Công nghệ sản xuất điện trong tương lai

Năm 2003, Hoa Kỳ tuyên bố sẽ xây dựng nhà máy nhiệt điện đốt than đầu tiên không có khí thải với vốn đầu tư 1 tỉ đôla Mỹ. Dự án mang tên Thế hệ tương lai (FutureGen) là sự kết hợp của công nghệ khí hóa, hệ thống phát điện và công nghệ thu giữ cacbonic tiên tiến nhất. Dự kiến nhà máy sẽ đi vào hoạt động năm 2012.

Theo kế hoạch đề ra, các bên tham gia sẽ xác định địa điểm xây dựng nhà máy vào cuối năm 2007 và khởi công xây dựng nhà máy trong năm 2010. Trong thời điểm hiện tại, người Mỹ đang tập trung vào các công việc thiết kế nhà máy, hoàn thành việc đánh giá các ảnh hưởng tới môi trường và lựa chọn địa điểm.

Tháng 3 năm 2006, Liên minh Công nghiệp FutureGen (liên minh giữa 9 công ty điện và than, đối tác của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) để thực hiện dự án) đã đề nghị các bên liên quan xem xét và đề xuất những địa điểm có thể xây dựng nhà máy. 22 địa điểm ở 9 tiểu bang đã được đề xuất. Liên minh đang cân nhắc để chọn lọc 6 địa điểm khả thi.

Giám đốc điều hành của Liên minh, ông Mike Mudd nhận xét: "Dự án thu hút được sự quan tâm đặc biệt của các nhà đầu tư, một phần vì nó liên quan trực tiếp đến tương lai của việc sử dụng nguồn nhiên liệu than".

Đây thực sự là một dự án quan trọng trên nhiều phương diện. Nó đòi hỏi cùng một lúc sự tham gia nghiên cứu của nhiều ngành khoa học. Thông qua đó, người Mỹ có thể sẽ đạt được một số mục tiêu trong chính sách năng lượng của họ, trong đó phải kể đến sự phát triển một nền kinh tế Hyđrô, hạn chế sự biến đổi khí hậu, và bảo đảm tương lai của ngành công nghiệp than. Hiện nay, than chiếm hơn 85% nguồn dự trữ năng lượng của Hoa Kỳ và hơn 50% điện lượng của đất nước này được sản xuất bằng than.

Mục tiêu quan trọng nhất của công nghệ mới là chứng minh hiệu quả trong việc loại trừ được tác động đến môi trường sinh thái của việc đốt than để sản xuất điện, như vậy sẽ bảo đảm đa dạng hóa nguồn và an toàn trong cung cấp điện. Dự án FutureGen đồng thời cũng hỗ trợ Chương trình hành động của tổng thống Bush (Sáng kiến Hyđrô) nhằm xây dựng một hệ thống giao thông sử dụng hyđrô. Ngoài ra, với dự án này, việc thu giữ khí cacbonic trên quy mô lớn cũng trở nên khả thi.

Viễn cảnh quốc tế

Phòng thí nghiệm quốc gia về công nghệ năng lượng (NELT) thuộc Bộ Năng lượng Mỹ (DOE) ước tính tổng chi phí đầu tư cho dự án (tính theo thời giá đôla Mỹ năm 2005) vào khoảng 952 triệu đôla, trong đó 500 triệu đôla là vốn đầu tư trực tiếp của DOE, và 120 triệu đôla lấy từ Chương trình phân lập khí gây hiệu ứng nhà kính. Dự án trông đợi một khoản 250 triệu đôla từ Liên minh FutureGen và hy vọng nhận được 80 triệu đôla từ các đối tác quốc tế.

Nước Mỹ đang khuyến khích sự tham gia của quốc tế vào dự án này nhằm phát huy tối đa ứng dụng và kết quả của công nghệ mới, đồng thời thiết lập sự nhất trí trên trường quốc tế đối với vai trò của than và công nghệ phân lập khí nhà kính như một biện pháp bảo vệ môi trường. Liên minh FutureGen có sự tham gia của một số công ty nước ngoài, trong đó có BHP Billiton và Công ty Năng lượng Kennecott. Công ty sản xuất nhiệt điện than lớn nhất Trung Quốc, tập đoàn Huaneng, cũng đã gia nhập Liên minh hồi tháng 10 năm 2005. Trung Quốc hiện nay đứng thứ ba trên thế giới về trữ lượng than và các nhà máy nhiệt điện than ở đất nước này cũng chiếm tới 70% sản lượng điện, đưa đất nước này lên vị trí dẫn đầu về tiêu thụ than trên thế giới.

