Nhiệt điện than trong hệ thống điện

Kể từ năm 2000 đến nay, các nguồn nhiệt điện than được phát triển mạnh mẽ cả về số lượng, quy mô công suất tổ máy cũng như công nghệ. Từ tổ máy công suất 300 MW, thông số hơi cận tới hạn của Phả Lại 2 được đưa vào vận hành giai đoạn 2001-2002, đến năm 2020 Việt Nam đã có nhiều tổ máy công suất 600 MW, sử dụng thông số hơi siêu tới hạn. Sự phát triển nhanh chóng của nhiệt điện than đã giúp Việt Nam giải quyết bài toán cung cấp điện cho phát triển khi tăng trưởng kinh tế duy trì ở mức cao, kèm theo đó là nhu cầu điện tăng ở mức trung bình 11% trong giai đoạn 10 năm đến trước đại dịch Covid-19. Tính đến cuối năm 2021, công suất lắp đặt của nhiệt điện than đạt khoảng 24,7 GW chiếm 32% tổng công suất nguồn điện của hệ thống [1]. Phần lớn công suất của các nhà máy nhiệt điện than hiện có thuộc sở hữu của các tập đoàn nhà nước như Tập đoàn Điện lực Việt Nam - EVN (57%), Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam - PVN (11%) và Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam - TKV (7%). Các nhà máy nhiệt điện than được đầu tư theo hình thức BOT và IPP chiếm lần lượt 16% và 9% về công suất lắp đặt. Với đặc điểm vận hành ổn định, không phụ thuộc vào các yếu tố tự nhiên như đối với các nguồn điện tái tạo, nguồn điện được sản xuất từ nhiệt điện than chiếm tới 46% tổng lượng điện sản xuất của hệ thống điện năm 2021 với hơn 118 tỷ kWh [1]. Các nhà máy nhiệt điện than ở Việt Nam được phân loại dựa trên 2 yếu tố chính là: công nghệ đốt và thông số hơi.

Về công nghệ đốt, các nhà máy nhiệt điện than tại Việt Nam đang sử dụng một trong hai loại: lò đốt than phun - PC và lò hơi tầng sôi tuần hoàn - CFB. Các nhà máy dùng công nghệ PC hiện có hiệu suất 32-41%, trừ một số nhà máy có hiệu suất thấp do đã vận hành lâu năm như Ninh Bình (23%), Phả Lại 1 (26,38%). Các nhà máy thông số hơi trên tới hạn (Vĩnh Tân 1, Duyên Hải 3 và Duyên Hải 3MR) có hiệu suất thô tính theo nhiệt trị thấp khoảng 37-41% trong khi các nhà máy sử dụng thông số cận tới hạn như Mông Dương 2, Vĩnh Tân 4, Vũng Áng 1 có hiệu suất 33-38% [1]. Hiện tại, các nhà máy điện ở Việt Nam (tùy theo tình trạng thiết bị) hàng năm sẽ tiến hành tiểu tu, sau khoảng 2 năm sẽ tiến hành trung tu và sau 4-5 năm vận hành sẽ tiến hành đại tu toàn bộ tổ máy. Quá trình sửa chữa, bảo dưỡng tổ máy một cách định kỳ sẽ giúp tăng sự ổn định và đảm bảo hiệu suất của thiết bị trong quá trình vận hành. Việc quản lý vận hành bảo dưỡng như hiện nay còn nhiều thách thức, chẳng hạn như các quy định về chế độ bảo dưỡng bắt buộc chưa cụ thể, quy trình bảo dưỡng chưa hoàn thiện… Những năm gần đây, công tác bảo vệ môi trường đối với các nhà máy nhiệt điện than cũng đã được quan tâm, đầu tư hơn. Trong giai đoạn 2000-2015, nếu các nhà máy nhiệt điện than chỉ được đầu tư thiết bị xử lý bụi, SO_x thì đến giai đoạn 2015-2020 nhiều nhà máy đã được đầu tư thêm thiết bị xử lý NO_x. Hiện tại tất cả các nhà máy nhiệt điện than đã được lắp đặt hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP) với hiệu suất xử lý bụi đạt trên 99,7%. Năm 2019, các nhà máy nhiệt điện than phát thải 106 MtCO₂, chiếm 84% tổng phát thải trong lĩnh vực sản xuất điện [2]. Hiện các nhà máy nhiệt điện than ở Việt Nam đều chưa áp dụng công nghệ thu hồi CO₂ do mức độ sẵn sàng của các công nghệ này ở Việt Nam là rất thấp.

