Nội dung ngành NĐT Việt Nam gồm có: (1) Hiện trạng về quy mô công suất và sản lượng, công nghệ, các tác động môi trường và vấn đề môi trường cần giải quyết; (2) Định hướng phát triển đến năm 2045 về quy mô công suất, sản lượng, công nghệ, mức phát thải, nhu cầu than và các giải pháp đáp ứng nhu cầu than.

Góc nhìn khác về nhiệt điện than

Nhiệt điện than giữ vai trò chính trong sản lượng điện của thế giới và của nhiều nước.

1. Tổng quan ngành nhiệt điện than trên thế giới

1.1. Hiện trạng

Cho đến nay NĐT đã và đang giữ vai trò chính trong sản lượng điện của thế giới và của nhiều nước. Hiện tại NĐT có mặt ở 77 nước (vào năm 2000 con số này là 65), 13 nước khác đang có kế hoạch phát triển NĐT. Công suất NĐT thế giới đã tăng gần gấp đôi trong giai đoạn 2000÷2017 từ 1.063GW lên đến 1.995GW. 3 nước có tổng công suất NĐT lớn nhất thế giới là Trung Quốc: 935GW, Hoa Kỳ: 279GW và Ấn Độ: 215GW, tiếp theo là: LB Đức: 50GW, Nhật Bản: 44,5GW, Nam Phi: 41,3GW, Hàn Quốc: 38GW, Ba Lan: 29GW và Indonesia: 28,6GW.

Sản lượng điện than của thế giới năm 2017 là 9.723,4 tỷ kWh, chiếm tỷ trọng cao nhất 38,1% tổng sản lượng điện của thế giới, vượt xa điện khí đứng thứ hai 23,1%. Các nước có NĐT chiếm tỷ trọng cao gồm: Nam Phi (87,7%), Ban Lan (78,8%), Ấn Độ (76,3%), Trung Quốc (67,2%), Ka-dắc-xtan (62,4%), Úc (61,3%), In-đô-nê-xia (58,5%), Đài Loan (46,8%), Hàn Quốc (46,3%), Ma-lai-xia (44,7%), LB Đức (37%), Nhật Bản (33,6%), Thổ Nhĩ Kỳ (33%), U-crai-na (32,2%), Mỹ (30,7%).

Việc phát triển NĐT của từng nước tùy thuộc vào tiềm năng tài nguyên than sẵn có trong nước và khả năng tiếp cận nguồn than từ bên ngoài. Nhìn chung, các nước châu Á-TBD vẫn tăng cường phát triển NĐT. Một số nước giảm NĐT là do cạn kiệt nguồn than trong nước, hoặc do có các nguồn tài nguyên năng lượng khác tốt hơn thay thế, đặc biệt do mức độ phát thải đã quá cao nên cần phải giảm.

Cùng với sự phát triển của NĐT, xu thế sử dụng than trên thế giới ngày càng tăng. Sản lượng than của thế giới bình quân từ 2006-2016 tăng 1,5%/năm và năm 2017 tăng 3,2% so với 2016; trong đó chủ yếu là do: châu Á-TBD tương ứng là: 3,2%/năm và 2,7%; châu Phi: 0,6%/năm và 3,6%; CIS: 1,6%/năm và 5,6%. Hiện tại, khoảng 65% sản lượng than dùng cho phát điện, còn lại cho các ngành sản xuất khác và chất đốt sinh hoạt.

Nói chung, không có nước nào có cơ cấu nguồn điện giống nhau từ các nguồn nhiên liệu. Cơ cấu nguồn điện của từng nước tùy thuộc vào trình độ phát triển kinh tế và tiềm năng các nguồn tài nguyên năng lượng sẵn có trong nước cũng như khả năng tiếp cận các nguồn tài nguyên năng lượng ở nước ngoài của mỗi nước. Do đó, không thể lấy cơ cấu của một nước nào đó làm hình mẫu để rồi bắt chước làm theo. Mỗi nước có một cơ cấu hợp lý phù hợp với hoàn cảnh, đặc điểm của mình trong từng giai đoạn theo hướng đảm bảo sao cho tối ưu về mặt kinh tế, sự ổn định, an toàn của hệ thống điện và bền vững về môi trường (mức phát thải dưới mức cho phép).

Yếu tố quan trọng thúc đẩy phát triển NĐT là sự tiến bộ trong công nghệ sản xuất điện từ than (nêu ở mục 1.3) và tăng cường giảm phát thải (nêu ở mục 1.4).

Qua đó cho thấy, dư địa giảm phát thải của NĐT nhờ cải tiến công nghệ còn rất lớn. Không phải ngẫu nhiên, gần đây, Hiệp hội Than Thế giới đã chuyển tuyên ngôn của mình từ “Than là tương lai” sang thành “Than là chiếc cầu bắc tới tương lai” của loài người.

