98
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐI HỌC ĐIỆN LỰC
(ISSN: 1859 - 4557)
NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ SƠ BỘ HIỆU QUẢ ĐỐT KÈM KHÍ LNG VỚI HYDRO CHO NHÀ
Y NHIỆT ĐIỆN KHÍ LNG CÔNG SUẤT ĐIỂN HÌNH 1500MW TẠI VIỆT NAM
STUDY, ANALYSIS, AND PRELIMINARY EVALUATION OF THE EFFECTIVENESS OF CO-FIRING LNG WITH
HYDROGEN FOR A TYPICAL 1500MW LNG-FIRED THERMAL POWER PLANT IN VIETNAM
Đoàn Ngọc Dương, Nguyễn Chiến Thắng, Nguyễn Văn Thạo,Nguyễn Thị Minh, Trương Thị Thu Phương, Văn NamViện Năng lượng, Bộ Công ThươngNgày nhận bài: 11/07/2024, Ngày chấp nhận đăng: 29/08/2024, Phản biện: TS. Trịnh Viết ThiệuTóm tắt: Ti Hội nghị tợng đỉnh về biến đổi khí hậu của Liên Hợp Quốc lần thứ 26 (COP26), Việt Nam đã cam kết sẽ đạt mức phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050. Theo đó, tại Quyết định số 500/QĐ-TTg đến năm 2050, c nmáy sử dụng LNG chuyển dần sang sử dụng hydro, tổng công suất 25.400 MW, sản xuất 129,6-136,7 tkWh, cụ thể: Nhiệt điện ktrong nước chuyển chạy hoàn toàn bằng hydro 7.030 MW; Nhiệt điện LNG đốt kèm hydro 4.500-9.000 MW; Nhiệt điện LNG chuyển chạy hoàn toàn bằng hydro 16.400-20.900 MW. Công nghệ đốt kèm khí/LNG với hydro là một con đường tiềm năng để khử các bon trong các nhà máy nhiệt điện khí/LNG bằng cách thay thế nhiên liệu k/LNG bằng nguồn nhiên liệu hydro xanh kng có phát thải CO2. Ti thời điểm hiện tại, chi phí sản xuất hydro xanh có giá tương đối cao (khoảng 6 - 8 USD/kg), tuy nhiên theo các tổ chức quốc tế dự báo chi phí sản xuất hydro xanh có thể giảm xuống dưới 3 USD/kg vào năm 2030 và dưới 2 USD/kg vào năm 2050. Để đánh giá hiệu quả khi đốt kèm kLNG với hydro xanh, trong bài o này nhóm tác giả đã nghiên cứu, phân tích đánh giá giá bộ hiệu quả đốt kèm kLNG với hydro cho nmáy nhiệt điện công suất điển hình 1500 MW tại Việt Nam cho các kịch bản tỷ lệ trộn giá hydro xanh. Kết quả nghn cứu cho thấy khi giá hydro xanh giảm xuống dưới 3 USD/kg công nghệ tuabin khí đốt kèm hydro được thương mại hóa, khi đốt kèm hydro tỷ lệ đến 100% giá điện có thể chấp nhận được bởi hệ thống điện.Từ khóa: Quy hoạch điện VIII, đốt kèm khí LNG với hydro, nhà máy điện LNG, Năng lượng tái tạo, hydro xanh.Abstract: At the 26th United Nations Climate Change Conference (COP26), Vietnam committed to achieving net-zero emissions by 2050. Accordingly, Decision No. 500/QD oriented that by 2050, LNG-fuelled plants will gradually switch to using hydrogen, with a total capacity of 25,400 MW, producing 129.6-136.7 billion kWh, specically: 7,030 MW of domestic gas power plants will switch to running entirely on hydrogen; 4,500-9,000 MW of LNG power plants will co-re LNG and hydrogen; 16,400-20,900 MW of LNG power plant will switch to running entirely on hydrogen. Domestic gas/LNG and hydrogen co-ring technology is a potential path to decarbonize domestic gas/LNG power plants by replacing domestic gas/LNG fuel with a green hydrogen fuel source without CO2 emissions.
