Nghiên cứu phương pháp tối ưu hóa chi phí nguyên liệu đầu vào cho các nhà máy nhiệt điện than

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Hồng Sơn

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HĨA CHI PHÍ NGUYÊN
LIỆU ĐẦU VÀO CHO CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện – Hệ thống điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS Nguyễn Xuân Tùng


Hà Nội – 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Hoàng Sơn

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HĨA CHI PHÍ NGUN
LIỆU ĐẦU VÀO CHO CÁC NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT ĐIỆN - HỆ THỐNG ĐIỆN

Hà Nội – 2018

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ
cơng trình nào khác. Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận
văn này đã được cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ
nguồn gốc.

Học viên

Hoàng Sơn


Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt .......................................................................5
Danh mục các hình vẽ, đồ thị ......................................................................................6
Danh mục các bảng biểu .............................................................................................7
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................8
1.

Lý do chọn đề tài ..............................................................................................8

2.

Lịch sử nghiên cứu ...........................................................................................8

3.

Mục tiêu nghiên cứu.........................................................................................9

4.

Đối tượng nghiên cứu ......................................................................................9

5.

Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................10

6.

Tóm tắt cơ đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả ............10

7.

Phương pháp nghiên cứu................................................................................10

8.

Cấu trúc của luận văn .....................................................................................11

Chương 1:
1.1

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ VỀ NHIỆT ĐIỆN THAN..................12

Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện.....................................................12

1.1.1 Lịch sử Nhiệt điện thế giới .....................................................................12
1.1.2 Lịch sử Nhiệt điện tại Việt Nam .............................................................13

1.1.3 Q trình phát triển cơng nghệ nhiệt điện trên thế giới và Việt Nam ....14
1.2

Một số vấn đề về than và nhu cầu của nền kinh tế Việt Nam ....................17

1.2.1

Tổng quan thị trường than trên thế giới và khu vực ...............................17

1.2.2

Nhu cầu than cho các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam ..........................19

1.3

Than và các đặc tính kỹ thuật về than ........................................................22

1.3.1 Phân loại các loại than ............................................................................22
1.3.2 Thành phần hóa học của than .................................................................26
1.3.3 Thành phần cơng nghệ của than .............................................................28
Chương 2:
2.1

HỢP ĐỒNG CUNG CẤP THAN VÀ CÁC YẾU TỐ KINH TẾ ......31

Hợp đồng mua bán điện .............................................................................31

2.1.1 Các nội dung quan trọng của hợp đồng Mua Bán Điện PPA .................31
2.1.2 Quy trình đàm phán hợp đồng Mua bán điện PPA.................................32
2.2

Phương pháp xác định giá điện ..................................................................33

2.3

Hợp đồng cung cấp than .............................................................................34

2


2.3.1 Hợp đồng cung cấp than .........................................................................35
2.3.2 Hợp đồng vận chuyển than .....................................................................44
2.3.3 Than nhập khẩu và các yếu tố kinh tế liên quan.....................................45
Chương 3: NGHIÊN CỨU TỐI ƯU CHI PHÍ MUA THAN CHO NHÀ MÁY
NHIỆT ĐIỆN ............................................................................................................51
3.1

Đặt vấn đề:..................................................................................................51

3.2

Mơ hình tốn của thuật tốn nhánh cận: ....................................................51

3.2.1 Bài tốn tối ưu ........................................................................................52
3.2.2 Giới thiệu chung về thuật toán nhánh cận ..............................................52
3.2.3 Xây dựng mơ hình bài tốn ....................................................................53
3.2.4 Lược đồ thuật tốn ..................................................................................53
3.2.5 Bài tốn minh họa ...................................................................................53
3.3

Mơ hình toán của bài toán nhập khẩu than.................................................54

3.3.1 Phương pháp giải: ...................................................................................54
3.3.2 Nguyên tắc chung: ..................................................................................54
3.3.3 Các biến số cho bài toán: ........................................................................55
3.3.4 Các ràng buộc cho bài toán: ...................................................................56
3.3.5 Hàm mục tiêu của bài toán: ....................................................................57
3.3.6 Lược đồ thuật toán ..................................................................................58
3.4

Xây dựng phần mềm tối ưu ........................................................................58

3.4.1 Phân tích thiết kế ....................................................................................58
3.4.2 Lựa chọn công cụ....................................................................................61
Chương 4:
4.1

ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ......................................................................67

Áp dụng phần mềm tối ưu cho một số nhà máy nhiệt điện ........................67

4.1.1 Dự án Vũng Áng 2 ....................................................................................67
4.1.2 Dự án Vĩnh Tân 3 ......................................................................................69
4.1.3 Lập kế hoạch vận hành tương lai cho dự án Vũng Áng 2 .........................72
4.2

Những kết luận mới và kiến nghị sử dụng của tác giả ...............................73

4.2.1 Những kết luận mới ................................................................................73
4.2.2 Kiến nghị sử dụng của tác giả ................................................................75

4.3

Hướng phát triển của đề tài ........................................................................76

KẾT LUẬN CHUNG ................................................................................................77
3


CÁC PHỤ LỤC.........................................................................................................78
Phụ lục 1: Quy trình đàm phán PPA (thực hiện tại EVNEPTC) ...........................78
Phụ lục 2: Hướng dẫn sử dụng chương trình tính tốn tối ưu ...............................78
Giao diện chính ..................................................................................................78
Module tổng hợp ................................................................................................83
Phụ lục 3: Một số nội dung cơ bản trong hợp đồng CSA và CTA của nhà máy
nhiệt điện Vũng Áng 2 và Vĩnh Tân 3 ...................................................................84
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................86

