Siêu tư duy thế hệ mới: Hy vọng chuyển mình của ngành nhiệt điện than

23

Nhà máy điện than Ostroleka C, hiện đang được thi công tại Ba Lan, có khả năng trở thành nhà máy nhiệt điện chạy bằng than cuối cùng được xây dựng tại các nước thuộc khối liên minh châu u EU. Nhưng điều này hoàn toàn không đồng nghĩa với việc công nghệ nhiệt điện than không còn hy vọng trong tương lai.

Nhà máy được xây dựng tại miền bắc Warsaw không chỉ sạch hơn mà còn mang lại hiệu suất cao hơn nhiều so với quy trình xử lý than kiểu cũ. Đây trở thành một bước tiến thông minh để hỗ trợ quá trình chuyển tiếp năng lượng của Ba Lan, cùng với điện năng lượng mặt trời và điện gió. Điều này giải thích tại sao các nhà máy nhiệt điện vẫn chiếm một tỉ trọng lớn trong địa hình năng lượng thế giới chứ không đi theo lối mòn của các nhà máy kiểu cũ.

“Nhà máy nhiệt điện than ngày nay không hề giống với nhà máy nhiệt điện than 15 năm trước.” Michael Keroulle, giám đốc thương mại tại GE’s Steam Power, đơn vị thi công Ostroleka C cho biết. “Nhà máy đảm bảo hiệu suất và độ linh hoạt cao. Nhà máy nhiệt điện kiểu mới chỉ xả ra một lượng khí thải tương đương với nhà máy xử lý khí. Nếu mọi người không có thành kiến dữ dội đối với than đá, chúng ta đã có thể tận dụng chúng một cách triệt để.”

Khi nhà máy trị giá 6 tỷ zloty (tương đương khoảng 1.5 tỷ USD) này đi vào hoạt động từ năm 2023, công suất 1000-megawatt của nó sẽ được cung cấp tới 300.000 hộ dân. Để đạt được những con số ấn tượng đó, nhà máy đưa vào sử dụng một công nghệ mới với các thiết bị siêu giới hạn, bao gồm nồi hơi và tuabin hơi nước, giúp tăng hiệu suất lên tới 1/3 so với các nhà máy nhiệt than trung bình, cụ thể là trong khoảng 33-46%.

Từ những năm 1980, các kỹ sư đã dành hàng thập kỷ nghiên cứu về phản ứng của hơi nước và kim loại dưới điều kiện áp suất lớn và nhiệt độ cao. Khi đó, hơi nước trở thành chất lưu siêu giới hạn, phản ứng song song như một chất lỏng và một chất khí, làm tuabin quay với một hiệu suất đáng kinh ngạc.

Hiện nay, những nồi hơi và tuabin mới nhất của GE Steam Power được làm từ hợp kim thép đặc biệt cho phép các kỹ sư làm nóng hơi nước tới 600 độ C và nén chúng với áp suất hơn 300 bars, hay 4350 pounds/inch2 – sức nặng tương đương với lực của một viên đạn va vào miếng kim loại đặc.

Những công nghệ kỹ thuật tiên tiến nói trên cho phép quá trình chuyển đổi từ năng lượng nhiệt thành điện và vận hành nhà máy tạo ra công suất nhiều hơn 20% công suất ròng trong ngành nhiệt điện than – con số đủ nói lên độ hiệu quả của nhà máy này.

GE gần đây đã xây dựng một nhà máy điện siêu giới hạn ở Malaysia. Tua bin hơi nước mới nhất của GE Steam Power (trên hình) sử dụng các hợp kim và thiết kế thép đặc biệt cho phép các kỹ sư làm nóng hơi nước tới 600 độ C và ép nó trên 300 bar, tương đương 4.350 pound mỗi inch vuông – gần bằng lực của một viên đạn bắn lên mảnh kim loại rắn. Ảnh: GE Steam Power.

Vào năm 2015, nhà máy RDK8 tại Karlsruhe, Đức – đã được trang bị công nghệ GE – đạt kỷ lục thế giới với 47% hiệu suất nhiệt ròng với tổng sản lượng 912 megawatts điện. Kết nối các nhà máy với hệ thống nhiệt hơi nước tại khu dân cư có thể nâng hiệu suất hoạt động lên tới 60%, gần như bằng kỷ lục thế giới cho nhà máy nhiệt điện chạy bằng khí (một dấu mốc quan trọng, đạt được bởi các thiết bị từ GE, đạt 62.22%).

