Theo truyền thống, tính năng tốt nhất trong lĩnh vực sản xuất điện xưa nay vẫn đồng nghĩa với việc nhà máy điện có độ khả dụng cao. Ngành điện đã áp dụng thành công phương pháp định chuẩn hoặc các phương pháp so sánh khác để nhận biết những chỗ khiếm khuyết và nâng cao kết quả hoạt động chung của toàn ngành. Với việc phi điều tiết ngành điện và sản lượng của các nhà sản xuất điện độc lập ngày càng gia tăng, thì độ khả dụng nhiều khi được xét ở góc độ thương mại hơn là ở góc độ tính năng tuyệt đối: Làm thế nào để đảm bảo nhà máy điện sẵn sàng hoạt động khi điện năng nhà máy sản xuất ra có nhiều khả năng sẽ được tung lên lưới (để thu được tiền). Điều này dẫn tới việc tạo ra hệ đo mới (thường gọi là hệ đo độ khả dụng thương mại) được dùng khi đánh giá tính năng tốt nhất đích thực.
Có nhiều khả năng là việc đo tính năng tốt nhất sẽ trở nên ngày càng phức tạp hơn nếu như hiệu suất năng lượng trở thành mục tiêu hàng đầu và suất phát thải CO2 trở thành thước đo rõ nét hơn của tính năng. Tuy nhiên, việc áp dụng hệ đo hiệu suất không phải không gặp những thách thức. Trên thực tế, việc áp dụng hệ đo hiệu suất cũng có nhiều điểm tương đồng với hệ đo độ khả dụng thương mại, cụ thể như thiếu dữ liệu thích hợp, mỗi thị trường và mỗi bên tham gia lại có các thước đo và “giá trị” kinh tế khác nhau. Vì vậy, cơ hội để nâng cao hiệu suất của nhà máy điện hiện có có đảm bảo được trọng tâm của ngành điện hay không? Và nếu vậy thì làm thế nào để phối hợp tốt nhất xu thế của ngành công nghiệp quy mô lớn này để có thể tận dụng được cơ hội đó?
Liệu có một cơ hội nào không?
Để đánh giá cơ hội đó, Phòng thí nghiệm Công nghệ Năng lượng Quốc gia (National Energy Technology Laboratory - NETL) đã tiến hành nghiên cứu và đánh giá mức độ tiềm năng của các tổ máy phát điện ở Mỹ. Theo ước tính của NETL thì Mỹ có thể cắt giảm phát thải khí nhà kính hằng năm cỡ 150 triệu tấn CO2 bằng cách nâng tính năng hoạt động của toàn bộ các nhà máy điện lên bằng mức của các nhà máy có tính năng cao nhất. Năm 2007, 10% công suất nhiệt điện than ở Mỹ hoạt động với hiệu suất trung bình là 37,9%, cao hơn đáng kể so với mức hiệu suất trung bình trong toàn ngành là 32,5%. Hiệu suất theo định nghĩa là bằng điện năng có ích (điện năng phát ra trên thanh cái) chia cho năng lượng đầu vào (nhiệt lượng có trong than đầu vào).
Ngoài ra, nếu việc nâng cao hiệu suất tương ứng có thể đạt được trên toàn thế giới thì có thể cắt giảm thêm mỗi năm 850 triệu tấn CO2. Điều này tương đương với cơ hội cắt giảm gần một tỷ tấn CO2 mỗi năm. Con số này phù hợp với kết quả của Uỷ ban Tính năng nhà máy điện (Performance of Power Generation - PGP) thuộc Hội đồng Năng lượng Thế giới, ủy ban này chú trọng vào vấn đề chung về định chuẩn tính năng và chi phí của nhà máy điện và gần đây là vấn đề khí CO2. Theo công trình nghiên cứu của họ, thì “nếu tính đến các cải tiến về tính năng hoạt động đã đạt được tại các nhà máy điện ở các nơi trên thế giới, có thể ước tính rằng nếu mức hiệu suất trung bình của các nhà máy điện trên toàn thế giới đạt được mức này thì có thể tiết kiệm được xấp xỉ 80 tỷ USD mỗi năm. Ngoài ra, mức phát thải khí nhà kính trên toàn thế giới cũng có thể cắt giảm khoảng một tỉ tấn CO2 mỗi năm.”
