7. Những đóng góp khoa học mới của tác giả luận án
1.4.3. Phương pháp thu thập và xử lý dữ liệu
Để thu thập dữ liệu, NCS sử dụng các phương pháp như quan sát, điều tra khảo sát, phương pháp phân tích – tổng hợp.
1.4.3.1. Phương pháp thu thập dữ liệu:
- Phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp:
của các cơ quan quản lý nhà nước, các cơng trình nghiên cứu trong và ngồi nước liên quan đến sử dụng tro, xỉ NMNĐT làm vật liệu xây dựng trong mơ hình kinh tế tuần hồn, như các đề án, đề tài, báo cáo, giáo trình, sách tham khảo, các bài báo khoa học chuyên ngành, các luận án tiến sỹ; đồng thời thu thập, phân loại các văn bản quy phạm pháp luật liên quan đến nội dung nghiên cứu. Quy trình xem xét thu thập tài liệu được thể hiện tại Hình 1.4.
Hình 1.4. Quy trình xem xét thu thập tài liệu (nguồn: NCS tổng hợp)
Luận án còn khai thác và sử dụng số liệu trực tuyến trên Internet của các nguồn đáng tin cậy. Các tài liệu nước ngoài được chọn từ các bài báo/nghiên cứu bằng tiếng Anh và đăng trên các tạp chí, trên trang web. Tồn văn của các tài liệu tham khảo được tìm thấy đã được truy cập bằng cách sử dụng cơ sở dữ liệu trực tuyến có sẵn. Đồng thời tham khảo các quan điểm đánh giá, nhận định của các chuyên gia, các nhà hoạch định chính sách và các tổ chức khoa học cơng nghệ.
Sau khi có các dữ liệu thứ cấp, NCS tiến hành đánh giá, lựa chọn, sử dụng dữ liệu phù hợp, kết hợp với phỏng vấn điện thoại, hỏi ý kiến một số chuyên gia làm cơ sở và căn cứ quan trọng để rút ra các nhận định và kết luận các vấn đề liên quan.
- Phương pháp thu thập dữ liệu sơ cấp:
Thực hiện điều tra bằng cách đến trực tiếp các cơ quan chuyên môn về vật liệu xây dựng, môi trường và một số NMNĐT. Tiến hành phỏng vấn trực tiếp và qua điện
thoại đối với các cán bộ làm việc trong cơ quan quản lý nhà nước, lãnh đạo và nhân viên của các NMNĐT.
1.4.3.2. Phương pháp xử lý dữ liệu:
Dữ liệu thu được được thể hiện ở dạng định tính và định lượng. Sau khi thu thập được các dữ liệu thứ cấp và sơ cấp sẽ tiến hành kiểm tra, hiệu chỉnh và lưu trữ các dữ liệu. Ngoài ra để xử lý dữ liệu, luận án cịn sử dụng phương pháp mơ tả, thống kê, so sánh, đối chứng, tổng kết thực tiễn và chuyên gia; từ đó đưa ra những kết luận về thực trạng phát thải, sử dụng tro, xỉ NMNĐT, thực trạng chính sách nhà nước nhằm thúc đẩy sử dụng tro, xỉ NMNĐT làm vật liệu xây dựng. Các dữ liệu được sắp xếp theo trật tự nhất định và được trình bày dưới dạng bảng, biểu đồ (đối với dữ liệu định lượng) và dưới dạng sơ đồ (đối với dữ liệu định tính). Các số liệu sơ cấp giúp củng cố thêm các nhận định, kết luận và đề xuất của NCS.
