Nhà máy nhiệt điện là gì? Các nghiên cứu về Nhà máy nhiệt điện

Nhà máy nhiệt điện là cơ sở sản xuất điện bằng cách chuyển đổi năng lượng nhiệt từ quá trình đốt nhiên liệu thành điện năng thông qua tua-bin hơi. Đây là loại nhà máy phổ biến trên thế giới, hoạt động theo chu trình Rankine và sử dụng than, khí, dầu hoặc sinh khối làm nhiên liệu đầu vào.

Nhà máy nhiệt điện là gì?

Nhà máy nhiệt điện là cơ sở công nghiệp có chức năng sản xuất điện năng thông qua quá trình chuyển đổi năng lượng nhiệt thành điện năng. Nhiệt được sinh ra từ việc đốt cháy các loại nhiên liệu như than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên hoặc sinh khối. Quá trình này tạo ra hơi nước có áp suất và nhiệt độ cao, làm quay tua-bin và máy phát điện, từ đó tạo ra điện năng phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt, sản xuất và phát triển kinh tế. Đây là loại hình nhà máy điện phổ biến nhất trên thế giới, đặc biệt tại các quốc gia đang phát triển, nơi nguồn tài nguyên hóa thạch vẫn dồi dào.

Nguyên lý hoạt động của nhà máy nhiệt điện chủ yếu dựa trên chu trình Rankine trong nhiệt động lực học. Trong chu trình này, nước được đun nóng trong lò hơi đến khi sôi, tạo thành hơi quá nhiệt. Hơi này sau đó được dẫn vào tua-bin để quay trục, kéo theo máy phát điện quay và tạo ra dòng điện. Sau khi qua tua-bin, hơi được làm lạnh và ngưng tụ thành nước để tái sử dụng, tạo thành một chu trình tuần hoàn. Mô hình chi tiết về hoạt động của hệ thống này được mô tả trong Bộ Năng lượng Hoa Kỳ – How Coal Power Plants Work.

Các thành phần chính của nhà máy nhiệt điện

Nhà máy nhiệt điện hiện đại gồm nhiều hệ thống và thiết bị phức tạp, được tổ chức thành các khối chức năng chính sau:

  • Hệ thống nhiên liệu: Bao gồm kho chứa, thiết bị nghiền (nếu dùng than), và hệ thống cung cấp nhiên liệu vào lò.
  • Lò hơi (Boiler): Là nơi xảy ra quá trình đốt cháy nhiên liệu để đun nước và tạo hơi nước áp suất cao.
  • Tua-bin hơi nước (Steam turbine): Chuyển đổi năng lượng nhiệt trong hơi nước thành cơ năng quay trục tua-bin.
  • Máy phát điện (Generator): Biến cơ năng từ tua-bin thành điện năng thông qua hiện tượng cảm ứng điện từ.
  • Bình ngưng (Condenser): Làm lạnh và ngưng tụ hơi sau khi ra khỏi tua-bin để tuần hoàn trở lại lò hơi.
  • Tháp làm mát (Cooling tower): Giảm nhiệt độ của nước ngưng tụ trước khi tái sử dụng.
  • Hệ thống xử lý nước và hóa chất: Đảm bảo nước trong chu trình không có cặn và ăn mòn thiết bị.
  • Hệ thống xử lý khí thải: Bao gồm bộ lọc bụi, khử lưu huỳnh (FGD), khử NOx, và các công nghệ thu giữ CO2.

Sơ đồ nguyên lý tổng quát của chu trình Rankine được biểu diễn như sau:

Nhieˆn liệu+O2NhiệtHơi nướcTua-binMaˊy phaˊtĐiện\text{Nhiên liệu} + \text{O}_2 \rightarrow \text{Nhiệt} \rightarrow \text{Hơi nước} \rightarrow \text{Tua-bin} \rightarrow \text{Máy phát} \rightarrow \text{Điện}

Phân loại nhà máy nhiệt điện

Nhà máy nhiệt điện có thể được phân loại theo loại nhiên liệu hoặc công nghệ sử dụng:

1. Theo nhiên liệu:

  • Nhiệt điện than: Sử dụng than đá hoặc than nâu, chiếm tỷ trọng lớn trong sản xuất điện ở các quốc gia như Trung Quốc, Ấn Độ và Việt Nam.
  • Nhiệt điện khí: Sử dụng khí thiên nhiên (NG) hoặc khí hóa lỏng (LNG), có hiệu suất cao và ít phát thải hơn so với than.
  • Nhiệt điện dầu: Dùng dầu DO hoặc FO, thường chỉ được dùng làm nguồn điện dự phòng do chi phí nhiên liệu cao.
  • Nhiệt điện sinh khối: Đốt phụ phẩm nông nghiệp như vỏ trấu, bã mía, mùn cưa… góp phần giảm thiểu phát thải khí nhà kính.

2. Theo công nghệ:

  • Chu trình hơi nước đơn (Subcritical): Hiệu suất khoảng 33–38%, sử dụng nhiều tại Việt Nam.
  • Chu trình siêu tới hạn (Supercritical): Làm việc ở nhiệt độ > 540°C và áp suất > 220 bar, hiệu suất cao hơn, giảm tiêu thụ nhiên liệu.
  • Chu trình hỗn hợp (Combined Cycle Power Plant – CCPP): Kết hợp tua-bin khí và hơi, đạt hiệu suất 55–60%.

Hiệu suất và tổn thất năng lượng

Hiệu suất của nhà máy nhiệt điện bị giới hạn bởi nguyên lý Carnot. Phần lớn năng lượng đầu vào bị thất thoát dưới dạng nhiệt không thể sử dụng:

Efficiency=Work OutputHeat Input×100%\text{Efficiency} = \frac{\text{Work Output}}{\text{Heat Input}} \times 100\%

Ví dụ, một nhà máy nhiệt điện than truyền thống chỉ đạt hiệu suất khoảng 35%, có nghĩa là 65% năng lượng bị mất dưới dạng nhiệt. Vì vậy, cải tiến công nghệ, tăng hiệu suất và tận dụng nhiệt thải (cogeneration) là mục tiêu quan trọng trong thiết kế nhà máy hiện đại.

Tác động môi trường

Nhà máy nhiệt điện, đặc biệt là nhiệt điện than, có ảnh hưởng lớn đến môi trường:

  • Khí thải: Phát thải CO2 (gây hiệu ứng nhà kính), NOx, SO2 (gây mưa axit), và bụi mịn PM2.5.
  • Nước thải: Nước làm mát xả ra sông hồ có nhiệt độ cao, ảnh hưởng hệ sinh thái thủy sinh.
  • Chất thải rắn: Tro bay, xỉ đáy lò nếu không được xử lý tốt có thể gây ô nhiễm đất và nước ngầm.

Theo IEA Global CO₂ Status Report 2023, các nhà máy nhiệt điện sử dụng than đóng góp gần 40% lượng phát thải CO2 trong ngành năng lượng toàn cầu.

Giải pháp giảm phát thải và tối ưu hóa vận hành

Để hướng tới phát triển bền vững, nhiều nhà máy nhiệt điện đã triển khai các công nghệ mới:

  • Hệ thống lọc bụi tĩnh điện (ESP): Giảm phát thải bụi tới 99%.
  • Khử NOx bằng SCR: Dùng amonia hoặc urê để chuyển đổi NOx thành N2 và nước.
  • Khử SO2 bằng FGD ướt: Dùng đá vôi để loại bỏ SO2 khỏi khí thải.
  • Thu giữ và lưu trữ CO2 (Carbon Capture and Storage – CCS): Công nghệ đang phát triển mạnh trong các nước OECD.

Tham khảo thêm tại Global CCS Institute để cập nhật các tiến bộ công nghệ mới nhất trong thu giữ và xử lý CO2.

Nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam

Tại Việt Nam, nhà máy nhiệt điện chiếm vai trò then chốt trong cơ cấu nguồn điện. Theo Bộ Công Thương, tính đến năm 2023, tổng công suất nhiệt điện đạt khoảng 30 GW, chiếm gần 45% tổng công suất điện quốc gia.