99
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐI HỌC ĐIỆN LỰC
(ISSN: 1859 - 4557)
At the present, the cost of green hydrogen production is relatively high (about 6 - 8 USD/kg). However, according to forecasts of international organizations, the cost of green hydrogen production can be reduced to less than 3 USD/kg in 2030 and less than 2 USD/kg in 2050.To evaluate the eectiveness of co-ring LNG with green hydrogen, in this article the authors have researched, analyzed and evaluated the preliminary eectiveness of co-ring LNG with hydrogen for a typical 1500 MW thermal power plant in Vietnam in some scenarios of green hydrogen price and mixing ratio. Research results show that in the case that the price of green hydrogen falls below 3 USD/kg and gas turbine technology capable of co-ring hydrogen is commercialized, the electricity price when co-ring hydrogen with the ratio up to 100% can be accepted by the power system.Keywords: PDP VIII, Co-ring of LNG with hydrogen, LNG power plant, Renewable energy, green hydrogen.1. ĐT VẤN ĐỀ
TạiHộinghịthượngđỉnhvềbiếnđổikhíhậucủa
LiênHợpQuốclầnthứ26(COP26),ViệtNamđã
camkếtsẽđạtmứcphátthảiròngbằng “0”vào
năm2050.Theođó,ngày15/05/2023,Thủtướng
ChínhphủđãbanhànhQuyếtđịnhsố500/QĐ-TTg
phêduyệtQuyhoạchpháttriểnđiệnlựcquốcgia
thờikỳ2021-2030,tầmnhìnđến2050(QHĐVIII)
[1]vớimụctiêupháttriển:Thựchiệnthànhcông
chuyển đổinăng lượng công bằng: (i) Phát triển
mạnh cácnguồn nglượngtáitạophụcvụsản
xuất điện,đạttỷlệkhoảng30,9-39,2%vàonăm
2030,hướngtớimụctiêutỷlệnănglượngtáitạo
47%vớiđiềukiệncáccamkếttheoTuyênbốchính
trịvềthiếtlậpQuanhệđốitácchuyểnđổinăng
lượngcôngbằngvớiViệtNam(JETP)đượccác
đốitácquốctếthựchiệnđầyđủ,thựcchất.Định
hướngđếnnăm2050tỷlệnănglượngtáitạolên
đến67,5-71,5%;(ii)Kiểmsoátmứcphátthảikhí
nhàkínhtừsảnxuấtđiệnđạtkhoảng204-254triệu
tấnnăm2030vàcònkhoảng27-31triệutấnvào
năm2050.Hướngtớiđạtmứcphátthảiđỉnhkhông
quá170triệutấnvàom2030vớiđiềukiệncác
camkếttheoJETPđượccácđốitácquốctếthực
hiệnđầyđủ,thựcchất.Vớiđịnhhướngpháttriển
mạnhđiệngióngoàikhơikếthợpvớicácloạihình
nănglượngtáitạokhác(điệnmặttrời,điệngiótrên
bờ…)đểsảnxuấtnănglượngmới(hydro,amoniac
xanh…)phụcvụnhucầutrongnướcvàxuấtkhẩu.
Đốivớinguồnnhiệtđiệnkhínóiriêngđểthựchiện
camkếttrên“thựchiệnlộtrìnhchuyểnđổinhiên
liệusanghydrokhicôngnghệđượcthươngmại
NĐT, 30127,
20.02%
NĐKtrongnước
và LNG, 37330,
24.81%
TĐvàTĐTN,
31746, 21.10%
ĐGTB, 21880,
14.54%
ĐGNK, 6000,
3.99%
ĐMT, 12836,
8.53%
ĐSK, 2270,
1.51%
Pinlưutrữ, 300,
0.20%
Điệnđồngphát,
2700, 1.79%
Nguồnđiệnlinh
hoạt, 300, 0.20%
Nhậpkhẩuđiện,
5000, 3.32%
Other, 8300,
5.52%
Hình 1. Cơ cấu nguồn điện Việt Nam dự kiến năm 2030 [1]
100
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
(ISSN: 1859 - 4557)
hóavàgiáthànhphùhợp”.Theocơcấunguồnđiện
củaViệtNamdựkiếnđếnnăm2030nhưHình1,
tổngngsuấtnguồnđiệnkhíthiênnhiêntrong
nước và LNG chiếm khoảng 37.330MW (tương
đương24,81%).
Hình 2. Phát thải CO
2
của các loại hình nguồn điện [3]
Nguồnđiệnkhí(khíthiênnhiêntrongnướcvàkhí
LNG)cóthểcoilànguồnđiệnsạchkhiphátthải
CO
2
(340g/kWh)thấphơnrấtnhiềusovớinguồn
điệnthan(820g/kWh)[3].Tuynhiênphátthảinày
vẫnlàrấtlớn.Đểđạtđượcmụctiêuvàcamkếtđạt
phátthảiròngbằng“0”onăm2050,sẽcórất
nhiềugiảiphápđượcđưara,mộttronggiảipháp
làđốtmkhíthiênnhiên/LNGvớihydro.Khiđốt
kèmhydro,tỷlệphátthảiCO
2
sẽgiảmkhitỷlệđốt
kèmhydrotăng,vớimứcgiảmphátthảiCO
2
tỷlệ
thuậnkhităngtỷlệđốtkèmhydronhưHình3.
