Nhà máy điện Tuabin khí chu trình hỗn hợp kết hợp khai thác năng lượng mặt trời

Nhà máy điện Tuabin khí chu trình hỗn hợp kết hợp khai thác năng lượng mặt trời
Đây không phải là do lỗi in ấn. ISCC là chữ viết tắt của chu trình hỗn hợp kết hợp khai thác năng lượng mặt trời, một dạng kết hợp giữa công nghệ nhiệt mặt trời và chu trình hỗn hợp đốt khí tự nhiên. Giờ đây, sau hơn mười năm thương thảo, dự án ISCC tiên phong của Ai Cập, đồng thời có nhiều khả năng sẽ trở thành nhà máy đầu tiên loại này được đưa vào vận hành, đang tiến triển mạnh. Người ta hy vọng nhà máy này, với tổng công suất lắp đặt ban đầu khoảng 135 MWe, sẽ vận hành đầy đủ vào năm 2010. Việc xây dựng nhà máy được thực hiện sao cho sau này có thể tăng thành phần mặt trời để nâng tổng công suất lắp đặt của nhà máy lên tới 150 MWe. 

Cuối tháng 2/2008, dự án ISCC của Ai Cập đã tiến thêm được một bước quan trọng với việc trao cho công ty NEM của Hà Lan đơn đặt hàng cung cấp thiết bị nước/hơi, gồm có lò sinh hơi thu hồi nhiệt và các hệ thống điều khiển đi kèm. Nếu mọi việc tiến hành theo đúng kế hoạch thì NEM sẽ cung cấp môđun thiết bị nước/hơi vào giữa năm 2009. Đơn đặt hàng do NEM cung cấp trị giá khoảng 12 triệu eurô.

Nhà máy ISCC của Ai Cập được xây dựng ở Kuraymat, cách thủ đô Cairô khoảng 92 km về phía nam, ở bờ Đông của sông Nin. Ở đây đã có sẵn mặt bằng dành cho các dự án chu trình hỗn hợp chạy bằng khí tự nhiên truyền thống, với các vị trí tốt để kết nối với lưới điện (500 kV, 220 kV và 66 kV) và nguồn cung cấp khí tự nhiên, cùng với nguồn cấp nước làm mát lấy từ sông Nin. 

Vị trí đề xuất cho nhà máy ISCC là ở một khu sa mạc bằng phẳng không có người ở, nơi có độ nắng rất cao, khoảng 2.400 kWh/m2/năm.

Nhà máy ISCC Kuraymat sẽ sử dụng một “trại” gương parabol để thu bức xạ mặt trời (tức là một dạng công nghệ tập trung năng lượng mặt trời (concentrated solar power - CSP). Trại mặt trời này sẽ có diện tích hơn 13 mẫu Anh (5,3 ha) và sẽ có công suất nhiệt khoảng 60 MW. Các bộ gom năng lượng mặt trời được đấu nối tiếp và song song với nhau, để thu được nhiệt năng cần thiết bằng cách dõi theo mặt trời chuyển động từ đông sang tây, xoay quanh một trục nằm theo hướng bắc - nam.

Các gương parabol (tạo thành từ các gương thủy tinh hình chữ U) sẽ tập trung bức xạ mặt trời vào hệ thống đường ống chứa đầy dầu tổng hợp, dầu này được sử dụng như là chất lỏng truyền nhiệt của trạm năng lượng mặt trời. Dầu nóng tuần hoàn được nung nóng tới 393°C ở áp suất 20 bar và được sử dụng để làm nước bốc hơi trong các bộ trao đổi nhiệt (do NEM cung cấp). Hơi nước tạo ra được cấp vào hệ thống đường ống hơi nước của bộ sinh hơi thu hồi nhiệt (heat recovery steam generator - HRSG), cũng do NEM cung cấp.

Thêm vào đó, bộ sinh hơi thu hồi nhiệt cũng tạo ra hơi nước theo kiểu chu trình hỗn hợp “truyền thống”, sử dụng nhiệt từ khí thải của tuabin khí GE Frame 6 chạy bằng khí tự nhiên, công suất danh định là 79 MWe.

