Năng Lượng Hóa Thạch

Năng Lượng Hóa Thạch

 

1    Hiện trạng

1.1     Tổng quan về nhiên liệu hóa thạch

Nhiên liệu hóa thạch là bất kỳ loại vật liệu nào chứa hydrocacbon có nguồn gốc sinh học xuất hiện trong vỏ Trái đất có thể được sử dụng làm nguồn năng lượng.

Nhiên liệu hóa thạch được tạo ra từ quá trình phân hủy kỵ khí của xác sinh vật với khối lượng lớn chôn vùi hàng trăm triệu năm trong lòng đất dưới tác động của nhiệt độ và áp suất cùng các hoạt động địa chất.

Có nhiều loại nhiên liệu hóa thạch với đặc tính và nguồn gốc xuất xứ khác nhau, trong đó có 4 loại chính, đó là:

-      Than đá: Là loại nhiên liệu được hình thành chủ yếu từ xác thực vật. Trong các nguồn năng lượng hóa thạch thì than đá là loại nhiên liệu có nhiều ưu điểm hơn cả vì dễ khai thác, dễ xử lý, dễ trao đổi mua bán và dễ vận chuyển. Hơn nữa, công nghệ đốt than cũng khá đơn giản và có thể phát triển ở quy mô công nghiệp lớn. Chính vì vậy, nó được xem là “vàng đen” và được nhiều quốc gia sử dụng với ứng dụng phổ biến nhất là dùng làm nguyên liệu chính cho các nhà máy nhiệt điện.

-      Dầu: Được hình thành từ các sinh vật phù du bị chôn vùi qua hàng triệu năm, bị tác động của dòng nhiệt cùng áp suất cao từ sâu trong lòng đất biến đổi thành. Dầu thô là một hỗn hợp của hàng nghìn phân tử khác nhau được tạo bởi các hợp chất chứa hydro và carbon là chủ yếu. Mỗi mỏ dầu thô đều có thành phần và tỷ lệ các hydrocacbon riêng biệt. Dựa vào thành phần hóa học này, dầu thô có thể có nhiều loại với mật độ từ nhẹ và lỏng đến đặc và nhớt. Tùy vào lượng lưu huỳnh trong đó mà nó có thể có màu vàng trong suốt hoặc vàng hoặc màu đen đậm khác nhau.

-      Khí đốt tự nhiên: Được hình thành từ các sinh vật phù du bị chôn vùi trong lòng đất dưới tác động của nhiệt độ và áp suất cao hơn so với dầu mỏ. Nó được cấu tạo chủ yếu là từ khí metan - khí nhẹ nhất của các hydrocacbon nên ít gây ô nhiễm và tinh khiết hơn. Khí tự nhiên được khai thác từ các mỏ dầu dưới dạng khí đốt.

-      Đá phiến dầu, đá phiến đất sét: Được hình thành từ những bãi cát / đất sét có chứa những phần chất hữu cơ. Các chất hữu cơ này bao gồm những vật liệu đã phân hủy có cấu trúc giống với cấu trúc của dầu. Đá phiến dầu chứa một lượng lớn kerogen có thể chiết tách các loại hydrocarbon lỏng. Các ngành công nghiệp cũng có thể đốt trực tiếp đá phiến dầu như là một nguồn nhiên liệu cấp thấp để phát điện và sưởi ấm. Tuy nhiên trên quy mô công nghiệp, đá phiến dầu là một lựa chọn để khai thác và xử lý thành dầu, đặc biệt khi mà giá dầu mỏ truyền thống tăng cao.

Vai trò của nhiên liệu hóa thạch là rất quan trọng vì chúng đã được ứng dụng từ rất lâu trong lịch sử, với công nghệ đã phát triển và độ tin cậy cũng như tính khả dụng cao. Nhiên liệu hóa thạch cho đến hiện tại vẫn là nguồn nhiên liệu kinh tế nhất, đáp ứng gần như mọi như cầu sử dụng từ giao thông cá nhân đến quy mô công nghiệp lớn, bao trùm mọi hoạt động của con người.

Tuy nhiên, mặt trái của nhiên liệu hóa thạch là quá trình sử dụng sẽ tạo ra khí CO2, vốn gây ra hiệu ứng khí nhà kính và làm nhiệt độ khí quyển trái đất ngày càng tăng, dẫn đến nhiều hậu quả tiêu cực của biến đổi khí hậu và nếu không có biện pháp kiểm soát thì trong tương lai hiệu ứng nóng lên toàn cầu có thể đe dọa tới sự tồn vong của nhân loại. Mặt khác nhiên liệu hóa thạch không tái tạo lại được và việc sử dụng chúng sẽ dẫn đến cạn kiệt trong tương lai.

1.2     Nhiên liệu than

Theo thống kê tại http://www.bp.com/statisticalreview tổng trữ lượng than đã được kiểm chứng trên toàn thế giới tính tới cuối 2020 vào khoảng 1.074 tỷ tấn, phân bổ như sau:

Bảng 3.1.              Tổng hợp trữ lượng than trên thế giới đến cuối năm 2020, triệu tấn [1]

Quốc gia/ khu vực	Than antraxit/bitium	Than á bitium/ than non	Tổng
Khu vực Bắc Mỹ	224.444	32.290	256.734
Khu vực Trung và Nam Mỹ	8.616	5.073	13.689
Khu vực châu Âu	59.084	78.156	137.240
Các nước thuộc CIS	100.208	90.447	190.655
Khu vực Trung Đông và châu Phi	15.974	66	16.040
Khu vực châu Á – Thái Bình Dương	345.313	114.437	459.750
Thế Giới	753.639	320.469	1.074.108
Trong đó: OECD	331.303	177.130	508.433
Ngoài-OECD	422.336	143.339	565.675
EU	25.539	53.051	78.590

Cũng theo số liệu từ trang web trên, sản lượng than khai thác toàn thế giới năm 2021 vào khoảng 8,17 tỷ tấn, chi tiết sản lượng trong 5 năm gần nhất (2017-2021) như sau:

Bảng 3.2.              Sản lượng than khai thác trên thế giới, 2017-2021 [1]

Quốc gia / khu vực	Sản lượng theo năm, triệu tấn					Tốc độ tăng trưởng hàng năm
	2017	2018	2019	2020	2021	2021	2022-2021
Khu vực Bắc Mỹ	776,2	752,9	703,7	538,8	578,6	7,7%	-6,1%
Khu vực Trung và Nam Mỹ	99,7	95,1	92,5	60,1	68,2	13,7%	-3,5%
Khu vực châu Âu	660,1	681,0	564,5	480,5	516,0	7,7%	-4,3%
Tổng các nước thuộc CIS	534,5	571,9	567,8	523,5	561,0	7,5%	2,0%
Khu vực Trung Đông	2,0	2,1	1,9	1,9	1,9	♦	1,9%
Khu vực châu Phi	271,2	273,4	271,7	260,8	253,5	-2,6%	-0,2%
Các nước châu Á – Thái Bình Dương	5.352,0	5.692,1	5.909,2	5.866,4	6.193,5	5,9%	1,7%
Total World	7.695,7	8.068,5	8.111,4	7.732,0	8.172,6	6,0%	0,3%
Trong đó: OECD	1869,4	1856,0	1721,4	1416,2	1502,5	6,4%	-3,7%
Ngoài OECD	5826,4	6212,5	6390,0	6315,8	6670,1	5,9%	1,5%
EU	489,7	475,1	381,6	311,0	340,3	9,7%	-5,0%

Như vậy với tổng trữ lượng đã được kiểm chứng và nhu cầu khai thác như năm 2021 thì nguồn nhiên liệu than còn đủ để sử dụng trong khoảng 130 năm nữa.

