động ấm (giờ) Thời gian khởi động lạnh (giờ) Môi trường PM 2.5 (g/Nm3) SO2 (độ khử lưu huỳnh, %) NOx (g/GJ nhiên liệu) Số liệu tài Đầu tư danh nghĩa (tr.USD/MWe) - thiết bị (%) - lắp đặt (%) Vận hành & bảo trì cố định (USD/MWe/năm) Vận hành & bảo trì biến đổi (USD/MWh) Chi phí khởi động (USD/MWe/lần khởi động) Tuabin khí chu trình đơn – Hệ thống lớn Mức độ không Mức độ không Ghi 2050 chắn (2020) chắn (2050) Thấp Thấp Cao Cao hơn hơn 50 35 65 35 65 100 35 150 35 150 40 50 100 34 50 100 36 33 35 39 25 1,5 0,02 25 1,5 0,02 25 1,5 0,02 1,1 0,015 1,9 0,025 1,1 0,015 1,9 0,025 - - - - - - - 20 20 0,25 0,5 20 30 0,23 0,5 20 15 0,20 0,5 10 30 30 50 10 10 30 86 30 60 30 20 30 20 30 86 0,61 0,59 0,56 0,36 50 50 24.100 50 50 23.400 50 50 22.700 50 50 18.100 25 25 25 19 TL 3 1;2 1;2 B B 3 30 40 C A 3;8 3 30 20 30 86 E A;D 1,25 0,36 0,83 F;G 50 50 30.100 50 50 17.000 50 50 28.400 B 1-5 9 1-5 31 19 31 B 3;7 Tài liệu tham khảo: IEA, Dự báo chi phí phát điện, 2015 IEA, Triển vọng Năng lượng Thế giới, 2015 Cục Năng lượng Đan Mạch, 2015, " Cẩm nang Công nghệ phát điện nhiệt " Cách tiếp cận đường cong học tập để xây dựng thơng số tài Kinh tế học lượng môi trường, 2014, "Đánh giá chi phí đầu tư cơng nghệ phát điện – Khuyến nghị cho nghiên cứu 10 20 năm WECC" Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung, Chi phí khởi động nhà máy nhiệt điện thị trường có tỷ lệ gia tăng nguồn lượng tái tạo không ổn định, 2016 Phát thải tối đa theo quy định số 21/2008 Bộ Môi trường Vuorinen, A., 2008, "Quy hoạch hệ thống điện tối ưu” Soares, 2008, "Tuabin khí: Sổ tay ứng dụng không, mặt đất biển" Ghi chú: A Giả thiết có cải tiến theo tiêu chuẩn quốc tế đến năm 2050 B Mức độ không chắn (cao hơn/thấp hơn) ước tính +/- 25% C Giả định khơng có cải thiện lực điều tiết D Tính từ giá trị lớn 400 mg/Nm3 sang g/GJ (hệ số chuyển đổi 0,27 lấy từ Sổ tay Phòng chống giảm thiểu nhiễm, 1998) E Khí tự nhiên thương mại hóa thực tế khơng có lưu huỳnh khơng tạo điơxít lưu huỳnh F Chi phí đầu tư tuabin khí hàng khơng mức cao so với tuabin khí cơng nghiệp (Tài liệu tham khảo 5) Sơ cao 50% G Chi phí đầu tư bao gồm chi phí kỹ thuật, mua sắm xây dựng (EPC) Xem mô tả phần Phương pháp luận 41 Công nghệ USD 2019 2020 2030 Số liệu lượng/kỹ thuật Công suất phát tổ máy (MWe) Cơng suất phát tồn nhà máy (MWe) Hiệu suất điện, (%), danh định Hiệu suất điện, (%), danh định, trung bình năm Ngừng máy cưỡng (%) Ngừng máy theo kế hoạch (số tuần/năm) Vòng đời kỹ thuật (năm) Thời gian xây dựng (năm) Yêu cầu không gian (1000 m2/MWe) Số liệu bổ sung cho nhà máy phi nhiệt điện Hệ số công suất (%), lý thuyết Hệ số công suất (%), bao gồm ngừng máy Cấu hình tăng giảm cơng suất Tốc độ tăng giảm công suất (% phút) Phụ tải tối thiểu (% đầy tải) Thời gian khởi động ấm (giờ) Thời gian khởi động lạnh (giờ) Môi trường PM 2.5 (g/Nm3) SO2 (độ khử lưu huỳnh, %) NOx (g/GJ nhiên liệu) Số liệu tài Đầu tư danh nghĩa (tr.USD/MWe) - thiết bị (%) - lắp đặt (%) Vận hành & bảo trì cố định (USD/MWe/năm) Vận hành & bảo trì biến đổi (USD/MWh) Chi phí khởi động (USD/MWe/lần khởi động) Tuabin khí chu trình hỗn hợp Mức độ khơng Mức độ khơng 2050 chắn (2020) chắn (2050) Thấp Cao Thấp Cao hơn hơn 750 200 800 200 800 1.500 200 1.600 200 1.600 61 45 62 55 65 Ghi 750 1.500 56 750 1.500 60 52 59 60 39 61 54 64 5 25 2,5 - 5 25 2,5 - 5 25 2,5 - 3 20 - 10 30 - 3 20 - 10 30 - - - - - - - - 56 20 30 20 15 10 30 30 50 10 10 0,5 30 40 C A A 30 78 30 60 30 20 20 86 20 86 E A;D 0,77 50 50 29.350 0,45 0,69 50 50 28.500 0,13 0,68 50 50 27.600 0,12 0,55 50 50 22.000 0,34 0,77 50 50 36.700 0,56 0,55 50 50 20.700 0,09 0,77 50 50 34.500 0,15 70 70 70 52 87 53 88 TL 1 1;3;5;10 1 1 F B B B 1;2 1;5 1;5 7;8 1;3;10 9 1;3 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 tối ưu " IEA, Triển vọng lượng giới, 2015 Cách tiếp cận đường cong học tập để xây dựng thơng số tài Siemens, 2010, "Tương lai linh hoạt chu trình hỗn hợp” Deutsches Institut für Wirtschaftsforschung, Chi phí khởi động nhà máy nhiệt điện thị trường có tỷ lệ gia tăng nguồn lượng tái tạo không ổn định, 2016 Phát thải tối đa theo quy định số 21/2008 Bộ Môi trường Cục Năng lượng Đan Mạch, 2015, "Cẩm nang Công nghệ phát điện nhiệt " Soares, 2008, "Tuabin khí: Sổ tay ứng dụng không, mặt đất biển " 10 IEA, Dự báo chi phí phát điện, 2015 Ghi chú: A Giả thiết có cải tiến theo tiêu chuẩn quốc tế đến năm 2050 B Mức độ khơng chắn (cao hơn/thấp hơn) ước tính +/- 25% C Giả định khơng có cải thiện lực điều tiết D Tính từ giá trị lớn 400 mg/Nm3 sang g/GJ (hệ số chuyển đổi 0,27 lấy từ Sổ tay Phòng chống giảm thiểu nhiễm, 1998) E Khí tự nhiên thương mại hóa thực tế khơng có lưu huỳnh khơng tạo điơxít lưu huỳnh F Chi phí đầu tư bao gồm chi phí kỹ thuật, mua sắm xây dựng (EPC) Xem mô tả phần Phương pháp luận 42 THU GIỮ VÀ LƯU TRỮ CO2 (CCS) Mơ tả cơng nghệ Một ngun nhân dẫn đến gia tăng nồng độ CO2 khí thập kỷ qua việc đốt nhiên liệu hóa thạch Để tìm kiếm nguồn lượng bền vững, công nghệ thu giữ lưu trữ Carbon (CCS) cho phép sử dụng nhiên liệu hóa thạch tương lai hạn chế CO2 Ngoài ra, CCS mang lại mức phát thải âm áp dụng sinh khối, điều giúp hạn chế tăng nhiệt độ lâu dài theo kịch IEA IPCC Công nghệ CCS chia thành bước Thu giữ, Nén, Vận chuyển Lưu trữ mô tả phần sau Thu giữ CO2 Lượng CO2 từ nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch chiếm khoảng 3-15% lượng khí thải Q trình thu giữ carbon diễn trước đốt, sau đốt thơng qua q trình đốt cháy nhiên liệu oxy (Tài liệu tham khảo 1) Thu giữ sau trình đốt Trong bước thu giữ sau trình đốt, CO2 tách khỏi khí thải Cơng nghệ sau đốt chiếm ưu công nghệ hấp thụ lọc CO2 dung mơi hóa học dung dịch amin bán thị trường cho mục đích cơng nghiệp chưa sử dụng cho nhà máy điện CO2 tách khỏi dung môi cách tăng nhiệt độ (Tài liệu tham khảo 2) Thu giữ trước trình đốt Trong bước thu giữ trước trình đốt, CO2 thu giữ trước đốt q trình khí hóa than q trình khử carbon khí tự nhiên, tạo thành hydro carbon dioxide Hydro sử dụng làm nhiên liệu CO2 loại bỏ (Tài liệu tham khảo 1) Công nghệ tách phổ biến sử dụng dung mơi để loại bỏ CO2 khỏi khí tổng hợp sau giải phóng CO2 nhiệt độ cao áp suất thấp Cách đòi hỏi phải bổ sung công suất nhiệt điện lên tới 15% công suất điện cho hai bước, thu giữ trước sau q trình đốt Dung mơi gốc amin sử dụng phổ biến (Tài liệu tham khảo 3) Thu giữ trình đốt cháy nhiên liệu oxy Trong trình đốt cháy nhiên liệu oxy, nitơ khơng khí loại bỏ Bộ tách khơng khí (ASU), nhiên liệu đốt cháy mơi trường khí oxy CO2 tuần hồn tái sử dụng Một phương án thay cho ASU oxy dư thừa từ hệ thống điện phân sử dụng để cấp cho trình đốt Điều dẫn đến khí thải chứa nước CO2, nước ngưng tụ dễ dàng, tạo có nồng độ CO2 cao (Tài liệu tham khảo 4) Trong ba phương pháp, sau thu giữ, cần nén CO2 vận chuyển đến kho chứa Nén hóa lỏng CO2 Rào cản việc sử dụng rộng rãi công nghệ loại bỏ CO2 chi phí tách nén CO2 cao Yêu cầu lượng bổ sung cho trình thường làm giảm 10% hiệu suất Để vận chuyển CO2 đường ống, cần trì áp suất thích hợp từ 10 đến 20 MPa, ngược lại vận chuyển tàu cần hóa lỏng CO2 Vận chuyển CO2 Cần vận chuyển CO2 thu từ nhà máy điện đến bể chứa thích hợp, nơi CO2 bơm vào lưu trữ lâu dài Giải pháp cho khả thi sử dụng đường ống Chi phí đường ống tỷ lệ thuận với khoảng cách, tăng từ 50 đến 100% khu vực đông dân cư so với đường ống qua khu vực vùng sâu vùng xa núi, khu bảo tồn thiên nhiên đường Đường ống khơi đắt 40-70% so với đường ống tương tự đất liền Ngoài ra, sử dụng tàu tàu chở LPG, trường hợp chi phí phụ thuộc vào khoảng cách Tuy nhiên, có chi phí phát sinh khác bao gồm hệ thống hóa lỏng độc lập, có khả