4


Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
EVN

Tập đoàn Điện lực Việt Nam

EPTC

Công ty Mua bán điện – Tập đoàn Điện lực Việt
Nam

QHĐ

Quy hoạch điện

BOT

Xây dựng-Vận hành-Chuyển giao

PPA

Hợp đồng mua bán điện

CSA

Hợp đồng cung cấp than

CTA

Hợp đồng vận chuyển than

SPOT Market

Thị trường than giao ngay

HHVc

Nhiệt trị cao – năng suất tỏa nhiệt trên

HHVt

Nhiệt trị thấp – năng suất tỏa nhiệt dưới

Global Newcastle Index

Chỉ số giá than tham chiếu được sử dụng rộng rãi

Bunker Index

Chỉ số điều chỉnh phí nhiên liệu tàu chạy

US-CPI Index

Chỉ số giá tiêu dùng của Hoa Kỳ cho tất cả người
tiêu dùng thành thị

BDI - Baltic Dry Index

Chỉ số cước thuê tàu hàng khô Baltic

5


Danh mục các hình vẽ, đồ thị
Hình 1.1 Lễ khánh thành nhà máy nhiệt điện ng Bí năm 1963............................14
Hình 1.2 Q trình phát triển cơng nghệ nhiệt điện của Trung Quốc .......................15
Hình 1.3 Q trình phát triển cơng nghệ nhiệt điện của Trung Quốc .......................16
Hình 1.4 Hình ảnh than bùn ......................................................................................22
Hình 1.5 Hình ảnh than nâu hay cịn gọi là than non ................................................23
Hình 1.6 Hình ảnh than gầy ......................................................................................23
Hình 1.7 Hình ảnh than mỡ .......................................................................................24

Hình 1.8 Hình ảnh than Anthracite ...........................................................................25
Hình 1.9 Tỷ lệ sử dụng than trong các ngành cơng nghiệp năm 2007 .....................26
Hình 1.10 Phân bổ sử dụng các loại than ..................................................................26
Hình 2.1 Hình ảnh một số cảng vận chuyển than tại Indonesia và Australian .........45
Hình 3.1 User case tổng quát cho người dùng ..........................................................59
Hình 3.2 Module quản lý thơng tin chung của dự án ................................................62
Hình 3.3 Module quản lý các dữ liệu đầu vào ..........................................................63
Hình 3.4 Module quản lý các ràng buộc của bài tốn ...............................................64
Hình 3.5 Module quản lý các kết quả của bài tốn ...................................................65
Hình 3.6 Module tổng hợp ........................................................................................66
Hình 4.6 Kết quả lập phương án vận hành tương lai cho nhà máy Vũng Áng 2 ......72

6


Danh mục các bảng biểu
Bảng 1.1 Bảng so sánh các công nghệ nhà máy nhiệt điện ......................................15
Bảng 1.2 Các quốc gia xuất khẩu than lớn trên thế giới ...........................................18
Bảng 1.3 Tổng hợp các loại than và thành phần .......................................................25
Bảng 2.1 Bảng đặc tính kỹ thuật ban đầu cho than hỗn hợp Bitum..........................46
Bảng 4.1 Bảng đánh giá cải thiện thời gian trong quá trình đàm phán .....................73
Bảng 4.2 Bảng đánh giá cải thiện thời gian lập phương án vận hành năm ...............73
Bảng 4.3 Bảng đánh giá chi phí tiết kiệm khi thay đổi phương án mới ...................74

7


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện tại, EVN đã và đang đàm phán rất nhiều hợp đồng Mua bán điện PPA,

trong đó phần lớn là các dự án xây dựng vận hành và chuyển giao (BOT) nhà máy
nhiệt điện than có cơng suất đặt từ 30MW trở lên, sử dụng than nhập khẩu từ nhiều
nguồn than ngoại khác nhau, tiêu biểu có thể kể ra ngay các dự án như: Vũng Áng
2, Vĩnh Tân 3, Vân Phong 1, Duyên Hải 2, Sông Hậu 2… Đây là những dự án mà
theo định hướng về việc nhập khẩu than tại Việt Nam sẽ sử dụng than nhập từ nhiều
nguồn khác nhau.
Đàm phán hợp đồng mua bán điện thực chất ko phải là việc mặc cả giá giữa
EVN với các chủ đầu tư BOT mà bản chất của việc đàm phán chính là vấn đề rà
soát từng hạng mục cụ thể chi tiết theo phương án mà chủ đầu tư BOT đưa ra bao
gồm cả phương án về kỹ thuật và phương án tính tốn kinh tế. EVN sẽ cùng với các
đơn vị liên quan, trên cơ sở các quy định hiện hành của Nhà nước và của Bộ Cơng
thương từ đó áp dụng những tính tốn phù hợp để chỉ ra những điểm cịn chưa hợp
lý trong cách tính hoặc phương án của chủ đầu tư nhằm đến đích cuối cùng là giảm
chi phí và giá thành khi chuyển sang tính giá điện phải là tối ưu nhất cho Nhà nước.
Việc xây dựng một phương án hay chiến lược mua than tối ưu nhằm tiết
kiệm chi phí nhất cho các nhà máy mà vẫn đảm bảo công suất thiết kế và sản lượng
điện đề ra là hết sức cần thiết và mang tính thời sự, thực hiện được điều này khơng
chỉ đem lại hiệu quả về mặt kinh tế to lớn mà còn giúp EVN đưa ra được chiến lược
đàm phán phù hợp hơn cho các hợp đồng mua bán điện (PPA).
2. Lịch sử nghiên cứu
“Quy hoạch phát triển ngành than Việt Nam đến năm 2020, có xét đến 2030”
khẳng định “giai đoạn sau năm 2015 ngành than không đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thụ
than trong nước và ngoài việc phải nhập khẩu than cho luyện kim còn phải nhập
than năng lượng cho ngành điện”. Tuy nhiên, Quy hoạch ngành than chỉ dừng lại ở
việc cân đối cung cầu than cả nước và rút ra kết luận về đính hướng cần nhập khẩu
than.

