Sản xuất hydro từ các nguồn tái tạo và sử dụng trong các nhà máy chế biến dầu khí tại Việt Nam
PETROVIETNAM
TẠP CHÍ DẦU KHÍ
Số 11 - 2020, trang 37 - 55
ISSN 2615-9902
SẢN XUꢀT HYDRO TỪ CÁC NGUỒN TÁI TꢁO VÀ Sꢂ DỤNG
TRONG CÁC NHÀ MÁY CHẾ BIẾN DꢃU KHꢄ TꢁI VIỆT NAM
Nguyễn Hữu Lương, Nguyễn Thị Châu Giang, Huỳnh Minh Thuận
Viện Dầu khí Việt Nam
Email: luongnh.pvpro@vpi.pvn.vn
Tóm tắt
Phat triển hydro từ cac nguôn tai tao la xu thê chung hiện nay. Hai hương chủ đao để san xuất hydro tai tao la điện phân nươc va khí
hoa sinh khối. Trong khi công nghệ khí hoa sinh khối đã được thương mai hoa hoan toan, công nghệ điện phân nươc mơi được thương mai
hoa một phần. Trong lĩnh vưc chê biên dầu khí, để đam bao phat triển bên vững va tân dung được cơ sở ha tầng sẵn co, cac nguôn tai tao
noi chung va hydro tai tao noi riêng co thể được tích hợp vao cac nha may loc - hoa dầu trên cơ sở lợi thê va bối canh cu thể của cac nha
may. Hydro tai tao cho cac Nha may Loc dầu Dung Quất, Liên hợp Loc hoa dầu Nghi Sơn va Nha may Đam Phú Mỹ co thể được đi từ qua
trinh điện phân nươc biển va nươc sông sư dung năng lượng tai tao từ gio va mặt trời. Đối vơi Nha may Đam Ca Mau, hydro tai tao co thể
được cung cấp thông qua qua trinh khí hoa sinh khối.
Từ khóa: Hydro, chê biên dầu khí, tai tao, điện phân nươc, khí hoa sinh khối, Nha may Loc dầu Dung Quất, Liên hợp Loc hoa dầu Nghi
Sơn, Nha may Đam Ca Mau, Nha may Đam Phú Mỹ.
1. Giơi thiêu
Hydro đươc xem la nguyên, nhiên liêu “sạch” nhât hiên
4%
18%
nay va đong vai tro quan trong trong nên kinh tê tương lai
khi thay thê cac nguôn nhiên liêu hoa thạch. Hiên tại, co
khoang 96% hydro đươc san xuât tư nguôn nguyên liêu
không thể tai tạo, vơi khoang 48% tư khí thiên nhiên, trong
đo 30% tư qua trinh reforming va 18% tư khí hoa than. Chỉ
khoang 4% đươc san xuât băng phương phap điên phân
nươc. Để giai quyêt vân đê cạn kiêt nguôn nguyên liêu hoa
thạch va giam khí nha kính CO2, cac phương phap bên vững
san xuât hydro tư nguôn nguyên liêu co thể tai tạo cân đươc
phat triển [1]. Hinh 1 trinh bay tỷ trong cac nguôn san xuât
hydro hiên nay.
48%
30%
Than đá
Khí tự nhiên
Dầu
Điện phân
Hinh 1. Tỷ trọng các nguồn sản xuất hydro [1]
8%
Hydro co thể đươc sử dung lam nhiên liêu hoặc nguyên
liêu cho cac nganh công nghiêp loc - hoa dâu. Tông san
lương hydro đươc san xuât toan câu hiên nay khoang 7,7 EJ/
năm (1 EJ = 1018 J) va dư kiên tăng đên 10 EJ/năm vao năm
2050. Ứng dung chủ yêu của hydro la lam nguyên liêu cho
san xuât ammonia (51%), loc dâu (31%), san xuât methanol
(10%) va những ưng dung khac (8%). Hinh 2 trinh bay tỷ
lê sử dung hydro trong cac linh vưc khac nhau. Thi trương
31%
51%
10%
Ammonia
Methanol
Ứng dụng trong lọc dầu
Khác
Ngày nhận bài: 19/8/2020. Ngày phản biện đánh giá và sửa chữa: 19/8 - 23/9/2020.
Ngày bài báo được duyệt đăng: 3/11/2020.
Hinh 2. Tỷ lệ sử dụng hydro trong các lĩnh vực trên thế giới [1]
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
37
NĂNG LƯỢNG MỚI
hydro đươc mong chơ se tăng 5 - 10% mỗi năm cho nhu
câu tiêu thu trong chê biên những phân đoạn dâu nặng
va năng lương cho mang giao thông [1].
tạo la một trong những giai phap đây triển vong nhăm
thay thê cho lương hydro bô sung đi tư phân xưởng san
xuât hydro của Nha may Loc dâu Dung Quât sau nâng câp
mở rộng hoặc Nha may Loc dâu Nghi Sơn.
Tại Viêt Nam, hydro chủ yêu đươc san xuât va tiêu
thu trong cac nha may chê biên dâu khí (loc dâu, đạm).
Nguyên liêu cho cac nha may chê biên dâu khí ngay cang
đa dạng dân đên nhu câu hydro ngay cang tăng. Cac loại
dâu chua (chưa nhiêu lưu huynh), khí thiên nhiên co ham
lương CO2 cao (> 10%) se yêu câu lương hydro sử dung
nhiêu hơn trong qua trinh chê biên để đam bao đươc
công suât hoạt động va cac tiêu chuẩn môi trương ngay
cang nghiêm ngặt. Trong cac nha may loc dâu, hydro
đươc sử dung để xử ly loại bỏ lưu huynh va cac tạp chât
khac (N, O, kim loại…) ra khỏi cac dong nguyên liêu hoặc
ban thanh phẩm thông qua qua trinh xử ly băng hydro
(hydrotreating), khử xúc tac tư dạng oxide sang dạng kim
loại hoạt động, hoặc no hoa cac hơp chât chưa bao hoa
(hydro hoa). Hydro cothể đươc san xuât tưcac phân xưởng
CCR như la một san phẩm phu hoặc tư cac phân xưởng
san xuât hydro thông qua qua trinh steam reforming cac
loại nguyên liêu hydrocarbon như khí thiên nhiên, LPG,
naphtha. Đối vơi Nha may Loc dâu Dung Quât hiên tại,
hydro chủ yêu đi tư phân xưởng CCR. Tuy nhiên, trong
tương lai, khi Nha may Loc dâu Dung Quât đươc nâng
câp mở rộng nhu câu sử dung hydro se tăng cao va cân
co nguôn hydro bô sung tư phân xưởng san xuât hydro
(HGU). Đối vơi Liên hơp Loc hoa dâu Nghi Sơn, hydro chủ
yêu đi tư phân xưởng CCR va phân xưởng san xuât hydro
tư LPG, tỷ lê nhỏ hydro cung đươc thu hôi tư offgas. Theo
xu hương phat triển bên vững, cac nguôn tai tạo đươc tích
hơp vao cac nha may loc dâu. Trong đo, nguôn hydro tai
Đối vơi cac nha may đạm, hydro đươc san xuât chủ yêu
tư nguôn nguyên liêu khí thiên nhiên thông qua qua trinh
reforming hơi nươc (steam reforming) để tạo ra hỗn hơp khí
tông hơp syngas (H2 va CO). Hydro la nguyên liêu cơ ban để
tông hơp ammonia, sau đo đươc chuyển hoa tiêp để tạo ra
san phẩm urea. Lương hydro tạo ra tư qua trinh reforming
co quan hê mât thiêt vơi ham lương CO2 co trong khí thiên
nhiên. Nha may Đạm Phú Mỹ va Đạm Ca Mau cung câp
ra thi trương hang năm 1,6 triêu tân urea, gop phân đam
bao an ninh lương thưc cho đât nươc. Tuy nhiên, vơi sư suy
giam vê san lương va chât lương cac nguôn khí trong nươc,
cung như xu hương gia khí tăng đa va đang xay ra sau một
thơi gian ôn đinh, đoi hỏi cac đơn vi phai xem xét, tim kiêm
giai phap đa dạng hoa nguôn nguyên liêu nhăm đam bao
hoạt động ôn đinh, hiêu qua va bên vững. Vê lâu dai, trong
tinh hinh cac nguôn khí trong nươc co ham lương CO2 ngay
cang tăng, viêc tim kiêm nguôn H2 bô sung la một yêu câu
câp thiêt. Mặt khac, cac nguôn khí thiên nhiên giau CO2 của
Viêt Nam (chiêm hơn nửa tông trữ lương khí) la một nguôn
cân đươc xem xét sử dung hiêu qua. Theo đo, để chê biên
đươc đông thơi thanh phân hydrocarbon va CO2 co trong
khí cho muc đích san xuât đạm, viêc đam bao nguôn hydro
bô sung la cân thiêt. Như vây, viêc tạo ra nguôn hydro bô
sung vơi chi phí hiêu qua la yêu câu cốt loi để sử dung đươc
cac nguôn khí thiên nhiên giau CO2 lam nguyên liêu cho
nha may đạm. Bang 1 trinh bay cac nguôn hydro tư cac nha
may loc hoa dâu tại Viêt Nam.
Bảng 1. Sản lượng hydro của một số nhà máy lọc hóa dầu tại Việt Nam. Nguồn: VPI, 2020
Nhà máy
Quá trình công nghệ
Sản lượng H2 (tấn/giờ)
Nhà máy Lọc dầu Dung Quất (hiện tại) CCR
2,07
CCR
H2 bổ sung
2,64
0,47
Nhà máy Lọc dầu Dung Quất (Nâng
cấp mở rộng)
CCR
5,89
17,43
12,31
Liên hợp Lọc hóa dầu Nghi Sơn
H2 bổ sung từ LPG
Reforming (hiện tại)
H2 bổ sung khi sử dụng nguyên liệu khí thiên nhiên chứa
30% CO2
Nhà máy Đạm Phú Mỹ
2,05 (a)
Thay thế hoàn toàn nguyên liệu khí thiên nhiên
Reforming (hiện tại)
12,31
11,33
H2 bổ sung khi sử dụng nguyên liệu khí thiên nhiên chứa
30% CO2
Nhà máy Đạm Cà Mau
1,89 (a)
Thay thế hoàn toàn nguyên liệu khí thiên nhiên
11,33
396.554 (b)
0,06 (b)
tấn/năm
EJ/năm
Tổng sản lượng H2 tối đa
(a) Ước tính trên cơ sở sản lượng H2 giảm trong syngas khi nguyên liệu chứa 30% CO2 do sự xảy ra đồng thời của phản ứng dry reforming
và steam reforming.
(b) Ước tính trên cơ sở nhà máy hoạt động 330 ngày/năm.
