12/9/2013

1

Ứng dụng Điện nối lướicủa Năng lượng Sinh khối, Khí sinh học và Rác

thải cho Việt Nam

Mô-đun 1:

Những lựa chọn kỹ thuật và tập quán Quốc tế tốtnhất cho việc phát điện nối lưới từ năng lượng sinh

khối, khí sinh học và rác thải

(Bruno Wilhelm)

On-Grid Applications of Biomass, Biogas and Waste-to-Energy

Power Plants for Vietnam

Module 1:

Technical options and international best practices for on-grid power generation from biomass, biogas

and waste-to-energy

(Bruno Wilhelm)

12/9/2013

2

Giới thiệu

Sinh khối vẫn là nguồn năng lượng chủ yếu quan trọng nhất tại Việt Nam

Xấp xỉ 90% năng lượng từ sinh khối tại Việt Nam được sử dụng trong các hộ gia đình cho việc nấu thức ăn, đun nước, sưởi ấm..

����

Việc ứng dụng nguồn sinh khối cho việc sản xuất điện lưới là một khái niệm tương đối mới tại Việt Nam

3

Tiêu thụ năng lượng chủ yếu của Việt Nam

than Dầu Khí Thủy điện Sinh khối

Introduction

Biomass is still the mostimportant primary energy

source in Vietnam.

Approx. 90% of energyfrom biomass in Vietnam

is used in domestichouseholds for cooking,

water heating, spaceheating …

����

Utilization of biomass foron-grid power generation

is a relatively newconcept in Vietnam.

4

12/9/2013

3

Giới thiệu

Việt nam vẫn còn tiềm năng lớn của nguồn năng lượng sinh học chưa khai thác

(Nguồn:SNV: tổ chức phát triển Hà Lan tại Việt Nam)

5

Introduction

Vietnam has still a large potential of untapped sources for bioenergy(Source: SNV Netherlands Development organization in Vietnam)

6

12/9/2013

4

Module 1 7

Giới thiệu

Introduction

8

12/9/2013

5

Module 1 9

Introduction/Giới thiệu

Introduction

10

12/9/2013

6

Giới thiệu

Năng lượng sinh khối là một trong những lựa chọn rẻ nhất để phát điện từ năng lượng tái tạo

11

Chi phí sản xuất điện từ năng lượng tái tạo 2012 (nguồn IRENA)

Introduction

Biomass is one of the cheapestoptions for power generation fromrenewable energies

12

Cost of power generation fromrenewable energies 2012 (source: IRENA)

12/9/2013

7

Lựa chọn kỹ thuật cho việc sử dụng năng lượng sinh khối

13

Feedstock/Nguyên liệu Đốt nhiệtĐốt kết

hợpKhí hóa

Nhiệt phân

Yếm khí

Phế thải từ gỗ X X X X

Bã mía X X X X X

Trấu X X X X

Rơm rạ X X X

Ngô (thân và lõi) X X X

Cùi café X X X

Dừa (vỏ và bột xơ dừa) X X X

Tre X X X X

Phân X

Phân ( gia cầm) X X X X X

Rác thải rắn đô thị X X

Rác thải rắn hữu cơ X X X

Thức ăn thừa X

Rác cặn X X X

Technical Options for the energetic Use of Biomass

14

Feedstock Combustion Co-Firing Gasification PyrolysisAnaerobicDigestion

Wood residues X X X X

Sugar cane bagasse X X X X X

Rice husk X X X X

Rice straw X X X

Corn (cobb and stob) X X X

Coffee Pith X X X

Coconut (coil and pith) X X X

Bamboo X X X X

Manure X

Manure (Poultry) X X X X X

Municipal solid waste X X

Organic solid waste X X X

Food waste X

Sewage sludge X X X

12/9/2013

8

Chi phí đầu tư cụ thể cho các lựa chọn công nghệ khác nhau

15

Source: IRENA 2012

Tổng chi phí lắp đặt công nghệ phát điện đốt sinh khối tại các quốc gia OECD

Specific investment cost for different technology options

16

Source: IRENA 2012

12/9/2013

9

Biomass Conversion Paths

17Power generation from biomass is always heat & power generation !!!

Sour

ce>

SNV

Net

herl

ands

Dev

elop

men

t Org

anis

atio

n V

ietn

am

Cách chuyển đổi nănglượng sinh khối

18Phát điện từ năng lượng sinh khối luôn là Nhiệt năng và điện năng!!!

