Hình 1. Nhà máy điện IGCC Taean - Hàn Quốc. (Nguồn: powermag.com)

Năm ngoái, Hàn Quốc đã đặt ra mục tiêu đạt được trung hòa carbon vào năm 2050 (khi một lượng khí CO2 thải ra sẽ được trung hoà bằng cách giảm cùng một lượng khí CO2 tương tự ở nơi khác), cam kết chấm dứt sự phụ thuộc vào than đá và thay thế bằng năng lượng tái tạo. Theo Quy hoạch cơ sở lần thứ 9, quốc gia này có kế hoạch đóng cửa thêm 20 nhà máy điện than vào năm 2034 so với 10 nhà máy dự kiến đóng cửa trong quy hoạch cơ sở lần thứ 8. Mục tiêu của nước này là giảm tỷ trọng điện than trong cơ cấu điện quốc gia xuống 29,9% vào năm 2030 so với 40,29% vào năm 2019. Trong đó nổi bật là tham vọng chuyển đổi 24 tổ máy nhiệt điện than với tổng công suất 12,7 GW sang sử dụng nhiên liệu khí tự nhiên vào năm 2034. Lộ trình cụ thể hiện chưa được hé lộ, tuy nhiên dự kiến các nhà máy điện này có thể sẽ dựa vào các công nghệ được phát triển trong nước.

Đi đầu trong việc thay đổi này là Doosan Heavy Industries & Construction (DHIC), tập đoàn công nghệ năng lượng này đã theo đuổi và đặt ra chiến lược trọng tâm đưa Hàn Quốc trở thành một trong năm quốc gia có thể tự sản xuất tuabin khí. DHIC cũng đang phối hợp cùng với các công ty Hàn Quốc khác để phát triển và thử nghiệm tuabin khí sử dụng nhiên liệu hydro công suất lớn đầu tiên của quốc gia này. DHIC cũng đã đi đầu trong việc phát triển một số công nghệ than đang được sử dụng trên khắp đất nước, bao gồm cả dự án ứng dụng công nghệ IGCC đầu tiên của Hàn Quốc tại Taean.

Kiểm chứng công nghệ IGCC

Hàn Quốc đã bắt đầu phát triển công nghệ IGCC vào năm 2006 như một phần của dự án phát triển năng lượng tái tạo do Bộ Kinh tế Tri thức Hàn Quốc (MKE) chủ trì. DHIC đã hợp tác trong dự án này cùng với Viện Quy hoạch và Đánh giá Công nghệ Năng lượng Hàn Quốc và Công ty Điện lực Tây Hàn Quốc (KOWEPO). Đến năm 2011, công ty đã ký được hợp đồng trị giá 453 triệu đô la Mỹ với KOWEPO để xây dựng một dự án thử nghiệm công nghệ IGCC với công suất 300 MW tại nhà máy điện Taean hiện hữu có công suất 4.000 MW ở tỉnh Nam Chungcheong.

Vào thời điểm đó, sự quan tâm đến công nghệ IGCC ngày càng tăng do lợi ích môi trường của nó so với điện than truyền thống - dự kiến sẽ tăng lên 400 GW vào năm 2030. Hàn Quốc có tỷ trọng điện từ than nhập khẩu chiếm phần lớn trong tổng các nguồn năng lượng trong nước, đã vẽ nên viễn cảnh xây dựng 15 nhà máy điện khí hóa than sản xuất ra 10 GW điện vào năm 2020. Việc kiểm chứng thành công công nghệ này sẽ mở ra thị trường mới cho than, bao gồm cả than xuất khẩu.

DHIC đã giải thích trong một thông cáo báo chí năm 2011: “Nhà máy điện sử dụng công nghệ IGCC hoạt động theo một chu trình mà trong đó khí tổng hợp, bao gồm chủ yếu là hydro và carbon monoxide (CO), được chiết xuất từ than và được sử dụng làm nhiên liệu để phát điện”. Cùng với việc thu giữ CO₂ thải ra, công nghệ này giúp giảm thiểu phát thải các chất ô nhiễm khác, bao gồm oxit lưu huỳnh và bụi. DHIC cũng khẳng định rằng “Nếu công nghệ khí hóa than cải thiện những nhược điểm của các nhà máy nhiệt điện than truyền thống, bao gồm cả việc phát thải các chất ô nhiễm, được thương mại hóa thì than có cơ hội lớn để thay thế dầu thô và khí tự nhiên trong tương lai gần”.

Lễ khởi công dự án thử nghiệm tại Taean đã diễn ra vào tháng 11 năm 2011. Trải qua 57 tháng xây dựng, khoảng 610.000 ngày công và sử dụng tới 49.000 thiết bị xây dựng, dự án Taean IGCC đã đi vào hoạt động vào ngày 16 tháng 8 năm 2016.

