Trung Quốc có bước nhảy vọt hướng tới công nghệ siêu tới hạn

Bắc Kinh đang chịu sức ép rất mạnh từ phía cộng đồng quốc tế buộc nước này phải sử dụng công nghệ than sạch hơn. Mặc dù phát biểu rất nhiều về trách nhiệm của mình đối với vấn đề sinh thái, tuy nhiên Đảng Cộng sản Trung Quốc cũng chưa có mấy tiến bộ trong việc điều tiết phát thải khí nhà kính. Trong kế hoạch 5 năm mới đây, Chính phủ Trung Quốc đã đề ra mục tiêu giảm thiểu tổng lượng tiêu thụ năng lượng ở cấp địa phương, tuy nhiên họ lại không đưa ra một qui định cụ thể nào về hạn chế phát thải sunfua điôxit và nitơ điôxit. Đã vậy, các lệnh của trung ương áp dụng cho cấp địa phương có thể bị chính quyền các tỉnh làm cho sai lệch. Kết quả là trách nhiệm về sinh thái không được đưa vào vị trí thực sự cao trong danh mục ưu tiên của chủ sở hữu các nhà máy điện ở Trung Quốc. Tăng trưởng kinh tế đang tạo sức ép cực kỳ lớn đối với việc cung cấp điện năng, do vậy các nhà máy điện chỉ quan tâm chủ yếu đến việc đạt sản lượng tối đa. Cụ thể là các bộ khử lưu huỳnh trong khói thải hiếm khi được lắp đặt ở Trung Quốc, ngay cả ở các nhà máy điện lớn, và không hiếm trường hợp các bộ lọc này được lắp đặt để rồi cho ngừng hoạt động để tăng “hiệu suất”.

Đông và Tây chung sức

Nhà máy nhiệt điện than Yuhuan sử dụng bốn tuabin công suất 1.000MW do Siemens chế tạo Ảnh: V.Hùng (ST)

Xu thế nâng cao hiệu suất này có nghĩa là các tổ máy nhiệt điện than công nghệ hiện đại đang có nhu cầu cao tại miền Đông giàu có ở Trung Quốc. Trong những tháng gần đây, chỉ riêng Siemens, cùng cộng tác với Tập đoàn Điện lực Thượng Hải (Shanghai Electric Group - SEG), đã giành được hợp đồng xây dựng 24 tổ máy siêu tới hạn công suất đơn vị 1.000 MW. Siemens có vị trí vững chắc ở Trung Quốc. Tập đoàn Đức này đã từng nhận được đơn đặt hàng đầu tiên về cung cấp máy điện báo đầu tiên cho Trung Quốc từ năm 1872, và hiện giờ họ đang sử dụng hơn 42.000 người làm việc tại quốc gia đông dân nhất thế giới này.

Có lẽ dự án nổi tiếng nhất của Siemens ở Trung Quốc là dự án xe lửa Shanghai Maglev. Đoàn tàu này đưa hành khách lướt nhanh trên tuyến đường sắt dài 31 km từ sân bay quốc gia Pudong tới trạm xe điện ngầm Longyang Road chỉ mất 7 phút 20 giây, tốc độ cao nhất đạt tới 431 km/h. Mặc dầu chắc chắn Maglev là thành tựu kỹ thuật đầy ấn tượng, và rất có thể là điều mà hành khách sẽ trải nghiệm giống nhất với chuyến bay của phi hành gia vũ trụ, trong khi vẫn đang ngồi trong chiếc ghế tựa thoải mái, nhưng trên thực tế, đây lại là một công trình cực kỳ xa hoa tốn kém, chỉ hơn chút ít trò chơi hấp dẫn tại khu hội chợ.