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
38
PETROVIETNAM
Bang 1 cho thây nhu câu hydro hiên tại của Nha may
Loc dâu Dung Quât la 2,07 tân/giơ va đươc cung câp tư
phân xưởng CCR. Trong tương lai, khi Nha may Loc dâu
Dung Quât đươc nâng câp mở rộng lên công suât 8,5 triêu
tân/năm vơi nguyên liêu la hỗn hơp dâu thô chưa 70%
ESPO va 30% Murban, nhu câu hydro se tăng lên 3,11 tân/
giơ, trong đo, 2,64 tân/giơ đươc cung câp tư phân xưởng
CCR va phân con lại đươc bô sung bởi phân xưởng san
xuât hydro thông qua qua trinh reforming naphtha hoặc
khí thiên nhiên. Liên hơp Loc hoa dâu Nghi Sơn co nhu
câu sử dung hydro cao hơn Nha may Loc dâu Dung Quât
do sử dung nguyên liêu la dâu thô Kuwait thuộc loại dâu
chua. Theo đo, nhu câu hydro của Liên hơp Loc hoa dâu
Nghi Sơn đươc cung câp bởi cac phân xưởng CCR (5,89
tân/giơ) va phân xưởng san xuât hydro thông qua qua
trinh reforming LPG (17,43 tân/giơ). Đối vơi Nha may Đạm
Phú Mỹ va Nha may Đạm Ca Mau, lương hydro hiên tại
đươc đi tư qua trinh reforming khí thiên nhiên lân lươt la
12,31 tân/giơ va 11,33 tân/giơ. Trong tương lai, nêu cac
nha may đạm sử dung nguôn nguyên liêu khí thiên nhiên
chưa 30% CO2 thi lương hydro đi tư qua trinh reforming
se giam. Để đam bao công suât san xuât urea như hiên tại
(800.000 tân/năm), cân bô sung nguôn hydro cho cac nha
may nay lân lươt la 2,05 tân/giơ (Nha may Đạm Phú Mỹ)
va 1,89 tân/giơ (Nha may Đạm Ca Mau). Cac nguôn hydro
bô sung co thể đươc cung câp thông qua cac qua trinh
reforming truyên thống cac loại nguyên liêu khí thiên
nhiên, LPG, naphtha, khí hoa than, sinh khối, hoặc điên
phân nươc sử dung năng lương tai tạo. Trong phạm vi của
bai bao nay, cac công nghê điên phân nươc va khí hoa
sinh khối đươc giơi thiêu va đanh gia kha năng ap dung
tại cac nha may chê biên dâu khí của Viêt Nam.
thơi điểm co mưc tiêu thu thâp. Đối vơi khu vưc co sẵn
nguôn sinh khối, hydro co thể đươc san xuât thông qua
qua trinh khí hoa sinh khối.
2.1. Điên phân nươc
Điên phân la phương phap ma trong đo nươc đươc
phân tach thanh hydro va oxy dươi tac dung của dong điên:
H2O (l) → H2 (k) + ½O2 (k)
(1)
Hiên nay, co 3 phương phap điên phân thông dung
gôm: điên phân dung môi kiêm, điên phân sử dung mang
trao đôi proton va điên phân sử dung điên cưc băng
oxide rắn.
2.1.1. Điện phân dung môi kiềm (Alkaline electrolysis)
Điểm nôi bât của phương phap điên phân kiêm la
đươc nghiên cưu kha kỹ va co phạm vi triển khai thương
mại lơn. Trong công nghê nay, hê thống điên phân đươc
câu thanh bởi 1 cặp điên cưc đươc ngâm trong dung dich
kiêm, thương la KOH ở nông độ 25 - 30% va đươc ngăn
cach bởi mang ngăn. Ở cưc âm, nươc đươc phân tach ra
để tạo thanh H2 va giai phong cac anion hydroxide đi qua
mang ngăn va tai tô hơp ở cưc dương để tạo thanh O2
theo cac phan ưng sau:
2H2O (l) + 2e- → H2 (k) + 2OH- (dd)
2OH- (dd) → ½O2 (k) + 2e- + H2O (l)
(2)
(3)
2.1.2. Điện phân sử dụng màng trao đổi proton (PEM
electrolysis)
Trong phương phap nay, chât điên phân la mang
polymer co tính acid cho phép trao đôi cac proton (H+).
Ở cưc dương, nươc bi oxy hoa thanh O2 va giai phong cac
proton chay qua mang va bi khử ở cưc âm tạo thanh H2
theo cac phan ưng sau [2]:
2. Công nghê san xuât hydro tai tạo
Trong công nghiêp, hydro co thể đươc san xuât thông
qua con đương reforming hơi nươc truyên thống tư cac
nguôn nguyên liêu hydrocarbon như khí thiên nhiên,
LPG, naphtha hoặc thông qua cac phân xưởng công nghê
trong nha may loc dâu như CCR (reforming xúc tac), PDH
(dehydro hoa propane)... Để đap ưng nhu câu phat triển
bên vững, cac nguôn nguyên/nhiên liêu hoa thạch đươc
thay thê dân bởi cac nguôn tai tạo. Theo đo, viêc san
xuât hydro đươc dich chuyển dân sang qua trinh điên
phân nươc sử dung cac nguôn năng lương tai tạo. Đây
la phương phap san xuât hydro “sạch” va thân thiên nhât
vơi môi trương, đươc dư bao la con đương chủ đạo để
san xuât hydro cho cac nganh công nghiêp va nhiên liêu
trong tương lai. Như vây, hydro tai tạo chính la hinh thưc
lưu trữ năng lương, đặc biêt la năng lương tai tạo trong
H2O (l) → ½O2 (k) + 2H+ (dd) + 2e-
2H+ (dd) + 2e- → H2 (k)
(4)
(5)
2.1.3. Điện phân sử dụng điện cực bằng oxide rắn (solid oxide
electrolysis - SOE)
Ca 2 phương phap điên phân kiêm va PEM đêu la điên
phân ở nhiêt độ thâp (LTE). Trong khi đo, phương phap
điên phân sử dung điên cưc băng oxide rắn đươc thưc
hiên ở nhiêt độ cao (HTE). Theo phương phap nay, qua
trinh điên phân hơi nươc ở nhiêt độ cao mang lại hiêu qua
cao hơn so vơi cac công nghê trươc đây; co kha năng sử
dung nhiêt thai thay cho một phân năng lương điên tiêu
thu [3, 4]. Mặc du vây, công nghê nay chưa sẵn sang để
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
39
NĂNG LƯỢNG MỚI
đươc thương mại hoa vi co vân đê vê độ bên của hê thiêt
bi phan ưng do điêu kiên thưc hiên khắc nghiêt. Cac phan
ưng xay ra ở cưc âm va cưc dương như sau:
trơ khac), mât độ dong điên va độ tinh khiêt cao hơn [5],
tuôi tho của hê điên phân nay cung kha dai. Đông thơi,
hê thống PEM co thể đươc duy tri ở chê độ stand-by nên
chỉ tiêu thu lương điên năng tối thiểu, hoạt động trong
thơi gian ngắn va công suât cao hơn (trên 100%) [7, 8]. Tuy
nhiên, nhươc điểm lơn nhât của chât điên phân PEM năm
ở độ bên của cac bộ phân [2] va chi phí cao hơn liên quan
đên cac thanh phân tiêp xúc đươc chê tạo trên cơ sở titan,
ví du như cac tâm lương cưc [7]. Bang 3 so sanh cac thông
số vân hanh của 2 loại hê thống điên phân PEM va ALK.
H2O (l) + 2e- → H2 (k) + O2-
(6)
O2- → ½O2 (k) + 2e-
(7)
2.1.4. So sánh các công nghệ điện phân nước
Cac phương phap điên phân chính co đặc tính khac
nhau va cac giai đoạn phat triển khac nhau. Do đa đươc
phat triển tư lâu đơi, cac hê thống điên phân kiêm hiên
nay đươc sử dung phô biên nhât, mặc du cac mô hinh
PEM đang cạnh tranh quyêt liêt. Trong Bang 2, PEM co lơi
thê quan trong so vơi alkaline (ALK) liên quan đên mât
độ dong điên cao hơn, phạm vi hoạt động lơn hơn va độ
tinh khiêt của hydro thu đươc cao hơn [5]. Nhươc điểm
lơn nhât của công nghê điên phân PEM năm ở độ bên
của cac bộ phân [6] va chi phí cao hơn liên quan đên cac
thanh phân tiêp xúc trong hê thống đươc chê tạo trên cơ
sở titan, chẳng hạn như cac tâm lương cưc. Mặc du co hiêu
qua cao hơn, công nghê điên phân SOE vân đang trong
giai đoạn phat triển để thương mại hoa nên nhom tac gia
không phân tích sâu. Hiêu qua của công nghê điên phân
SOE đạt gân 100% (trong thưc tê, co thể đạt tơi gia tri 90%)
tạo ra sư quan tâm đên viêc cai thiên độ bên va chi phí [7].
Tuy nhiên, cac bộ điên phân SOE vân chưa đạt đên trạng
thai thương mại hoa [8].
Mặc du gia thanh của PEM cao hơn nhưng vơi cac ưu
điểm đa đê câp, trong những năm gân đây, công nghê
điên phân mang trao đôi proton (PEM) đa dân đâu trong
san xuât may điên phân so vơi công nghê điên phân
kiêm (alkaline). Năm 2016, công ty H2B2 đa giơi thiêu tại
thi trương Mỹ va Tây Ban Nha công nghê san xuât hydro
băng điên phân nươc sử dung thiêt bi điên phân kiểu
PEM. H2B2 co thể cung câp cac hê thiêt bi san xuât hydro
vơi nhiêu mưc công suât khac nhau: nhỏ (0,5 - 5 Nm3/giơ),
trung binh (10 - 105 Nm3/giơ) va lơn (100 - 580 Nm3/giơ).
Hinh 3 cho thây trong tương lai gân, thi trương sử dung hê
thống điên phân PEM se chiêm ưu thê do cac sư cai tiên
nhanh chong vê công nghê va cac ưu điểm trên.
2.1.5. Chi phí sản xuất hydro từ điện phân nước
Một trong cac yêu tố quan trong thúc đẩy sư phat
triển san xuât hydro tư cac nguôn tai tạo la tính cạnh tranh
vê hiêu qua kinh tê khi so sanh vơi hydro truyên thống đi
tư cac nguôn hoa thạch. Chi phí san xuât hydro tai tạo phu
thuộc chủ yêu vao gia điên, hiêu suât điên phân va chi
phí đâu tư, trong đo, chi phí điên co thể chiêm đên 60%
gia thanh san xuât hydro. Theo IRENA, hydro san xuât tư
điên co thể cạnh tranh nêu gia điên giam xuống dươi 30
PEM co lơi thê quan trong, do đo, đươc dư kiên cai
thiên hơn trong tương lai. Điên phân băng mang proton
co thể hoạt động linh hoạt hơn so vơi công nghê ALK hiên
tại. Công nghê nay co phạm vi hoạt động lơn hơn (co thể
cung câp hydro cho nganh công nghiêp, bô sung vao
mạng lươi khí trong khi vân co thể cung câp dich vu phu
Bảng 2. So sánh các công nghệ điện phân nước hiện nay [9]
Đặc tính
Đơn vị
Kiềm
Đã thương mại hóa
rộng rãi
PEM
SOE
Độ phổ biến
Đã thương mại hóa
R&D
Nhiệt độ của tế bào điện phân
Áp suất của tế bào điện phân
Mật độ dòng
Điện thế của tế bào điện phân
Hiệu suất điện hóa
Năng lượng tiêu thụ riêng
Diện tích của tế bào điện phân
Sản lượng hydro mỗi ngăn
Độ bền của các ngăn
Độ bền của hệ điện phân
Độ tinh khiết của hydro
Thời gian khởi động hệ
Suất đầu tư
°C
bar
60 – 80
< 30
< 0,45
1,8 – 2,4
62 – 82
4,2 – 4,8
3 – 3,6
< 1.400
55 – 120
20 – 30
< 99,8
50 – 80
< 30
1 – 2
1,8 – 22
67 – 82
4,4 – 5,0
< 0,13
900 – 1.000
< 30
A/cm2
V
0,3 – 1
0,95 – 1,3
81 – 86
2,5 – 3,5
< 0,06
< 10
8 – 20
-
-
%
kWhN/m3
m2
Nm3/giờ
Nghìn giờ
Năm
< 400
60 – 100
10 – 20
99,999
< 15
%
Phút
EUR/kW
15
> 60
> 2.000
800 – 1.500
1.400 – 2.100
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
40
PETROVIETNAM
Bảng 3. Điều kiện vận hành của PEM và ALK [10]
USD/MWh (3 cent/KWh) hoặc nêu chi
phí đâu tư giam đang kể [11] (Hinh 4).
