1. Thông tin chung về sản xuất điện của Việt Nam
Theo một số nghiên cứu, sản lượng điện thương phẩm bình quân trên đầu người tăng 2,2 lần, từ 982 kWh/người (năm 2010) lên 2.180 kWh/người (năm 2019). Tính đến hết năm 2019, tổng công suất đặt của hệ thống điện quốc gia đạt 55.939 MW. Hệ thống lưới truyền tải được đầu tư với khối lượng lớn, cơ bản đáp ứng được yêu cầu đấu nối giải tỏa công suất các dự án nguồn điện và tăng cường năng lực truyền tải của toàn hệ thống điện.
Với tỷ lệ dự phòng nguồn điện năm 2019 đạt 31,6%, hệ thống điện năm 2019 đảm bảo cung cấp điện cho nhu cầu phụ tải. Nguồn điện mặt trời, điện gió với tổng công suất gần 5.000MW, chiếm trên 9% tổng công suất nguồn điện là các nguồn bất định, phụ thuộc rất nhiều vào thời tiết; các nguồn thủy điện có tổng công suất trên 20.000MW, chiếm 37% cũng phụ thuộc điều kiện thủy văn theo từng năm
- Cơ cấu nguồn điện Việt Nam năm 2019
Cơ cấu nguồn theo chủ sở hữu đã khá đa dạng do sự phân chia các nguồn điện thuộc EVN trước đây thành các công ty phát điện, hiện tại EVN chỉ chiếm 16% tổng công suất nguồn điện, trong khi tỷ trọng công suất nguồn điện thuộc sở hữu tư nhân đã lên tới 27% chiếm tỷ trọng cao nhất trong cơ cấu chủ sở hữu.
Hình 1: Cơ cấu công suất đặt nguồn điện toàn quốc năm 2019
Cùng với tốc độ tăng trưởng công suất cực đại của phụ tải điện toàn quốc trong giai đoạn 2011-2019 là 10,6%/năm, tổng công suất đặt nguồn điện tăng với tốc độ trung bình 11,9%/năm. Giai đoạn 2011-2019 đánh dấu sự tăng trưởng lớn của nhiệt điện than với tốc độ trung bình 20%/năm, riêng năm 2019 có sự tăng trưởng đột ngột công suất điện mặt trời do cơ chế khuyến khích phát triển điện mặt trời được ban hành.
- Hiện trạng công nghệ nhiệt điện của Việt Nam
Công nghệ của các nhà máy nhiệt điện than ở Việt Nam hiện có 2 loại là lò tầng sôi tuần hoàn (CFB) và lò than phun (PC):
Công nghệ lò tầng sôi tuần hoàn hiện đang được sử dụng ở Việt Nam hầu hết có công suất nhỏ, để đốt các loại than xấu, nhiệt trị thấp < 4000kcal/kg, than có hàm lượng lưu huỳnh cao, độ tro lớn, có chất lượng thay đổi trong phạm vi rộng. Lò CFB có thể giảm phát thải các khí thải độc hại như NOx, SOx mà không cần trang bị các thiết bị xử lý đắt tiền. Lò CFB có khả năng làm việc ở mức tải thấp, với mức tải trên 50% sẽ không phải đốt kèm dầu. Tuy nhiên loại công nghệ này mới có kinh nghiệm sản xuất với công suất tổ máy khoảng 600MW, chi phí đầu tư và bảo dưỡng cao. Đến hết năm 2019, Việt Nam có tổng cộng 9 nhà máy sử dụng công nghệ lò tầng sôi tuần hoàn với tổng công suất khoảng 3.300MW.
Công nghệ lò hơi đốt than phun được sử dụng rộng rãi ở Việt Nam với tổng công suất các nhà máy hiện lên tới hơn 17GW. Hiệu suất trung bình của các nhà máy nhiệt điện than của Việt Nam là 31%, trong đó các nhà máy cũ rất thấp chỉ đạt khoảng trên dưới 20%. Các NMNĐ đốt than antraxit, than trộn và than Bitum hoặc á Bitum trong các lò PC của Việt Nam mới được xây dựng có hiệu suất cao hơn, đạt trung bình >35%.
