Đánh giá tiềm năng và khả năng sử dụng năng lượng sinh khối để phát điện ở tỉnh nghệ an và trang trại bò sữa TH milk thuộc tập đoàn TH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỮU HIẾU ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI ĐỂ PHÁT ĐIỆN Ở TỈNH NGHỆ AN VÀ TRANG TRẠI BÒ SỮA TH MILK THUỘC TẬP ĐOÀN TH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN Hà Nội - năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN HỮU HIẾU ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI ĐỂ PHÁT ĐIỆN Ở TỈNH NGHỆ AN VÀ TRANG TRẠI BÒ SỮA TH MILK THUỘC TẬP ĐOÀN TH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN LÂN TRÁNG Hà Nội - 2016 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ 10 MỞ ĐẦU 11 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG SINH KHỐI 14 1.1 Giới thiệu chung .14 1.1.1 Khái quát sinh khối lƣợng sinh khối 14 1.1.2 Nguồn gốc lƣợng sinh khối .15 1.1.2.1 Chất bã sinh khối qua xử lý 16 1.1.2.2 Bột giấy chất bã trình sản xuất giấy .17 1.1.2.3 Bã nông nghiệp 17 1.1.2.4 Chất thải từ gia súc 19 1.1.2.5 Các loại bã thải khác 20 1.1.2.6 Cây trồng lƣợng 20 1.2 Những ƣu điểm hạn chế lƣợng sinh khối 22 1.2.1 Ƣu điểm sinh khối 22 1.2.1.1 Kinh tế - Xã hội 22 1.2.1.2 Lợi ích mặt môi trƣờng 24 1.2.1.3 Nhiên liệu sinh học vấn đề phát triển bền vững 26 1.2.2 Hạn chế lƣợng sinh khối 27 1.3 Công nghệ sản xuất lƣợng sinh khối 27 1.3.1 Sản xuất điện từ lƣợng sinh khối .28 1.3.2 Phát điện khí biogas 31 1.3.2.1 Tìm hiểu khái quát khí biogas .31 1.3.2.2 Điều chế khí cho máy phát điện 35 1.3.2.3 Giới thiệu số chủng loại máy phát dùng nhiên liệu biogas 40 1.3.2.4 Nguyên lý hoạt động hệ thống dẫn khí 41 CHƢƠNG ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NĂNG LƢỢNG SINH KHỐI CỦA TỈNH NGHỆ AN 43 2.1 Đặc điểm tự nhiên, xã hội tỉnh Nghệ An .43 2.1.1 Lịch sử, địa lý 43 2.1.2 Địa hình 44 2.1.3 Khí hậu thủy văn 45 2.1.4 Diện tích tự nhiên .45 2.1.5 Dân số lao động 46 2.1.6 Tài nguyên 46 2.2 Thực trạng tiềm sử dụng lƣợng sinh khối Nghệ An 49 2.2.1 Rừng tự nhiên rừng trồng 50 2.2.2 Đất trống đồi trọc .50 2.2.3 Cây công nghiệp lâu năm 51 2.2.4 Cây ăn trái 51 2.2.5 Cây trồng phân tán 51 2.2.6 Phế thải gỗ 51 2.2.7 Phế thải từ nông nghiệp .52 2.2.8 Rơm rạ 52 2.2.9 Phế thải sau thu hoạch mía .53 2.2.10 Phế thải sau thu hoạch ngô .53 2.2.11 Thân sắn 53 2.2.12 Trấu 53 2.2.13 Bã mía .53 2.2.14 Vỏ lạc .53 2.2.15 Vỏ cà phê 54 2.3 Thực trạng tiềm khí sinh học Nghệ An 54 2.3.1 Thực trạng 54 2.3.2 Tiềm 55 CHƢƠNG SỬ DỤNG PHẦN MỀM RETSCREEN ĐỂ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG SINH KHỐI ĐỂ PHÁT ĐIỆN CỦA TRANG TRẠI BÒ SỮA TH MILK THUỘC TẬP ĐOÀN TH 57 3.1 Tổng quan phần mềm RETScreen .57 3.1.1 Giới thiệu phần mềm RETScreen 57 3.1.2 Cơ sở liệu phần mềm RETScreen 62 3.1.3 Các ứng dụng phần mềm RETScreen 63 3.1.4 Lý sử dụng