Nhiệt điện là gì? Các loại hình và ưu nhược điểm

1. Nhiệt điện là gì?

Nhiệt điện là một dạng năng lượng điện được tạo ra từ quá trình chuyển hóa nhiệt năng. Về mặt kỹ thuật, đây là hình thức sản xuất điện bằng cách sử dụng nhiệt để tạo ra chuyển động cơ học, sau đó chuyển thành điện năng. Hình thức này khác hoàn toàn với thủy điện hay điện gió.

Nguyên lý cơ bản của nhiệt điện

Nhiệt điện hoạt động dựa trên nguyên lý nhiệt động lực học cơ bản. Cụ thể là, nhiệt năng từ các nguồn khác nhau như than đá, khí đốt, sinh khối, năng lượng hạt nhân được sử dụng để đun nóng chất lỏng thành hơi. Sau đó, hơi này tạo áp lực đẩy các tuabin quay, từ đó sinh ra điện năng thông qua máy phát điện.

Phân loại nhiệt điện theo nguồn nhiên liệu

Nhiệt điện được chia thành nhiều loại dựa trên nguồn nhiên liệu sử dụng.

• Nhiệt điện hóa thạch sử dụng than đá, dầu mỏ hoặc khí đốt tự nhiên làm nhiên liệu.
• Nhiệt điện sinh khối sử dụng phế phẩm nông nghiệp như trấu, bã mía.
• Nhiệt điện khí sử dụng khí tự nhiên (Natural Gas – NG), chủ yếu là methane (CH₄), có thể được sử dụng ở dạng khí hoặc hóa lỏng thành LNG (Liquefied Natural Gas)
• Nhiệt điện năng lượng mặt trời sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi thành nhiệt năng.

Vai trò trong hệ thống điện

Nhiệt điện đóng vai trò là nguồn năng lượng chạy nền trong hệ thống điện quốc gia, cung cấp nguồn điện ổn định, liên tục suốt ngày đêm để đáp ứng nhu cầu cơ bản. Đồng thời, nguồn năng lượng này cũng có thể điều chỉnh công suất để đáp ứng nhu cầu thay đổi trong các khung giờ cao điểm.

2. Các loại hình nhiệt điện phổ biến hiện nay

Cơ cấu nguồn nhiệt điện được chia thành các nhóm chính dựa trên loại nhiên liệu và công nghệ sử dụng. Đồng thời, mỗi loại mang đặc điểm kỹ thuật và tác động môi trường khác nhau.

2.1. Nhiệt điện than

Nhiệt điện than sử dụng than đá làm nhiệt để tạo ra điện năng. Than được đốt trong lò hơi với nhiệt độ buồng đốt rất cao. Hiện nay, công nghệ này vẫn chiếm tỷ trọng khoảng 40% tổng sản lượng điện, giữ vai trò quan trọng trong việc cung ứng điện và an ninh năng lượng quốc gia.

Ưu điểm nổi bật là chi phí nhiên liệu thấp và nguồn cung dồi dào. Mặc dù vậy, tro xỉ và bụi than là phụ phẩm chính cần xử lý. Do đó, quá trình xử lý phụ phẩm đòi hỏi công nghệ phức tạp và chi phí đầu tư lớn.

Thách thức môi trường

Phát thải CO2 từ các nhà máy nhiệt điện than là một trong những tác nhân gây hiệu ứng nhà kính, dẫn đến các biến đổi thời tiết và thiên tai khó lường. Vì tác động môi trường lớn, các nhà máy nhiệt điện than ở Việt Nam đều được trang bị các hệ thống xử lý khí thải, nhưng hiệu quả của các hệ thống xử lý này chưa cao, chưa đáp ứng được lượng khí thải sinh ra mỗi năm.

Chính vì những hạn chế về môi trường này, các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió và khí tự nhiên đang được ưu tiên phát triển để thay thế dần nhiệt điện than.

2.2. Nhiệt điện khí (LNG)

Sử dụng khí tự nhiên hóa lỏng (LNG) làm nhiên liệu để đốt cháy, đốt trực tiếp trong buồng đốt tuabin khí. Khí nóng tạo ra nhiệt lượng đẩy tuabin quay, phục vụ cho quá trình sản xuất điện.

