Luận văn tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện khí tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Luận văn thạc sĩ phân tích kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than, đánh giá hiệu quả và tiềm năng phát triển.

• Người hướng dẫn: PGS. Lê Chí Kiên
• Trường học: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Điện - Điện Tử
• Đề tài: Tính Toán Kinh Tế Nhà Máy Nhiệt Điện Sử Dụng Khí Thiên Nhiên và Than
• Loại tài liệu: Luận văn
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Nhiệm vụ và mục tiêu của đề tài
• 1.3. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Kết quả dự kiến và giá trị thực tiễn
• 1.6. Nội dung đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
• 2.1. Một số thiết bị chính trong nhà máy nhiệt điện
• 2.2. Nguyên lý làm việc của lò hơi
• 2.2.1. Vai trò của lò hơi trong sản xuất điện
• 2.2.2. Nguyên lý làm việc của lò hơi trong nhà máy điện
• 2.3. Các đặc tính kỹ thuật của lò hơi
• 2.4. Nguyên lý cấu tạo của lò hơi
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG HÀM CHI PHÍ CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÁT ĐIỆN
• 3.1. Chi phí hệ thống phát điện thông thường
• 3.2. Mô hình toán học của chi phí đường cong nhiên liệu
• 3.2.1. Chức năng chi phí nhiên liệu mịn mô hình hóa bởi đa thức
• 3.2.2. Chức năng chi phí nhiên liệu không trơn tru
• 3.3. Thuật toán di truyền
• 3.3.1. Giải thuật di truyền (GA - Genetic Algorithm)
• 3.3.2. Các thuật toán khác
• 3.4. Phương pháp bình phương bé nhất
• 3.5. Bài toán kiểm tra
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Tính Toán Kinh Tế Nhà Máy Nhiệt Điện

Nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên và than đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho nền kinh tế. Tính toán kinh tế là một phần không thể thiếu trong việc tối ưu hóa hiệu suất và chi phí vận hành của nhà máy. Việc lựa chọn nhiên liệu phù hợp, như khí thiên nhiên và than, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất năng lượng và chi phí sản xuất điện. Để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả, cần có những phương pháp tính toán chính xác và đáng tin cậy.

1.1. Định nghĩa và vai trò của nhà máy nhiệt điện

Nhà máy nhiệt điện là nơi chuyển đổi năng lượng từ nhiên liệu thành điện năng. Nhiên liệu có thể là khí thiên nhiên hoặc than, mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Việc hiểu rõ vai trò của nhà máy nhiệt điện giúp xác định được tầm quan trọng của tính toán kinh tế trong quá trình vận hành.

1.2. Tại sao cần tính toán kinh tế cho nhà máy nhiệt điện

Tính toán kinh tế giúp xác định chi phí đầu tư, chi phí vận hành và lợi nhuận từ việc sản xuất điện. Điều này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất mà còn đảm bảo tính bền vững và hiệu quả trong việc sử dụng nguồn tài nguyên.

II. Vấn đề và Thách thức trong Tính Toán Kinh Tế

Trong quá trình tính toán kinh tế cho nhà máy nhiệt điện, có nhiều vấn đề và thách thức cần phải đối mặt. Các yếu tố như biến động giá nhiên liệu, hiệu suất năng lượng và tác động môi trường đều ảnh hưởng đến kết quả tính toán. Việc phân tích chi phí-lợi ích là rất quan trọng để đưa ra quyết định đúng đắn.

2.1. Biến động giá nhiên liệu ảnh hưởng đến chi phí

Giá của khí thiên nhiên và than có thể thay đổi theo thời gian, ảnh hưởng đến chi phí sản xuất điện. Việc theo dõi và dự đoán giá cả là cần thiết để lập kế hoạch tài chính hiệu quả.

2.2. Tác động môi trường và chi phí ẩn

Nhà máy nhiệt điện sử dụng than thường gây ra ô nhiễm môi trường. Chi phí ẩn từ việc xử lý ô nhiễm và tuân thủ quy định môi trường cần được tính toán để có cái nhìn toàn diện về chi phí thực sự.