1.4.3.3. Lựa chọn một số nguồn số liệu sơ cấp
- Nhà máy nhiệt điện Mông Dương 1 (thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh): NMNĐ Mông Dương 1 là dự án đầu tiên trong EVN sử dụng cơng nghệ lị hơi CFB và có cơng suất lớn nhất Việt Nam hiện nay. Nhà máy sử dụng than cám 6a.1 theo TCVN 8910:2015, mỗi năm Nhà máy tiêu thụ khoảng 3 triệu tấn than. Tro, xỉ sinh ra đủ điều kiện làm vật liệu xây dựng (chất thải cơng nghiệp thơng thường) ngồi việc phải cạnh tranh gắt gao với các vật liệu truyền thống như đất, cát tại địa phương còn phải cạnh tranh với các nguồn tro, xỉ được tạo ra theo công nghệ đốt PC. Khu vực đặt nhà máy khơng nằm trong khu cơng nghiệp, khơng hình thành hình thái “cộng sinh cơng nghiệp”.
- Nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân IV (đặt tại huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận): Đây là nhà máy thuộc Trung tâm nhiệt điện Vĩnh Tân, nơi phát thải lượng tro, xỉ rất lớn. Theo báo cáo của Sở Xây dựng tỉnh Bình Thuận cho thấy, tính đến tháng 6/2020, tại Trung tâm nhiệt điện Vĩnh Tân, tỉnh Bình Thuận, lượng tro, xỉ phát sinh từ các nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 1, nhiệt điện Vĩnh Tân 2, nhiệt điện Vĩnh Tân 4 và nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng khoảng trên 10,9 triệu tấn nhưng lượng tro, xỉ đã được xử lý, tiêu thụ chỉ đạt con số rất khiêm tốn, hơn 1,049 triệu tấn, chiếm 9,62%. Vị trí đặt
nhà máy cách quá xa các cơ sở sản xuất xi măng và hộ tiêu thụ vật liệu xây dựng lớn ở phía nam như TPHCM, Bình Dương, Đồng Nai… nên khó khăn trong việc vận chuyển, tăng chi phí tiêu thụ do vận chuyển đi xa. NMNĐ Vĩnh Tân 4 sử dụng công nghệ đốt PC, nhiên liệu chính là than Bitum và Sub-bitum nhập khẩu từ Úc và Indonesia, có hàm lượng tro, xỉ thấp (chỉ chiếm dưới 9,8% lượng than tiêu thụ). Tro, xỉ của NMNĐ Vĩnh Tân 4 phù hợp cho dự án xây dựng đường cao tốc Bắc Nam đã và đang được xây dựng, dự án đang có nhu cầu rất lớn nguồn vật liệu để san lấp và làm nền đường.
- Nhà máy nhiệt điện Nghi Sơn (Tĩnh Gia, Thanh Hóa): Đây là nhà máy được đặt trong khu công nghiệp Nghi Sơn, nơi có các nhà máy xi măng lớn để tiêu thụ lượng tro bay từ các nhà máy nhiệt điện than, số liệu khảo sát cho thấy lợi ích rõ nét về mặt kinh tế khi tro bay được sử dụng làm phụ gia cho xi măng. Mặt khác, tỉnh Thanh Hóa hiện là địa phương có kế hoạch phát triển hạ tầng rất lớn, do đó đây là nguồn tiêu thụ tro, xỉ tiềm năng.
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC, PHÁP LÝ VÀ THỰC TIỄN VỀ SỬ DỤNG TRO, XỈ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN LÀM VẬT LIỆU XÂY DỰNG 2.1. Cơ sở khoa học của việc sử dụng tro, xỉ nhà máy nhiệt điện than làm vật liệu xây dựng
2.1.1. Giới thiệu chung về tro, xỉ nhà máy nhiệt điện than
Theo [90], than và khí ga vẫn là những cơng nghệ rẻ nhất để xây dựng và vận hành nhà máy điện. Chi phí điện bình đẳng (LCOE - là chi phí cho mỗi đơn vị năng lượng trong toàn bộ vịng đời trung bình của một cơng nghệ, bao gồm chi phí đầu tư ban đầu, nhiên liệu, chi phí bảo dưỡng, vận hành và ngừng hoạt động) cho một nhà máy điện nhiệt than là 67 – 91 USD/MWh. Đối với một nhà máy chu trình hỗn hợp hoạt động bằng khí tự nhiên, nó là 64 – 91 USD/MWh. Đối với nhà máy điện than nâu, chi phí là 75 – 88 USD/MWh. Đối với các công nghệ năng lượng tái tạo với lượng phát thải thấp, chi phí điện bình đẳng cho điện gió là 85 – 121 USD/MWh. Đối với các trạm năng lượng quang điện mặt trời, chi phí này khoảng 118 – 172 USD/MWh. Điều này có nghĩa là cơng nghệ sản xuất than hiện đại, hiệu quả cao và thân thiện với môi trường, rẻ hơn 1,3 lần so với năng lượng gió và 1,9 lần so với năng lượng mặt trời. Như vậy, chắc chắn có một vị trí cho than trong việc phát triển hệ thống “năng lượng sạch”, vì sản xuất than sạch có lợi thế cạnh tranh đáng kể so với các công nghệ năng lượng tái tạo về mặt chi phí.