Sour

ce>

SNV

Net

herl

ands

Dev

elop

men

t Org

anis

atio

n V

ietn

am

12/9/2013

10

Tính hiệu quả năng lượng cụ thể củacác lựa chọn công nghệ khác nhau

Công nghệ Hiệu quả năng lượng

Đốt kết hợp 35-40%

Đốt kết hợp CHP 80-90%

Đốt nhiệt 30-35%

Đốt nhiệt CHP 80-90%

Khí hóa CHP 25-30%

19

Source: IEA

Phát triển nhà máy điện lưới năng lượng sinh khối có khă năng thương

mại bắt đầu với việc xác định nhu cầu nhiệt năng trên địa bàn, để cho

phép cho CHP, điều này sẽ giúp tránh thất thoát năng lượng và giảm thiểu chi phí phát điện. !

Specific energy efficiency of different technology options

Technology Energy Efficieency

Co-firing 35-40%

Co-firing CHP 80-90%

Combustion 30-35%

Combustion CHP 80-90%

Gasification CHP 25-30%

20

Source: IEA

Development of commerically viable on-grid biomass power plant starts with the identification of sufficient heat demandon site, in order to allow for CHP, which will help avoidingenergy losses and minimizing specific power generation cost.!

12/9/2013

11

Principle of combined heat and powercompared to standard power plants

21

Source: IEA

Nguyên tắc về kết hợp nhiệt và điện so sánhvới nhà máy điện tiêu chuẩn

22

Source: IEA

Nhà máy điệntiêu chuẩn

60% nhiệt thải ra môi trường

40% năng lượng có ích sản xuất điện

Liên kết nhiệt vànăng lượng

100% nhiên liệuđầu vào

20% nhiệt thải ra môi trường

40% năng lương có ích chosưởi và/hoặc làm lạnh

40% năng lượng có ích để sản xuất điện

12/9/2013

12

Đốt hỗn hợp

Module 1 23

� Nhà máy điện đốt than có tuổi thọ từ 20 đến 50 năm và đại điện cho mộtlượng vốn đầu tư khổng lồ trên toàn cầu.

� Để giảm thải carbon dioxide một lượng than sẽ được thay thế bằng nănglượng sinh khối-đốt cả hai nhiên liệu này cùng nhau được gọi là đốt kết hợp.

� Sự cải tiến tối ưu nhất có thể cho phép các nhà máy điện đốt than thay thếlên tới 20% lượng than đang sử dụng hiện nay, như trường hợp sử dụng viênnén sinh khối thì làm giảm được 20% lượng phát thải CO2 của một nhà máyđiện.

� Đốt kết hợp cho phép nhà máy điện đáp ứng được mục tiêu giảm thải khícarbon trong thập kỷ tới

� Nhiều nhà máy điện than ở Châu Âu đã sử dụng đốt kết hợp trong hơn 10 năm qua.

Co-firing

Module 1 24

� Coal-fired power plants have a life of 20 to 50 years and represent a huge global capital investment.

� In order to reduce carbon dioxide emissions some of the coal may be replaced with biomass - burning both fuels together which is called co-firing.

� Modest cost modification can allow most coal-fired power plants to replace up to 20% of the coal currently being used, e. g. with biomass pellets, and thus reduce the power plant's carbon dioxide emissions by 20%.

� Co-firing will allow power plants to meet their carbon emission reductions targets for the next decade.

� Many coal-fired power plants in Europe have been co-firing for more than 10 years.

12/9/2013

13

Công nghệ đốt kết hợpĐốt kết hợp trực ti ếp là lựa chọn phổ biển nhất, đơn giản nhất và rẻ nhất ;sinh

khối có thể được nghiền cùng với than (tiêu biểu dưới 5% hàm lượng nănglượng) hoặc nghiền trước sau đó nạp riêng rẽ cùng lò hơi. Sử dụng lò đốtchung hoặc riêng biệt, sử dụng phương án hai cho phép linh hoạt hơn liênquan đến chủng loại và khối lượng của sinh khối.

Đốt kết hợp gián ti ếp: là quy trình ít phổ biến trong đó bộ khí hóa chuyển độisinh khối rắn sang nhiên liệu khí sau đó được đốt cùng với than trong cùng lòhơi. Tuy đắt hơn vì thiết bị bổ sung thêm là bộ khí hóa, phương pháp này chophép lượng sinh khối đa dạng và nhiều hơn được sử dụng. Cần làm sạch, lọckhí để loại bỏ tập chất trước khi đốt. Tro của hai nhiên liệu sẽ tồn tại riêng rẽ.