xa nhà máy điện Do đó, với khoảng cách từ ngắn đến trung bình khối lượng lớn, đường ống giải pháp tiết kiệm chi phí Lưu trữ CO2 Các khái niệm lưu trữ đề cập đến việc sử dụng CO2 để tăng cường thu hồi dầu (EOR) lưu trữ địa chất điều kiện tầng sâu ngậm nước mặn, bờ khơi Phương pháp thứ bao gồm bơm CO2 vào bể dự trữ 43 dầu sụt giảm trữ lượng để tạo áp suất cải thiện di chuyển dầu khai thác dầu bổ sung (Tài liệu tham khảo 5) Phương pháp sau phương pháp lưu trữ phổ biến để lưu trữ CO2 dài hạn, tầng chứa nước mặn có trữ lượng lớn phổ biến (Tài liệu tham khảo 4) CO2 thu từ nhà máy cát dầu phát điện CO2 bơm vào tầng địa chất Tăng cường thu hồi dầu Vỉa than Mỏ dầu cạn kiệt Tầng nước mặn Hang muối Hình 9: Xử lý CO2 sau thu giữ Nguồn: Energywatch Việt Nam số quốc gia Đơng Nam Á có tiềm lưu trữ CO2 lớn Một nghiên cứu vị trí mỏ có trữ lượng dầu khí cạn kiệt, tầng chứa nước mặn khu vực có tầng than thực với hợp tác văn phịng nghiên cứu địa chất khống sản Pháp Việt Nam Hình 10 trình bày kết từ nghiên cứu Các nguồn CO2 có chấm đỏ vị trí lưu trữ coi phù hợp phải đáp ứng đặc điểm sau: • Các thành tạo trầm tích sâu 1000 mét • Khu vực cách xa đứt gãy lớn mỏ dầu 20 km • Cách nguồn phát thải khơng q 100 km (trường hợp phát thải 2,5 triệu CO2/năm) Có thể thấy hội lưu trữ khơi gần hầu hết nguồn CO2 (Tài liệu tham khảo 6) 44 Tiềm địa chất Khả lưu trữ CO2 Việt Nam Tỷ lệ: 1: 000 000 Quần đảo Hoàng Sa 1063440 – 1500000 1500001 – 2500000 2500001 – 5016300 Vùng đệm 100 km xung quanh nguồn CO2 Nền trầm tích với độ sâu tiềm 1000m Mỏ dầu Vùng đệm 20 km xung quanh mỏ dầu Đường đứt gãy Nền trầm tích quy mô nhỏ (vùng đệm 10 km) Mỏ than Khu vực trữ lượng tiềm năng, vịng bán kính 100 km nguồn CO2 Quần đảo Trường Sa Đồng Địa chất tổng hợp Tầng mezo-penozoic Tầng mesozoic Đá granite Đá lửa, siêu mịn Đá núi lửa Hình 10: Tiềm lưu trữ CO2 Việt Nam Quần đảo Trường Sa Hồng Sa Việt Nam khơng thể đồ (Tài liệu tham khảo 6) Đầu vào • Trong bước thu giữ trước q trình đốt: khí tổng hợp (chủ yếu H2, CO CO2) • Trong bước thu giữ sau q trình đốt: CO2 khí thải từ q trình đốt nhà máy điện • Trong q trình đốt cháy nhiên liệu oxy: dịng CO2 H2O, CO2 có nồng độ tương đối cao Đầu Sản phẩm đầu CO2 lưu trữ khí thải CO2, khơng lưu trữ CO2 chuyển hóa thành sản phẩm giá trị gia tăng cho ngành thực phẩm đồ uống sản xuất sản phẩm hóa chất (Tài liệu tham khảo 4) Cấu hình tăng giảm cơng suất Khả điều tiết nhà máy điện không bị ảnh hưởng bổ sung bước thu giữ CO2 sau trình đốt Tuy nhiên, hàm lượng CO2 khí thải giảm non tải, dẫn tới chi phí thu giữ tăng Vì lý này, nên vận hành nhà máy CCS tải 45 Ưu điểm • Thu giữ sau q trình đốt Có thể áp dụng cho hầu hết nhà máy nhiệt điện đốt than • Thu giữ trước q trình đốt Khí đốt tổng hợp chứa CO2 áp suất riêng cao, với nhiều cơng nghệ tách áp dụng, cho phép giảm chi phí nén Điều dẫn đến chi phí vận hành thấp so với thu giữ sau đốt • Thu giữ q trình đốt cháy nhiên liệu oxy Nồng độ CO2 khí thải cao, tránh bước phân tách phức tạp sau trình đốt; CO2 thu cách loại bỏ nước thơng qua q trình ngưng tụ đơn giản Các nhà máy điện cải tạo để bổ sung trình đốt cháy nhiên liệu oxy (Tài liệu tham khảo 7) Nhược điểm • Thu giữ sau trình đốt CO2 pha lỗng khí thải áp suất mơi trường xung quanh, điều làm cho việc cô lập CO2 khó Cơng nghệ cần cơng suất nhiệt lớn để tái tạo chất thu giữ carbon • Thu giữ trước trình đốt Giá thành thiết bị cao đòi hỏi hệ thống phụ trợ tách khơng khí chuyển đổi Thích hợp cho nhà máy IGCC; Các nhà máy khí tự nhiên cần có q trình tái thiết lập nhiệt độ tự động trước sử dụng nhiên liệu • Thu giữ trình đốt cháy nhiên liệu oxy Q trình sản xuất O2 đơng lạnh tốn Việc tái chế CO2 làm lạnh cần thiết để trì nhiệt độ bên vật liệu buồng đốt, điều dẫn đến giảm hiệu suất tăng phụ tải (Tài liệu tham khảo 7) Nói chung, rị rỉ q trình vận chuyển lưu trữ dẫn đến vấn đề nghiêm trọng axit hóa đại dương đất Rủi ro xảy đứt gãy vỏ trái đất (Tài liệu tham khảo 8) Chi phí cơng nghệ CCS việc thiếu kinh tế CO2 xác định thách thức lớn ngăn cản việc áp dụng rộng rãi công nghệ (Tài liệu tham khảo 9) Môi trường CCS có tác động tích cực nói chung nhiễm khơng khí, nhiên, cơng nghệ tiêu thụ 15-20% sản lượng điện nhà máy điện, tùy thuộc vào công nghệ sử dụng Con số tương ứng với mức giảm hiệu suất 7-8 điểm phần trăm Điều có nghĩa lượng phát thải số chất ô nhiễm không tăng lên nhà máy, mà tăng phát thải khai thác vận chuyển nhiên liệu bổ sung • • • Đioxit lưu huỳnh (SO2) Phát thải SO2 nhà máy đốt than giảm CO2 thu giữ, nhà máy có CCS thường trang bị hệ thống khử lưu huỳnh khói lị (FGD) cải tiến Các nhà máy IGCC có lượng phát thải SO2 thấp khơng phụ thuộc vào CCS có phận loại bỏ khí axit Chất dạng hạt (PM) & oxit nitơ (NOx) Dự kiến tăng tỷ lệ thuận với gia tăng sử dụng lượng sơ cấp giảm hiệu suất ứng dụng CCS (Tài liệu tham khảo 10) Ơxit nitơ (NOx) bụi (PM) khơng thu từ hệ thống amin, phát thải tăng theo đầu nhiên liệu sử dụng đầu tăng Tuy nhiên, mức độ phát thải không thay đổi 1GJ nhiên liệu (Tài liệu tham khảo 10) Amoniac (NH3) Đây chất ô nhiễm dự kiến tăng đáng kể phân huỷ dung môi gốc amin (Tài liệu tham khảo 8) Nghiên cứu phát triển Mặc dù phủ có nỗ lực nhằm thúc đẩy sử dụng lượng tái tạo khí tự nhiên, tiêu thụ than Việt Nam tăng lên kể từ năm 2012, điều cho thấy phụ thuộc ngày lớn vào than (Tài liệu tham khảo 11), vốn nguồn phát thải CO2 (Tài liệu tham khảo 12) Mặc dù ngành lượng phụ thuộc vào than, chưa có sáng kiến nghiên cứu Thu giữ lưu trữ carbon Việt Nam CCS ưu tiên khu vực Đông Nam Á nỗ lực phủ tập trung vào lĩnh vực lượng tái tạo khí tự nhiên để chuyển đổi sang kinh tế carbon thấp thay CCS Tuy nhiên, khung sách cần ủng hộ việc bổ sung CCS, yếu tố then chốt tương lai CCS, nhằm tránh tình trạng tích trữ khí thải carbon khơng thể vận hành công nghệ tương lai (Tài liệu tham khảo 6) Một thuận lợi cho việc thực CCS quốc gia không cần phải thay đổi cấu hệ thống lượng Ngân hàng Phát triển Châu Á cho biện pháp giảm thiểu thông qua CCS trở nên khả thi kinh tế khu vực Đông Nam Á giá carbon tăng vào năm 2050 46 Tất nghiên cứu Việt Nam quốc tế tài trợ (Tài liệu tham khảo 6) Tuy nhiên, cần có thêm nhiều nghiên cứu liên quan đến tiềm CCS Việt Nam, không nên tập trung vào tiềm lưu trữ mà cịn khía cạnh kỹ thuật kinh tế Các dự án có Khơng có nhiều dự án CCS Đơng Nam Á số lượng cịn khiêm tốn Việt Nam Chỉ có hai dự án thực hiện: Dự án Bạch Hổ Là dự án CCS thương mại Châu Á, có giá trị trình diễn cao Dự án kết hợp tác Mitsubishi Heavy Industry, Marubei Vietsovpetro Dự án thu CO2 từ nhà máy điện khí tự nhiên chu trình hỗn hợp bơm vào mỏ Bạch Hổ nhằm mục đích tăng cường thu hồi dầu CO2 vận chuyển qua 144 km đường ống biển lưu trữ độ sâu km Lượng carbon thu giữ 4,6 Mtpa (Tài liệu tham khảo 13) Dự án Rạng Đơng Một dự án thí điểm thu hồi cất giữ CO2 kết hợp tăng khả thu hồi dầu (CO2-EOR) quy mô nhỏ thực từ năm 2011-2014 kết chứng minh tính khả thi kỹ thuật dự án Tuy nhiên, việc tăng khả thu hồi dầu sử dụng biện pháp bơm ép khí hydrocarbon (HGC-EOR) tiết kiệm chi phí vị trí ngồi khơi khơng thuận tiện dự án HGC-EOR vận hành thương mại từ năm 2014 (Tài liệu tham khảo 14) Thu giữ carbon Petra Nova Nhà máy điện nằm Texas có hệ thống thu giữ CO2 sau đốt lớn giới Nhà máy hoạt động từ năm 2017, trang bị thêm sở thu giữ CO2 công suất 1,4 Mtpa (Mega năm) (Tài liệu tham khảo 15) CO2 đưa đến mỏ dầu cách xa nhà máy Vào mùa hè năm 2020, dự án điện thu giữ carbon Petra Nova bị gián đoạn giá dầu giảm thấp sau đại dịch Covid-19 Dự án thu giữ sử dụng carbon Tuticorin Dự án hệ thống thu giữ sử dụng carbon Chennai, Ấn Độ, bắt đầu hoạt động vào năm 