Giá thành sản xuất và suất đầu tư điện than:
Theo nghiên cứu của IEA (2016), giá thành điện than ở một số nước tương ứng với các loại than, công nghệ, thông số hơi và gam công suất như sau (USCent/kWh): LB Đức than đá: 8,347 và than non: 8,661; Nhật Bản USC: 11,925; Hàn Quốc PC800: 8,946 và PC1000: 8,6; Mỹ SC: 10,4; Trung Quốc USC: 8,157; Nam Phi PC: 9,979. Suất đầu tư điện than theo loại hình công nghệ (USD/kW): Sub-C: 1.422; SC: 1.689; USC: 1.867; IGCC: 2.144.

1.2. Xu hướng phát triển nhiệt điện than của thế giới

Hiện tại có hai xu hướng về NĐT: Xu hướng giảm, chủ yếu tại các nước OECD (Mỹ, Anh, Pháp, Ý, Hà Lan, Bồ Đào Nha, Áo, Ai-len, Đan Mạch, Thụy Điển, Phần Lan v.v…) và xu hướng tăng, chủ yếu các nước ngoài OECD, nhất là các nước: Trung Quốc, Ấn Độ, ASEAN, Nam Phi, Thổ Nhĩ Kỳ, Bangladesh, Pakistan, v.v.

Theo dự báo của Tổ chức Năng lượng quốc tế (IEA World Energy Outlook, 2016) trong giai đoạn 2015÷2040, tổng công suất điện than trên thế giới sẽ tăng thêm 947GW, trong đó khối OECD tăng 97GW, ngoài OECD tăng 850GW, riêng Trung Quốc 383 GW và Ấn Độ 306 GW. Dự báo sản lượng điện than trên thế giới giai đoạn 2020÷2040 được nêu ở Bảng 1.

Bảng 1: Dự báo sản lượng điện than trên thế giới giai đoạn 2020÷2040

(Ngàn tỷ kWh)

 (Nguồn: World Energy Outlook 2016).

Cũng theo báo cáo của IEA năm 2016, sản lượng điện từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch của các nước Đông Nam Á sẽ tăng từ 120 TWh năm 1990 lên 1.699 TWh năm 2040, tăng hơn 14 lần. Riêng trong giai đoạn 2020÷2040 tăng 1,8 lần. Tỷ trọng của NĐT sẽ tăng từ 32% (2013) lên 50% (2040). Lý do chính là phải dùng than thay thế cho dầu và khí đốt trong phát điện bị cạn kiệt.

Dự báo nhu cầu than cho sản xuất điện:

Theo dự báo của IEA trong “World Energy Outlook 2016” trong Kịch bản các chính sách hiện tại, tổng nhu cầu than thế giới có thể tăng trung bình 1,18% hàng năm trong giai đoạn 2014÷2040 (Bảng 2). Tốc độ này giảm đáng kể so với mức tăng 2,5%/năm trong giai đoạn 1990÷2014. Theo kịch bản dự báo này, đến 2040, than vẫn là nguồn nhiên liệu hàng đầu cho sản xuất điện, chiếm 40% trong tổng nhu cầu nhiên liệu. Trong trường hợp các chính sách mới được thực thi, nhu cầu than có thể giảm đáng kể với tốc độ tăng trong giai đoạn 2014÷2040 giảm xuống mức 0,49%/năm.

Bảng 2. Dự báo nhu cầu than thế giới (triệu tấn)

 (Nguồn: IEA, 2016).

Dù ở kịch bản dự báo nào, Trung Quốc vẫn là nước tiêu thụ than lớn nhất mặc dù đã giảm được mức tăng từ 8,3%/năm giai đoạn 2000÷2014 xuống mức 0,8%/năm giai đoạn 2014÷2040. Tiêu thụ than Trung Quốc đạt mức đỉnh năm 2025 sau đó giảm dần trong những năm sau. Tiêu thụ than của các nước OECD sẽ giảm đi với Mỹ vẫn dẫn đầu tiêu thụ than trong khối OECD. Sự sụt giảm nhu cầu than ở các nước OECD chủ yếu ở khu vực sản xuất điện, nơi mà các chính sách môi trường được thực thi và sự thay thế than bằng khí tự nhiên.

Nói chung, các dự báo khác như FOCUSECONOMICS (5/2016), IEEJ Outlook 2018 (10/2017) cũng đều cho thấy nhu cầu than thế giới gia tăng đến năm 2040.