III. Phương Pháp Tính Toán Kinh Tế Hiệu Quả

Có nhiều phương pháp để tính toán kinh tế cho nhà máy nhiệt điện. Phương pháp bình phương bé nhất và giải thuật di truyền là hai trong số những phương pháp phổ biến. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng.

3.1. Phương pháp bình phương bé nhất

Phương pháp bình phương bé nhất giúp ước lượng các hệ số đầu vào-đầu ra của nhà máy. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi nhờ tính đơn giản và hiệu quả trong việc xử lý dữ liệu.

3.2. Giải thuật di truyền trong tối ưu hóa

Giải thuật di truyền là một phương pháp tối ưu hóa mạnh mẽ, giúp tìm ra giải pháp tối ưu cho các bài toán phức tạp. Phương pháp này có thể áp dụng để tối ưu hóa chi phí và hiệu suất của nhà máy nhiệt điện.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết Quả Nghiên Cứu

Kết quả từ các nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn cho thấy rằng việc tính toán kinh tế chính xác có thể giúp giảm chi phí vận hành và tăng hiệu suất năng lượng. Các nhà máy nhiệt điện đã áp dụng các phương pháp tính toán này để cải thiện quy trình sản xuất và giảm thiểu tác động đến môi trường.

4.1. Kết quả từ các nghiên cứu thực tiễn

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp tính toán hiện đại giúp cải thiện hiệu suất và giảm chi phí. Các nhà máy nhiệt điện đã ghi nhận sự gia tăng đáng kể trong hiệu quả sản xuất điện.

4.2. Ứng dụng công nghệ mới trong nhà máy

Công nghệ mới như hệ thống giám sát và điều khiển tự động giúp tối ưu hóa quy trình vận hành. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường.

V. Kết Luận và Tương Lai của Nhà Máy Nhiệt Điện

Tính toán kinh tế cho nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên và than là một lĩnh vực quan trọng cần được nghiên cứu và phát triển. Tương lai của ngành điện lực sẽ phụ thuộc vào khả năng tối ưu hóa chi phí và hiệu suất, đồng thời giảm thiểu tác động đến môi trường.

5.1. Tương lai của năng lượng tái tạo

Năng lượng tái tạo đang trở thành xu hướng chính trong ngành điện lực. Việc kết hợp giữa nhà máy nhiệt điện và năng lượng tái tạo sẽ giúp đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường.

5.2. Đề xuất hướng phát triển cho nhà máy

Cần có các chính sách hỗ trợ và khuyến khích đầu tư vào công nghệ sạch và hiệu quả. Việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp tính toán mới sẽ giúp nâng cao hiệu quả kinh tế cho nhà máy nhiệt điện.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Theo định hướng điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn đến năm 2030, khu vực Đồng bằng sông Cửu Long dự kiến vận hành 14 nhà máy nhiệt điện lớn, trong đó riêng tỉnh Tiền Giang được quy hoạch xây dựng 2 nhà máy nhiệt điện trọng điểm nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện năng tăng trưởng nhanh tại miền Nam. Mặc dù tỷ trọng nguồn năng lượng tái tạo được định hướng gia tăng lên mức khoảng 27%, các nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch vẫn giữ vai trò xương sống cung cấp nguồn điện chạy nền, đảm bảo an ninh năng lượng cho hệ thống điện quốc gia. Trong bối cảnh nguồn khí tự nhiên nội địa suy giảm và nhiệt điện than đối mặt với các tiêu chuẩn môi trường khắt khe, việc lựa chọn phương án nhiên liệu tối ưu trở thành bài toán chiến lược hàng đầu.

Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán kinh tế - kỹ thuật thông qua việc so sánh toàn diện giữa hai loại nhiên liệu chính: than đá truyền thống và khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG). Mục tiêu cốt lõi của đề tài là xây dựng các hàm đặc tính chi phí đầu vào - đầu ra, tính toán chi phí vốn đầu tư, chi phí vận hành bảo dưỡng và giá thành sản xuất trên mỗi đơn vị điện năng phát ra. Phạm vi nghiên cứu được áp dụng trực tiếp cho dự án Trung tâm Điện lực Tân Phước tại huyện Gò Công Đông, tỉnh Tiền Giang, nằm trên bờ phải sông Soài Rạp và cách trung tâm Thành phố Hồ Chí Minh khoảng 52 km về phía Tây Nam. Kết quả tính toán cung cấp cơ sở định lượng quan trọng cho đơn vị tư vấn PECC2 và Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), đối chiếu trực tiếp sự chênh lệch giữa suất đầu tư 1200 USD/kW của nhà máy điện than và 600 USD/kW của nhà máy điện khí LNG, làm tiền đề chuẩn bị mặt bằng và lập phương án nhiên liệu bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng nền tảng nhiệt động lực học kinh điển dựa trên chu trình Renkin hơi nước và chu trình hỗn hợp tuabin khí - hơi (Combined Cycle Gas Turbine). Chu trình Renkin mô tả quá trình biến đổi nhiệt năng thành cơ năng trong nhà máy nhiệt điện ngưng hơi truyền thống: nước cấp được gia nhiệt đẳng áp qua bộ hâm nước và dàn ống sinh hơi trong buồng lửa ở nhiệt độ từ 1300 độ C đến 1900 độ C, biến đổi thành hơi bão hòa, sau đó tiếp tục được sấy thành hơi quá nhiệt để giãn nở sinh công trong tuabin hơi trước khi ngưng tụ thành nước trong bình ngưng. Chu trình Carnot hơi nước được sử dụng làm chuẩn đối sánh hiệu suất nhiệt lý tưởng nhằm xác định giới hạn nhiệt động của môi chất làm việc.

Mô hình toán học kinh tế tập trung vào việc mô hình hóa hàm chi phí nhiên liệu của từng tổ máy phát điện theo phương trình đa thức bậc hai giữa chi phí tiêu hao nhiên liệu đầu vào và công suất phát đầu ra:

$$F_i(P_i) = a_{0i} + a_{1i}P_i + a_{2i}P_i^2$$

Trong đó $F_i$ là hàm chi phí của máy phát thứ $i$, $P_i$ là công suất phát điện, và các hệ số $a_{0i}, a_{1i}, a_{2i}$ đặc trưng cho đường cong tiêu hao nhiên liệu của tổ máy. Các khái niệm then chốt được tích hợp xuyên suốt quá trình tính toán bao gồm: Entanpi môi chất ($i$), nhiệt ẩn hóa hơi ($r$), độ khô của hơi ($x$), nhiệt trị thấp làm việc của nhiên liệu ($Q_{tlv}$), hiệu suất lò hơi ($\eta$), và chi phí sản xuất điện tại thanh cái trạm biến áp (busbar cost).

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thu thập và chuẩn hóa tập dữ liệu kỹ thuật - kinh tế từ hơn 130 nhà máy điện thực tế, bao gồm 27 nhà máy nhiệt điện than, 23 nhà máy nhiệt điện khí, 13 nhà máy điện hạt nhân, 19 trang trại điện gió, 6 nhà máy điện mặt trời và 24 tổ hợp cơ nhiệt kết hợp (CHP). Phương pháp chọn mẫu áp dụng theo nguyên tắc phân tầng kỹ thuật, tập trung phân tích sâu các tổ máy nhiệt điện than và khí công suất từ 200 MW đến 600 MW tại Việt Nam như Vũng Áng 1, Duyên Hải, Mông Dương 1, Cẩm Phả và Ninh Bình.

Về phương pháp phân tích, luận văn triển khai và so sánh đối chuẩn giữa hai công cụ giải tích: Phương pháp Bình phương bé nhất (Least Squares Method) và Giải thuật Di truyền (Genetic Algorithm - GA). Phương pháp bình phương bé nhất được lựa chọn làm công cụ tính toán chủ đạo nhờ ưu thế xử lý tường minh, tốc độ hội tụ nhanh, sai số ước lượng cực tiểu và độ ổn định cao đối với các hàm đặc tính nhiên liệu trơn. Giải thuật di truyền được sử dụng song song để đánh giá độ chính xác và kiểm tra tính toàn cục của điểm tối ưu. Toàn bộ chuỗi số liệu được phân tích theo phương pháp chi phí vòng đời (LCC) với vòng đời kinh tế giả định từ 20 đến 30 năm, số giờ vận hành hàng năm từ 6000 đến 6500 giờ, và tỷ suất chiết khấu chuẩn ở mức 5% và 10% trong giai đoạn nghiên cứu 2016-2018.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích định lượng từ mô hình tính toán chi phí hệ thống phát điện mang lại bốn phát hiện then chốt sau:

Thứ nhất, về chi phí vốn đầu tư ban đầu, nhà máy nhiệt điện than có suất đầu tư ở mức 1200 USD/kW với thời gian xây dựng trung bình 4 năm. Con số này cao gấp 2 lần so với nhà máy nhiệt điện khí LNG, vốn chỉ có suất đầu tư khoảng 600 USD/kW và thời gian hoàn thiện xây dựng trong 3 năm.

Thứ hai, về chi phí nguyên liệu vận hành, nhiệt điện than thể hiện ưu thế vượt trội với chi phí nguyên liệu bình quân dao động từ 1,4 đến 4,2 cent/kWh (tương ứng mức giá than từ 40 đến 120 USD/tấn). Ngược lại, chi phí nguyên liệu của nhiệt điện khí LNG dao động từ 4,0 đến 9,3 cent/kWh (tương ứng mức giá khí từ 6 đến 14 USD/triệu BTU), cao gấp gần 3 lần so với điện than.

Thứ ba, khi tổng hợp toàn bộ cấu trúc chi phí (gồm chi phí vốn, chi phí nhiên liệu và chi phí vận hành - bảo dưỡng O&M chiếm 10% chi phí cố định), tổng chi phí phát điện bình quân của nhiệt điện than đạt mức 6,4 cent/kWh (trong đó chi phí vốn chiếm 2,0 cent/kWh, nhiên liệu chiếm 4,2 cent/kWh, O&M chiếm 0,2 cent/kWh). Mức giá này thấp hơn khoảng 20,2% so với tổng chi phí phát điện của nhiệt điện khí LNG ở mức 8,02 cent/kWh (chi phí vốn 1,2 cent/kWh, nhiên liệu 6,7 cent/kWh, O&M 0,12 cent/kWh).

Thứ tư, giải pháp kỹ thuật đốt than phối trộn giữa than antraxit nội địa khó cháy với than á bitum nhập khẩu từ Indonesia (chất bốc cao, dễ cháy) theo tỷ lệ phối trộn 10% đến 20% đã giúp nâng hiệu suất lò hơi trung bình từ 82% lên 84-85% (tăng từ 2% đến 5%), đồng thời giảm hàm lượng phát thải khí NOx trong khói từ 10% đến 15% và giảm 10% lượng tro xỉ phát sinh.

Thảo luận kết quả

Sự chênh lệch đáng kể về cấu trúc chi phí phản ánh bản chất công nghệ và chuỗi cung ứng đặc thù của từng loại nhiên liệu. Điện khí LNG có ưu điểm nổi bật về chi phí đầu tư ban đầu thấp và thời gian xây dựng nhanh, nhưng rủi ro tài chính nằm trọn ở giá nhiên liệu vận hành. LNG đòi hỏi quy trình làm lạnh sâu đến âm 162 độ C, thể tích co lại bằng 1/600 khí tiêu chuẩn, vận chuyển bằng tàu chuyên dụng tải trọng 140.000 m3 và hệ thống kho cảng tái hóa khí với tổng mức đầu tư hàng tỷ USD, khiến chi phí nhiên liệu chiếm tới hơn 83% tổng giá thành phát điện.

Trong khi đó, nhiệt điện than có tính cạnh tranh cao về giá thành phát điện thương phẩm nhưng tạo ra áp lực khổng lồ về mặt môi trường. Lượng tro xỉ thải ra chiếm từ 25% đến 60% tổng khối lượng than tiêu thụ. Ước tính đến năm 2020, tổng lượng tro xỉ tích lũy của các nhà máy điện than trên toàn quốc lên tới 109 triệu tấn, đòi hỏi diện tích bãi chứa hàng trăm nghìn hecta, trong khi tỷ lệ xử lý và tái chế thực tế chỉ đạt khoảng 30% (tương đương 5 triệu tấn/năm). Các bãi xỉ lớn như tại Mông Dương 1 có mức đầu tư giai đoạn 1 lên tới 170 tỷ đồng, hoặc các bãi chứa tại Duyên Hải đối mặt nguy cơ quá tải chỉ sau 3 đến 4 năm vận hành.

