Điện khí là gì? Ảnh hưởng của điện khí đến quá trình chuyển đổi năng lượng

Cùng thuộc nhóm nhiệt điện nhưng khi hiệu suất chuyển đổi của điện than chỉ là 40%, điện khí lại có hiệu suất vượt trội hơn hẳn ở mức 60%. Ngoài ra, điện khí cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu. Vậy tại sao lại có sự chênh lệch hiệu suất như vậy? Điện khí có đặc điểm gì ưu việt hơn trong nhóm điện từ nhiên liệu hóa thạch. Chúng tôi sẽ làm rõ các thông tin này trong bài viết dưới đây. 

Điện khí là gì?

Điện khí là năng lượng điện được sản xuất từ khí tự nhiên, phổ biến nhất là sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) làm nhiên liệu đầu vào tại các nhà máy nhiệt điện. Chu trình phát điện khí bắt đầu từ việc hóa hơi LNG (chuyển lại trạng thái khí), sau đó dẫn vào tuabin khí hoặc tuabin hỗn hợp khí-hơi để làm quay tuabin và máy phát điện. 

Điện khí đóng góp ¼ điện năng của thế giới và được coi là nguồn năng lượng hiệu quả, sạch hơn điện than, điện dầu. Song song, điện khí cũng mở rộng cơ hội chuyển đổi năng lượng và phát triển ngành công nghiệp khí hóa tại nhiều quốc gia.

Tìm hiểu về khí LNG

Khí thiên nhiên hóa lỏng LNG (Liquefied Natural Gas) thuộc nhóm khí tự nhiên có thành phần chính là methane 94,3% - CH4. LNG thường được làm lạnh ở nhiệt độ -162 độ C để chuyển sang thể lỏng, cho sức chứa cao hơn so với khí nén CNG, thuận tiện trong việc lưu trữ và vận chuyển. Tại nơi tiêu thụ như nhà máy điện khí, LNG lại được tái hóa khí trước khi đưa vào lò hơi như các nhiên liệu hóa thạch thông thường. 

Dưới đây là một số thuộc tính đặc trưng của khí LNG:

Công thức hóa học	CH4 (Methane)
Điểm sôi	-161°C hoặc -257.8°F
Mật độ chất lỏng	426kg/m³ hoặc 26,5943lb/ft³
Mật độ khí ở 25°C hoặc 77°F	0,656 kg/m³ hoặc 0,04095lb/ft³
Trọng lượng riêng (Không khí = 1)	0,554
Giới hạn dễ cháy	5.3 – 14%
Nhiệt độ tự bốc cháy	595°C hoặc 1103°F

Nhà máy điện khí LNG hoạt động như thế nào?

Chu trình vận hành của điện khí LNG có sự thay đổi tùy thuộc loại hình nhà máy, trong đó, điện khí được phân loại thành 2 dạng cơ bản gồm: nhà máy điện khí chu trình đơn và nhà máy điện khí chu trình hỗn hợp. 

Nhà máy điện khí chu trình đơn 

Trong nhà máy chu trình đơn, tuabin khí được kết nối với máy phát điện tạo thành chu trình phát điện điển hình của nhà máy nhiệt điện. Ưu điểm của loại hình nhà máy này là chi phí xây dựng tương đối thấp, khả năng khởi động rất nhanh nên có thể đáp ứng nhu cầu điện biến động (công suất đỉnh). Tuy nhiên, hiệu suất của nhà máy chu trình đơn khá thấp nên thường chỉ hoạt động tối đa vài giờ mỗi ngày như một nhà máy điện đỉnh.

Quy trình sản xuất điện trong nhà máy chu trình đơn như sau: 

• Tiếp nhận LNG: Để thuận tiện cho quá trình di chuyển, LNG sẽ được hóa lỏng và lưu trữ trong các bồn chứa siêu lạnh (-162°C). LNG sau đó sẽ được vận chuyển bằng tàu chuyên dụng và được tiếp nhận tại kho cảng LNG. 
• Hóa hơi LNG: Tại các nhà máy điện khí, LNG sẽ được tái khí qua bộ hóa hơi đặc thù để trở lại trạng thái khí. 
• Cấp khí cho tuabin: Khí được dẫn vào các tuabin khí để đốt cháy, tạo thành khí nóng áp suất cao. Luồng khí nóng này tạo ra năng lượng để làm quay tuabin. 
• Phát điện: Tuabin khí được kết nối trực tiếp với máy phát điện, đồng nghĩa với việc, khi tuabin quay, rotor của máy phát điện cũng quay, cơ năng được chuyển thành điện năng theo nguyên lý cảm ứng điện tử. 
• Hòa lưới: Điện sản xuất tại nhà máy điện khí thường là điện xoay chiều, sau khi được biến đổi qua máy biến áp sẽ hòa lưới điện quốc gia để phục vụ nhu cầu sinh hoạt, sản xuất. 