Hiệu suất của các NMNĐ than phụ thuộc vào thông số hơi. Phần lớn các NMNĐ than hiện có đều có thông số hơi cận tới hạn, cao áp và trung áp. Các nhà máy dùng công nghệ lò đốt than phun, có hiệu suất trung bình đến cao trong khoảng 33%- 41,25%, chỉ một số nhà máy có hiệu suất thấp là các nhà máy sử dụng công nghệ lò hơi CFB, hoặc các nhà máy đã vận hành lâu năm như Ninh Bình (20,16%), Phả Lại 1 (25,31%) và khối các nhà máy nhỏ công nghệ CFB.
- Xu hướng công nghệ nhiệt điện của Việt Nam trong tương lai
Hiện nay, NĐĐT của Việt Nam đang sử dụng phổ biến hai loại công nghệ lò hơi đó là: (1) Công nghệ lò than phun và (2) Công nghệ lò tầng sôi tuần hoàn. Cùng với xu hướng cải tiến nâng cao hiệu suất để tăng hiệu quả kinh tế của nhà máy, giảm tiêu hao năng lượng, tài nguyên (nước, đá vôi...) và giảm phát thải để đảm bảo đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về môi trường, các nhà máy mới có công nghệ lò than phun hoặc lò tuần sôi tuần hoàn với thông số hơi siêu tới hạn (USC) hoặc siêu tới hạn cải tiến (AUSC) được đưa vào kế hoạch phát triển đối với các nhà máy điện than sau năm 2030.
Các nhà máy khí sẽ phát triển các nhà máy chu trình hỗn hợp thế hệ mới có hiệu suất cao của các hãng đã được phát triển thương mại có độ linh hoạt cao như phân tích ở trên, để đảm bảo đốt được các loại nhiên liệu khí khác nhau có giải biến động lớn và chịu được sự thay đổi của điều kiện thời tiết nơi được lắp đặt. Ngoài ra, xu hướng phát triển TBKCTHH sử dụng khí LNG sẽ là trọng tâm trong giai đoạn phát triển tới năm 2030.
- Công nghệ lò hơi đốt than phun
Về mặt cấu tạo hệ thống hơi nước, lò hơi PC được thiết kế chế tạo với nhiều kiểu khác nhau: đốt trực tiếp, đốt gián tiếp, tuần hoàn tự nhiên hoặc cưỡng bức (có bao hơi). Về thông số hơi, phụ thuộc vào nhiên liệu lò hơi PC được thiết kế với rất nhiều dải thông số, bao gồm cả dưới tới hạn và trên tới hạn. Với loại than antraxit Việt Nam, buồng đốt ứng dụng công nghệ ngọn lửa hình W có thể sử dụng hiệu quả nhờ ưu điểm là “thời gian lưu dài của hạt than trong buồng lửa” – giúp tăng hiệu quả cháy kiệt than.
Lò hơi PC là loại công nghệ truyền thống được cải tiến liên tục và phát triển đến trình độ công nghệ hoàn thiện với công suất lớn và hiệu suất cao. Xu hướng phát triển NĐĐT của thế giới trong thời gian tới như được phân tích ở mục 1.2 ở trên, công nghệ PC có thông số hơi USC và AUSC vẫn sẽ chiếm ưu thế nhưng công suất các tổ máy sẽ có xu hướng lớn hơn. Các NĐĐT đốt than phun ở Việt Nam hiện nay phổ biến với thông số hơi cận tới hạn và thông số trên tới hạn (250bar/568oC/568oC và trên siêu tới hạn: 250bar/600oC/600oC hoặc cao hơn)
- Công nghệ lò tầng sôi
Mặc dù lò hơi sử dụng công nghệ tầng sôi mới được phát triển vào những năm 70 của thế kỉ trước nhưng nhanh chóng khẳng định là một công nghệ có tiềm năng rất lớn nhờ ưu điểm: (1) 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, SOx trong quá trình cháy nhiên liệu mà không cần trang bị các thiết bị xử lý đắt tiền.
Ở Việt Nam, trước năm 1999 các lò hơi tầng sôi mới chỉ có một số cơ sở sử dụng trong ngành sản xuất giấy (Công ty giấy Bãi Bằng), hóa chất, phân bón và một số ngành khác với công suất nhỏ, thông số hơi thấp.