phần mềm RETScreen .64 3.1.5 Các phƣơng pháp đánh giá dự án phần mềm RETScreen 65 3.1.5.1 Sơ đồ khối phần mềm RETScreen 65 3.1.5.2 Phƣơng pháp giá trị tƣơng đƣơng (Net Present Value – NPV) 65 3.1.5.3 Phƣơng pháp hệ số hoàn vốn nội (Internal Rate of Return – IRR) 66 3.2 Đánh giá dự án nhà máy điện dùng biogas trang trại bò sữa TH Milk phần mềm RETScreen 70 3.2.1 Tiềm sinh khối trang trại bò sữa TH Milk 70 3.2.2 Sử dụng phần mềm RETScreen để đánh giá tiềm phát điện khí sinh học biogas trang trại bò sữa TH Milk Nghệ An 71 3.2.2.1 Thông tin ban đầu dự án 72 3.2.2.2 Khai báo tải mạng lƣới trang trại .72 3.2.2.3 Mô hình lƣợng dự án 75 3.2.2.4 Tính toán đáp ứng nhiên liệu .76 3.2.2.5 Phân tích chi phí .77 3.2.2.6 Phân tích đánh giá dự án .78 3.2.2.7 Phân tích độ nhạy rủi ro 88 3.3 Đánh giá dự án nhà máy điện dùng diesel trang trại bò sữa TH Milk phần mềm RETScreen .92 3.3.1 Tổng quát 92 3.3.2 Phân tích phát thải 93 3.3.3 Phân tích tài 94 3.4 So sánh mặt kinh tế, kỹ thuật xã hội dự án phát điện chạy biogas máy phát diesel 96 3.4.1 So sánh hai dự án phát điện 96 3.4.2 Nhận xét 98 KẾT LUẬN, KHUYẾN NGHỊ VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 99 Kết luận 99 Khuyến nghị .100 Hƣớng nghiên cứu 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới ban giám hiệu trƣờng đại học bách khoa Hà Nội, thầy giáo, cô giáo viện sau đại học, viện điện, môn hệ thống điện, đặc biệt PGS TS Nguyễn Lân Tráng tận tình hƣớng dẫn giúp tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ kỹ thuật thời gian quy định Tác giả hi vọng kiến thức học tập nghiên cứu đóng góp phân nhỏ cho phát triển kinh tế, xã hội Nghệ An nói riêng Việt Nam nói chung, mang lại sống xanh, sạch, đẹp cho nhân dân Mặc dù cố gắng nhƣng khó tránh khỏi sai sót Rất mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp thầy giáo, cô giáo bạn đồng nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn./ Học viên Nguyễn Hữu Hiếu LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan luận văn công trình nghiên cứu tác giả, số liệu luận văn trung thực, khách quan, dựa kết nghiên cứu thực tế tài liệu đƣợc công bố Hà Nội, ngày … tháng … năm 2016 Tác giả Nguyễn Hữu Hiếu DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT SK Sinh khối NLSK Năng lƣợng sinh khối NLTT Năng lƣợng tái tạo NLSH Năng lƣợng sinh học NLHT Năng lƣợng hóa thạch EVN Tập đoàn điện lực Việt Nam CDM Cơ chế phát triển FAO Tổ chức lƣơng thực nông nghiệp Liên hợp quốc EPA Cục bảo vệ môi trƣờng Hoa Kỳ UNESCO Tổ chức giáo dục, khoa học văn hóa Liên hiệp quốc NASA Cơ quan hàng không vũ trụ Hoa Kỳ REEEP Đối tác hiệu lƣợng lƣợng tái tạo UNEP Chƣơng trình môi trƣờng Liên hiệp quốc GEF Quỹ môi trƣờng toàn cầu PCF Quỹ Prototype carbon ngân hàng Thế giới DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Nội dung Trang Bảng 2.1 