CHP giúp nâng cao hiệu suất và giảm phát thải

Nhiệt và điện kết hợp (CHP) hay còn gọi là đồng phát, đang bắt đầu nhận được một số quan tâm mới trong lĩnh vực sản xuất điện. CHP thực ra không phải là mới; trên thực tế, nó là một trong những giải pháp phát điện lâu đời nhất, tiết kiệm năng lượng, hoạt động trong một khoảng thời gian khi các nhà máy tự sản xuất điện bằng cách sử dụng lò hơi đốt than và máy phát tuabin hơi nước.

Vì hầu hết việc phát điện thông thường chỉ giới hạn ở mức hiệu suất trung bình là 50% (nhiệt điện than/khí chu trình kết hợp) nên năng lượng thải ở dạng nhiệt được thải vào khí quyển. CHP mang lại những cải tiến đáng kể về hiệu suất vì nó tạo ra hai dạng năng lượng từ một nguồn duy nhất: nhiệt và điện.

Giải pháp CHP của Sân bay Quốc tế Edmonton cho phép họ bù đắp các phụ tải điện lực, nhờ đó nâng cao hiệu suất tổng thể.

CHP chỉ bị giới hạn bởi khả năng phát điện gần với phụ tải nhiệt. Các nhà máy điện quy mô lớn trước đây được xây dựng khi mà nhiệt không được tách rời hệ thống chu trình kết hợp trung bình; các yêu cầu về truyền tải và phân phối là rất cao, và vị trí của chúng khiến cho việc sử dụng nguồn nhiệt không thể hiệu quả.

Sự quan tâm ngày càng tăng đến phát điện phân tán, chi phí lắp đặt và bảo trì thấp hơn, và tính linh hoạt về năng lượng tái tạo mang lại lợi thế về hiệu suất và giảm ngay lập tức lượng khí thải cacbon. Khi chúng ta tìm đến các nguồn năng lượng mới, các hệ thống CHP động cơ khí sẽ tích hợp hiệu quả với năng lượng tái tạo và nhiên liệu trong tương lai, chẳng hạn như hydro.

Điều gì thúc đẩy sự tăng trưởng của CHP?

Hiệu suất năng lượng và độ tin cậy cao hơn, chi phí thấp hơn là những ưu tiên hàng đầu của bất kỳ doanh nghiệp nào. 

Không giống như các dự án điện dài hạn có quy mô lớn và chi phí cao hơn, các doanh nghiệp thương mại có đủ khả năng tài chính để xây dựng các nhà máy nhiệt điện kết hợp của riêng mình và có thể hoàn thành các dự án này một cách nhanh chóng, hiệu quả trong thười gian ngắn, nhờ đó tiết kiệm đáng kể.

Nhiều nhà chế tạo hiện cung cấp các hệ thống CHP được tiêu chuẩn hóa để loại bỏ sự phiền nhiễu và phức tạp của các yếu tố kỹ thuật tùy chỉnh. Các giải pháp CHP dạng gói này làm giảm chi phí lắp đặt và xây dựng tại hiện trường và mang lại lợi ích lớn cho các địa điểm nhỏ hơn, kể cả các giải pháp bảo trì tùy chỉnh cho những công ty không có người vận hành được đào tạo tại hiện trường.

CHP mang lại những cải tiến đáng kể về hiệu suất vì nó tạo ra hai dạng năng lượng từ một nguồn duy nhất: nhiệt và điện (Ảnh st)

Giống như bất kỳ công nghệ nào, CHP không phải là không có thách thức

Tiềm năng tăng trưởng CHP là rất lớn, nhưng có một số rào cản hạn chế việc áp dụng rộng rãi. Hai thách thức chính là tích hợp nhiệt vào cơ sở hạ tầng hiện có và đảm bảo các thỏa thuận kết nối với công ty điện lực.

Để CHP đạt được thành công thực sự ở Canađa, các công ty điện lực và chính phủ cần cởi mở và đáp ứng các công ty và coi đó là một giải pháp năng lượng mang lại lợi ích cho tất cả mọi người tham gia. Trên thực tế, các công ty điện lực có vị thế tốt để đi đầu trong việc tạo điều kiện thuận lợi cho CHP trong các ứng dụng phù hợp.

CHP hiện đang được triển khai ở các vùng xa xôi, các cộng đồng bản địa và các khu công nghiệp ở vùng hẻo lánh, ví dụ như khu khai thác mỏ, nơi mà CHP hiệu quả về chi phí trên quy mô lớn.