2016 cho nhà máy điện với tổ máy nhiệt điện than, tổ máy có cơng suất 210 MW (Tài liệu tham khảo 16) Hệ thống thu giữ 60.000 CO2/năm từ khí thải, sử dụng để làm thuốc muối (baking soda) tro Công nghệ vận hành mà không cần trợ giá sử dụng loại hóa chất loại bỏ CO2 mới, hiệu chút so với amin (Tài liệu tham khảo 17) Dự án trình diễn thu giữ carbon Nhà máy điện Shidongkou Thượng Hải Đây dự án trình diễn nhà máy nhiệt điện than 600 MW để thu giữ carbon sau đốt Trung Quốc Dự án bắt đầu xây dựng từ năm 2009 vào vận hành vào năm 2011, với chi phí 24 triệu USD Cơng nghệ thu giữ carbon sử dụng thu giữ sau đốt cách sử dụng hỗn hợp amin Sau thu giữ, CO2 bán để sử dụng cho mục đích thương mại (Tài liệu tham khảo 18) Đập Boundary Tổ máy # Đây trạm đốt than nằm Canada Trạm sản xuất 115 MW điện hệ thống thu giữ carbon (CCS) sau đốt lắp đặt vào năm 2014 Tỷ lệ thu giữ lên đến 90% nhà máy thu giữ khoảng triệu năm cơng nghệ amin Dự án có chi phí 1,24 tỷ USD, nửa dành cho việc lắp đặt hệ thống thu giữ carbon nửa lại dành cho việc đại hóa nhà máy CO2 bán cho mục đích thu hồi dầu tăng cường (EOR) (Tài liệu tham khảo 19) Ước tính liệu Các số chi phí đưa chi phí bổ sung cơng nghệ khơng có thu giữ carbon (CCS) Dữ liệu thể cho việc bổ sung công nghệ sau đốt Dữ liệu hiệu suất lượng thể cho thấy khác so với công nghệ CCS cơng nghệ CCS khơng thể đứng độc lập Dữ liệu ước tính cho năm 2020 dựa số nguồn số liệu quốc tế Cẩm nang Cơng nghệ Đan Mạch kinh nghiệm Việt Nam triển khai CCS hạn chế Các dự báo tuân theo cách tiếp cận đường cong học tập so với tỷ lệ học tập sử dụng cho nhà máy nhiệt điện than khí Xem phụ lục mô tả đường cong học tập Dữ liệu ước tính bao gồm q trình thu giữ carbon, khơng bao gồm q trình lập carbon Do vậy, số liệu nén, vận chuyển lưu trữ v.v không bao gồm liệu 47 Tài liệu tham khảo DEA 2020, “Dữ liệu công nghệ: Nhiệt quy trình cơng nghiệp thu giữ carbon” Phịng thí nghiệm Cơng nghệ Năng lượng Quốc gia, “Thu giữ CO2 sau trình đốt”, Link, Truy cập ngày 24 tháng năm 2020 Bộ Năng lượng Hoa Kỳ - Phịng thí nghiệm Cơng nghệ Năng lượng Quốc gia, “Thu giữ CO2 trước trình đốt”, Link, Truy cập ngày 24 tháng năm 2020 M.N Anwar, 2018, “Thu giữ lưu trữ CO2: Lộ trình hướng tới mơi trường bền vững” Cơ quan Khảo sát địa chất Anh, “Cách thức lưu trữ CO2”, Link, Truy cập ngày 24 tháng năm 2020 M Ha-Duong, H Nguyen-Trinh, 2017, “Hai kịch thu giữ lưu trữ carbon Việt Nam” José D Figueroa, 2008, “Những tiến công nghệ thu giữ CO2 — Chương trình thu giữ carbon Bộ Năng lượng Hoa Kỳ” Cơ quan Môi trường Châu Âu, “Hoạt động thu giữ lưu trữ carbon tác động đến nhiễm khơng khí”, Link, Truy cập ngày 24 tháng năm 2020 Viện CCS toàn cầu, 2018, “Giá trị kinh tế việc thu giữ lưu trữ carbon” 10 Koornneed J cộng sự, 2011, “Thu giữ CO2 Chất lượng khơng khí” 11 Trung tâm Than IEA, “Việt Nam nằm số quốc gia có tiêu thụ than tăng trưởng nhanh giới” Link, Truy cập ngày 16 tháng 10 năm 2020 12 EREA & DEA, 2019, “Báo cáo Triển vọng Năng lượng Việt Nam 2019” 13 ZeroCO2, “Dự án CCS Bạch Hổ”, Link, Truy cập ngày 16 tháng 10 năm 2020 14 Y.Kawahara, A Hatakeyama, “Dự án thí điểm CO2-EOR ngồi khơi Việt Nam”, JX oil 15 Nhà máy điện Tuticorin, “Trạm nhiệt điện Tuticorin”, Link, Truy cập ngày 24 tháng năm 2020 16 The Guardian, “Bước đột phá thu giữ carbon công ty Ấn Độ”, Link, Truy cập ngày 24 tháng năm 2020 17 Chương trình cơng nghệ thu giữ lưu trữ carbon MIT, “Thông tin dự án Shidongkou”, Link, Truy cập ngày 24 tháng năm 2020 18 Cornot-Gandolphe S., “Thu giữ, lưu trữ sử dụng carbon nhằm bảo vệ nguồn than”, 2019 19 Preston C et al., “Cập nhật dự án tích hợp CCS Trạm điện đập SaskPower”, 2018 48 Công nghệ USD 2019 2020 Số liệu lượng/kỹ thuật Công suất phát tổ máy (MWe) Công suất phát toàn nhà máy (MWe) Hiệu suất điện, (%), danh định Hiệu suất điện, (%), danh định, trung bình năm Ngừng máy cưỡng (%) Ngừng máy theo kế hoạch (số tuần/năm) Vòng đời kỹ thuật (năm) Thời gian xây dựng (năm) Giảm phát thải CO2 (%) u cầu khơng gian (1000 m2/MWe) Cấu hình tăng giảm công suất Tốc độ tăng giảm công suất (% phút) Phụ tải tối thiểu (% đầy tải) Thời gian khởi động ấm (giờ) Thời gian khởi động lạnh (giờ) Môi trường PM 2.5 (mg/Nm3) SO2 (độ khử lưu huỳnh, %) NOX (g/GJ nhiên liệu) CH4 (g/GJ nhiên liệu) N2O (g/GJ nhiên liệu) Số liệu tài Đầu tư danh nghĩa (tr.USD/MWe) - thiết bị (%) - lắp đặt (%) Vận hành & bảo trì cố định (USD/MWe/năm) Vận hành & bảo trì biến đổi (USD/MWh) -60 -60 -7 Nhà máy nhiệt điện than siêu tới hạn với CCS - Cải tiến sau đốt Mức độ không Mức độ không Ghi 2030 2050 chắn (2020) chắn (2050) Thấp Cao Thấp Cao hơn hơn -60 -60 A -60 -60 A -7 -7 TL 1 -8 -8 -8 +7 +7 +7 -89 -90 -90 30 12 30 12 30 12 81 97 152 81 97 150 81 97 38 +2,03 30 70 +1,86 30 70 +1,48 30 70 +1,66 25 50 +2,38 50 75 +1,22 25 50 +1,74 50 75 F 2,5,9,10 1 +43500 +42100 +40900 +13500 +52000 +13500 +52000 F 1,7,9 +3,22 +3,13 +3,03 +2,60 +8,52 +2,44 +8,02 F 1,5,9 -90 -99 B C D E E 7 8 3,7 3,7 3,7 Tài liệu tham khảo: Viện Thu giữ Lưu trữ Carbon Tồn cầu, Chi phí thu giữ lưu trữ carbon toàn cầu, 2017 Hệ thống phát thải 0, Chi phí thu giữ, vận chuyển lưu trữ CO2 Koonneef J., 2011, Thu giữ CO2 chất lượng khơng khí IEAGHG, Sự linh hoạt vận hành nhà máy điện với hệ thống thu giữ lưu trữ carbon EIA, 2016, Ước tính chi phí vốn cho nhà máy phát điện quy mô công nghiệp Trường đại học Utrecht & Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Hà Lan, Yêu cầu mức độ linh hoạt nhà máy điện với hệ thống thu giữ lưu trữ carbon hệ thống lượng tương lai với tỷ trọng NLTT cao Cục Năng lượng Đan Mạch, “Dữ liệu công nghệ - phát điện cấp nhiệt tập trung”, 2020 IEAGHG, Vận hành linh hoạt nhà máy điện với CCS NREL ATB 2020 10 IEA, Triển vọng công nghệ lượng – Báo cáo đặc biệt thu giữ, sử dụng lưu trữ carbon, 2020 Ghi chú: A Chênh lệch sản lượng điện thể phần công suất cần bổ sung sử dụng thiết bị phụ trợ (với CCS, chiếm khoảng 15% sản lượng điện thuần) B Số liệu thể hiệu q trình thu giữ carbon Cơng nghệ giúp khử CO hiệu tương lai CO2 thu giữ tỷ lệ cao chi phí biên để tăng tỷ lệ thu giữ vượt giá trị báo cáo mức tương đối cao C Về nguyên tắc, tăng giảm công suất không bị ảnh hưởng diện/khơng có hệ thống thu giữ lưu trữ carbon D Mức tải tối thiểu không bị ảnh hưởng hệ thống thu giữ lưu trữ carbon Tuy nhiên máy nén CO cần phụ tải cao để vận hành thơng suốt E Q trình tái phát điện tổ máy sau q trình đốt có thời gian khởi động tương đương so với nhà máy điện F Chi phí nén, vận chuyển lưu trữ khơng bao gồm số liệu 49 Công nghệ USD 2019 2020 2030 -40 -40 -7 -40 -40 -7 Số liệu lượng/kỹ thuật Công suất phát tổ máy (MWe) Cơng suất phát tồn nhà máy (MWe) Hiệu suất điện, (%), danh định Hiệu suất điện, (%), danh định, trung bình năm Ngừng máy cưỡng (%) Ngừng máy theo kế hoạch (số tuần/năm) Vòng đời kỹ thuật (năm) Thời gian xây dựng (năm) Giảm phát thải CO2 (%) Yêu cầu không gian (1000 m2/MWe) Cấu hình tăng giảm cơng suất Tốc độ tăng giảm công suất (% phút) Phụ tải tối thiểu (% đầy tải) Thời gian khởi động ấm (giờ) Thời gian khởi động lạnh (giờ) Môi trường PM 2.5 (mg/Nm3) SO2 (độ khử lưu huỳnh, %) NOX (g/GJ nhiên liệu) CH4 (g/GJ nhiên liệu) N2O (g/GJ nhiên liệu) Số liệu tài Đầu tư danh nghĩa (tr.USD/MWe) - thiết bị (%) - lắp đặt (%) Vận hành & bảo trì cố định (USD/MWe/năm) Vận hành & bảo trì biến đổi (USD/MWh) Chu trình hỗn hợp khí tự nhiên với CCS – Cải tiến sau đốt Mức độ không Mức độ không 2050 chắn (2020) chắn (2050) Thấp Thấp Cao Cao hơn -40 -40 -7 -8 -8 -8 +5 +5 +5 -87 -90 -90 20 45 2,0 4,0 20 45 2,0 4,0 20 45 2,0 4,0 30 99 78 - 30 99 60 - 30 99 20 - +1,20 40 60 +9.400 +1,25 +1,01 40 60 9.000 +1,21 +0,78 40 60 8.800 +1,17 Ghi A A TL 1 1 -90 -99 B C D E E 6 4 3,6 3,6 3,6 +0,88 30 40 7.300 +0,62 +1,62 60 70 14.600 +4,16 +0,62 30 40 6.900 +0,62 +1,06 60 70 14.600 +4,16 F F F 1,7,8 1 1,7,8 1,7,8 Tài liệu tham khảo: Viện Thu giữ Lưu trữ Carbon Tồn cầu, Chi phí thu giữ lưu trữ carbon toàn cầu, 2017 Hệ thống phát thải 0, Chi phí thu giữ, vận chuyển lưu trữ CO2 Koonneef J., 2011, Thu giữ CO2 chất lượng khơng khí IEAGHG, Sự linh hoạt vận hành nhà máy điện với hệ thống thu giữ lưu trữ carbon Trường đại học Utrecht & Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng Hà Lan, Yêu cầu mức độ linh hoạt nhà máy điện với hệ thống thu giữ lưu trữ carbon hệ thống lượng tương lai với tỷ trọng NLTT cao Cục Năng lượng Đan Mạch, “Dữ liệu công nghệ - phát điện cấp nhiệt tập trung”, 2020 NREL ATB 2020 IEA, Triển vọng công nghệ lượng – Báo cáo đặc biệt thu giữ, sử dụng lưu trữ carbon, 2020 Ghi chú: A Chênh lệch sản lượng điện thể phần công suất cần bổ sung sử dụng thiết bị phụ trợ (với CCS, khoảng 10-15% sản lượng điện thuần) B Số liệu thể hiệu q trình thu giữ carbon Cơng nghệ giúp khử CO hiệu tương lai CO2 thu giữ tỷ lệ cao chi phí biên để tăng tỷ lệ thu giữ vượt giá trị báo cáo mức tương đối cao C Về nguyên tắc, tăng giảm công suất không bị ảnh hưởng diện/khơng có hệ thống thu giữ lưu trữ carbon D Mức tải tối thiểu không bị ảnh hưởng hệ thống thu giữ lưu trữ carbon Tuy nhiên máy nén CO2 cần phụ tải cao để vận hành thơng suốt E Q trình tái phát điện tổ máy sau đốt có thời gian khởi động tương đương so với nhà máy điện F Chi phí nén, vận chuyển lưu trữ khơng bao gồm số liệu 50 ĐỒNG PHÁT CƠNG NGHIỆP Giới thiệu đồng phát cơng nghiệp Đồng phát sử dụng nhà máy sản xuất điện để đồng thời phát điện nhiệt hữu ích Trong đồng phát công nghiệp, thông thường nhiệt thải từ quy trình xử lý cơng nghiệp khác sử dụng để cấp nhiệt cho lị hơi, từ làm chạy tuabin nối với máy phát để phát điện Mô hình sử dụng nhiều sở cơng nghiệp nhà máy hóa chất, nhà máy sản xuất thép xi măng, nhà máy giấy bột giấy, v.v Tất nhà máy có quy trình xử lý nhiệt độ cao dây chuyền sản xuất, số quy trình phù hợp quy trình khác sử dụng nhiệt thải Nhiệt thải lúc tận dụng giải pháp làm tăng hiệu suất sử dụng lượng cho quy trình cơng nghiệp khai thác cho đồng phát, hội để cải thiện khả sinh lời cho hoạt động sản xuất nhà máy, chi phí nhiên liệu chiếm phần đáng kể chi phí nhà máy Đồng phát sử dụng cho mục đích cấp nhiệt cho hộ gia đình thường biết đến hình thức nhà máy nhiệt điện kết hợp (CHP) cung cấp điện nhiệt cho hộ tiêu thụ thông thường Đồng phát công nghiệp khác với CHP nguyên tắc chung trình phát điện/nhiệt mà việc sử dụng nhiệt cho q trình xử lý cơng nghiệp Mặc dù thu hồi nhiệt không thiết gọi đồng phát, giải pháp có số điểm tương đồng sử dụng bối cảnh công nghiệp, đặc biệt quy trình có nhiệt độ thấp hơn, nhiệt sử dụng để sấy khơ, ví dụ ngành dệt may ngành công nghiệp khác, nhiệt độ thường thấp để sử dụng hiệu cho phát điện Trong trường hợp này, thu hồi nhiệt giúp giảm chi phí sản xuất tăng hiệu suất tổng thể quy trình Các đặc điểm ngành cơng nghiệp cụ thể quy trình xử lý ngành đó, đặc điểm nhà máy xưởng sản xuất sử dụng giải pháp đồng phát đóng vai trị vơ quan trọng để xác định xem giải pháp cần triển khai nào, hiệu suất phát điện đạt lợi ích giải pháp Chương khơng thể mô tả tất ngành công nghiệp khác ứng dụng đồng phát, tập trung vào hai cách tiếp cận chung đồng phát thảo luận ứng dụng hai cách tiếp cận hai ngành công nghiệp cụ thể Tuy nhiên, nguyên lý hai cách tiếp cận đồng phát phù hợp với ngành công nghiệp tương tự khác Ước tính chi phí hiệu suất cung cấp bảng số liệu, cần nhấn mạnh liệu có thay đổi đáng kể tùy theo bối cảnh cụ thể nhà máy xưởng sản xuất mà giải pháp đồng phát triển khai Hai cách tiếp cận chung bao gồm: cách tiếp cận quy trình xử lý cơng nghiệp tạo phụ phẩm hữu đốt cháy để giải phóng lượng cách tiếp cận nhiệt “thải” nhiệt dư thừa trình xử lý tận dụng dùng để sản xuất điện Trong hai trường hợp, nhiệt chuyển vào lị nước chuyển thành làm chạy tuabin để phát điện Tùy theo quy trình cơng nghiệp nhiệt độ áp dụng, nhiệt dư thừa từ quy trình sử dụng cho gia nhiệt bước dây chuyền sản xuất, số trường hợp dùng để cấp nhiệt tập trung đơn giản làm nguội Việc đốt phụ phẩm hữu trình sản xuất để cấp nhiệt cho lò nối với tuabin, nguyên tắc, giống với nhà máy nhiệt điện kết hợp đốt sinh khối Nhiên liệu cấp cho lò nung, đốt nhiệt chuyển cho lò để sản xuất Hơi nước sau qua tuabin điện phát Quá trình nhìn chung vận hành giống không phụ thuộc vào loại vật liệu đốt, đặc tính hóa học vật liệu hữu đốt tàn dư sau đốt có khác biệt lớn từ quy trình sang quy trình khác lị lị nung cần xây dựng để đảm bảo đáp ứng yêu cầu Cách tiếp cận khác đề cập Chương cách tiếp cận với nguồn nhiệt gián tiếp khơng xuất phát từ lị hơi, từ quy trình xử lý cơng nghiệp Ví dụ nguồn nhiệt từ clinke dây chuyền sản xuất xi măng từ lò nấu chảy kim loại ngành cơng nghiệp thép, nhiệt độ cao sử dụng quy trình xử lý nhiệt dư tận dụng để cấp nhiệt cho lị để sản xuất chạy qua tuabin Do nguyên lý phát điện giống hai trường hợp, nhiên đặc điểm thực tế triển khai, chi phí hiệu suất q trình có khác biệt lớn, phụ thuộc vào yếu tố cụ thể Ngành công nghiệp Việt Nam Lĩnh vực công nghiệp Việt Nam có đa dạng bao gồm số ngành khác Ngành công nghiệp lớn ngành xi măng, với mức tiêu thụ lượng 211,8 PJ Các ngành công nghiệp bật khác, giải pháp đồng phát cơng nghiệp áp dụng, ngành giấy, bột giấy in ấn, với tiêu thụ lượng 98,3 PJ; ngành chế biến thực phẩm thuốc 73,1 PJ; ngành dệt may da giày 58,2 PJ; ngành sắt thép 55,9 51 PJ Các ngành xác định Báo cáo Triển vọng Năng lượng Việt Nam 2019 ngành quan trọng để triển khai giải pháp tiết kiệm lượng (EREA & DEA, 2019) Tổng tiêu thụ lượng lĩnh vực công nghiệp 935,1 PJ Sắt Các ngành cơng nghiệp khác Hóa chất Thép Phân bón Dệt may giầy da Xi măng Vật liệu xây dựng Đồ uống Bột giấy in ấn Sản phẩm giấy Thực phẩm và Thuốc Nhựa Hình 11: Cơ cấu tiêu thụ lượng tính PJ theo ngành công nghiệp Việt Nam năm 2014 (Viện Năng lượng, 2019) Có thể thấy Hình 11 đây, Việt Nam có ngành cơng nghiệp lớn đa dạng Nhiều ngành công nghiệp sử dụng nhiệt xử lý nhiệt độ cao quy trình sản xuất Tuy nhiên, tất ngành sử dụng nhiệt độ cao phù hợp để triển khai giải pháp đồng phát, nhiệt bị tiêu hao nhanh khó tận dụng để cấp nhiệt cho lị Một ví dụ tiêu biểu ngành cơng nghiệp có tiềm sử dụng phụ phẩm hữu đồng phát ngành cơng nghiệp mía đường Việt Nam, ngành áp dụng giải pháp đồng phát hầu hết nhà máy mía đường Phần lớn nhà máy sản xuất nhiệt điện cho tự dùng, nhiên có vài nhà máy sản xuất điện bán cho lưới điện quốc gia Các nhà máy mía đường sử dụng vỏ mía vứt đi, bã mía làm nhiên liệu cho lị đốt sinh khối sinh làm chạy tuabin nối với máy phát Điều có nghĩa hầu hết nhà máy mía đường sản xuất điện mùa mía đường, có nghĩa tiềm khai thác nhiều hệ thống đồng phát nhà máy mía đường cách sử dụng dạng sinh khối khác có sẵn, ví dụ vỏ trấu Tương tự, ngành cơng nghiệp sản xuất giấy, bột giấy in ấn có khả sử dụng lị sinh khối phát điện nhiệt kết hợp, hoạt động sản xuất giấy tạo phụ phẩm giàu lượng giống nhựa đường, thường gọi “rượu đen” đốt lò sinh khối sử dụng để phát điện nhiệt Mặc dù ngành mía đường ngành giấy khác nhau, giải pháp đồng phát ngành áp dụng với hệ thống lò sinh khối phát điện nhiệt kết hợp tương tự Hệ thống sử dụng quy trình xử lý cơng nghiệp có nhiệt độ gia nhiệt tương đối cao sử dụng vật liệu hữu Do đó, công nghệ đồng phát mô tả mục Cẩm nang Công nghệ Ngành xi măng ngành tiêu thụ lượng nhiều Việt Nam, cải tiến công nghệ áp dụng sản xuất xi măng năm