1.3. Công nghệ phát điện than
Loài người đã có những bước tiến rất xa trong việc cải tiến công nghệ sản xuất điện từ than. Cụ thể là:

Quy mô công suất tổ máy

Trong quá trình phát triển, công suất tổ máy (bao gồm các thiết bị chính là lò hơi, tuabin và máy phát) ngày càng tăng lên. Công suất tổ máy đốt than chủ yếu phụ thuộc vào công nghệ đốt. Các tổ máy áp dụng công nghệ đốt than phun (PC) hiện nay gồm: dải công suất thấp từ 300÷400MW, dải công suất trung bình 500÷700MW và dải công suất cao trên 800MW. Đối với tổ máy lò hơi đốt than tầng sôi tuần hoàn (CFB), do tính chất nhiên liệu và phát triển sau, quy mô công suất tổ máy vẫn còn thấp hơn so với công nghệ PC. Tổ máy đốt than CFB có dải công suất thấp 50÷200MW và dải công suất cao 300÷600MW, đối với dải công suất cao, cấu hình tổ máy thường là 2 lò hơi + 1 tuabin.

Hiện nay trên thế giới đã đưa vào vận hành thương mại lò PC công suất đến 1.300MW. Hiệu suất phát điện dự kiến tăng lên khoảng 50-53% vào năm 2020 và 55% vào năm 2050.

Công nghệ lò hơi

Công nghệ (CN) lò hơi đốt than hiện có trong các nhà máy nhiệt điện trên thế giới gồm:

– CN đốt than phun (Pulverized Coal Combustion – PC)

– CN đốt tầng sôi tuần hoàn (Circulating Fluidized Bed Combustion – CFB)

– CN đốt tầng sôi áp lực (Pressurised Fluidized Bed Combustion – PFB)

– CN khí hóa chu trình kết hợp (Intergrated Gasification Combined Cycle – IGCC).

Lò hơi than phun là loại công nghệ truyền thống được phát triển đến trình độ công nghệ hoàn thiện, đạt được công suất lớn và hiệu suất cao như đã nêu trên.

Lò than phun có các ưu điểm chính như: đạt đến độ kinh tế rất cao ở các lò hơi công suất lớn, có công suất và thông số hơi đa dạng từ trung áp, cao áp đến siêu tới hạn với lưu lượng hơi từ vài trăm tấn đến vài nghìn tấn hơi/giờ.

Công nghệ lò tầng sôi tuần hoàn mặc dù mới được phát triển vào những năm 70 của thế kỉ trước nhưng đã nhanh chóng khẳng định là một công nghệ có tiềm năng lớn khi áp dụng trong các nhà máy nhiệt điện. Hai ưu điểm quyết định đến sự lựa chọn công nghệ tầng sôi áp dụng vào lò hơi nhà máy nhiệt điện là: (1) đốt cháy hiệu quả các loại nhiên liệu xấu, có chất lượng thay đổi trong phạm vi rộng và (2) có thể giảm phát thải các khí thải độc hại như NOx, SO2 trong quá trình cháy nhiên liệu mà không cần trang bị các thiết bị xử lý đắt tiền.

Công nghệ PFB và công nghệ IGCC hiện nay vẫn còn trong giai đoạn thử nghiệm, kiểm chứng nên chưa được ứng dụng nhiều trong sản xuất điện thương mại.

Thông số hơi

Thông số hơi là yếu tố đóng vai trò quan trọng trong chu trình nhiệt của nhà máy. Việc nâng cao thông số hơi nhằm mục đích nâng cao hiệu suất để tiết kiệm nhiên liệu.

Thông số hơi thường được phân loại thành thông số hơi dưới tới hạn (áp suất hơi nhỏ hơn áp suất tới hạn) và thông số hơi trên tới hạn (áp suất hơi lớn hơn áp suất tới hạn).

Với ưu điểm hiệu suất cao, giảm tiêu thụ nhiên liệu dẫn đến cắt giảm phát thải so với nhà máy cận tới hạn (giảm được khoảng 8% đến 10% phát thải CO2 và các phát thải khác như NOx, SO2, v.v), công nghệ siêu tới hạn được nhìn nhận là một công nghệ than sạch và từ lâu đã là sự lựa chọn của các nước phát triển như Nhật Bản và EU. Mức phát thải CO2 trên 1 kWh tương ứng với từng loại công nghệ là (kg CO2/ kWh): Sub-C: 0,896; SC: 0,811; USC: 0,774; IGCC: 0,709 [7]. Có thể nói các công nghệ phát điện hiệu suất cao, như công nghệ SC và USC là xu hướng phát triển tất yếu trong bối cảnh việc cung cấp nhiên liệu ngày càng khó khăn và sức ép cắt giảm phát thải nhằm chống lại sự biến đổi khí hậu.