1.3     Nhiên liệu dầu

Theo thống kê tại http://www.bp.com/statisticalreview tổng trữ lượng dầu đã được kiểm chứng trên toàn thế giới tính tới cuối 2020 vào khoảng 244,4 tỷ tấn, phân bổ như sau:

Bảng 3.3.              Tổng trữ lượng dầu [1]

Quốc gia / khu vực	Cuối 2000	Cuối 2010	Cuối 2019	Cuối 2020
	Nghìn triệu thùng	Nghìn triệu thùng	Nghìn triệu thùng	Nghìn triệu thùng	Nghìn triệu tấn
Khu vực Bắc Mỹ	236,5	220,3	243,9	242,9	36,1
Khu vực Trung và Nam Mỹ	96,0	320,1	324,0	323,4	50,8
Đan Mạch	1,1	0,9	0,4	0,4	0,1
Khu vực châu Âu	21,0	13,6	14,2	13,6	1,8
Tổng các nước thuộc CIS	120,1	144,2	146,2	146,2	19,9
Khu vực Trung Đông	696,7	765,9	836,0	835,9	113,2
Khu vực châu Phi	92,9	124,9	125,0	125,1	16,6
Khu vực châu Á – Thái Bình Dương	37,7	47,8	45,3	45,2	6,1
Thế giới	1.300,9	1.636,9	1.734,8	1.732,4	244,4
Trong đó: OECD	262,7	238,5	261,5	260,0	38,3
Ngoài OECD	1.038,2	1.398,3	1.473,3	1.472,4	206,1
OPEC	833,0	1137,7	1214,7	1214,7	171,8
Ngoài OPEC	468,0	499,1	520,1	517,7	72,6
EU	3,9	3,2	2,4	2,4	0,3
Cát dầu Canada: Tổng	174,9	169,2	162,4	161,4	26,2
Trong đó: Đang phát triển	11,7	25,9	19,9	18,9	3,1
Venezuela: Vành đai Orinoco	-	220,0	261,8	261,8	42,0

Cũng theo số liệu từ nguồn trên, sản lượng dầu khai thác toàn thế giới năm 2021 vào khoảng 4,22 tỷ tấn, chi tiết sản lượng trong 5 năm gần nhất (2017-2021) như sau:

Bảng 3.4.              Sản lượng dầu khai thác trên thế giới, 2017-2021 [1]

Quốc gia / khu vực	Sản lượng dầu hàng năm, triệu tấn					Tốc độ tăng trưởng hàng năm
	2017	2018	2019	2020	2021	2021	2011-21
Khu vực Bắc Mỹ	920,3	1029,2	1108,4	1058,7	1074,7	1,8%	5,0%
Khu vực Trung và Nam Mỹ	374,2	341,5	323,1	305,0	303,5	-0,2%	-2,3%
Khu vực Châu Âu	165,0	163,3	159,5	167,8	160,2	-4,3%	-1,3%
Tổng các nước thuộc CIS	702,3	714,9	719,6	660,5	674,3	2,4%	0,2%
Khu vực Trung Đông	1.470,3	1.484,5	1.408,3	1.294,9	1.315,8	1,9%	♦
Khu vực châu Phi	385,5	392,6	397,3	330,7	344,7	4,5%	-1,6%
Khu vực châu Á – Thái Bình Dương	368,7	360,8	361,5	353,3	348,2	-1,2%	-1,3%
Thế Giới	4.386,4	4.486,8	4.477,6	4.170,9	4.221,4	1,5%	0,5%
Trong đó: OECD	1.138,1	1.246,2	1.326,8	1.280,4	1.285,6	0,7%	3,6%
Ngoài OECD	3.248,3	3.240,7	3.150,8	2.890,6	2.935,7	1,8%	-0,6%
OPEC	1.768,6	1.755,8	1.652,9	1.458,2	1.494,2	2,8%	-0,9%
Ngoài OPEC	2.617,7	2.731,0	2.824,7	2.712,8	2.727,1	0,8%	1,4%
EU	22,7	21,9	20,2	19,3	17,8	-7,0%	-4,8%

Như vậy với tổng trữ lượng đã được kiểm chứng và nhu cầu khai thác như năm 2021 thì nguồn nhiên liệu dầu mỏ còn đủ để sử dụng trong khoảng 58 năm nữa.

1.4     Nhiên liệu khí

Theo thống kê tại http://www.bp.com/statisticalreview tổng trữ lượng khí đã được kiểm chứng trên toàn thế giới tính tới cuối 2020 vào khoảng 188,1 nghìn tỷ m3, phân bổ như sau:

Bảng 3.5.              Trữ lượng khí trên thế giới [1]

Quốc gia / khu vực	Cuối 2000	Cuối 2010	Cuối 2019	Cuối 2020
	Nghìn tỷ m3	Nghìn tỷ m3	Nghìn tỷ m3	Nghìn tỷ m3	Nghìn tỷ feet khối
Khu vực Bắc Mỹ	7,3	10,5	14,8	15,2	535,0
Khu vực Trung và Nam Mỹ	6,8	8,1	7,9	7,9	278,9
Khu vực châu Âu	5,4	4,7	3,3	3,2	111,9
Tổng các nước thuộc CIS	38,6	51,3	56,8	56,6	1998,9
Khu vực Trung Đông	58,3	77,8	75,8	75,8	2677,1
Khu vực châu Phi	11,9	14,0	14,9	12,9	455,2
Khu vực châu Á – Thái Bình Dương	9,8	13,5	16,8	16,6	584,8
Thế giới	138,0	179,9	190,3	188,1	6641,8
Trong đó: OECD	13,6	17,6	20,0	20,3	716,2
Ngoài OECD	124,4	162,4	170,3	167,8	5925,6
EU	2,5	1,6	0,4	0,4	15,6

Theo số liệu từ nguồn trên, sản lượng khí khai thác toàn thế giới năm 2021 vào khoảng 4,04 nghìn tỷ tấn, chi tiết sản lượng trong 5 năm gần nhất (2017-2021) như sau:

Bảng 3.6.              Sản lượng khí tự nhiên khai thác trên thế giới, 2017-2021 [1]