Ưu điểm kỹ thuật

Phát thải CO2 thấp hơn đáng kể so với than, ít tro bụi độc hại. Vì ưu điểm môi trường này, chi phí xử lý thải giảm đáng kể so với than.

Nhiệt điện khí có khả năng khởi động nhanh, dừng nhanh, điều chỉnh công suất linh hoạt, đáp ứng tốt sự biến động nhu cầu điện. Đồng thời, cung cấp nguồn điện ổn định, không phụ thuộc thời tiết (gió, nắng), đảm bảo an ninh năng lượng.

2.3. Năng lượng sinh khối

Năng lượng sinh khối được làm từ các phế phẩm nông nghiệp như trấu, bã mía, gỗ phế liệu được sử dụng làm nhiên liệu. Đây là giải pháp thân thiện với môi trường, góp phần giảm thiểu rác thải công nghiệp.

Với ưu điểm là giảm phát thải khí nhà kính do CO2 sinh ra trong quá trình đốt cháy nhưng lại phụ thuộc vào nguồn cung sinh khối, dễ bị ngưng lại bởi mùa vụ.

Công suất điển hình từ quy mô nhỏ đến trung bình. Vì quy mô nhỏ, công nghệ này phù hợp cho các vùng nông nghiệp. Đồng thời, các vùng có nguồn phụ phẩm dồi dào có thể áp dụng hiệu quả mô hình này. Cho nên, nhiệt điện sinh khối đang được khuyến khích phát triển.

2.4. Nhiệt điện năng lượng mặt trời

Công nghệ CSP (Concentrated Solar Power) dùng gương phản xạ tập trung ánh sáng mặt trời. Sau đó, nhiệt thu được dùng để chạy tuabin hơi giống nhiệt điện truyền thống.

Ưu điểm nổi bật là có thể tích trữ nhiệt trong muối nóng chảy, cho phép hệ thống CSP hoạt động được mà không cần ánh sáng mặt trời trực tiếp. Vì lý do này, nhiệt điện năng lượng là hướng phát triển tiềm năng cho tương lai.

3. Ưu và nhược điểm của năng lượng nhiệt điện

Để đưa ra quyết định đầu tư hợp lý, cần cân nhắc lại tất cả khía cạnh kỹ thuật, kinh tế và môi trường.

3.1. Ưu điểm kỹ thuật và kinh tế

Cung cấp nguồn điện ổn định

Ưu điểm lớn của nhiệt điện là khả năng cung cấp năng lượng ổn định liên tục. Khác với điện gió hay mặt trời, nguồn điện nhiệt không phụ thuộc điều kiện thời tiết. Đồng thời, các nhà máy có thể vận hành liên tục với hệ số công suất cao, có ý nghĩa lớn trong việc đảm bảo an ninh năng lượng trong dài hạn.

Chi phí sản xuất điện thấp

Chi phí sản xuất điện từ nhiệt điện thường thấp hơn so với nhiều nguồn năng lượng khác. Đặc biệt, nhiệt điện than có chi phí sản xuất cạnh tranh nhờ giá nguyên liệu thấp. Đồng thời, công nghệ sản xuất ngày càng phát triển giúp tối ưu hiệu suất và giảm thiểu chi phí vận hành.

Thời gian xây dựng nhanh

So với các dự án thủy điện lớn, nhà máy nhiệt điện có thời gian xây dựng ngắn hơn đáng kể. Điều này giúp đáp ứng nhanh nhu cầu điện năng ngày càng tăng cao.

Tăng cường an ninh năng lượng quốc gia

Nhiệt điện góp phần tăng cường an ninh năng lượng bằng cách đa dạng hóa nguồn cung. Cụ thể, với khả năng sử dụng nhiều loại nhiên liệu khác nhau (than, khí, sinh khối), nhiệt điện giúp giảm phụ thuộc vào một nguồn duy nhất. Hơn nữa, việc sử dụng nguồn nhiên liệu trong nước giúp giảm phụ thuộc vào nhập khẩu.

Công nghệ phát triển và sẵn có

Công nghệ nhiệt điện đã phát triển qua nhiều thập kỷ với chuỗi cung ứng thiết bị hoàn chỉnh. Do đó, chi phí bảo trì và vận hành có thể dự đoán được chính xác. Vì kinh nghiệm dài lâu, rủi ro kỹ thuật thấp hơn so với các công nghệ mới.

