Mô tả tóm tắt công nghệ: Sinh khối có thể được sử dụng để sản xuất điện hoặc làm nhiên liệu cho vận tải, cấp nhiệt và đun nấu. Hình dưới đây trình bày các sản phẩm khác nhau làm từ sinh khối. Trong bài này sẽ thông tin tập trung vào đốt sinh khối rắn để phát điện.
 |
| Sơ đồ cách biến đổi sinh khối |
Công nghệ sử dụng để sản xuất điện trong nhà máy điện sinh khối phụ thuộc vào nguồn sinh khối. Do nhiệt trị của sinh khối thấp hơn so với than, và nhiệt độ, áp suất của hơi bị hạn chế do hàm lượng các chất khoáng trong tro nên hiệu suất điện cũng thấp hơn – thường là 15-35%.
Nói chung, đốt trực tiếp sinh khối là dựa vào chu trình Rankine, trong đó tua bin hơi được sử dụng để chạy máy phát điện, giống như nhà máy điện đốt than. Cũng có trường hợp bổ sung vào hệ thống một lò hơi thu hồi nhiệt khói thải và bộ quá nhiệt hơi. Loại hệ thống này được phát triển tốt, và đã vận hành thương mại trên thế giới. Phần lớn các nhà máy sinh khối hiện nay là đốt trực tiếp. Trong đốt trực tiếp, hơi nước được tạo ra trong lò hơi. Nhiên liệu sinh khối rắn đã được xử lý phù hợp: làm khô, đóng kiện, chặt nhỏ, làm thành dạng viên hoặc đóng bánh hoặc dạng khác phù hợp với công nghệ đốt thông qua hệ thống cung cấp và xử lý nhiên liệu. Công nghệ đốt trực tiếp có thể chia thành đốt tầng cố định, đốt tầng sôi, và đốt bụi. Trong đốt bụi, sinh khối được nghiền hoặc chặt nhỏ và thổi vào buồng đốt, có thể đốt cùng với nhiên liệu hóa thạch (xem hình bên dưới).
Việt Nam có nguồn sinh khối phong phú. Các nguồn bao gồm cọ dầu, mía, cao su, dừa, lúa, ngô, sắn, phân động vật và rác thải đô thị. Rác thải đô thị được trình bày trong một chương riêng của Cẩm nang Công nghệ này.
 |
| Công nghệ đốt sinh khối công nghiệp |
 |
| Nhiệt trị của các loại nhiên liệu sinh khối |
Bảng trên cho thấy nhiệt trị của sinh khối nguyên liệu nằm trong dải 5 – 18 GJ/tấn, với chùm quả cọ dầu
rỗng (FFB) có thiệt trị thấp nhất và vỏ dừa có nhiệt trị cao nhất. Nhiệt trị phụ thuộc nhiều vào độ ẩm của
nhiên liệu.
Đốt cùng với than
Có ba công nghệ có thể đốt than cùng với sinh khối: đồng đốt trực tiếp, gián tiếp và song song (xem hình bên
dưới). Về mặt kỹ thuật, có thể đồng đốt đến 20% công suất sinh khối mà không cần phải cải tiến công nghệ;
tuy nhiên hầu hết các nhà máy đồng đốt hiện có sử dụng khoảng 10% sinh khối. Hỗn hợp nhiên liệu đồng đốt
cũng phụ thuộc vào loại lò hơi. Nhìn chung, lò hơi tầng sôi có thể đốt tỷ lệ sinh khối cao hơn lò đốt than
phun và đốt ghi cố định. Những nhà máy đồng đốt giành cho sinh khối có thể đốt 100% sinh khối, đặc biệt
trong những nhà máy đồng đốt mà vào thời vụ được cung cấp một lượng lớn sinh khối
 |
| Các cấu hình đồng đốt sinh khối khác nhau |
Nhìn chung, đốt có thể áp dụng cho nguyên liệu sinh khối có độ ẩm trong khoảng 20 – 60% tùy thuộc vào
loại nguyên liệu sinh khối và công nghệ đốt.
Nhiên liệu đầu vào
Sinh khối; v.d. phụ phẩm từ các cơ sở công nghiệp (phế thải gỗ, các chùm quả rỗng, vỏ dừa, vv..), rơm rạ, và
cây năng lượng.
