CHƯƠNG 1. Nhu cầu và phân bố năng lượng của Việt Nam và thế giới Năng lượng là nguồn đầu vào tối cần thiết cho sự phát triển kinh tế và xã hội của tất cả các quốc gia. Cùng với sự gia tăng dân số, các hoạt động công- nông nghiệp ở hầu hết các quốc gia, đặc biệt là ở các quốc gia đang phát triển như Việt Nam, nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng (hình 1. Trong những năm gần đây, trước thực tế là nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, các nguồn năng lượng tái tạo ngày càng chiếm vai trò quan trọng trong phân bố năng lượng.
Trong đó, sinh khối là nguồn năng lượng tái tạo tương đối quan trọng ở vùng nông thôn tại các quốc gia đang phát triển, nó thể thể được biến đổi để đáp ứng cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau qua quá trình nhiệt phân. Nhu cầu năng lượng của thế giới theo các vùng kinh tế [1] 1. Nhu cầu và phân bố năng lượng trên thế giới Mối quan hệ giữa việc sản xuất và sử dụng năng lượng với sự phát triển bền vững của bất cứ quốc gia nào có hai đặc điểm chính. Một là việc đánh giá một cách chính xác nhu cầu năng lượng để đáp ứng cho các hoạt động của con 1 người, cải thiện phúc lợi xã hội và đạt được các mục tiêu kinh tế- xã hội.
Đặc điểm còn lại là việc sản xuất và sử dụng năng lượng không được gây ra các nguy hiểm trực tiếp và tiềm tàng đối với chất lượng cuộc sống của thế hệ hiện tại và tương lai. Nhu cầu năng lượng của thế giới qua từng năm trong giai đoạn 1970-2006 [2] Cùng với sự gia tăng về nhu cầu năng lượng đã đề cập ở trên, tất cả các nguồn năng lượng cần được sử dụng một cách hiệu quả.2 thể hiện tổng như cầu năng lượng của thế giới trong giai đoạn từ 1970 đến 2006, bao gồm 2 trong đó số liệu cụ thể của từng dạng năng lượng khác nhau. Có thể thấy rằng gas và sinh khối là hai dạng năng lượng có nhu cầu tăng nhanh hơn so với các dạng khác.3 cũng thể hiện xu hướng tương tự, dự báo nhu cầu năng lượng của thể giới tăng tới 52% trong giai đoạn 2003- 2030, đặt mức 16,3 tỷ TOE. Nhiên liệu hóa thạch vẫn tiếp tục chiếm tỉ trọng lớn trong nhu cầu năng lượng, trong khi đó năng lượng hạt nhân có xu hướng giảm; nhu cầu về các nguồn năng lượng tái tạo, trong đó có sinh khối được dự đoán sẽ gia tăng.
Dự báo nhu cầu năng lượng của thế giới theo dạng nhiên liệu trong giai đoạn 1970- 2030 [1] Xét đến xu hướng trong giai đoạn xa hơn, tới năm 2100, hình 1.4 thể hiện hai phương án dự báo về nhu cầu năng lượng, trong đó thể hiện sự khác nhau rõ rệt: trong khi phương án C1 cho rằng việc sử dụng năng lượng hạt nhân sẽ tiến tới giai đoạn thoái trào, thì phương án C2 không cho rằng như vậy. Khác với hình 1.4 cho thấy việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch có xu hướng giảm dần qua từng năm, trong khi đó nguồn năng lượng tái tạo từ sinh 3 khối ngày càng đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho nhu cầu của thể giới. Phân bố nhu cầu năng lượng theo dạng nhiên liệu, giai đoạn 1985-1995 và các phương án dự báo đến năm 2100 [3] Tổng hợp lại các phân tích trên, có thể thấy rằng sinh khối đã và sẽ chiếm vai trò quan trọng trong việc phát triển nguồn năng lượng. Bên cạnh đó, quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch chịu trách nhiệm chính cho sự ô nhiễm không khí, sự axit hóa, quá trình biến đổi khí hậu và nhiều nguy cơ khác cho con người.
