Trước các vấn đề về môi trường, phát triển bền vững và giá thành, sản xuất năng lượng từ các nguồn năng lượng tái tạo ngày càng trở thành một xu hướng toàn cầu, kéo theo sự ra đời của nhiều công trình nghiên cứu, hướng nghiên về tiềm năng sản xuất năng lượng của các nguồn nhiên liệu mới.
Tại khu vực Đông Nam Á và các quốc gia sản xuất lúa gạo lớn như Trung Quốc, Ấn Độ, nguồn năng lượng sinh khối từ rơm rạ bắt đầu được quan tâm và dần trở thành một nguồn nhiên liệu tiềm năng trong việc sản xuất điện. Thái Lan là một quốc gia phụ thuộc mạnh vào nguồn nhiên liệu hóa thạch, chiếm tới 80% tổng nguồn năng lượng cấp [18], vì thế sinh khối được kỳ vọng là một trong những nguồn nhiên liệu chính để có thể thay thế khí gas tự nhiên trong việc sản xuất năng lượng. Do đó, chính phủ nước này đã có rất nhiều kế hoạch và hành động để khuyến khích, hỗ trợ các dự án điện sinh khối. Bộ Năng lượng Thái Lan đã đề ra chiến lược tăng tỷ lệ đóng góp của nguồn năng lượng thay thế từ 6,4% lên 20,3% trước năm 2022 [18]. Kế hoạch Phát triển Năng lượng Tái tạo và Năng lượng thay thế của nước này cũng đã đặt mục tiêu sản xuất thêm 4.800 MWe từ các nhà máy điện sinh khối trước năm 2021 [44]. Là một quốc gia xuất khẩu lúa gạo lớn trong khu vực, Thái Lan đang đẩy mạnh các nghiên cứu về tiềm năng và tính khả thi của việc sản xuất năng lượng điện từ nguồn rơm rạ dư thừa dồi dào nhưng chưa được quản lý hiệu quả tại quốc gia này. Một nghiên cứu của Cục Phát triển Năng lượng Thái Lan cho thấy 2,4 triệu tấn sinh khối từ rơm rạ trong một năm- tương đương với 34,4 x 109 MJ năng lượng- đã bị lãng phí [43]. Sansanee Sansiribhan và các cộng sự [44] đã thực hiện một nghiên cứu đánh giá tiềm năng và lợi ích kinh tế của các nhà máy điện siêu nhỏ từ rơm rạ. Kết quả cho thấy, nhà máy sản xuất điện từ rơm có công suất 9,5 MWe sẽ có tính khả thi về mặt kinh tế khi chi phí nhiên liệu nằm trong khoảng 30,6 - 47,4 USD/ tấn rơm khô.
Là quốc gia sản xuất nông nghiệp lớn nhất trên thế giới, Trung Quốc có một nguồn rơm rạ dư thừa khổng lồ [30]. Để hạn chế việc đốt rơm rạ trực tiếp ngoài đồng, chính phủ Trung Quốc đã thực hiện nhiều biện pháp đối phó, ví dụ như sản xuất năng lượng từ rơm rạ, trả rơm rạ lại đồng ruộng (straw-return-to-field) hoặc các ứng dụng trong công nghiệp khác [29]. Điện sinh học được xem như là một sự lựa chọn tốt tại
Trung Quốc khi xét đến khía cạnh bảo vệ môi trường tại nông thôn và tạo việc làm cho người dân tại các khu vực canh tác nông - lâm nghiệp. Trong năm 2017, năng suất điện sinh khối tại Trung Quốc đã đạt 79,4 tỷ kWh, tương đương với 1,24% tổng sinh khối điện tại quốc gia này [29]. Hiện nay, Trung Quốc là một trong những quốc gia tiên phong áp dụng công nghệ sản xuất điện năng từ rơm rạ. Một số khu vực sản xuất tiêu biểu có thể kể đến như tỉnh Giang Tây với 11 nhà máy điện từ rơm rạ, tổng công suất lắp đặt đạt 300MW (tính đến 2011) [29] và tỉnh An Huy với 23 nhà máy điện sinh khối từ rơm rạ - công suất lắp đặt 660 MW (tính đến 2016) [28].
