Khi tiến hành lựa chọn công nghệ tận thu năng lượng từ CTR tuân theo những nguyên tắc:
- Công nghệ đơn giản nhưng không lạc hậu, bảo đảm xử lý có hiệu quả, an toàn và không gây ô nhiễm môi trường.
- Giá thành có thể chấp nhận được trong điều kiện của địa phương.
Do đó, luận văn đề xuất công nghệ đốt rác đồng phát nhiệt điện cho CTRSH và CTRCN với công suất 150 tấn/ngày. Đối với phụ phẩm lúa, ngô sử dụng bếp khí hóa, đối với chất thải chăn nuôi sử dụng công nghệ ủ kị khí.
57
3.4.1. Công nghệ đốt rác đồng phát nhiệt điện đối với CTRSH và CTRCN
Công nghệ thu khí từ bãi chôn lấp rác thải đòi hỏi diện tích đất lớn và khu vực chứa rác có thể gây ra mùi khó chịu, làm ô nhiễm nguồn nước và không khí. Trong Quyết định số 2149/QĐ-TTg ngày 17/12/2009 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Chiến lược Quốc gia về quản lý chất thải rắn tổng hợp cho tới 2025, tầm nhìn tới 2050, công nghệ này không được ưu tiên áp dụng [5][10]. Công nghệ sản xuất ethanol từ vật liệu chứa cellulose còn đắt, chưa sản xuất trên quy mô công nghiệp được. Do đó đối với CTRSH và CTRCN, luận văn đề xuất công nghệ đốt rác đồng phát nhiệt điện. 3.4.1.1. Sơ đồ công nghệ
Hình 3.2. Sơ đồ lò đốt CTRSH và CTRCN
Nguyên lý hoạt động
- Chất thải rắn sau khi được thu gom đến nhà máy sẽ được sấy, hạ độ ẩm xuống dưới 25% để nâng cao hiệu suất và giảm bớt khói trong quá trình đốt. Sau đó, nghiền nhỏ rồi chuyển đến lò đốt. Đối với CTR thông thường, lò đốt có nhiệt độ 700 -8000C. Nhiệt cháy trong lò đốt được cung cấp cho nồi hơi để hóa hơi nước. Hơi nước làm tuabin quay và chạy máy phát điện. Nguồn điện có thể cung cấp cho nhà máy hoặc bán.
- Nguồn nhiệt từ khí thải lò đốt và nguồn nhiệt từ nồi hơi sang tuabin sẽ được sử dụng trong công đoạn sấy của nhà máy. Khí sau khi trao đổi nhiệt
58
sẽ được xử lý bằng thiết bị lọc bụi và hấp thụ CO2, SO2, NOx bằng dung dịch kiềm.
- Tro sẽ được đóng rắn để chôn lấp hoặc dùng cho mục đích đào lấp.
3.4.1.2. Ước tính hiệu quả năng lượng
Khi giảm độ ẩm CTRSH xuống 25% thì nhiệt lượng sinh ra là 5.786,4 MJ/tấn. Với khối lượng 150 tấn/ngày sẽ tạo ra 867.961,7MJ/ngày.
Trên thực tế, hiệu suất chuyển đổi thành điện chỉ đạt 25%.1kWh = 3600 kJ nên điện năng có thể tạo ra trong một ngày là 60.275kWh.
1kW = 1kJ/s. Số giờ chạy hết công suất trong ngày là khoảng 18h/ngày. Như vậy công suất phát điện là3.348,6kW.
3.4.1.3. Ước tính hiệu quả tài chính
Chi phí
Trong khuôn khổ của luận văn, chi phí về tài chính cùng một số giả định về kinh tế, kỹ thuật của dự án lò đốt rác phát điện được tính toán theo số liệu từ báo cáo Tóm tắt Nghiên cứu Hỗ trợ Cơ chế Phát triển điện năng lượng sinh học nối lưới ở Việt Nam do dự án hợp tác Việt – Đức về “Hỗ trợ Phát triển năng lượng tái tạo tại Việt Nam” thực hiện [bảng 3.20].