Rốt cuộc, hiệu suất tối đa chỉ đạt được khi có thể sử dụng cả hai nguồn năng lượng (nhiệt và điện). Mặc dù công nghệ đơn giản nhưng các câu hỏi liên quan đến giấy phép, thanh tra, các quy định, độ phức tạp của dự án và việc lắp đặt - chưa kể đến việc tích hợp với lưới điện - có thể dẫn đến sự không chắc chắn xung quanh CHP.

Một thách thức khác là sự không chắc chắn với quá trình lắp đặt. Chi phí và độ phức tạp của việc lắp đặt thực sự phụ thuộc vào bản thân hệ thống, bao gồm những thứ như kích cỡ của thiết bị, bảo trì, vị trí, suy giảm tại hiện trường và các yêu cầu đối với phát thải tại địa phương.

Ứng dụng tốt nhất cho đồng phát là ứng dụng yêu cầu cả sưởi ấm/làm mát và điện. Các yếu tố môi trường cũng đóng một vai trò nhất định. 

CHP đang giảm lượng phát thải

Nhiều tổ chức đang (hoặc nên) khám phá các giải pháp năng lượng có thể giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và giảm lượng phát thải cacbon tổng thể của họ. Gió và mặt trời đã trở thành những nguồn năng lượng tái tạo phổ biến, nhưng chúng đi kèm với những thách thức riêng, như công suất không nhất quán và thiếu dung lượng tích trữ điện năng.

Từ giao thông vận tải và xây dựng đến chế tạo, chế biến thực phẩm, nhà kính, bệnh viện và viện dưỡng lão, các lợi ích về độ tin cậy của CHP đóng vai trò then chốt trong việc hỗ trợ các ngành công nghiệp giảm phát thải cacbon trong khi vẫn duy trì sản lượng năng lượng tương tự như các máy phát điện khác. Sự kết hợp giữa CHP và năng lượng tái tạo có thể cung cấp năng lượng dài hạn tại chỗ cho các địa điểm cần độ tin cậy cao hơn và phát thải cacbon thấp. Và khi phụ tải nhiệt thấp, các hệ thống CHP cũng giảm chi phí do chúng có thể chuyển việc sản xuất sang những giờ có giá điện thấp nhất và bán lên lưới điện trong thời gian nhu cầu cao điểm.

Hydro đang nhanh chóng nổi lên như một nhiên liệu mới, sạch và nó được tiên đoán là giải pháp để khử cacbon trong các ngành năng lượng. Nhiều hệ thống CHP hiện đã sử dụng kết hợp nhiên liệu tái tạo và khí đốt tự nhiên. Khi hydro trở nên sẵn có hơn, việc pha trộn H₂ với khí tự nhiên sẽ làm giảm hơn nữa lượng phát thải trên các hệ thống hiện có. Các động cơ khí ngày nay có thể sử dụng từ 5% đến 20% H₂, và việc cải tạo trong quá trình chế tạo có thể đưa hầu hết các động cơ lên ​​25%. Các nhà chế tạo đang thâm nhập vào việc phát triển các động cơ sử dụng 100% hydro.

Sử dụng nhiên liệu cacbon thấp như hydro trong các tổ máy CHP có thể làm giảm lượng phát thải hơn nữa. Tuy nhiên, vẫn còn một số trở ngại cần vượt qua để áp dụng và sử dụng hydro một cách rộng rãi - đặc biệt là khi sản xuất, tích trữ và vận chuyển.

Tương lai tươi sáng của CHP

CHP có thể cung cấp các giải pháp nhanh chóng, dễ kết hợp và, khác với các dự án quy mô lớn trước đây được thiết kế để tồn tại trong hơn 50 năm, là lý tưởng cho ngắn hạn. Nó cũng có thể giúp giảm lượng cacbon ngay lập tức - một yếu tố then chốt, vì nhiều giải pháp khả thi khác vẫn còn phải chờ nhiều năm nữa mới được thực hiện.

Các chính phủ đang bắt đầu thừa nhận CHP là một phương cách để nâng cao hiệu suất, đặc biệt là khi kết hợp với năng lượng tái tạo. Sự quan tâm và đầu tư mới - được thúc đẩy bởi sự kết hợp giữa giá khí tự nhiên thấp, chính sách môi trường và mối quan tâm về độ tin cậy - đang thúc đẩy thị trường CHP về phía trước.

Biên dịch: Thanh Hải

Theo “world-energy”, số tháng 1/2022