Quy mơ sản xuất điện nhiệt than trên tồn thế giới và xu hướng hình thành chất thải cho thấy cần phải có một giải pháp tồn diện cho vấn đề này. Trên toàn cầu, than vẫn là nguồn nhiên liệu chủ đạo trong ngành sản xuất điện. Tỷ trọng sản xuất điện nhiệt than trong ngành năng lượng toàn cầu là 36,4% [90]. Tại Việt Nam theo số liệu của Bộ Cơng thương, tính đến hết 6 tháng năm 2021 thì nhiệt điện chiếm 51,9% tổng sản lượng điện cho các loại hình khác nhau (hình 2.3).
Hình 2.1. Sản lượng điện tồn hệ thống điện Việt Nam luỹ kế 6 tháng đầu năm 2021 (nguồn: Bộ Công thương)
IEA dự đoán việc tiêu thụ than sẽ giảm khơng đáng kể trong tương lai. Do đó, việc tái chế tro, xỉ NMNĐT sẽ vẫn còn và tiếp tục là một vấn đề liên quan tới nhiều quốc gia trên thế giới (Hình 2.4) [83].
Hình 2.2. Sản xuất điện trong kịch bản chính sách mới, năm 2000-2040 (nguồn: [96])
Q trình đốt than để vận hành các nhà máy nhiệt điện thải ra các phế thải bao gồm: (1) Tro đáy hay còn gọi là xỉ/xỉ đáy lò, là các hạt thơ, to thu được ở đáy lị đốt và (2) Tro bay, là các hạt tro mịn bay lên được thu lại tại lọc bụi và các sản phẩm cháy khác. Xét theo thành phần vật lý thì tro, xỉ thuộc chất rắn, có các kích thước (cỡ
30,46; 24% 66,67; 52% 15,66; 12% 14,69; 11% 0,624; 1% 0,002; 0% Thủy điện
Nhiệt điện than
Tua-bin khí
Năng lượng tái tạo (gió, mặt trời, sinh khối)
hạt) khác nhau, có các nhiệt độ biến dạng, nóng chảy, đơng kết khác nhau, và màu sắc khác nhau. Thông thường lượng tro bay chiếm khoảng 80 - 90 %, còn tro đáy chỉ chiếm khoảng 10 - 20% lượng tro, xỉ thải ra từ NMNĐT [67].
Tro, xỉ nhà máy nhiệt điện than đã được nhiều nghiên cứu và thực tiễn trên thế giới chỉ ra là có khả năng tái sử dụng làm nguyên liệu đầu vào cho các quá trình sản xuất sản phẩm khác cũng như sản xuất vật liệu xây dựng, theo đó có 2 hướng tái sử dụng chính là (1) Sử dụng tro, xỉ tồn chứa trong bãi thải của NMNĐT không qua xử lý trước khi sử dụng và (2) Sử dụng tro, xỉ tồn chứa trong bãi thải của nhà máy nhiệt điện than có tiến hành xử lý trước khi sử dụng. Các giá trị lợi ích có được từ việc sử dụng tro, xỉ đã được khẳng định trong các tài liệu kỹ thuật (Việt Nam và thế giới) trong lĩnh vực vật liệu xây dựng nhằm giải quyết các vấn đề như tiết kiệm tài nguyên thiên nhiên, năng lượng, hạn chế khí thải, chất gây ơ nhiễm, CO2 và giảm diện tích đất lưu trữ.