Bảng 3.20. Các số liệu chính của nhà máy đốt rác phát điện[5]
Suất đầu tư (USD/kW)
Chi phí vận hành duy tu hàng năm (% chi phí đầu tư)
Chi phí nhiêu liệu (USD/tấn) Số giờ chạy hết công suất (giờ/năm) Hiệu suất (%) 4.408 8,58 0 6.500 25
Theo đó, chi phí đầu tư cho hệ thống nhà máy đốt CTR công suất 150 tấn/ngày phát điện để tạo ra 3.348,6 kW là:
C1 = công suất * suất đầu tư = 14.760.678 USD
Chi phí vận hành và duy tu bao gồm chi phí nhân công, chi phí vận hành, chi phí bảo dưỡng trong nhà máy. Đối với dự án nhà máy điện từ CTR thông thường
59
chi phí vận hành và bảo dưỡng hàng năm bằng 8,58% chi phí đầu tư. Như vậy, chi phí vận hành và duy tu là:
C2 = 8,58 *C1/100 = 1.266.466 USD/năm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ngoài ra còn có chi phí cho ngườithu gom, vận chuyển. Các tổ thu gom được thành lập tại các thôn, xóm, khu dân cư và các cụm điểm công nghiệp, trung bình một tổ có 3-5 người. Theo phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Chương Mỹ, mức thu nhập của người thu gom CTR khoảng 700-800 nghìn đồng/người/tháng. Đối với lái xe, lái máy xúc, máy ủi có25 người, mức lương khoảng 2 – 3 triệu đồng/người/tháng.Tổng chi phí cho người thu gom và thiết bị bảo hộ lao động khoảng 750.000.000 VNĐ/tháng.
Các chi phí khác như chi phí cho phương tiện thu gom, vận chuyển, phụ cấp độc hại…chưa được tính toán trong luận văn. Doanh thu
- Từ phí thu gom rác thải:
Theo kết quả điều tra khảo sát, trung bình khi thu gom 1 tấn CTR thì phí thu gom rác thu được là 250.000 VNĐ. Như vậy 1 ngày nếu thu gom 150 tấn CTRthì số tiền thu được là 37.500.000 VNĐ/ngày. Ngoài ra, theo Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện thì kinh phí hỗ trợ của UBND huyện trong công tác thu gom CTRSH là 96.000 VNĐ/tấn. Vậy 1 ngày kinh phí hỗ trợ là 12.277.000 VNĐ/ngày. Tổng thu từ thu gom rác thải là 49.777.000 VNĐ/ngày.
- Từ sản xuất điện:
Giá bán điện tại thời điểm giao nhận chưa bao gồm thuế giá trị gia tăng cho dự án phát điện đốt CTR trực tiếp là 2.114 VNĐ/kWh [12].
Lượng điện sinh ra 1 ngày là 60.275kWh.
Nguồn thu từ bán điện của nhà máy trong 1 ngày là: 2.114 60.275 = 127.421.350 VNĐ/ngày
- Từ bán tín chỉ cacbon:
60
Trong quá trình vận hành, hệ số phát thải khí của nhà máy là 0,54 kg CO2/kWh. Như vậy, lượng phát thải CO2 trong 1 ngày của nhà máy là 32.548,5 kg CO2.
So sánh với chôn lấp CTRSH không thu hồi khí.
Theo kết quả của 3.3.2, mỗi tấn CTR được chôn lấp sẽ phát thải 46,7kg CH4/tấn CTR. Với hệ số quy đổi phát thải khí nhà kính thì 1 kg CH4 = 21 kg CO2, vậy lượng CO2 phát thải là 980,7 kg CO2/tấn CTRSH, 1 ngày phát thải 147.105 kg CO2.
Do đó, lượng giảm phát thải CO2 so với chôn lấp rác không thu hồi khí là: 147.105 – 32.548,5 =114.556,5 kg CO2
So sánh với đường phát thải cơ sở của hệ thống điện Việt Nam
Theo Lê Kim Hùng, Phan Công Tám (2012),hệ số phát thải cơ sở của hệ thống điện Việt Nam năm 2013bằng phương pháp tính biên vận hành đơn giản là 0,6882 tCO2/MWh hay 0,6882 kg CO2/kWh [4].