Gỗ là sinh khối thường được ưa chuộng nhất cho đốt do có hàm lượng tro và ni tơ thấp. Sinh khối loại thảo
mộc như rơm rạ và miscanthus có hàm lượng cao N, S, K, Cl vv. dẫn đến phát thải NOx, hạt chất rắn cao
hơn, lượng tro, ăn mòn và đóng xỉ tăng lên. Hệ thống làm sạch khói như bơm ac mô nia (SNCR), phun đá
vôi, lọc ngược, chất xúc tác DeNOx vv... có thể áp dụng để giảm thêm phát thải.
Những sinh khối ngoại lai khác như viên sinh khối làm từ các chùm quả dầu cọ rỗng (EFB), vỏ hạt cọ dầu
(PKS) đã có trên thị trường.
Công suất đặc trưng
Lớn: lớn hơn 50 MWe
Vừa: 10 – 50 MWe
.
Nhỏ: 1 – 10 MWe
.
Cấu hình điều chỉnh
Nhà máy có thể điều chỉnh tăng và giảm công suất. Những nhà máy điện sinh khối vừa và nhỏ có lò hơi loại
bao hơi có thể vận hành trong dải công suất từ 40-100%. Các nhà máy này thường được trang bị bình tích
nhiệt cho phép nhà máy dừng hàng ngày.
Ưu điểm/nhược điểm
Ưu điểm:
- Là công nghệ đã chín muồi và được biết rõ.
- Đốt sinh khối được coi là trung tính về phát thải CO2.
- Sử dụng phụ phẩm sinh khối rẻ tiền.
Nhược điểm:
- Mức độ sẵn có của nguồn sinh khối phụ thuộc vào địa phương.
- Sử dụng sinh khối có thể có những hậu quả tiêu cực gián tiếp là tạo ra sự cạnh tranh giữa sản xuất
nhiên liệu và sản xuất thực phẩm, tự nhiên/đa dạng sinh học.
- Trong dải công suất thấp (nhỏ hơn 10 MW) quy mô kinh tế là khá lớn.
- Khi đốt sinh khối trong lò hơi, clo và lưu huỳnh trong nhiên liệu sẽ kết thúc trong khí cháy và gây ra
ăn mòn tường của lò hơi và các thiết bị khác. Điều này có thể làm hỏng các ống của lò hơi và các
thiết bị khác và nhà máy phải ngừng vận hành để sửa chữa lò hơi.
- Tro bay có thể bám vào các ống lò làm giảm hiệu suất lò hơi và có thể làm hỏng các ống của lò. Với
nhiệt độ buồng đốt cao hơn 1000°C, các chùm quả rỗng, bã mía, và vỏ dầu cọ sẽ tạo ra xỉ chảy nhiều
hơn các nhiên liệu sinh khối khác. Mức độ tro chảy phải không được quá 15% để giữ cho lò không
bị hỏng.
Môi trường
Ảnh hưởng sinh thái từ đốt sinh khối là sự độc hại, biến đổi khí hậu, và a xít hóa. Tuy nhiên ảnh hưởng là
nhỏ.
Nghiên cứu và phát triển
Các nhà máy điện sinh khối là công nghệ đã chín muồi có tiềm năng phát triển giới hạn (loại 4). Tuy nhiên, ở
Việt Nam, việc sử dụng sinh khối cho phát điện là tương đối mới.
Một phần lớn năng lượng sinh khối ở Việt Nam được sử dụng theo cách truyền thống, như đun nấu với hiệu
suất thấp (10%-20%), phần còn lại sử dụng cho phát điện và nhiệt bao gồm đốt sinh khối trực tiếp có hiệu
suất cao, đồng đốt sinh khối với than và khí hóa sinh khối. Những sử dụng hiện đại này, đặc biệt là đốt trực
tiếp, hiện đang tăng lên ở Việt Nam. Phế thải dầu cọ ở dạng rắn và lỏng là những lựa chọn ưa thích nhất đối
với nguồn sinh khối vì dễ tiếp cận và chế biến và cũng do tính có sẵn của nó.