ALK
15 – 100%
1 – 10 phút
0,2 – 20%/giây
1 – 10 phút
PEM
0 – 160%
1 – 5 phút
100%/giây
Giây
Khoảng phụ tải
Khởi động
Tăng/giảm lưu lượng
Ngừng máy
Chi phí san xuât H2 băng phương
phap điên phân nươc co thể cạnh
tranh vơi phương phap truyên thống
(reforming hơi nươc khí thiên nhiên) nêu
co thể giam đươc chi phí đâu tư (CAPEX)
va giam gia điên đâu vao. Mỹ, thi trương
điên năng lương mặt trơi lơn thư hai thê
giơi, hiên tại đang sở hữu hơp đông mua
ban điên (PPA) vơi gia thâp hơn 25 USD/
MWh. Trên thê giơi, thâm chí con co cac
hơp đông PPA điên năng lương mặt trơi
vơi mưc gia thâp hơn va co xu hương
giam nhanh (Hinh 5).
100
90
Ươc tính quy mô thi trường hang năm cho cac ưng dung công nghiệp khac
80
70
60
50
40
30
20
10
O
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019-2020
Sư phat triển của san xuât điên tư
năng lương tai tạo thâm chí con co thể
dân đên gia điên âm. Điêu nay tạo điêu
kiên thuân lơi cho giai phap san xuât
H2 tư điên, để giúp cân băng hê thống
điên lươi, tân dung cac thơi điểm gia
điên thâp.
Điện phân sư dung điện cưc bằng oxide rắn (SOEC)
Không xac đinh
Điện phân kiêm (Alkaline)
Điện phân mang trao đôi proton (PEM)
Hinh 3. Thị trường phát triển các loại hệ thống điện phân trong tương lai gần. Nguồn: IEA
3,5
3
3,2
H2
2.1.6. Các vấn đề tồn tại và phương pháp
giảm chi phí khi sử dụng công nghệ điện
phân nước
2,3
2,5
2
2,1
1,3
1,5
1
Những yêu câu kỹ thuât cân cai
thiên đối vơi hai công nghê điên phân
nươc đa phat triển thương mại (Alkaline
va PEM) đươc trinh bay trong Bang 4.
0,5
0
40
20
Bên cạnh đo, vân đê cốt loi liên
quan đên tai chính trong viêc triển
khai công nghê điên phân nươc cung
đươc chỉ ra. Quan trong nhât la phai
giam đươc chi phí san xuât hydro. Bao
cao phân tích của IRENA cho thây, đên
năm 2050, hydro co kha năng cung câp
gân 29 EJ trong nhu câu năng lương
toan câu, 2/3 trong số đo se đên tư cac
nguôn tai tạo (Hinh 6).
Chi phí điện năng (USD/MWh)
Tổng mức đầu tư (200 USD/MWh)
Tổng mức đầu tư (1000 USD/MWh)
Hinh 4. Chi phí sản xuất hydro quy dẫn (LCOH) bằng phương pháp điện phân nước tại Đan Mạch [11]
250
200
150
100
50
220
200
Vao năm 2050, 14 EJ của hydro
tai tạo se đươc tiêu thu trong linh vưc
san xuât công nghiêp, chủ yêu la trong
cac phân nganh sắt, thép va amoniac.
Trong linh vưc vân tai, hydro co thể
đươc sử dung trong cac xe điên chạy
băng pin nhiên liêu (FCEV), chủ yêu để
vân chuyển hang hoa công kênh va vân
110
91,2
59 53 52 50 47,1
38 36,8 29,9 29
24,2 23,4
21,5 18,9
16,9
09/10 11/01 11/08 13/08 14/01 14/01 14/06 14/07 15/01 15/03 16/02 16/05 16/08 16/09 17/10 17/11 17/11 19/17
0
Hinh 5. Chi phí trung bình cho 1 đơn vị sản phẩm H2 ơcác mức giá điện đầu vào khác nhau và chi phí đầu tư cho hệ
điện phân khác nhau. Nguồn: Wood Mackenzie
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
41
NĂNG LƯỢNG MỚI
Bảng 4. Các yếu tố kỹ thuật cần cải thiện đối với công nghệ alkaline và PEM [12]
Alkaline
Giảm thiểu khoảng cách giữa các điện cực để giảm tổn thất điện trở. Chế tạo màng bền hơn về mặt cơ học và hóa học.
Vật liệu mới cho màng. Sử dụng chất xúc tác khác thích hợp hơn iridium.
Tăng nhiệt độ để thúc đẩy độ dẫn điện và cải thiện động học phản Chống ăn mòn và độ dẫn điện thấp của các lớp thụ động
PEM
ứng tại các điện cực.
làm suy giảm các bộ thu lưỡng cực ở cực dương.
Giảm độ khuếch tán trong pha rắn của màng để sản phẩm
độ tinh khiết cao hơn.
Sử dụng vật liệu điện từ để giảm giá trị quá mức tại các điện cực.
19 EJ/năm
trinh điên phân. Hê số tai cang cao thi tỷ lê
chi phí cố đinh cang thâp va tỷ lê chi phí điên
trong LCOH cang cao. Chi phí cho điên năng
thâp hơn se nâng cao hiêu qua chi phí của
viêc san xuât hydro băng phương phap điên
phân, ví du băng cach sử dung năng lương
tai tạo dư thưa hoặc băng cach đặt cac nha
may điên phân hydro ở cac vi trí co chi phí
điên tai tạo rât thâp [10].
Tông lượng hydro cung cấp từ năng lượng tai tao
14 EJ/năm hydro từ nguôn tai tao phuc vu
cho công nghiệp
1 E J/năm hydro từ nguôn
0,1 Khac
0,1 Năng lượng
2.1.7. Áp dụng công nghệ điện phân và các dự
án đang được triển khai
tai tao phuc vu cho xây dưng
Hinh 6. Dự báo nguồn cung hydro vào năm 2050 [11]
Một số dữ liêu thưc tê liên quan đên
công nghê điên phân san xuât hydro đươc
đưa ra ở Bang 5. Cac số liêu cho thây tỷ trong
H2 đươc san xuât tư qua trinh điên phân
nươc con rât nhỏ nhưng đươc dư bao se
tăng lên nhanh trong thơi gian tơi do chính
sach thay thê tưng phân cho nhiên liêu hoa
thạch đang đươc cac quốc gia phat triển
hoạch đinh. Cac động lưc chính để giam chi
phí gôm: công nghê san xuât điên phân, cai
thiên hiêu suât va viêc sử dung năng lương
tai tạo chi phí thâp. Nhơ cai tiên vê kỹ thuât,
chi phí san xuât băng công nghê PEM va
alkaline ngay cang trở nên cạnh tranh hơn
trong khi cac chi phí đâu tư cho cơ sở hạ
tâng cung đươc dư bao se giam đang kể (tư
50 - 80%).
tai hanh khach. Nganh giao thông vân tai se la khu vưc sử dung hydro
tai tạo lơn thư hai (sau nganh công nghiêp) khoang 4 EJ mỗi năm vao
năm 2050. Trong linh vưc nhiên liêu dân dung, hydro co thể đươc pha
trộn vơi khí thiên nhiên hoặc kêt hơp để tạo ra khí methane tông hơp
va đươc vân chuyển trong mạng lươi khí. Mạng lươi khí se hoạt động
như một phương tiên lưu trữ quy mô lơn, cung câp va phân phối điên
tai tạo vơi chi phí thâp [11].
Chi phí vốn tra trươc co thể rât lơn để xây dưng cơ sở hạ tâng cho
san xuât hydro như đâu tư hê thống điên phân, hạ tâng giao thông va
lưu trữ san phẩm. Những chi phí nay cung vơi mưc thuê cao đối vơi điên
lam cho chi phí san xuât hydro băng qua trinh điên phân tăng lên. Do
đo, chi phí công nghê va cơ sở hạ tâng phai liên tuc giam, trong khi cac
khung phap ly va thi trương hiên tại phai đươc điêu chỉnh hoặc thiêt kê
lại để phu hơp vơi tiêm năng của giai phap san xuât H2 tư điên (Power
to H2 - P2H2). Chi phí san xuât hydro tư qua trinh điên phân hiên năm
trong khoang 2,4 - 6,7 EUR/kg tuy thuộc vao mỗi quốc gia va cac thông
số vân hanh khac nhau so vơi 1,3 - 1,33 EUR/kg thông qua quy trinh
reforming hơi nươc khí thiên nhiên [13]. Trong đo, riêng chi phí điên
đa chiêm một phân chính trong tông chi phí san xuât hydro tư điên
phân va phu thuộc vao diên tích lắp đặt, số giơ vân hanh (load hours)
va đia điểm đặt hê thống điên phân. Mặc du chi phí điên trung binh
băng 30% tông chi phí san xuât hydro, nhưng trong một số trương hơp
co thể lên tơi 60% [14]. Co thể đanh gia mưc độ hiêu qua của viêc san
xuât hydro dưa trên thông số chi phí san xuât hydro quy dân (Levelised
cost of hydrogen - LCOH (USD/kg H2). LCOH biểu hiên chi phí cho mỗi
đơn vi H2 san xuât trong toan bộ vong đơi trung binh của công nghê
gôm: chi phí đâu tư ban đâu, nhiên liêu, chi phí bao dương, vân hanh va
ngưng hoạt động. LCOH tỷ lê thuân vơi hê số tai (load factor) của qua
Đông thơi, để chi phí san xuât hydro
thâp hơn, cân giam CAPEX va gia thanh điên
đâu vao. Chi phí điên thâp hơn tư năng lương
tai tạo se đong gop phân lơn trong viêc giam
chi phí hoạt động. Kể tư năm 2010, chi phí
điên phân đa giam 60%, tư 10 - 15 USD/kg
xuống con 4 - 6 USD/kg. Điên gio giam 60%
chi phí tư nay cho đên năm 2030. Ngoai ra,
một số quốc gia cung sử dung phương an
tăng quy mô san xuât để giam chi phí cung
ưng. CAPEX dư kiên giam gân 60 - 80% trong
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
42
PETROVIETNAM
san xuât va cai tiên công nghê vơi quy mô san xuât lơn
vao năm 2030 [15]. Mặt khac, sư cai tiên trong sử dung tai
nguyên tai tạo cung lam cho hiêu qua san xuât hydro cao
hơn. Ví du, năng lương mặt trơi kêt hơp năng lương gio ở
Chile se lam giam chi phí san xuât hydro tơi 1,4 USD/kg
vao năm 2030 [15].
đươc sử dung vơi cơ sở hạ tâng hiên co. Dư an nhăm muc
đích chưng minh cac lơi thê kỹ thuât, kinh tê, môi trương
va xa hội của viêc trộn hydro vơi khí tư nhiên như một giai
phap năng lương bên vững. Hythane đang đươc đưa vao
mạng lươi phân phối khí tư nhiên của Le Petit Village va
cung đươc đưa đên trạm tiêp nhiên liêu xe khí tư nhiên ở
Dunkirk [16].
Đa co cac quốc gia tiên phong trong viêc san xuât
hydro tư điên phân nươc va sử dung nguôn năng lương
nay cho nhiêu muc đích. Một số dư an đa triển khai trên
thê giơi như sau:
- Tô chưc The Fuel Cells and Hydrogen Joint
Undertaking (FCH JU) đang hỗ trơ cac hoạt động nghiên
cưu, phat triển công nghê va trinh diễn cac công nghê pin
nhiên liêu va hydro ở châu Âu, vơi muc đích đẩy nhanh
qua trinh thương mại hoa cac công nghê nay. Dư an
HyBalance la một trong số dư an thuộc FCH JU [17] vơi
muc đích chưng minh viêc sử dung hydro trong hê thống
năng lương ở Đan Mạch. Năng lương gio dư thưa đươc sử
dung để san xuât hydro băng phương phap điên phân,
giúp cân băng lươi điên. Hydro sau đo đươc sử dung trong
linh vưc giao thông va công nghiêp ở Hobro, Đan Mạch.
Dư an se giúp xac đinh cac nguôn doanh thu tiêm năng tư
hydro va thay đôi môi trương phap ly cân thiêt để cai thiên
tính kha thi tai chính của P2H2.
- Tại Iceland, nha may san xuât methanol vơi quy mô
công suât 5 triêu lít/năm đa đươc vân hanh tư năm 2012.