Đốt kết hợp song song cần lò hơi sinh khối riêng cung cấp hơi nước cho cùngchu trình hơi. Phương pháp này cho phép một lượng sinh khối lớn, thườngđược sử dụng trong các cơ sở sản xuất giấy, bột giấy để sử dụng phụ phẩm từsản xuất giấy như vỏ cây, gỗ thừa

25

Co-firing technology

Module 1 26

12/9/2013

14

Nhiên liệu đốt kết hợp

Module 1

27

� Sinh khối cho thị trường đốt kết hợp đã trở thành hàng hóa quốc tế.

� Năm 2005 tổng số 1,4 triệu tấn sinh khối được đốt kết hợp ở Anh so với tổng số 52 triệutấn than để phát điện.

� 33% là sản phẩm cọ nhập khẩu: cùng sản phẩm với ngành công nghiệp dầu cọ( Cùi cọ vàcác phế phẩm như bã chùm và sợi hoa quả.) � 21% là sản phẩm Oliu nhập khẩu: cùng sản phẩm với ngành công nghiệp dầu Oliu(

Viên và miếng Oliu)� 20% là sản phẩm gỗ: mùn cưa, dăm gỗ, viên gỗ và đầu thừa gỗ chủ yếu là nhập

khẩu.� 7% là vỏ trấu và các sản phẩm cùng loại khác của quá trình sản xuất ngũ cốc.

� Các dạng sinh khối khác được sử dụng trong đốt kết hợp bao gồm năng lượng thực vậtnhư những cây ngắn ngày cỏ voi Miscanthus và Willow.

� Rác cặn, phế thải từ nhiên liệu(RDF), mặc dù được xếp là chất thải , có thể sử dụng tại EU trong các nhà máy tuân thủ chỉ thị về đốt rác thải(WID)

� Thường sử dụng cho dạng đốt kết hợp là viên gỗ hoặc các dạng năng lượng sinh khốikhác.

Co-firing fuels

Module 1 28

� Biomass for co-firing market has become an international commodity.

� In 2005 a total of 1.4 million tons of biomass was co-fired in the UK to a total of 52 million tons of coal for electricity generation.

� 33% was imported palm products: co-products of the palm oil industry (palm kernels and residues such as empty fruit bunches and fibre)

� 21% was imported olive products: co-products of the olive oil industry (olive cake and pellets)

� 20% was wood products including sawdust, wood shavings, pellets and chips, predominantly imported

� 7% was straw and other co-products of cereal production.

� Other forms of biomass used in co-firing include energy crops such as short rotation coppice (SRC) willow and miscanthus.

� Sewage sludge and refuse derived fuel (RDF), although classified as wastes, can be used in the EU only in plants that comply with the Waste Incineration Directive (WID).

� A very commonly used form of co-firing fuel are pellets from wood or other biomass.

12/9/2013

15

Viên nén sinh khối

Module 1 29

� Dạng viên dùng làm nguyên liêu tốt hơnso với nguyên liệu thô

� Dạng viên chứa nhiều năng lượng hơn, dễ vận chuyển và phù hợp cho hệ thống nạp liệu tự động.

� Hầu hết các viên được làm từ mùn cưa và các chất thải khác từ gỗ.� Ở Anh, nhu cầu cho dạng viên đã vượt quá khối lượng gỗ và chất thải nông

nghiệp sẵn có, và thực vật dùng cho nhu cầu năng lượng là cỏ kê Swithchgrass và cỏ voi miscanthus được dùng thay thế.

Source: Penn State University College of Agricultural Sciences: http://pubs.cas.psu.edu/

Con số viên cụ thể được làm từ

các loại năng lượng sinh khối

khác nhau

Biomass pellets

Module 1 30

� Pellets are a better-performing fuel, compared to their raw feedstock.

� Pellets are more energy dense, easier to transport and suitable for automatic feedsystems.

� Most pellets today are made from sawdust and other wood waste. � In the UK, the demand for pellets has exceeded the amount of wood and

agricultural waste available, and dedicated energy crops such as switchgrass, andmiscanthus are used instead. .

Source: Penn State University College of Agricultural Sciences: http://pubs.cas.psu.edu/

