EN
Lợi ích của việc sử dụng khí tự nhiên trong sản xuất điện là gì?
Khí tự nhiên đã trở thành nền tảng của thời đại hiện đại phát điện , được đánh giá cao nhờ tính linh hoạt, hiệu quả và lợi ích môi trường. Khi hệ thống năng lượng toàn cầu chuyển đổi sang tương lai ít carbon hơn, sản xuất điện từ khí tự nhiên đóng vai trò trung gian giữa nhiên liệu hóa thạch truyền thống và năng lượng tái tạo, mang lại những lợi ích độc đáo hỗ trợ cả độ tin cậy và tính bền vững. Từ việc giảm phát thải đến tăng cường tính linh hoạt cho lưới điện, vai trò của khí tự nhiên trong sản xuất điện tiếp tục phát triển, biến nó thành một thành phần thiết yếu trong các cơ cấu năng lượng đa dạng. Hãy cùng khám phá những lợi ích chính khi sử dụng khí tự nhiên trong phát điện .
Lượng phát thải carbon thấp hơn so với các nhiên liệu hóa thạch khác
Một trong những lợi thế đáng kể nhất của khí tự nhiên trong sản xuất điện là lượng khí thải carbon thấp hơn so với than và dầu mỏ. Khi được đốt cháy, khí tự nhiên chủ yếu giải phóng khí methane (CH₄), tạo ra khoảng 50% lượng carbon dioxide (CO₂) ít hơn trên mỗi đơn vị năng lượng so với than đá và ít hơn 30% so với dầu mỏ. Điều này khiến cho việc phát điện bằng khí tự nhiên trở thành một công cụ quan trọng để giảm phát thải khí nhà kính trong ngắn hạn và trung hạn, khi các quốc gia đang hướng tới mục tiêu cân bằng phát thải khí nhà kính.
Ví dụ, một nhà máy điện đốt than điển hình phát thải khoảng 820 gam CO₂ cho mỗi kilowatt giờ (kWh) điện sản xuất, trong khi một nhà máy điện chu kỳ kết hợp chạy khí tự nhiên hiện đại (CCGT) chỉ phát thải 450 gam CO₂ mỗi kWh. Mức giảm này là rất đáng kể: việc thay thế một nhà máy điện than 500 megawatt (MW) bằng một cơ sở phát điện chạy bằng khí tự nhiên sẽ giảm được hơn 4 triệu tấn CO₂ hàng năm – tương đương với việc loại bỏ 850.000 chiếc xe hơi khỏi các con đường. Tại các khu vực mà than vẫn chiếm ưu thế, như một phần của châu Á và Đông Âu, việc chuyển sang phát điện bằng khí tự nhiên mang lại một lộ trình thực tế để giảm ngay lập tức lượng khí thải.
Máy phát điện chạy khí tự nhiên cũng phát thải ít chất ô nhiễm không khí hơn, bao gồm dioxide lưu huỳnh (SO₂), oxit nitơ (NOₓ), và các hạt bụi mịn. SO₂ góp phần gây ra mưa axit, trong khi NOₓ và các hạt bụi mịn ảnh hưởng đến sức khỏe con người, gây ra các vấn đề về hô hấp. Các nhà máy khí tự nhiên hiện đại sử dụng công nghệ khử chọn lọc bằng chất xúc tác (SCR) và các công nghệ khác để giảm thiểu thêm lượng phát thải NOₓ, giúp chúng sạch hơn các cơ sở nhiên liệu hóa thạch cũ và phù hợp với các quy định môi trường nghiêm ngặt hơn.
Hiệu suất cao trong phát điện
Hệ thống phát điện từ khí tự nhiên, đặc biệt là các nhà máy kết hợp chu kỳ, đạt được hiệu suất đáng kể, tối đa hóa lượng năng lượng khai thác từ mỗi đơn vị nhiên liệu. Nhà máy tuabin khí chu kỳ kết hợp (CCGT) sử dụng hai chu kỳ: đầu tiên, một tuabin khí đốt cháy khí tự nhiên để trực tiếp tạo ra điện, sau đó nhiệt thải từ tuabin này được sử dụng để sản xuất hơi nước, làm quay một tuabin hơi nước thứ hai. Quá trình kép này đạt hiệu suất 60% hoặc cao hơn, so với mức 30–40% của các nhà máy đốt than truyền thống và 20–25% của các tuabin khí đơn chu kỳ.