Cac nguyên liêu cung câp cho nha may gôm: CO2 đươc
thu hôi tư khoi thai của nha may điên đia phương va H2
đươc cung câp tư qua trinh điên phân nươc sử dung năng
lương đia nhiêt la nguôn năng lương sẵn co tại khu vưc
nay. Ươc tính cho thây chi phí san xuât hydro băng con
đương điên phân nươc sử dung năng lương đia nhiêt thâp
hơn 20% so vơi con đương san xuât hydro truyên thống
trong công nghiêp thông qua qua trinh steam reforming
khí thiên nhiên. Như vây, đây la qua trinh đa đươc thương
mại hoa vê công nghê va hiêu qua kinh tê của qua trinh
chủ yêu phu thuộc vao gia của nguôn năng lương sử dung
cho qua trinh điên phân nươc.
- Năm 2017, Enel bắt đâu vân hanh một mạng lươi
vi mô ở Chile gôm một cơ sở điên mặt trơi công suât tối
đa 125 kW kêt hơp vơi hê thống lưu trữ năng lương công
suât tối đa 582 kWh, sử dung pin lithium-ion (132 kWh) va
hê thống P2H2 (450 kWh). Hê thống lươi vi mô nay co thể
cung câp 24 giơ năng lương sạch ma không cân bât ky hê
thống dư phong năng lương nao dưa trên động cơ diesel.
Ưu điểm chính của hê thống la co thể hoạt động cho ca
hê thống đâu lươi va không đâu lươi va co thể đươc di
chuyển theo đia ly để cung câp năng lương tại bât ky đia
- ENGIE va cac đối tac đa thưc hiên dư an lưu trữ
năng lương hydro ở Phap mang tên GRHYD. Vi Phap đặt
muc tiêu đap ưng 23% tông mưc tiêu thu năng lương của
ngươi dung cuối tư cac nguôn tai tạo vao năm 2020, dư an
GRHYD co kê hoạch chuyển đôi năng lương dư thưa đươc
tạo ra tư cac nguôn năng lương tai tạo thanh hydro. Hydro
đươc pha trộn vơi khí tư nhiên để tạo ra hythane va sau đo
Bảng 5. Một số kết quả thực tế liên quan đến sản xuất H2 từ điện phân [10]
Thông số
Một số kết quả thực tế và mục tiêu
4% H2 toàn cầu được sản xuất thông qua điện phân (còn lại là sản xuất từ nhiên
liệu hóa thạch).
Tỷ lệ H2 được sản xuất bởi quá trình điện phân
- Chi phí sản xuất H2 từ điện phân thông qua công nghệ PEM năm 2017: 6,7
EUR/kg H2; có khả năng giảm xuống 4,1 EUR/kg H2 năm 2025;
- CAPEX của công nghệ PEM dự đoán giảm từ 1.200 EUR/kW (2017) xuống 700
EUR/kW (2025);
Chi phí sản xuất H2 từ điện phân
- CAPEX của công nghệ alkaline dự đoán giảm từ 750 EUR/kW (2017) xuống
480 EUR/kW (2025).
Chi phí cơ sở hạ tầng sản xuất H2 (sản xuất
và phân phối)
- Ước tính hiện tại: 8 - 10 USD/kg;
- Dự đoán tương lai gần: 2 - 4 USD/kg.
Dự án P2H2 được đặt tại Australia, Canada, Chile, Đan Mạch, Pháp, Đức, Nhật,
Anh và Hoa Kỳ.
Các quốc gia chủ yếu ứng dụng P2H2
Một số quốc gia đặt mục tiêu đưa H2
vào giao thông vận tải
Trung Quốc, Pháp, Đức, Hà Lan, Nhật, Hàn Quốc, Hoa Kỳ và Anh.
- Thế giới: Tổng nhu cầu H2 sẽ tăng từ 8 EJ hiện tại đến 29 EJ năm 2025;
- Châu Âu: đạt 2,8 GW từ điện phân đến năm 2025;
Dự báo nhu cầu H2 trong tương lai
- Nhật: Đưa ra mục tiêu năm 2030: đạt 300.000 tấn/năm.
Nguồn: IRENA 2018, Tractebel, ENGIE Hinico 2017 (giá được ghi nhận chỉ ơthị trường châu Âu), CORFO 2018, IRENA 2019, METI 2017.
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
43
NĂNG LƯỢNG MỚI
điểm nao - cộng đông nhỏ, trại… Dư an chưng minh răng
hydro co thể giúp cung câp phương an dư phong năng
lương trong cac hê lươi điên siêu nhỏ, vốn đươc hỗ trơ bởi
cac may phat điên diesel [18, 19].
hydro, tư đo, xac đinh cơ hội đâu tư triển khai công nghê
nay để tạo ra nguôn hydro bô sung cho cac nha may đạm
co phân vốn gop của PVN cân đươc thưc hiên.
2.2. Quang phân xúc tac
- H2 Future la một dư an san xuât hydro của FCH JU
[20]. Theo đo, một hê thống điên phân 6 MW đa đươc
Siemens lắp đặt tại nha may san xuât thép Voestalpine Linz
ở Áo. Dư an nhăm muc đích nghiên cưu sử dung cac chât
điên phân để cung câp cac dich vu cân băng lươi như: dư
trữ sơ câp, thư câp, đông thơi cung câp hydro cho nha may
thép. Hydrogen đươc san xuât băng điên trong giơ thâp
điểm để tân dung gia điên sử dung theo thơi gian [21].
Bên cạnh viêc phat triển điên mặt trơi, năng lương
mặt trơi cung co thể đươc sử dung trưc tiêp trong một số
linh vưc. Gân đây, cac nhom nghiên cưu đa công bố kêt
qua của viêc ưng dung qua trinh xúc tac quang hoa để
san xuât hydro tư nươc [25], cho thây đây la hương đi tiêm
năng (Hinh 7).
Để qua trinh tach nươc xay ra, vât liêu xúc tac (trong
điêu kiên phan ưng) phai đạt đươc năng lương tối thiểu
của vung câm lơn hơn 1,23 eV. Một thử thach khac la
cac chât xúc tac ban dân chỉ vân hanh ở vung tử ngoại,
vung chỉ chiêm 4% tông năng lương mặt trơi. Do đo, năng
lương vung câm của vât liêu chât ban dân cân nhỏ hơn
3 eV để xúc tac co thể hoạt động trong vung nhin thây.
Một số xúc tac quang hoa co bandgap phu hơp cho tach
nươc: Au-CdS (2,40 eV), CdS (2,40 eV), CdS/Ta2O5 (2,40 eV),
Cd0,4Zn0,6S (2,40 eV), Cd0,8Zn0,2S/S15 (2,23 eV), Cr/N-
SrTiO3, (2,39 eV), K2Ti4O9 (2,40 eV), Pd-gardenia-TiO2 (2,30
eV), Pt-PdS-CdS (2,40 eV), RuO2/MgFe2O4/Pt (2,00 eV),
SrTiO3:Ni/Ta/La (2,16 eV), TiO2-NiS (2,06 eV) [26]. Gân đây,
cac chât ban dân kêt hơp vơi vât liêu carbon hay kim loại
quy hiêm co thể đap ưng tốt hơn trong vung nhin thây.
Một số muối sulfur, nitrua va không kim loại hưa hẹn la
xúc tac quang hoa tốt trong vung anh sang nhin thây [27].
Một số loại xúc tac quang hoa đang đươc nghiên cưu va
phat triển đươc trinh bay trong Bang 6.
- Vơi dư an REFHYNE của FCH JU, hê thống điên
phân 10 MW đươc lắp đặt tại một nha may loc dâu lơn ở
Rhineland, Đưc nhăm muc đích cung câp hydro cân thiêt
cho cac hoạt động của nha may loc dâu. Hê thống điên
phân đươc hoạt động băng điên thay vi khí đốt tư nhiên.
San xuât hydro băng điên đươc tạo ra tư cac nguôn năng
lương tai tạo co thể giúp giam đang kể lương khí thai CO2
tư nha may loc dâu Shell Rheinland. Ngoai ra, hê thống
điên phân cung dư kiên se cân băng lươi điên bên trong
của nha may loc dâu va cung câp dich vu dư trữ cho cac
nha khai thac hê thống truyên tai của Đưc [22].
- Năm 2018, ThyssenKrupp (Đưc) đa công bố thương
mại hoa thanh công công nghê san xuât hydro thông qua
qua trinh điên phân nươc co thể ap dung ở quy mô công
suât công nghiêp [23]. Vao thang 5/2020, 6 công ty vân tai
của Đan Mạch đa tuyên bố thanh lâp liên minh để phat
triển dư an san xuât hydro sạch [24]. Theo kê hoạch, quyêt
đinh đâu tư se đươc đưa ra trong năm 2021, hoạt động
xây dưng se đươc bắt đâu vao năm 2023, dư kiên đên năm
2027 se co san phẩm thương mại va năm 2030, dư an se
đạt đươc toan công suât vơi 250.000 tân hydro va nhiên
liêu sạch để cung câp ra thi trương.
Hiên tại, theo con đương nay, hiêu suât quang hoa để
chuyển hoa nươc thanh hydro dươi tac dung của anh sang
cho thây vân con kha thâp (< 3%) va cac nỗ lưc nhăm cai
thiên hiêu qua của qua trinh đang tâp trung vao viêc tim
kiêm cac loại vât liêu xúc tac hiêu qua hơn để nâng cao hiêu
suât quang hoa đạt mưc co thể thương mại hoa (> 10%).
Nêu đươc phat triển thanh công thi co thể xem đây la hinh
thưc lưu trữ hữu hiêu năng lương mặt trơi dươi dạng H2.
Viêc san xuât hydro trong công nghiêp noi chung
va nganh chê biên dâu khí noi riêng, đang dich chuyển
dân tư qua trinh reforming khí thiên nhiên truyên thống
sang qua trinh điên phân nươc sử dung cac nguôn năng
lương tai tạo để đam bao sư phat triển bên vững. Một số
dư an theo xu hương công nghê điên phân nươc đa va
đang đươc triển khai co tính hiêu qua chủ yêu phu thuộc
vao chi phí năng lương tiêu tốn cho qua trinh điên phân.
Đối vơi Viêt Nam, khi ham lương CO2 trong khí thiên nhiên
của nguyên liêu cho cac nha may đạm co xu hương tăng
dân, viêc tim kiêm cac nguôn hydro bô sung la nhiêm vu
quan trong va câp thiêt. La một quốc gia co tiêm năng lơn
cac nguôn năng lương tai tạo (gio, mặt trơi), viêc đanh gia
kha năng ap dung công nghê điên phân nươc để san xuât
2.3. Qua trình kêt hợp quang hóa - điên phân
Cac qua trinh quang hoa va điên phân cung co thể
đươc thưc hiên kêt hơp trong qua trinh san xuât hydro,
trong đo, bưc xạ mặt trơi đong vai tro cung câp năng lương
cho hê thống điên phân hoặc/va xúc tac tại điên cưc của
hê thống điên phân. Co 3 phương an kêt hơp gôm: tích
hơp hoan toan (A), tích hơp một phân (B) va không tích
hơp (C) (Hinh 8).
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
44
PETROVIETNAM
Hê thống điên phân tích hơp hoan toan vơi năng lương mặt trơi
mang lại hiêu qua phân tach nươc cao nhât. Thiêt bi tích hơp đâu
tiên của Khaselev va cac cộng sư sử dung GaInP2/GaAs năm 1998
cho hiêu suât quang hoa hơn 10%. Luo va cac cộng sư đa lai ghép
tê bao quang điên perovskite vơi NiFe oxide như xúc tac điên hoa
cho hiêu suât đên 12,3%. Bonke va cac cộng sư gân đây sử dung tê
bao quang điên GaInP/GaAs/Ge va điên cưc Ni cho hiêu suât quang
hoa đạt 22,4%, cao nhât hiên nay. Mặc du hiêu suât của hê thống
điên phân tích hơp mang lại hiêu qua vươt qua
yêu câu cho san xuât hydro công nghiêp (đươc
đê nghi cao hơn 10%), viêc chê tạo hê thống
điên phân theo kiểu tích hơp nay vân tương đối
phưc tạp va đắt tiên. Vi thê, gia thanh san xuât
hydro theo phương phap dung năng lương mặt
trơi vân con khoang cach xa vơi phương phap
truyên thống. Tuy nhiên, hydro san xuât tư
phương phap nay co độ tinh khiêt rât cao, co thể
ưng dung cho nhu câu nhât đinh như: nhiên liêu
cho xe hơi, pin nhiên liêu [28].