gần (Ximang.vn, 2020), lượng nhiệt bị lãng phí quy trình sản xuất xi măng lớn sử dụng cho giải pháp đồng phát nhằm nâng cao hiệu suất quy trình Nhu cầu điện Việt Nam dự báo tiếp tục tăng với tỷ lệ cao, việc giảm nhu cầu điện cách tận dụng nhiệt thừa để sản xuất điện đem lại lợi ích không cho nhà sản xuất công nghiệp nặng mà cho hệ thống điện quốc gia Theo tính tốn từ báo Hiệp hội Xi măng Việt Nam, khí thải sản xuất từ đến kWh điện Các nhà máy xi măng thường sử dụng hai dạng lượng chính: nhiệt từ than, chủ yếu sử dụng cho lò clinke lò nung quy trình sản xuất xi măng thực tế, điện sử dụng để cấp điện cho máy móc thiết bị, hệ thống phụ trợ (như bơm khí, bơm nước, v.v.), chiếu sáng, văn phịng hoạt động tương tự Với than điện nguồn lượng cho sản xuất xi măng, sử dụng nhiệt thừa giúp giảm chi phí phát thải khí nhà kính 52 Các ngành cơng nghiệp nặng với quy trình xử lý nhiệt độ cao sản xuất thép xi măng ứng cử viên cho hình thức đồng phát khác, nhiệt thải từ quy trình xử lý nhiệt độ cao cấp cho lị nối với tuabin Có số ví dụ phương pháp áp dụng ngành xi măng Việt Nam, ngành công nghiệp lớn theo mức tiêu thụ lượng việc sử dụng phương pháp đồng phát ngành xi măng cách tiếp cận khác nghiên cứu Chương Mô tả công nghệ Như đề cập trên, hai công nghệ nhiệt điện kết hợp (CHP) sử dụng cho đồng phát công nghiệp thảo luận phần Hai cơng nghệ hệ thống lị CHP đốt sinh khối hệ thống CHP cấp nhiệt từ nguồn nhiệt quy trình xử lý cơng nghiệp Trọng tâm nguyên tắc vận hành công nghệ cấu trúc liên quan, cơng nghệ áp dụng phù hợp với nhiều quy trình xử lý khác xây dựng với thông số kỹ thuật khác tùy theo nhu cầu cụ thể quy trình cơng nghiệp cho trước Lị CHP đốt sinh khối: Lị CHP đốt sinh khối có nhiều loại khác để xử lý loại nhiên liệu khác với thành phần hóa học khác đặc điểm nung khác Khái niệm chung lò CHP đốt sinh khối sinh khối cấp cho buồng đốt nối với lò Mặc dù khái niệm nhà máy CHP đốt sinh khối giống với nhà máy đốt dầu đốt khí truyền thống, việc vận hành nhà máy điện đốt sinh khối số khía cạnh phức tạp địi hỏi số làm việc nhiều công nhân vận hành nhà máy Điều phần nhiệt trị tương đối thấp mật độ thể tích sinh khối so với nhiên liệu hóa thạch, địi hỏi cần nhiều khơng gian lưu trữ nhiều thời gian để xử lý cấp cho lị Hệ thống máy móc địi hỏi bảo trì nhiều nhằm đảm bảo hiệu hoạt động mức cao thiết bị Hơi TUA BIN LÒ HƠI Nhiên liệu Hơi/ Nhiệt xử lý NĂNG LƯỢNG Nhiên liệu Kho nhiên liệu Năng lượng BUỒNG ĐỐT LÀM SẠCH KHÍ THẢI Tro Tro Thải bỏ Hình 12: Sơ đồ nhà máy đồng phát đốt sinh khối (Cơng ty Tài quốc tế, 2017) Hình 12 phác họa cấu trúc nhà máy CHP đốt sinh khối Hình vẽ cho thấy trình cấp nhiên liệu sinh khối vào lò đốt bên lò Điều địi hỏi phải có khu vực kho chứa xử lý nhiên liệu băng chuyền trang thiết bị tương tự để cấp nhiên liệu sinh khối vào lò đốt Lò đốt nối với lị hơi, nước gia nhiệt, sau nối với tuabin để gia nhiệt chạy qua tuabin nối với máy phát (Công ty Tài quốc tế, 2017) Một thách thức với nhà máy CHP đốt sinh khối vấn đề tro xỉ lò đốt Nhiên liệu với hàm lượng kiềm cao, rơm, tạo xỉ đáy thành lị, từ ăn mòn lò đốt lò làm giảm hiệu suất (Bộ Năng lượng Khai khoáng, 2011) CHP sử dụng nhiệt từ quy trình xử lý cơng nghiệp: Trong nhà máy xi măng quy trình xử lý công nghiệp nhiệt độ cao khác không tạo phụ phẩm hữu đốt trường hợp lò CHP đốt sinh khối, phương án thay sử dụng nhiệt xử lý làm nguồn nhiệt để đun nước lò Để thực điều này, nhiệt, thường bị tiêu tan quy trình xử lý, cần tập trung lại khai thác Việc tốt cần thực đạt gần đến mốc nhiệt độ cao quy trình xử lý, nhằm tối đa hóa tiềm gia nhiệt lượng quy trình Một cách để thực 53 điều kết nối lò thu hồi nhiệt với vịng kín làm nóng đặt gần với khu vực đốt than cho sản xuất xi măng sử dụng khí nóng thải từ quy trình, minh họa Hình 13 bên Sơ đồ thể vận hành hệ thống đồng phát theo chu trình Rankine hữu nhà máy xi măng Portland, khả chuyển nhiệt thành điện nhiệt độ tương đối thấp quy trình Khí nóng thải đạt nhiệt độ 330 °C, mức tương đối thấp so với nhiệt độ đạt nhà máy CHP đốt sinh khối Mạch vận hành với mức nhiệt độ tối thiểu 250°C khí thải Dầu nóng Khí thải nóng Chất lỏng hữu Bộ chuyển đổi nhiệt Tuabin Máy phát (Điện năng) Lị thu hồi nhiệt Nước nóng (Nhiệt năng) Khí thải nguội Bình ngưng Dầu nguội Bơm Nước lạnh Hình 13: Sơ đồ hệ thống đồng phát nhà máy xi măng Portland (Paredes-Sánchez, 2015) Trong chu trình đồng phát thể trên, khí nóng thải từ trình đốt than truyền từ lò thu hồi nhiệt sang phương tiện chứa dầu Cũng dùng cho q trình truyền nhiệt này, thơng thường địi hịi nhiệt độ cao để thực đạt hiệu suất cao so với dầu Sau dầu nóng làm nóng nước thơng qua chuyển đổi nhiệt, từ chuyển thành chạy qua tuabin nối với máy phát để phát điện Đầu vào Sinh khối có nhiều loại khác với đặc tính khác thành phần hóa học, nhiệt trị, quy trình đốt rác thải Nhiên liệu loại vật liệu bã mía, vỏ trấu, phế thải ngành công nghiệp gỗ, vỏ bào, rơm, bột giấy tương tự Đầu vào cho hệ thống đồng phát CHP sử dụng nhiệt từ quy trình xử lý khí thải nhiệt độ cao nhiệt nén từ lò nung đốt than sử dụng nhà máy xi măng nhà máy thép Đầu Các lò CHP đốt sinh khối sản xuất điện nhiệt dạng hơi, nước nóng (> 110 °C) nước ấm (< 110 °C) sử dụng để gia nhiệt Trong ví dụ nhà máy xi măng Portland, 19,2% lượng khí thải gia nhiệt trước thu hồi sử dụng để sản xuất điện, cho phép nhà máy sản xuất điện với 5,5 GWh/năm sản xuất nhiệt với 23,7 GWh/năm (Paredes-Sánchez, 2015) Tổng nhiệt có sẵn (QT) từ lưu lượng khí thải gia nhiệt trước (m2) tính sau: 𝑄𝑇 = 𝑚2 ∗ (ℎ𝑘ℎí 𝑡ℎả𝑖 𝑛ó𝑛𝑔 (330 °𝐶) − ℎ𝑘ℎí 𝑡ℎả𝑖 𝑛𝑔𝑢ộ𝑖 (250 °𝐶) ) 𝑘𝑔 𝑘𝐽 𝑄𝑇 = 57,11 ∗ (610,4 − 527,0) = 4.763 𝑘𝑊 𝑠 𝑘𝑔 Hiệu suất tổng thể (η) 85% ước tính cho việc thu hồi nhiệt trình đồng phát theo chu trình Rankine hữu (ORC) 𝑄𝑂𝑅𝐶 = 𝜂 ∗ 𝑄𝑇 = 4.049 𝑘𝑊 Do 18% lượng thu hồi chuyển đổi thành điện năng, đạt cơng suất điện đầu 729 kW Với 7.500 vận hành/năm nhà máy, sản lượng điện đạt 5,5 GWh/năm cho nhà máy xi măng với sản lượng xi măng 1,7 nghìn tấn/ngày 54 Cơng suất điển hình Lị lớn, cơng suất phát điện cao hơn, tổng sản lượng điện cao Sản lượng điện nhiệt điển hình cho hệ thống CHP đốt sinh khối mô tả đây: Bảng 10: Cơng suất điển hình hệ thống lị CHP đốt sinh khối (Energinet, 2020) Công suất điển hình CHP quy mơ lớn CHP quy mơ trung bình CHP quy mô nhỏ Nhiệt đầu vào >100 MWth 25 – 100 MWth – 25 MWth Sản lượng điện đầu ~ >25 MWe – 25 MWe 0,1 – MWe Đồng phát nhà máy xi măng ngun tắc có quy mơ cơng suất tương tự nhà máy CHP đốt sinh khối, mô tả Bảng 10 Quy mô công suất phụ thuộc trực tiếp vào quy mô sản lượng xi măng, nhiên nhiệt sử dụng trình xử lý lấy trực tiếp từ hoạt động sản xuất xi măng hiệu suất có xu hướng thấp so với nhà máy CHP đốt sinh khối, nhiệt độ vận hành mức tương đối thấp, thường không cao 3-400 °C (Irungu & Muchiri, 2017) Cấu hình tăng giảm cơng suất Ưu điểm/nhược điểm Ưu điểm: Sử dụng đồng phát ngành công nghiệp khác giúp tăng đáng kể tổng hiệu suất lượng q trình xử lý cơng nghiệp cách tận dụng lượng nhiệt trình xử lý, mà lượng nhiệt bị nguội không sử dụng Trong nhà máy xi măng, khoảng 35% lượng đầu vào thường bị thất qua dịng nhiệt thải (Khurana, Banerjee, & Gaitonde, 2006) Nhược điểm: Do hiệu suất nhiều quy trình đồng phát mức tương đối thấp, lúc giải pháp dự án đầu tư có lợi sở cơng nghiệp Mơi trường Theo tính tốn ví dụ nhà máy xi măng Portland, lượng thu hồi thông qua đồng phát tương đương với 3.000 than/năm, với mức chi phí 100 USD/tấn tương ứng với khoảng 0,31 triệu USD/năm Mức phát thải khí nhà kính quy đổi sang CO2 nguồn nhiệt với giả định than nhiên liệu đầu vào mức khoảng 8.000 tấn/năm (Paredes-Sánchez, 2015) Việc làm