Ảnh: BigStock, Marina1408

Gần đây, một nhóm từ Đại học Colorado (Boulder) đã phân tích các trạm điện trên thế giới và tuyên bố rằng chỉ 5% trạm sử dụng nhiên liệu hóa thạch trên thế giới có thể chịu trách nhiệm cho 73% tổng lượng khí thải đến từ ngành điện (Grant và những người khác, 2021). Bài báo "Giảm phát thải CO2 bằng cách nhắm mục tiêu vào các nhà máy điện siêu ô nhiễm trên thế giới" đã xác định vị trí của một số nhà máy phát thải KNK cố định lớn nhất trong ngành điện.
Trong bài báo, có rất nhiều phương pháp thống kê và tài liệu tham khảo, nhưng một trong những mục chính là danh sách mười nhà phát thải hàng đầu trên thế giới. Không có gì ngạc nhiên khi danh sách ngắn lại có các nhà máy nhiệt điện than cực lớn. Tuy nhiên, điều bất ngờ đã xảy ra khi sáu trong số mười nhà máy trong danh sách là nhà máy siêu tới hạn (SC) và siêu tới hạn (USC) hiệu suất cao hơn. Hầu hết cũng được trang bị một bộ kiểm soát chất ô nhiễm để giảm hoặc gần như loại bỏ việc giải phóng các chất dạng hạt (bụi), SOx và NOx. Nếu không có sự rõ ràng về các giả định riêng lẻ được sử dụng cho từng nhà máy, rất khó để đánh giá độ chính xác của các tính toán, đặc biệt là khi hiệu suất sử dụng trung bình của các nhà máy sử dụng nhiên liệu hóa thạch trên toàn thế giới thấp hơn đáng kể điều kiện thiết kế lý tưởng của chúng.

Do đó, rất đáng để khám phá một số câu hỏi được đưa ra bởi bài báo Colorado: rất ít nhà máy có thể tạo ra một tỷ lệ lớn khí thải như vậy không? Và có cách nào khác để cắt giảm đáng kể lượng phát thải KNK từ nhóm sử dụng nhiên liệu hóa thạch mà không yêu cầu đóng cửa ngay lập tức các nhà máy điện này không?

Danh pháp quan trọng ở đây, khi Grant và những người khác (2021) đếm số lượng nhà máy, trong khi có lẽ cách tiếp cận hợp lý hơn sẽ là xem xét công suất megawatt (MW). Điều này là do một nhà máy có thể bao gồm nhiều tổ máy riêng biệt có công suất MW khác nhau được xây dựng bằng các công nghệ khác nhau và chạy với cường độ CO2 khác nhau. Điều này đặc biệt đúng với một số loài thực vật lớn được liệt kê.

Một đánh giá thay thế về cơ sở dữ liệu S&P World Electric Power Plant (WEPP) mới nhất năm 2021 của ICSC cho thấy rằng “danh sách 5%” các nhà máy phát thải lớn nhất của chính họ có thể chiếm 50-60% công suất phát điện hóa thạch khi được chuyển đổi sang phát điện MWe được lắp đặt sức chứa. Tương tự, “danh sách 5%” chiếm tỷ lệ phát thải gần như tương tự. Những nhà máy lớn này có thể đang chạy với tải cao hơn những nhà máy nhỏ hơn, nhưng cung cấp nhiều điện năng hiệu quả hơn. Ngoài ra, các nhà máy có thể hoạt động linh hoạt để cân bằng giữa đỉnh và đáy của điện năng được tạo ra từ năng lượng tái tạo biến đổi, cụ thể là gió và mặt trời.

Tại Ấn Độ, các nhà máy lớn nhất có xu hướng hoạt động với hệ số phụ tải nhà máy (PLF) từ 90% trở lên, tuy nhiên mức trung bình trên toàn quốc đã giảm xuống khoảng 50%. Sasan UMPP được liệt kê là một trong những “kẻ gây ô nhiễm” lớn, nhưng trước khi tìm cách đóng cửa nhà máy này, hãy cân nhắc rằng nó phục vụ bảy bang ở Ấn Độ với khả năng tiếp cận 17 triệu người. Các lựa chọn thay thế ngay lập tức là gì? Việc vận hành một nhà máy ở quy mô này là rất quan trọng để cung cấp khả năng tiếp cận nguồn điện tốt hơn, tiếp cận tốt hơn với nguồn cung cấp nước sạch, hệ thống chiếu sáng đường phố, v.v.