Quốc gia / khu vực	Sản lượng khí, Tỳ m3					Tốc độ tăng trưởng hàng năm
	2017	2018	2019	2020	2021	2021	2011-21
Khu vực Bắc Mỹ	955,7	1052,9	1129,2	1112,1	1135,8	2,4%	3,3%
Khu vực Trung và Nam Mỹ	180,9	175,4	171,8	155,3	153,3	-1,0%	-0,7%
Khu vực châu Âu	262,7	251,3	234,8	218,7	210,4	-3,5%	-3,0%
Tổng các nước thuộc CIS	799,3	841,1	857,0	809,9	896,0	10,9%	1,5%
Khu vực Trung Đông	639,6	662,4	674,6	687,8	714,9	4,2%	3,2%
Khu vực châu Phi	229,5	241,7	242,9	231,2	257,5	11,7%	2,5%
Khu vực châu Á – Thái Bình Dương	605,7	626,8	657,4	646,4	669,0	3,8%	3,1%
Thế giới	3.673,5	3.851,7	3.967,7	3.861,5	4.036,9	4,8%	2,2%
Trong đó: OECD	1.328,0	1.431,7	1.511,6	1.483,5	1.503,0	1,6%	2,7%
Ngoài OECD	2.345,5	2.420,0	2.456,1	2.378,0	2.533,8	6,8%	1,9%
EU	76,8	68,8	61,1	47,8	44,0	-7,7%	-9,3%

Như vậy với tổng trữ lượng đã được kiểm chứng và nhu cầu khai thác như năm 2021 thì nguồn nhiên liệu khí còn đủ để sử dụng trong khoảng 47 năm nữa.

2    Các xu hướng phát triển công nghệ phát điện

2.1     Hiện trạng công nghệ phát điện

Theo thống kê tại http://www.bp.com/statisticalreview tổng điện năng phát trên toàn thế giới tính tới cuối 2021 vào khoảng 28.466,2 Twh/năm, chi tiết số liệu các quốc gia 5 năm gần nhất như sau:

Bảng 3.7.              Tổng điện năng phát trên toàn thế giới [1]

Quốc gia / khu vực	Điện năng phát hàng năm, TWh					Tốc độ tăng trưởng hàng năm
	2017	2018	2019	2020	2021	2021	2011-21
Khu vực Bắc Mỹ	5.292,2	5.452,5	5.406,5	5.259,7	5.383,5	2,6%	0,2%
Khu vực Trùng và Nam Mỹ	1.305,7	1.319,0	1.327,3	1.302,5	1.364,8	5,1%	1,5%
Khu vực châu Âu	4.060,2	4.063,1	3.993,4	3.879,0	4.032,5	4,2%	♦
Tổng các nước thuộc CIS	1.383,0	1.416,4	1.428,8	1.400,7	1.488,0	6,5%	1,3%
Khu vực Trung Đông	1.204,3	1.204,2	1.229,3	1.243,0	1.305,6	5,3%	3,8%
Khu vực châu Phi	826,6	849,7	867,6	855,1	897,5	5,2%	2,7%
Khu vực châu Á – Thái Bình Dương	11.575,6	12.372,4	12.783,7	12.949,3	13.994,4	8,4%	4,7%
Thế giới	25.647,7	26.677,3	27.036,6	26.889,2	28.466,3	6,2%	2,5%
Trong đó: OECD	11.124,4	11.310,9	11.191,3	10.900,7	11.210,2	3,1%	0,2%
Ngoài OECD	14.523,4	15.366,4	15.845,3	15.988,5	17.256,1	8,2%	4,4%
EU	2.951,4	2.935,3	2.894,0	2.779,0	2.895,3	4,5%	-0,1%

Theo số liệu từ nguồn trên, điện năng phát theo các nguồn nhiên liệu vào năm 2021 như sau:

Bảng 3.8.              Điện năng phát theo nguồn nhiên liệu [1]

Quốc gia / khu vực	Điện năng phát, TWh							Tổng điện năng 2021
	Dầu	Khí tự nhiên	Than	Hạt nhân	Thủy điện	Năng lượng tái tạo	Khác
Khu vực Bắc Mỹ	55,9	1973,0	1030,7	923,0	673,3	714,1	13,5	5383,5
Khu vực Trung và Nam Mỹ	95,9	281,1	72,3	25,5	660,1	229,3	0,6	1364,8
Khu vực châu Âu	47,9	799,3	632,0	882,8	649,7	946,5	74,2	4032,5
Tổng các nước thuộc CIS	11,9	686,4	278,3	230,2	266,3	9,6	5,3	1488,0
Khu vực Trung Đông	306,1	929,7	17,7	14,1	19,5	18,5	-	1305,6
Khu vực châu Phi	76,2	355,6	247,4	10,4	153,4	49,0	5,5	897,5
Khu vực châu Á – Thái Bình Dương	126,3	1493,4	7965,6	714,3	1851,6	1690,1	153,1	13994,4
Total World	720,3	6518,5	10244,0	2800,3	4273,8	3657,2	252,2	28466,3
Trong đó: OECD	142,5	3372,4	2253,0	1911,0	1440,3	1910,1	181,0	11210,2
Ngoài OECD	577,8	3146,1	7991,0	889,2	2833,6	1747,2	71,2	17256,1
EU	43,0	548,0	439,2	732,2	344,4	730,2	58,4	2895,3
Tỷ trọng	2,53%	22,90%	35,99%	9,84%	15,01%	12,85%	0,89%

Như vậy có thể thấy công nghệ phát điện sử dụng nhiên liệu than hiện có tỷ trọng theo điện năng phát là cao nhất, chiếm tới gần 36%, tiếp đến là nhiên liệu khí với 22,9%, Thuỷ điện hơn 15%, Điện hạt nhân 9,8%…. Tổng cộng điện năng phát từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch chiếm tới 61,42%, một con số rất lớn.

2.2     Các vấn đề và thách thức

Với tình trạng sử dụng nhiên liệu hóa thạch như trong các thống kê trên, thế giới đang đối diện với hàng loạt các vấn đề như sau:

1) Ô nhiễm môi trường

Sử dụng nhiên liệu hóa thạch như than đá đang tạo ra thải lượng bụi mịn vào không khí rất lớn. Bản thân bụi than cũng như các phát thải phát sinh trong quá trình khai thác và vận chuyển than cũng là tác nhân gây ô nhiễm lớn.

Các chất độc hại đi kèm quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch như NOx, SOx mặc dù có nhiều biện pháp giảm thiểu nhưng vẫn gây ra các ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe trên diện rộng.

2) Hiệu ứng nhà kính

Bản chất của phát điện từ nhiên liệu hóa thạch là sử dụng nhiệt từ quá trình đốt cháy các loại nhiên liệu này để tạo ra điện năng. Quá trình đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch sản sinh ra khối lượng phát thải khí CO2 khổng lồ.