Chính phủ Hoa Kỳ cũng đã mời các thành viên của Diễn đàn lãnh đạo Phân lập Cacbon (CSLF) tham gia dự án này. Đáp lại lời mời, tháng 4 năm 2006, Ấn Độ đã ký hiệp định chính thức tham gia vào Liên minh. Hiệp định này được ký sau khi có cuộc Đối thoại Năng lượng giữa Hoa Kỳ và Ấn Độ hồi tháng 5 năm 2005. Cuộc đối thoại này có mục đích tăng cường hợp tác thương mại và đầu tư giữa hai nước trong khu vực năng lượng. Ấn Độ cam kết đầu tư 10 triệu đôla cho dự án và các công ty Ấn Độ cũng sẽ tham gia vào dự án với tư cách tư nhân.

Các mục tiêu công nghệ

Trọng tâm của dự án FutureGen là thiết kế, xây dựng và vận hành nhà máy đầu tiên trên thế giới sản xuất điện và hyđrô dựa trên các công nghệ khí hóa than và gần như không thải khí gây hiệu ứng nhà kính. Ngoài việc sản xuất điện và hydrô, nguyên mẫu nhà máy công suất 275 MW cũng sẽ là nơi thí nghiệm kiểm tra các công nghệ sản xuất điện sạch, thu giữ CO2, chuyển hóa than thành hyđrô, cũng như các công nghệ mới khác.

Các công nghệ tiên tiến (khí hóa, sản xuất điện, kiểm soát khí thải, thu giữ CO2) và công nghệ sản xuất hydrô sẽ được áp dụng trong nhà máy này. Hiện nay, trên thế giới, các công nghệ này đang được áp dụng ở các mức độ phát triển khác nhau, song rất cần tập trung các công nghệ này lại với nhau để kiểm tra trong một nhà máy duy nhất. DOE hy vọng rằng, chi phí cho các nhà máy điện sử dụng các công nghệ được triển khai trong dự án FutureGen sẽ không cao hơn 10% so với các nhà máy không sử dụng các công nghệ thu giữ CO2.

Nhà máy sẽ áp dụng thiết bị khí hóa tiên tiến để chuyển hóa than sang một dạng khí tổng hợp, trong đó chủ yếu là hyđrô và cácbon monoxit. Sau đó, dùng hơi nước khử hỗn hợp khí này (chính là khử cacbon monooxit) để tạo thêm hyđrô và CO2 cô đặc. Hai khí này sau đó được tách ra riêng rẽ. Hyđrô được dùng trong nhà máy điện sử dụng tuabin khí chu trình hỗn hợp hoặc được dự trữ trong pin nhiên liệu để sản xuất điện. Nó cũng có thể được cung cấp cho các nhà máy hóa chất. Khí cacbonic sẽ được phân lập và chôn sâu trong các địa tầng như tầng muối, hay trong các vỉa than không khai thác, hoặc trong các mỏ dầu, khí đã khai thác kiệt.

Dự án này dự định sẽ sản xuất khoảng 1 triệu tấn CO2/năm. Đây sẽ là minh chứng có ý nghĩa về khả năng phân lập CO2 trên quy mô lớn. Dự kiến ban đầu, khoảng 90% lượng CO2 tạo ra sẽ được thu giữ vào bể chứa mà sự rò rỉ trên bề mặt sẽ được giám sát chặt chẽ. Những mục tiêu khác của nhà máy để hạn chế khí thải là:

- Khử hơn 99% lưu huỳnh

- Lượng khí thải NOx (nitơ ôxit) chưa đến 21,3g/MJ (0,05 pound/1 triệu BTU)

- Lượng thải bụi hạt chưa đến 2,13g/MJ (0,005 pound/1 triệu BTU)

- Khử hơn 90% thủy ngân.

