Công nghệ sản xuất điện trong tương lai

11/08/2006

Công nghệ sản xuất điện trong tương lai (Future Gen) là 1 dự án có vốn đầu tư lên tới 1 tỷ Đôla Mỹ hàm chứa những mục tiêu đầy tham vọng và 1 kế hoạch làm việc năng nổ.

Tạp chí Công nghệ Điện Quốc tế (PEi) đang dõi theo từng bước tiến của dự án này, một dự án trong đó có sự kết hợp của công nghệ khí hoá, công nghệ sản xuất điện và công nghệ thu giữ cacbonic tiên tiến nhất. 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 tỷ Đôla Mỹ. Dự án mang tên Thế hệ tương lai (Future Gen) là sự kết hợp của công nghệ khí hoá, 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 3/2006, Liên minh Công nghiệp Future Gen (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 1 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 1 nền kinh tế hydro, 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 hoá nguồn và an toàn trong cung cấp điện. Dự án Future Gen đồng thời cũng hỗ trợ Chương trình hành động của Tổng thống Bush (Sáng kiến Hydro) nhằm xây dựng 1 hệ thống giao thông sử dụng hydro. 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 USD, trong đó 500 triệu USD là vốn đầu tư trực tiếp của DOE, và 120 triệu USD lấy từ Chương trình phân lập khí gây hiệu ứng nhà kính. Dự án trông đợi 1 khoản 250 triệu USD từ Liên minh Future Gen và hy vọng nhận được 80 triệu USD 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 1 biện pháp bảo vệ môi trường. Liên minh Future Gen 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 10/2005. Trung Quốc hiện nay đứng thứ 3 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 4/2006, 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 5/2005. Cuộc đối thoại này có mục đích tăng cường hợp tác thương mại và đầu tư giữa 2 nước trong khu vực năng lượng. Ấn Độ cam kết đầu tư 10 triệu USD 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 Future Gen là thiết kế, xây dựng và vận hành nhà máy đầu tiên trên thế giới sản xuất điện và hydro dựa trên các công nghệ khí hoá than và gần như không thải khí gây hiệu ứng nhà kính. Ngoài việc sản xuất điện và hydro, 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 hoá than thành hydro, cũng như các công nghệ mới khác.

Các công nghệ tiên tiến (khí hoá, sản xuất điện, kiểm soát khí thải, thu giữ CO2) và công nghệ sản xuất hydro 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 1 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 Future Gen 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 hoá tiên tiến để chuyển hoá than sang 1 dạng khí tổng hợp, trong đó chủ yếu là hydro và cacbon monoxit. Sau đó, dùng hơi nước khử hỗn hợp khí này (chính là khử cacbon monoxit) để tạo thêm hydro và CO2 cô đặc. Hai khí này sau đó được tách ra riêng rẽ. Hydro 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 hoá 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 oxit) chưa đến 21,3g/MJ (0,05 pound/1 triệu BTU).

- Khử hơn 90% thuỷ ngân.

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

Tua bin khí sử dụng trong dự án là 1 vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu thêm. Trên thế giới, một số nhà máy điện khí hoá than chu trình hỗn hợp hiện đang sử dụng các tuabin chạy bằng khí tổng hợp. Tuy nhiên, hàm lượng hdro trong khí tổng hợp hiếm khí vượt quá 40%. Mặc dù các thử nghiệm cho thấy hiệu suất đốt cháy hydro 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 hoá giòn do sự có mặt của hydro, thoái hoá vật liệu do nhiệt và việc kiểm soát oxit nitơ trong khí thải.

2005	2006	2007	2008	2009	2010	2011	2012	2013	2014	2015	2016
Thành lập Liên minh
Địa điểm, môi trường, giấy phép
Cấu trúc dự án, ý tưởng thiết kế
		Thiết kế
					Xây dựng
						Vận hành thí nghiệm nhà máy
								Chính thức vận hành nhà máy
											Giám sát nhà máy

H2: Tiến độ thực hiện dự án Future Gen

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 1 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 1 nhà máy điện, mà còn có những tiêu chí đặc thù của Future Gen, 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 Future Gen

Liên minh Công nghiệp Future Gen là 1 tổ hợp phi lợi nhuận được thành lập tháng 7/2005. 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 Future Gen. Các bên tham gia sẽ đầu tư 250 triệu USD 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. 5 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 2 Công ty điện lớn nhất Hoa Kỳ, sở hữu hơn 15% công suất phát điện nhờ đốt than. Battelle là 1 Công ty nghiên cứu và phát triển phi lợi nhuận giữ vai trò điều phối trong Liên minh.

Liên minh có 1 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, 1 Công ty mỏ chuyên về platin, vàng, kim cương, than, kim loại, khoáng sản công nghiệp, giấy và bao bì.

Tháng 12/2005, Liên minh thông báo đã ký thoả thuận với DOE để phát triển dự án và xác định địa điểm xây dựng nhà máy. Liên minh cũng đã lên 1 kế hoạch làm việc dầy đặc. Tháng 2/2006, 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: QLNĐ)

Công nghệ sản xuất điện trong tương lai

Ứng dụng IoT và AI trong quản lý và tiết kiệm năng lượng

Copyright by Agency for Innovation, Green Transition and Industry Promotion, Ministry of Industry and Trade