Thách thức đối với ngành nhiệt điện than ở Việt Nam

Các cam kết mạnh mẽ của Việt Nam tại Hội nghị thượng đỉnh về biến đổi khí hậu của Liên hợp quốc lần thứ 26 (COP26) sẽ có nhiều tác động đến tương lai ngành điện than. Bên cạnh tuyên bố hướng tới phát thải ròng bằng “0” đến năm 2050, Việt Nam đã  ký kết Tuyên bố chung về chuyển dịch từ than sang năng lượng sạch, trong đó cam kết dừng sản xuất điện than không có công nghệ thu hồi CO₂ đến năm 2040, ngừng cấp giấy phép mới cho các dự án nhiệt điện than không có công nghệ thu hồi CO₂ mà chưa hoàn tất quá trình phê duyệt tài chính và ngừng xây dựng các dự án nhiệt điện than mới không có công nghệ thu hồi CO₂. Dự thảo Quy hoạch điện VIII bản tháng 11/2021 cũng đã có sự điều chỉnh giảm và giãn tiến độ xây mới các nhà máy nhiệt điện than, trong đó cắt giảm khoảng 7,8 GW các dự án khó khả thi như Quỳnh Lập I&II (2,4 GW), Vũng Áng III (2,4 GW), Long Phú II (1,2 GW) và Long Phú III (1,8 GW). Tuy nhiên, tổng công suất điện than trong dự thảo đến năm 2030 vẫn đặt mục tiêu là 39,7 GW (tăng ~15 GW so với tổng công suất lắp đặt nhà máy điện than năm 2021) và đạt 50,9 GW vào năm 2045.  

Việc phát triển nhiệt điện than tại Việt Nam bên cạnh những khó khăn về huy động vốn, sự đồng thuận của người dân và chính quyền địa phương, còn có những thách thức không nhỏ về mặt kỹ thuật. Do tính chất của nguồn than antraxit trong nước có nhiệt trị thấp, độ tro cao, chất bốc thấp nên không phù hợp cho phát triển các nhà máy nhiệt điện than sử dụng công nghệ siêu tới hạn hoặc trên siêu tới hạn (như USC và A-USC) hoặc công nghệ khí hóa than (IGCC). Các nhà máy này sử dụng nguồn than nhập khẩu. Như vậy, địa điểm xây dựng các nhà máy sẽ phải đáp ứng thêm các yêu cầu liên quan tới năng lực cảng nhập than/hoặc tiếp nhận tàu trọng tải lớn vận chuyển than nhập khẩu.

Sự phát triển nhanh chóng của các nguồn năng lượng tái tạo như gió và mặt trời đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến chế độ vận hành của các nhà máy điện than. Mặc dù trong năm 2020, các nhà máy này vẫn được huy động ở mức tương đối cao với số giờ vận hành trung bình là 6.250 h/năm (trừ các nhà máy mới đi vào vận hành năm 2020 là Hải Dương và Sông Hậu 1), trong tương lai số giờ vận hành của các nhà máy nhiệt điện than sẽ giảm dần khi tỷ trọng năng lượng tái tạo tiếp tục tăng lên. Theo đó, chế độ làm việc của các nhà máy điện đốt than cũng sẽ thay đổi, điều này ảnh hưởng đến hiệu suất nhiệt và tuổi thọ thiết bị. Để có thể thích ứng được với việc vận hành trong điều kiện này thì yếu tố tiên quyết là các nhà máy cần tăng được độ linh hoạt. Bên cạnh đó, với yêu cầu ngày càng cao về tiêu chuẩn/quy chuẩn môi trường, kết hợp với sự phát triển về kinh tế - xã hội, sẽ đòi hỏi sự đáp ứng cao hơn về mức phát thải (bụi, SO₂, NO_x, nước thải, chất thải rắn) và nguồn nước thải làm mát hoặc nước thải từ dây chuyền công nghệ của các nhà máy nhiệt điện. Đặc biệt, với các cam kết mạnh mẽ về cắt giảm phát thải sẽ có thêm các yêu cầu về thu hồi CO₂ phát thải trong quá trình vận hành nhà máy hay dừng vận hành trước thời hạn đối với một số nhà máy điện than.

Tương lai cho điện than trong bối cảnh mới

Sự cấp thiết của yêu cầu bảo vệ khí hậu sẽ cần có những hướng đi mới cho ngành điện than, nhằm đảm bảo cân bằng giữa ba trụ cột chính của phát triển bền vững là kinh tế - xã hội và môi trường. Nhiều nghiên cứu đã cho thấy, việc dừng hoạt động các tổ máy nhiệt điện than hiệu suất thấp trước thời hạn, kết hợp với tăng hiệu suất và khả năng vận hành linh hoạt các tổ máy bằng cách cải tạo trang thiết bị và cải tiến công tác vận hành bảo dưỡng sẽ rất cần thiết để đạt được các mục tiêu này [3].