Hiệu suất cao này chuyển thành mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn và chi phí giảm xuống. Một nhà máy điện khí CCGT 500 MW cần khoảng 2,5 tỷ foot khối khí tự nhiên hàng năm, trong khi một nhà máy than cùng công suất cần hơn 1 triệu tấn than – làm giảm cả chi phí nhiên liệu và vận chuyển đối với sản xuất điện từ khí tự nhiên. Đối với các công ty điện lực, hiệu suất này có nghĩa là sản xuất được nhiều điện hơn với lượng nhiên liệu ít hơn, cải thiện lợi nhuận và giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng nhập khẩu.
Ngay cả những nhà máy khí tự nhiên chạy chu kỳ đơn giản, thiếu tuabin hơi nước, cũng mang lại lợi thế về hiệu suất cho các ứng dụng đỉnh tải. Chúng có thể nhanh chóng tăng công suất để đáp ứng các đợt tăng nhu cầu đột ngột (ví dụ: trong các đợt nắng nóng), đồng thời tiêu thụ ít nhiên liệu hơn so với các nhà máy đỉnh dùng dầu, biến chúng thành lựa chọn kinh tế để cân bằng tải lưới điện.
Tính linh hoạt và độ tin cậy trong sản xuất điện
Phát điện từ khí tự nhiên vượt trội về tính linh hoạt, một đặc tính quan trọng khi các hệ thống điện tích hợp ngày càng nhiều năng lượng tái tạo biến đổi (ví dụ: gió và mặt trời). Khác với các nhà máy than hoặc hạt nhân, đòi hỏi nhiều giờ hoặc ngày để khởi động hoặc điều chỉnh sản lượng, các nhà máy sử dụng khí tự nhiên - đặc biệt là tua-bin chu kỳ mở - có thể đạt công suất tối đa trong vài phút. Điều này cho phép chúng phản ứng nhanh chóng trước những dao động trong sản lượng năng lượng tái tạo, đảm bảo sự ổn định của hệ thống điện khi gió ngừng thổi hoặc mặt trời lặn.
Ví dụ, nếu một trang trại điện mặt trời 100 MW đột ngột mất sản lượng do bị mây che phủ, một cơ sở phát điện khí tự nhiên gần đó có thể tăng sản lượng lên thêm 100 MW trong vòng 10–15 phút, ngăn chặn tình trạng mất điện. Tính 'điều phối được' này khiến phát điện khí tự nhiên trở thành đối tác lý tưởng của năng lượng tái tạo, hỗ trợ quá trình chuyển đổi sang nguồn năng lượng sạch hơn mà không làm giảm độ tin cậy.
Phát điện bằng khí tự nhiên cũng mang lại tính linh hoạt trong vận hành và nguồn nhiên liệu. Nó có thể sử dụng khí từ đường ống, khí tự nhiên hóa lỏng (LNG), hoặc thậm chí khí tự nhiên nén (CNG), giúp các công ty điện lực tiếp cận nhiều chuỗi cung ứng khác nhau. Điều này làm giảm sự dễ tổn thương trước các gián đoạn nguồn nhiên liệu đơn lẻ, tăng cường an ninh năng lượng. Tại các quốc gia có trữ lượng khí tự nhiên nội địa như Hoa Kỳ, Nga và Qatar, việc không phụ thuộc vào than hoặc dầu nhập khẩu làm gia tăng chủ quyền năng lượng.
Tính hiệu quả về chi phí trong phát điện
Việc phát điện từ khí tự nhiên cân bằng giữa chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành để mang lại tính tiết kiệm dài hạn. Mặc dù các nhà máy tua-bin chu trình kết hợp (CCGT) đòi hỏi chi phí vốn đầu tư ban đầu cao hơn so với các tua-bin chu trình đơn giản, nhưng mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn và hiệu suất cao hơn dẫn đến chi phí vòng đời thấp hơn. Ví dụ, một nhà máy CCGT mới công suất 500 MW có chi phí xây dựng khoảng 1 tỷ USD nhưng có tuổi thọ lên đến 25–30 năm với chi phí bảo trì tối thiểu, điều này khiến nó có tính cạnh tranh về giá cả với than đá và rẻ hơn nhiều so với chi phí sản xuất điện hạt nhân trong dài hạn.
