Nhà máy CHP Ludwigshafen (Đức)

[bkeps.com]Nếu tin vào những báo cáo trên phương tiện truyền thông đại chúng, thì tương lai của sản xuất điện và nhiệt kết hợp (CHP) xem ra rất có triển vọng, nhưng có phải đúng là như vậy không? Tạp chí PEI giới thiệu khái quát về thị trường CHP toàn cầu, và tìm hiểu về tình trạng hiện nay của CHP, các thách thức mà nó gặp phải và phỏng đoán về tương lai của công nghệ này.

Nâng cao hiệu quả cung cấp năng lượng đóng vai trò quan trọng đối với một thế giới mong muốn đạt được mục tiêu mỗi quốc gia đều có nguồn năng lượng thật đảm bảo, đáng tin cậy và với giá hợp lý. Trong ngành điện, mọi người đều thống nhất rằng điều đó có thể đạt được bằng cách sử dụng phối hợp các công nghệ hiện có và mới xuất hiện, và cũng là tâm điểm chú ý của hầu hết các quốc gia trên thế giới hiện nay.

Một lĩnh vực mà ngày càng nhiều người coi là chiến lược đầy hấp dẫn để nâng cao hiệu quả cung cấp, đó là tăng cường đầu tư vào sản xuất điện và nhiệt kết hợp với hiệu suất cao.

Tuy nhiên trước khi xem xét kỹ hơn, thì cũng cần biết được chính xác CHP là gì? Định nghĩa chung nhất là “phát điện và sử dụng nhiệt thải ra trong quá trình phát điện đó cho một số ứng dụng như sưởi ấm các tòa nhà, sinh hơi hay cung cấp nước nóng cho các qui trình công nghiệp hay sưởi ấm đô thị.” Các công trình CHP cũng có thể có quy mô rất khác nhau. Từ những thiết bị rất lớn lên tới hàng trăm MW - quy mô tương đương với những nhà máy điện lớn - tới các tổ máy công suất rất nhỏ để sử dụng trong các hộ gia đình riêng lẻ.

CHP thuộc loại năng lượng phi tập trung, được Liên minh Thế giới về Năng lượng phi tập trung (World Alliance of Decentralized Energy - WADE) định nghĩa là “sản xuất điện tại nơi hoặc gần nơi sử dụng, bất kể quy mô, công nghệ hay nhiên liệu được sử dụng là loại gì, ở trong cũng như ngoài hệ thống điện”.

Dự báo về năng lượng phi tập trung, tất nhiên là theo quan điểm của WADE, là lạc quan. Theo ông David Sweet, giám đốc điều hành của WADE thì: “Mặc dù những trở ngại về chính sách vẫn còn đầy rẫy, nhưng những cơ sở của thị trường toàn cầu dài hạn đối với năng lượng phi tập trung lại vô cùng lớn lao khi mà giá năng lượng tiếp tục leo thang, những mối quan ngại về an ninh và độ tin cậy cung cấp năng lượng ngày càng trở nên sâu sắc, và thách thức về khí hậu trở thành vấn đề được ưu tiên trên toàn cầu”. Nhưng làm cách nào để CHP tìm được chỗ đứng trong kịch bản tăng trưởng như đã được dự báo trên phạm vi toàn cầu?

Để giúp trả lời được câu hỏi này, chúng tôi đưa ra số liệu về tình hình thị trường CHP trên toàn cầu hiện nay cùng các số liệu cụ thể của một số quốc gia, và xem xét tiềm năng trong tương lai của CHP và những thách thức mà công nghệ phát điện và nhiệt này gặp phải. Tuy nhiên, cũng xin cảnh báo rằng cần thận trọng khi giải thích các số liệu dưới đây, chủ yếu bởi vì hiện nay có rất ít số liệu đáng tin cậy về CHP toàn cầu được công bố.

 Hiện trạng của CHP

Theo số liệu của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (International Energy Agency - IEA), sản lượng điện CHP trên toàn cầu luôn tăng đều trong khoảng suốt cả thập kỷ qua, và trong năm 2003 CHP đã đáp ứng được hơn 10% tổng sản lượng điện trên toàn cầu (tương ứng với tổng sản lượng điện gần 1.790 TWh).

Ngoài ra, phần tăng chủ yếu xảy ra tại các nước thuộc tổ chức OECD, trong khi tại các nước không thuộc tổ chức này CHP xem ra lại đang giảm sút chậm, trong cùng thời kỳ đó.