E
500 kJ/mol
Qua trinh tach nươc sư dung
xúc tac quang hoa
Qua trinh tach
nươc không sư
dung xúc tac
2.4. Khí hóa sinh khối ở điều kiên plasma
Bên cạnh qua trinh điên phân nươc, hydro
cung co thể đươc san xuât thông qua qua trinh
khí hoa sinh khối. Hiên nay, một số công nghê
khí hoa sinh khối vơi muc đích san xuât hydro đa
đươc thương mại hoa như: công nghê khí hoa
tâng sôi kép DFB, công nghê khí hoa MILENA
[29]. Noi chung, công nghê nay co thể đươc xem
xét ap dung tại những khu vưc co tiêm năng vê
sinh khối va thương đươc ap dung ở quy mô
công suât lơn. Viêt Nam la 1 nươc nông nghiêp
vơi lương sinh khối thai bỏ hang năm trên 60
triêu tân [30], do đo, con đương khí hoa để tạo
hydro cung la 1 lưa chon để triển khai, đặc biêt
tại cac khu vưc co sẵn nguôn sinh khối như Đông
băng sông Cửu Long. Hinh 9 trinh bay sơ đô
nguyên tắc của một nha may san xuât H2 băng
công nghê khí hoa sinh khối DFB tại Áo.
237 kJ/mol
Phan ưng
Hinh 7. Yêu cầu về năng lượng cần cho quá trình sản xuất H2 từ nước theo con đường xúc tác quang hóa [26]
H2O
O2
Anode
H2O
H2
Cathode
PV
(a)
H2O
H2
O2
H2O
O2
Mặc du đa đươc thương mại hoa, công nghê
khí hoa sinh khối vân tôn tại một số nhươc điểm
như: hỗn hơp khí tạo thanh con chưa nhiêu san
phẩm phu không mong muốn, hê thống thiêt bi
co kích thươc lơn. Vơi động lưc thúc đẩy tư nên
kinh tê hydro, công nghê khí hoa sinh khối đa
Anode Cathode
H2
(c)
PV
Anode Cathode
(b)
Hinh 8. Các phương án kết hợp năng lượng mặt trời vào hệ thống điện phân nước: thiết bị (a) tích hợp
hoàn toàn, (b) tích hợp một phần, (c) không tích hợp [28]
Bảng 6. Một số loại xúc tác quang hóa cho quá trình sản xuất H2 từ nước đang được nghiên cứu và phát triển [27]
Xúc tác quang hóa
TiO2 (anatase)-TiO2 (rutile)
Tantalates-NiO
Chênh lệch năng lượng (eV)
Bước sóng
λ > 300
λ > 310
λ < 350
λ > 400
λ > 400
λ > 420
λ > 420
450
λ > 420
λ > 400
λ > 420
λ > 420
2,78
3,6 – 4,0
3,2 – 4,7
N/A
2,6
2,57 – 3,88
N/A
1,75 – 2,44
N/A
1,54 – 2,01
2,54
Perovskites-NiOx
Noble metal/TiO2-CdS
(Ga0,88Zn0,12)(N0,88O0,12)-Rh2-xCrxO3
Cu1,94S-ZnxCd1-xS (0 ≤ x ≤1)
CdS-ZnS
CdSe/CdS-MoS3
MoS2/CuInS2
Cu2O/CuO
Ni3N/CdS
BaZrO3/BaTaO2N
1,8
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
45
NĂNG LƯỢNG MỚI
cai tiên để khắc phuc cac nhươc điểm trên. Tư năm 2005,
nguôn năng lương plasma đa đươc xem xét tích hơp vao
qua trinh khí hoa [31]. Qua trinh khí hoa trong điêu kiên
plasma giúp thu nhỏ kích thươc hê thống thiêt bi va nâng
cao độ chon loc san phẩm mong muốn, do đo, co thể
đươc thưc hiên hiêu qua ở quy mô công suât không lơn
lắm. Nguôn năng lương plasma co thể đươc tạo ra ở công
suât 90 - 160 kW va qua trinh khí hoa đươc thưc hiên ở
2000), 165 tân/ngay (Utashinai, 2002) va 28 tân/ngay
(Mihama va Mikata, 2002). Ngoai ra, cung co hê thống
khí hoa plasma ở quy mô thử nghiêm đươc xây dưng thí
điểm tại Canada bởi PlascoEnergy Group va tại Anh bởi
Advanced Plasma Power [33]. Tuy nhiên, cung vơi sư phat
triển vê công nghê, con đương san xuât hydro thông qua
qua trinh khí hoa plasma la một lưa chon đang đươc quan
tâm. Gân đây, SG H2 Energy đa công bố thương mại hoa
công nghê san xuât hydro tai tạo thông qua qua trinh khí
hoa rac sử dung công nghê plasma. Theo SG H2 Energy,
gia thanh san xuât hydro theo phương phap nay khoang
2 USD/kg va hoan toan co thể cạnh tranh đươc vơi cac
nguôn hydro truyên thống.
o
nhiêt độ 1.100 - 1.400 C vơi tac nhân khí hoa la O2 hoặc
CO2. Trong qua trinh khí hoa plasma, thanh phân của san
phẩm (syngas) co thể đươc kiểm soat bởi cac yêu tố: năng
lương plasma, lưu lương nguyên liêu, nhiêt độ khí hoa, tac
nhân khí hoa. Noi chung, để hiêu suât thu hydro cao, tac
nhân khí hoa nên sử dung la CO2 hoặc hỗn hơp CO2 - O2.
Năng lương plasma co thể đi tư cac nguôn điên tai tạo, vi
vây, co thể xem đây la hinh thưc trữ năng lương khi cung
vươt câu. Hinh 10 trinh bay sơ đô nguyên tắc của một hê
thống khí hoa sử dung kêt hơp plasma va hơi.
2.5. So sanh ưu, nhược điểm của cac qua trình san xuất
hydro tai tạo
So vơi qua trinh san xuât hydro truyên thống tư
reforming hơi nươc khí thiên nhiên, cac qua trinh san xuât
hydro tai tạo co ưu điểm vê mặt môi trương va phat triển
bên vững. Mỗi qua trinh đêu co ưu, nhươc điểm riêng va
co tính đặc thu khi ap dung trong tưng điêu kiên cu thể.
Nhin chung, cac qua trinh san xuât hydro tai tạo se trở nên
cạnh tranh hơn khi chi phí san xuât năng lương tai tạo
ngay cang giam. Co thể hinh dung bưc tranh năng lương
trong tương lai la một hỗn hơp của cac loại năng lương
khac nhau va đươc phat triển dưa trên ưu thê của tưng
khu vưc. Bang 7 trinh bay ưu, nhươc điểm của một số qua
trinh san xuât hydro.
Hiên tại, công nghê khí hoa plasma vân con đươc
triển khai ở quy mô hạn chê va chủ yêu ap dung để xử
ly chât thai. Điêu nay co le chủ yêu do hiêu qua mang lại
tư những ưu đai trong linh vưc xử ly chât thai. Ở quy mô
công nghiêp, qua trinh khí hoa plasma chủ yêu đươc cung
câp bởi 4 nha ban quyên công nghê gôm: Westinghouse,
Europlasma, Tetronics and Phoenix Solutions Company
(PSC) [32]. Một số nha may xử ly chât thai sử dung công
nghê khí hoa plasma đa đươc triển khai tại Nhât Ban vơi
cac mưc công suât khac nhau như: 166 tân/ngay (Yoshi,
Bộ phân lam mat
Loc san phẩm khí
May loc khí
May thôi
san phẩm khí
RME
Động cơ
điện
May
lam
mat
RME
Cốc
Ống khoi
Nôi hơi
May lam mat
khí thai
May loc khí
May thôi
Sinh khối
Cốc
Hơi nươc
Gia nhiệt
Tro
Không khí
Hinh 9. Sơ đồ nguyên tắc của một nhà máy sản xuất H2 bằng công nghệ khí hóa sinh khối DFB tại Áo [29]
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
46
PETROVIETNAM
Hiên tại, ở quy mô công nghiêp, hydro vân chủ yêu đươc san xuât theo
phương phap reforming hơi nươc khí thiên nhiên truyên thống. Chi phí san
xuât hydro tư sinh khối co thể thâp hơn nhưng phu thuộc vao sư sẵn co của
nguôn nguyên liêu tại khu vưc triển khai dư an. Hydro san xuât tư qua trinh
điên phân nươc sử dung năng lương tai tạo, noi chung, co gia thanh cao gâp
2 - 3 lân so vơi gia hydro hiên tại san xuât trong công nghiêp. Bang 8 trinh bay
so sanh chi phí san xuât hydro theo cac phương phap khac nhau.
hydro đi tư điên phân nươc sử dung
cac nguôn năng lương tai tạo tư gio
va mặt trơi la lưa chon kha thi.
3. Nguyên liêu va năng lượng
trong san xuât hydro tai tạo tại
Viêt Nam
Để triển khai qua trinh san xuât
hydro tai tạo ở quy mô công nghiêp,
cac vân đê sau cân đươc xem xét:
Như vây, co thể thây, hydro tai tạo đươc san xuât theo phương phap khí
hoa co gia thanh thâp nhât va hoan toan co thể cạnh tranh đươc vơi hydro đi tư
phương phap reforming khí thiên nhiên. Tuy nhiên, phương phap nay chỉ phu
hơp đối vơi khu vưc dôi dao nguôn cung sinh khối. Đối vơi những khu vưc khac,
- Nguôn nươc cung câp cho
qua trinh điên phân: vê nguyên
tắc, nguôn nươc trươc khi đi vao hê
thống điên phân cân đươc xử ly sơ bộ
để loại bỏ cac khoang chât, tạp chât
rắn. Tuy thuộc vao nguôn sẵn co tại
đia phương triển khai dư an ma cac
nguôn nươc sông hoặc nươc biển co
thể đươc sử dung. Sư hiên diên của
cac ion trong nươc biển gây ra sư pha
hủy hê thống điên cưc va cân đươc
loại bỏ. Một số nhom nghiên cưu trên
thê giơi đang tâp trung phat triển hê
thống điên phân co thể hoạt động
trưc tiêp vơi nguôn nươc biển, mở ra
kha năng sử dung hiêu qua nguôn tai
nguyên vô tân nay.
Nguyên liệu
Khí ra
H2O
Không khí
CO2/N2/..
F
G
P
Không khí
P
N2
Cung cấp
M
M
M
M
năng lượng
M
M
H2O
Ar
Khí
vao
G
T
T
T
H2O/Ar plasma
T
T
F
T
Cặp nhiệt điện
Mâu
Đông hô đo ap suất khí
Đông hô đo lưu lượng
T
G
P
F
T
T
T
T
P
T
P
- Nguôn sinh khối cung câp
cho qua trinh khí hoa: nguôn cung
sinh khối cân phai đươc đam bao để
G
Nươc ra
T
F
T
M
Nươc lam mat vao
Xi
Hinh 10. Sơ đồ nguyên tắc hệ thống khí hóa sử dụng kết hợp plasma và hơi [31]
Bảng 7. Ưu, nhược điểm của các quá trình sản xuất hydro [34, 35]
Khí hóa Quang hóa
Sinh khối
Reforming
Khí thiên nhiên,
LPG, naphtha…
- Chi phí sản xuất
thấp;
- Công nghệ đã
phát triển và hoàn
thiện;
Điện phân
Nước
Nước
Nguyên liệu
Ưu điểm
Sự sẵn có về nguyên liệu;
- Có thể được kết hợp cùng với
quá trình nghiên cứu phát triển
fuel cell;
- Tận dụng kinh nghiệm về quá
trình và thiết bị điện phân đã
được phát triển lâu đời;
- Sự sẵn có về nguyên
liệu;
- Chi phí sản xuất thấp;
- Chi phí nguyên liệu
thấp;
- Điều kiện thực hiện
phản ứng êm dịu;
- Thân thiện với môi
trường, đảm bảo phát
triển bền vững.