Hơi nước từ hai nguồn trên, mặt trời và khí tự nhiên, được kết hợp lại và sử dụng để chạy một máy phát điện tuabin hơi công suất danh định 76,5 MWe. Hơi nước xả ra từ tuabin được ngưng lại trong bình ngưng và bơm vào bộ khử khí và sau đó đưa về bộ HRSG.

Cả hai chu trình nước/hơi và dầu đều là các hệ thống khép kín.

Theo ước tính, công suất đặt của phần năng lượng mặt trời của nhà máy là khoảng 20 MWe và của phần chu trình hỗn hợp chạy bằng khí tự nhiên là khoảng 120 MWe. 

Sản lượng điện ròng theo tính toán vào khoảng 852 GWh/năm, với sản lượng điện tạo ra từ năng lượng mặt trời ước khoảng 33 GWh/năm, tức là khoảng 4% tổng sản lượng. Nhiên liệu tiết kiệm được do sử dụng năng lượng mặt trời ước tính vào khoảng 10.000 tấn dầu quy đổi, và cắt giảm tới 20.000 tấn phát thải CO2.

Hiệu suất nhiên liệu tổng cộng của nhà máy khi vận hành với năng lượng mặt trời sẽ khoảng 67%.

Ảnh 2. Địa điểm dự án.

Các thách thức trong vấn đề trao đổi nhiệt

Do đặc điểm biến động phức tạp của nhiệt mặt trời và dao động lớn về nhiệt (trại mặt trời không cung cấp nhiệt về đêm) đặt ra các yêu cầu cao đối với thiết bị chu trình nước/hơi. Các bộ trao đổi nhiệt phải chịu đựng được nhiệt độ tăng nhanh của dầu chứa đầy trong hệ thống đường ống được mặt trời đốt nóng vào mỗi buổi sáng, trong khi đó bộ HRSG phải vừa bền vừa dẻo để nhận tất cả hơi nước được sinh ra.

Sản lượng hơi là 170 tấn/giờ ở nhiệt độ 550°C và áp suất 70 bar.

Nhà máy ISCC này là một trong số các dự án mà NEM hiện đang tiến hành ở Ai Cập. Thực vậy, công ty này cho biết họ chiếm thị phần lớn nhất trong số các nhà cung cấp thiết bị HRSG ở Ai Cập hiện nay, với các hợp đồng gần đây bao gồm cung cấp các HRSG (ba cấp áp lực cộng với bộ gia nhiệt lại) cho các nhà máy điện chu trình hỗn hợp chạy bằng khí tự nhiên Sidi Krir của công ty West Delta Electricity Production Company (ở thành phố Alexandria) và nhà máy El Atf của công ty Middle Delta Electricity Production (ở thành phố Mahmoudia), nằm sau các tuabin khí M701F. NEM cho biết với các dự án này, với hai bộ HRSG cho mỗi nhà máy, tạo nên các hợp đồng lớn nhất trong lịch sử của công ty. Các dự án trước đó gồm có việc cung cấp hai bộ HRSG (ba cấp áp lực cộng với bộ gia nhiệt lại) cho nhà máy chu trình hỗn hợp chạy bằng khí tự nhiên Cairo North II, đang đưa vào hoạt động, và hai bộ tương tự nữa cho nhà máy Cairo North I (đang vận hành).

Các hợp đồng EPC và nguồn tài trợ

Dự án ISCC (chu trình hỗn hợp kết hợp khai thác năng lượng mặt trời) Kuraymat trị giá 327,57 triệu USD đang được Cục Năng lượng mới và Năng lượng tái tạo (New and Renewable Energy Authority - NREA) trực thuộc Bộ Điện lực Ai Cập, triển khai. Trong thời kỳ 1997 – 2004, nhu cầu điện của Ai Cập tăng trung bình 7%/năm và theo dự báo, mức tăng trưởng này sẽ nằm trong khoảng 6 - 7% trong thập kỷ tới. Chính phủ Ai Cập hy vọng đến năm 2020, năng lượng tái tạo sẽ đảm bảo 20% công suất đặt của cả nước. Kế hoạch của NREA đặt ra là khi đó sẽ có khoảng 750 MWe công suất chu trình hỗn hợp mặt trời/khí đốt đang vận hành, với thành phần năng lượng mặt trời vào khoảng 150 MWe.