Về mặt biểu diễn dữ liệu, các kết quả tính toán có thể được trực quan hóa hiệu quả thông qua biểu đồ phân bổ cơ cấu giá thành sản xuất điện (pie chart) thể hiện tỷ trọng chi phí nhiên liệu áp đảo, đồ thị đặc tính T-s của chu trình nhiệt động, và bảng so sánh sai số dư giữa phương pháp bình phương bé nhất và GA. Kết quả kiểm tra cho thấy phương pháp bình phương bé nhất cho đường cong xấp xỉ mượt mà, sai số tuyệt đối thấp hơn và thời gian xử lý dữ liệu nhanh hơn, hoàn toàn phù hợp để ứng dụng trong hệ thống điều độ kinh tế thời gian thực.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu kinh tế - kỹ thuật và thực tiễn vận hành hệ thống điện, luận văn đưa ra 4 nhóm đề xuất cụ thể:

Thứ nhất, áp dụng rộng rãi quy trình công nghệ đốt than phối trộn tại tất cả các nhà máy nhiệt điện than có công suất từ 200 MW trở lên. Doanh nghiệp cần duy trì tỷ lệ trộn than á bitum nhập khẩu từ 10% đến 20% với than antraxit nội địa nhằm mục tiêu nâng hiệu suất cháy của lò hơi thêm từ 2% đến 5%, giảm 2-5% tổn thất do than chưa cháy hết. Giải pháp này giúp hệ thống giảm tiêu thụ khoảng 333.000 tấn than trên mỗi 1% nhiên liệu tiết kiệm, tương đương giá trị gần 33 triệu USD mỗi năm. Chủ thể thực hiện: Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) và các Tổng công ty Phát điện, triển khai ngay trong giai đoạn 2020-2025.

Thứ hai, đẩy mạnh giải pháp tiêu thụ và tái chế tro xỉ nhằm nâng tỷ lệ xử lý chất thải rắn từ mức 30% hiện nay lên trên 75% vào năm 2025. Cần hoàn thiện hệ thống tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia để bắt buộc sử dụng tro bay làm phụ gia sản xuất xi măng (với tỷ lệ phối trộn từ 14% đến 18%), bê tông đầm lăn cho các công trình thủy lợi, và sản xuất vật liệu xây không nung. Giải pháp này giúp giảm áp lực đầu tư xây dựng các bãi chứa xỉ hàng trăm tỷ đồng và bảo vệ quỹ đất tại Đồng bằng sông Cửu Long. Chủ thể thực hiện: Bộ Xây dựng phối hợp cùng Bộ Công Thương và các chủ đầu tư nhà máy điện.

Thứ ba, quy hoạch đồng bộ hạ tầng kho cảng nhập khẩu khí LNG tập trung theo mô hình cụm khu vực (như cụm kho cảng Sơn Mỹ) nhằm tối ưu hóa chi phí vận chuyển và hạ giá thành nhiên liệu khí, đưa tổng chi phí phát điện khí về mức mục tiêu dưới 7,5 cent/kWh trước năm 2030. Chủ thể thực hiện: Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN) và các nhà đầu tư tư nhân theo Quy hoạch điện quốc gia.