Các nhà máy của Nhật Bản được xác định trong 'danh sách 5%' gây ngạc nhiên vì Nhật Bản đã vận hành đội tàu than hiệu quả nhất trên thế giới trong nhiều năm. Tuy nhiên, 3 trong số 5 đơn vị tại Hekinan đều có tuổi đời khoảng 30 năm nên gần hết thời gian hoạt động. Các nhà máy nhiên liệu hóa thạch của Nhật Bản, đặc biệt là than, chịu trách nhiệm về an ninh năng lượng ở Nhật Bản sau sự mất mát của các nhà máy điện hạt nhân kể từ năm 2011. Ngày nay, sản lượng hạt nhân thấp hơn 80% so với mức được thấy ngay trước sự cố Fukushima. Vì vậy, một số nhà máy nhiệt điện than có thể đang hoạt động với tải cao để lấp đầy khoảng trống này - minh họa vai trò chiến lược của các nhà máy điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch.

Trong giai đoạn 2018-19, các nhà máy than trên toàn thế giới hoạt động với hiệu suất sử dụng trung bình chỉ 53%, chỉ vượt qua địa nhiệt và điện hạt nhân. Các nhà máy điện chạy bằng khí chiếm 47% và dầu là 21%. Các mức này đã được nhìn thấy ở hầu hết mọi khu vực, bao gồm cả Châu Âu và Bắc Mỹ (ước tính của ICSC dựa trên IEA WEO 2020). Điều này tiết lộ thêm một chút về lý do tại sao và lượng khí thải lớn dường như đến từ tương đối ít nhà máy than. Là một loại hàng hóa, giá than quốc tế có xu hướng dao động ở biên độ thấp hơn nhiều so với khí đốt và dầu, và do đó, các quốc gia phụ thuộc vào nhập khẩu nhiên liệu có an ninh năng lượng cao hơn với hỗn hợp nhiên liệu rộng hơn, thay vì chỉ phụ thuộc vào một số ít biến động.

Tỷ lệ phát thải cao hơn từ các nhà máy điện than lớn có tải vận hành cao hơn là hợp lý so với các nhà máy điện than quy mô nhỏ hơn chạy với tải thấp hơn và các nhiên liệu hóa thạch khác. Có hàng ngàn cây trong phần còn lại của hạm đội không xuất hiện trong "danh sách 5%". Trong số này, khí có thể chiếm 50-60% công suất, còn than chiếm 3

0% và dầu ở mức 10 - 20%. Trong tương lai, các nhà máy khí có thể đóng vai trò lớn hơn khi các quốc gia tìm cách thu hẹp quy mô sản xuất điện từ than trong khi các nhà máy than chuyển sang vai trò linh hoạt hơn để bổ sung nguồn năng lượng tái tạo có thể thay đổi được.

Một số nhà máy lớn ở Châu Á là những nhà máy phát điện lớn - nhưng cũng hiện đại và hiệu quả hơn bất cứ thứ gì được thấy ở Châu Âu hoặc Bắc Mỹ

Việc tính toán lượng phát thải CO2 từ ngành điện cũng đòi hỏi các giả định chính xác về mức tiêu thụ nhiên liệu cấp đơn vị, sản lượng điện, suất nhiệt của nhà máy (hiệu suất) và hệ số phát thải CO2 đối với các công nghệ khác nhau. Đây không phải là nhiệm vụ dễ dàng do sự thiếu hụt dữ liệu hiệu suất toàn diện cho các nhà máy điện trên thế giới.