Nhà máy điện chu trình hỗn hợp

Ngoài tuabin khí hoạt động theo chu trình Brayton, nhà máy chu trình hỗn hợp còn được trang bị thêm máy phát hơi thu hồi nhiệt và tuabin hơi hoạt động theo chu trình Rankine, tạo nên chu trình hỗn hợp khí-hơi với cấu hình phổ biến gồm 2 tuabin khí hỗ trợ 1 tuabin hơi. 

Theo đó, sau khi hoàn thành chu trình phát điện như nhà máy chu trình đơn, nhiệt thải ra từ tuabin khí sẽ được thu hồi bởi máy phát hơi thu hồi nhiệt (HRSG) và cung cấp năng lượng cho tuabin hơi để sản xuất thêm điện, giúp tăng hiệu suất tổng thể của nhà máy và giảm thiểu tối đa lượng khí thải độc hại ra môi trường.

 

Loại hình nhà máy hỗn hợp có chi phí đầu tư khá cao nhưng lại cho hiệu suất chuyển đổi lên đến 55 - 60%, nếu sử dụng nhiệt thải để sưởi ấm/ làm mát, hiệu suất tổng thể có thể đạt tới 80%, cao hơn nhiều so với hiệu suất trung bình từ 25 - 40% của nhà máy chu trình đơn. 

Quy trình sản xuất điện trong nhà máy điện chu trình kết hợp: 

• Khí nén được đưa vào lò đốt áp suất cao. Sau khi đốt, khí nén giải phóng luồng khí nóng áp suất lớn. Khí này vừa tham gia vào quá trình tiếp theo, vừa được tận dụng để làm mát tuabin. 
• Luồng khí nóng giãn nở mạnh sẽ truyền động năng sang tuabin, làm quay trục tuabin, kéo theo rotor máy phát điện quay và tạo ra điện. 
• Sau khi ra khỏi lò hơi, khí xả vẫn còn nhiệt lượng đáng kể sẽ được dẫn đến lò thu hồi nhiệt để đun sôi nước sinh hơi. 
• Hơi nước thu được có áp suất cao, được đưa vào tuabin hơi để làm quay trục tuabin và rotor máy phát điện, từ đó tiếp tục tạo ra điện. 
• Hơi nước sau khi sinh công được đưa đến bình ngưng tụ để làm lạnh và hóa nước, chuẩn bị cho chu trình tuần hoàn tiếp theo. 

Tại sao nên sử dụng điện khí LNG?

Thân thiện với môi trường

Nhà máy điện khí LNG có lượng phát thải carbon thấp hơn 45% so với nhà máy điện than và thấp hơn 30% so với điện dầu. Ngoài ra, quá trình đốt cháy khí hóa lỏng thải ra rất ít bụi mịn, khí SO2 hay NOx (giảm đến 90% lượng NOx, 98% SO2 so với điện than) nên không tác động quá nhiều đến biến đổi khí hậu toàn cầu. 

Chưa kể, LNG bay hơi và phân tán rất nhanh trong không khí so với dầu hay nguyên liệu thô truyền thống nên không để lại cặn trên nước và đất. Tất yếu cũng không cần đến quá trình làm sạch môi trường khi LNG rò rỉ. 

Dễ dàng vận chuyển, lưu trữ nguyên liệu

Ở trạng thái lỏng, LNG có thể giảm thể tích xuống khoảng 1/600 lần so với khí, thuận tiện cho quá trình lưu trữ trong các bồn chứa hay bình nén khí. LNG cũng không yêu cầu áp suất hay nhiệt độ lưu trữ nghiêm ngặt như khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG). Do đó, việc vận chuyển khí LNG với sản lượng lớn được thực hiện dễ dàng bằng các tàu chở chuyên dụng. LNG sau đó sẽ được tái hóa khí nhanh chóng qua bộ hóa hơi đặc thù tại các nhà máy điện khí. 