Thứ tư, ứng dụng thuật toán bình phương bé nhất vào hệ thống phần mềm điều độ tự động (AGC) tại Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia để cập nhật chính xác các hệ số đường cong chi phí nhiên liệu $F-P$ theo thời gian thực, giúp tối ưu hóa việc phân bổ công suất phát điện và giảm tối thiểu 1% chi phí vận hành toàn hệ thống.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn cung cấp nguồn tư liệu học thuật và thực tiễn chuyên sâu cho 4 nhóm đối tượng chính:

Nhóm thứ nhất là các kỹ sư vận hành, kỹ thuật viên tại các nhà máy nhiệt điện: Tài liệu hỗ trợ tra cứu chi tiết thông số nhiệt động của lò hơi, buồng lửa, chu trình Renkin, và cung cấp quy trình công nghệ phối trộn than nhập khẩu để hiệu chỉnh tối ưu chế độ cháy, giúp nâng cao hiệu suất lò hơi thêm từ 2% đến 5% và giảm tiêu hao than thực tế.

Nhóm thứ hai là các chuyên viên phân tích đầu tư và kỹ sư tư vấn tại các đơn vị thiết kế năng lượng như PECC2, EVN: Tài liệu cung cấp trọn bộ phương pháp luận tính toán chi phí vòng đời, suất đầu tư (600 USD/kW đối với khí và 1200 USD/kW đối với than), cùng các mô hình ước tính chi phí busbar để lập báo cáo nghiên cứu khả thi (FS) cho các dự án nhiệt điện mới.

Nhóm thứ ba là các nhà hoạch định chính sách tại Bộ Công Thương và cơ quan quản lý môi trường: Báo cáo mang lại cơ sở dữ liệu xác thực về bài toán phát thải tro xỉ (chiếm 25-60% lượng nhiên liệu) và dự báo khối lượng tích lũy 109 triệu tấn, phục vụ việc xây dựng cơ chế thị trường mua bán tro xỉ và lộ trình chuyển dịch cơ cấu năng lượng cân bằng.

Nhóm thứ tư là giảng viên, học viên cao học và sinh viên các chuyên ngành Kỹ thuật Nhiệt, Hệ thống Điện và Kinh tế Năng lượng: Luận văn là tài liệu tham khảo chuẩn mực về mô hình hóa toán học các hàm chi phí bằng phương pháp bình phương bé nhất và giải thuật di truyền GA trong tối ưu hóa hệ thống điện.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao suất đầu tư ban đầu của nhiệt điện than lại cao gấp đôi nhiệt điện khí LNG?

Nhà máy nhiệt điện than có suất đầu tư khoảng 1200 USD/kW do đòi hỏi hệ thống thiết bị quy mô lớn và phức tạp: lò hơi siêu tới hạn chịu nhiệt độ trên 1300 độ C, hệ thống cấp nhiên liệu than, dàn ống sinh hơi, hệ thống xử lý khói thải, lọc bụi tĩnh điện và bãi chứa tro xỉ có vốn đầu tư lên tới hàng trăm tỷ đồng. Trong khi đó, nhà máy nhiệt điện khí LNG ứng dụng chu trình tuabin hỗn hợp gọn nhẹ, không cần hệ thống xử lý tro xỉ nên suất đầu tư chỉ khoảng 600 USD/kW.

Giải pháp đốt than phối trộn mang lại hiệu quả kinh tế và môi trường như thế nào?

Thử nghiệm thực tế tại Nhiệt điện Ninh Bình chứng minh rằng việc phối trộn 10-20% than á bitum nhập khẩu từ Indonesia vào than antraxit nội địa giúp nâng hiệu suất lò hơi trung bình từ 82% lên 84-85%, giảm 2-5% tổn thất do than chưa cháy hết, giảm phát thải NOx từ 10% đến 15% và giảm 10% tro thải. Chỉ cần tiết kiệm 1% nhiên liệu tiêu thụ, toàn hệ thống có thể tiết kiệm được khoảng 333.000 tấn than, tương đương giá trị gần 33 triệu USD mỗi năm.

Thách thức lớn nhất đối với việc phát triển các trung tâm nhiệt điện than tại miền Nam là gì?

Thách thức lớn nhất là vấn đề mặt bằng và ô nhiễm môi trường từ các bãi chứa tro xỉ. Lượng tro xỉ thải ra chiếm tới 25-60% lượng than tiêu hao. Tại khu vực miền Nam, các nhà máy xi măng và cơ sở sản xuất gạch không nung tiêu thụ tro xỉ còn hạn chế, khiến các bãi chứa xỉ của nhiều trung tâm điện lực lớn đối mặt nguy cơ quá tải chỉ sau 3 đến 4 năm vận hành nếu không có giải pháp bao tiêu đồng bộ.

