Phát triển điện khí ở Việt Nam [Kỳ 3]: Nguồn cung nhiên liệu trong nước

Phát triển điện khí ở Việt Nam [Kỳ 3]: Nguồn cung nhiên liệu trong nước

Tài nguyên khoáng sản nói chung và nguồn nhiên liệu hóa thạch nói riêng ở Việt Nam chỉ có hạn. Sản lượng khai thác các nguồn nhiên liệu than và khí cho phát điện trong giai đoạn 2020 ÷ 2045 lại càng có hạn. Nhưng để làm “bệ đỡ” cho việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo, đòi hỏi trong hệ thống điện phải tiếp tục phát triển các nguồn năng lượng hóa thạch. Theo đó, trong Quy hoạch điện VIII đã xem xét tiềm năng phát triển 94 các dự án nhiệt điện than và nhiệt điện khí, với tổng công suất lắp đặt 202,6 GW (quy mô bình quân của dự án ~2.155 MW).

Các công nghệ giảm phát thải

Trong phân ngành nhiệt điện của thế giới (TG), hai dạng nhiên liệu được sử dụng chủ yếu là khí thiên nhiên và than. Việc sử dụng khí và than trong phát điện đều gắn với nguy cơ phát thải khí nhà kính và bị hạn chế bởi yêu cầu giảm phát thải. Ngoài ra, các nhà máy điện (NMĐ) chạy than, và chạy khí đều có hiệu suất thấp. Vì vậy, trên TG công nghệ IGCC (tích hợp tua bin hơi với tua bin khí) đã được ưu tiên phát triển và được coi là bước đột phá về công nghệ trong việc sử dụng than và khí để phát điện.

Đặc biệt, trong 30 ÷ 35 năm gần đây, các NMĐ chạy khí thiên nhiên sử dụng chu trình IGCC đã được phát triển mạnh nhờ hiệu suất cao (bình quân 55 ÷ 58%, các tổ máy tiên tiến đạt 60 ÷ 62%). Vì vậy, các NMĐ chạy khí sử dụng tua bin hơi hầu như không còn được xây dựng.

Đối với các NMĐ chạy than, việc chuyển đổi từ chu trình tua bin hơi sang IGCC hiện còn đang gặp nhiều khó khăn hơn do một loạt các vấn đề kỹ thuật còn chưa được hoàn thiện trong quy trình khí hóa than (đặc biệt là khí hóa than dưới lòng đất - UCG). Với trình độ công nghệ hiện nay, suất đầu tư của NMĐ chạy than theo công nghệ IGCC+UCG tương đối cao (~3,5÷4,0 triệu U$/MW), gấp 4 lần so với NMĐ chạy than thông thường (~0,8 triệu U$/MW). Vì vậy, trong ương lai gần, việc hoàn thiện công nghệ NMĐ chạy than chủ yếu theo hướng nâng cao thông số hơi ban đầu.

Các nước công nghiệp phát triển (Mỹ, Nhật, Đức, TQ v.v.) đã phát triển theo hướng này, đã đạt các thông số hơi ban đầu tương đối cao (Po>28÷30 MPa; to>600÷620 độ C) và đang tiếp tục hoàn thiện để nâng cao hơn nữa các thông số hơi (Po=35 MPa, to=720 độ C) để đạt được hiệu suất 48÷51%.

Tuy nhiên, việc nâng cao thông số hơi để nâng cao hiệu suất sẽ dẫn đến tăng đáng kể chi phí chế tạo thiết bị công nghệ (do phải sử dụng nhiều hơn các loại thép austenitic và hợp kim của niken), tăng vốn đầu tư, và ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí phát điện.

So sánh về phát thải trong sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch

Than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên (NG), khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) khí tổng hợp (Syngas) v.v... thuộc dạng nhiên liệu hóa thạch. Điểm tương đồng trong sử dụng của các nguồn năng lượng hóa thạch: Cung cấp nhiệt năng (Q) thông qua quá trình đốt cháy bằng ô xy, hoặc trong không khí theo các phản ứng sau:

1/ Phản ứng cháy của than:

- C + O2 = CO2 + Q, hay:

- 1kg C + 2,7kg O2 => 3,7kg CO2 + 32,8MJ.