Chúng tôi có thể ước tính lượng phát thải tổng thể của đội xe sử dụng nhiên liệu hóa thạch trên thế giới dựa trên các hồ sơ trước đây về mức tiêu thụ nhiên liệu và sản lượng điện. Theo ước tính của ICSC, trong năm 2018, đội tàu than toàn cầu đạt hiệu suất trung bình 34,9% (LHV ròng), sản phẩm dầu đạt trung bình 36,2% và khí đốt là 43,1%. Mức trung bình toàn cầu đối với các nhà máy khí không đạt hiệu suất 60% (thuần) như mong đợi của các tuabin khí chu trình hỗn hợp mới nhất (CCGT) do một nửa đội xe khí trên thế giới là tuabin khí chu trình đơn hoặc hở (GT) hoặc động cơ đốt trong ( Vi mạch). Tương tự, các nhà máy than trung bình hoạt động dưới mức tiềm năng kỹ thuật hiện tại với hiệu suất> 49% (thuần).

Tuy nhiên, hiệu quả của đội tàu điện than đang tăng lên một cách ổn định. Kể từ năm 2000, hiệu suất đội tàu than của Trung Quốc đã tăng từ 32% lên 39% vào năm 2018. Với quy mô của đội tàu điện than ở Trung Quốc, thành tích này rất ấn tượng. Mức tăng hiệu quả cũng đã được nhìn thấy ở Ba Lan, Ấn Độ và Đức, trong khi đội tàu già ở các nước như Anh tiếp tục giảm cả về hiệu quả và sản lượng.

Trong những năm gần đây, việc xây dựng các nhà máy than hiệu quả lớn ở Trung Quốc đã thay thế một số lượng lớn các nhà máy già cỗi, nhỏ và gây ô nhiễm cao. Chiến lược này đã giúp giảm một nửa cường độ carbon của Trung Quốc từ 1,2 kgCO2 / US $ năm 2005 xuống 0,7 kg CO2 / US $ vào năm 2018. Trong vòng 15 năm qua, Trung Quốc đã xây dựng đội tàu than lớn nhất thế giới sử dụng một số tổ máy phát điện lớn nhất, mỗi tổ máy vượt quá 1000 MW. Hầu hết tất cả các đơn vị lớn này là SC hoặc USC. Không có đơn vị mới nào ở quy mô này sử dụng công nghệ cận tới hạn ở bất kỳ đâu trên thế giới. Vì vậy, có vẻ hơi phản trực giác rằng các trạm lớn nên được dán nhãn là 'người gây ô nhiễm' khi các nhà máy hiệu suất cao này được trang bị một số hệ thống kiểm soát khí thải mới nhất. Tiêu chuẩn khí thải của Trung Quốc đối với các nhà máy than vượt xa những tiêu chuẩn được thấy ở nhiều nơi ở Châu Âu. Các thiết bị lớn, hiện đại này thải ra ít CO2 hơn và sử dụng ít nhiên liệu hơn cho mỗi kWh, do đó giảm lượng khí thải và sử dụng tài nguyên cho cùng một lượng sản lượng điện. Vì vậy, có lẽ mục tiêu cải thiện chất lượng không khí địa phương và phát thải KNK từ nhiều nhà máy nhỏ hơn không nên bị bỏ qua với cái giá phải trả là các nhà máy lớn hơn, sạch hơn?

Các con đường thay thế cho các nhà máy sử dụng nhiên liệu hóa thạch
Nếu phần lớn vấn đề phát thải CO2 nằm ở các nhà máy điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch, thì có lẽ, giải pháp cũng vậy. Grant và những người khác (2021) đưa ra các giải pháp thực tế để tránh đóng cửa vội vàng và thay thế tiềm năng tốn kém của các tài sản tạo ra lớn như vậy. Những thay đổi này có thể và sẽ xảy ra rất nhanh chóng. Chúng bao gồm:

nâng cao hiệu suất hoạt động của các nhà máy để giảm 25% lượng khí thải CO2;
và trang bị thêm khả năng thu giữ và lưu trữ các-bon (CCS) để giảm gần 50% khí nhà kính (Grant và các tổ chức khác, 2021).
Ở điểm đầu tiên, có thể giảm 25% CO2 bằng cách thay thế một đơn vị tới hạn phát ra 1100 gCO2 / kWh (hiệu suất ròng 35%) bằng một đơn vị USC, phát ra gần 800 gCO2 / kWh (> 44% hiệu suất ròng) . Các đơn vị riêng lẻ cũng có thể được nâng cấp lên các phạm vi khác nhau để cải thiện hiệu quả. Các nhà máy cận tới hạn hiện có có thể được sửa đổi; ví dụ như việc trang bị thêm tuabin hơi nước có thể đạt được 5% điểm tăng hiệu suất, điều này có nghĩa là giảm lượng khí thải từ 10-20% tùy thuộc vào hiệu suất của tổ máy ban đầu. Hiệu suất của các nhà máy SC và USC hiện có hoạt động ở mức khoảng 44% (ròng) cũng có thể được cải thiện bằng nhiều cách khác nhau để đạt hiệu suất lên đến 49%. Ở Tây và Trung Âu, hầu hết các nhà máy than có thể sẽ đóng cửa trong vòng mười lăm năm tới, nhưng đối với phần còn lại của thế giới, và đặc biệt là ở châu Á. cơ hội để đẩy hiệu suất của các nhà máy than lên gần 50% (net) là có sẵn ở những nơi có đội tàu nhỏ hơn.

Một trong những kết quả quan trọng nhất từ ​​Grant và các tổ chức khác (năm 2021) là nhu cầu về CCS, mà họ ước tính có thể giảm lượng phát thải ước tính khoảng 50% từ các nhà máy than. Nguồn gốc của 50% được trích dẫn bởi Grant và những người khác (năm 2021) là không rõ ràng, nhưng nó có vẻ rất thận trọng. Trên cơ sở đơn vị, về mặt lý thuyết, CCS có thể cắt giảm hơn 90% lượng khí thải CO2, thậm chí còn chiếm thêm năng lượng cần thiết để vận hành hệ thống thu giữ CO2. CCS đã được chứng minh ở các nhà máy than ở Bắc Mỹ và động lực đang tập trung ở châu Âu để tạo ra các trung tâm thu CO2 từ các cụm nguồn điểm. Tuy nhiên, đến nay CCS mới chỉ được trang bị trên các đơn vị nhiệt điện than nhỏ ở Bắc Mỹ 

120-240MW mỗi dự án thu được 1,0-1,6 MtCO2 / năm. Mở rộng quy mô CCS lên đến các nhà máy lớn sẽ tạo ra cơ hội kinh doanh lớn để khử cacbon và đảm bảo năng lượng sạch hơn trên toàn thế giới. Do đó, các khuyến khích về tài chính và quy định để thu giữ và lưu trữ CO2 vĩnh viễn nên được các nhà hoạch định chính sách tạo điều kiện thuận lợi như một phần của việc tạo ra một lộ trình đáng tin cậy để đạt được mức phát thải ròng bằng không.

Grant và những người khác (2021) đã thực hiện một số công việc quan trọng để thu hút sự chú ý vào vấn đề và cung cấp một cái nhìn sâu sắc mới về những gì cần phải thực hiện khẩn cấp, nhưng điều bắt buộc là thông điệp không được diễn giải một cách đơn giản. Các nhà hoạch định chính sách nên thận trọng với việc nhắm mục tiêu đóng cửa một số ít nhà máy, trên thực tế, bao gồm một lượng đáng kể công suất phát điện hiện đại và hiệu quả cao, cung cấp cho hàng triệu người nguồn điện đáng tin cậy và giá cả phải chăng. Đầu tư vào các giải pháp khử cacbon cho các trạm nhiên liệu hóa thạch hiện có là một phần của con đường thận trọng và hiệu quả để đáp ứng các mục tiêu khí hậu mà không làm ảnh hưởng đến giá trị chiến lược mà các tài sản tạo nhiệt lớn mang lại.

1 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ac13f1

2 Kết quả sẽ khác với Grant và các cơ quan khác (2021) do sự khác nhau trong các giả định, ví dụ như trong năm 2018, hiệu suất điện trung bình trên thế giới đối với các nhà máy than là 34,9% (ròng), 36,2% (ròng) đối với dầu và 43,1% đối với cả dung tích khí CCGT và không CCGT; sử dụng cho đội tàu thế giới là 53,1% than; 46,7% khí; 21,4% dầu