Mỗi ngày nhà máy tạo ra 60.275 kWh điện. Như vậy, lượng khí CO2 phát thải tương đương khi xây dựng một nhà máy điện là 41.481,26kg CO2/ngày.
Lượng giảm phát thải của lò đốt CTR so với xây dựng nhà máy điện là: 41.481,26 – 32.548,5 = 8.932,76 kg CO2/ngày
Như vậy lượng giảm phát thải khí nhà kính của lò đốt CTR phát điện là:
Lượng giảm so với chôn lấp rác + lượng giảm so với xây dựng nhà máy điện tương đương = 123.489,26 kg CO2/ngày 123,5 tấnCO2/ngày.
Ta có giá tín chỉ cacbon là 5 USD/tấn CO2 như vậy giá thu được từ bán tín chỉ cacbon là 618USD/ngày.
Ước tính nguồn doanh thu và chi phí cho xây dựng lò đốt CTR tại huyện Chương Mỹ được tổng kết ở bảng 3.11, với 1 USD = 21.000 VNĐ.
Bảng 3.21. Nguồn doanh thu và chi phí của dự án
Chi phí Doanh thu
USD/ngày USD/năm
61
Chi phí đầu tư (USD) 14.760.678 Từ phí thu gom rác 2.370 865.172 Chi phí vận hành duy tu (USD/năm) 1.266.466 Từ bán điện 6.068 2.214.704
Chi phí thu gom, vận chuyển (USD/năm) 428.571 Từ bán tín chỉ cacbon 618 225.570 Tổng 9.056 3.305.446
Giả định: Tỷ suất chiết khấu: 8% Tuổi thọ dự án: 20 năm
Thuế áp dụng 0% trong 4 năm đầu và 5% cho 9 năm tiếp theo, 10% cho các năm còn lại (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thì dòng tiền của dự ánđược tính toán trong bảng 3.22. Bảng 3.22. Dòng tài chính của dự án Năm Chi phí ban đầu Chi phí hàng năm Doanh thu Lợi nhuận trước thuế Thuế phải nộp Lợi nhuận sau thuế 0 14.760.678 -14.760.678 0 -14.760.678 1 995.401 2.488.935 1.493.534 0 1.493.534 2 1.035.217 2.488.935 1.453.718 0 1.453.718 3 1.076.626 2.488.935 1.412.309 0 1.412.309 4 1.119.691 2.488.935 1.369.244 0 1.369.244 5 1.164.478 2.488.935 1.324.457 66223 1.258.234 6 1.211.058 2.488.935 1.277.877 63894 1.213.984 7 1.259.500 2.488.935 1.229.435 61472 1.167.963 62
8 1.309.880 2.488.935 1.179.055 58953 1.120.102 9 1.362.275 2.488.935 1.126.660 56333 1.070.327 10 1.416.766 2.488.935 1.072.169 53608 1.018.561 11 1.473.437 2.488.935 1.015.498 50775 964.723 12 1.532.374 2.488.935 956.561 47828 908.733 13 1.593.669 2.488.935 895.266 44763 850.503 14 1.657.416 2.488.935 831.519 41576 789.943 15 1.723.712 2.488.935 765.223 38261 726.961 16 1.792.661 2.488.935 696.274 34814 661.460 17 1.864.367 2.488.935 624.568 31228 593.339 18 1.938.942 2.488.935 549.993 27500 522.493 19 2.016.500 2.488.935 472.435 23622 448.813 20 2.097.160 2.488.935 391.775 19589 372.186 Từ số liệu bảng 3.22 có thể tính được:
Giá trị hiện tại ròng NPV sau thuế = 372.541 USD
Kết quả NPV dương tức là dự án có lãi. Tuy nhiên, theo đánh giá được thì giá trị sinh lời này chưa thật sự cao để thu hút đầu tư của các tổ chức, doanh nghiệp tư nhân do trong luận văn chưa tính đến một số chi phí khác như chi phí đầu tư thiết bị thu gom, phụ cấp độc hại cho công nhân...