Chi phí nhiên liệu cho việc phát điện từ khí tự nhiên cũng tương đối ổn định hơn so với than và dầu mỏ, vốn dễ biến động về giá. Nguồn cung cấp dồi dào của khí tự nhiên – nhờ vào những tiến bộ trong công nghệ khai thác thủy lực ("fracking") và cơ sở hạ tầng xuất khẩu LNG – đã giúp duy trì mức giá thấp tại nhiều thị trường. Chẳng hạn, tại Hoa Kỳ, giá khí tự nhiên trung bình ở mức
4 trên một triệu đơn vị nhiệt Anh (MMBtu) trong thập kỷ qua, so với giá than dao động giữa 100 mỗi tấn. Sự ổn định này khiến việc phát điện từ khí tự nhiên trở nên hấp dẫn đối với các công ty tiện ích và người dùng công nghiệp đang tìm kiếm chi phí năng lượng dự đoán được.
Hơn nữa, các nhà máy điện chạy bằng khí tự nhiên có thời gian xây dựng ngắn hơn (2–3 năm cho một nhà máy CCGT) so với than (4–6 năm) hoặc năng lượng hạt nhân (trên 10 năm), cho phép các công ty tiện ích phản ứng nhanh chóng trước nhu cầu gia tăng hoặc thay đổi chính sách. Tính linh hoạt này giảm thiểu rủi ro tài chính, vì các khoản đầu tư bắt đầu mang lại lợi nhuận sớm hơn.
Sự kết hợp ăn ý với công nghệ thu giữ carbon và tích hợp năng lượng tái tạo
Phát điện từ khí tự nhiên tương thích với công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon (CCS), mở ra khả năng đạt mức phát thải gần bằng không. Các hệ thống CCS sẽ thu giữ CO₂ từ khí thải của các nhà máy điện khí tự nhiên, nén lại và lưu trữ dưới lòng đất trong các cấu trúc địa chất (ví dụ: các mỏ dầu đã cạn hoặc tầng chứa nước mặn). Mặc dù CCS làm tăng chi phí và giảm hiệu suất một chút (xuống còn khoảng 50% đối với các nhà máy CCGT có lắp đặt CCS), nhưng nó cho phép phát điện từ khí tự nhiên đóng góp vào các chiến lược giảm phát thải carbon sâu.
Các dự án thí điểm như Nhà máy năng lượng Kemper County tại Hoa Kỳ (sau đó được chuyển đổi) và Dự án Boundary Dam tại Canada đã chứng minh tính khả thi của CCS trong phát điện từ khí tự nhiên và than đá. Khi công nghệ CCS trưởng thành và chi phí giảm xuống, các nhà máy khí tự nhiên tích hợp thu giữ carbon có thể trở thành một thành phần quan trọng trong lưới điện hướng tới mức phát thải ròng bằng không, đặc biệt là ở những khu vực mà chỉ riêng năng lượng tái tạo chưa thể đáp ứng đủ nhu cầu điện năng.
Việc phát điện từ khí tự nhiên cũng bổ sung cho năng lượng tái tạo bằng cách cung cấp nguồn dự phòng đáng tin cậy. Trong các hệ thống điện có tỷ lệ năng lượng mặt trời cao, các nhà máy khí tự nhiên có thể tăng công suất vào buổi tối khi sản lượng từ điện mặt trời giảm xuống, đảm bảo nguồn cung ổn định. Sự kết hợp này làm giảm nhu cầu đầu tư vào hệ thống lưu trữ pin đắt tiền, giúp việc tích hợp năng lượng tái tạo trở nên phải chăng hơn. Ví dụ, tại Đức, sản lượng điện từ khí tự nhiên đã tăng lên song song cùng với điện gió và mặt trời, góp phần ổn định hệ thống điện trong giai đoạn chuyển tiếp giữa các thời điểm sản lượng tái tạo cao và thấp.