Thực tế cho thấy dự án này có tham vọng quá lớn khi mà các công nghệ được nhắc đến (công nghệ khí hóa, tuabin, thu giữ CO2…) đều cần được phát triển và thử nghiệm thêm trước khi có thể được chính thức triển khai.

Tuabin khí sử dụng trong dự án là một vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu thêm. Trên thế giới, một số nhà máy điện khí hóa than chu trình hỗn hợp hiện đang sử dụng các tuabin chạy bằng khí tổng hợp. Tuy nhiên, hàm lượng hyđrô trong khí tổng hợp hiếm khi vượt quá 40%. Mặc dù các thử nghiệm cho thấy hiệu suất đốt cháy hyđrô trong các tuabin khí là tuyệt đối, nhưng nhiều vấn đề kỹ thuật cần được khắc phục, trong đó điển hình là hiện tượng vật liệu hóa giòn do sự có mặt của hyđrô, thoái hóa vật liệu do nhiệt và việc kiểm soát ôxit nitơ trong khí thải.

Trọng điểm

Ngoài việc xác định các công nghệ và cấu hình nhà máy, hiện nay DOE và các thành viên Liên minh đang tiến hành lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy một cách công khai, dựa trên hàng loạt tiêu chí về kỹ thuật, môi trường, pháp lý và tài chính. Những tiêu chí này không chỉ bao gồm những tiêu chí thông thường của một nhà máy điện, mà còn có những tiêu chí đặc thù của FutureGen, ví dụ như tiêu chí về cấu tạo địa chất để có thể lưu giữ vĩnh viễn CO2.

Sau khi Liên minh đã chọn lựa được danh mục các địa điểm, dựa trên Luật Môi trường Hoa Kỳ, DOE sẽ tiến hành rà soát lại để tới giữa năm 2007 có thể xác định được những địa điểm thích hợp đáp ứng các chỉ tiêu môi trường. Cuối cùng, vào khoảng mùa thu năm 2007, Liên minh sẽ quyết định địa điểm chính thức xây dựng nhà máy.

Liên Minh Công Nghiệp FutureGen

Liên minh Công nghiệp FutureGen là một tổ hợp phi lợi nhuận được thành lập tháng 7 năm 2005. Đây là sự hợp tác giữa những nhà sản xuất và tiêu thụ than lớn nhất thế giới. Liên minh cộng tác với DOE (Hoa Kỳ) để xúc tiến thiết kế, xây dựng và vận hành nhà máy FutureGen. Các bên tham gia sẽ đầu tư 250 triệu đôla Mỹ cho dự án.

Các thành viên sáng lập Liên Minh gồm có: Công ty Năng lượng Điện lực Hoa Kỳ (AEP), BHP Billiton, Battelle, Công ty Năng lượng Consol, Hiệp hội than, Công ty Năng lượng Peabody, Công ty Năng lượng Kennecott và Công ty điện lực miền Nam Hoa Kỳ. Năm công ty than trong Liên minh sản xuất hơn 40% lượng than khai thác được ở Hoa Kỳ, trong khi đó AEP và Công ty điện lực miền Nam lại là hai công ty điện lớn nhất Hoa Kỳ, sở hữu hơn 15% công suất phát điện nhờ đốt than. Battelle là một công ty nghiên cứu và phát triển phi lợi nhuận giữ vai trò điều phối trong Liên minh.

Liên minh có một chính sách thành viên cởi mở, khuyến khích sự tham gia của các công ty điện và than. Thực tế cho thấy số lượng thành viên của Liên minh ngày một tăng, trong đó đáng chú ý nhất là sự gia nhập của Tập đoàn Trung Quốc Huaneng và Anglo American, một công ty mỏ chuyên về platin, vàng, kim cương, than, kim loại, khoáng sản công nghiệp, giấy và bao bì.

Tháng 12 năm 2005, Liên minh thông báo đã ký thỏa thuận với DOE để phát triển dự án và xác định địa điểm xây dựng nhà máy. Liên Minh cũng đã lên một kế hoạch làm việc dầy đặc. Tháng 2 năm 2006, Liên minh đã bắt đầu tiến hành quá trình lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy và dự định đưa ra danh sách các ứng cử viên vào khoảng giữa năm 2006.

(Nguồn: TTQLNĐ)