8

“Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xét đến
năm 2030” được phê duyệt năm 2011 đề cập tới vấn đề nhập khẩu than cho các nhà
máy nhiệt điện than của Việt Nam trong điều kiện than trong nước khơng đáp ứng
đủ và có một số kết luận có giá trị về nguồn cung than tiềm năng cho Việt Nam
gồm các nước Australia, Indonesia, Nga và Nam Phi.
“Đề án cung cấp than cho các nhà máy nhiệt điện đến năm 2020, định hướng
đến năm 2030” của Bộ Công Thương năm 2012 cũng dừng lại ở việc đánh giá về
khối lượng than cần nhập khẩu, các số liệu về cung cầu hiện đã thay đổi đáng kể.
Báo cáo của Vinacomin về “Đề án nhập khẩu than để cung cấp cho các nhà
máy điện đến năm 2020, định hướng đến năm 2030” được thực hiện năm 2013.
Hội đồng thành viên EVN cũng đã phê duyệt triển khai đề tài nghiên cứu
trộn than cho các nhà máy nhiệt điện, tuy nhiên việc trộn than đi vào nghiên cứu kỹ
thuật nghiền và trộn từng loại than, không trùng với nội dung nghiên cứu của đề tài.
PVN có đề tài của tác giả Nguyễn Thành Luân là đề tài về Kinh tế năng
lượng Đề xuất các phương án cung cấp và nhập khẩu than cho các nhà máy nhiệt
điện dùng than nhập khẩu của PVN trong giai đoạn đến năm 2020, tuy nhiên đề tài
cũng không trùng với mục tiêu nghiên cứu của luận văn
Hiện tại các vấn đề liên quan đến than nhập là hết sức mới mẻ và chưa có
nghiên cứu về lĩnh vực này trước thời điểm luận văn hồn thành, chưa có một
nghiên cứu nào đề xuất về các nội dung chiến lược nhập than cho các nhà máy nhiệt
điện.
3. Mục tiêu nghiên cứu
Đề xuất phương án tối ưu hóa chi phí đầu vào cho nhà máy nhiệt điện sử
dụng than nhập khẩu. Dựa theo đó xác định chiến lược mua than hợp lý thơng qua
các hợp đồng cung cấp than đảm bảo hiệu quả kinh tế cao nhất.
4. Đối tượng nghiên cứu
Các vấn đề cơ bản về Than, các hợp đồng cung cấp than và vận chuyển than
của các nhà máy nhiệt điện sử dụng than nhập khẩu và nhập từ nhiều nguồn khác
nhau.

9


5. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu đối với các nhà máy sử dụng than nhập khẩu. Phần tính tốn áp dụng sẽ
triển khai với án nhà máy điện Vĩnh Tân 3 và dự án Vũng Áng 2.
6. Tóm tắt cơ đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả
Luận văn đề xuất được phương án tối ưu, giải bài toán và đưa ra chiến lược
mua than tương đối hợp lý cho các nhà máy nhiệt điện than sử dụng nhiều nguồn
than nhập. Kết quả mang lại của đề tài là giảm tối đa chi phí mua than từ các nguồn
nhập khẩu than là nhân tố rất quan trọng trong việc giảm chi phí mua điện mà EVN
phải trả cho các nhà máy nhiệt điện này.
Đề xuất không chỉ được áp dụng trong giai đoạn các chủ đầu tư nhà máy
điện BOT đàm phán hợp đồng mua bán điện với EVN mà còn phù hợp với cả trong
giai đoạn vận hành của nhà máy điện trong suốt vòng đời của dự án.
Phương án tối ưu đề xuất đã được thể hiện ở các điểm sau:
-

Là cơ sở tin cậy để EVN phê duyệt phương án than trộn theo đề xuất của chủ
đầu tư.

-

Tiết kiệm thời gian đàm phán, thời gian thẩm định phương án trộn than của
chủ đầu tư nhà máy điện trong quá trình đàm phán và phê duyệt CSA của
chủ đầu tư.

-

Tiết kiệm thời gian thương thảo phương án than trộn trong lập kế hoạch vận

hành hàng năm của nhà máy điện (2 tháng trước năm vận hành hàng năm,
EVN và chủ đầu tư phải thống nhất tổng khối lượng than cho nhà máy và
khối lượng than trong từng CSA/CTA).

-

Tiết kiệm chi phí mua than cho EVN từ các nhà máy điện sử dụng nhiều
nguồn than nhập. Chi phí tiết kiệm được cho EVN chính là chênh lệch giữa
phương án đề xuất chủ đầu tư và phương án tối ưu mà EVN lập được chủ
đầu tư đồng ý áp dụng.

7. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu này được thực hiện với tổ hợp các phương pháp, như sau:
-

Phương pháp tổng hợp: Tổng hợp thông tin dữ liệu của thị trường, tổng hợp
các lý thuyết về nhập khẩu, các nghiên cứu liên quan.
10


-

Phương pháp phân tích – dự báo: về giá cả, cung – cầu của thị trường than
nhiệt trong nước (bao gồm EVN) và thế giới.

-

Phương pháp chuyên gia: Tham vấn kinh nghiệm của các chuyên gia đầu
ngành về lĩnh vực nhiệt điện than, thị trường than nhiệt.