Theo thống kê tại http://www.bp.com/statisticalreview phát thải khí CO2 trên toàn thế giới tính tới cuối 2021 vào khoảng 33,88 tỷ tấn/năm, chi tiết số liệu các quốc gia 5 năm gần nhất như sau:

Bảng 3.9.              Phát thải khí CO₂ từ ngành năng lượng các khu vực trên thế giới [1]

Quốc gia / khu vực	Lượng phát thải CO2, triệu tấn					Tốc độ tăng trưởng hàng năm
	2017	2018	2019	2020	2021	2021	2011-21
Khu vực Bắc Mỹ	6.019,4	6.174,5	6.001,6	5.295,6	5.602,2	6,1%	-1,2%
Khu vực Trung và Nam Mỹ	1.283,4	1.246,0	1.228,5	1.094,6	1.213,1	11,1%	-0,1%
Khu vực châu Âu	4.277,5	4.244,4	4.073,7	3.608,3	3.793,7	5,4%	-1,9%
Tổng các nước thuộc CIS	2.016,2	2.117,7	2.103,9	1.984,5	2.132,5	7,7%	0,4%
Khu vực Trung Đông	2.078,5	2.124,2	2.121,1	2.044,0	2.117,2	3,9%	1,8%
Khu vực châu Phi	1.264,7	1.276,4	1.317,1	1.222,6	1.290,7	5,9%	1,6%
Khu vực châu Á – Thái Bình Dương	16.486,7	16.965,4	17.249,9	16.829,0	17.734,6	5,7%	1,8%
Thế giới	33.426,4	34.148,5	34.095,8	32.078,5	33.884,1	5,9%	0,6%
Trong đó: OECD	12.346,5	12.459,4	12.083,5	10.744,7	11.292,5	5,4%	-1,3%
Ngoài OECD	21.079,9	21.689,2	22.012,3	21.333,9	22.591,5	6,2%	1,7%
EU	3.095,7	3.069,0	2.931,5	2.564,2	2.728,2	6,7%	-1,9%

Lượng phát thải CO2 khổng lồ như thống kê trên là tác nhân chính của hiện tượng nóng lên toàn cầu. Theo báo cáo của Cơ quan Bảo vệ Môi trường (EPA), nhiệt độ trung bình của Trái Đất ở cuối thế kỉ 19 đã tăng 0,8 độ C và thế kỷ 20 tăng 0,6 ± 0,2 độ C. Các dự án mô hình khí hậu của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC) chỉ ra rằng nhiệt độ bề mặt Trái Đất sẽ có thể tăng 1,1 đến 6,4 độ C trong suốt thế kỷ 21.

Điều này dẫn đến nắng nóng, hạn hán xảy ra với tần suất ngày càng nhiều và khốc liệt hơn; băng tan và mực nước biển dâng cao gây ngập lụt, mất diện tích đất, tình trạng mưa bão nhiều, mạnh và biến đổi bất thường; nhiều loài sinh vật bị suy giảm số lượng hoặc đứng trước nguy cơ tuyệt chủng; đồng thời phát sinh nhiều dạng dịch bệnh mới, nguy hiểm.

3) Nhiên liệu hoá thạch đang dần cạn kiệt

Trái Đất mất hàng triệu năm để tạo ra các nhiên liệu hóa thạch trong khi tốc độ tiêu thụ của con người lại rất nhanh khiến nguồn nhiên liệu này ngày càng trở nên cạn kiệt. Như trong các số liệu thống kê nêu trên, nếu cứ giữ tốc độ khai thác và tiêu thụ như hiện nay thì trữ lượng dầu mỏ ước tính chỉ còn đủ dùng cho 58 năm, khí thiên nhiên còn khoảng 47 năm và than đá còn 130 năm nữa. Tại Việt Nam hiện khai thác than trong nước không đủ đáp ứng nhu cầu, sản lượng dầu mỏ và  khí thiên nhiên đã qua đỉnh và đang ngày càng đi xuống.

4) Cam kết về phát thải CO2 ròng bằng “0”

Như một hệ quả tất yếu, thế giới cần phải cắt giảm lượng phát thải khí nhà kính về “0” càng sớm càng tốt. Tháng 12/2021, tại COP26, Việt Nam đã cùng gần 150 quốc gia cam kết đưa mức phát thải ròng CO2 về “0” vào năm 2050. Như vậy việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch như hiện tại sẽ dần bị hạn chế và tiến tới chấm dứt bởi các quy định của các Chính phủ.

2.3     Các xu hướng chính

Như đã thống kê ở mục 3.2.1 trên, tổng cộng điện năng phát từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch trên toàn thế giới hiện (tính tới hết 2021) đang chiếm tỷ lệ tới 61,42%. Từ đây có thể thấy giá trị tài sản của các nhà máy nhiệt điện hiện hữu là rất lớn, bất cứ lộ trình đưa phát thải CO2 ròng về “0” nào mà không tính đến giá trị hiện tại các nhà máy nhiệt điện này cũng là một sự lãng phí khổng lồ.

Vì vậy, nhằm mục tiêu đạt mức phát thải ròng bằng 0, đồng thời vẫn tiếp tục sử dụng có hiệu quả nguồn nhiên liệu hóa thạch, các xu hướng chính trong lĩnh vực nhiệt điện đã và đang được phát triển như sau:

1) Nâng cao hiệu suất, tăng độ linh hoạt vận hành nhà máy nhiệt điện

Thông thường đối với nhà máy nhiệt điện than, hiệu suất thiết kế được đưa ra trên cơ sở vận hành 100% công suất và ở một số điều kiện vận hành nhất định (chẳng hạn như: không có xả nước bao hơi, nhiệt độ nước làm mát thiết kế v.v…). Trong khi đó, điều kiện thực tế vận hành lại khác và không phải lúc nào nhà máy cũng vận hành ở công suất đầy tải. Ngoài ra, qua nhiều năm vận hành thông số thiết kế của các hệ thống, thiêt bị đã suy giảm.

Vì vậy, nhiều nước đã nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp nâng cao hiệu suất nhà máy để vừa tăng hiệu quả kinh tế nhà máy nhiệt điện than vừa góp phần giảm phát thải khí CO2, bao gồm: cải thiện tập quán vận hành và bảo trì, nâng cấp hệ thống đo lường và điều khiển, bảo đảm độ mịn than và hiệu suất máy nghiền thích hợp, tối ưu hóa quá trình cháy, cải tạo tuabin, lò hơi.

Về mặt linh hoạt vận hành, ngày nay, các nhà máy nhiệt điện được yêu cầu phải có độ linh hoạt vận hành cao hơn, thể hiện ở các mặt: khả năng vận hành liên tục ở tải tối thiểu, tốc độ thay đổi tải nhanh và thời gian khởi động ngắn

Một số nhà máy nhiệt điện hiện nay có thể vận hành ở mức tải tối thiểu 20%, cá biệt có nhà máy vận hành ở tải tối thiểu 10 – 15% nhờ áp dụng các giải pháp khác nhau như: tối ưu hóa độ nghiền mịn của than và tỷ lệ lưu lượng không khí/ lưu lượng nhiên liệu; đốt gián tiếp; thay đổi kích thước và số lượng máy nghiền; theo dõi ngọn lửa tin cậy.

Đối với quá trình khởi động, việc rút ngắn thời gian khởi động sẽ giúp tiết kiệm chi phí và có thể được thực hiện nhờ nhiều giải pháp trong đó có giải pháp xây dựng quy trình vận hành (quy trình khởi động) tối ưu và đào tạo lại nhân viên vận hành.