Các dự án trọng điểm gồm:

  • Nhiệt điện Vũng Áng (Hà Tĩnh): Công suất 2.400 MW.
  • Nhiệt điện Thái Bình 2: Sử dụng công nghệ siêu tới hạn.
  • Nhiệt điện Nhơn Trạch: Chu trình hỗn hợp khí – hơi, hiệu suất cao.
  • Nhiệt điện khí LNG Bạc Liêu (đang triển khai): Hướng đến chuyển dịch năng lượng xanh.

Chính phủ Việt Nam hiện đang đẩy mạnh chiến lược chuyển đổi năng lượng với mục tiêu giảm dần tỷ trọng nhiệt điện than, tăng cường đầu tư vào năng lượng tái tạo và nhiệt điện khí LNG thân thiện môi trường.

Kết luận

Nhà máy nhiệt điện là một mắt xích quan trọng trong hệ thống năng lượng toàn cầu. Dù có nhiều ưu điểm như công suất lớn và vận hành ổn định, loại nhà máy này cũng gây ra những vấn đề môi trường đáng kể nếu không được kiểm soát tốt. Do đó, xu hướng hiện nay là nâng cao hiệu suất, giảm phát thải, sử dụng nhiên liệu sạch và kết hợp công nghệ tiên tiến để tiến tới một hệ thống điện bền vững hơn. Đối với các quốc gia như Việt Nam, quá trình chuyển dịch từ nhiệt điện truyền thống sang mô hình điện sạch hơn là thách thức lớn nhưng cũng mở ra cơ hội phát triển công nghệ và hợp tác quốc tế trong lĩnh vực năng lượng.

Các bài báo, nghiên cứu, công bố khoa học về chủ đề nhà máy nhiệt điện:

Ứng dụng mô hình MIKE 21FM đánh giá tác động của nước xả từ nhà máy nhiệt điện Thăng Long đến khu vực lấy nước
Tóm tắt: Hiện nay có rất nhiều các nhà máy nhiệt điện đã và đang được xây dựng trên cả nước, đặc biệt là ở các tỉnh có sẵn nguồn tài nguyên than đá như Quảng Ninh, Thái Bình hay Ninh Thuận. Việc nghiên cứu đánh giá lan truyền nhiệt cho các nhà máy là thực sự cần thiết do nhiệt độ của nước làm mát sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp đến công suất của nhà máy. Bài báo này thực hiện nghiên cứu đánh giá lan tr...... hiện toàn bộ
Đánh giá khả năng áp dụng công nghệ thu tách CO2 cho các nhà máy nhiệt điện của Petrovietnam
Tạp chí Dầu khí - Tập 4 - Trang 48-55 - 2013
Trong những năm gần đây, Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) đã phát triển mạnh ngành công nghiệp điện. Năm 2012, Tập đoàn đã sản xuất và cung cấp cho lưới điện Quốc gia 15,27 tỷ kWh điện, bằng 110,2% so với kế hoạch năm, tăng 13,4% so với cùng kỳ năm 2011. Cùng với việc phát triển các dự án điện, Petrovietnam rất quan tâm đến vấn đề đảm bảo môi trường, trong đó giảm thiểu phát thải ...... hiện toàn bộ
#-
Phương án nhập khẩu than tối ưu cho các nhà máy nhiệt điện do Petrovietnam đầu tư
Tạp chí Dầu khí - Tập 2 - Trang 45-52 - 2014
Thực hiện chỉ đạo của Chính phủ, Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam) đã đầu tư xây dựng 5 nhà máy nhiệt điện than với tổng công suất 6.000MW. Trong khi đó, Tập đoàn Than - Khoáng sản Việ t Nam (Vinacomin) - đơn vị đầu mối vẫn chưa có lời giải cho bài toán nhập khẩu than. Tập đoàn Dầu khí Việt Nam đã tích cực, chủ động tìm kiếm nguồn than nhập khẩu ổn định, lâu dài cho các nhà máy nhi...... hiện toàn bộ
#Imported coal #coal-fired power #Long Phu 1 #Song Hau 1 #Quang Trach 1
Mô hình hóa hệ thống quá nhiệt của lò hơi nhiệt điện
Trong bài bài báo này chúng tôi giới thiệu một mô hình toán học mới cho hệ thống quá nhiệt 2 cấp của lò hơi nhiệt điện. Mô hình toán học này được kiểm chứng trên cơ sở so sánh giữa kết quả mô phỏng trên Matlab/Simulink với kết quả thu được từ thực nghiệm của hệ thống quá nhiệt hai cấp của lò hơi công suất 196 t/h ở nhà máy lọc dầu Dung Quất. Kết quả thu được cho thấy sự phù hợp về đặc tính động họ...... hiện toàn bộ
#mô hình hóa bộ quá nhiệt #điều chỉnh nhiệt độ hơi #mô hình hóa lò hơi #nhà máy nhiệt điện #lò hơi
Nghiên cứu, đánh giá việc sử dụng nước khử khoáng tại các nhà máy nhiệt điện
Tạp chí Dầu khí - Tập 3 - Trang 48 - 58 - 2020
Nước khử khoáng ảnh hưởng trực tiếp đến giá thành sản xuất điện năng, hiệu suất của nhà máy nhiệt điện và phụ thuộc vào thông số công nghệ, quá trình vận hành. Việc nghiên cứu, đánh giá việc sử dụng nước khử khoáng giúp tiết kiệm chi phí sản xuất và nâng cao hiệu suất vận hành của các nhà máy nhiệt điện. Trong bài báo này, các tham số vận hành ảnh hưởng đến lượng nước khử khoáng sẽ được nhóm tác g...... hiện toàn bộ
#Demineralised water #DOE #thermal power plant #water consumption #water environment
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT BÌNH NGƯNG CHO NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN
Bình ngưng trong nhà máy nhiệt điện có vai trò quan trọng, dùng để ngưng lượng hơi thoát từ tua bin hạ áp thành nước ngưng cung cấp cho chu trình nhiệt. Với sự thay đổi của các thông số như nhiệt độ nước, năng lượng điện phát ra làm cho ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế, kỹ thuật của việc sản xuất điện. Bài báo trình bày thiết kế bộ điều khiển áp suất bình ngưng sao cho có được bộ thông số điều khiển...... hiện toàn bộ
#Bộ điều khiển PID #bình ngưng #điều khiển áo suất bình ngưng
Nghiên cứu lựa chọn công nghệ đốt than cho nhà máy nhiệt điện Quảng Trạch I
Với ưu điểm nâng cao được hiệu suất nhà máy, giảm tiêu hao nhiên liệu và phát thải ra môi trường, công nghệ siêu tới hạn và trên siêu tới hạn được xem là các công nghệ tiên tiến hiện nay trong các nhà máy nhiệt điện. Tuy nhiên, việc nâng cao các thông số hơi sẽ làm tăng chi phí đầu tư ban đầu. Bài báo nghiên cứu đánh giá, phân tích và lựa chọn các thông số hơi tối ưu và công nghệ đốt phù hợp cho c...... hiện toàn bộ
#nhà máy nhiệt điện #công nghệ siêu tới hạn #trên siêu tới hạn #công nghệ đốt #thông số hơi
Ăn mòn và bảo vệ chống ăn mòn bên trong hộp nước biển làm mát trong thiết bị bình ngưng của các nhà máy nhiệt điện
Tạp chí Dầu khí - Tập 11 - Trang 41-46 - 2018
Các nhà máy điện sử dụng turbine hơi (Nhà máy Điện Cà Mau 1 & 2, Nhà máy Nhiệt điện Phú Mỹ 3, Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 4…) chủ yếu dùng nước biển làm mát cho thiết bị bình ngưng. Thiết bị này bao gồm: giàn ống titan, giá đỡ ống và hộp chứa nước làm mát chế tạo bằng thép carbon. Bài báo phân tích nguyên nhân, cơ chế ăn mòn bên trong của hộp chứa nước biển làm mát của các nhà máy nhiệt điện, ...... hiện toàn bộ
#Galvanic corrosion #sea-water cooling box #condenser #thermal power station #cathodic protection
Tổng số: 49   
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5