MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Năng lượng là yếu tố vô cùng quan trọng cho sự phát triển kinh tế, xã hội của mỗi quốc gia. Gia tăng dân số và tốc độ phát triển không ngừng của nền kinh tế đòi hỏi nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng lớn. Dự báo nhu cầu năng lượng của các ngành đến năm 2025 đã đưa đến kết luận nguồn cung cấp năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt, Việt Nam sẽ thiếu hụt năng lượng nội địa và trở thành nước nhập khẩu tinh về năng lượng sau năm 2015 và hậu quả của nó là sự gia tăng nhập khẩu từ bên ngoài, phụ thuộc vào sự thay đổi và bất thường của giá nhiên liệu nhập khẩu làm ảnh hưởng tới sự phát triển bền vững của nền kinh tế.
Thêm vào đó, việc gia tăng mức độ sử dụng năng lượng truyền thống luôn kèm theo nguy cơ gây ô nhiễm môi trường, làm suy giảm chất lượng cuộc sống, đe dọa an ninh khí hậu và ảnh hưởng tiêu cực tới sức khỏe cộng đồng. Trước thực tế đó, thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng cần phải có chiến lược nhằm đảm bảo an ninh năng lượng giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đồng thời mở ra hướng nghiên cứu khai thác, ứng dụng các nguồn năng lượng mới và tái tạo ít gây ô nhiễm môi trường. Là một quốc gia với ngành nông nghiệp giữ vai trò chủ đạo, chiếm 20% tỉ trọng trong toàn bộ nền kinh tế với (80% dân số làm nông nghiệp). Hiện nay chúng ta đang là quốc gia sản xuất và xuất khẩu gạo thuộc nhóm dẫn đầu trên thế giới với năng suất lúa bình quân tính trên cả nước khoảng 43,6 triệu tấn thóc/năm (2012).
Quá trình canh tác, sản xuất và chế biến tạo ra một lượng lớn phụ phẩm nông nghiệp như rơm rạ, trấu. Trong đó, trấu là phụ phẩm đáng quan tâm. Hiện nay trấu chỉ được sử dụng khoảng 20%-25% làm chất đốt trong sinh hoạt, lò gạch, phân bón, một phần rất nhỏ cho công nghiệp hóa chất để sản xuất than hoạt tính, 75%-80% trấu còn lại tại các nhà máy xay xát chưa được sử dụng và thường đốt hoặc thải trực tiếp xuống sông điều này không những gây lãng phí năng lượng mà còn gây tác 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com động xấu tới môi trường đất, nước, không khí bởi chi phí vận chuyển cao, mất nhiều diện tích để chứa. Để giải quyết thực trạng trên, khu vực đồng bằng sông Cửu Long có tiềm năng khá tốt để xây dựng các nhà máy điện trấu để sử dụng nguồn vỏ trấu loại bỏ trong quá trình xay xát gạo của các nhà máy góp phần bổ sung nguồn điện thiếu hụt ở khu vực này vào mùa thu hoạch đồng thời thực hiện theo chủ trương của quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020, tầm nhìn 2030 đề ra ưu tiên phát triển các nguồn năng lượng tái tạo sẽ chiếm 5,6% tổng công suất nguồn điện và đáp ứng 4,5% tổng nhu cầu điện vào năm 2020.
Đến năm 2030, tỷ trọng này sẽ tăng lên 9,4% tổng công suất nguồn điện và đáp ứng 6% tổng nhu cầu về điện. Trong thực tiễn nước bạn láng giềng Thái Lan đi đầu trong việc sử dụng trấu để sản xuất điện năng từ vài chục năm nay (At Biopower Rice Husk Power Project in Pichit, Thailand). Nhưng ở Việt nam đây là một vấn đề mới, chưa có nhiều công trình nghiên cứu. Vấn đề đặt ra hiện nay là giá điện sản xuất từ năng lượng tái tạo cao hơn so với năng lượng truyền thống, do vậy chưa thu hút được các nhà đầu tư trong và ngoài nước.