- Kinh nghiệm triển - Công nghệ đã được
khai thực tế;
- Sự sẵn có về cơ sở
hạ tầng.
thương mại hóa.
- Thân thiện với môi trường,
đảm bảo phát triển bền vững.
- Chi phí đầu tư cao;
- Yêu cầu về đảm bảo
nguồn cung lớn, ổn định; - Vấn đề về độ bền và
- Vấn đề kiểm soát chất hiệu quả hoạt động của
- Độ chuyển hóa thấp;
- Chi phí thiết bị cao;
- Đi từ nguyên liệu
hóa thạch;
- Vấn đề nguyên
- Yêu cầu về chất lượng nước
đầu vào;
- Chi phí năng lượng tiêu tốn;
- Chí phí đầu tư cao.
Nhược điểm
liệu khí thiên nhiên lượng nguyên liệu và độ
xúc tác;
có hàm lượng CO2
cao (> 30%).
chọn lọc sản phẩm;
- Vấn đề lưu trữ nguyên
liệu và xử lý khí thải.
- Đang trong giai đoạn
nghiên cứu phát triển,
chưa thương mại hóa.
- Đang trong giai đoạn thử
nghiệm, bán thương mại.
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
47
NĂNG LƯỢNG MỚI
Acidic 2H2O→ 4H+ +O2 + 4e-
nha may khí hoa co thể hoạt động ôn đinh. Theo đo,
cac vân đê thu gom, vân chuyển va tiên xử ly nguyên
liêu sinh khối cân đươc quan tâm đúng mưc.
Alkaline 4OH- → 2H2O + O2 + 4e-
- Sư anh hưởng của ion clorua trong qua trinh điên phân:
2Cl- → Cl2 + 2e- (E0 = 1,36 V versus SHE, pH = 0)
Cl- + 2OH- → ClO- + H2O + 2e- (E0 = 0,89 V versus SHE, pH = 14)
SHE: Standard Hydrogen Electrode (điên cưc hydro chuẩn).
- Nguôn năng lương tai tạo: tâp trung vao 2 dạng
năng lương tai tạo phô biên nhât la điên gio va điên
mặt trơi.
Một số đinh hương vê viêc sử dung nguôn nươc
sông, nươc biển, sinh khối cung vơi cac dạng năng
lương tai tạo tư điên gio va điên mặt trơi đươc giơi
thiêu. Đây la nguôn ma Viêt Nam co ưu thê khi triển
khai phat triển cac nguôn tai tạo để phuc vu đơi sống
va san xuât, đặc biêt la trong công nghiêp loc - hoa dâu.
Bên cạnh đo con vân đê vê ăn mon cathode va pha hủy
cathode dươi tac dung của cac ion kim loại va phi kim, cac vi
khuẩn cung như cac hạt rắn siêu nhỏ [4]. Điêu nay không chỉ
hạn chê kha năng điên phân trưc tiêp nươc biển ma con đoi
hỏi cân phai co hê thống loc. Hiên nay, công nghê sử dung
mang trao đôi ion (proton hoặc anion) đươc sử dung rộng
rai va co kha năng khắc phuc vân đê nay. Tuy nhiên, nông độ
của cac ion, hạt rắn va vi khuẩn kể trên thay đôi theo vi trí đia
ly của vung nươc biển dân đên sư phưc tạp cho hê thống loc
mang tích hơp. Gân đây, cac nha nghiên cưu đa thử nghiêm
kha năng phủ lơp hơp kim co tac dung chống ăn mon lên
điên cưc của hê thống điên phân để giam thiểu tac dung
của cac tac nhân gây ăn mon tư nươc biển. Năm 2017, nhom
nghiên cưu của Đại hoc Columbia (Mỹ) đa thử nghiêm mô
hinh thưc tê điên phân nươc biển sử dung năng lương mặt
trơi để thu hydro. Tư ly thuyêt va kêt qua nghiên cưu thưc tê,
tính đên thơi điểm hiên tại, chưa co qua trinh điên phân nươc
biển nao đươc thương mại hoa va bao đam tính hoạt động
ôn đinh lâu dai vơi hiêu suât cao. Những kêt qua đột pha thu
đươc đêu dưng ở quy mô R&D va chưa sẵn sang cho sư triển
khai ở quy mô lơn hơn [23].
3.1. Nươc biển
Trong qua trinh nghiên cưu san xuât hydro, điên
phân nươc biển la hương đi rât đươc quan tâm. Vê cơ
ban, co 2 phương phap để thưc hiên qua trinh điên phân
nươc biển. Lưa chon đâu tiên la khử muối hoan toan
nươc mặn để loại bỏ cac tạp chât nhăm thu đươc nươc
cât. Nươc cât nay sau đo co thể đươc điên phân trong
cac tê bao điên phân, điên phân băng dung dich kiêm
hoặc điên phân truyên thống. Nhươc điểm của phương
phap nay la chi phí đâu tư ban đâu cho hê thống thiêt
bi loc nươc va vân đê môi trương phat sinh do viêc xử
ly muối dư đươc loại bỏ trong qua trinh khử muối. Lưa
chon thư hai la thiêt kê hê thống co kha năng sử dung
nươc biển tư nhiên để thưc hiên qua trinh điên phân.
Thach thưc lơn nhât la hiên tương phân ra, ăn mon của
nươc biển gây ra bởi cac anion clorua (nông độ khoang
0,5 M trong nươc biển) đối vơi hê thống điên cưc [20].
Cac phan ưng tại cac điên cưc như sau [22]:
3.2. Nươc sông
Nhiêu nha may củaViêt Nam năm trong khu vưc gân sông
nên co thể xem xét nươc sông la nguôn sử dung cho qua trinh
điên phân nhăm cung câp hydro cho nhu câu của cac nha may
nay. Ở cac nha may đạm, lương nươc khử khoang (demi-water)
va nươc ngot (fresh water) co thể đươc tân dung để điên phân
nhăm tạo ra hydro. Đối vơi Nha may Đạm Phú Mỹ, sông Thi Vai
la nguôn nươc dôi dao, pH = 6,7, co thể xem xét điên phân để
- Ở cưc âm (cathode):
Acidic 2H+ + 2e- →H2
Alkaline 2H2O+ 2e- →2OH-
- Ở cưc dương (anode):
Bảng 8. Chi phí sản xuất hydro theo các phương pháp khác nhau [5, 34]
Chi phí đầu tư
(triệu USD)
Chi phí sản xuất H2
(USD/kg)
Phương pháp
Steam reforming
(có thu hồi và lưu trữ C)
Steam reforming
(không thu hồi hoặc lưu trữ C)
Khí hóa sinh khối
Điện phân sử dụng năng lượng mặt trời Năng lượng mặt trời
Nguồn năng lượng
Nguyên liệu
Khí thiên nhiên
Khí thiên nhiên
Nhiên liệu hóa thạch
226,4
2,27
Nhiên liệu hóa thạch
180,7
2,08
Hơi từ năng lượng nội bộ
Sinh khối
Nước
Nước
6,4 – 149,3
12,0 – 54,5
499,6 – 504,8
1,77 – 2,05
5,78 – 23,27
5,89 – 6,03
Điện phân sử dụng năng lượng gió
Năng lượng gió
Chưa có ước tính
quy mô thương mại
Quang - điện phân
Năng lượng mặt trời
Nước
10,36
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
48
PETROVIETNAM
san xuât hydro, cung câp nguôn nguyên liêu thay thê dai
hạn trong viêc san xuât NH3. Bang 9 va 10 trinh bay một số
chỉ tiêu cơ ban của chât lương nươc sông Thi Vai trươc va
sau khi xử ly (khử khoang).
kém chi phí cho qua trinh thu gom lương lơn. Vi vây, trong
thưc tê, cac qua trinh chuyển hoa sinh khối chỉ thuân lơi
khi đươc triển khai ở quy mô nhỏ va trung binh.
Trong cac khu vưc san xuât nông nghiêp củaViêt Nam,
Đông băng sông Cửu Long la khu vưc tạo ra san lương sinh
khối cao nhât. Vi vây, đây la khu vưc tiêm năng để xem xét
ap dung công nghê san xuât hydro tai tạo tư qua trinh
khí hoa sinh khối để cung câp cho cac nha may trong khu
vưc. Hiên tại, công nghê khí hoa sinh khối cho phép tạo ra
khoang 50 kg hydro tư 1 tân sinh khối (vơi gia thiêt thanh
phân H trong sinh khối la 6% va hiêu suât khí hoa đạt 80%).
3.3. Sinh khối
Sinh khối (biomass) la thuât ngữ mô ta bât ky vât liêu
nao co nguôn gốc thưc vât gôm: cac loại cây cối, cỏ va san
phẩm phu thu hoạch tư mua vu nông nghiêp cung như
phân động vât va chât thai rắn sinh hoc thanh thi. Sinh
khối co thể đươc tân dung để san xuât nhiêt, hơi, điên hoặc
chuyển hoa thanh nhiên liêu lỏng va khí tông hơp. Viêt
Nam la một nươc nông nghiêp, do đo, nguôn sinh khối
tạo ra tư cac loại phu phê phẩm trong hoạt động nông
nghiêp rât lơn, ươc tính đạt trên 60 triêu tân/năm [30]. Bốn
loại sinh khối phô biên tại Viêt Nam, la nguôn nguyên liêu
tiêm năng cho cac qua trinh chuyển hoa thanh nguyên,
nhiên liêu sinh hoc gôm: rơm rạ, vỏ trâu, loi bắp va ba mía.
Vơi lơi thê la một nươc nông nghiêp, Viêt Nam co nguôn
sinh khối dôi dao va ôn đinh. Tuy nhiên, cac nguôn sinh
khối nay lại phân bố rộng khắp ca nươc (Bang 11) va tốn
3.4. Điên tư năng lượng gió
Điên tư năng lương gio ít tac động đên môi trương
nhât. Năm 2012, khoang 282.275 MW điên năng đa đươc
tạo ra tư năng lương gio, đap ưng khoang 2% nhu câu
điên trên thê giơi. Theo Quy hoạch của Bộ Công Thương,
Ca Mau vơi hơn 90.000 ha để phat triển điên gio ở cac đia
phương ven biển vơi tông công suât dư kiên trên 3.600
MW [37]. Mỹ, Trung Quốc, Đưc, Tây Ban Nha va Ấn Độ san
xuât hơn 73% điên tư gio trên thê giơi. Vi năng lương gio
co thể thay đôi khac nhau theo thơi tiêt, trong khi công
suât điên năng cân đươc điêu khiển theo chu ky sử dung,
năng lương thưa co thể đươc dư trữ ở dạng khí hydro.
Phong thí nghiêm năng lương tai tạo quốc gia (NREL) của
Mỹ đa thiêt kê pilot hê thống turbine gio - binh điên phân
nươc va san xuât khoang 20 kg hydro/ngay. Gia san xuât
hydro tư qua trinh nay khoang 5,50 USD/kg va dư kiên
se giam xuống 2 USD/kg bởi lắp đặt turbine gio cai tiên
trong năm 2017. Ngoai ra, phương phap san xuât hydro
nay co thể cạnh tranh đươc vơi phương phap tư dâu khí
khi gia của hê thống giam xuống con 0,015 USD/kWh [36].
Hinh 11 trinh bay sơ đô phưc hơp san xuât điên va hydro
tư năng lương gio.