2/ Phản ứng cháy tổng quát của dầu/khí: CxHy + (x+y4)O2 = xCO2 + y2H2O + Q.

3/ Phản ứng cháy của khí (methane):

- CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + Q, hay:

- 1kg CH4 + 4kg O2 => 2,75kg CO2 + 2,25kg H2O + 55,5MJ.

4/ Phản ứng cháy của dầu mỏ (propan):

- C3H8 + 5O2 = 3CO2 +4H2O + Q, hay:

- 1kg C3H8 + 3,636kg O2 => 3kg CO2 + 1,636kg H2O + 50,35MJ.

So sánh tương đối về mức độ phát thải trong sử dụng các dạng nhiên liệu hóa thạch khác nhau (than đá, dầu mỏ, khí đốt) được trình bày trong hình sau:

Hình 1. So sánh các nguồn năng lượng hóa thạch về phát thải.

Đồ thị trên cho thấy, các NMĐ chạy khí và chạy dầu có mức độ phát thải thấp hơn nhiều so với các NMĐ chạy than. Vì vậy, trên thế giới, để giảm phát thải khí nhà kính, các NMĐ chạy than được thay thế bằng các NMĐ chạy khí.

Vấn đề cung cấp nhiên liệu khí cho các nhà máy điện

1/ Khả năng cung cấp khí trong nước:

Tài nguyên khoáng sản nói chung, và nguồn nhiên liệu hóa thạch nói riêng ở Việt Nam chỉ có hạn. Sản lượng khai thác các nguồn nhiên liệu than và khí cho phát điện trong giai đoạn 2020 ÷ 2045 lại càng có hạn. Trong đó, khả năng cung cấp tối đa khí thiên nhiên khai thác trong nước cho phát điện được dự tính trong Quy hoạch điện VIII (QHĐ VIII) như sau (xem các đồ thị):

Hình 2. Khả năng cung cấp khí khai thác trong nước cho phát điện, tỉ m3.

Mặc dù khả năng cung cấp khí trong nước rất có hạn như trên, để làm “bệ đỡ” cho việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo (NLTT), đòi hỏi trong hệ thống điện của Việt Nam phải tiếp tục phát triển các nguồn năng lượng hóa thạch. QHĐ VIII đã xem xét tiềm năng phát triển 94 các dự án NĐ than và NĐ khí ở Việt Nam với tổng công suất lắp đặt 202,6 GW (quy mô bình quân của dự án ~2.155 MW), cụ thể như sau:

Bảng 1. Công suất các nguồn điện chạy khí và than trong QHĐ VIII:

Bảng và đồ thị trên cho thấy:

Thứ nhất: Tổng công suất các NMĐ chạy khí nhập khẩu lớn gấp 17 lần NMĐ chạy khí trong nước, tương tự, tổng công suất các NMĐ chạy than nhập khẩu lớn hơn 15 lần NMĐ chạy than trong nước.

Thứ hai: Vấn đề nhập khẩu các nguồn LNG và than đá sẽ đóng vai trò quyết định trong việc phát triển ngành điện bền vững (giảm phát thải của nguồn NL hóa thạch, kết hợp với tăng tỉ trọng của các nguồn NLTT) và cung cấp đủ điện cho nền kinh tế.

Nghị quyết 55 của Bộ Chính trị (4) đã nêu rõ: “Phát triển nhiệt điện khí theo hướng ưu tiên sử dụng khí trong nước. Chú trọng phát triển nhanh nhiệt điện khí sử dụng LNG, đưa điện khí trở thành nguồn cung cấp điện năng quan trọng, hỗ trợ cho điều tiết hệ thống” (hết trích dẫn).

TS.Nguyễn Thành Sơn

Hội đồng khoa học Tạp chí Năng lượng Việt Nam

Kỳ tới: Lựa chọn thị trường LNG lâu dài và chiến lược cho Việt Nam