Nhu cầu nhân lực để vận hành nhà máy đốt sinh khối có chênh lệch đáng kể theo quy mô vận hành nhà máy Một nhà máy quy mô nhỏ khoảng đến MWe thường vận hành trì hoạt động với số lượng nhân cơng từ 3-5 người, nhà máy quy mơ lớn từ 20 đến 40 MWe cần đến 20-40 người để đủ trì vận hành nhà máy Số lượng nhân công làm nhiệm vụ vận hành bảo trì chỗ phụ thuộc vào quy mơ nhà máy, loại nhiên liệu sử dụng, thiết kế nhà máy, mức độ tự động hóa chiến lược vận hành bảo trì áp dụng (Cơng ty Tài quốc tế, 2017) Mặc dù hệ thống CHP sử dụng nhiệt từ quy trình xử lý cơng nghiệp tương đồng với hệ thống CHP đốt sinh khối cấu thiết lập chung hệ thống, việc trì vận hành hệ thống lại cần nhân công hơn, tránh vấn đề kho chứa cấp nhiên liệu sinh khối Do đó, dự kiến cần số lượng nhân cơng để vận hành trì hệ thống CHP sử dụng nhiệt từ quy trình xử lý cơng nghiệp so với hệ thống CHP đốt sinh khối Nghiên cứu phát triển Các công nghệ đồng phát phổ biến bao gồm số thành phần đơn giản phổ biến ứng dụng tương tự khác Các thành phần bao gồm thiết bị trao đổi nhiệt, lò hơi, hệ thống thu hồi nhiệt, tuabin bình ngưng Các phận máy móc hệ thống phát triển chín muồi việc sử dụng máy móc đồng phát cơng nghiệp ứng dụng nhiều ngành công nghiệp nhiều quốc gia khác Mặc dù cần xem xét yếu tố cụ thể sử dụng công nghệ nhà máy xi măng bối cảnh công nghiệp tương tự, ứng dụng chung hệ thống phát triển nắm rõ khơng có khả có thêm đột phá việc sử dụng ứng dụng công nghệ (phát triển công nghệ giai đoạn 4) 55 Ước tính chi phí đầu tư Chi phí đầu tư dự án đồng phát phụ thuộc chủ yếu vào quy mô việc dễ dàng kết hợp hệ thống với hệ thống máy móc có Việc ứng dụng giải pháp đồng phát vào nhà máy cơng nghiệp từ đầu có chi phí rẻ nhiều so với việc bổ sung hệ thống sau Ước tính chi phí bổ sung công suất đồng phát cho nhà máy xi măng hoạt động 2,5 triệu USD/MW (Viện Năng suất cơng nghiệp, 2014) Ví dụ dự án có Nồi đồng phát (CHP) đốt sinh khối: Nhà máy An Khê Công ty Cổ phần Đường Quảng Ngãi làm chủ đầu tư, đặt Nhà máy đường An Khê xã Thành An, thị xã An Khê, tỉnh Gia Lai nhằm tận dụng phụ phẩm bã mía q trình sản xuất đường Ngồi ra, nhà máy tận dụng nguồn nhiên liệu sinh khối khác Tây Nguyên vỏ, bã cà phê, trấu, mùn cưa, bo bo Nhà máy An Khê có quy mơ tổ máy (40 + 55) MW, vận hành thức từ tháng 01/2018 Nhà máy sử dụng công nghệ lò stoker (dùng máy nạp nhiên liệu) tuabin nước ngưng tụ (tổ máy 55 MW có van trích cấp cho q trình khử khí) Thơng số nồi hơi: áp suất nhiệt 100 bar nhiệt độ nhiệt 5400C Nhiên liệu cho nhà máy khoảng 600.000 sinh khối/năm, bã mía chiếm khoảng 90% nhiên liệu khác chiếm khoảng 10% Sản lượng điện cung cấp cho hệ thống điện năm 2018 172 triệu kWh năm 2019 147 triệu kWh Tổng diện tích đất dự án khoảng Nhà máy sử dụng hệ thống khử bụi tĩnh điện (ESP) để giảm phát thải bụi Tổng mức đầu tư nhà máy sinh khối An Khê 102,8 triệu USD (quy đổi sang giá USD năm 2019, chưa bao gồm chi phí hành chính, tư vấn, quản lý dự án, chi phí chuẩn bị mặt bằng, thuế lãi vay trình xây dựng), tương ứng với mức đầu tư danh nghĩa 1,08 triệu USD/MWe Tổng vốn (bao gồm chi phí nêu trên) 103 triệu USD, tương ứng 1,09 triệu USD/MW Chi phí vận hành bảo trì cố định biến đổi nhà máy 29.000 USD/MW/năm 2,9 USD/MWh Nhà máy Đường Lam Sơn có địa huyện Thọ Xuân, tỉnh Thanh Hóa, hoạt động từ năm 1999 với diện tích trồng mía 10.000 với 1.000 cán cơng nhân viên Nó có nhà máy đồng phát (CHP) tận dụng bã mía để phát điện có ba lị hơi: Lị & 2: Q: 2x65 = 130 T/h, P: 32 Bar, TºC: 380; Nồi 3: Q2: 80T/h, P = 67 bar, TºC: 505 Ba tuabin máy phát: G1 & G2: 2x3 = MW, G3 = 12,5 MW Tổng công suất nhà máy CHP Lam Sơn 18,5 MW với sản lượng điện hàng năm khoảng 50 triệu kWh, 2/3 phát lên lưới CHP sử dụng nhiệt xử lý: Nhà máy CHP gia nhiệt Sông Lam phận Nhà máy Xi măng Sông Lam, bao gồm tổ máy phát điện, tổ máy có cơng suất 7MW lị với tổng công suất 80 m3 hơi/giờ Hoạt động lò sử dụng quạt hút quạt khơng khí thừa để hút khơng khí nóng dư thừa trình sản xuất clinke qua ống lị để làm nóng nước, biến nước lò từ nước thành nhiệt Hơi nhiệt có áp suất khoảng 1,3 MPa nhiệt độ khoảng 3400 C dẫn ngược lại để làm quay tuabin hơi, tuabin kéo máy phát điện tạo điện Lượng khí nóng mang theo bụi vào lò hơi, hạt bụi bị thay đổi áp suất va chạm vào ống sinh làm động rơi xuống phễu thu, bụi từ phễu thu quay trở lại quy trình sản xuất Như vậy, khí thải khơng khí thừa sau qua hệ thống phát điện khí dư lọc bụi làm mát trước thải môi trường Mỗi năm hệ thống sản xuất khoảng 100 triệu kWh, cung cấp tới 40% điện tiêu thụ cho Nhà máy xi măng Tài liệu tham khảo Bioenergiesysteme GmbH (2020, tháng 12) Tham khảo từ https://www.bios-bioenergy.at/de/strom-ausbiomasse/orc-prozess.html Energinet (2020) Dữ liệu công nghệ - Phát điện cấp nhiệt tập trung EREA & DEA (2019) Báo cáo Triển vọng Năng lượng Việt Nam 2019 Viện Năng suất công nghiệp (2014) Thu hồi nhiệt thải cho ngành xi măng : Phân tích thị trường nhà cung cấp Viện Năng lượng (2019) Báo cáo Dữ liệu mơ hình TIMES - Báo cáo sở cho Báo cáo Triển vọng Năng lượng Việt Nam năm 2019 Cơng ty Tài quốc tế (2017) Chuyển đổi sinh khối thành lượng - Hướng dẫn cho nhà phát triển dự án nhà đầu tư 56 Irungu, S N., & Muchiri, P & (2017) Phát điện từ khí thải lị nung xi măng: nghiên cứu điển hình nhà máy Kenya Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Năng lượng, 90-99 Khurana, S., Banerjee, J., & Gaitonde, U (2006) Cân lượng đồng phát nhà máy xi măng Tạp chí Kỹ thuật nhiệt ứng dụng, 2479-2489 Bộ Năng lượng Khai khoáng (2011) Nguyên liệu sinh khối đồng phát ngành cơng nghiệp mía đường Jamaica Paredes-Sánchez, J P (2015) Sử dụng nhiệt thải từ trình đồng phát theo Chu trình Rankin hữu nhà máy xi măng Portland DYNA, 15-20 Mạng thông tin chuyên ngành xi măng Việt Nam (2020, ngày 08 tháng 12) Ximang.vn Tham khảo từ Ximang.vn: https://ximang.vn/kinh-nghiem-van-hanh/co-hoi-tan-dung-nhiet-thai-de-phat-dien-trong-cac-nha-may-xi-mangtai-viet-nam-13027.htm Bảng số liệu Đồng phát đốt sinh khối nhà máy mía đường Cơng nghệ USD 2019 2020 2030 Số liệu lượng/kỹ thuật Công suất phát tổ máy (MWe) Công suất phát toàn nhà máy (MWe) Hiệu suất điện, (%), danh định Hiệu suất điện, (%), danh định, trung bình năm Tổng hiệu suất thực (%) nhãn Tổng hiệu suất thực (%) trung bình năm Ngừng máy cưỡng (%) Ngừng máy theo kế hoạch (số tuần/năm) Vòng đời kỹ thuật (năm) Thời gian xây dựng (năm) Yêu cầu không gian (1000 m2/ MWe) Số liệu bổ sung cho nhà máy phi nhiệt điện Hệ số công suất (%), lý thuyết Hệ số công suất (%), bao gồm ngừng máy Cấu hình tăng giảm cơng suất Tốc độ tăng giảm công suất (% phút) Phụ tải tối thiểu (% đầy tải) Thời gian khởi động ấm (giờ) Thời gian khởi động lạnh (giờ) Môi trường PM 2.5 (g/Nm3) SO2 (độ khử lưu huỳnh, %) NOx (g/GJ nhiên liệu) Số liệu tài Đầu tư danh nghĩa (tr.USD/MWe) - thiết bị (%) - lắp đặt (%) Vận hành & bảo trì cố định (USD/MWe/năm) Vận hành & bảo trì biến đổi (USD/MWh) Chi phí khởi động (USD/MWe/lần khởi động) Đồng phát đốt sinh khối Mức độ không Mức độ không 2050 chắn (2020) chắn (2050) Thấp Cao Thấp Cao hơn hơn 25 200 200 Ghi TL 25 25 25 25 25 50 50 1;5;12 1;5 27 27 27 20 30 20 30 1;3;7 26 26 26 20 30 20 30 85 84 26 25 85 84 26 25 85 84 26 25 35 35 35 80 80 24 19 26 90 90 28 31 44 80 80 24 19 26 90 90 28 31 44 - - - - - - - 10 30 0,5 10 10 30 0,5 10 10 30 0,5 10 3 3 12,5 0,0 125 12,5 0,0 125 12,5 0,0 125 3 1,8 1,6 1,4 1,3 2,2 1,1 1,8 65 35 49.500 65 35 45.500 65 35 39.600 50 15 37.100 85 50 61.900 50 15 29.700 85 50 49.500 3,2 2,9 2,5 2,4 4,0 1,9 3,2 D 1;3;7 A C A A A 11 11 1 8;7 1;9 B 4-8;10 1;2 1;2 A 4;5;8;10 A 5;10 