Bảng 9. Một số chỉ tiêu cơ bản của chất lượng nước sông Thị Vải
Chỉ tiêu
Nước sông
6,4 – 7,7
5.640
pH
Độ cứng toàn phần theo CaCO3
(phần triệu)
Calcium (mg/l)
370
1.150
8.000
< 1
Mg2+ (mg/l)
Na++ K+ (mg/l)
NH4+ (mg/l)
Sulfate + sulꢀte (mg/l)
2.600
23.700
7
Cl- (mg/l)
SiO2 (mg/l)
Bảng 10. Chỉ tiêu nước khử khoáng tại Nhà máy Đạm Phú Mỹ
Chỉ tiêu
Độ pH
Nước khử khoáng
6,5 – 7,0
< 0,2
3.5. Điên tư mặt trơi
Độ đục (mS/cm)
Silica như SiO2 (ppm)
Na+ (ppm)
Viêt Nam co tiêm năng vê bưc xạ mặt trơi kha tốt, đặc
biêt la khu vưc phía Nam. Cương độ bưc xạ mặt trơi hang
ngay khoang 5 - 5,5 kWh/m2/ngay, tương đương vơi Thai
< 0,02
< 0,02
< 0,1
Cl- (mg/l)
Bảng 11. Sản lượng và sự phân bố khu vực của các phụ phế phẩm nông nghiệp
Đơn vị: Triệu tấn
Trung du
và miền núi
phía Bắc
Bắc Trung Bộ
và duyên hải
miền Trung
Đồng bằng
sông Cửu
Long
8,3
Phụ phế
phẩm
Đồng bằng
sông Hồng
Tây
Nguyên
Đông Nam
Bộ
TT
Sản lượng
1
2
3
4
Rơm rạ
Trấu
Lõi ngô
Bã mía
Tổng
15,5
6,7
3,1
3,2
28,5
2,7
1,2
0,3
0,03
4,23
1,2
0,5
1,0
0,2
2,4
1,1
0,6
1,2
5,3
0,4
0,2
0,7
0,4
1,7
0,5
0,2
0,3
0,4
1,4
3,5
0,2
1,0
13,0
2,9
Nguồn: VPI, 2013
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
49
NĂNG LƯỢNG MỚI
Lan, la quốc gia co phat triển mạnh vê năng lương mặt trơi. Sư phân bố bưc
xạ mặt trơi tại Viêt Nam không đông đêu, thay đôi theo vi trí đia ly, thang va
thơi điểm trong ngay [37]. Cac tiêu chí cân đươc xem xét đối vơi cac đia điểm
lắp đặt trang trại điên mặt trơi:
lương tai tạo, viêc ap dung chi phí môi
trương (external cost) cho cac nguôn
năng lương sử dung la cân thiêt. Viêc
bỏ qua thanh phân chi phí nay đa tạo
ra bưc tranh bât hơp ly, dân đên giam
kha năng cạnh tranh của cac nguôn
năng lương tai tạo so vơi cac nguôn
năng lương truyên thống tư nhiên liêu
hoa thạch. Xét thơi điểm năm 2017, khi
không ap dung chi phí môi trương cho
cac nguôn năng lương, gia san xuât
điên gio va điên mặt trơi cao hơn điên
than (Hinh 12). Vơi sư tiên bộ kỹ thuât,
gia điên mặt trơi co thể cạnh tranh vơi
điên than tư năm 2020 (Hinh 13) va
điên gio cạnh tranh đươc tư năm 2025
(Hinh 14). Tuy nhiên, khi co xét đên chi
phí môi trương, điên gio va mặt trơi
co thể cạnh tranh đươc vơi điên than
ngay tư thơi điểm hiên nay (Hinh 15).
- Cương độ bưc xạ mặt trơi: > 4 kWh/m2/ngay;
- Khoang cach đên đương giao thông: < 2 km;
- Khoang cach đên lươi điên: < 5 km;
- Độ dốc mặt băng: < 5o.
Dưa trên cac tiêu chí trên thi diên tích đât phu hơp để lắp đặt trang trại điên
mặt trơi tại Viêt Nam la 672 km2, tương ưng san xuât đươc 56.027 MWp va chủ
yêu tâp trung ở khu vưc miên Nam Viêt Nam (Bang 12). Bên cạnh đo, tiêm năng
vê năng lương mặt trơi san xuât tư điên mặt trơi ap mai đạt khoang 150 MWp
vao năm 2030 (Bang 13). Chi phí đâu tư của năng lương mặt trơi tại Viêt Nam
đươc trinh bay trong Bang 14. Trong thưc tê, cac nha may điên gio thương co
công suât lơn, trong khi trang trại điên mặt trơi co thể đươc triển khai ở cac quy
mô công suât khac nhau.
Trong điêu kiên của Viêt Nam, vơi sư giơi hạn vê diên tích trong đât liên,
viêc lưa chon mô hinh phat triển năng lương mặt trơi trên mặt nươc (gân hoặc
xa bơ) co thể đươc xem xét. Vơi tinh trạng phat triển của công nghê san xuât
điên mặt trơi ngoai khơi trên thê giơi hiên nay, Tâp đoan Dâu khí Viêt Nam co
thể xem xét lưa chon cac nha cung câp ban quyên công nghê uy tín khi đâu tư
phat triển hương nay. Theo đo, cac lơi thê vê sư sẵn co cơ sở vât chât kỹ thuât
ngoai khơi của cac đơn vi khâu đâu (như Liên doanh Viêt - Nga“Vietsovpetro”)
co thể đươc phat huy. Viêc tạo ra nguôn năng lương thay thê vưa co hiêu qua
kinh tê, vưa đam bao vê mặt môi trương cung se tạo tiên đê cho sư phat triển
của cac linh vưc co liên quan trong nganh năng lương va chê biên dâu khí
như: san xuât hiêu qua nguôn hydro tư nươc để cung câp cho cac dư an loc
hoa dâu, phat triển cac loại phương tiên giao thông sử dung điên.
Tại Viêt Nam, chi phí san xuât điên
mặt trơi đang thâp hơn điên gio. Điên
mặt trơi cung đang đươc hưởng gia
mua ưu đai. Hiên tại, khi không xét đên
chi phí môi trương, gia điên gio va mặt
trơi vân con cao hơn điên than. Vơi tiên
bộ kỹ thuât, chi phí san xuât điên gio
va mặt trơi se giam dân, đên năm 2020
thi điên mặt trơi co thể cạnh tranh trưc
tiêp đươc vơi điên than va đên năm
2025 thi điên gio cạnh tranh đươc vơi
điên than. Tuy nhiên, nêu Chính phủ
xem xét ap dung chi phí môi trương
đối vơi tât ca cac nguôn năng lương sử
dung thi cac nguôn năng lương tai tạo
hoan toan co thể cạnh tranh đươc vơi
cac nguôn năng lương truyên thống
tư nhiên liêu hoa thạch. Khi phat triển
điên tư cac nguôn năng lương tai tạo,
vân đê cân đươc quan tâm va giai
quyêt đông bộ la viêc đâu nối đưa điên
tai tạo vao hê thống lươi điên va truyên
tai điên của quốc gia.
3.6. Chi phí san xuất năng lượng tai tạo tại Viêt Nam
Kêt qua của nghiên cưu tư nhom Liên minh Năng lương Bên vững Viêt
Nam (VSEA) thưc hiên vao năm 2017 cho thây, để phat triển cac nguôn năng
Nguôn xoay chiêu
Nguôn xoay chiêu
Nguôn xoay chiêu
Đường
truyên DC
Nguôn năng lượng gio
Nguôn xoay
chiêu
Bộ chuyển đôi
DC-DC
Bộ chuyển đôi
Pin nhiên liệu
Phương tiện
Điện phân
Bộ chuyển đôi
AC-DC
Đia điểm đặt turbine gio
4. Đanh gia kha năng triên khai va
đinh hương ap dụng tại cac nha may
lọc dầu va nha may đạm tại Viêt Nam
May nen
Tôn trữ
Nươc
Tram phân phối
Viêt Nam co ưu thê phat triển cac
nguôn năng lương tai tạo để phuc vu
Hinh 11. Sơ đồ phức hợp sản xuất điện và hydro từ năng lượng gió [36]
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
50
PETROVIETNAM
trinh reforming khí thiên nhiên, hydro đươc
tạo ra va lam nguyên liêu cho qua trinh
san xuât NH3 để tư đo san xuât phân urea.
Trong tương lai, khi nguôn nguyên liêu khí
thiên nhiên thay đôi vơi ham lương CO2 cao
(> 10%), cac nha may đạm co thể xem xét
nguôn hydro bô sung đi tư hydro tai tạo
va dân tiên tơi thay thê hoan toan nguyên
liêu khí thiên nhiên băng cac nguôn H2 va
CO2 tai tạo. Hydro đi tư sinh khối co thể xem
xét đươc ap dung tại khu vưc co sẵn nguôn
sinh khối như Nha may Đạm Ca Mau. San
lương sinh khối hiên tại của khu vưc Đông
băng sông Cửu Long (khoang 13 triêu tân/
năm, Bang 11) hoan toan đap ưng đươc
nhu câu san xuât hydro tai tạo của Nha may
Đạm Ca Mau (1,8 triêu tân sinh khối/năm).
Vi vây, Nha may Đạm Ca Mau co thể xem xét
triển khai phương an nay. Đối vơi Nha may
Đạm Phú Mỹ, co thể xem xét thay thê một
phân hoặc toan bộ nguyên liêu khí thiên
nhiên băng nguôn hydro tai tạo đi tư qua
trinh điên phân nươc sông Thi Vai. Hydro
tai tạo đươc san xuât thông qua qua trinh
điên phân nươc co tính kinh tê phu thuộc
chủ yêu vao chi phí đâu tư va gia năng
lương đâu vao. Cac quy trinh tốt nhât hiên
nay để điên phân nươc cho hiêu suât 70 -
80%. Theo đo, để tạo ra 1 kg hydro (co năng
lương la 143 MJ/kg hoặc khoang 40 kWh/
kg) thi cân 50 - 55 kWh điên [18]. Bang 15
trinh bay nhu câu vê nguôn nươc va năng
lương tiêu thu khi triển khai san xuât hydro
tai tạo tư qua trinh điên phân nươc tại một
số nha may loc - hoa dâu tại Viêt Nam.
Bảng 12. Tiềm năng năng lượng mặt trời để xây dựng trang trại điện mặt trời của Việt Nam [37]
Khu vực phù hợp
(km2)
Công suất
(MWp)
5.891
14.255
35.880
56.027
Bức xạ năng lượng mặt trời
Thấp (4 - 4,5 kWh/m2/ngày)
Trung bình (4,5 - 5 kWh/m2/ngày)
Cao (5 - 5,5 kWh/m2/ngày)
Tổng
70,7
171,1
430,6
672,3
Bảng 13. Tiềm năng năng lượng mặt trời từ điện mặt trời áp mái tại Việt Nam [37]
Công suất (MWp)
Khu vực
2020
5
2030
20
Phía Bắc
Trung tâm
Phía Nam
Tổng
10
20
35
30
100
150
Bảng 14. Chi phí đầu tư và vận hành trang trại điện mặt trời và điện mặt trời áp mái tại Việt Nam [37]
Thời gian
đầu tư
Capex
(1.000 USD/MW)
1.000
Opex (1.000
USD/MW/năm)
Công nghệ
2017 - 2020
2021 - 2025
2026 - 2030
2017 - 2020
2021 - 2025
2026 - 2030
18
18
18
21
21
21
Trang trại
điện mặt trời
900
800
1.200
1.100
Điện mặt trời
áp mái
1.000
hoạt động đơi sống va san xuât. Trong công nghiêp chê biên dâu khí, trên
cơ sở tân dung cơ sở vât chât sẵn co của cac nha may loc - hoa dâu (đương
ống, bể chưa, cac thiêt bi công nghê va phu trơ…), hê thống cang, kho
bai,…, viêc tích hơp cac nguôn tai tạo vao cac nha may loc hoa dâu rât
thuân lơi, gop phân nâng cao hiêu qua hoạt động san xuât ma con đam
bao phat triển bên vững trong lâu dai. Theo đo, đinh hương phat triển
tích hơp cac nguôn tai tạo se đươc đê xuât dưa trên cac lơi thê va bối canh
cu thể của tưng nha may loc - hoa dâu. Trong khuôn khô của bai viêt nay,
cac nha may sau đươc xem xét:
- Nha may Loc dâu Dung Quât;
- Liên hơp Loc hoa dâu Nghi Sơn;
- Nha may Đạm Phú Mỹ;
Hiên tại, chi phí san xuât hydro tại Nha
may Loc dâu Dung Quât tư phân xưởng
CCR gân 30.000 đông/kg H2. Chi phí san
xuât hydro bô sung thông qua qua trinh
reforming khí thiên nhiên cao hơn 20% so
vơi hydro đi tư phân xưởng CCR. Trong khi
đo, vơi gia điên gio, mặt trơi tại Viêt Nam
xâp xỉ 1.700 đông/kWh, nêu xem răng gia
thanh san xuât hydro tư qua trinh điên
phân chủ yêu đi tư chi phí điên tiêu thu thi
ươc tính khoang 85.000 đông/kg H2, tưc
gâp 2,5 lân chi phí san xuât hiên tại. Như
vây, để co thể tích hơp hydro tai tạo vao
cac nha may loc - hoa dâu của Viêt Nam,
- Nha may Đạm Ca Mau.