Hữu ích hơn rất nhiều - và hầu như cũng đầy ấn tượng như vậy - là công trình nhà máy nhiệt điện than siêu tới hạn, trị giá 2 tỉ USD của Điện lực quốc tế Hoa Năng (Huaneng Power International – HPI), tại Yuhuan tỉnh Chiết Giang. Yuhuan cách Thượng Hải 500 km về phía nam, từ Thượng Hải tới Yuhuan, có thể đi 45 phút máy bay tới Hàng Châu, thủ phủ tỉnh Chiết Giang, sau đó đi thêm 90 phút đường bộ, tới đây, những chiếc ô tô mới tinh bóng lộn và những chiếc mô tô có mặt khắp mọi nơi ở Thượng Hải nhường chỗ cho những chiếc xe đạp quê mùa thường vẫn được liên tưởng với đất nước Trung Quốc. Ba mặt được bao bọc bởi núi, mặt còn lại tạo thành một hình ảnh hùng vĩ trên biển Đông Trung Quốc, nhưng Nhà máy điện Yuhuan lại là hình mẫu của một nhà máy điện lớn và hiện đại. Đây cũng là nhà máy nhiệt điện than có hiệu suất cao nhất trên thế giới, đồng thời là nhà máy siêu tới hạn lớn nhất trên thế giới. Với công suất 4 GW và sản lượng hằng năm dự kiến là 22 TWh khi đi vận hành hết công suất, đây cũng là nhà máy nhiệt điện than lớn thứ nhì ở Trung Quốc.

Bước tiến dài của các nhà máy nhiệt điện than Trung Quốc

Giai đoạn đầu của nhà máy bao gồm hai tổ máy công suất 1.000 MW được hoàn thành vào tháng 10 năm 2006. Kể từ tháng 2 năm 2008, ba trong số bốn lò hơi áp suất siêu tới hạn đốt than công suất 1.000 MW đã đưa vào hoạt động. Tổ máy số 4 được dự kiến sẽ đưa vào hoạt động vào cuối năm nay.

Các tổ máy siêu tới hạn của Yuhuan phần nào phản ánh bước nhảy vọt đối với các nhà máy nhiệt điện than ở Trung Quốc, bởi vì các tổ máy này giúp xử lý hai vấn đề cấp bách cần giải quyết của đất nước: Sự cần thiết phải tăng công suất nguồn ở lưới điện miền Đông Trung Quốc nhờ đó giảm bớt nạn thiếu điện trầm trọng ở vùng này, và sự cần thiết phải cắt giảm ô nhiễm. Các nhà máy nhiệt điện than chưa tới hạn thông thường có hiệu suất dưới 30 %. Việc vận hành siêu tới hạn các nhà máy nhiệt điện lớn chạy phụ tải đáy trong những năm 1980 đã hướng tới sử dụng nhiệt độ hơi nước 550oC, dẫn tới hiệu suất nhiệt gần 40%. Những điều kiện hơi nước siêu tới hạn sử dụng áp suất siêu tới hạn lên tới 300 bar (30 MPa), nhiệt độ hơi và nhiệt độ hơi nước gia nhiệt 600oC .

Với công nghệ siêu tới hạn, tổ máy phát điện vận hành ở nhiệt độ và áp suất trên điểm tới hạn, tại đó không còn biên giới giữa trạng thái lỏng và trạng thái hơi. Bằng cách loại trừ sự chuyển hóa từ thể nước sang thể hơi, các tổ máy điện nâng cao hiệu quả sử dụng nhiên liệu, mà trong trường hợp của Yuhuan, lên tới con số đầy ấn tượng: 45,16 %. Để so sánh, hãy nhớ rằng nhà máy nhiệt điện than trung bình ở Châu Âu có hiệu suất là 36 %.