Các thành phần chính của nhà máy điện Taean sử dụng công nghệ IGCC bao gồm hệ thống khí hóa than do Shell phát triển, một tuabin 7F đốt khí tổng hợp, một tuabin hơi D11, một lò thu hồi nhiệt và hệ thống điều khiển tích hợp (ICS) Mark VIe do GE cung cấp cùng với một hợp đồng dịch vụ bảo trì 10 năm đã được ký kết. Tại nhà máy Taean IGCC, tuabin khí tổng hợp 7F hoạt động chủ yếu bằng nhiên liệu khí tổng hợp được sản xuất từ quá trình khí hóa than Btu thấp. DHIC đóng vai trò là nhà thầu EPC cho hạng mục khí hóa và tách khí.

Hình 2. Sơ đồ nguyên lý nhà máy IGCC (Nguồn: Sưu tầm)

Dự án nhà máy thử nghiệm Taean hiện đang hoạt động ổn định theo thiết kế. Vào tháng 11 năm 2018, nhà máy đã tinh chế hơi trích khí hóa than, và vào tháng 11 năm 2019, nhà máy đã thành công trong việc tinh chế hydro với độ tinh khiết lên đến 99,99%.

Xu thế năng lượng sạch mới với Hydro là nhiên liệu thay thế cho carbon đang thu hút sự quan tâm của cả thế giới. Xu thế này đã đem lại kì vọng phát triển công nghệ IGCC cho KOWEPO và Doosan. Doosan đã đề xuất một hệ thống dựa trên dự án Taean IGCC thực hiện tách hydro và CO₂ từ khí hóa than, sau đó sử dụng hydro để sản xuất pin nhiên liệu (fuel cell), đồng thời thu giữ CO₂. KOWEPO đã sử dụng lượng hydro tinh chế được từ nhà máy thử nghiệm IGCC Taean để thử nghiệm hệ thống pin nhiên liệu công suất 100 kW sử dụng công nghệ điện phân polymer. Hệ thống này dự kiến sẽ được nâng cấp lên 10 MW vào năm 2025.

Kỷ lục vận hành liên tục

KOWEPO đã vận hành nhà máy Taean liên tục hơn 4.000 giờ từ tháng 8 năm 2020 đến đầu tháng 2 năm 2021 để chứng minh cho sự tin cậy của công nghệ IGCC. Với thành tích này, nhà máy điện Taean đã lập kỷ lục thế giới mới về thời gian hoạt động IGCC liên tục không sự cố lâu nhất. Các kỷ lục trước đây là 3.917 giờ do cơ sở Nakoso IGCC ở Nhật Bản thiết lập vào năm 2013 và 3.993 giờ do cơ sở Thiên Tân IGCC ở Trung Quốc thiết lập vào năm 2018 (theo báo cáo từ Trung tâm Than sạch của Cơ quan Năng lượng Quốc tế).

Hoạt động liên tục trong thời gian dài của Taean là một thành tựu đặc biệt đáng chú ý. Nhất là trong bối cảnh áp lực chi phí và sự thiếu rõ ràng của các chính sách về hạn chế phát thải carbon dẫn tới việc đã có một vài nhà máy IGCC nổi bật phải dừng hoạt động trong thập kỷ qua. Trong đó bao gồm tổ máy công suất 300 MW tại Puertollano, Tây Ban Nha và tổ máy 250 MW ở Buggenum, Hà Lan. Nhà máy Wabash IGCC công suất 265 MW ở Indiana, Hoa Kỳ đang trong kế hoạch chuyển đổi thiết bị khí hóa cũng như tuabin khí của nhà máy sang đốt nhiên liệu hydro kết hợp với hệ thống thu giữ và lưu trữ carbon.

Các dự án IGCC quy mô lớn vẫn đang hoạt động hiện nay là Nhà máy Edwardsport IGCC 618 MW được xây dựng năm 2013 của Duke Energy ở Indiana, Hoa Kỳ; dự án thử nghiệm GreenGen công suất 250 MW được xây dựng năm 2009 ở Thiên Tân, Trung Quốc và dự án Vresová 400 MW xây dựng năm 1996 tại Cộng hòa Séc. Đáng chú ý là trong năm 2013, Mitsubishi Power đã hoàn thành dự án thử nghiệm công nghệ thổi khí tại Tổ máy số 10 Nhà máy điện Nakoso của Joban Joint Power Co. ở Iwaki, Fukushima trên tổ máy IGCC công suất 250 MW. Công nghệ này sau đó đã được áp dụng thực tế cho nhà máy Nakoso IGCC công suất 543 MW ở Fukushima vào tháng 4 năm nay. Một tổ máy khác sử dụng công nghệ tương tự dự kiến sẽ đi vào hoạt động cuối năm nay tại trung tâm điện lực Hirono của Công ty Điện lực Tokyo ở Futaba-gun, Nhật Bản.

Lược dịch: Phạm Quốc Việt

Tham khảo: https://www.powermag.com/taean-igcc-continued-operation-continued-achievement/