Đối với việc cải thiện tốc độ thay đổi tải, một số giải pháp như nâng cấp hệ thống điều khiển, sử dụng phần mềm điều khiển tối ưu hóa.

3) Chuyển đổi nhiên liệu các nhà máy nhiệt điện

Nhằm giảm phát thải CO2, một số nhà máy nhiệt điện trên thế giới được chuyển đổi sang đốt kèm sinh khối hoặc đốt kèm H2/NH3.

Việc đồng đốt sinh khối với than đã được thực hiện ở Châu Âu, Bắc Mỹ và một số nước Châu Á như Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc, từ hơn hai thập kỷ qua. Giải pháp này minh chứng là phương pháp hiệu quả giảm phát thải CO2 từ nhà máy nhiệt điện than trong trung hạn. Vì vậy, hiện nay nhiều nước trên thế giới đang phát triển công nghệ đồng đốt sinh khối để tiếp tục khai thác vận hành các nhà máy nhiệt điện than.

Các đặc tính nhiên liệu sinh khối là khác hoàn toàn so với nhiên liệu than và ngoài ra còn khác nhau tùy theo loại sinh khối sử dụng, vì vậy có ảnh hưởng đến việc lựa chọn công nghệ phù hợp, đặc biệt là công nghệ xử lý sơ bộ nhiên liệu sinh khối. Một số công nghệ đồng đốt được sử dụng phổ biến như sau:

+      Đốt trực tiếp sinh khối trong lò than phun được sử dụng phổ biến ở Nhật, Hàn Quốc;

+      Đốt gián tiếp thông qua quá trình khí hóa sinh khối được sử dụng phổ biến ở Trung Quốc;

+      Các lò tầng sôi rất phù hợp để đồng đốt nhiên liệu sinh khối. Các lò tầng sôi có thể đốt với tỷ lệ lớn nhiên liệu sinh khối, cũng như có thể tiếp nhận sinh khối với độ ẩm cao hơn, kích thước lớn hơn so với lò than phun.

4) Thu hồi và lưu trữ CO2

Công nghệ thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon (Carbon capture and storage – CCS) có thể được áp dụng để thu giữ CO2 từ các nguồn sản xuất điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch hoặc sinh khối. Nếu không được sử dụng tại chỗ, CO2 bị thu giữ sẽ được nén và vận chuyển bằng đường ống, tàu thủy, đường sắt hoặc xe tải để sử dụng trong nhiều ứng dụng hoặc được bơm vào các thành tạo địa chất sâu (bao gồm các hồ chứa dầu và khí đã cạn kiệt hoặc các tầng chứa nước mặn), có thể giữ CO2 để lưu trữ vĩnh viễn. Trong kịch bản phát thải ròng CO2 bằng “0” vào năm 2050, phần lớn lượng CO2 có khả năng thu hồi sẽ được lưu trữ. Việc lưu trữ này sẽ cho phép các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch tiếp tục được sử dụng cho đến hết vòng đời kinh tế.

3    Phát triển và ứng dụng công nghệ thu hồi và lưu trữ Cacbon (CCS)

3.1     Tổng quan về công nghệ CCS

Công nghệ thu hồi và lưu trữ carbon (Carbon capture and storage – CCS), hoặc CCUS (khi có thêm phần sử dụng – Utilization) có thể đóng một vai trò đa dạng trong việc đáp ứng các mục tiêu năng lượng và khí hậu toàn cầu. CCS liên quan đến việc thu giữ CO2 từ các nguồn điểm lớn, chẳng hạn như các nhà máy điện hay các cơ sở công nghiệp sử dụng nhiên liệu hóa thạch hoặc sinh khối làm nhiên liệu. CO2 cũng có thể được thu nhận trực tiếp từ khí quyển.

Quy trình CCS bao gồm các bước cơ bản như sau: (1) Thu giữ CO2 từ nguồn; (2) Vận chuyển CO2 đến khu vực lưu giữ; (3) Lưu giữ CO2 vào các kho chứa; (4) Giám sát quá trình lưu giữ và cô lập CO2 tại kho chứa.

1) Thu giữ khí CO2

Bước đầu tiên của quá trình CCS là thu hồi CO2 tại nguồn và nén để phù hợp cho các bước vận chuyển và lưu trữ tiếp theo. Có ba phương pháp chính được sử dụng để thu hồi CO2 từ nguồn như sau:

-       Thu hồi CO2 trên cơ sở đốt nhiên liệu bằng oxy tinh khiết: Việc sử dụng oxy tinh khiết thay cho không khí để đốt nhiên liệu sẽ tạo ra một sản phẩm khói với thành phần chủ yếu là CO2 và nước. Do vậy CO2 dễ dàng được phân tách từ khói, sau đó có thể được nén và tiếp đó vận chuyển đến nơi lưu trữ. Phương pháp này hiện vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu vì nhiệt độ cháy của nhiên liệu với oxy tinh khiết quá cao so với nhiệt độ cháy khi đốt nhiên liệu bằng không khí thông thường, đòi hỏi phải thay đổi hoàn toàn các thiết bị đốt và trao đổi nhiệt.

-       Thu hồi CO2 trước khi đốt: Bản chất của phương pháp thu hồi này là tách CO2 từ nhiên liệu bằng cách kết hợp nó với khí hoặc hơi nước và lưu giữ khí CO2 được tách ra. Hiện phương pháp này thường được dùng để tách hydro từ khí tự nhiên bằng hơi nước.

-       Thu hồi CO2 sau khi đốt: Đây là phương pháp tách khí CO2 từ khói thải sau quá trình đốt các nhiên liệu hóa thạch hoặc sinh khối theo cách thông thường. CO2 được tách ra từ khói thải thông thường bằng cách sử dụng các dung môi hóa học.

2) Vận chuyển CO2

Sử dụng đường ống là phương pháp vận chuyển kinh tế nhất ở phạm vi vận chuyển không quá xa, vì vậy cũng là phương án vận chuyển khí CO2 phổ biến nhất. Các yêu cầu về thiết kế, giám sát và bảo vệ cho đường ống vận chuyển CO2 cơ bản cũng tương tự như đối với các đường ống vận chuyển sản phẩm dầu mỏ và khí thiên nhiên.

Trong trường hợp cần vận chuyển CO2 ở khoảng cách xa qua đường biển thì tàu biển là phương án vận chuyển phù hợp. Tàu vận chuyển CO2 cơ bản cũng tương tự như tàu chở các loại chất đốt hoá lỏng tự nhiên, propan và butan thường được sử dụng.

Khí CO2 cũng có thể được vận chuyển bằng các loại phương tiện đường bộ chuyên dụng, tuy nhiên phương án này không kinh tế đối với CCS quy mô lớn.

Việc lựa chọn phương án vận chuyển tùy thuộc vào giá thành xây dựng, chi phí vận hành, bảo trì, quản lý và các khoản phí khác. Những yếu tố này lại phụ thuộc vào lưu lượng, khoảng cách vận chuyển, điều kiện tự nhiên dđịa điểm và những yếu tố đặc thù của từng dự án cụ thể.