Vì sao phương pháp bình phương bé nhất được ưu tiên hơn giải thuật di truyền GA khi ước tính hàm chi phí?

Phương pháp bình phương bé nhất sở hữu thuật toán giải tích tường minh, thời gian tính toán nhanh, kết quả ước lượng có tính ổn định tuyệt đối và sai số cực tiểu khi xấp xỉ dữ liệu trơn của hàm chi phí bậc hai. Ngược lại, giải thuật di truyền GA tuy có khả năng tìm kiếm toàn cục linh hoạt nhưng đòi hỏi thời gian tính toán lớn hơn và kết quả có thể dao động nhẹ tùy thuộc vào việc khởi tạo quần thể ban đầu.

Tại sao không thể chuyển đổi toàn bộ sang nhiệt điện khí LNG để thay thế hoàn toàn nhiệt điện than?

Mặc dù LNG là nguồn năng lượng sạch hơn, tổng chi phí sản xuất điện khí LNG ở mức 8,02 cent/kWh, cao hơn đáng kể so với mức 6,4 cent/kWh của điện than. Thêm vào đó, việc nhập khẩu LNG phụ thuộc vào hạ tầng kho cảng nước sâu âm 162 độ C trị giá hàng tỷ USD và chịu rủi ro biến động giá trên thị trường quốc tế. Do đó, việc duy trì cơ cấu nguồn điện đa dạng là yêu cầu bắt buộc để bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia.

Kết luận

• Đề tài đã xây dựng thành công mô hình toán học xác định các hàm chi phí nhiên liệu đầu vào - đầu ra, chứng minh phương pháp bình phương bé nhất là công cụ đơn giản, chuẩn xác và hiệu quả vượt trội so với giải thuật GA trong bài toán tối ưu hóa chi phí phát điện.
• Kết quả tính toán chỉ ra nhiệt điện than có giá thành sản xuất điện thương phẩm cạnh tranh hơn (6,4 cent/kWh so với 8,02 cent/kWh của LNG), nhờ chi phí nguyên liệu chỉ bằng khoảng một phần ba chi phí khí LNG.
• Luận văn đề xuất giải pháp công nghệ đốt than phối trộn (10-20% than nhập khẩu) giúp nâng hiệu suất lò hơi thêm 2-5%, giảm phát thải NOx từ 10-15%, đem lại giá trị tiết kiệm nhiên liệu hàng chục triệu USD mỗi năm.
• Cảnh báo kịp thời áp lực môi trường từ khối lượng tro xỉ tích lũy 109 triệu tấn, đồng thời đề xuất giải pháp đồng bộ nâng tỷ lệ tái chế tro xỉ vượt mốc 75% làm vật liệu xây dựng.
• Cung cấp luận cứ khoa học trực tiếp cho dự án Trung tâm Điện lực Tân Phước - Tiền Giang trong việc lựa chọn phương án nhiên liệu và công nghệ lò hơi giai đoạn 2020-2030.

Về lộ trình phát triển tiếp theo, các đơn vị quản lý và tư vấn thiết kế cần tiếp tục cập nhật dữ liệu giá nhiên liệu thị trường thế giới giai đoạn 2025-2030, tích hợp chi phí phát thải khí nhà kính và cơ chế định giá carbon vào mô hình kinh tế tổng thể. Kính mời quý độc giả, các kỹ sư và chuyên gia kinh tế năng lượng tham khảo chi tiết toàn văn công trình nghiên cứu để ứng dụng hiệu quả vào công tác quy hoạch, đầu tư và vận hành hệ thống điện thực tiễn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Trong những năm gần đây, theo quy hoạch từ nay đến năm 2030 ở Đồng bằng sông Cửu Long sẽ phát triển 14 nhà máy nhiệt và riêng ở Tiền Giang sẽ xây dựng 2 nhà máy nhiệt điện để đáp ứng nhu cầu về điện ngày càng tăng ở địa phƣơng. Đề án điều chỉnh quy hoạch điện VII với định hƣớng hạn chế phát triển nhiệt điện than, tỷ trọng năng lƣợng tái tạo sẽ cao hơn dự kiến tăng lên 27. Khi phát triển năng lƣợng tái tạo tỷ trọng năng lƣợng sử dụng than sẽ giảm xuống, để đảm bảo an ninh năng lƣợng, Việt Nam vẫn phải đa dạng hóa loại hình các nhà máy điện, hiện nay không có nƣớc nào phát triển tất cả bằng năng lƣợng tái tạo. Trong khi nhiệt điện khí còn phải phụ thuộc vào nguồn cấp khí để thay thế nhiệt điện than.