Các nhà máy nhiệt điện than ở Mỹ được sắp xếp theo thứ tự về hiệu suất, từ thấp nhất đến cao nhất (căn cứ theo tính năng hoạt động trong năm 2007), sau đó được chia làm 10 nhóm có công suất tương đương (xem bảng dưới). Bản phân tích cho thấy hiệu suất biến động trong dải khá rộng: Nhóm 10% có hiệu suất cao nhất là 37,9%, cao hơn khoảng 5% so với mức trung bình. Biến động lớn này phụ thuộc vào thiết kế và tình trạng của nhà máy, chế độ vận hành và bảo trì, chất lượng nhiên liệu và các điều kiện thực địa. Vì vậy, cơ hội nâng cao hiệu suất các nhà máy trong cả nước cũng khác nhau đáng kể.
Có thể nắm bắt được cơ hội này hay không?
Tình hình hiện nay, khi mà người dân ngày càng quan tâm nhiều hơn tới vấn đề cắt giảm phát thải khí nhà kính, chắc chắn sẽ dẫn tới việc ban hành chính sách chú trọng đến các kết quả trong ngắn hạn. Điều này đặt đội ngũ các nhà máy điện trong tầm ngắm bởi vì cơ hội tốt nhất cho việc cắt giảm khí nhà kính chính là các nhà máy này. Tại thời điểm này, câu hỏi được đặt ra là “Liệu chúng ta đã có các công cụ để thực hiện điều đó hay chưa và chúng ta đã có chính sách/khuôn khổ pháp lý để hỗ trợ thay vì gây khó khăn cho quá trình thực hiện chưa?”
Trong suốt hai thập kỷ qua, ngành điện đã chứng tỏ được khả năng nâng cao độ khả dụng công trình, mặc dù đội ngũ các nhà máy điện ngày một cũ. Nếu như nhìn nhận vấn đề nâng cao hiệu suất với cùng một nhãn quan, chúng ta có thể phỏng đoán rằng tất yếu phải có các đòn bẩy thích hợp để nâng cao hiệu suất, hoặc ở dạng các biện pháp về vận hành hoặc thông qua việc cải tạo nhà máy và phải kết hợp với các hình thức khuyến khích thích hợp. Tháng 7 năm 2009, NETL đã đăng cai tổ chức một cuộc hội thảo với sự tham dự của nhiều chuyên gia trong ngành để thảo luận về cơ hội nâng cao hiệu suất các nhà máy nhiệt điện than. Các đại biểu tham dự đã khuyến nghị một số bước thực tiễn có thể giúp nâng cao hiệu suất nhà máy điện, trong đó bao gồm:
• Tuyển dụng và đào tạo các kỹ sư vận hành cho mỗi tổ máy phát điện. (Những vị trí như vậy đã từng được xem là tiêu chuẩn tại các nhà máy phát điện nhưng hiện nay đã trở nên hiếm hoi).
• Áp dụng các công cụ đo hiệu suất, nhận diện các vấn đề và lượng hoá các chênh lệch về hệ số nhiệt hoặc công suất và các sai lệch về phát thải.
• Tiến hành kiểm toán các tổ máy phát điện để phát hiện hiện tượng tắc bộ trao đổi nhiệt, rò rỉ và các vấn đề khác; cho ngừng hoạt động thường xuyên hơn để tiến hành bảo dưỡng.
• Nâng cấp trang thiết bị đo lường và các chương trình điều khiển và giảm đốt nóng không khí.
• Lắp đặt các bộ truyền động thay đổi tốc độ cho các động cơ dùng cho các chu kỳ hoạt động tải trọng trung bình.