Hiện tại trên thực tế vẫn chưa có hệ thống vận tải khí CO2 quy mô lớn (cỡ hàng triệu tấn CO2/năm) nào đã đi vào hoạt động, vì vậy chưa có các số liệu thực tế về so sánh chi phí giữa các phương án.

3) Lưu trữ CO2

Có nhiều phương án lưu giữ CO2 khác nhau có thế được xem xét,tuy nhiên khả thi nhất cho việc lưu trữ với quy mô lớn là các phương án như sau:

-       Lưu trữ trong các kết cấu địa chất dưới lòng đất;

-       Bơm trực tiếp xuống biển;

-       Khoáng hóa CO2.

a)Lưu trữ trong các kết cấu địa chất dưới lòng đất

Phương án này sử dụng các kết cấu địa chất như các mỏ dầu khí đã cạn kiệt, các bể nước mặn ngầm / bể trầm tích, các vỉa than không thể khai thác, vv để lưu trữ CO2. CO2 sau khi được nén và cô đặc sẽ được bơm xuống đất vào các kết cấu địa chất này. Ap lực sẽ khiến CO2 trở thành một chất lỏng tương đối đặc, do vậy ít có khả năng xâm nhập ra ngoài thành địa chất của các kết cấu này.

Trong số các kết cấu địa chất kể trên, các mỏ dầu khí cạn kiệt là tiềm năng và kinh tế nhất cho việc lưu trữ do các lợi thế như:

+      Việc bơm CO2 vào các mỏ dầu khí cạn kiệt này có thể cho phép tận dụng thêm dầu và khí còn sót lại.

+      Dầu/khí ban đã không thoát ra được trong hàng triệu năm, chứng tỏ cấu trúc kín khít hoàn hảo của các bể chứa.

+      Đặc điểm địa chất và hình học của các bể chứa đã được xác định rất tốt trong quá trình khảo sát và khai thác dầu khí, có thể tận dụng các thông tin đã có này cho việc tối ưu hóa quá trình bơm CO2 vào bể.

+      Có thể tận dụng cơ sở hạ tầng khai thác dầu khí đã có chi việc lưu trữ CO2.

Tuy nhiên các bể dầu sâu chưa đến 800m sẽ không thích hợp để lưu trữ CO2 vì độ sâu này chưa đủ để có thể tạo được CO2 thể lỏng đặc ổn định và do đó CO2 khí có thể thoát lên mặt đất.

Các bể trầm tích bị ngập mặn hoặc các bể chứa nước mặn, nước lợ, không thể cung cấp nước cho sinh hoạt và nông nghiệp, cũng là kết cấu địa chất thích hợp cho việc lưu trữ CO2. Tương tự như các bể dầu khí, các bể nước mặn có thể thấy trên đất liền hoặc ngoài khơi. Hạn chế của các bể lưu trữ này lượng dung tích đặc điểm địa chất không có sẵn và việc khảo sát tốn rất nhiều chi phí. Ngoài ra còn có nguy cơ tiềm ẩn về sinh thái khi bơm CO2 vào các bể nước này. Các phản ứng của CO2 với nước trong bể có thể làm axit hóa dung dịch trong bể chứa (làm giảm độ pH), hòa tan các lớp muối khoáng như canxi carbonat và có thể làm thay đổi sinh thái hoặc gây ô nhiễm nước ngầm.

Những vỉa than nằm sâu dưới mặt đất và không khả thi về kinh tế để khai thác cũng có thể trở thành các kho chứa CO2. Một lợi ích bổ sung của việc lưu trữ này là khi CO2 được bơm vào các vỉa than, metan có thể được đẩy ra. Khí metan này có thể được thu hồi qua các lỗ khoan và đưa đi sử dụng, tạo một khoản lợi ích bù đắp cho chi phí lưu trữ CO2.

Hiện tại nay vẫn chưa có dự án thương mại nào lưu trữ CO2 ở các vỉa than với quy mô lớn, tính ổn định của CO2 trong các mỏ than như vậy chưa được kiểm chứng và được cho là kém hơn so với hai hình thức lưu trữ đề cập trước đó.

b)Lưu trữ CO2 dưới đáy biển

Nước trong các đại dương cũng chính là nơi lưu trữ CO2 tự nhiên khổng lồ với lượng CO2 chứa trong nó xấp xỉ 50 lần CO2 trong khí quyển và gấp gần 10 lần lượng trong thực vật và đất. Trung bình hàng năm các đại dương hấp thụ một cách tự nhiên khoảng 1,7 tỉ tấn CO2. Như vậy có thể cho rằng việc lưu trữ CO2 bằng cách bơm trực tiếp xuống đáy biển cơ bản là không đáng kể so với hấp thụ CO2 tự nhiên của nó. Mặc dù vậy tác động của việc bơm CO2 xuống các tầng nước sâu của đại dương chắc chắn sẽ làm axit hóa vùng nước đó và tiềm ẩn nguy cơ sinh thái. Hiện vẫn chưa có các nghiên cứu đầy đủ về tác động môi trường của việc lưu trữ CO2 bằng cách này, vì vậy phương án lưu trữ này mới chỉ có tinh lý thuyết và chưa được cơ quan quản lý nhà nước nào chấp thuận chính thức.

c)Carbonat hóa CO2

Chuyển đổi CO2 thành các hợp chất carbonat rắn vô cơ, ví dụ như đá vôi (CaCO3) nhờ các phản ứng hóa học cũng là một phương án lưu giữ có thể xem xét. Quá trình này trong tự nhiên được gọi là phong hóa, khi CO2 phản ứng với các khoáng chất có trong tự nhiên để dần tạo thành CaCO3 trong thời gian dài.

Ưu điểm của phương án carbonat hóa là có thể lưu giữ CO2 trong khoáng chất rắn một cách ổn định lâu dài. Nguyên lý của phương án này như sau:

+      Chuẩn bị khoáng chất (là các chất phản ứng)

+      Thực hiện phản ứng giữa các khoáng chất này với dòng khí CO2

+      Tách Carbonat thành phẩm và đưa đi lưu giữ.

Phương pháp Carbonat này đã được biết đến từ lâu, tuy nhiên tới hiện tại mới chỉ được ứng dụng ở quy mô nhỏ. Carbonat hóa với quy mô lớn đòi hỏi tiến hành khai thác và sản xuất chất phản ứng trên quy mô lớn mà hiện nay chưa có các khuyến khích về kinh tế để thực hiện.

Một bướng đi khác cho phương án Carbonat hóa này là tận dụng các bể đá bazan lớn có chứa các chất phản ứng tự nhiên (như olivin) tạo phản ứng với CO2 tại chỗ. Tức là thay vì khai thác và chuẩn bị các khoáng chất làm nguyên liệu cho phản ứng , CO2 sẽ được bơm trực tiếp vào các vỉa đá này đưới các tầng sâu. Theo thời gian CO2 được bơm vào sẽ phản ứng với các khoáng chất trong bể đá để tạo thành các carbonat rắn. Các bể đá bazan có nhiều đặc điểm thuận lợi cho việc lưu trữ CO2 như độ xốp, khả năng ngậm nước cao, xu hướng phản ứng với CO2 có thể là các nơi lưu trữ CO2 trên quy mô lớn một cách rất ổn định.