Khi thiếu nguồn cấp khí trong khi nhu cầu lớn thì vẫn phải đa dạng hóa nguồn phát điện, vẫn phát triển nhiệt điện than nhƣng ƣu tiên công nghệ sạch. Trung tâm Điện lực Tân Phƣớc do Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) làm Chủ đầu tƣ là dự án nguồn điện quan trọng trong Quy hoạch điện VII điều chỉnh đã đƣợc Thủ tƣớng chính phủ phê duyệt nhằm đảm bảo cung cấp điện cho miền Nam. Dự kiến Trung tâm Điện lực Tân Phƣớc đƣợc đặt tại xã Tân Phƣớc, huyện Gò Công Đông, tỉnh Tiền Giang nằm trên bờ phải sông Soài Rạp, cách thành phố Hồ Chí Minh khoảng 52km về phía Tây – Nam. Để đảm bảo dự án phát huy đƣợc hiệu quả tốt, nhà thầu Tƣ vấn PECC2 đƣợc giao nhiệm vụ đề xuất phƣơng án nhiên liệu tối ƣu cho Trung tâm Điện lực Tân Phƣớc trên cơ sở phân tích, đánh giá và so sánh 2 loại nhiên liệu than và LNG (về các vấn đề kinh tế - kỹ thuật, môi trƣờng, an ninh năng lƣợng, khả năng cung cấp nhiên liệu, giá thành sản xuất điện, tác động đến giá điện của hệ thống, bố trí luồng cấp khí, than …).

Và trên cơ sở phƣơng án nhiên liệu đƣợc lựa chọn, PECC2 sẽ thực 1 hiện nhiệm vụ khảo sát và lập Quy hoạch địa điểm xây dựng TTĐL Tân Phƣớc tại xã Tân Phƣớc, huyện Gò Công Đông, tỉnh Tiền Giang. Đề tài ”Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) và than” ra đời giúp lựa chọn giải pháp sử dụng nhiên liệu phù hợp với điều kiện kinh tế - kỹ thuật của địa phƣơng hiện nay.2 Nhiệm vụ và mục tiêu của đề tài Mục đích của đề tài là nhằm so sánh tính kinh tế và tính khả thi của nhà máy nhiệt điện sử dụng thiên nhiên hóa lỏng (LNG) và than. Xây dựng các hàm tính toán chi phí đầu tƣ, vận hành, bảo trì và giá thành mỗi kW điện khi sử dụng 2 loại nhiên liệu khác nhau.3 Phạm vi nghiên cứu  Khảo sát hệ thống phát điện của nhà máy nhiệt điện.  Tìm các yếu tố liên quan đến kinh tế và kỹ thuật.

 Xây dựng các hàm chi phí dựa vào các yếu tố trên.  So sánh tính kinh tế khi sử dụng 2 loại nhiên liệu khác nhau.  Nhận xét và kết luận. Giới hạn đề tài.

Đề tài chỉ quan tâm đến: Quan hệ chi phí năng lƣợng đầu vào, giá thành năng lƣợng đầu ra từ đó đƣa ra chi phí phát điện khi sử dụng hai loại nhiên liệu: khí thiên nhiên hóa lỏng và than 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu  Nghiên cứu lý thuyết về nhà máy nhiệt điện.  Nghiên cứu mô hình hệ thống phát điện của nhà máy nhiệt điện. 2  Nghiên cứu lý thuyết xây dựng các hàm chi phí của các phƣơng pháp phát điện với 2 loại nhiên liệu là LNG và than.