• Lắp đặt các hệ thống sấy khô than và hệ thống hâm nước cấp sử dụng nhiệt lượng thải.
Hội thảo đã lưu ý rằng phần lớn các ý kiến đưa ra về nâng cao hiệu suất nhà máy điện sẽ không yêu cầu phải qua bước Xét duyệt nguồn mới (New Source Review - NSR) và có thể được triển khai trong phạm vi vận hành và các chương trình bảo dưỡng thông thường. Ngoài ra, cũng cần phải đề cập tới các phương án nâng cao hiệu suất đột biến hơn trong đó có việc nâng cấp tuabin nhưng khi đó yêu cầu phải qua bước NSR.
Những trở ngại là gì?
Các chuyên gia ngành điện thường nhắc đến các rủi ro liên quan tới NSR và coi đó là vấn đề số 1 ngăn cản các hành động tích cực nâng cao hiệu suất. Rủi ro mà những cải tiến như vậy cũng có thể làm tăng công suất đầu ra hoặc tăng độ tin cậy của nhà máy, dẫn đến yêu cầu về NSR, đã cản trở các dự án sẽ hoặc có thể nâng cao được hiệu suất. Đối với các khoản đầu tư đáng kể vào các cải tiến quan trọng nhằm nâng cao hiệu suất nhà máy, thì các vấn đề về NSR phải được đề cập.
Nếu tạm thời gạt vấn đề NSR sang một bên, thì điều gì ngăn cản ngành điện chọn lập trường tích cực hơn đối với việc nâng cao hiệu suất? Trong vài thập kỷ qua, hiệu suất của nhà máy nhiệt điện than đã bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố không liên quan gì đến vấn đề NSR, đó là: 1) chi phí nhiên liệu được chuyển thẳng sang hộ tiêu thụ, 2) yếu tố không chắc chắn về tuổi thọ và/hoặc vai trò của nhà máy trong đội ngũ các nhà máy điện, và 3) đối với các tổ máy phát điện đốt than, có thể thực hiện được mức lợi nhuận hấp dẫn mà không cần phải tối ưu hóa tỉ suất nhiệt. Nhiều tổ máy phát điện đốt than vận hành trong một hệ thống mà ở đó chi phí nhiên liệu được chuyển thẳng vào biểu giá điện. Các cơ chế như vậy được thiết kế để bảo vệ các công ty điện lực khỏi bị tác động của các biến động về chi phí nguyên liệu. Tuy nhiên, hệ quả của nó là người sở hữu tổ máy phát điện đã mất đi phần nào sự khuyến khích tài chính để hạn chế tiêu thụ nhiên liệu. Vai trò của nhà máy ngày càng không rõ ràng do tuổi thọ cao và các trách nhiệm về chính trị nên nếu như cho tạm dừng vận hành để bảo trì dự phòng hoặc nâng cấp thiết bị thì phải tạo nên giá trị tương xứng với khoản tổn thất về doanh thu do thời gian chết của tổ máy và phải thống nhất với chiến lược của nhà sản xuất điện. Mức doanh thu hoạt động từ tổ máy phát điện đốt than so với chi phí cho nhiên liệu là lớn nên người ta cũng dễ dàng ít tập trung vào hiệu suất.
Trở ngại thứ tư đối với hiệu suất cao ở các nhà máy điện đốt than trớ trêu thay, lại liên quan tới các chiến lược về chuyển đổi nhiên liệu được áp dụng để đáp ứng các giới hạn về phát thải sulfur đioxit. Nhiều nhà máy có nồi hơi trước đây được thiết kế để sử dụng than bitum nay lại sử dụng than á bitum có hàm lượng sunfua thấp. Hiệu suất từ việc đốt than á bitum tự nó đã thấp hơn do độ ẩm cao hơn, cộng thêm hiệu suất có thể bị ảnh hưởng do tổ máy không được thiết kế hoặc không được cải tạo lại hoàn toàn để giảm nhẹ tác động của than đối với hiệu suất.