Việc sử dụng năng lượng hạt nhân vẫn còn đặt ra nhiều dấu hỏi về việc vận hành an toàn, lưu trữ và sử dụng chất thải hạt nhân có mức phóng xạ cao và việc chạy đua vũ khí hạt nhân. Xét đến một nguồn năng lượng tái tạo khác: năng lượng mặt trời, việc sản xuất các tấm pin quang điện tạo ra nhiều chất thải độc hại. Việc sử dụng hiệu quả các nguồn năng lượng, các quá trình chuyển hóa “sạch” và việc phát triển kịp thời các nguồn năng lượng vô tận như các dạng năng lượng tái tạo, năng lượng hạt nhân theo công nghệ nhiệt hạch là những chiến lược chính cho sự phát triển năng lượng bền vững. Nhu cầu và phân bố năng lượng ở Việt Nam Song song với quá trình phát triển kinh tế mạnh mẽ trong những thập kỉ vừa qua, nhu cầu về năng lượng của nước ta cũng gia tăng rất nhanh.
Với nguồn thủy năng có ở cả 3 miền, thủy điện là nguồn năng lượng có vai trò chi phối trong giai đoạn từ 1980 cho đến nay. Các nhà máy nhiệt điện và trung tâm nhiệt điện đã và đang được xây dựng ở cả 3 miền đáp ứng phụ tải nền. Nhiệt điện turbine khí được phát triển ở miền nam từ cuối những năm 1990, tuy nhiên còn chiếm tỷ trong nhỏ.Tổng công suất toàn hệ thống điện quốc gia tại thời điểm tháng 06/2015 đạt mức 37 604 MW. Theo dữ liệu ở bảng 1.1 , với phương án dự báo thấp, dự báo nhu cầu năng lượng cho các năm 2020 và 2025 sẽ là 227,3 và 349,4 TWh, tăng hơn 3 lần so với giai đoạn từ 2010 đến 2025.
Chính vì vậy tổng công suất lắp đặt cũng cần được gia tăng để đáp ứng sự gia tăng nhu cầu sử dụng. Tuy nhiên, tổng công suất lắp dự kiến tăng nhỏ hơn 3 lần. Xu hướng này cũng tương tự như trong phương án dự báo cơ sở. Vì vậy, để đáp ứng được sự gia tăng chóng mặt của nhu cầu sử dụng năng lượng trong tương lai, trong khi phải đối mặt với các thách thức lớn như sự suy giảm nguồn nhiên liệu hóa thạch, giá dầu và khí tăng cao,… việc phát triển và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo, sạch thật sự là rất quan trọng đối với phát triển kinh tế, an ninh năng lượng và sự phát triển bền vững.
Nhu cầu điện năng của Việt Nam theo Quy hoạch điện VII Năm 2005 2010 2015 2020 2025 Phương án thấp (TWh) Sản lượng điện sản xuất 53 106,6 169,2 227,3 349,4 Sản lượng điện thương phẩm 45,6 91,9 146,8 216,4 308,5 Công suất lắp đặt tối đa (GW) 9,2 18,1 28,0 40,0 53,4 Phương án cơ sở (tỷ kWh) 5 Sản lượng điện sản xuất 53 112,6 190,0 294,0 421,8 Sản lượng điện thương phẩm 45,6 97,1 164,9 257,2 381,4 PMax 9,2 19,1 31,5 47,6 68,4 Cần chú ý thêm rằng, các nghiên cứu khoa học gần đây chỉ ra rằng Việt Nam là một trong những nước chịu hậu quả nặng nền nhất từ quá trình tăng mực nước biển. Việc chú ý đến sự phát triển “xanh” không chỉ quan trọng đối với việc bảo vệ môi trường, với quá trình phát triển bền vững, mà còn quan trọng trong việc đối phó với sự biến đổi khí hậu. Hơn nữa, Việt Nam là đất nước có nguồn năng lượng tái tạo, sạch phong phú [4] [5]. Năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng sạch có khả năng thay thế được các nguồn nhiên liệu hóa thạch.