Sử dụng trực tiếp, truyền thống sinh khối cho các ứng dụng nhiệt và đun nấu dựa vào dải rộng nguồn sinh
khối và đồ dùng đơn giản, nhưng hiệu suất năng lượng của các ứng dụng này là rất thấp vì hàm lượng ẩm cao
của sinh khối, mật độ năng lượng thấp và tính không đồng nhất của sinh khối đầu vào. Một dải các khâu sơ
chế và nâng cấp công nghệ đã được triển khai để cải thiện đặc tính của sinh khối và để cho các quá trình chế
biến, vận chuyển và biến đổi có hiệu quả hơn và có hiệu quả chi phí. Những dạng sơ chế bao gồm: sấy khô,
làm thành viên và đóng bánh, nung và nhiệt phân, trong đó hai dạng sơ chế đầu được sử dụng phổ biến nhất.
 |
| Mật độ năng lượng của sinh khối và than |
Thiêu rác thải thành phố, phân hủy yếm khí, khí rác thải, nhiệt và điện kết hợp và đốt là những ví dụ công
nghệ phát điện sử dụng sinh khối đã chín muồi và khả thi về mặt kinh tế. Khí hóa và nhiệt phân sinh khối là
một số công nghệ có thể được phát triển thương mại trong tương lai.
Công nghệ khí hóa có khả năng biến đổi sinh khối thành khí có thể được sử dụng trong tua bin khí chu trình
đơn hoặc chu trình hỗn hợp có hiệu suất cao hơn là đốt sinh khối để chạy tua bin hơi nước. Mặc dù công
nghệ khí hóa đã có về mặt thương mại nhưng còn nhiều việc cần làm liên quan đến nghiên cứu và phát triển
và thử nghiệm để thúc đẩy sử dụng thương mại rộng rãi.
 |
| Mức độ chín muồi của công nghệ phát điện sinh khối |
Nhiệt phân sinh khối là sự phân hủy nhiệt sinh khối trong sự thiếu ô xy. Sản phẩm của sự phân hủy này là than rắn, chất lỏng là dầu sinh học hoặc dầu nhiệt phân và hỗn hợp các chất khí cháy. Tỷ lệ tương đối của các sản phẩm rắn, lỏng và khí được kiểm soát bằng nhiệt độ quá trình và thời gian lưu, như được thể hiện trong bảng dưới đây.
Dầu sinh học có nhiệt trị thấp, khoảng 16 MJ/kg và sau khi được nâng cấp thích hợp có thể sử dụng làm
nhiên liệu trong lò hơi, động cơ diesel và tua bin khí để phát điện hoặc sản xuất nhiệt kết hợp điện (CHP). Là
chất lỏng có mật độ năng lượng lớn hơn sinh khối rắn mà từ đó nó được lấy ra, dầu sinh học là phương tiện
để làm tăng sự tiện dụng và làm giảm chi phí vận chuyển, tích trữ và chế biến sinh khối.
 |
| Các giai đoạn làm sản phẩm nhiệt phân sinh khối cho các phương thức vận hành khác nhau |
ASEAN đã thực hiện phân tích các chi phí đầu tư đối với sinh khối (TL. 15) ở Indonesia, Malaysia and và
Thái Lan. Trong khi các tổ máy nhỏ hơn có chi phí đầu tư là 2,5 USUSD2016 / W, thì một tổ máy 15 MW của
Indonesia có chi phí đầu tư thấp hơn nhiều: là 0,6 USUSD2014 / W.
Ví dụ về những dự án hiện có
Nhà máy điện sinh khối KCP Phú Yên nằm trong khu đất của nhà máy đường Hòa Sơn. Công ty TNHH
KCP Việt Nam đã đầu tư vào nhà máy này để sử dụng bã mía của nhà máy đường trong quá trình sản xuất
đường. Nhà máy có hai tổ máy 2x30 MW. Giai đoạn đầu gồm một tổ máy 30 MW đã đưa vào vận hành
tháng 4/2017. Vì nhà máy sử dụng liên tục phế thải từ sản xuất đường nên nó vận hành song song với nhà
máy đường với đầu vào là 8.000 t/h sinh khối. Tổ máy 1 vừa phát điện và hơi nước để sử dụng cho quá trình
công nghiệp tại nhà máy đường. Tổ máy số 2 vận hành song song với hoạt động của nhà máy đường sẽ sử
dụng 10.000 t/h sinh khối. Tổ máy này chỉ phát điện.