CSE – Hệ số khai thác củi bền vững (tấn/ha/năm) 48 Bảng 2.2 Sản lƣợng củi khai thác (tấn) 49 Bảng 2.3 Tỉ lệ phế thải sản lƣợng thu hoạch 50 Bảng 2.4 Thống kê số lƣợng đàn gia súc, gia cầm Nghệ An 53 Bảng 2.5 Quy đổi dầu tƣơng đƣơng 54 Bảng 2.6 Tính toán tiềm sản lƣợng khí Nghệ An quy đổi sang dạng lƣợng khác 54 Bảng 3.1 Thông tin dự án phát điện biogas 70 Bảng 3.2 Chi phí đầu tƣ dự án phát điện biogas 75 Bảng 3.3 Chi phí hàng năm định kỳ cho dự án biogas 76 Bảng 3.4 Các tham số tài dự án biogas - trƣờng hợp 77 Bảng 3.5 Thu nhập hàng năm dự án biogas – trƣờng hợp 77 Bảng 3.6 Chi phí tiết kiệm/thu nhập dự án biogas – TH1 78 Bảng 3.7 Khả tài dự án biogas – trƣờng hợp 78 Bảng 3.8 Dòng tiền hàng năm dự án biogas – trƣờng hợp 79 Bảng 3.9 Thu nhập hàng năm dự án biogas – trƣờng hợp 82 Bảng 3.10 Chi phí tiết kiệm/thu nhập dự án biogas – TH2 82 Bảng 3.11 Khả tài dự án biogas – trƣờng hợp 83 Bảng 3.12 Dòng tiền hàng năm dự án biogas – trƣờng hợp 83 Bảng 3.13 Phân tích độ nhạy NPV dự án 86 Bảng 3.14 Phân tích độ nhạy IRR dự án 87 Bảng 3.15 Bảng phân tích rủi ro giá trị – NPV 88 Bảng 3.16 Bảng phân tích rủi ro IRR dự án 89 Bảng 3.17 Thông tin dự án dùng máy phát điện diesel 90 Bảng 3.18 Phân tích phát thải dự án phát điện diesel 92 Bảng 3.19 Phân tích tài dự án phát điện diesel 93 3.2.2.7 Phân tích độ nhạy rủi ro Ta thấy, có trƣờng hợp dự án xét có tính khả thi tài chính, có thêm hỗ trợ tính khả thi cao, độ rủi ro giảm Vì vậy, ta phân tích độ nhạy độ rủi ro đƣợc xét trƣờng hợp - Dự án đƣợc hỗ trợ Phân tích độ nhạy giá trị – NPV Dải tính độ nhạy 20%, với ngƣỡng độ nhạy 1000 $ Bảng 3.13 Phân tích độ nhạy NPV dự án Kết phân tích độ nhạy giá trị – NPV có biến động tham số cho thấy: tất giá trị NPV dƣơng nên dự án hoàn toàn khả thi 88 Phân tích độ nhạy IRR dự án Dải tính độ nhạy 20%, với ngƣỡng IRR 14% Bảng 3.14 Phân tích độ nhạy IRR dự án Kết phân tích độ nhạy vốn cổ đông – IRR sau thuế có biến động tham số cho thấy: có số trƣờng hợp IRR < 14% (phần tô đậm bảng trên) không đảm bảo tính khả thi dự Nhƣ vậy, tỉ giá xuất điện không ảnh hƣởng đến tính khả thi dự án; giá thành ban đầu dự án tăng thêm 10%, 20% có ảnh hƣởng tỉ giá xuất điện đến tính khả thi dự án, cụ thể là: - Khi giá thành ban đầu tăng 10% tỉ giá xuất điện giảm 20%; - Khi giá thành ban đầu tăng 20% tỉ giá xuất điện giảm 10% 20% 89 Phân tích rủi ro giá trị thuần-NPV Bảng 3.15 Bảng phân tích rủi ro giá trị – NPV Biểu đồ 3.5 Phân tích tác động giá trị (NPV) Ở mức độ rủi ro 10% ta thấy: - Cực tiểu mức độ tin tƣởng 7.128.261 $ - Cực đại mức độ tin tƣởng 12.479.547 $ 90 - Trung tuyến 9.791.352 $ Phân tích rủi ro IRR dự án Thực tƣơng tự nhƣ phân tích rủi ro giá trị – NPV Bảng 3.16 Bảng phân tích rủi ro IRR dự án Biểu đồ 3.6 Bảng phân tích rủi ro IRR dự án 91 Ở mức độ rủi ro 10% ta thấy: - Cực tiểu mức