3.4.1.4. Hiệu quả về môi trường – xã hội
Dự án lò đốt CTRSH và CTRCN trên địa bàn huyện Chương Mỹ giúp giải quyết các vấn đề ô nhiễm về CTR, giảm phát thải khí nhà kính so với các phương pháp chôn lấp và các dự án sản xuất điện khác tương đương, đồng thời giảm các tác động xấu của CTR đến sức khỏe, đời sống con người..
Dự án sử dụng ít diện tích hơn so với chôn lấp CTR và có khả năng đem lại những tác động tích cực đến nông nghiệp do giảm nơi lưu trú của các loài chuột gây hại cho cây trồng.
63
Như vậy, dự án lò đốt CTRSH và CTRCN trên địa bàn huyện Chương Mỹ có thể đem lại hiệu quả về mặt năng lượng, môi trường cũng như kinh tế - xã hội. Tuy nhiên, để dự án khả thi thì cần có tài trợ từ các nguồn khác và hỗ trợ, chuyển giao công nghệ.
3.4.2. Công nghệ biogas xử lý chất thải chăn nuôi
Khí sinh học đang được phát triển nhanh chóng trên thế giới cả về ứng dụng và công nghệ. Khí sinh học có thể sử dụng trong đun nấu, sưởi ấm, chiếu sáng hoặc tinh chế để làm nhiên liệu chạy xe. Điều này cho thấy tính hiệu quả của công nghệ khí sinh học đối với việc xử lý chất thải chăn nuôi nói riêng và các chất thải rắn hữu cơ dễ phân hủy sinh học nói chung.
Tại huyện Chương Mỹ, theo tính toán tại 3.3.2 tiềm năng khí sinh học từ chất thải chăn nuôi trên địa bàn huyện lớn nhưng hiện nay việc khai thác nguồn năng lượng này chưa nhiều. Vì vậy trong luận văn đề xuất sử dụng công nghệ biogas để xử lý chất thải chăn nuôi.
3.4.2.1. Sơ đồ công nghệ
Hình 3.3. Công nghệ biogas x ử lý chất thải chăn nuôi Mô tả quy trình:
Chất thải từ các chuồng trại qua hệ thống thu gom được đưa đến hầm ủ biogas.Tỷ lệ pha loãng khoảng 1:2 đến 1:5 giúp quá trình phân hủy có hiệu suất cao
64
và thể tích bể không quá lớn, để đạt tỷ lệ này có thể lắp đặt 2 đường cống thoát nước, một đường cống nối đến bể phân hủy, 1 đường chảy ra ngoài. Khi tắm cho vật nuôi thì cửa cống đến bể phân hủy sẽ được đóng lại.
Phân và nước lưu trong hầm ủ20 ngày, nếu vào mùa đông thì quá trình này có thể kéo dài hơn từ 30-40 ngày. Trong bể phân hủy nhờ quá trình lên men kỵ khí để phân giải chất hữu cơ và sản sinh ra khí sinh học. Khí sinh ra sẽ được đưa qua hệ thống làm sạch gas bằng than hoạt tính được chế tạo từ các nguyên liệu giàu cacbon như than đá, gỗ, mùn cưa…nhằm loại bỏ CO2 do khí này làm cản trở quá trình cháy và sử dụng hợp chất sắt để loại bỏ H2S giúp giảm độ ăn mòn thiết bị. Các vật liệu hấp phụ này có thể chứa trong ống nhựa PVC.
Sau đó khí được đưa đến túi chứa để sử dụng cho mục đích đun nấu, thắp sáng hoặc sử dụng máy phát điện chạy bằng biogas. Túi chứa là 2 túi dạng dẻo được lồng vào nhau. Để kiểm tra chất lượng khí có thể đốt cháy khí. Nếu ngọn lửa có màu xanh đặc trưng và khi nung nóng kim loại không tạo thành vết đen thì khí gas đạt chuẩn.
Khi có chất thải mới vào bể phân hủy thì chất thải trong bể sẽ bị đẩy ra ngoài, vào bể lắng. Chất thải sau quá trình ủ được sử dụng làm phân bón cho cây trồng hoặc nuôi cá.