Nó cũng góp phần giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường. Sự đóng góp của năng lượng tái tạo đối với cán cân năng lượng quốc gia và việc sản xuất điện từ năng lượng tái tạo sẽ đảm bảo cho sự phát triển bền vững và an ninh năng lượng. Thêm vào đó, năng lượng tái tạo cũng góp phần không nhỏ trong việc cấp điện đến vùng sâu vùng xa, các khu vực hải đảo, nơi mà lưới điện quốc gia hiện chưa thể tiếp cận được. Là một nước nông nghiệp, Việt Nam có tiềm năng sinh khối rất lớn.
Các dạng sinh khối chủ yếu ở Việt Nam bao gồm củi, các phế phẩm nông nghiệp, rác thải sinh hoạt và các rác thải hữu cơ khác. Chúng có thể chuyển hóa sang nhiên liệu dạng lỏng, khí để sử dụng cho phát điện, cấp nhiệt, nhiên liệu chạy động cơ,… Ước tính hàng năm ở nước ta có khoảng 50 triệu tấn sinh khối được tạo ra từ các hoạt động nông nghiệp. Tuy nhiên, chỉ khoảng 30 - 40% trong số đó được sử dụng với mục đích cung cấp năng lượng, chủ yếu dưới dạng nhiên liệu đốt cháy trong sinh hoạt, và một số nhỏ cho việc cung cấp 150 MW điện ở 42 nhà máy mía đường [5]. Trong báo cáo Quy hoạch phát triển năng lượng sinh khối vùng đồng bằng sông Cửu Long đã được Viện Năng lượng thực hiện, theo đó có thể phát triển được trên 900MW nguồn điện từ trấu, rơm rạ, phụ 6 phẩm nông nghiệp từ khu vực này.
Nếu chúng ta có những cơ chế hỗ trợ phù hợp, kỳ vọng trên toàn quốc có thể phát triển được khoảng 300 MW vào năm 2020 và 1500 MW vào năm 2030 [6]. Tuy nhiên hiện nay rơm và trấu thường được đốt trực tiếp trong những bếp thô sơ, có tổn thất năng lượng lớn, hiệu suất đốt không cao và gây ô nhiễm bầu khí quyển. Bên cạnh đó, tiềm năng sử dụng công nghệ nhiệt phân cho các ứng dụng khác nhau ở Việt Nam là rất lớn, với nhiều ưu điểm so với các phương pháp đốt trực tiếp truyền thống như có hiệu suất chuyển đổi cao hơn, phát thải ít khí độc hại, ứng dụng đa dạng,… Tuy nhiên, công nghệ nhiệt phân là một công nghệ tuy không phải là mới ở Việt Nam nhưng hiện chưa được chú trọng nghiên cứu, cải tiến và phát triển. Một ứng dụng được nghiên cứu bài bản và có kết quả là ứng dụng công nghệ nhiệt phân trong xử lý chất thải có nguồn gốc hữu cơ, được thực hiện bởi Viện nghiên cứu cơ khí- Bộ Công thương.
Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng công nghệ nhiệt phân có thể được ứng dụng để xử lý nhiệt lốp xe oto, sản phẩm đầu ra chủ yếu là dầu nhiên liệu có khả năng để sử dụng cho mục đích làm nhiên liệu. Tuy nhiên tiềm năng gây ô nhiễm môi trường của loại nhiên liệu này vẫn chưa được đánh giá [7]. Ngoài ra, ở nước ta hiện nay công nghệ nhiệt phân được ứng dụng chủ yếu cho việc sản xuất than hoạt tính, với nguyên liệu đầu vào là gáo của quả dừa, phế phẩm của quá trình chế tác đồ gỗ,… Tuy nhiên các điều kiện thực hiện quá trình nhiệt phân ở các lò này thường áp dụng theo kinh nghiệm mà chưa theo các nghiên cứu bài bản, dẫn đến năng suất của quá trình và chất lượng sản phẩm không cao. Vì vậy, nghiên cứu này được thực hiện nhằm đóng góp một phần nhỏ vào những hiểu biết về công nghệ nhiệt phân, góp phần phát triển, áp dụng một cách rộng rãi và có hiệu quả hơn công nghệ nhiệt phân ở Việt Nam.