- Công nghệ TKBCTHH sử dụng khí tự nhiên và dầu
Bên cạnh nguồn điện từ than là nguồn điện khí với tổng công suất đạt 10089MW sử dụng chủ yếu là khí tự nhiên trong nước và TBK chạy dầu. Trong đó, các nhà máy sử dụng công nghệ TBK chu trình đơn như Cần Thơ, Thủ Đức, Bà Rịa có hiệu suất thấp dưới 38%, còn lại là TBK CTHH với hiệu suất cao.
Trước sức ép về giảm phát thải KNK, và các khí gây ô nhiễm môi trường từ nguồn phát thải lớn như nhiệt điện than, xu hướng phát triển nhà máy điện khí công nghệ TBK CTHH sử dụng nguồn LNG nhập khẩu sẽ đóng vai trò quan trọng trong giai đoạn đến năm 2030. Khi đó, theo xu hướng phát triển của công nghệ và khả năng đáp ứng về tài chính của Việt Nam, công nghệ TBK CTHH thế hệ mới có hiệu suất cao sẽ được xem xét phát triển phù hợp ở từng giai đoạn phát triển cho đến năm 2030 và 2045. Gam công suất của các tổ máy sẽ được xem xét lựa chọn phù hợp với mục tiêu của nhà máy và khả năng cung cấp nhiên liệu, tuy nhiên xu hướng gam công suất lớn đảm bảo tính linh hoạt để vận hành chế độ nền trong bối cảnh cơ cấu nguồn NLTT tăng cao sẽ được lựa chọn.
2. Ứng dụng công cụ 2050 Calculator4NDCs phân tích kịch bản đóng góp giảm phát thải khí nhà kính trong đổi mới sản xuất điện
Theo báo cáo Đóng góp do quốc gia tự quyết định cập nhật năm 2020, phát thải khí nhà kính từ lĩnh vực năng lượng theo kịch bản phát triển thông thường là 678,4 triệu tấn CO2 tương đương vào năm 2030, trong đó lĩnh vực sản xuất điện ở mức 452 triệu tấn CO2 tương đương, chiếm khoảng 66% tổng phát thải khí nhà kính trong lĩnh vực năng lượng. Theo kịch bản thông thường được xây dựng ở cấp độ 1 trong mô hình công cụ 2050 Calculator giả định các nhà máy nhiệt điện sử dụng công nghệ cận tới hạn (SubC) là công nghệ phổ biến, chưa có tác động về công nghệ.
Hình 3. Giả định cấp độ 1 trong mô hình 2050 Calculator
Với kịch bản cấp độ 3, các nhà máy điện than ứng dụng công nghệ cao hơn, chủ yếu là công nghệ trên siêu tới hạn cho các nhà máy đầu tư giai đoạn 2026-2030, chuyển sang công nghệ trên siêu tới hạn cải tiến giai đoạn 2031-2035. Với giả định ở cấp độ 3, giảm phát thải khí nhà kính từ các nhà máy điện than do chuyển đổi công nghệ sẽ có những đóng góp đáng kể cho lĩnh vực năng lượng, thể hiện ở hình 2.
Hình 4. Kịch bản giả định cấp độ 3 trong mô hình 2050 Calculator
Kết luận
Thông qua mô hình trình diễn của 2050 Calculator4NDCs, chúng ta có thể nhận thấy sự thay đổi, đóng góp khá tích cực vào mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính đối với các nỗ lực về đổi mới công nghệ sản xuất điện. Sự thay đổi về công nghệ sẽ tiết kiệm chi phí nhiên liệu đầu vào như than, khí, dầu, và sẽ có ý nghĩa thiết thực trong việc đảm bảo an ninh năng lượng, phát triển ngành nhiệt điện theo hướng tăng trưởng xanh, phát triển bền vững trong bối cảnh biến đổi khí hậu và thực hiện mục tiêu giảm phát thải khí nhà kính của Việt Nam trong báo cáo NDCs và cam kết của Việt Nam tại COP26
TS Nguyễn Quốc Khánh – Chuyên gia dự án 2050 Calculator