Điều thú vị cần lưu ý là những trở ngại nêu trên không liên quan tới vấn đề kỹ thuật hoặc thậm chí có tốn kém thì vẫn thu hồi được vốn đầu tư từ chi phí cho nhiên liệu/môi trường. Ngược lại, những trở ngại này chủ yếu là vấn đề điều tiết – NSR và vấn đề chuyển thẳng chi phí nhiên liệu sang hộ tiêu thụ - đã làm giảm đi rất nhiều động lực nâng cao hiệu suất nhà máy. Theo các chuyên gia thì cần phải gắn chặt chính sách năng lượng với cải tổ chính sách điều tiết thì mới có thể phắc phục được những trở ngại này.
Làm thế nào để đo lường các kết quả?
Trở ngại cuối cùng của chúng ta là các biện pháp thiết lập các mục tiêu về tính năng và đo lường tính năng so với những mục tiêu này. Các biện pháp để thiết lập các tính năng hợp lý tại một tổ máy phát điện đơn lẻ cần xét đến mặt thiết kế và điều kiện của tổ máy, nhiên liệu và trang thiết bị môi trường hiện tại, đường cong phụ tải và các hệ số công suất. Những dữ liệu như thế thường không có sẵn trong các cấu trúc báo cáo hiện nay.
Tại hội thảo, cán bộ của Phòng thí nghiệm Công nghệ Năng lượng Quốc gia (NETL) đã trình bày một bản phân tích hồi quy gồm nhiều biến số, đối chiếu các đặc tính của nhóm 10% các tổ máy phát nhiệt điện than có hiệu suất cao nhất so với tập hợp toàn bộ các tổ máy. Ý kiến là các tổ máy phát điện có hiệu suất cao nhất có thể có các đặc tính dẫn đến đạt được hiệu suất cao, không phải là tất cả các tổ máy đều có được. Ví dụ, các nhà máy có hiệu suất cao nhất nói chung đốt than có hàm lượng nhiên liệu cao hơn. Bản phân tích cho thấy mục tiêu mức hiệu suất trung bình 35,5% đối với đội ngũ các nhà máy điện ở Mỹ nếu tất cả các nhà máy điện đều thực hiện chế độ vận hành và bảo trì thống nhất với nhóm 10% các nhà máy điện hàng đầu. Mục tiêu hiệu suất 35,5% giả định rằng tất cả các tổ máy phát điện đã được cải tạo để nâng cao hiệu suất cũng đều được lắp trang bị kiểm soát SO2 và NOX. Những người tham dự thuộc ngành điện đã gợi ý rằng để có thể phân tích tốt cần có các dữ liệu thiết kế chi tiết hơn về từng nhà máy; một số nhà máy không được thiết kế với hiệu suất cao như các nhà máy khác. NETL đang thu thập dữ liệu cần thiết để tiến hành một cuộc phân tích chặt chẽ hơn và hy vọng sẽ công bố một báo cáo về cơ hội nâng cao hiệu suất của nhà máy nhiệt điện than vào cuối năm 2009.
Một số công việc cần thiết để đo tính năng và mức độ nâng cao tính năng có thể thực hiện được thông qua việc đáp ứng hai yêu cầu về thủ tục hành chính là báo cáo khí nhà kính và cơ hội để đo lường và giao dịch lượng cắt giảm CO2 tạo ra trong nội bộ đội ngũ các nhà máy điện trong trường hợp mở thị trường mua bán CO2 và thực thi chương trình áp dụng mức trần và mua bán CO2.
Nâng cao hiệu suất nhà máy nhiệt điện than là ý tưởng về giảm bớt khí nhà kính, cần được quan tâm và bàn luận nhiều hơn nữa. Cơ hội là có thật, cụ thể và khả thi trong ngắn hạn. Khuyến khích (và loại bỏ những gì khiến người ta nản chí) là tất cả những gì cần thiết để “hiệu suất” trở thành tiêu chuẩn mới của ngành về đánh giá nhà máy “tốt nhất”.