Trung Quốc có luật “nội địa hóa” khắt khe trong đó quy định rằng khoảng ba phần tư thiết bị của các nhà máy điện phải được sản xuất ở trong nước. Để đáp ứng yêu cầu này, các công ty nước ngoài thường liên doanh với công ty của Trung Quốc. Trong trường hợp này, Siemens đã kết hợp với SEG cung cấp bốn tuabin hơi siêu tới hạn, công suất 1.000 MW theo hợp đồng chuyển giao công nghệ. Thực vậy, Siemens cung cấp các thành phần “chất xám” như: công nghệ tuabin hơi, thiết kế kỹ thuật, các dịch vụ kỹ thuật và các bộ phận chủ chốt. Các tuabin và máy phát – phần “xương thịt” - là do SEG chế tạo. Siemens cũng cung cấp hỗ trợ công nghệ tiếp theo cho chi nhánh của Điện lực quốc tế Hoa Năng (HPI) tại Chiết Giang.

Những tuabin này sử dụng cách bố trí bốn xilanh, hỗn hợp, nối tiếp. Hơi nước vào tuabin cao áp thông qua hai van hơi chính, hơi thoát ra được gia nhiệt lại và cấp cho tuabin trung áp dòng kép. Từ đó, hơi được dẫn tới hai tuabin hạ áp.

Các lò hơi của công ty Mitsubishi Heavy Industries (MHI) - những lò hơi 1.000 MW đầu tiên ở Trung Quốc - có áp suất hơi mới 251 bar (25,1 MPa), nhiệt độ hơi mới 605oC và nhiệt độ hơi gia nhiệt lại là 603oC. Các lò hơi này được chế tạo và đưa vào vận hành với sự kết hợp giữa MHI của Nhật Bản, đơn vị cung cấp các thiết kế và các thành phần chủ chốt, và Công ty lò hơi Cáp Nhĩ Tân (Harbin Boiler Company - HBC) của Trung Quốc. Lò hơi thứ tư hiện đang được MHI và HBC xây dựng. Bộ gia nhiệt nước cấp cao áp sử dụng công nghệ của Foster Wheeler. Các tổ máy siêu tới hạn 1.000 MW sử dụng cách bố trí ba vùng theo chiều ngang: vùng khử quá nhiệt, vùng ngưng tụ và vùng thoát nước dưới nhiệt độ làm mát.

Hệ thống điều khiển Ovation của công ty Emerson Process Management đã được triển khai sau khi công ty Mỹ này giành được hợp đồng trị giá 7 triệu USD về tự động hóa nhà máy vào tháng 4 năm 2005. Hệ thống này theo dõi và điều khiển hệ thống thu thập dữ liệu, hệ thống điều khiển điều biến, hệ thống điều khiển trình tự, hệ thống giám sát thiết bị bảo vệ buồng đốt và hệ thống điều khiển điện đối với tất cả các thành phần chính của nhà máy, bao gồm lò hơi, tuabin, máy phát và các qui trình khác trong nhà máy. Theo HPI, Ovation cho phép nhà máy đạt độ khả dụng cao, độ tin cậy cao và thân thiện với môi trường. Hệ thống tạo ra sự giao tiếp thông suốt với các chuẩn bus được sử dụng phổ biến trên thị trường, cho phép tích hợp các công nghệ thiết bị thông minh vào các quá trình công nghệ.

Tiết kiệm than, giảm phát thải

Theo HPI, bốn lò hơi siêu tới hạn công suất 1.000 MW mỗi năm sẽ tiết kiệm 400.000 tấn than qui đổi so với các nhà máy điện trên tới hạn. Sẽ cắt giảm được trên 500.000 tấn phát thải CO2 và trên 6.000 tấn phát thải SO2.

Các tổ máy điện mới này cũng bao gồm thiết bị khử bụi và khử lưu huỳnh trong khói thải. Trên thực tế, HPI khẳng định nhà máy đang làm việc tốt hơn yêu cầu về suất tiêu thụ than.