-

Sử dụng các công cụ tốn để phân tích số liệu, mơ hình hóa và giải các bài
tốn tối ưu.

-

Kiểm nghiệm hiệu quả thơng qua việc đánh giá các phương án tối ưu trước
và sau khi áp dụng các kết quả của đề tài.

8. Cấu trúc của luận văn
Luận văn được chia ra làm 4 chương như sau: Chương 1: Các nội dnug tổng quan
về đề tài; Chương 2: Tổng quan về than và hợp đồng cung cấp than; Chương 3: Nội
dung nghiên cứu; Chương 4: Kết quả và bình luận.

11


Chương 1:
1.1

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ VỀ NHIỆT ĐIỆN
THAN

Giới thiệu chung về nhà máy nhiệt điện

1.1.1 Lịch sử Nhiệt điện thế giới
Nhà máy nhiệt điện đầu tiên trên thế giới được thiết kế và xây dựng bởi Lord
Armstrong tại Cragside – England vào năm 1868.
Nhà máy nhiệt điện công cộng đầu tiên là Edison Electric Light Station, được xây

dựng và vận hành vào năm 1882 tại No. 57, Holborn Viaduct, London, được phát
minh bởi Thomas Edison, dùng lò hơi của Babcock và Wilcox và một động cơ hơi
nước công suất 125hP sức ngựa để quay máy phát nặng 27 tấn, tên là Jumbo.

Động cơ hơi nước kiểu piston đầu tiên được phát minh vào thế kỷ 18 bởi James
Watt. Năm 1882 được xây dựng thành nhà máy điện thương mại đầu tiên tại Pearl
Street Station – New York và tại Holborn Viaduct – London.1
1

Nguồn: từ Internet />
12


Tuabin hơi nước được phát minh năm 1884. Đến 1892 tuabin hơi nước mới được
công nhận thay thế cho động cơ piston. Khoảng sau năm 1905 tuabin hơi nước mới
được chính thức sử dụng hiệu quả để phát điện và chạy máy quay.
Năm 1901 tại Manhattan Elevated Railway, 17 máy phát điện chạy bằng động cơ
piston lớn nhất được khánh thành với công suất 17x6,000 kW. Tuabin phản lực đầu
tiên được phát minh và thế kỷ thứ 1 bởi nhà toán học Hy lạp, tại Alexandria, Roman
Hy lạp như là một đồ chơi.
Năm 1551, Taqi al-Din ở Ottoman Hy lạp đã mô tả một thiết bị quay dùng hơi
nước. Năm 1629 người Ý tên là Giovanni Branca và người Anh tên là John Wilkins
năm 1648 cũng mô tả về tuabin hơi.
Tuabin hơi loại phản lực sau đó được phát minh thực tế vào năm 1884 bởi Sir
Charles Parsons, với mô hình thực có cơng suất 7.5kW. Sau này tuabin hơi của ông
được cấp bằng sáng chế bởi người (Công ty điện) Mỹ George Westinghouse.
Tuabin xung lực được phát minh bởi Gustaf de Laval. Sau đó, Fr. Auguste Rateau
phát triển nguyên lý của Laval chế tạo ra tuabin xung lực được cấp bằng sáng chế
năm 1903 và ứng dụng và tầu thủy French Torpedo Boat năm 1904.
Quá trình phát triển nhiệt điện than của Trung Quốc

1.1.2 Lịch sử Nhiệt điện tại Việt Nam
Trước 10/1954, chỉ có Nhà máy điện Yên Phụ và Nhà máy đèn Bờ Hồ. Nhà máy
điện Yên Phụ (22.000 kW = 2x3.500 kW + 2x7.500 kW, công nghệ của Thụy Sĩ)
được người Pháp khởi công năm 1925 và hoàn thành năm 1932. Sau 1954, nhà máy
sản xuất điện phục vụ Thành phố Hà nội và một số tỉnh lân cận.
Khi tiếp quản Thủ đơ 10/1954, chỉ có 31,5 MW công suất. Đến giai đoạn 19561958, qua củng cố các cơ sở quản lý và nâng cấp, sửa chữa nhà máy, đường dây do
Pháp để lại, cùng lúc 3 nhà máy nhiệt điện mới đã được xây dựng, gồm nhà máy
điện Vinh (8 MW), nhà máy điện Thanh Hóa (6 MW) và Nhà máy điện Lào Cai (8
MW), đưa tổng công suất nguồn tăng gấp 2 lần so với năm 1954.
Ngày 19/5/1961, nhà máy nhiệt điện ng Bí (48 MW) được khởi công, 1963
khánh thành và đi vào hoạt động. Đây là nhà máy nhiệt điện có cơng suất lớn nhất
miền Bắc trong thời kỳ đầu xây dựng CNXH. Nhà máy do Liên Xô giúp đỡ xây
13


dựng, cung cấp thiết bị và đào tạo cán bộ, cơng nhân. Sau đó, nhà máy được nâng
cơng suất lên 153MW. Tháng 5/2002, dự án nhà máy nhiệt điện Uông Bí mở rộng
với cơng suất 300MW.2

Hình 1.1 Lễ khánh thành nhà máy nhiệt điện ng Bí năm 1963
1.1.3 Q trình phát triển công nghệ nhiệt điện trên thế giới và Việt Nam
a. Q trình phát triển cơng nghệ nhiệt điện trên thế giới
Trên thế giới, công nghệ nhà máy nhiệt điện đã trải qua 3 ngưỡng cơ bản như
sau:
-