Bên cạnh những sự tự hào đó, hiệu suất lớn đồng nghĩa với ít nhiên liệu và ít khí thải hơn. Hiệu suất của Ostroleka C được kỳ vọng sẽ vươn tới mức 46% – con số cao nhất có thể tại Phần Lan, do những đặc điểm về than địa phương và một trong những con số cao nhất tại Liên minh châu u. Điều này sẽ cho phép nhà máy giảm thiểu lượng khí thải carbon dioxide đến mức 26% trên một megawatt được sản xuất ra, so với trung bình thế giới. Nhà máy điện cũng sẽ sử dụng công nghệ kiểm soát khí thải mới nhất để loại bỏ lưu huỳnh, nitrogen oxide và bụi bẩn, đáp ứng những tiêu chuẩn hà khắc của EU.

Trên thực tế, có một sự khác biệt rõ ràng về đẳng cấp giữa nồi hơi và ống khói. Bên cạnh đảm bảo an ninh năng lượng cho một đất nước giàu khoáng sản và hiếm khí tự nhiên như Phần Lan, nhà máy cũng đảm bảo độ nhanh – hoặc linh hoạt – đủ để thích ứng với sự thay đổi trong cung cấp điện mà các cánh đồng điện gió và mặt trời tạo ra. Năng lượng điện than có thể thay thế khi gió lặng hoặc không có ánh nắng mặt trời và hỗ trợ những nhà sản xuất như Energa và Enea, mang tới nhiều năng lượng tái sinh hơn cho mạng lưới điện.

Bởi vì thiết kế của GE cho phép các bộ tiến hành (máy móc) đạt tốc độ tối đa (hoặc nạp, theo cách nói công nghiệp) trong ít hơn 30 phút, do đó có thể tăng trong khi năng lượng từ các cánh đồng tuabin gió giảm. Keroulle cho biết, nhà máy có đủ sức chứa để hỗ trợ 330 turbine gió hoặc 20000 tấm pin năng lượng mặt trời.

“Chúng tôi đã dùng các thiết bị cỡ đại để có thể ngăn sự thất thoát nhiệt, dùng lượng nhiệt đó để phục vụ quá trình tái phản ứng nhanh hơn các nhà máy điện nền điển hình,” ông cho biết.

Nhà máy cũng sẽ sử dụng phần mềm và các phép phân tích nhằm tạo ra năng lượng lớn nhất có thể trên mỗi đơn vị than. Ví dụ, tuabin hơi nước nở ra và co lại theo cường độ từng phút một khi nhiệt độ tăng hay giảm. Trước đây, các kỹ sư dùng biểu đồ được xây dựng dựa trên số liệu cũ để tiến hành quá trình làm nóng, làm lạnh và tránh rủi ro kỹ thuật. “Ngày nay, chúng tôi sử dụng dữ liệu thời gian thực để đạt được áp suất lớn nhất có thể mà không gặp nguy hiểm” -Keroulle cho biết.

Thậm chí, kể cả nếu Ostroleka C có trở thành nhà máy nhiệt điện than cuối cùng tại Ba Lan, GE vẫn tìm thấy những thị trường tiềm năng tại Trung Đông, châu Á, châu Phi cũng như châu u, nơi có nguồn tài nguyên than đá dồi dào nhưng thường xuyên phải nhập khẩu khí gas từ nước ngoài. Công ty cũng đang xây dựng một dự án tương tự tại Ba Lan, một nhà máy điện 1800 megawatt tại Opole sẽ hòa vào lưới điện quốc gia trong tháng này. Đồng thời, GE cũng hoàn thành một nhà máy giới hạn tại gần Cộng hòa Czech. Xa hơn về phía Đông, GE đang bắt đầu thi công và đang chọn một nhà máy tại các Tiểu Vương quốc Ả Rập Thống Nhất, Pakistan, Malaysia và Ai Cập.

“Đó sẽ là một động lực rất lớn nhằm tạo ra sự đa dạng năng lượng ở vùng Trung Đông” Keroulle chia sẻ. “Dubai, cũng như nhiều địa điểm khác trong khu vực, hoàn toàn phụ thuộc vào việc nhập khẩu gas từ các nước láng giềng. Khi chúng tôi giải thích cho họ về những lợi ích của thế hệ than hiện đại, họ rất thích điều đó.”

Năm 2015, nhà máy RDK8 ở Karlsruhe, Đức – được trang bị công nghệ GE – đã đạt kỷ lục thế giới với hiệu suất nhiệt ròng 47,5% khi sản xuất 912 megawatt điện. Nhà máy được kết nối với hệ thống sưởi ấm bằng hơi nước của thị trấn có thể tăng hiệu suất nhiên liệu lên 60%, gần bằng kỷ lục thế giới đối với nhà máy chu trình hỗn hợp chạy bằng khí. Ảnh: GE Steam Power.

BÌNH LUẬN CỦA BẠN