Nhà máy điện sinh khối KCP Phú Yên sử dụng công nghệ lò hơi đốt ghi. Mỗi tổ máy có cấu hình 1 lò hơi, 1
tua bin hơi và 1 máy phát điện, sử dụng tháp làm mát và nước bổ sung lấy từ sông Ba.
Nhà máy điện đã áp dụng hệ thống khử bụi tĩnh điện (ESP) có hiệu suất cao để kiểm soát và đảm bảo nồng
độ bụi đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường. Tro, xỉ từ lò được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào cho nhà máy
phân vi sinh tiếp sau nhà máy đường. Xử lý nước thải được thực hiện trong hệ thống xử lý nước thải riêng
dùng chung với nhà máy đường. Nhiên liệu sử dụng cho giai đoạn 1 (1x30 MW) là bã mía từ nhà máy đường
Hòa Sơn. Đối với giai đoạn 2 (2x30 MW) cũng sử dụng bã mía từ nhà máy đường này, và sử dụng thêm cả
nhiên liệu sinh khối khác như trấu và vỏ hạt điều.
Diện tích đất sử dụng cho nhà máy chính là khoảng 12,6 ha. Nhà máy (tổ máy 30 MW đầu tiên) bắt đầu xây
dựng từ cuối năm 2015, đã hoàn thành và chính thức đi vào vận hành từ tháng 4/2017. Tổng vốn đầu tư của
dự án là 58,45 tr. USD, trong đó đầu tư giai đoạn đầu là 29,2 tr. USD, tương đương với suất đầu tư ~ 1
tr.USD / MW.
Tài liệu tham chiếu
Những nguồn tài liệu sau đã được sử dụng:
1. IEA, 2007. ”Sinh khối cho phát điện và CHP”, IEA Tầm quan trọng của công nghệ năng lượng,
Paris, Pháp
2. Veringa, 2004. Kỹ thuật tiên tiến cho sản xuất năng lượng từ sinh khối và phế thải, ECN, Hà Lan
3. Loo, et.al., 2003. Sổ tay về đốt sinh khối và đồng đốt. Báo của Trường đại học Twente, Hà Lan
4. Obernberger, et.al., 2015. ”Điện từ sinh khối – Một phương án cạnh tranh sản xuất điện cho phụ tải
đáy trong những ứng dụng quy mô lớn và cơ hội lý thú cho các hệ thống CHP quy mô nhỏ”, Dự án
“GREEN BARBADOS”, Bios Bioenergiesysteme GmbH, Graz, Austria.
5. IRENA, 2012. ”Sinh khối cho phát điện”, Công nghệ năng lượng tái tạo: Loạt phân tích chi phí, Tập
1: Ngành điện, Số phát hành 1/5, Abu Dhabi, UAE.
6. Eubionet, 2003. Sinh khối: Đồng đốt: một cách giảm phát thải KNK hiệu quả, EU
7. MEMR, 2016. Sổ tay thống kê năng lượng và kinh tế của Indonesia 2016, Bộ Năng lượng và Tài
nguyên khoáng sản, Jakarta, Indonesia
8. MEMR, 2015. Statistik EBTKE 2015, Bộ Năng lượng và Tài nguyên khoáng sản, Jakarta, Indonesia.
9. OJK, 2014. Sổ tay năng lượng sạch cho các tổ chức dịch vụ tài chính, Cục dịch vụ tài chính
Indonesia (OJK), Jakarta, Indonesia
10. Energinet, 2010. ”Đánh giá vòng đời phát điện và đồng phát của Đan Mạch”, Energinet.dk, DONG
Energy and Vattenfall, Tháng 4/2010.
11. IEA, 2012. “Lộ trình công nghệ: Năng lượng sinh học cho điện và nhiệt”,
www.iea.org/publications/freepublications/publication/bioenergy.pdf
12. EPRI, 2010. Số liệu công nghệ phát điện cho quy hoạch nguồn tích hợp của Nam Phi. EPRI, Palo
Alto, CA.