Công nghệ cận tới hạn Sub Critical

-

Công nghệ siêu tới hạn Super Critical

-

Công nghệ trên siêu tới hạn Ultra Supercritical

Những điểm hạn chế của công nghệ Cận tới hạn Sub Critical

2

-

Hiệu suất của nhà máy thấp hơn

-

Tiêu thụ than với khối lượng lớn hơn, yêu cầu than có nhiệt trị cao hơn

-

Phát thải ảnh hưởng đến mơi trường

-

Kích thước và khối lượng tầng sôi lớn

-

Thời gian khởi động lớn

-

Phát thải SOx COx nhiều ra môi trường

Nguồn: Báo điện tử của Bộ Xây dựng />
14


Bảng 1.1 Bảng so sánh các công nghệ nhà máy nhiệt điện
Cận tới hạn

Siêu tới hạn

Trên siêu tới hạn

Nhiệt độ (0C) lò hơi

500 – 550

500-600

600-700

Áp suất hơi (MPa)

16-17

24-26

40-42

33 – 35

40 – 45

42-47, (50-55)

Drum: single

Once Through:

Once Through:

reheat

single reheat

double rehear

Cao nhất

Trung bình

Giảm thấp nhất

Hiệu suất (%)
Tầng sơi
Phát thải NOx, COx

b. Q trình phát triển cơng nghệ nhiệt điện tại Trung Quốc3

Hình 1.2 Q trình phát triển cơng nghệ nhiệt điện của Trung Quốc

3

Nguồn: China’s R&D of advanced ultra-supercritical
coal-fired power generation.

15


Hình 1.3 Q trình phát triển cơng nghệ nhiệt điện của Trung Quốc4
c. Q trình phát triển cơng nghệ nhiệt điện tại Việt Nam
Kế hoạch phát triển ngành điện được đưa ra trong Quy hoạch Phát triển Điện lực
Quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến 2030 hay cịn gọi Quy hoạch điện 7 (QHĐ
7) cho thấy tốc độ phát triển của nhiệt điện đặc biệt là nhiệt điện than chiếm tỷ lệ
lớn, lên tới trên 56% tổng công suất nguồn điện vào năm 2030 so với gần 19% hiện
nay. Tương ứng với tỷ lệ tăng nguồn điện này, lượng nhiên liệu than cung cấp cho
điện sẽ tăng đáng kể từ 31,7 triệu tấn năm 2015 lên 77,7 triệu tấn năm 2020; 112
triệu tấn năm 2025 và lên đến 190,7 triệu tấn năm 2030. Giai đoạn sau năm 2015,
nhu cầu nhập khẩu than phục vụ cho phát điện sẽ tăng nhanh khoảng hơn 37 triệu
tấn than năm 2020 và gần 140 triệu tấn năm 2030. Tương ứng với sự tăng trưởng
tham vọng của lượng điện phát từ nguồn nhiên liệu là than thì lượng phát thải CO2
dự kiến tăng 443,8 triệu tấn so với 47.227 nghìn tấn hiện nay (tính cho năm 2010).
Xét về mặt công nghệ, Việt Nam hiện chủ yếu sử dụng hai loại cơng nghệ lị hơi
có thông số hơi dưới và cận tới hạn cho các nhà máy nhiệt điện than, tập trung ở 2
dạng (1) công nghệ đốt than phun (PC) và (2) công nghệ lị tầng sơi (CFB). Cơng
nghệ đốt than của Việt Nam thuộc dạng công nghệ truyền thống hiệu suất thấp, sửa
chữa nhiều gây tốn kém và phần lớn thiết bị điều khiển tự động theo công nghệ cũ
không đáp ứng được những yêu cầu cấp thiết hiện nay.

4

Nguồn: China’s R&D of advanced ultra-supercritical coal-fired power generation, 2017

16


Các nhà máy nhiệt điện đốt than phun phổ biến với thông số cận tới hạn và
thông số trên tới hạn. Thông số hơi sẽ quyết định hiệu suất sản xuất điện năng của
nhà máy. Nhiệt độ và áp suất hơi càng cao thì hiệu suất nhà máy càng cao. Do đó,
hiệu suất của nhà máy đốt than dưới tới hạn sẽ không thể nâng cao hơn nữa ngoại
trừ các cải tiến nhằm hồn thiện q trình chuyển hóa năng lượng. Xu hướng áp
dụng thông số hơi trên tới hạn đang chiếm ưu thế vì có thể nâng cao nhiệt độ và áp
suất hơi nhờ những tiến bộ trong công nghệ vật liệu. Vấn đề cơ bản là khi tăng nhiệt
độ và áp suất, lò hơi phải sử dụng kim loại chịu nhiệt đặc biệt có chi phí cao.
Dự kiến năm 2020, nhiệt độ hơi có thể lên tới 775 độ C và hiệu suất phát điện có
thể đạt 50-53%. Nếu lựa chọn các tổ máy 1000 MW trong tương lai, thơng số hơi
dưới và trên tới hạn đều có thể nhưng phương án trên tới hạn sẽ chiếm ưu thế nhờ
hiệu suất vượt hơn hẳn phương án dưới tới hạn.