Specific data ofpellets made out

of different types of biomass

12/9/2013

16

Than bùn và sinh khối

Tăng việc sử dụng sinh khối tại nhà máy điện Edenderry,lượng điện tái tạo đã tăng nhanh chóng trong thời gianqua từ 14,900 MWH năm 2008 lên 84,800 MWh năm2010nhà máy điện Edenderry vận hành năm 2000, nhà máyđiện Edenderry có công suất tổng là 128 MW, nó tiêu thụtrên 1 triệu tấn nhiên liệu mỗi năm (7.7PJ) nhà máy sửdụng công nghệ lò hơi đốt than phun hiện đại, có khảnăng đốt đa nhiên liệu. Đốt phối hợp ở Edenderry chophép đốt nhiều loại nhiên liệu sinh khối sạch. Bao gồmnguyên liệu gỗ từng rừng Irland, có thể được nhà thầulâm nghiệp cung cấp trực tiếp hoặc gián tiếp là các phếthải của xưởng gỗ-cây trồng mục đích năng lượng nhưliễu, cỏ voi-nguyên liêu khô như viên gỗ hoặc phế thảinông nghiệp nhập khẩu như hạt cọ hoặc vỏ hạnh nhân.Việc đốt kết hợp sinh khối với bùn bắt đầu năm 2008. trên19,000 tấn năng lượng (ET) than bùn được đổi chỗ trongnăm đầu tiên. tỷ lệ đốt kết hợp tăng từng năm như bảngbên phải.

31

Co-firing fuels

Module 1 32

12/9/2013

17

Đốt nhiệt sinh khối

33

Công nghệ phổ biến sử dụng năng lượng sinhkhối phát điện bao gồm việc đốt nhiệt tronglò hơi để tạo ra hơi nước áp suất cao. Sơ đồnguyên lý đơn giản được trình bày bên cạnh.

Biomass combustion

34

The most used technology for using biomass in power generation involves its combustion in a boiler for the production of high pressure steam. A simple diagram of this process is shown here.

12/9/2013

18

Đốt năng lượng sinh khối

Module 1 35

� Sinh khối được đốt để tạo ra hơi nước ápsuất cao.

� Hơi nước làm quay turbin được nối vớimáy phát-quy trình tương tự và công nghệtương tự được áp dụng cho nhà máynhiệt điện dùng than.

� Khi turbin quay, máy phát chạy và điệnđược tạo ra.

� Các thiết bị đồng phát sẽ thu giữ nhiệtthải và một dạng hơi nước ( thứ 2) và sửdụng nó để sưởi ấm, cung cấp hơi và nhiệtcho quá trình công nghiệp.

Nhà máy điện sinh khối có công suất 30 MW

Biomass combustion

Module 1 36

� Biomass is burned to produce high pressure steam.

� The steam turns a turbine connected to a generator – same procedure and same technology as in coal-fired power plants.

� As the turbine rotates, the generator turns, and electricity is produced.

� Cogeneration facilities capture waste heat and "secondary" steam and use it to heat buildings and provide steam and heat for industrial processes.

12/9/2013

19

Biomass combustion

Module 1 37

Tuốc binMáy phát

Lò hơi

Lọc khíthải

Biomass combustion

Module 1 38

12/9/2013

20

Đốt nhiệt sinh khối

Module 1 39

Tác động môi trường của việc đốt nhiệt sinh khối so với đốt than và khí tự nhiênNguồn: đại học California, Berkeley

Khí thải

Đốt than Khí tựnhiên

Biomass combustion

Module 1 40

Environmental impact of biomasscombustion compared to combus-tion of coal and natural gas. Source: University of California, Berkeley

12/9/2013

21

Đốt rác(một dạng đốt nhiệt sinh khối)

Module 1 41

Giaohàng

Khochứa Đốt/tạo hơi nước

Làm sạch khí thảiống khói

Waste incineration(a specific form of biomass combustion)

Module 1 42

12/9/2013

22

Module 1 43

Đốt rác(một dạng cụ thể đốt nhiệt sinh khối)

Module 1 44

Waste incineration(a specific form of biomass combustion)

12/9/2013

23

Rác thành năng lượng

Được mở từ năm 1988, Metro Vancouver cơ sở rác thành nănglượng(WTEF) đã đóng vai trò quan trọng trong hệ thống quản lýchất thải rắn, được sở hữu bởi Metro Vancouver, cơ sở này đượcvận hành và bảo trì bởi công ty năng lượng tái tạo CovantaBurnaby. Cơ sở này đảm bảo rác thải được quản lý theo chuẩnan toàn môi trường , tạo ra nguồn năng lượng tái tạo và giá trị;hơi nước và điện.Cơ sở rác thải thành năng lượng(WTEF) được đặt tại khu

thương mại/công nghiệp phía nam của Burnaby, New Westmintervà bờ Bắc, chịu trách nhiệm tiêu hủy 25% lượng rác thải khu vựcmột cách an toàn về môi trường.Mỗi năm WTEF biến 280,000 tấn rác thải thành hơi nước và điện.Hơi nước được bán cho cơ sở tái chế giấy,trong khi đó điện đượcbán cho BC Hydro, đủ cung cấp cho 15,000 hộ dân.Những quy định nghiêm ngặt và quản lý môi trường xác nhậnrằng WTEF là một trong những cơ sở sạch nhất trong số nhữngcơ sở này. Hiệp hội chất thải rắn Bắc Mỹ (SWANA) công nhân nólà một cơ sở tốt nhất trên lục địa.