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” Trung tâm Năng lượng ASEAN, 2016, “Chi phí điện bình qn quy dẫn số cơng nghệ lượng tái tạo chọn quốc gia thành viên ASEAN” Cục Năng lượng Đan Mạch COWI, 2017, “Cẩm nang Công nghệ chuyển đổi sinh khối thành lượng” IRENA, 2015, “Chi phí phát điện NLTT năm 2014” IFC BMF, 2017, “Chuyển đổi sinh khối thành lượng – Hướng dẫn cho nhà phát triển dự án nhà đầu tư” 57 OJKJ, 2014, “Sổ tay Năng lượng cho tổ chức cung cấp dịch vụ tài chính”, Cục Dịch vụ tài Indonesia IEA-ETSAP IRENA, 2015, “Sinh khối cho nhiệt điện, Tóm tắt công nghệ” PKPPIM, 2014, “Analisis biaya dan manfaat pembiayaan investasi limbah menjadi energy melalui kredit program”, Trung tâm Biến đổi khí hậu Chính sách đa phương, Bộ Tài Indonesia Cục Điện lực trung ương Ấn Độ, 2007, “Báo cáo yêu cầu sử dụng đất cho trạm nhiệt điện” 10 Cách tiếp cận đường cong học tập để xây dựng thơng số tài 11 Siemens, 2018:” Tiềm sức mạnh mía đường” Ghi chú: A Mức độ không chắn (cao hơn/thấp hơn) ước tính +/- 25% B Chi phí đầu tư bao gồm chi phí kỹ thuật, mua sắm xây dựng (EPC) Xem mô tả phần Phương pháp luận C Mùa sản xuất đường kéo dài khoảng nửa năm D Hiệu suất điện giảm điểm phần trăm so với vận hành tập trung, phản ánh việc khai thác nhiệt độ cao để cấp nhiệt xử lý Hệ thống CHP nhà máy xi măng Công nghệ USD 2019 2020 2030 Số liệu lượng/kỹ thuật Công suất phát tổ máy (MWe) Công suất phát toàn nhà máy (MWe) Hiệu suất điện, (%), danh định Hiệu suất điện, (%), danh định, trung bình năm Ngừng máy cưỡng (%) Ngừng máy theo kế hoạch (số tuần/năm) Vòng đời kỹ thuật (năm) Thời gian xây dựng (năm) Yêu cầu không gian (1000 m2/ MWe) Số liệu bổ sung cho nhà máy phi nhiệt điện Hệ số công suất (%), lý thuyết Hệ số công suất (%), bao gồm ngừng máy Cấu hình tăng giảm cơng suất Tốc độ tăng giảm công suất (% phút) Phụ tải tối thiểu (% đầy tải) Thời gian khởi động ấm (giờ) Thời gian khởi động lạnh (giờ) Môi trường PM 2.5 (g/Nm3) SO2 (độ khử lưu huỳnh, %) NOx (g/GJ nhiên liệu) Số liệu tài Đầu tư danh nghĩa (tr.USD/MWe) - thiết bị (%) - lắp đặt (%) Vận hành & bảo trì cố định (USD/MWe/năm) Vận hành & bảo trì biến đổi (USD/MWh) Chi phí khởi động (USD/MWe/lần khởi động) CHP nhà máy xi măng Mức độ không Mức độ không 2050 chắn (2020) chắn (2050) Thấp Cao Thấp Cao hơn hơn 20 20 Ghi TL 8 18 18 18 15 25 15 25 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 2,50 85 85 85 85 15 15 15 15 12,50 12,50 12,50 5,00 85 15 20,00 85 15 5,00 85 15 20,00 1;2;3 A A Tài liệu tham khảo: Khurana, S., Banerjee, J., & Gaitonde, U (2006) Cân lượng đồng phát nhà máy xi măng Tạp chí Kỹ thuật nhiệt ứng dụng, 24792489 Irungu, S N., & Muchiri, P & (2017) Phát điện từ khí thải lị nung xi măng: nghiên cứu điển hình nhà máy Kenya Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Năng lượng, 90-99 Paredes-Sánchez, J P (2015) Sử dụng nhiệt thải từ trình đồng phát theo Chu trình Rankin hữu nhà máy xi măng Portland DYNA, 15-20 Viện Năng suất công nghiệp (2014) Thu hồi nhiệt thải cho ngành xi măng: Phân tích thị trường nhà cung cấp Ghi chú: A Số liệu tự tính tốn 58 THỦY ĐIỆN Mơ tả cơng nghệ Có ba loại nhà máy thủy điện: • Thủy điện dịng chảy Là nhà máy lấy nước từ sơng qua kênh đường ống áp lực để làm quay tuabin Một dự án thủy điện dịng chảy điển hình có cơng trình giữ nước mức thấp khơng giữ nước Thường có cơng suất nhỏ • Thủy điện hồ chứa Sử dụng đập để tích nước hồ chứa Điện sản xuất xả nước hồ chứa cho chảy qua tuabin, từ làm quay máy phát điện Thường có cơng suất lớn • Thủy điện tích Cấp điện cho phụ tải đỉnh, khai thác nước để sản xuất điện, nước tuần hoàn hồ hồ bơm sử dụng điện dư thừa từ hệ thống điện nhu cầu phụ tải thấp Đập tràn Hồ chứa Lưới chắn rác Thang cá Đầu vào Cửa kiểm soát Kênh Truyền tải Đầu vào Bể áp lực Đường ống áp lực Máy biến NM điện Máy phát Đường ống áp lực Tuabin Ống hút Dịng NM điện Hình 14: Nhà máy thủy điện hồ chứa nhà máy thủy điện dịng chảy (Tài liệu tham khảo 14) Hình 15: Hệ thống thủy điện bậc thang (Tài liệu tham khảo 1) Các nhà máy thủy điện hồ chứa thủy điện dịng chảy kết hợp với hệ thống bậc thang sông, nhà máy thủy điện tích sử dụng nước tích trữ từ nhiều nhà máy thủy điện hồ chứa Trong hệ thống bậc thang, sản lượng điện từ nhà máy thủy điện dịng chảy điều tiết nhà máy thủy điện hồ chứa thượng nguồn Một hồ chứa lớn lưu vực thượng nguồn nhìn chung điều tiết lưu lượng cho vài nhà máy thủy điện dòng chảy thủy điện có hồ chứa nhỏ hạ lưu Điều làm tăng sản lượng điện phát hàng năm nhà máy hạ lưu, làm tăng giá trị chức tích nước hồ Tuy nhiên, điều gây tình trạng nhà máy hạ lưu phụ thuộc vào vận hành nhà máy thượng lưu Các hệ thống thủy điện có dải quy mơ cơng suất rộng Phân loại dựa vào công suất nhà máy thủy điện trình bày bảng sau 59 Bảng 11: Phân loại công suất thủy điện Loại Công suất Thủy điện lớn >30 MW Thủy điện nhỏ MW – 30 MW Thủy điện cực nhỏ siêu nhỏ < MW Cột nước (m) Các nhà máy thủy điện lớn thường có cơng suất vài trăm chí vài nghìn MW sử dụng lượng xả nước từ hồ chứa để sản xuất điện loại tuabin có sẵn (như Pelton, Francis, Kaplan) tùy theo đặc điểm dịng sơng công suất đặt nhà máy Các nhà máy thủy điện nhỏ, cực nhỏ siêu nhỏ loại thủy điện dòng chảy Các loại thủy điện sử dụng tuabin trục ngang, Pelton, Kaplan Việc chọn lựa loại tuabin phụ thuộc vào cột nước lưu lượng dịng sơng Cột nước chênh lệch mực nước mực nước đầu vào mực nước xả thủy điện Lưu lượng (m3/s) Hình 16: Đồ thị ứng dụng tuabin thủy điện (Tài liệu tham khảo 2) Đối với địa điểm có cột nước cao lưu lượng nhỏ, thường sử dụng tuabin Pelton, nước chảy qua vòi phun đập vào cánh gáo hình thìa bố trí chu vi bánh xe công tác Phương án hiệu suất thấp tuabin trục ngang Đây tuabin xung kích, hoạt động nhờ động dòng chảy Tuabin Francis loại thơng dụng nhất, sử dụng cho dải cột nước rộng (20 m đến 700 m), lưu lượng từ nhỏ đến lớn, dải công suất rộng hiệu suất thủy lực tốt Đối với cột nước thấp lưu lượng lớn, tuabin Kaplan, tuabin nước loại cánh chân vịt có cánh điều chỉnh được, sử dụng phổ biến Tuabin Kaplan Francis, giống loại tuabin cánh chân vịt khác, sử dụng động chênh lệch áp lực dòng nước đầu vào đầu tuabin Hệ số công suất mà dự án thủy điện đạt cần đánh giá khác so với dự án lượng tái tạo Hệ số phụ thuộc vào tình trạng nước sẵn có mục đích nhà máy cung cấp cho phụ tải đỉnh và/hoặc phụ tải đáy Số liệu 142 dự án chế phát triển (CDM) giới cho thấy hệ số công suất nằm khoảng từ 23% đến 95% Hệ số cơng suất trung bình 50% dự án 60 Hệ số công suất (%) Dự án Hình 17: Hệ số cơng suất 142 dự án thủy điện giới (Tài liệu tham khảo 4) Đầu vào Nước từ hồ chứa trực tiếp từ dịng chảy có cột nước (chiều cao) lưu lượng định Đầu Điện Cơng suất điển hình Các hệ thống thủy điện có dải công suất rộng, chủ yếu phụ thuộc vào địa điểm cần đánh giá cho trường hợp Hiện xem xét mức cơng suất tổng tổ máy lên đến 900 MW (Tài liệu tham khảo 15) Cấu hình tăng giảm cơng suất Thủy điện giúp trì tần số lưới điện cách điều chỉnh liên tục công suất tác dụng đáp ứng nhanh chóng dao động liên tục yêu cầu cơng suất Thủy điện có tốc độ tăng giảm cơng suất nhanh thường có dải tăng giảm rộng, nên có khả điều chỉnh hiệu theo biến động lớn phụ tải nguồn cung cấp lượng tái tạo có tính gián đoạn nhà máy điện gió điện mặt trời Ưu điểm/nhược điểm Ưu điểm: • Thủy điện nguồn lượng hoạt động vận hành thủy điện khơng gây nhiễm mơi trường phát thải • Thủy điện nguồn lượng nội địa • Thủy điện nguồn điện lượng tái tạo • Thủy điện có hồ chứa nhìn chung sẵn sàng huy động cần; người vận hành điều chỉnh lưu lượng nước qua tuabin để sản xuất lượng điện theo nhu cầu • Các nhà máy thủy điện có tuổi