Hình 3. Mối liên hệ tỷ lệ giảm phát thải CO
2
với tỷ lệ đốt kèm hydro với khí thiên nhiên/LNG [4]
TheoQuyếtđịnh500/QĐ-TTg[1],đếnnăm2050,
các nhà máy sử dụng LNG chuyển dần sang sử
dụnghydro,tổngcôngsuất25.400MW,sảnxuất
129,6-136,7tỷkWh,cụthể:Nhiệtđiệnkhítrong
nước chuyển chạy hoàn toàn bằng hydro 7.030
MW;NhiệtđiệnLNGđốtkèmhydro4.500-9.000
MW;NhiệtđiệnLNGchuyểnchạyhoàntoànbằng
hydro16.400-20.900MW.CơcấunguồnđiệnViệt
Namđếnnăm2050nhưHình4.
ĐGTB,
60050,
12.53%
ĐGNK,
70000,
14.61%
ĐMT, 168594,
35.18%
ĐSK, 6015,
1.26%
Thủyđiện,
36016, 7.52%
Nguồnđiệnlưutrữ
, 30650, 6.40%
Đồngphát, 4500,
0.94%
NĐthansửdụng
sinhkhốivà
amoniac, 25632,
5.35%
NĐkhí, 7900,
1.65%
NĐkhíchuyển
sang
Hydrogen,
7030
,
1.47%
NĐLNGđốtkèm
hydro , 4500,
0.94%
NĐLNGchuyển
sang hydro, 16400,
3.42%
Nguồnđiện
linhhoạt,
30900, 6.45%
Nhậpkhẩu
điện, 11042,
2.30%
Other, 69872,
14.58%
Hình 4. Cơ cấu nguồn điện Việt Nam dự kiến năm 2050 [1]
101
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐI HỌC ĐIỆN LỰC
(ISSN: 1859 - 4557)
Vềcôngnghệtuabinkhíđốtmhydro:Siemens
cóloạituabinkhíHL-classcóthểđốtmtới30%
hydro,dựkiếnpttriểnloạituabinHL-classycó
thểđốt100%hydrovàonăm2030[7]GEcóhơn30
tuabinkhíkhảngđốtmítnhất50%hydro,
GEđangtiếptụcnghiêncứupttriểntuabinkhí
loạiHAcókhảnăngđốtmhydrovớitỷlệlên
đến100%[5],[6].MHPScũngcóloạituabinekhí
cóthểđốtkèm30%hydrovàdựkiếnpháttriển
loại tuabin khí có thể đốt 100% hydro sẵn sằng
vàonăm2025[8],[9].TheođánhgiácủaIEAdựa
trên11cấpđộsẵnsàng,côngnghệtuabinkhíđốt
kèmhydrođượcđánhgiáởcấpđộthứ8–Quymô
thươngmạiđầutiên[10].
Nhưvậycóthểnóirằngđốtkèmhydrotrongcác
nhà máy điện khí thiên nhiên/LNG một giải
pháp phù hợp để giảm phát thải CO
2
, và công
nghệđốtkèmhydrocủacáchãngtuabinkhícũng
đãdầnsẵnsàngvàthươngmạihóa.Tuynhiênđể
đánhgiánhhiệuquảvềmặtkinhtế,giáthành
sản xuất điện, nhóm nghiên cứu đã thực hiện
“Nghiêncứu,phântích,đánhgiásơbộhiệuquả
đốtkèmkhí LNGvớihydrochonhàmáynhiệt
điệnkhíLNGcôngsuấtđiểnhình1.500MWtại
ViệtNam”.
2. NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÁC KỊCH BẢN ĐỐT KÈM HYDRO XANH
Nhómnghiêncứutiếnhànhnghiêncứu,tínhtoán
vàđánhgiáhiệuquảđốtkèmkhíhydroxanhvới
LNGchocáckịchbảnnhưsau:Kịchbản1(KB1)
tỷlệđốtkèm20%,kịchbản2(KB2)tỷlệđốtkèm
30%,kịchbản3(KB3)tỷlệđốtm50%,kịch
bản4(KB4)tỷlệđốtkèm80%,kịchbản5(KB5)
tỷlệđốtkèm100%(tỷlệđốtkèmtínhtheonhiệt
trị). Trong các tính toán với các kịch bản trên,
nhómnghiêncứugiảđịnhcácthôngsốđầuvào
nhưsau:
ợngkhôngkhícấpchotuabinkhí:
Quátrìnhcháynhiênliệulàquátrìnhphảnứnghoá
họcgiữacácnguyêntốhoáhọcvớioxyvàphátra
mộtlượngnhiệtlớn.Khiđốtnhiênliệukhíthìcác
chấtcháytrongnhiênliệucũngtiếnhànhoxyhoá
theocácphảnứnghoáhọc,phươngtrìnhnhưsau:
2 2
2 2 2
( 3, 76 )
4
3,76
2 4
n m
m
C H n O N
m m
nCO H O n N
+ + +
= + + +
(1)
Thểtíchkhôngkhílýthuyếtcầnthiếtđểcháy1
m
3
tc
nhiênliệukhí:
[
2 4
2 2
0,0476 0,5 0,5 2
3 3
1,5 ,
4
o
n m
V CO H CH
m
H S n C H O m m
tc tc
= × + + +
+ + +
(2)
Dựatrênđặctínhnhiênliệukhívàcáctỉlệđốt
kèmhydrokếtquảlượngkhôngkhílýthuyếtcần
đểđốtcháy1m
3
nhiênliệuchoquátrìnhcháytheo
bảngphíadưới.
Bảng 1. Lượng không khí lý thuyết khi đốt kèm hydroTT Tỉlệđốtkèm Đơnvị Giátrị
1 Tỉlệđốtkèm
hydro0%
m
khôngkhí/
m
3
nhiênliệu
10,39
2 Tỉlệđốtkèm
hydro20%
m
3
khôngkhí/
m
3
nhiênliệu
8,79
3 Tỉlệđốtkèm
hydro30%
m
3
khôngkhí/
m
3
nhiênliệu
7,99
4 Tỉlệđốtkèm
hydro50%
m
3
khôngkhí/
m
3
nhiênliệu
6,39
5 Tỉlệđốtkèm
hydro100%
m
3
khôngkhí/
m
3
nhiênliệu
2,38
102
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
(ISSN: 1859 - 4557)
Từkếtquảtrêncóthểnhậnthấykhităngtỉlệđốt
kèmthìlượngkhôngkhíyêucầucấpchotuabin
khísẽcóxuhướnggiảm.
Giáthiếtbị:
Lắpmớivàcảitạohệthống:Theothôngtintừcác
nhàcungcấpthiếtbị,khithựchiệnđốtkèmhydro
cácnhàmáycóthểcầnlắpđặtmới,cảitạocáchệ
thống,thiếtbịnhưsau:Hệthốngnhập,tồnchứa
hydro, hệ thống cung cấp hydro; Bộ điều khiển
hòatrộnkhiđốtkèm;Hệthốngđiềukhiểnhòatrộn
hydro;Cảitạovòiđốt,buồngđốttùytheotỉlệđốt
kèm; Hệthống khử NO
x
; Các hệ thống, thiết bị
liênquankhác(antoàn,phòngcháychữacháy…),
ướctínhchiphílắpmớivàcảitạokhiđốtkèm
hydrotheocáctỷlệnhưđềcậpởtrên.
Do đó, giá thiết bị tăng thêm khi đốt kèm tỷ lệ
hydro[16]đượcgiảđịnhnhưsau:Đốtmđến
50%hydro,giáthiếtbịgóithầuEPCtăngthêm
+10%;Đốtkèmđến80%hydro,giáthiếtbịgói
thầu EPC tăng thêm +15%; Đốt kèmđến 100%
hydro,giáthiếtbịgóithầuEPCtăngthêm+20%.
Giánhiênliệu:
+GiákhíLNG:TheodựbáogiáLNGtrongđềán
QHĐVIII[13],giáLNGtínhtrungnhchonhàmáy
điệngiaiđon2021-2050là11,8USD/triệuBtu.
+Giáhydro:
Theodựbáo,chiphísảnxuấthydroxanhcóthể
giảm xuống dưới3,0 USD/kg vào năm2030 và
dưới2,0USD/kgvàonăm2050.
Hình 5. Dự báo giá hydro xanh [11]
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
45.00
KB1 KB2 KB3 KB4 KB5
GiáthànhSXđiệntheocáckịchbảnđốtkèmH2vớiLNG
(UScent/kWh)
GiáH2là2USD/tấn GiáH2là3USD/tấn GiáH2là5USD/tấn GiáH2là8USD/tấn
Hình 6. Chi phí sản xuất điện theo các kịch bản đốt kèm hydro với LNG