Thử nghiệm cho thấy suất tiêu thụ than là 283,2 g/kWh, thấp hơn mức thiết kế là 290,9 g (xem Bảng). Con số này thấp hơn đáng kể so suất tiêu thụ trung bình của cả nước năm 2006 (367 g/kWh). Yuhuan cũng đang dẫn đầu trong việc cắt giảm lượng phát thải SO2, theo thử nghiệm chỉ còn 17,6 mg/Nm3 so với mức trung bình của cả nước là 95,3 mg/Nm3.

Để giảm lượng tiêu thụ dầu, bốn tổ máy này sử dụng công nghệ nhóm lò plasma của MHI. Trong giai đoạn khởi động, đưa vào vận hành và vận hành thử các tổ máy 1 và 2, việc nhóm lò từ trạng thái nguội, không cần dầu đã thực hiện tốt,  tiết kiệm được gần 10.000 tấn dầu FO. Sau giai đoạn I, các lò hơi được đưa vào hoạt động, kỹ thuật đốt plasma cũng đã được áp dụng để khởi động từ trạng thái nguội,  không tiêu thụ dầu. Các lò hơi cũng được trang bị các bộ lọc tĩnh điện với hiệu suất thiết kế là 99,7 %.

Quy trình khử lưu huỳnh ướt sử dụng đá vôi - thạch cao được xây đồng thời, và tỉ lệ khử lưu huỳnh không thấp hơn 95 %. Hơn nữa, các lò hơi còn sử dụng công nghệ đốt, nồng độ nitơ thấp, và mức phát thải NOX theo thiết kế chỉ 360 mg/Nm3.

Yuhuan là nhà máy điện hiện đại về mọi mặt ở Trung Quốc cả ở nhiều phương diện khác, bên cạnh các công nghệ được sử dụng và sự có trách nhiệm đối với môi trường. Ở Trung Quốc những năm gần đây, các nhà máy điện không chỉ là những nơi sản xuất điện mà nhiều khi còn là tâm điểm của địa phương, nơi tổ chức đào tạo cũng như mở con đường dễ dàng hơn để kiếm việc làm trong cộng đồng. Đối với Yuhuan lại khác, hiệu quả mới là quan trọng và điều này là đúng đối với nhân lực cũng như đối với suất tiêu thụ than.

HPI, nhà sản xuất điện độc lập lớn nhất Trung Quốc, rất thích nhấn mạnh tới hiệu quả của đội ngũ nhân lực cũng như khả năng đốt than của công ty. HPI cũng giống như người Trung Quốc, đều rất thích khẩu hiệu. Trong trường hợp này, khẩu hiệu là sử dụng những người là “Giỏi một việc và thạo nhiều việc khác” và phải có những nhân viên như vậy đảm nhận trách nhiệm ở mọi thời điểm. Nhà máy nhiệt điện khí chu trình hỗn hợp công suất 1.200 MW mới của HPI ở Thượng Hải - cũng được xây dựng theo công nghệ của Siemens – tự hào với đội ngũ nhân công chỉ có 42 người, mà HPI cho rằng đây là mức sử dụng nhân công trên 1 MW điện thấp nhất trên thế giới. Tuy nhiên, lực lượng lao động cũng có thể là ít hoạt động nhất trên thế giới. Khi tác giả đến thăm nhà máy này, hoàn thành vào tháng 7 năm 2007, khí tự nhiên do nhà nước phân phối nên không có tổ máy nào trong số ba tổ máy điện công suất 400 MW đang phát điện cả.

Nhà máy điện Yuhuan không chỉ là nhà máy tiêu biểu của Trung Quốc mà còn của cả thế giới. Có thể sẽ phải chờ đợi thêm một thời gian nào đó, nhưng với sự hỗ trợ chuyển giao công nghệ từ các tập đoàn lớn như Siemens và Mitsubishi cũng như triển vọng của việc thu giữ cácbon trong những năm tới, thì triển vọng của việc Trung Quốc đi theo hướng than đá sạch không còn là chuyện hoang tưởng như trước đây.