Nhu cầu sử dụng tro, xỉ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau ngoài chất lượng và tính chất của chúng. Luật pháp và tiêu chuẩn/hướng sử dụng được ban hành là một trong số các yếu tố quan trọng để tăng lượng tiêu thụ tro, xỉ.
2.1.2. Một số khái niệm liên quan đến tro, xỉ nhà máy nhiệt điện than được sử dụng trong luận án trong luận án
(1) Sản phẩm đốt than (CCP/CPPs):
CCP là các sản phẩm thu được chủ yếu từ q trình đốt than hoặc làm sạch khí
thải bao bồm: tro bay, tro đáy, xỉ lị hơi, tro đốt than tầng sơi (FBC), hoặc vật liệu khử lưu huỳnh trong khói thải (FGD)[5].
(2) Tro than:
Tro than là thuật ngữ chung chỉ các vật liệu rắn thu được chủ yếu từ quá trình
đốt than (ví dụ bao gồm tro bay, tro đáy, hoặc xỉ lò hơi)[5]. (3) Nhà máy nhiệt điện than:
Nhà máy nhiệt điện là nhà máy điện hoạt động theo nguyên lý biến đổi nhiệt
năng thành điện năng, bao gồm cả các nhà máy điện sinh khối, khí sinh học và nhà máy điện sử dụng chất thải rắn [1].
Nhà máy nhiệt điện là nhà máy dùng cơng nghệ đốt nhiên liệu hóa thạch (than,
dầu, khí) để sản xuất ra điện năng [9].
Nhà máy nhiệt điện than trong luận án được hiểu là nhà máy nhiệt điện dùng
cơng nghệ đốt nhiên liệu hóa thạch là than để sản xuất ra điện năng. (4) Tro, xỉ nhà máy nhiệt điện than:
Tro bay là tro than thốt ra từ buồng đốt, cuốn theo dịng khí thải và được thu lại tại các thiết bị kiểm sốt ơ nhiễm khơng khí, ví dụ lọc bụi tĩnh điện, lọc bụi kiểu túi và thiết bị lọc ướt [5].
Xỉ (tro đáy - xỉ đáy lò) là các hạt tro kết khối được hình thành trong lị hơi đốt than phun, do có kích thước lớn nên khơng thể bị cuốn theo dịng khí thải, sẽ va chạm vào tường lò hơi hoặc rơi xuống lọt qua các ghi lò, tới hộp thu tro ở đáy lò hơi. Tro đáy thường có màu xám hoặc màu đen, hồn tồn góc cạnh và có cấu trúc bề mặt xốp [5].
Thuật ngữ tro, xỉ trong luận án được hiểu là gồm 2 khái niệm “tro” và “xỉ”. Cả hai đều là những chất (cùng với nhiều chất khác) được thải ra trong quá trình phát điện và thuộc loại chất thải rắn. Trong đó, “tro” thải ra theo đường khói, hay cịn gọi là “tro bay”; còn “xỉ” được thải qua đáy của lò hơi, hay còn gọi là “tro đáy” hay “xỉ đáy lò”.
(5) Vật liệu và Vật liệu xây dựng:
Vật liệu là đầu vào trong một quá trình sản xuất hoặc thực hiện nhiệm vụ chun
mơn cụ thể, được người lao động tác động, biến đổi hoàn toàn để thành sản phẩm theo yêu cầu đặt ra [7].
Vật liệu xây dựng là sản phẩm, hàng hóa được sử dụng để tạo nên cơng trình
xây dựng, trừ các trang thiết bị điện và thiết bị công nghệ [17].
Vật liệu xây dựng trong luận án được hiểu là nguyên liệu sản xuất vật liệu xây dựng hoặc là vật liệu trực tiếp cấu thành cơng trình xây dựng.