Tại Việt Nam, phát triển điện sinh khối đã nhận được nhiều sự quan tâm, đầu tư của các cơ quan nhà nước và các tổ chức tư nhân trong những năm gần đây. Luật Điện lực năm 2004, sửa đổi bổ sung năm 2012 đã có những quy định nhằm đẩy mạnh khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng thay thế, cũng như tạo điều kiện cho các thành phần kinh tế khác nhau phát triển, sử dụng các dạng năng lượng tái tạo trong hoạt động sản xuất điện. Các chiến lược phát triển năng lượng quốc gia có tầm nhìn đến năm 2050 [11] đều nhấn mạnh việc ưu tiên phát triển năng lượng mới, năng lượng tái tạo, tăng công suất cấp điện từ năng lượng sinh khối nhằm giảm phụ thuộc vào nguồn điện từ nhiên liệu hóa thạch, giảm lượng phát thải Cacbon và tạo thêm việc làm mới cho người nông dân khi họ tham gia vào chuỗi cung cấp nhiên liệu sinh khối. Tuy nhiên, hiện nay tại Việt Nam, sinh khối chủ yếu mới được sử dụng cho công nghệ đồng phát nhiệt - điện tại các nhà máy đường, nhà máy giấy và bột giấy, với nguồn nguyên liệu chính được sử dụng là bã mía sau quá trình ép mía (tại các nhà máy mía đường) và phế thải gỗ (tại các nhà máy giấy và bột giấy). Rơm rạ từng được sử dụng làm chất đốt ở các hộ gia đình tại nông thôn. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội, mức sống của người dân ngày càng được cải thiện nên tỷ lệ sử dụng rơm rạ làm nhiên liệu cũng giảm mạnh. Lượng rơm rạ được sử dụng làm nhiên liệu đã giảm gần một nửa từ năm 2005 - 2010, từ 7,8 triệu tấn (2005) xuống c n 4 triệu tấn (2010), và chỉ c n 764,9 nghìn tấn vào năm 2016, chiếm 3% tổng lượng rơm rạ [11]. Thay vào đó, rơm rạ thường được đốt trực tiếp tại cánh đồng hoặc được sử dụng vào các mục đích phi năng lượng khác như: trồng nấm, làm thức ăn gia súc, lót trái cây trong quá trình vận chuyển.
Như vậy có thể thấy, tiềm năng sản xuất điện sinh khối từ rơm rạ tại Việt Nam là rất lớn nhưng chưa được khai thác đúng mức, chưa tận dụng được nguồn nhiên liệu rơm rạ dư thừa sẵn có. Việt Nam chưa có các nghiên cứu cụ thể về tiềm năng sản xuất điện từ rơm rạ và đánh giá chi phí, lợi ích của nó trong bối cảnh, điều kiện thực tế tại Việt Nam. Đề tài này được thực hiện nhằm nghiên cứu các vấn đề trên, từ đó đưa ra
28
những nhận xét về tính khả thi trong việc sử dụng rơm rạ để sản xuất điện năng tại Việt Nam dựa trên phân tích chi phí-lợi ích về kinh tế và môi trường, làm cơ sở tham khảo cho các quyết định và phục vụ cho các nghiên cứu khác trong tương lai.
1.6 Tổng quan về phƣơng pháp lƣợng hóa giá trị môi trƣờng
1.6.1 Giá trị Chi phí xã hội của Cacbon (SCC)
Giá trị Chi phí xã hội của Cacbon (Social Cost of Carbon, SC-CO2 hay SCC) được đề xuất và sử dụng rộng rãi bởi chính phủ các liên bang Hoa Kỳ trong việc tính toán lợi ích-chi phí trước khi đưa ra các quyết định có liên quan đến hoạt động phát thải CO2. SC-CO2 là một thước đo được tính bằng đồng Đô la Mỹ cho các tác động lâu dài gây ra cho xã hội bởi 1 tấn CO2 phát thải trong vòng một năm. SC-CO2 có nghĩa là một ước tính toàn diện về thiệt hại do biến đổi khí hậu và bao gồm những thay đổi về năng suất nông nghiệp thuần, sức khỏe con người, thiệt hại về tài sản do nguy cơ lũ lụt gia tăng và những thay đổi trong chi phí hệ thống năng lượng, chẳng hạn như giảm chi phí sưởi ấm và tăng chi phí cho máy lạnh. Tuy nhiên, với những hạn chế về mô hình và dữ liệu hiện tại, nó không bao gồm tất cả các thiệt hại quan trọng. Báo cáo Đánh giá lần thứ 5 của IPCC nhận thấy rằng ước tính SC-CO2 bỏ qua các tác động khác nhau có thể làm tăng thiệt hại. Các mô hình được sử dụng để phát triển các ước tính SC-CO2, được gọi là mô hình đánh giá tích hợp, hiện không bao gồm tất cả các tác động vật lý, sinh thái và kinh tế quan trọng của biến đổi khí hậu được ghi nhận trong tài liệu về biến đổi khí hậu vì thiếu thông tin chính xác về bản chất về thiệt hại và bởi vì khoa học được kết hợp vào các mô hình này đương nhiên đi sau nghiên cứu gần đây nhất. Tuy nhiên, các ước tính hiện tại về SC-CO2 là một thước đo hữu ích để đánh giá tác động khí hậu của sự thay đổi phát thải CO2.