1.2

Một số vấn đề về than và nhu cầu của nền kinh tế Việt Nam

1.2.1 Tổng quan thị trường than trên thế giới và khu vực
a. Nhu cầu của thị trường than trên thế giới
Trong 2 năm 2015-2016, nhu cầu than nhiệt trên tồn cầu có xu hướng giảm mạnh ở
thị trường Bắc Mỹ (10%), Nam Mỹ (1%), châu Phi (3%) và châu Âu (12%), nhưng
lại tăng mạnh ở thị trường châu Á (chiếm 73%), trong đó chủ yếu là Trung Quốc,

Ấn Độ và các nước ASEAN. Rõ ràng, bức tranh về nhu cầu than nhiệt trên thị
trường toàn cầu có xu hướng ổn định với 6,3 tỷ tấn năm 2015 và 6,4 tỷ tấn năm
2016, sau đó là 6,2 tỷ tấn năm 2017 và có xu hướng giảm dần đến 5,5 tỷ tấn
than/năm được dự báo đến đến 2021.5
Tuy nhiên, có rủi ro của thị trường Trung Quốc vì nhu cầu than vẫn tăng tới năm
2021 so với năm 2015. Thị trường Trung Quốc tiếp tục có ảnh hưởng lớn đến thị
trường than toàn cầu. Trong bốn tháng đầu năm 2017, sản lượng than của Trung
Quốc tăng 2,5% so với cùng kỳ năm trước - sau khi giảm từ 8,7% vào năm 2016.
Tuy nhiên, báo cáo tháng 5 năm 2017 cho thấy, Trung Quốc đang cố gắng hạn chế
nhập khẩu than nhiệt có chất lượng thấp. Ngành năng lượng của Trung Quốc đang
5

Nguồn: Báo năng lượng Việt nam - Một số vấn đề về cung cầu than

17


phát triển, tuy nhiên sản lượng than nhiệt đã giảm đáng kể, và được dự báo sẽ duy
trì ở mức 3,0-3,2 tỷ tấn/năm cho tới năm 2025-2030, kể từ khi đạt mức đỉnh điểm
gần 4.0 tỷ tấn vào năm 2013, với nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của đất nước
đang được đáp ứng bởi dầu lửa (trong vận tải), khí tự nhiên và năng lượng tái tạo...
b. Nguồn cung cấp than
Theo thống kê của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), các quốc gia xuất
khẩu than lớn trên thế giới mà Việt Nam có thể hy vọng nhập khẩu đó là: Australia,
Indonesia, Nga, Nam Phi... Trong đó, Australia là nước có tiềm năng về xuất khẩu
than, với hệ thống cảng biển đang được nâng cấp và xây dựng mới nên khả năng
tiếp nhận tàu có trọng tải lớn. Tình hình chính trị và chính sách xuất khẩu than của
Australia tương đối ổn định, song chi phí đầu tư cao, vận tải đường sắt ra cảng và
cự ly vận chuyển về Việt Nam khá xa.
TT

Loại than XK

1
2
-

Xuất khẩu 2011
Than nhiệt
Than cốc
Xuất khẩu 2014
Than nhiệt
Than cốc
Dự kiến xuất
khẩu năm 2030
Than nhiệt
Than cốc

3
-

Australia Indonesia

Nga

Nam Phi

Trung
Quốc
27,8

26,7
1,1
6

Nam
Mỹ
85,4
85,4

Mỹ

348,8
174,4
174,4
380
212
168

261,5
238,0
23,5
382

90,7
80,7
10,0
150

77,0
76,0

1,0

72,2
22,4
49,8

639,0

353,2

133,7

131,7

32,2

221,0

131,7

383,4
255,6

328,5
24,7

108,3
25,4

106,7

25,0

31,0
1,2

221,0

30,3
101,4

Bảng 1.2 Các quốc gia xuất khẩu than lớn trên thế giới
(khối lượng xuất khẩu than dự báo đến năm 2030). Đơn vị: triệu tấn.6

Thực tế cho thấy, Indonesia có tiềm năng về than subbitum và bitum, cự ly vận
chuyển về Việt Nam gần. Trong những năm gần đây, xuất khẩu than nhiệt
của Indonesia tăng mạnh, nhưng chủ yếu là do các nhà đầu tư nước ngoài mang về
nước. Tuy nhiên, theo dự báo, trong tương lai sẽ có một số trở ngại như: nhu cầu
than trong nước tăng, chính sách của Indonesia có xu hướng hạn chế xuất khẩu và
siết chặt đầu tư nước ngoài... Nhưng dù sao, than nhập khẩu từ Indonesia về Việt
Nam để cấp cho điện là nguồn than thích hợp và rẻ nhất so với từ các nguồn khác.
6

Nguồn: Số liệu từ thống kê của Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA), Các quốc gia xuất khẩu than

18


Đối với than của Nga, tuy có tiềm năng về trữ lượng, giá thành thấp nhưng điều
kiện khí hậu khắc nghiệt, hệ thống đường sắt vận tải ra cảng còn hạn chế, vận
chuyển về Việt Nam khá xa. Tuy nhiên, Nga là quốc gia có mối quan hệ truyền

thống lâu đời với Việt Nam, điều kiện chính trị thuận lợi. Do đó, cần nghiên cứu,
hợp tác khai thác than để đưa than về tiêu thụ tại Việt Nam.
Với Nam Phi cũng có tiềm năng về trữ lượng than và chi phí sản xuất thấp, nhưng
chính sách khơng ổn định, cơ sở hạ tầng vận tải còn hạn chế.
1.2.2 Nhu cầu than cho các nhà máy nhiệt điện ở Việt Nam
Nhu cầu than cho sản xuất điện của Việt Nam trong giai đoạn 2017 - 2030 được
phân ra thành 2 loại: than anthraxite và than nhiệt (bitum và á bitum). Theo Quy
hoạch điện VII (QHĐVII) điều chỉnh, đến năm 2020, tổng công suất nhiệt điện than
khoảng 26.000 MW, chiếm gần 50% điện sản xuất; năm 2025 đạt khoảng 47.600
MW, chiếm 55% điện sản xuất; năm 2030 đạt 55.300MW, chiếm 53,2% điện sản
xuất. Cụ thể nhu cầu từng loại than trong giai đoạn 2017-2030 được đánh giá sơ bộ
như sau:
Nhu cầu than Anthracite trong nước hiện nay:
-