Ngày 30 tháng 9 năm 2007, NREA đã ký hợp đồng EPC với công ty Iberdrola Ingeneria y Construccion (Iberinco) của Tây Ban Nha, trong cùng một côngxoocxiom với công ty Mitsui của Nhật Bản, để xây dựng phần chu trình hỗn hợp của nhà máy ISCC (và hợp đồng của NEM với công ty Iberinco cho thiết bị chu trình nước/hơi). Hợp đồng với Iberinco/Mitsui trị giá 150 triệu eurô, và là hợp đồng lớn ở Ai Cập đầu tiên trao cho Iberinco.

Sơ đồ khối của Dự án ISCC Kuraymat 

Ngày 21 tháng 10 năm 2007, NREA đã trao hợp đồng EPC xây dựng trạm năng lượng mặt trời trị giá 604 triệu đồng pao Ai Cập (tương đương 109 triệu USD) cho công ty Orascom Construction Industries của Ai Cập. Phạm vi công việc của Orascom là thực hiện tất cả các công trình xây dựng, vận hành và bảo trì nhà máy trong hai năm. Hợp đồng với Orascom cũng bao gồm hợp đồng EPC, thử nghiệm và đưa vào hoạt động trại mặt trời, kể cả các hệ thống đo lường và truyền thông liên quan, phòng điều khiển, hệ thống chất lỏng truyền nhiệt, cũng như là các mặt bích đầu vào và đầu ra chất lỏng truyền nhiệt của các bộ trao đổi nhiệt mặt trời.

Công ty Fichtner Solar của Đức được lựa chọn để cung cấp công nghệ và kỹ thuật cho nhà máy điện mới. Công ty Flagsol sẽ cung cấp các tấm gương tập trung năng lượng mặt trời và phần kỹ thuật kèm theo.

Vào thời điểm viết bài này, NREA đang thương thảo hợp đồng dịch vụ quản lý hợp đồng thực hiện dự án. 

Ngân hàng Thế giới cung cấp một phần ngân sách dự án ISCC Kuraymat, thông qua quĩ Môi trường Toàn cầu (GEF). Quĩ GEF đã phê duyệt thỏa thuận cấp 49,8 triệu USD cho phần năng lượng mặt trời của dự án này (chứng tỏ sự thừa nhận vai trò tiên phong của dự án này trong sự phát triển của công nghệ sản xuất điện sạch) và một hiệp định đã được ký kết với Bộ Hợp tác Quốc tế của Ai Cập vào ngày 16 tháng 12 năm 2007. Khoản trợ cấp này sẽ bù một phần đáng kể cho phần chênh lệch so với phương án nguồn điện truyền thống có giá thành thấp nhất phát ra cùng một sản lượng điện hằng năm.

Ngân hàng Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JBIC) đang hỗ trợ “phần phát điện” của dự án (các tuabin khí và tuabin hơi, bộ HRSG và các bộ trao đổi nhiệt) thông qua khoản cho vay ưu đãi trị giá 10,665 tỉ yên.

Chính phủ Ai Cập, thông qua NREA, còn cấp vốn thêm dưới hình thức khoản vay từ Ngân hàng Quốc gia Ai Cập.

Vị trí dẫn đầu

Ngoài dự án Ai Cập nói trên còn có hai nhà máy ISCC nữa đang được qui hoạch ở các giai đoạn khác nhau tại Bắc Phi: một ở Marốc và một ở Angiêri. Mặc dù dự án ở Ai Cập có thể không phải là lớn nhất trong số các dự án này nhưng đây lại là công trình đầu tiên và sẽ được coi là cột mốc quan trọng trong sự phát triển của công nghệ phát điện kết hợp chu trình hỗn hợp/năng lượng mặt trời.


Theo KHCN Điện số 6/2008