đời hoạt động dài, kéo dài thêm tuổi thọ cải tiến tiếp Một số nhà máy hoạt động vài quốc gia vận hành 100 năm lâu Do thủy điện dạng điện lâu dài có giá điện mức hợp lý • Những lợi ích khác bao gồm cung cấp nước, thủy lợi kiểm sốt lũ Nhược điểm: • Đàn cá bị ảnh hưởng cá di chuyển phía thượng nguồn qua đập nước để đến điểm đẻ trứng chúng di chuyển phía hạ lưu biển • Thủy điện ảnh hưởng đến chất lượng nước dòng chảy Các nhà máy thủy điện gây mức ơxy hịa tan thấp nước, gây hại cho mơi trường sống bên bờ sơng • Các nhà máy thủy điện bị ảnh hưởng hạn hán Khi khơng có nước, nhà máy thủy điện khơng thể sản xuất điện • Các nhà máy thủy điện bị ảnh hưởng bồi lắng Bồi lắng ảnh hưởng đến an toàn đập giảm sản lượng điện, khả tích nước, cơng suất xả nước giảm lũ Chất bồi lắng làm tăng tải trọng lên đập cửa xả gây hư hỏng thiết bị khí • Các cơng trình thủy điện ảnh hưởng đến mơi trường địa phương phải cạnh tranh với mục đích sử dụng đất khác tạo giá trị lớn phát điện Con người, động vật thực vật mơi trường sống tự nhiên Những di tích lịch sử văn hóa địa phương bị tác động 61 • Mặc dù thủy điện nguồn lượng tái tạo có khả điều chỉnh linh hoạt độ linh hoạt thủy điện bị hạn chế nhu cầu nước cho thủy lợi ràng buộc khác Môi trường Những vấn đề môi trường xác định phát triển thủy điện bao gồm: • Vấn đề an tồn: Thủy điện ngày an toàn Sự cố vỡ đập gây chết người xảy vòng 30 năm trở lại Nguy cho cộng đồng dân cư giảm nhiều thơng qua việc lái dịng giảm thiểu tình trạng lũ cực đoan • Sử dụng nước ảnh hưởng chất lượng nước: Ảnh hưởng nhà máy thủy điện lên chất lượng nước địa điểm khác phụ thuộc vào loại nhà máy thủy điện, cách nhà máy vận hành chất lượng nước trước tới nhà máy Mức ơxy hịa tan (DO) thơng số quan trọng chất lượng nước hồ chứa Hồ rộng, sâu giảm mức DO nước đáy hồ, nơi lưu vực sơng hình thành chất lắng đọng hữu với khối lượng nhiều • Ảnh hưởng đến loài di cư đa dạng sinh học: Các đập cũ với cơng trình thủy điện thường xây dựng theo hướng không xem xét mức tác động loài cá di cư Nhiều nhà máy thủy điện cũ cải tạo cá di chuyển lên thượng lưu xuống hạ lưu • Thực dự án thủy điện khu vực có khơng có hoạt động người: Ở khu vực có khơng có hoạt động người mục đích hàng đầu giảm tác động lên môi trường Một cách tiếp cận giới hạn phạm vi ảnh hưởng khu vực nhà máy, với can thiệp tối thiểu vào đất rừng khu vực đập hồ chứa, ví dụ tránh phát triển làng mạc thành phố sau giai đoạn xây dựng • Bồi lấp hồ rác thải: Vấn đề làm thay đổi địa mạo tổng thể sông ảnh hưởng đến hồ, đập/nhà máy thủy điện mơi trường hạ lưu Dung tích chứa nước hồ bị giảm, phụ thuộc vào khối lượng chất bồi lắng dịng sơng mang đến • Vịng đời phát thải khí nhà kính: Vịng đời phát thải CO2 thủy điện giai đoạn xây dựng, vận hành bảo trì, đến tháo dỡ nhà máy Khả phát thải từ sử dụng đất liên quan đến thay đổi tích tụ carbon tác động quản lý sử dụng đất nhỏ • Phá rừng, tăng hậu lũ Việc làm Nhìn chung, dự án thủy điện quy mô lớn (110 MW) tạo khoảng 2.000 – 3.000 việc làm cho địa phương giai đoạn xây dựng Các công việc dự kiến kỹ thuật viên, thợ hàn, thợ mộc, thợ khuân vác, kế tốn dự án, kỹ sư điện, kỹ sư khí, đầu bếp, dọn vệ sinh, thợ nề, bảo vệ nhiều cơng việc khác Trong khoảng 150 - 200 người tiếp tục làm việc nhà máy (Tài liệu tham khảo 18) năm 1950 Pelton cung cấp Hiệu suất đỉnh tuabin Nghiên cứu phát triển Thủy điện cơng nghệ chín muồi phổ biến (loại 4) Mặc dù thủy điện công nghệ phát điện sử dụng lượng hiệu nhất, có tỷ lệ hoàn vốn dựa điện hiệu suất chuyển đổi cao cịn nhiều mặt cải tiến nhỏ cần thiết phát triển cơng nghệ • Cải tiến tuabin Hiệu suất thủy lực tuabin thủy điện tăng dần theo năm: tuabin đại đạt hiệu suất 90% đến 95% Đây trường hợp tuabin thay tuabin có (phụ thuộc vào giới hạn vật lý) Hình 18: Cải thiện hiệu suất thủy lực theo thời gian (Tài liệu tham khảo 7) Một số cải tiến nhằm giảm trực tiếp tác động môi trường thủy điện thông qua phát triển: o Tuabin thân thiện với cá 62 o o • • • • • Tuabin thơng khí Tuabin khơng có dầu Tuabin thủy động: Tuabin thủy động sử dụng kênh, ống sông Tuabin đặt dịng suối đơi gọi tuabin thủy động, chủ yếu dựa vào chuyển đổi lượng từ dịng nước chảy tự do, thay lượng từ cột áp thủy lực đập cơng trình kiểm sốt dịng chảy tạo Hầu hết thiết bị nằm nước có tuabin trục nằm ngang, với cánh cố định điều chỉnh Tuabin bóng đèn (tròn): Ngày nay, cột nước thấp sử dụng để phát điện với tính khả thi kinh tế Tuabin bóng đèn giải pháp hiệu cột nước thấp từ 30 m trở xuống Thuật ngữ "bóng đèn" mơ tả hình dáng hộp kín nước phía thượng nguồn chứa máy phát điện đặt trục nằm ngang Máy phát điện quay cánh quạt có bước cánh điều chỉnh (hoặc tuabin Kaplan) đặt bên phía hạ lưu tuabin bóng đèn Cải tiến cơng tác xây dựng: Chi phí xây dựng liên quan đến xây dựng cơng trình thủy điện lên đến 70% tổng chi phí cơng trình, cải tiến phương pháp, công nghệ vật liệu quy hoạch, thiết kế xây dựng công trình có tiềm lớn (Tài liệu tham khảo 13) Đập bê tông đầm lăn (RCC) xây dựng sử dụng nhiều bê tông khô so với đập bê tông trọng lực truyền thống, cho phép xây dựng thời gian ngắn chi phí thấp Nâng cấp cải tạo nhà máy cũ để cải thiện hiệu suất thông số môi trường Bổ sung tổ máy thủy điện cho đập có dịng nước Ước tính chi phí đầu tư Chi phí vốn qua đêm nhà máy thủy điện phụ thuộc lớn vào địa điểm đặt vị trí nhà máy Mặc dù đầu tư vào thủy điện có lợi quy mơ đầu tư tăng lên hầu hết công nghệ phát điện, địa điểm tốt dễ dàng tiếp cận cho thủy điện quy mơ lớn khai thác hết; số trường hợp, thủy điện dịng chảy (quy mơ nhỏ) xây dựng với chi phí thấp Đối với thủy điện quy mơ lớn, liệu độ lệch tiêu chuẩn so với chi phí trung bình số liệu khan Số liệu dự án từ IRENA cho thấy trung bình chi phí vốn qua đêm nhà máy thủy điện có xu hướng ổn định nhiều năm Thực tế, cơng nghệ có tảng phát triển tốt cải tiến cơng nghệ hạn chế bù đắp cho chi phí phát triển dự án cao (ví dụ chi phí đánh giá tác động môi trường theo quy định khắt khe hơn) Ngồi ra, chi phí đầu tư cho số dự án có Việt Nam thủy điện Lai Châu (quy mô lớn) thủy điện Sông Bung (quy mô nhỏ) thấp nhiều so với số liệu quốc tế Cẩm nang Công nghệ điều chỉnh chi phí cho yếu tố có tính đến tỷ lệ lạm phát chi phí từ năm 2016 2018 Bên cạnh đó, tỷ lệ học tập kinh nghiệm ước tính xem xét để tính toán giá trị cuối cho năm 2030 2050 Các giá trị cuối xem xét cân mức thận trọng số liệu quốc tế số liệu nước Tuy nhiên, khuyến nghị cao đưa cần tính đến điều kiện nước ước tính chi phí đầu tư cho nhà máy thủy điện lập quy hoạch lượng Ví dụ dự án có Tài liệu tham khảo 19 rõ tiềm kinh tế thủy điện nhỏ (30 MW): Lai Châu (Tài liệu tham khảo 20) Lai Châu nhà máy thủy điện thượng nguồn bậc thang thủy điện sông Đà Việt Nam Nhà máy nằm huyện Mường Tè, tỉnh Lai Châu, với công suất đặt 1.200 MW, gồm tổ máy 3x400 MW Nhà máy khởi công xây dựng vào tháng 01/2011 khánh thành vào tháng 12/2016, sớm kế hoạch năm Lai Châu nhà máy thủy điện có hồ chứa, với diện tích lưu vực 26.000 km2, dung tích hồ 1,21 tỷ m3 dung tích hiệu dụng 800 triệu m3 Mực nước dâng bình thường 295 m mực nước chết 270 m, lưu lượng nước lớn chảy qua tuabin 1664,2 m3/s Nhà máy thủy điện Lai Châu sử dụng tuabin Francis có hiệu suất điện 96% Tốc độ điều chỉnh công suất 66,8% /phút thời gian khởi động giây Tổng mức đầu tư nhà máy thủy điện Lai Châu (kể đập) 1,105 tỷ USD (quy đổi giá USD năm 2019 chưa bao gồm chi phí hành chính, tư vấn, quản lý dự án, chuẩn bị địa điểm, thuế tiền lãi thời gian xây dựng) với suất đầu tư danh nghĩa 0,93 tr.USD/MWe Tổng chi phí đầu tư (gồm chi phí nêu trên) 1,74 tỷ USD, tương ứng với 1,45 tr.USD/MW Nhà máy thủy điện nhỏ (