Tập đoàn Điện lực Việt Nam có 14 nhà máy đang hoạt động, tổng cơng suất

là 8.400 MW, có nhu cầu tiêu thụ 21 triệu tấn than/năm.
-

Tập đồn Dầu khí Việt Nam có 3 nhà máy đang hoạt động, có tổng cơng suất

là 3.600 MW, có nhu cầu tiêu thụ 10,5 triệu tấn than/năm.
-

Tập đoàn CN Than - Khống sản Việt Nam có 7 nhà máy đang hoạt động, có

tổng cơng suất là 1.505 MW, có nhu cầu tiêu thụ 4 triệu tấn than/năm.
-

Các nhà đầu tư tư nhân trong và ngồi nước có 4-5 nhà máy đã và sắp đưa

vào hoạt động, có tổng cơng suất 1.500-2.000 MW, với nhu cầu tiêu thụ 4-5 triệu
tấn than/năm.
Như vậy, tại thời điểm hiện nay tổng nhu cầu than Anthracite cho các nhà máy nhiệt
điện là 40-42 triệu tấn than/năm.
Nhu cầu than nhiệt (bitum và á bitum) nhập khẩu trong giai đoạn 2017-2030:

19


-

Tập đồn Điện lực Việt Nam có 4 dự án đang xây dựng, với tổng cơng suất

là 3.705 MW, có nhu cầu tiêu thụ 12 triệu tấn than/năm (trong giai đoạn 20172020).
-

Tập đồn Dầu khí Việt Nam có 2 dự án đang xây dựng, có tổng cơng suất là

2.400 MW, có nhu cầu tiêu thụ 7 triệu tấn than/năm (trong giai đoạn 2018-2021).
-

Tập đồn CN Than - Khống sản Việt Nam có 1 nhà máy đang triển khai, có

tổng cơng suất là 1.200 MW, có nhu cầu tiêu thụ 3,5 triệu tấn than/năm (trong giai
đoạn 2020 - 2022).
-

Các nhà đầu tư trong và ngoài nước khác (các dự án IPP, BOT) có khoảng 9-

10 dự án đang được triển khai xây dựng, với tổng cơng suất là 12.500-14.000 MW,
có nhu cầu tiêu thụ 37-38 triệu tấn than/năm (trong giai đoạn 2020 - 2026).
-

Ngồi ra, cịn khoảng hơn 10 dự án nhiệt điện chưa có chủ đầu tư (theo Quy

hoạch điện VII điều chỉnh) nên chưa đượcc tính đến.
Như vậy, trong giai đoạn 2017-2030 thì cần nhập khẩu than nhiệt (Bitum và á
bitum) để đáp ứng nhu cầu cho các dự án đầu tư nhà máy nhiệt điện là khoảng 60 62 triệu tấn than/năm, chưa tính đến các dự án nhiệt điện chưa có chủ đầu tư và thời
hạn hồn thành.
Tiềm năng tài nguyên than trên thế giới rất lớn. Đến hết năm 2016 tổng trữ lượng
than toàn thế giới là 1.139.331 triệu tấn, trong đó than antraxít và bitum 816.214
triệu tấn (chiếm 71,6%), than ábitum và than non 323.117 triệu tấn (chiếm 28,4%),
với mức sản lượng năm 2016 có thể còn khai thác trong 153 năm [5]. Xét trên mọi
phương diện thì có 4 nước là Indonesia, Australia, Nga và Nam Phi được đánh giá
cao nhất về khả năng cung cấp than nhiệt cho sản xuất điện của Việt Nam trong
hiện tại cũng như trong tương lai.
Tuy nhiên, việc nhập khẩu than và đầu tư khai thác than ở nước ngoài đưa về phục
vụ trong nước với khối lượng lớn hàng chục triệu tấn đến gần 100 triệu tấn mỗi năm
sẽ còn nhiều việc phải làm.
Danh sách các nhà máy nhiệt điện và chủng loại than sử dụng
Các nhà máy đang hoạt động sử dụng than trong nước hiện có 23 nhà máy, phân
theo các chủng loại than sử dụng như sau:
20


-

Cám 4b (2 nhà máy): ng Bí 1, Ninh Bình (nhiệt trị than 5300kCal).

-

Cám 5 (7 nhà máy): ng Bí mỏ rộng 1 và 2, Phả Lại 1, Phả Lại 2, Hải

Phòng 1, Hải Phòng 2, Nghi Sơn 1, Vũng Áng 1 (nhiệt trị than 4800kCal).
-

Cám 6a (6 nhà máy): Quảng Ninh 1, Quảng Ninh 2, Mông Dương 1, Mông

Dương 2, Vĩnh Tân 2, Duyên Hải 1 (nhiệt trị than 4350kCal).
-

Cám 6b (8 nhà máy): Na Dương 1, Cao Ngạn, Cẩm Phả 1, Cẩm Phả 2, Sơn

Động, An Khánh 1, Mạo Khê, Nông Sơn (nhiệt trị than từ 3700 - 4200kCal).
Các nhà máy đang đầu tư sử dụng than trong nước gồm có 9 nhà máy, phân theo
các chủng loại than sử dụng như sau:
-

Cám 5 (3 nhà máy): Thái Bình 1, Thái Bình 2, Thăng Long (nhiệt trị than

4800kCal).
-

Cám 6a (1 nhà máy): Vĩnh Tân 1 (nhiệt trị than 4350 kCal).