3.2     Thực tế CCS trên thế giới

Theo số liệu của tổ chức IEA (https://www.iea.org) hiện có khoảng 35 cơ sở thương mại áp dụng CCS cho các quy trình công nghiệp, biến đổi nhiên liệu và phát điện. Việc triển khai CCS đã chậm hơn kỳ vọng trong quá khứ nhưng động lực đã tăng đáng kể trong những năm gần đây, với khoảng 300 dự án trong các giai đoạn phát triển khác nhau trong chuỗi giá trị CCS. Các nhà phát triển dự án đã công bố tham vọng về hơn 200 cơ sở mới sẽ hoạt động vào năm 2030, thu được hơn 220 triệu tấn CO2 mỗi năm [2]. Tuy nhiên, ngay cả ở cấp độ như vậy, việc triển khai CCS sẽ vẫn thấp hơn đáng kể so với những gì được yêu cầu trong Kịch bản Net Zero.

Sự phân bố địa lý của các dự án thu giữ CO2 đang phát triển đang được đa dạng hóa, với các dự án hiện đang được phát triển ở hơn 30 quốc gia:

-      Ở Đông Nam Á, hơn 10 dự án, hầu hết được công bố từ tháng 1 năm 2020, ở Indonesia, Malaysia và Thái Lan có thể dẫn đến tổng công suất khai thác khoảng 15 triệu tấn CO2 mỗi năm vào năm 2030 [2].

-      Tại Trung Quốc, dự án Sinopec Qilu Petrochemical hoàn thành xây dựng vào tháng 1 năm 2022 và dự án CCUS ngoài khơi đầu tiên của Trung Quốc, được công bố vào tháng 9 năm 2021, hoàn thành xây dựng vào tháng 6 năm 2022 [2].

-      Ở Bắc Mỹ, Hoa Kỳ có khoảng 80 dự án nhằm đi vào hoạt động trước năm 2030 và có thể thấy công suất thu giữ CO2 của nó tăng gần gấp 5 lần, từ hơn 20MtCO2 lên hơn 100MtCO2 mỗi năm. Canada cũng sẵn sàng tăng cường triển khai thu giữ CO2, với khoảng 15 dự án hiện đang trong các giai đoạn phát triển khác nhau [2].

-      Ở Châu Âu, các mục tiêu khử cacbon và hỗ trợ chính sách đáng kể đã kích thích sự phát triển CCUS, đặc biệt dưới dạng các cụm công nghiệp kết nối với các trung tâm lưu trữ CO2. Khoảng 50 dự án có thể thu được gần 70MtCO2 mỗi năm vào năm 2030 xung quanh NorthSea ở Na Uy, UnitedKingdom, Hà Lan, Thụy Điển và Đan Mạch [2].

-      Ở Trung Đông: Ít nhất bốn dự án đang được phát triển trên toàn khu vực ngoài các dự án đã hoạt động. Đầu năm nay, Bahrain đã công bố kế hoạch triển khai CCUS tại một nhà máy nhôm - đây sẽ là ứng dụng đầu tiên của CCUS cho nhôm. Tại Qatar, dự án NorthFieldEast LNG tiếp tục được xây dựng, dự án này sẽ mở rộng công suất CCUS của Qatar từ hơn 2MtCO2 / năm lên 5MtCO2 vào năm 2050 [2].

3.3     Các vấn đề về chính sách và pháp quy

Mặc dù thu hồi CO2 được đánh giá là có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc đáp ứng các mục tiêu năng lượng và khí hậu toàn cầu, tuy nhiên do bản chất không mang lại lợi ích kinh tế trực tiếp cho các cơ sở áp dụng cũng như chi phí rất lớn nên nếu không có quy định ràng buộc về pháp lý hoặc hỗ trợ về tài chính thì các nhà máy sẽ không áp dụng các biện pháp thu hồi CO2.

Một số các thông tin về hỗ trợ thực tế của các Chính phủ như sau:

-      Hoa Kỳ: Đạo luật Đầu tư Cơ sở hạ tầng và Việc làm cung cấp khoảng 12 tỷ USD trên toàn bộ chuỗi giá trị CCUS trong năm năm tới. Hỗ trợ được cung cấp thông qua một số cơ chế chính sách, chẳng hạn như tài trợ cho R&D, cho vay và hỗ trợ cấp phép.

-      Canada: Ngân sách liên bang năm 2022 đề xuất tín dụng thuế đầu tư cho các dự án CCUS từ năm 2022 đến năm 2030, trị giá khoảng 37-60% tùy thuộc vào loại dự án.

-      Châu Âu: Liên minh Châu Âu đã tiếp tục hỗ trợ CCUS thông qua các chương trình tài trợ khu vực. Các chương trình trợ cấp quốc gia (như ở Đan Mạch và SDE ++ ở Hà Lan) cũng đã hỗ trợ các dự án CCUS.

-      Châu Á: Hàn Quốc đã công bố kế hoạch đầu tư lên tới 1,2 tỷ USD để phát triển công nghệ CCUS vào năm 2030. Khoảng 30% khoản đầu tư này sẽ được sử dụng để đánh giá các nguồn lưu trữ CO2, phần lớn còn lại dành để phát triển một dự án CCUS đầy đủ ở nước ngoài . Vào đầu năm 2022, Indonesia thông báo rằng họ đang soạn thảo các quy định để thiết lập một khuôn khổ pháp lý và quy định cho các hoạt động CCUS đầu tiên trong khu vực.

Việt Nam hiện chưa có các chính sách hỗ trợ phát triển tương tự, tuy nhiên, với mục tiêu đưa phát thải CO2 ròng về “0” vào năm 2050, Việt Nam cần nghiên cứu, xây dựng và ban hành các chính sách phù hợp.

4    Nhận định chuyên gia

4.1     Về tương lai của năng lượng hóa thạch

Hiện nay, nhiên liệu hóa thạch (than, dầu, khí) vẫn đang đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng các nhu cầu năng lượng của thế giới. Bức tranh về sử dụng nhiên liệu và công nghệ phát điện được phân tích ở các mục 3.1 và 3.2 cho thấy nhiên liệu hóa thạch vẫn còn được sử dụng cho sản xuất điện trong thời gian hàng chục năm nữa.

Tuy nhiên, với mục tiêu chống biến đổi khí hậu và cam kết của các quốc gia đưa mức phát thải ròng CO2 về “0” vào năm 2050, việc tiếp tục khai thác sử dụng nhiên liệu hóa thạch cần phải được kết hợp với các giải pháp giảm phát thải khí CO2 như: nâng cao hiệu suất, tăng độ linh hoạt vận hành nhà máy nhiệt điện, chuyển đổi nhiên liệu, ứng dụng hệ thống thu hồi và lưu trữ carbon.