45

Waste incineration

Module 1 46

See thefact sheet

12/9/2013

24

Khí hóa sinh khối

• Sơ đồ

Module 1 47

Biomass gasification

• Schematic

Module 1 48

12/9/2013

25

Khí hóa sinh khối

• Online Movie Phim trực tuyến giải thích quá trình hóa khí của năng lượng sinh khối.

Module 1 49

Biomass gasification

• Online Movie explaining biomass gasification

Module 1 50

12/9/2013

26

Dự án khí hóa sinh kh ối GothenburgTrong những năm 80, mạng lưới khí tự nhiên được xây dựng tại khu vực phía tây vànam Thụy Điển.Với khi thiên nhiên từ Đan Mạch. Mạng lưới này là một phần quan trọng chuyển đổinăng lượng tái tạo.Gothernburg đã đầu tư nhiều vào khí sinh học và xem khí sinh học là một nguồnnăng lượng quan trọng nhất trong tương lai. Một trong những lợi ích chủ yếu của khísinh học là bạn có thể sử dụng mạng lưới khí tự nhiên để phân phối. Khí tự nhiênthành chiếc cầu cho khí sinh học tái tạo.Dự án khí hóa sinh khối Gothenburg, GobiGas, là tên của của dự án đầu tư quy môlớn sản xuất khí sinh học bằng cách khí hóa nhiên liệu sinh học và chất thải từ lâmnghiệp. Dự án được triển khai với đối tác E.O.N và nhận được viện trợ tài chính là222 triệu vào tháng 9 từ cơ quan năng lượng Thụy Điển, là một trong số 3 dự ánđược ủy Ban Châu Âu chấp thuận. Năm 2020 công ty Goteborg dự kiến cung cấplượng khí sinh học tương đương 1 TWh. Chiếm 30% lượng cung hiện tại trong côngty Gothenburg hoặc cung cấp nhiên liệu cho 100 000 xe hơi. 51

• Schematic

Module 1 52

12/9/2013

27

Nhiệt phân

53

Pyrolysis

54

12/9/2013

28

Phân hủy yếm khí

Module 1 55

Thực vật và phế thải

Anaerobic digestion

Module 1 56

12/9/2013

29

Phân hủy yếm khí

Module 1 57

Anaerobic digestion

Module 1 58

12/9/2013

30

Nhà máy Rác thành NL khí sinhhọc ở Namakkal , Ấn Độ

Mabagas

Giữ 50% cổ phần Magabas IOT, chúng tôi vận hành nhà máy khí sinh học 2.4MW ở miền nam Ấn Độ năm 2012.Hàng năm nhà máy sản xuất nhiệt, điện vàphân từ hơn 110,000 tấn phân gia cầm và các phế thải hữu cơ và vật liệu thảitừ khu vực đó.Công ty IOT Mabaga tự ý thức được việc kiềm chế sử dụng nănglượng tái tạo để tránh cạnh tranh với sản xuất lương thực.

Nhà máy là nhà máy lên men ướt một lớp, bao gồm 4 bể lên men với tổng khốilượng là 16,000 m3. Trong quá trình vận hành công suất này cho phép sản xuất8 triệu m3 hay 40 triệu KWh khí sinh học hàng năm và tiếp đến là chuyển hóathành năng lượng sử dụng hai nhà máy liên kết nhiệt và điện với 1.3 MW chomỗi nhà máy.

Khi hoạt động đủ công suất, nhà máy có thể tạo ra một lượng điện đủ cho nhucầu của trên 5000 hộ dân Ấn Độ,Chất thải trong quá trình trên được tách vàphơi khô và sau đó được sử dụng làm phân bón cho các diện tích đất nôngnghiệp ở xung quanh.

59

Module 1 60

12/9/2013

31

� Đánh giá/ thảo luận bàn tròn

� Lựa chọ kỹ thuật nào đã được trình bày có thể hấp dẫn nhất cho việc thúc đẩy phát điện nối lưới từ năng lượng sinh học?

� Ưu điểm và nhược điểm cụ thể của các công nghệ khác nhau dưới góc nhìn của người Việt Nam?

Module 1 61

� Intermediate assessment / roundtable:

� Which of the presented technical options mightbe the most attractive for the promotion of on-grid power generation from bioenergy ?

� What are specific advantages or disadvantages ofthe different technologies from the Vietnamese point of view?

Module 1 62