Còn về lượng nhiệt sản xuất kết hợp, thì chưa có số liệu cụ thể nào cả, nhưng theo ước tính của IEA, sản lượng nhiệt hằng năm nằm trong khoảng từ 5 đến 15.1018 J, đây cũng là một phần đáng kể trong nguồn cung cấp nhiệt công nghiệp.

Bảng 1 được trích từ tài liệu của IEA mang tên “Các chỉ số về hiệu quả năng lượng và phát thải CO2 trong công nghiệp - Triển vọng của một công nghệ”, xuất bản năm 2007. Trong bảng nêu số liệu chính về công suất lắp đặt CHP tại một số quốc gia được lựa chọn, cùng với những ước tính về tỷ lệ của CHP trong sản xuất điện của mỗi quốc gia. Những quốc gia có tổng công suất lắp đặt CHP cao nhất là Mỹ (76 GW), Nga (65 GW) và Trung Quốc (56 GW), riêng Liên minh Châu Âu (EU) 25 thành viên có công suất lớn nhất, trên 91 GW. Tuy nhiên, từ Bảng 1 có thể thấy tỷ lệ đóng góp của CHP trong tổng công suất và tổng sản lượng khác nhau nhiều. Ví dụ như Đan Mạch có tổng công suất lắp đặt CHP chỉ là 5,4 GW, nhưng CHP chiếm tỉ lệ trên 50% tổng sản lượng điện của quốc gia này. Ngược lại Mỹ có tổng công suất lắp đặt CHP lớn là 76,5 GW, nhưng CHP lại chiếm tỷ lệ rất nhỏ, chỉ cỡ 4,6% tổng sản lượng điện của quốc gia này.

Đa số các công trình CHP đều ở qui mô công nghiệp, chứ không phải là các nhà máy có qui mô nhỏ. Ví dụ ở Mỹ, hơn 85% công suất hiện nay thuộc về những hệ thống có công suất 50MW hoặc lớn hơn.

Các công nghệ CHP

Theo một bài báo gần đây của ông Tom Kerr, thuộc Văn phòng IEA (đăng trên tạp chí Cogeneration & On-Site Power Production, số tháng 9/10 năm 2007), thì khí tự nhiên vẫn còn là nhiên liệu chính cho các ứng dụng CHP, chiếm tới 40% điện năng do CHP phát ra ở các nước EU và 70% ở Mỹ, nhưng than đá, sinh khối và phế thải công nghiệp cũng đang được sử dụng trong nhiều ứng dụng CHP.

Tuy nhiên ưu thế của khí tự nhiên cũng có nghĩa là tuabin khí vẫn là công nghệ chiếm ưu thế. Cụ thể là hiện nay ở các nước EU, công nghệ này chiếm tới 38% công suất phát của CHP, và 67% của công suất lắp đặt ở Mỹ. Với những ứng dụng có qui mô nhỏ hơn, các công nghệ khác đang tỏ ra thực sự hứa hẹn. Ví dụ như pin nhiên liệu, mà hiệu suất đạt tới 90% trong các điều kiện của CHP, và có nhiều khả năng sẽ đóng vai trò quan trọng trong sản xuất điện và nhiệt kết hợp trong tương lai trung hạn tới dài hạn. Mặc dù công nghệ này vẫn còn phải vượt qua rào cản về chi phí, nhưng hiện nay đã có nhiều công ty đang khảo sát thăm dò lĩnh vực này. Cụ thể là công ty Wärtsilä của Phần Lan và Tognum của Đức.

Nhà máy CHP ở Assens (Đan Mạch)

Những công nghệ khác đã qua kiểm nghiệm xem ra sẽ đóng vai trò quan trọng hơn trong tương lai, nhưng một lần nữa vẫn chỉ ở trên qui mô nhỏ, đó là động cơ nhiệt Stirling và các microtuabin, mặc dù vẫn còn có những quan ngại về hiệu quả cũng như các ngăn trở về giá thành.

Những trở ngại đối với công nghệ CHP

Khi CHP tiếp tục hành trình của nó để được chấp nhận như là một công nghệ có thể góp phần quan trọng vào cân bằng nguồn điện của thế giới thì chắc chắn rằng con đường đó sẽ không bằng phẳng. CHP đang phải đối mặt với một số thách thức mà nó cần phải vượt qua trước khi điều đó có thể xảy ra, đa số là liên quan đến vấn đề điều tiết hoặc chính sách hơn là vấn đề công nghệ. Đó là việc hòa vào hệ thống, biểu giá có tính khuyến khích và việc lựa chọn địa điểm và cấp giấy phép. Rõ ràng những chính sách mới về năng lượng cần được đưa vào áp dụng để tạo ra cho CHP một sân chơi bình đẳng với các công nghệ phát điện truyền thống.