Xuất phát từ thực tế đó, để đóng góp một phần vào việc đánh giá và xây dựng biểu giá điện trấu với điều kiện thực tế ở Việt Nam, từ đó đề xuất, kiến nghị một số giải pháp nhằm tận dụng nguồn trấu phế thải để sản xuất điện năng và bảo vệ môi trường. Chúng tôi đã đề xuất và thực hiện Đề tài luận văn: “Tính toán và xây dựng biểu giá điện sản xuất từ nguồn sinh khối vỏ trấu phù hợp với điều kiện Việt Nam” 1. Mục tiêu của đề tài - Bước đầu áp dụng phương pháp tính giá điện được sản xuất từ vỏ trấu ở một số tỉnh khu vực đồng bằng sông Cửu Long, nơi tập trung các nhà máy/cơ sở xay xát gạo. - Đề xuất biểu giá điện trấu phù hợp mà hệ thống điện có thể mua trên cơ sở có sự hỗ trợ giá và khuyến khích của nhà nước.
2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Góp phần giải quyết vấn đề trấu dư thừa từ các cơ sở xay xát, tạo môi trường xanh – sạch cho cộng đồng dân cư trong khu vực nghiên cứu. - Tạo nguồn thu cho nhà máy và đóng góp quỹ môi trường cho địa phương bằng cách giảm lượng phát thải CO2 đồng thời hình thành một dạng vật liệu xây dựng mới phục vụ cho ngành công nghiệp xi măng và các ngành vật liệu xây dựng khác từ tận dụng tro của nhà máy. Nội dung nghiên cứu Nội dung chính của nghiên cứu này là: - Lựa chọn công nghệ phát điện và thông số đầu vào để tính toán giá điện trấu phù hợp với điều kiện và cơ chế hỗ trợ NLTT ở Việt Nam, - Tính toán giá điện trấu quy dẫn theo phương án lựa chọn - Đánh giá hiệu quả về mặt kinh tế - tài chính đảm bảo nhà máy vận hành hiệu quả. - Đề xuất biểu giá điện trấu phù hợp mà hệ thống điện có thể mua trên cơ sở khuyến khích, hỗ trợ tài chính của nhà nước.
3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1 - TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. TỔNG QUAN VỀ NGUỒN VỎ TRẤU 1. Nguồn gốc của vỏ trấu và các ứng dụng Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa được tách ra trong quá trình xay xát (chiếm khoảng 20% khối lượng hạt lúa). Việt Nam là nước xuất khẩu gạo lớn thứ hai trên thế giới và có lịch sử trồng lúa lâu đời.1 cho thấy, sản lượng lúa của nước ta từ năm 2000 đến 2012 đã tăng đáng kể, đạt khoảng 43,6 triệu tấn lúa/năm 2012.
Theo Báo cáo của Tổng Cục Thống Kê năm 2012 cho thấy, Vùng sản xuất lúa gạo lớn và tập trung chủ yếu ở khu vực đồng bằng sông Cửu Long chiếm 50% tổng sản lượng gạo, khu vực đồng bằng sông Hồng ở miền Bắc sản xuất khoảng 20%, còn lại các tỉnh duyên hải miền Trung chiếm khoảng 18,8% về sản lượng lúa. Có 3 vụ mùa chính ở đồng bằng sông Cửu Long, trong khi đó đồng bằng sông Hồng chỉ có thể trồng hai vụ lúa mỗi năm. Do vậy, mỗi năm có khoảng 6,5-8,7 triệu tấn trấu thải ra từ các nhà máy/cơ sở xay xát được bà con nông dân sử dụng chủ yếu để đun nấu, làm nhiên liệu cho các lò gạch/gốm hoặc làm phân bón cho cánh đồng, thức ăn gia súc, sản xuất phân bón. Gần đây, một số dự án sử dụng trấu để sản xuất năng lượng.