Hiệu suất chuyển đổi cao trong nhóm nhiên liệu hóa thạch

Trong khi hiệu suất chuyển đổi của điện than chỉ ở mức 40% thì điện khí có hiệu suất chuyển đổi đến 60%. Nguyên nhân là do LNG có hàm lượng năng lượng lớn nên việc đốt cháy khí tự nhiên sẽ sinh nhiệt lượng cao hơn nhiều so với đốt than. Trung bình, 1 kg LNG có thể tạo ra 13.000 kcal nhiệt.

Hơn nữa, sản xuất điện khí cũng có tính linh hoạt cao hơn so với điện than khi có thể tăng, giảm công suất nhanh chóng. Nhờ đó, điện khí đang trở thành giải pháp chuyển dịch hiệu quả khỏi than và dầu tại nhiều quốc gia.  

Theo thống kê, nhu cầu sử dụng khí LNG đã tăng 6,3%/ năm, tương ứng công suất LNG cũng tăng từ 340 triệu tấn/năm vào năm 2017 lên 453 triệu tấn/năm - năm 2022. Ước tính đến năm 2030, điện khí sẽ trở thành nguồn điện chiếm tỉ trọng lớn nhất trong cơ cấu nguồn điện. 

An toàn trong quá trình sử dụng

Theo TCVN 12984-2020, bản chất khí LNG không mùi nhưng đề phòng trường hợp khí bị rò rỉ ra ngoài, nhà sản xuất thường thêm vào một số mùi đặc biệt để người sử dụng dễ dàng nhận biết. Tất nhiên, những mùi này phải đảm bảo yếu tố an toàn với sức khỏe con người. 

Do sở hữu nhiệt độ tự bốc cháy cao và khả năng bắt lửa trong phạm vi hẹp từ 5% - 15% nên LNG cũng ít có khả năng tự đánh lửa hoặc bốc cháy ngẫu nhiên. Cùng với đó, LNG có đặc tính không ăn mòn thiết bị và không độc hại nên rất an toàn cho công nhân vận hành. 

Có khả năng khử cacbon

Điện khí là nguồn năng lượng sạch hơn so với điện than, điện dầu nhưng cơ bản vẫn phải sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Để đạt mục tiêu khử carbon, các nhà khoa học đang nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu bền vững hơn cho điện khí hoặc thông qua công nghệ thu giữ - lưu trữ carbon (CCS). 

Ví dụ, nhiên liệu sinh học sản xuất từ vật liệu hữu cơ hoặc các dẫn xuất hydro như amoniac, metanol có khả năng thay thế khí tự nhiên. Việc đưa vào sử dụng rộng rãi tuabin vận hành bằng hydro cũng góp phần khử carbon cho điện năng dư thừa. Riêng công nghệ CCS hiện được ứng dụng ở nhiều quốc gia phát triển để loại bỏ khí CO2 từ khí thải trước khi phát thải ra môi trường. 

“Nhiên liệu cầu nối” trong chuyển đổi năng lượng

Chủ tịch Hiệp hội Năng lượng sạch Việt Nam - TS. Mai Duy Thiện nhận định: “Điện khí hóa lỏng có khả năng đạt hơn 90% hệ số công suất khi cần thiết, thời gian xây dựng và đưa vào vận hành nhanh, đáp ứng được tình trạng thiếu điện nếu có, không gặp phải tình trạng gián đoạn và phụ thuộc vào thiên nhiên như điện gió hay điện mặt trời”. Do đó, LNG đóng vai trò “nhiên liệu cầu nối” quan trọng trong quá trình chuyển dịch từ năng lượng hóa thạch sang năng lượng tái tạo, vừa giải quyết được vấn nạn biến đổi khí hậu do quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch, vừa xử lý được bài toán sản lượng thay đổi theo thời tiết của năng lượng tái tạo. 

Tuy vậy, không phải quốc gia nào cũng có khả năng phát triển nhà máy điện khí do chi phí đầu tư cao, lại phụ thuộc vào nguồn khí tự nhiên nên khi giá khí đốt tăng cao sẽ kéo theo chi phí vận hành và giá điện khí tăng theo. 

Tiềm năng và thực trạng phát triển điện khí ở Việt Nam

Với cam kết đưa mức phát thải ròng về 0 vào năm 2050, điện khí LNG được đánh giá là nguồn năng lượng chuyển tiếp tiềm năng ở Việt Nam trong quá trình giảm dần sự phụ thuộc vào than đá.  