Kế thừa các nghiên cứu về SCC, năm 2011, Marten và Newbold cũng đã phát triển và giới thiệu 2 thước đo tương đương tính cho khí CH4 và N2O [16]. Các giá trị này được phát triển và thay thế vào năm 2016 bởi Tổ chức Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (EPA) [14]. Cả phương pháp luận để đánh giá thiệt hại do phát thải CH4 và N2O cũng như việc áp dụng các ước tính SC-CH4 và SC-N2O để phân tích chi phí-lợi ích theo quy định đều phải qua đánh giá đồng nghiệp độc lập nghiêm ngặt và lấy ý kiến cộng đồng. Ngoài ra, các ước tính về chi phí xã hội của những khí nhà kính này tăng lên theo thời gian vì lượng khí thải trong tương lai dự kiến sẽ gây ra thiệt hại gia tăng lớn hơn khi các hệ thống vật lý và kinh tế trở nên căng thẳng hơn để đáp ứng với sự thay đổi khí hậu lớn hơn và do GDP đang tăng lên theo thời gian và nhiều hạng mục thiệt hại được mô hình hóa theo tỷ lệ thuận với tổng GDP.
Trong luận văn, học viên sử dụng giá trị SC-CO2, SC-CH4 và SC-N2O được tính toán năm 2016 để lượng hóa giá trị kinh tế của việc giảm thiểu phát thải CO2, CH4 và N2O. Giả định rằng nhà máy bắt đầu xây dựng từ năm 2020, vận hành từ năm 2022 và kết thúc dự án vào năm 2042. Trong v ng 20 năm v ng đời dự án, giá trị SCC thay đổi tịnh tiến vào các năm cụ thể là 2025, 2030, 2035 và 2040 (do khả năng của khí hậu phản ứng lại các tác động do khí nhà kính gây ra đối với thay đổi theo thời gian), tỷ lệ chiết khấu 3% về thời điểm hiện đại. Giá trị SCC cụ thể được trình bày ở bảng 2.2 sau:
Bảng 2.6: Giá trị chi phí xã hội của sự phát thải CO2, CH4 và N2O
Đơn vị: 2007$/tấn2
Năm phát thải Tỷ lệ chiết khấu CO2 CH4 N2O
2020 3% 42 1.200 15.000
2025 3% 46 1.400 17.000
2030 3% 50 1.600 19.000
2035 3% 55 1.800 21.000
2040 3% 60 2.000 23.000
Nguồn: Tổ chức Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (2017) [14]
1.6.2 Giá trị thống kê vòng đời (VSL)
Giá trị thống kê v ng đời (Value of a Stastictical Life) là tỷ lệ cân bằng cục bộ giữa rủi ro tử vong và tiền tệ. Khi các giá trị đánh đổi bắt nguồn từ các lựa chọn trong bối cảnh thị trường, VSL đóng vai tr như một thước đo mức độ sẵn sàng chi trả của người dân để giảm thiểu rủi ro và chi phí cận biên của việc tăng cường an toàn. Với vai trò kinh tế cơ bản của nó, các nhà phân tích chính sách đã sử dụng VSL như một thước đo kinh tế đúng đắn về lợi ích mà các cá nhân nhận được từ những cải tiến đối với sức khỏe và sự an toàn của họ. Do sự nổi bật của việc giảm thiểu rủi ro tử vong là lý do biện minh cho các chính sách của chính phủ, VSL là một thành phần quan trọng của các phân tích lợi ích-chi phí, một phần của quy trình quản lý ở Hoa Kỳ và các quốc gia khác. VSL về cơ bản cũng liên quan đến các khái niệm về giá trị của năm tuổi thọ thống kê và giá trị của thương tật thống kê, cũng được sử dụng trong các tài
2
Giá trị quy đổi về thời điểm hiện tại là 1 $2007 = 1,25 $2020. Nguồn quy đổi:
30
liệu kinh tế học về sức khỏe và lao động. Do đó, các loại phương pháp định giá tương tự có thể được sử dụng để kiếm tiền từ các thương tật không gây tử vong và các rủi ro tử vong gây ra những ảnh hưởng rất nhỏ đến tuổi thọ.