4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Sản lƣợng lúa của nƣớc ta từ năm 2000 đến 2012 [19] Năm Sản lƣợng lúa Lƣợng trấu tính theo lý thuyết (Nghìn tấn/năm) (Nghìn tấn/năm) 2000 32529,5 6506 2001 32108,4 6422 2002 34447,2 6889 2003 34568,8 6914 2004 36148,9 7230 2005 35832,9 7167 2006 35849,5 7170 2007 35942,7 7189 2008 38729,8 7746 2009 38950,2 7790 2010 40005,6 8001 2011 42398,5 8480 2012 43661,8 8732 2. Thành phần hóa học của vỏ trấu thay đổi theo loại thóc, mùa vụ canh tác, thổ nhưỡng của từng vùng miền. Nhưng hầu hết trong vỏ trấu chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi và dễ cháy trong quá trình đốt còn lại khoảng 25% chuyển thành tro.
Các chất hữu cơ của trấu là các mạch polycarbohydrat dài nên hầu hết các loài không thể sử dụng trực tiếp được, nhưng các thành phần này lại rất dễ cháy nên có thể dùng làm chất đốt. Sau khi đốt, tro trấu có chứa hơn 80% oxit silic, đây là thành phần được sử dụng trong nhiều lĩnh vực. Thành phần hữu cơ của vỏ trấu [17] Thành phần hữu cơ Tỷ lệ theo khối lƣợng (%) α-Cenllulose 35 - 40 Liginin 25 - 30 Hemi-Cenllulose 20 - 30 Nitơ và vô cơ 10 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Thành phần hóa học của vỏ trấu [15] Thành phần hóa học Tỷ lệ theo khối lƣợng (%) Carbon 41,44 Hydro 4,94 Oxy 37,32 Nitơ 0,57 Tro 15,73 Một số ứng dụng của vỏ trấu hiện nay là: Sử dụng vỏ trấu làm chất đốt: Từ lâu vỏ trấu là chất đốt quen thuộc với bà con nông dân đặc biệt là bà con nông dân vùng đồng bằng sông Cửu Long.
Chất đốt từ vỏ trấu sử dụng nhiều trong cả sinh hoạt (nấu ăn, nấu thức ăn gia súc) và sản xuất (làm gạch, sấy lúa). Do thành phần là chất xơ cao phân tử khó cho vi sinh vật sử dụng nên việc bảo quản, tồn trữ đơn giản, chi phí đầu tư thấp. Vỏ trấu làm nguyên liệu xây dựng sạch: Trong trấu có chứa hàm lượng SiO2 rất nhiều mà đây lại là thành phần chính trong xi măng. Con người muốn tận dụng tro thu được sau khi đốt trấu làm nguyên liệu thay thế xi măng nhưng sở dĩ tro trấu chưa thể làm thành phần chính trong xi măng vì hàm lượng carbon quá cao.
Một nghiên cứu gần đây nhất của Tập đoàn CHK bang Texas (Mỹ) cho biết, họ đã hợp tác với một nhóm cứu tìm ra phương pháp gần như không còn Carbon trong thành phần tro trấu. Phương pháp mới này là cho vỏ trấu vào lò đốt, đốt ở nhiệt độ 8000C, cuối cùng chỉ còn lại hạt SiO2 có độ tinh khiết cao. Tại Hội nghị hóa chất sạch và công trình được tổ chức tại phân hiệu trường Đại học Marlyland Park, nhóm nghiên cứu của trường đã giới thiệu về kết quả nghiên cứu của họ. Cho dù trong quá trình đốt cũng ra CO2 nhưng nhìn chung vẫn là carbon trung hòa, bởi lượng carbon sẽ bị triệt tiêu bởi sản phẩm lúa mới hàng năm sẽ hấp thụ chúng.
Trên thực tế, việc sử dụng bê tông và tiêu hao đặt ra vấn đề khó khăn khi gây ra biến đổi khí hậu. Mỗi tấn xi măng dùng để sản xuất bê tông, thì phải xả ra không trung khoảng 1 tấn CO2. Sở dĩ tro trấu chưa thể làm thành phần chính trong xi măng vì hàm lượng carbon quá cao. Nếu có thể giải quyết vấn đề này thì tro trấu sẽ trở thành nguyên liệu tốt 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com của bê tông từ đó có thể giảm bớt đi lượng carbon thải ra từ ngành bê tông.