Nghị quyết số 55/NQ-TW của Bộ chính trị (ngày 11/02/2020) về định hướng chiến lược phát triển năng lượng quốc gia đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2045, có đưa ra nhiệm vụ phát triển ngành công nghiệp khí như sau: “Ưu tiên đầu tư hạ tầng kỹ thuật phục vụ nhập khẩu và tiêu thụ LNG”, đồng thời “Chú trọng phát triển nhanh điện khí sử dụng LNG, đưa điện khí trở thành nguồn cung cấp điện năng quan trọng”. Ngoài ra, Quy hoạch điện VIII cũng xác định, không xây dựng thêm nhà máy nhiệt điện than để giảm tối đa phát thải khí CO2, xem xét chuyển đổi điện than sang khí thiên nhiên hóa lỏng LNG. 

Theo kế hoạch trên, nhà máy điện Nhơn Trạch 3 - nhà máy sử dụng khí LNG đầu tiên ở nước ta đã hòa lưới quốc gia vào ngày 5/2 với sản lượng tích lũy khoảng 74,5 triệu kWh và được đưa vận hành ổn định liên tục 24h ở công suất tối đa 812W hồi cuối tháng 5/2025. Riêng nhà máy điện Nhơn Trạch 4 dự kiến vận hành thương mại vào tháng 11 năm nay. Đây cũng là hai trong những dự án điện khí hiện đại nhất Việt Nam, ứng dụng công nghệ tiên tiến nhất hiện nay với tổ máy tuabin khí hiệu suất cao, sử dụng khớp nối ly hợp tự động.

Ngoài ra, theo quyết định 1509/QĐ-BCT của Bộ Công Thương, có 12 dự án điện khí khác sẽ được đưa vào vận hành trong giai đoạn 2028-2029, gồm: nhà máy điện khí LNG Thái Bình, LNG Quảng Ninh, LNG Quảng Trạch II, LNG Hải Lăng giai đoạn 1, LNG Hiệp Phước giai đoạn 1, LNG Long An I, LNG Sơn Mỹ I, Sơn Mỹ II, LNG Nghi Sơn, LNG Cà Ná và LNG Quỳnh Lập. 

Tuy nhiên, dù đã được Chính phủ thúc đẩy và đầu tư, việc phát triển điện khí ở Việt Nam vẫn gặp phải nhiều trở ngại và thách thức về: 

• Nguồn cung: Việt Nam phụ thuộc lớn vào nguồn khí LNG nhập khẩu nên chi phí rất dễ biến động khi giá LNG trên thị trường thế giới biến động. Trường hợp LNG tăng giá có thể khiến chi phí sản xuất điện tăng, kéo theo giá điện cũng tăng. 
• Thời gian thi công dự án gấp rút: Để đạt mục tiêu công suất điện LNG trong nước khoảng 37.000 MW như Quy hoạch điện VIII, cả nước cần phải bổ sung 22.500 MW điện khí trong 7 năm tới. Trong khi nước ta mới có 2 dự án được đưa vào vận hành thương mại trong năm nay. Mục tiêu trên gây áp lực lớn đến các đơn vị vận hành và cơ sở hạ tầng hiện tại. 
• Thủ tục: Tuy Quy hoạch điện VIII đã được ban hành nhưng thực tế, Việt Nam vẫn thiếu quy hoạch và thủ tục pháp lý đồng bộ liên quan đến điện khí, khiến các nhà đầu tư độc lập không được “bảo lãnh” khi rót vốn vào điện khí. 

Câu hỏi thường gặp về điện khí

Câu hỏi 1: Nhà máy điện khí LNG có thân thiện với môi trường không?

Trả lời: Có. Điện khí LNG phát thải ít khí CO2, SO2, NOx và bụi mịn nên thân thiện với môi trường hơn nhiều so với điện than hoặc điện dầu. 

Câu hỏi 2: Chi phí xây dựng một nhà máy điện khí là bao nhiêu?

Trả lời: Chi phí xây dựng một nhà máy điện khí LNG rất lớn, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như quy mô, công suất, công nghệ, vị trí đặt nhà máy và một số yêu cầu cụ thể. Ví dụ, nhà máy điện LNG Hải Phòng (công suất 4.800 MW) dự kiến tổng mức đầu tư đến 7,7 tỷ USD. Trong đó, chi phí đầu tư cho tuabin khí chu trình hỗn hợp có thể dao động từ 700 - 1.300 USD/kW.