3.4.2.2. Hiệu quả mô hình hầm ủ biogas
Hầm ủ biogas giúp xử lý chất thải trong chăn nuôi và phòng ngừa các bệnh truyền nhiễm. Đồng thời giảm bớt khí nhà kính. Bên cạnh đó giúp tạo nguồn khí đốt cho đun nấu hoặc thắp sáng trong gia đình hoặc tạo nguồn điện cho các trang trại giúp giảm bớt các chi phí về điện và gas. Ngoài ra, việc sử dụng hầm biogas còn tạo ra lượng bã thải phục vụ nuôi trồng thủy sản hoặc làm phân hữu cơ cho cây.
Hiện nay có nhiều kiểu hầm ủ để lựa chọn phù hợp với quy mô chăn nuôi, vị trí, đặc điểm địa chất, diện tích đất có thể sử dụng, nhu cầu sử dụng và khả năng tài chính của các nông hộ. Đối với quy mô chăn nuôi trung bình và lớn có thể sử dụng hầm ủ bằng vật liệu HDPE. Đối với quy mô chăn nuôi nhỏ, nếu chăn nuôi lâu dài và
65
có vốn đầu tư thì sử dụng hầm ủ cải tiến VACVINA bằng gạch hoặc hầm ủ bằng vật liệu composite, nếu vốn đầu tư ít có thể sử dụng hầm ủ bằng vật liệu HDPE cỡ nhỏ. Các nông hộ sẽ lựa chọn loại hầm ủ phù hợp để có thể thu hồi vốn trong vòng 3 năm.
Đối với các trang trại chăn nuôi, trước đây nếu không sử dụng hết lượng khí từ hầm ủ biogas thường thải bỏ ra ngoài môi trường gây lãng phí tài nguyên và gia tăng khí nhà kính. Do đó để giải quyết vấn đề này thì khí gas sinh ra có thể bán cho các hộ gia đình lân cận với giá rẻ. Đây được gọi là mô hình biogas cấp cộng đồng, đã được tiến hành thí điểm tại xã Nam Cường và mang lại hiệu quả cao. Mô hình này cũng có thể được áp dụng tại các trang trại chăn nuôi của huyện Chương Mỹ để tạo ra nguồn năng lượng hữu ích cho địa phương.
3.4.3. Bếp khí hóa sử dụng vật liệu xenlulozo
Việc đốt cháy các vật liệu sinh khối chứa xenlulozonhư phụ phẩm lúa ngô, phế thải gỗ tạo ra nhiều khói, muội than, các khí như CO, CO2, CH4… gây ra ô nhiễm không khí cục bộ trong các gia đình, đặc biệt tại các khu vực nông thôn.
Tại huyện Chương Mỹ, việc sử dụng gỗ củi cho đun nấu còn khá phổ biến (theo kết quả khảo sát 75% hộ gia đình tại khu vực thị trấn của huyện Chương Mỹ sử dụng gỗ củi để đun nấu và tỷ lệ này là 80% tại khu vực nông thôn), tuy nhiên các loại bếp được sử dụng chủ yếu là kiềng 3 hoặc 4 chân, gây tổn thất nhiệt ra ngoài môi trường lớn. Bên cạnh đó, một lượng lớn phụ phẩm nông nghiệp đang bị thải bỏ hoặc xử lý không phù hợp cũng gây nên những tác động đến môi trường không khí trên địa bàn huyện. Cho nên luận văn đề xuất công nghệ bếp khí hóađể sử dụng phụ phẩm lúa ngô, mùn cưa, xơ dừa… một cách hợp lý hơn. Công nghệ này đã được đưa vào sử dụng trong thực tế và đã chứng minh được tính hiệu quả của nó trong việc tận dụng nguồn phụ phẩm lúa ngô, mùn cưa…để tạo ra nhiên liệu cháy ít gây ô nhiễm đến môi trường hơn.
3.4.3.1. Sơ đồ công nghệ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhiệt
66
Bếp đun
Hình 3.4. Sơ đồ công nghệ bếp khí hóa
Mô tả quy trình:
Bếp được thiết kế dựa trên nguyên lý khí động học, truyền nhiệt học, lợi dụng