Giá khí đốt tăng liên tục cũng ảnh hưởng sâu sắc tới tính kinh tế của CHP. Việc này kết hợp với sự quan tâm ngày một gia tăng tới than đá như là một nguồn nhiên liệu rẻ và sẵn có, có nghĩa là cần phải ưu tiên phát triển công nghệ để CHP có thể phát huy được hết tiềm năng của nó.

Phỏng đoán về tương lai của CHP

Mọi người đều chắc rằng CHP có tiềm năng to lớn để phát triển trong tương lai, và nhờ những tiến bộ kỹ thuật và bằng việc rỡ bỏ một số rào cản chính để CHP được chấp thuận rộng rãi hơn, mức tăng trưởng tiềm năng của nó chắc là sẽ thực hiện được.

Hiện nay chưa có ước tính toàn cầu về tiềm năng của CHP, mặc dù đã có những đề tài nghiên cứu về một số quốc gia và khu vực cụ thể đã được tiến hành. Tuy nhiên, thật khó      để so sánh những nghiên cứu này với nhau do có sự khác nhau về các định nghĩa, phương pháp luận, những giới hạn hệ thống và giả định về công nghệ.

Tuy nhiên, trong bài báo của mình, ông Kerr đã tổng quát hóa và trình bày các phát hiện sau đây. Tiềm năng của CHP tại Mỹ ước tính vào khoảng 48 GW đến 88 GW, nhưng công suất này chỉ bao gồm những hệ thống qui mô lớn. Ở châu Âu, tiềm năng của CHP ước tính đạt gấp đôi công suất lắp đặt CHP hiện nay. Một số nghiên cứu ước tính tiềm năng lớn nhất sẽ đạt 252 GW vào năm 2020, trong đó có khoảng 200 GW sẽ thuộc về EU. Trong khi những nghiên cứu khác ước tính rằng tiềm năng CHP còn lại trong khu vực này xấp xỉ 150 GW, một nửa trong số đó là ở khu vực chế tạo.

Nhà máy CHP Metcalf Energy (bang California, Mỹ)

Đáng tiếc là những nghiên cứu được công bố hiện nay ở các khu vực và các quốc gia khác còn hạn chế và không xác thực. Tuy nhiên, có bằng chứng gián tiếp cho rằng tại những khu vực như là Nam Mỹ (đặc biệt là ở Braxin) và ở các nước châu Á, như Thái Lan chẳng hạn, có nhiều ý kiến lạc quan về tiềm năng trong tương lai của CHP từ sinh khối. Thực vậy, gần đây bộ trưởng năng lượng Thái Lan cho biết là chính phủ đang hăng hái thúc đẩy các dự án CHP thông qua các nhà sản xuất điện độc lập nhỏ.

Kết hợp sản xuất điện và nhiệt năng (CHP) có thể đóng vai trò chủ chốt trong cung cấp năng lượng của thế giới trong tương lai, nhưng điều này còn tùy thuộc vào sự tiến bộ không ngừng về kỹ thuật, cải thiện tính kinh tế và việc ban hành các chính sách mới về năng lượng giúp tạo ra một sân chơi bình đẳng cho CHP. Người ta không mấy hoài nghi rằng việc dỡ bỏ những rào cản đối với việc hòa vào hệ thống và đưa vào biểu giá có tính khuyến khích hơn sẽ giúp mở rộng CHP công nghiệp tại nhiều nơi trên thế giới.


Theo QLNĐ số 3/2008

• Những tiến bộ kỹ thuật trong công nghệ truyền tải điện -06/07/2008
• Một cái nhìn mới về lưới điện thông minh -05/07/2008
• Nguồn năng lượng của tương lai -05/07/2008
• Đo điện trở các nối đất trụ điện đường dây truyền tải -30/06/2008
• Trung Quốc lượm biogas từ rơm -29/06/2008

• TSP1.5 : Sẽ góp phần hoàn thiện hệ thống truyền tải trên không với cấp điện -13/06/2008
• Triển vọng "điện sa mạc" -04/06/2008
• Dự án biến năng lượng gió thành hydro -28/05/2008
• Giới thiệu công nghệ lò điện hạt nhân Trung Quốc -17/05/2008

• Khai thác năng lượng điện từ thủy triều -05/05/2008
• Mười lý do tại sao thế giới cần điện hạt nhân -21/04/2008
• Cơ sở nguyên liệu sử dụng cho quang điện -02/04/2008
• Lưới điện truyền tải hướng tới một trật tự thế giới mới -29/03/2008
• Xác định dòng điện rò ở các lưới điện hầm mỏ -27/03/2008