-

Cám 6b (3 nhà máy): Na Dương 2, Hải Dương, Nam Định 1, (nhiệt trị than

từ 3700 kCal).
-

Cám 7 - than bùn (2 nhà máy): Lục Nam, Cẩm Phả 3 (nhiệt trị than từ 3350

kCal).
Các nhà máy sử dụng than nhập khẩu có 22 nhà máy sử dụng than nhập khẩu với
nhiệt trị than 5000 kCal, phân theo các miền như sau:
-

Miền Bắc (3 nhà máy): Hải Phòng 3, Quảng Ninh 3, Kim Sơn.

-

Miền Trung (8 nhà máy): Nghi Sơn 2, Vũng Áng 2, Công Thanh, Quỳnh Lập

1, Quảng Trạch 1, Quảng Trạch 2, Vũng Áng 3, Quỳnh Lập 2.
-

Miền Nam (11 nhà máy): Duyên Hải 3, Vĩnh Tân 4, Vân Phong 1, Sông Hậu

1, Duyên Hải 2, Vĩnh Tân 3, Long Phú 1,Quảng Trị, Long Phú 2,Long Phú 3,Sông
Hậu 2.
Như vậy, so với mức tiêu thụ năm 2013 (28 triệu tấn) đến năm 2015, nhu cầu
than trong nước đã tăng gấp hơn 2 lần và đến năm 2030 sẽ tăng gấp 8 lần. Trong khi
đó, sản lượng than hiện tại mới chỉ đạt 40 triệu tấn và tương lai cũng có thể khó
tăng do những chỗ dễ đào đã được khai thác hết, chỉ còn lại những chỗ khó khăn.
Hơn nữa, việc đầu tư mỏ mới cần chi phí rất lớn, thời gian dài (khoảng 300-400
triệu USD và 7-8 năm) nên ngành than được giao phải mở 28 mỏ mới trong giai

21


đoạn 2011 – 2015 đã khơng thể hồn thành. Bài toán nhập khẩu than được đặt ra từ
đây.

1.3

Than và các đặc tính kỹ thuật về than

1.3.1 Phân loại các loại than
Tính theo tuổi hình thành than có thể chia ra làm các loại:
-

Than bùn: Là loại than được hình thành do sự tích tụ và phân huỷ khơng

hồn tồn tàn dư thực vật trong điều kiện yếm khí xảy ra liên tục.

Hình 1.4 Hình ảnh than bùn

Quá trình này diễn ra tại các vùng trũng ngập nước. Các vùng đất ngập nước là
những vùng có năng suất sinh học cao, điều kiện phát triển của thực vật rất thuận
lợi. Tuy nhiên, lớp thổ nhưỡng tại các vùng này luôn trong điều kiện yếm khí; do
đó, mặc dù sinh khối các loài cỏ sống trên mặt nước tăng nhanh, nhưng quá trình
phân giải xác thực vật lại xảy ra chậm và khơng đạt tới giai đoạn vơ cơ hố dẫn đến
tích luỹ hữu cơ. Tiếp theo cỏ là lau, lách, cây bụi, cây thân gỗ thay thế, kết hợp với
quá trình kiến tạo địa chất, quá trình bồi tụ, lắng đọng phù sa đã chôn vùi kể cả cây
thân gỗ, làm cho hữu cơ tích tụ thành các lớp và tạo thành than bùn.
Than bùn có độ ẩm cao, Wlv có thể tới 90%, độ tro Alv khoảng 7 đến 15%, loại
nhiên liệu dễ cháy vì chất bốc Vc tới 70%, nhưng nhiệt trị không cao, thường suất

sinh nhiệt Qtlv khoảng từ 8500 đến 12000kJ/kg nên ít được dùng trong cơng nghiệp.
-

Than nâu (than non) Than nâu hay còn gọi là than non là loại đá trầm tích có

màu nâu có thể đốt cháy được, chúng được thành tạo từ quá trình nén cố kết than
bùn một cách tự nhiên. Nó được xem là loại than đá có hạng thấp nhất do mức độ
sinh hiệt tương đối thấp của nó.
22


Hình 1.5 Hình ảnh than nâu hay cịn gọi là than non

Than nâu có hàm lượng cacbon thấp khoảng 25-35%, độ ẩm cao Wlv từ khoảng
18% đến 66%, và hàm lượng tro Alv dao động từ 6% đến 19%. Thường suất sinh
nhiệt Qtlv khoảng từ 10 – 20 MJ/kg
Năng lượng than nâu được tiêu thụ ở Hoa Kỳ trung bình 15 MJ/kg, ở Victoria, Úc
trung bình 8.4 MJ/kg.
Than nâu có hàm lượng vật chất dễ bay hơi cao nên nó dễ dàng chuyển sang các sản
phẩm dạng khí và lỏng so với các loại than đá cao cấp khác. Tuy nhiên, do độ ẩm
cao và nhạy cháy có thể gây ra các rủi ro trong vận chuyển và lưu trữ. Hiện được
biết có quy trình hiệu quả loại bỏ độ ẩm bên trong cấu trúc của than nâu sẽ loại bỏ
được rủy ro tự cháy so với than đá đen, sẽ chuyển đổi giá trị calori của than nâu
thành giá trị nhiên liệu than đen quy đổi trong khi việc giảm đáng kể sự phát thải
than nâu được hóa rắn tới mức tương tự hoặc tốt hơn than đen.
-

Sub-bituminous (than gầy):

Hình 1.6 Hình ảnh than gầy

Than Sub-bituminous hay than gầy có tuổi hình thành tương đối cao, lượng cacbon
tương đối lớn từ 35% - 45% và độ ẩm thấp, màu sắc có thể đậm, màu nâu sẫm đến
đen và đen bóng, mềm và giịn độ cứng tăng dần theo màu sắc. Than gầy có độ ẩm

23