13. Brown, et.al., 2007. Ứng dụng sinh khối, Trung tâm chính sách năng lượng vả Trường Công nghệ
Luân Đôn, Vương quốc Anh.
14. IE,” “Nhà máy điện sinh khối KCP Phú Yên – Báo cáo nghiên cứu khả thi và thiết kế cơ sở”, 2016
15. Trung tâm Năng lượng ASEAN (2016): Chi phí điện năng quy dẫn của các công nghệ năng lượng tái
tạo được lựa chọn trong các nước thành viên ASEAN. Lấy từ:
http://cloud.aseanenergy.org/s/1AK7OzwGCHn5iAM , truy cập ngày 26/10/2018.
Các bảng số liệu
Những trang sau trình bày các bảng số liệu về công nghệ. Tất cả các chi phí được thể hiện là đô la Mỹ
(USD), giá năm 2016.
Bảng số liệu mô tả các nhà máy sản xuất điện. Những số liệu này không áp dụng cho các nhà máy công
nghiệp cấp nhiệt ở nhiệt độ cao hơn các nhà máy phát điện, và do đó những nhà máy này có hiệu suất điện
thấp hơn. Các nhà máy công nghiệp cũng thường rẻ hơn về mặt chi phí ban đầu và VH&BD, so với các nhà
máy loại khác vì chúng được thiết kế cho tuổi thọ kỹ thuật ngắn hơn, với mức dự phòng ít hơn, các tòa nhà
có giá thành thấp vv..
Chi phí đầu tư trong các trường hợp của Việt Nam là thấp hơn và nhà máy điện KCP nằm trong khu vực của
nhà máy đường nên nó có lợi thế về xây dựng cũng như có chung một số hạng mục với nhà máy đường.
 |
| Bảng số liệu về công nghệ nhà máy điện sinh khối |
Tài liệu tham chiếu
1. Ea Energy Analyses và Cục Năng lượng Đan Mạch, 2017, ”Số liệu công nghệ ngành điện Indonesia – Cẩm nang phát điện và tích trữ điện”.
2. Trung tâm năng lượng ASEAN, 2016, "Chi phí phát điện quy dẫn của các công nghệ NLTT được chọn trong các nước thành viên ASEAN ".
3. Cục Năng lượng Đan Mạch và COWI, 2017, "Cẩm nang Công nghệ biến đổi sinh khối thành năng lượng ".
4. IRENA, 2015, "Chi phí sản xuất điện NLTT năm 2014"
5. IFC và BMF, 2017, "Biến đổi sinh khối thành năng lượng –Hướng dẫn cho các nhà phát triển và các nhà đầu tư".
6. OJK, 2014, "Sổ tay năng lượng sạch cho các Tổ chức dịch vụ tài chính", Cục dịch vụ tài chính Indonesia.
7. IEA-ETSAP và IRENA, 2015, "Sinh khối cho điện và nhiệt. Tóm tắt công nghệ” .
8. PKPPIM, 2014, "Analisis biaya dan manfaat pembiayaan investasi limbah menjadi energi melalui kredit program", Trung tâm biến đổi khí hậu và chính sách đa
phương, Bộ tài chính Indonesia.
9. Cục điện lực Trung ương Ấn Độ, 2007, "Báo cáo về nhu cầu đất của các nhà máy nhiệt điện ".
10. IEA-ETSAP và IRENA, 2015, "Sinh khối cho điện và nhiệt, tóm tắt công nghệ”.
11. Cách tiếp cận đường cong lĩnh hội kinh nghiệm cho phát triển các thông số tài chính
Ghi chú:
A. Độ bất định (cao/thấp) ước tính là +/- 25%.
B. Chi phí đầu tư bao gồm chi phí kỹ thuật, mua sắm và xây dựng (EPC). Xem mô tả trong phần Phương pháp luận.
Nguồn bài đăng:
https://ens.dk/sites/ens.dk/files/Globalcooperation/Official_docs/Vietnam/vietnam_technology_catalogue_-_vietnamese.pdf