4.2     Về các giải pháp đề xuất đối với lĩnh vực nhiệt điện của Việt Nam

1. Đối với mục đích nâng cao hiệu suất vận hành nhà máy nhiệt điện

Ứng dụng phương pháp tối ưu hóa quá trình cháy, bao gồm cả tối ưu hóa hiệu năng máy nghiền (độ mịn nhiên liệu), hệ số không khí thừa trong buồng đốt, điều chỉnh tỷ lệ không khí/ nhiên liệu và các lưu lượng không khí sơ cấp, thứ cấp.

Nghiên cứu ứng dụng các hệ thống đo lường chính xác, thời gian thực cho các quá trình và thiết bị công nghệ (độ mịn than, lưu lượng than, lưu lượng không khí, nồng độ ô-xy và CO), lắp đặt bổ sung các cảm biến tiên tiến.

Thu thập dữ liệu và ứng dụng các công cụ phân tích tiên tiến để căn chỉnh và tối tưu hóa quá trình cháy, nâng cao hiệu suất vận hành nhà máy nhiệt điện than.

Các giải pháp tối ưu hóa quá trình cháy có thể xem xét áp dụng bao gồm:

+      Giảm kích cỡ hạt than sau quá trình nghiền do độ mịn có tác động trực tiếp đến tốc độ gia nhiệt hạt bụi than cũng như quá trình vận chuyển bụi than cùng với không khí cho quá trình cháy.

+      Tối ưu hóa lưu lượng than đến vòi đốt do nếu quá nhiều lượng than sẽ làm tăng đóng xỉ và phát thải khí CO; còn quá ít lượng than sẽ làm tăng lượng phát thải NOx. Ngoài ra, nếu than được cấp đến vòi đốt với tốc độ quá cao sẽ gây hiện tượng mài mòn, làm tăng tỷ lệ các-bon trong tro xỉ; còn nếu tốc độ quá thấp sẽ làm rơi vãi than bụi, làm nghẽn ống mà có thể dẫn đến hiện tượng cháy nổ.

+      Đo lường và kiểm soát lưu lượng không khí cháy để đạt được quá trình cháy tối ưu.

+      Theo dõi khí ô-xy và CO. Theo dõi chính xác nồng độ ô-xy trong buồng đốt là yếu tố quan trọng điểm kiểm soát toàn bộ quá trình cháy. Nhờ đo lường nồng độ ô-xy mà xác định được hệ số không khí thừa và kiểm soát lưu lượng không khí và nhiên liệu đến các vòi đốt. Tuy nhiên, do nồng độ ô-xy trong buồng đốt lại bị ảnh hưởng bởi hiện tượng lọt khí vào buồng đốt nên cần kết hợp đo ô-xy và đo cả khí CO. Điều quan trọng là cần chọn được hệ thống thích hợp và lắp đặt thêm các cảm biến ở nhiều vị trí khác nhau.

2. Đối với mục đích tăng độ linh hoạt vận hành nhà máy nhiệt điện

Tăng độ linh hoạt vận hành nhà máy được thể hiện như trong Hình 3.1 dưới đây.

Hình 3.1. Tăng độ linh hoạt vận hành nhà máy 

Các giải pháp có thể nghiên cứu áp dụng nhằm tăng độ linh hoạt vận hành:

Stt	Các giải pháp nghiên cứu	Giảm mức tải tối thiểu	Giảm thời gian khởi động	Tăng tốc độ thay đổi tải
1	Đốt gián tiếp: trang bị bun-ke giữa máy nghiền và vòi đốt để chứa than bụi. Khi phụ tải thấp, điện tự dùng được dùng để nghiền than và do đó, giảm lượng điện cấp cho hệ thống	P		P
2	Chuyển đổi phương thức vận hành các máy nghiền sang vận hành với số lượng ít máy nghiền hơn sẽ giúp hạ thấp mức tải vận hành tối thiểu	P
3	Trang bị hệ thống bồn chứa nước nóng để tích trữ nhiệt năng cho nước cấp (thời gian chứa từ 2 đến 8 giờ vận hành có thể giúp làm giảm mức tải tối thiểu từ 5 đến 10%). Trong giai đoạn nhu cầu phụ tải cao, nhiệt năng được tích trữ ở nước cấp được giải phóng để tạo ra nhiều điện năng hơn cung cấp cho hệ thống	P
4	Nâng cấp hệ thống điều khiển; sử dụng phần mềm điều khiển tối ưu hóa, chẳng hạn phần mềm tối ưu hóa đặc tính động học các bộ phận của lò hơi	P	P	P
5	Xây dựng quy trình vận hành và đào tạo lại nhân viên vận hành		P

3. Đối với mục đích chuyển đổi nhiên liệu nhà máy nhiệt điện

Do các công nghệ đồng đốt sinh khối với than đã được phát triển qua nhiều năm nên để áp dụng vào Việt Nam, cần nghiên cứu các công nghệ mới nhất nhằm mục đích chuyển giao công nghệ và áp dụng vào thực tiễn.

Các vấn đề cần nghiên cứu đối với giải pháp đồng đốt nhiên liệu sinh khối và than:

+      Các công nghệ xử lý sơ bộ nhiên liệu sinh khối;

+      Các vấn đề quá trình cháy (khí hóa sinh khối, đốt gián tiếp, tỷ lệ đồng đốt nhiên liệu sinh khối)

+      Các vấn đề vận hành (chuẩn bị nhiên liệu: nghiền thô và nghiền tinh; mô hình hóa quá trình cháy)

Ứng dụng công nghệ mô phỏng động học lưu chất bằng máy tính (CFD) để mô phỏng quá trình cháy và buồng đốt theo các kịch bản đồng đốt nhiên liệu sinh khối và than.

Các mô hình CFD giúp dự đoán hiệu suất quá trình cháy, vấn đề đóng xỉ và các mức phát thải đối với từng tỷ lệ hỗn hợp đồng đốt nhiên liệu. Sử dụng mô hình CFD cho phép đánh giá phân bố nhiệt và phát tán các chất CO2, CO, O2, NOx, SOx.

4. Đối với mục đích ứng dụng hệ thống thu hồi và lưu trữ carbon

Việc nghiên cứu ứng dụng hệ thống thu hồi và lưu trữ carbon ở Việt Nam cần được tiến hành toàn diện, trên cơ sở vừa nghiên cứu đề xuất cơ chế, chính sách hỗ trợ để ứng dụng CCS/CCUS; vừa phải khảo sát, đánh giá các vùng có tiềm năng lưu giữ CO2 ở Việt Nam; và vừa phải đánh giá, lựa chọn công nghệ phù hợp với điều kiện của Việt Nam.

 

Thực hiện: Nguyễn Hải Bằng 

Tài liệu tham khảo

[1]      BP International Limited, “bp Statistical Review of World Energy June 2022,” June  2022. [Online]. Available: http://www.bp.com/statisticalreview

[2]      IEA, “Carbon Capture, Utilisation and Storage,” Sep. 2022. [Online]. Available: https://www.iea.org/reports/carbon-capture-utilisation-and-storage-2

---