(6) Vật liệu xây dựng làm từ tro, xỉ nhà máy nhiệt điện than:
Vật liệu xây dựng làm từ tro, xỉ nhà máy nhiệt điện than là thuật ngữ dùng để
chỉ các loại vật liệu xây dựng có nguồn gốc (hoặc thành phần) từ tro, xỉ của nhà máy nhiệt điện than được sử dụng để tạo nên cơng trình xây dựng.
Theo đó, các vật liệu xây dựng được làm từ tro, xỉ bao gồm clinker xi măng, bê tông, vữa, vật liệu tự chảy, vật liệu cường độ thấp có kiểm sốt; vật liệu đắp kỹ thuật; lớp base và lớp sub-base; vật liệu gia cố đất; bột khoáng; tấm tường và các vật liệu khác. (7) Chất thải: là vật chất được thải ra từ sản xuất, kinh doanh, dịch vụ, sinh hoạt hoặc hoạt động khác [43].
Chất thải rắn công nghiệp là chất thải rắn phát sinh từ hoạt động sản xuất, kinh
doanh, dịch vụ, trong đó bao gồm chất thải rắn nguy hại và chất thải rắn công nghiệp thông thường [8].
(8) Chất thải nguy hại: là chất thải chứa yếu tố độc hại, phóng xạ, lây nhiễm, dễ cháy, dễ nổ, gây ăn mịn, gây ngộ độc hoặc có đặc tính nguy hại khác [43].
Chất thải thông thường là chất thải không thuộc danh mục chất thải nguy hại
hoặc thuộc danh mục chất thải nguy hại nhưng có yếu tố nguy hại dưới ngưỡng chất thải nguy hại [8].
(9) Phế liệu là vật liệu được thu hồi, phân loại, lựa chọn từ những vật liệu, sản phẩm đã bị loại bỏ từ quá trình sản xuất hoặc tiêu dùng để sử dụng làm nguyên liệu cho một quá trình sản xuất khác [43].
(10) Quản lý chất thải là q trình phịng ngừa, giảm thiểu, giám sát, phân loại, thu gom, vận chuyển, tái sử dụng, tái chế và xử lý chất thải [43].
(11) Tái sử dụng chất thải là việc sử dụng lại chất thải một cách trực tiếp hoặc sau khi sơ chế mà khơng làm thay đổi tính chất của chất thải [8].
(12) Tái chế chất thải là q trình sử dụng các giải pháp cơng nghệ, kỹ thuật để thu lại các thành phần có giá trị từ chất thải [8].
(13) Xử lý chất thải là q trình sử dụng các giải pháp cơng nghệ, kỹ thuật (khác với sơ chế) để làm giảm, loại bỏ, cô lập, cách ly, thiêu đốt, tiêu hủy, chôn lấp chất thải và các yếu tố có hại trong chất thải [8].
2.1.3. Cơng nghệ đốt than và tính chất tro, xỉ của nhà máy nhiệt điện than
2.1.3.1. Công nghệ đốt than sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện than và sự phát thải tro, xỉ
nhiệt than đã được trình bày trong Hình 1.1. Khi bột than được đốt trong lò hơi, một phần lớn (khoảng 80%-90%) của các vật liệu khơng cháy và tro bị cuốn vào khí thải và bay từ lị hơi tới hệ thống hút bụi, ví dụ như các thiết bị lọc hay túi lọc. Các hạt nhẹ hơn được giữ lại trong các thiết bị lọc, túi lọc, và trả về dưới dạng tro bay. Phần còn lại ở đáy nồi hơi được gọi là tro đáy (hay xỉ). Xỉ được thu gom tại đáy buồng đốt vào các phễu, sau đó sử dụng hai phương pháp thải bỏ thơng thường trong các nhà máy nhiệt điện (hai phương pháp là khô và ướt). Tro, xỉ khô dễ tái chế hơn so với tro, xỉ ướt và từ đó có thể giảm được chi phí tái chế.