độ tin tƣởng 15,6 % - Cực đại mức độ tin tƣởng 22,0 % - Trung tuyến 18,3 % 3.3 Đánh giá dự án nhà máy điện dùng diesel trang trại bò sữa TH Milk phần mềm RETScreen 3.3.1 Tổng quát Dự án cấp điện cho trang trại bò sữa TH Milk Nghệ An tổ máy phát điện diesel 3,75 MW Thông tin ban đầu dự án: Bảng 3.17 Thông tin dự án dùng máy phát điện diesel 92 Với tổ máy phát điện nhà sản xuất Mitsubishi Heavy Industries cung cấp, nhãn hiệu SRSeries, công suất 2.109 kW năm sản lƣợng điện xuất lên lƣới 18.105 MWh - Tính sẵn sàng để dùng 8.585 giờ/năm - Tỷ lệ nhiên liệu: 0,550 $/lít (tƣơng đƣơng 12.250 đ/lít) - Tỷ lệ nhiệt: 9.471 kJ/kWh - Tỷ giá xuất điện: 70 $/MWh 3.3.2 Phân tích phát thải Nhập thông số cho phần mềm: - Hệ số phát thải khí nhà kính không gồm truyền tải: 0,432 kgCO2/MWh - Tổn thất truyền tải phân phối: 10% - Chi phí giao dịch tín dụng khí nhà kính: 5% - Tỷ giá tín dụng giảm khí nhà kính: $/tCO2 - Thời hạn vay nợ giảm khí thải nhà kính: 20 năm - Trƣợt giá tín dụng giảm khí thải nhà kính: 0% 93 Bảng 3.18 Phân tích phát thải dự án phát điện diesel Khi sử dụng nhiên liệu diesel phát điện lƣợng phát thải khí nhà kính thực hàng năm 4.482,2 tCO2 Nhƣ vậy, với tỉ giá tín dụng giảm khí nhà kính 5$/tCO2 dự án phí thêm khoản lớn cho giao dịch theo sách CDM 3.3.3 Phân tích tài Vòng đời dự án 20 năm, dự án đƣợc đầu tƣ mua sắm lắp đặt 01 tổ máy phát điện với tổng chi phí dự kiến 500.000 $ (hơn 11 tỷ VNĐ) - Tỷ giá xuất điện: 70$/MWh (Theo mức tỷ giá xuất điện sinh khối) - Chi phí vận hành bảo dƣỡng: 2.000 $/năm - Tổng chi phí đầu tƣ ban đầu dự án tỷ suất vay 70%, lãi suất vay 7,7 %/năm, thời hạn vay 20 năm Nhƣ vậy, chi phí hàng năm 2.836.043 $, bao gồm: - Chi phí nhiên liệu: 2.799.187 $ - Chi phí vận hành bảo dƣỡng: 2.000 $ - Trả tiền vay hàng năm: 34.856 $ Thu nhập hàng năm 1.244.963 $, bao gồm: - Thu nhập từ xuất điện: 1.267.374 $ - Thu nhập cho giảm khí nhà kính: -22.411 $ 94 Bảng 3.19 Phân tích tài dự án phát điện diesel Biểu đồ 3.7 Biểu đồ dòng tiền lũy tích dự án phát điện diesel 95 Dựa vào biểu đồ dòng tiền lũy tích, nhận thấy dự án phát điện diesel khả thu hồi vốn Vì vậy, giá trị IRR trƣớc thuế âm, suốt thời gian hoạt động, dự án phải bù lỗ Chƣa tính đến chi phí đầu tƣ ban đầu lƣợng bù lỗ cho kWh đƣợc tính:  2.836.043  1.244.963  0, 088 $/kWh 18.105.000 3.4 So sánh mặt kinh tế, kỹ thuật xã hội dự án phát điện chạy biogas máy phát diesel 3.4.1 So sánh hai dự án phát điện Để so sánh với dự án phát điện diesel, ta xét dự án phát điện chạy biogas có hỗ trợ phát thải khí nhà kính trợ giá (tỷ giá xuất 70 $/MWh - dự án điện diesel) Các tiêu Phát điện diesel Phát điện chạy biogas Tổng vốn đầu tƣ ($) Tổng chi phí năm ($) Tổng tiết kiệm thu nhập năm ($) NPV dự án ($) Thời gian thu hồi vốn (năm) 500.000 $ 22.819.335 $ 2.836.043 $ 2.500.656 $ 1.244.963 $ 2.512.310 $