Lợi ích về sức khỏe và nông nghiệp từ việc giảm phát thải khí nhà kính được tính riêng cho khí CH4. Một nghiên cứu năm 2012 [21] đã thực hiện các mô hình tính toán và sử dụng giá trị thống kê v ng đời để cho ra kết quả rằng, nếu thực hiện liên tục các biện pháp cắt giảm khí CH4, đến năm 2030 và các năm trở về sau, lượng CH4 phát thải mỗi năm giảm 1 tấn metric3 sẽ tương đương với việc giảm thiểu được thiệt hại 29 USD đối với mùa màng và 1.080 USD đối với sức khỏe (chưa tính chiết khấu) trên quy mô toàn cầu. Khi áp dụng chiết khấu 5%, các giá trị này đạt lần lượt 18 USD và 659 USD4.
3
1 tấn metric = 0,907 tấn. Nguồn quy đổi: https://www.inchcalculator.com/convert/ton-to-metric-ton/. Thời gian truy cập: 08/10/2020
4
Theo nguồn tham khảo, các lợi ích về sức khỏe và mùa màng được tính bằng giá trị USD vào năm 2006. Giá trị quy đổi về thời điểm hiện tại là 1 $2006 = 1,29 $2020.
CHƢƠNG 2
ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu:
- Nguồn rơm rạ: Khả năng sản xuất điện từ rơm rạ, mục đích sử dụng rơm rạ và tiềm năng sản xuất điện từ rơm rạ tại Việt Nam.
- Mô hình (mẫu) vận hành của một nhà máy điện sinh khối có công suất 10MW để ước lượng các chi phí bắt buộc và các lợi ích có thể thu được. Nhà máy sử dụng công nghệ l đốt hơi kèm tuabin hơi nước.
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu:
- Phạm vi không gian: Toàn bộ lãnh thổ Việt Nam - Phạm vi thời gian:
+ Sản lượng lúa gạo và tổng lượng rơm rạ thải bỏ trong năm 2019;
+ Thời gian tính toán giá trị kinh tế và môi trường mở rộng của nhà máy điện giả định: giai đoạn 2020-2042.
2.2 Nội dung nghiên cứu
- Nội dung 1: Đánh giá tiềm năng sản xuất điện từ nguồn rơm rạ trên lãnh thổ Việt Nam.
- Nội dung 2: Phân tích chi phí - lợi ích mở rộng về kinh tế - môi trường của việc sản xuất điện năng từ nguồn rơm rạ.
- Nội dung 3: Xác định những yếu tố thuận lợi, khó khăn, các rào cản đối với việc phát triển điện sinh khối từ nguồn rơm rạ và đề xuất ra các giải pháp khắc phục.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.1 Phương pháp thu thập, xử lý và tổng hợp tài liệu
Tại Việt Nam, việc sản xuất điện từ nguồn rơm rạ dư thừa chưa được quan tâm, nghiên cứu, đặc biệt là các nghiên cứu chuyên sâu về hiệu quả kinh tế và môi trường của hoạt động này. Vì vậy học viên đã thu thập, tổng hợp các công trình nghiên cứu nước ngoài được đăng trên các tạp chí khoa học uy tín làm cơ sở tổng quan về tiềm năng sản xuất điện năng từ rơm rạ và tình hình ứng dụng thực tế tại các quốc gia khác
32
trên thế giới. Ngoài ra, các tài liệu này cũng được sử dụng làm nguồn tham khảo trong việc xây dựng phương pháp, công thức tính toán nhằm lượng hóa giá trị về kinh tế và môi trường của quá trình sản xuất điện từ nguồn rơm rạ.
Đối với các số liệu thực tế liên quan đến sản lượng lúa giai đoạn 2015-2019 và các nội dung khác liên quan đến sản xuất nông nghiệp tại Việt Nam, học viên thu thập và tổng hợp chủ yếu từ Niêm giám Thống kê 2019.
2.3.2 Phương pháp phân tích chi phí- lợi ích mở rộng
2.3.2.1 Phương pháp ước tính lượng rơm rạ tiềm năng để sản xuất điện
Để xác định lượng rơm rạ được thải ra hàng năm sau khi thu hoạch lúa, học viên sử dụng tỷ lệ rơm trên hạt SGR (Straw to Grain Ratio). Tỷ lệ SGR=1,19 [25] được áp dụng và tính trên sản lượng lúa Việt Nam năm 2019. Để tính toán khối lượng nguyên liệu rơm rạ đầu vào, giả định rằng: Tại khu vực nông thôn, 50% lượng rơm rạ được thải ra là nguồn rơm rạ dư thừa, được xác định là lượng sinh khối có sẵn có thể sử dụng để sản xuất điện, độ ẩm của rơm rạ là 12%, 10% rơm rạ bị thất thoát trong quá trình thu gom và lưu trữ. Công sinh điện tiềm năng từ rơm rạ được tính theo công thức