Bên cạnh đó, đội ngũ kỹ thuật có tay nghề cao sẵn có trên thị trường. Từ đó, ít phụ thuộc nhiều vào công nghệ nước ngoài như một số công nghệ mới đang phát triển.

3.2. Nhược điểm và thách thức

Tác động môi trường nghiêm trọng

Thách thức lớn nằm ở vấn đề ô nhiễm môi trường và phát thải khí nhà kính. Cụ thể, nhiệt điện than phát thải CO2, SO2 và bụi mịn. Vì các chất thải này, sức khỏe cộng đồng xung quanh bị ảnh hưởng nghiêm trọng.

Chi phí đầu tư ban đầu cao

Mặc dù chi phí sản xuất điện thấp, nhưng chi phí đầu tư ban đầu xây dựng nhà máy nhiệt điện rất lớn. Cụ thể, chi phí cho thiết bị chính (lò hơi, tuabin, máy phát) chiếm tỷ trọng cao. Đồng thời, hệ thống xử lý môi trường cũng đòi hỏi vốn đầu tư lớn.

Thời gian khởi động chậm

Một nhược điểm kỹ thuật của nhiệt điện than là thời gian khởi động lâu. Thông thường, việc đưa một tổ máy từ trạng thái dừng lạnh đến vận hành đầy tải có thể mất nhiều giờ. Do đó, nhiệt điện than không phù hợp cho việc đáp ứng nhu cầu điện ngay lập tức trong ngắn hạn.

Ngược lại, nhiệt điện khí có thời gian khởi động nhanh hơn nhiều. Tuy nhiên, nhiệt điện khí có chi phí nhiên liệu cao hơn. Vì vậy, cần cân nhắc giữa tính linh hoạt và chi phí vận hành.

Rủi ro cháy nổ trong vận hành

Môi trường vận hành nhiệt điện chứa nhiều yếu tố nguy hiểm. Cụ thể, sự hiện diện của nhiên liệu (than bụi, khí đốt), dầu bôi trơn và nhiệt độ cao tạo nguy cơ cháy nổ. Đặc biệt, trong nhà máy than, bụi than lơ lửng trong không khí có thể gây nổ mạnh.

Đồng thời, sự cố rò rỉ khí đốt trong nhà máy khí LNG cũng tiềm ẩn nguy hiểm cao. Vì lý do này, yêu cầu về an toàn lao động và phòng chống cháy nổ rất khắt khe. Do đó, cần đầu tư lớn vào hệ thống an toàn và đào tạo nhân viên chuyên nghiệp.

4. Câu hỏi thường gặp về nhiệt điện (FAQ)

5. Áp dụng kiến thức nhiệt điện vào thực tế dự án

Hiểu rõ nhiệt điện là gì và các ưu nhược điểm là nền móng cho việc chọn lựa loại hình xây dựng nhà máy nhiệt điện phù hợp với nhu cầu sử dụng, đảm bảo an toàn và hiệu quả. Đồng thời, việc lựa chọn đúng giải pháp cáp điện chuyên dụng đóng vai trò quan trọng trong quá trình xây dựng.

Các điểm chính cần ghi nhớ:

• Nhiệt điện là hình thức sản xuất điện từ chuyển hóa nhiệt năng, đóng vai trò nguồn cung cấp điện ổn định trong hệ thống điện quốc gia
• Các loại hình phổ biến: Nhiệt điện than (chi phí thấp nhưng ô nhiễm cao), nhiệt điện khí LNG (hiệu suất cao, thân thiện môi trường), năng lượng sinh khối và năng lượng mặt trời.
• Ưu nhược điểm: Ưu điểm về tính ổn định, công suất lớn và chi phí sản xuất thấp; nhược điểm về tác động môi trường, chi phí đầu tư cao và rủi ro cháy nổ

Ngoc Lan Cable với kinh nghiệm từ các dự án thực tế, chúng tôi hiểu rõ thách thức kỹ thuật và đưa ra giải pháp tối ưu cho môi trường vận hành khắc nghiệt của nhà máy nhiệt điện. Liên hệ chúng tôi để được đội ngũ kỹ sư tư vấn và hỗ trợ giải đáp thắc mắc.