Câu hỏi thường gặp: Khí tự nhiên trong sản xuất điện
Phát điện từ khí tự nhiên thực sự có phải là một "nhiên liệu chuyển tiếp" hướng tới năng lượng tái tạo không?
Có. Khí tự nhiên thải ra ít CO₂ hơn so với than và dầu mỏ, do đó đây là lựa chọn ít carbon hơn trong khi năng lượng tái tạo đang được mở rộng quy mô. Tính linh hoạt của nó hỗ trợ ổn định hệ thống điện khi ngày càng nhiều điện gió và mặt trời được hòa lưới, và công nghệ CCS (thu giữ và lưu trữ carbon) có thể giảm thêm lượng phát thải, kéo dài vai trò của nó trong quá trình chuyển đổi sang hệ thống điện ít phát thải carbon.
So với năng lượng hạt nhân, mức độ tin cậy của phát điện từ khí tự nhiên như thế nào?
Cả hai đều có độ tin cậy cao, nhưng các nhà máy khí tự nhiên linh hoạt hơn. Các nhà máy điện hạt nhân vận hành như nguồn điện nền (24/7) nhưng mất vài ngày để điều chỉnh sản lượng, trong khi các nhà máy khí tự nhiên có thể tăng/giảm công suất trong vài phút. Khí tự nhiên cũng có thời gian xây dựng ngắn hơn, tuy nhiên điện hạt nhân có chi phí nhiên liệu thấp hơn về lâu dài.
Những rủi ro nào khi phụ thuộc vào khí tự nhiên để phát điện?
Khí methane rò rỉ trong quá trình khai thác và vận chuyển có thể làm suy giảm lợi ích giảm phát thải carbon của nó, vì methane là một khí nhà kính mạnh. Biến động giá (do thị trường toàn cầu hoặc các vấn đề địa chính trị) và sự phụ thuộc vào nhập khẩu cũng là những rủi ro. Tuy nhiên, việc giám sát chặt chẽ các rò rỉ và đa dạng hóa chuỗi cung ứng có thể giảm thiểu các vấn đề này.
Việc phát điện bằng khí tự nhiên quy mô nhỏ có thể hỗ trợ các cộng đồng ngoài lưới điện quốc gia không?
Chắc chắn rồi. Các máy phát điện chạy khí tự nhiên cỡ nhỏ (5–50 MW) cung cấp điện năng đáng tin cậy ở các khu vực hẻo lánh có tiếp cận được nguồn khí qua đường ống hoặc LNG. Chúng hiệu quả hơn máy phát điện diesel và phát thải ít ô nhiễm hơn, khiến chúng trở thành lựa chọn tốt hơn cho việc tiếp cận năng lượng ngoài lưới.
Việc phát điện từ khí tự nhiên có trở nên lỗi thời không khi năng lượng tái tạo ngày càng chiếm ưu thế?
Khó xảy ra trong ngắn hạn. Năng lượng tái tạo cần nguồn dự phòng linh hoạt, và khí tự nhiên đáp ứng vai trò này một cách hiệu quả về chi phí. Khi áp dụng công nghệ CCS, điện khí tự nhiên có thể vẫn là một phần của hệ thống điện carbon thấp trong nhiều thập kỷ tới, đặc biệt trong các ngành công nghiệp (ví dụ: sản xuất nặng) nơi việc chuyển đổi sang sử dụng điện rất khó khăn.
Table of Contents
- Lợi ích của việc sử dụng khí tự nhiên trong sản xuất điện là gì?
-
Câu hỏi thường gặp: Khí tự nhiên trong sản xuất điện
- Phát điện từ khí tự nhiên thực sự có phải là một "nhiên liệu chuyển tiếp" hướng tới năng lượng tái tạo không?
- So với năng lượng hạt nhân, mức độ tin cậy của phát điện từ khí tự nhiên như thế nào?
- Những rủi ro nào khi phụ thuộc vào khí tự nhiên để phát điện?
- Việc phát điện bằng khí tự nhiên quy mô nhỏ có thể hỗ trợ các cộng đồng ngoài lưới điện quốc gia không?
- Việc phát điện từ khí tự nhiên có trở nên lỗi thời không khi năng lượng tái tạo ngày càng chiếm ưu thế?