Đối vơi Nha may Loc dâu Dung Quât hiên tại, nguôn hydro tư phân
xưởng CCR đa đủ để cung câp cho nhu câu sử dung nội bộ. Trong tương
lai, khi Nha may Loc dâu Dung Quât chê biên nguyên liêu co ham lương
lưu huynh cao hơn, nâng cao tiêu chuẩn chât lương san phẩm nhiên liêu
va/hoặc nâng công suât, cân co nguôn hydro bô sung tư phân xưởng san
xuât hydro. Đối vơi Liên hơp Loc hoa dâu Nghi Sơn, do chê biên nguyên
liêu dâu thô Kuwait co ham lương lưu huynh cao, ngoai nguôn hydro đi
tư phân xưởng CCR, con co nguôn hydro bô sung đi tư phân xưởng HGU
thông qua qua trinh reforming LPG. Cac nguôn hydro bô sung nay đêu co
thể đươc xem xét thay thê băng cac nguôn hydro tai tạo.
Đối vơi Nha may Đạm Phú Mỹ va Nha may Đạm Ca Mau, thông qua qua
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
51
NĂNG LƯỢNG MỚI
thê hoan toan nguôn hydro hiên tại
đi tư khí thiên nhiên; (2) công nghê
khí hoa sinh khối đa đươc thương
mại hoa; (3) chi phí san xuât hydro
tư khí hoa sinh khối noi chung thâp
hơn so vơi tư qua trinh reforming khí
thiên nhiên; va (4) co thể phat triển
đươc chuỗi gia tri hoan chỉnh của
hydro tai tạo: hoạt động nông nghiêp
→ sinh khối → hydro → phân bon →
hoạt động nông nghiêp.
Chất thải đốt
9,84
Bãi rác thải
Hydro quy mô nhỏ
Hydro quy mô lớn
Chất thải gỗ
6,79
4,92
4,2
8,35
8,95
Rơm rạ
10,08
Trấu
Bã mía
7,65
Điện mặt trời mặt đất 1
Điện mặt trời mái nhà 1
Địa nhiệt
8,84
10,56
9,62
Cấp gió 1
8,77
Than nhập khẩu_Dạng bột
Than trong nước_Dạng nghiền
Turbine khí - Khí trong nước
CCGT - Khí trong nước
7,3
6,71
7,89
7,1
0
2
4
6
8
10
US cent/kWh
Hinh 12. So sánh giá điện sản xuất từ các nguồn khác nhau vào năm 2017 [37]
5. Kêt luân va kiên nghi
Chất thải đốt
9,84
10,08
9,8
Bãi rác thải
Hydro quy mô nhỏ
Chất thải gỗ
6,79
4,92
8,35
8,95
Rơm rạ
Để đam bao an ninh năng lương
va bao vê môi trương, năng lương tai
tạo đang đươc cac quốc gia trên thê
giơi quan tâm. Tuy điêu kiên riêng
của tưng khu vưc, cac dạng năng
lương tai tạo khac nhau đươc phat
triển. Nhin chung, chính sach phat
triển năng lương tai tạo của cac quốc
gia, cac tâp đoan dâu khí luôn mang
tính đa dạng va chủ yêu tâp trung
vao cac nguôn năng lương gio, mặt
trơi va sinh khối.
Trấu
Bã mía
7,65
8,07
Điện mặt trời mặt đất 1
Điện mặt trời mái nhà 1
Địa nhiệt
9,62
Gió 1
8,46
8,35
8,09
7,42
6,81
Than cực kì tới hạn_Than nhập khẩu
Than siêu tới hạn_Than nhập khẩu
Than nhập khẩu_Dạng bột
Than trong nước_Dạng nghiền
Turbine khí -Khí trong nước
CCGT-Khí trong nước
8,37
7,47
0
2
4
6
8
10
12
US cent/kWh
Hinh 13. So sánh giá điện sản xuất từ các nguồn khác nhau vào năm 2020 [37]
Chất thải đốt
9,84
Bãi rác thải
Hydro quy mô nhỏ
Chất thải gỗ
6,79
4,92
8,35
8,95
Rơm rạ
10,08
Trấu
Bã mía
7,65
7,3
Điện mặt trời mặt đất 1
Điện mặt trời mái nhà 1
Địa nhiệt
9,03
9,62
Gió 1
8,08
8,53
8,28
7,63
6,98
Than cực kì tới hạn_Than nhậpkhẩu
Than siêu tới hạn_Than nhập khẩu
Than nhập khẩu_Dạng bột
Than trong nước_Dạng nghiền
Turbine khí - Khí trong nước
CCGT- Khí trong nước
Đối vơi Viêt Nam, năng lương tai
tạo đa đươc Đang va Chính phủ quan
tâm va đưa vao cac chiên lươc, đinh
hương phat triển năng lương tại Viêt
Nam. Đây la yêu tố quan trong để thu
hút cac nha đâu tư trong va ngoai
nươc vao linh vưc nay. Nghi quyêt số
55-NQ/TW ngay 11/2/2020 của Bộ
Chính tri vê đinh hương Chiên lươc
phat triển năng lương quốc gia của
Viêt Nam đên năm 2030, tâm nhin
đên năm 2045 đa chỉ đạo cân ưu tiên
khai thac, sử dung triêt để va hiêu qua
cac nguôn năng lương tai tạo. Đây la
cơ sở nhăm đinh hương đưa cac dạng
năng lương gio, mặt trơi va sinh khối
vao cơ câu phat triển năng lương tại
Viêt Nam. Theo đo, cac nguôn năng
lương tai tạo (không tính thủy điên)
se đap ưng 21% tông nhu câu điên
của Viêt Nam vao năm 2030.
9,86
8,6
0
2
4
6
8
10
12
US cent/kWh
Hinh 14. So sánh giá điện sản xuất từ các nguồn khác nhau vào năm 2025 [37]
9,84
Bãi rác thải
Hydro quy mô lớn
Rơm rạ
6,79
LCOE
Chi phí khác
4,92
4,2
8,35
10,08
8,95
Bã mía
7,65
8,84
Điện mặt trời mái nhà 1
Cấp gió 1
10,56
9,62
8,77
7,3
6,71
5,08
Than trong nước_Dạng nghiền
CCGT - Khí trong nước
5,2
7,89
1,66
7,1
1,24
8
0
2
4
6
10
12
14
US cent/kWh
Hinh 15. So sánh giá điện sản xuất từ các nguồn khác nhau (có tính đến chi phí môi trường) vào năm 2017 [37]
viêc giam chi phí (gia) năng lương đâu vao la một vân đê cân đươc giai quyêt.
Khi gia điên gio, mặt trơi giam xuống con < 700 đông/kWh (~3 cent/kWh) thi
hydro tai tạo hoan toan cạnh tranh đươc vơi cac nguôn hydro truyên thống. Vơi
sư phat triển của khoa hoc công nghê, chi phí san xuât điên tư cac nguôn tai
tạo đang ngay cang rẻ hơn. Dư bao điên mặt trơi co thể cạnh tranh trưc tiêp vơi
cac nguôn điên hoa thạch tư năm 2020 va điên gio se cạnh tranh đươc tư năm
2025. Mặt khac, đối vơi Nha may Đạm Ca Mau, vơi lơi thê năm trong khu vưc
co sẵn nguôn sinh khối, viêc lưa chon hương đi dai hạn tư nguôn hydro tai tạo
thông qua qua trinh khí hoa sinh khối co nhiêu thuân lơi va mang lại lơi ích vê
nhiêu mặt: (1) nguôn cung sinh khối tại chỗ hoan toan đap ưng đươc để thay
Phat triển hydro tư cac nguôn tai
tạo la một xu thê tât yêu hiên nay. Hai
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
52
PETROVIETNAM
Bảng 15. Nhu cầu về nguồn nước và năng lượng tiêu thụ khi triển khai sản xuất hydro tái tạo từ quá trình điện phân nước tại một số nhà máy lọc hóa dầu tại Việt Nam
Sản lượng H2 Lượng điện cần tiêu Lượng nước yêu cầu
(tấn/giờ)
Nhà máy
Quá trình công nghệ
H2 bổ sung
thụ (MWh/năm) (a), (b)
186.120
(tấn/năm) (b)
33.502
Nhà máy Lọc dầu Dung Quất
(Nâng cấp mở rộng)
0,47
Nhà máy Lọc dầu Nghi Sơn
H2 bổ sung từ LPG
17,43
6.902.280
1.242.410
146.124
H2 bổ sung khi sử dụng nguyên
liệu khí thiên nhiên chứa 30% CO2
Thay thế hoàn toàn nguyên liệu
khí thiên nhiên
H2 bổ sung khi sử dụng nguyên
liệu khí thiên nhiên chứa 30% CO2
Thay thế hoàn toàn nguyên liệu
khí thiên nhiên
2,05 (c)
811.800
Nhà máy Đạm Phú Mỹ
Nhà máy Đạm Cà Mau
12,31
1,89 (c)
11,33
4.874.760
748.440
877.457
134.719
4.486.680
807.602
Tổng lượng tiêu thụ tối đa hàng năm
16.449.840
2.960.971
(a) Ước tính trên cơ sở chi phí năng lượng tiêu tốn để sản xuất 1 kg H2 là 50 kWh;
(b) Ước tính trên cơ sở số ngày hoạt động là 330 ngày/năm;
(c) Ước tính trên cơ sở sự giảm sản lượng H2 trong syngas khi nguyên liệu chứa 30% CO2 do sự xảy ra đồng thời của phản ứng dry reforming
và steam reforming.
Nguồn: VPI, 2020
hương đi chủ đạo để san xuât hydro tai tạo la điên phân
nươc va khí hoa sinh khối. Công nghê khí hoa sinh khối đa
đươc thương mại hoa va se phat huy lơi thê khi ap dung
tại cac khu vưc co sẵn nguôn sinh khối. Trong khi đo, công
nghê san xuât hydro tư điên phân nươc đa đươc thương
mại hoa một phân va triển khai vơi quy mô công suât khac
nhau ở nhiêu nơi trên thê giơi. Chi phí san xuât H2 băng
phương phap điên phân nươc se cạnh tranh đươc vơi
phương phap truyên thống (reforming hơi nươc khí thiên
nhiên) nêu co thể giam đươc chi phí đâu tư (CAPEX) va
giam gia thanh điên đâu vao. Công nghê PEM va alkaline
ngay cang trở nên cạnh tranh hơn trong khi cac chi phí
đâu tư cho cơ sở hạ tâng cung đươc dư bao se giam đang
kể (tư 50 - 80%). Công nghê điên phân nươc biển hiên tại
vân chưa đươc thương mại hoa do kho khăn vê kỹ thuât
va chi phí rât cao. Cac nghiên cưu xoay quanh vân đê nay
nhăm giai quyêt cac vân đê kỹ thuât va giam chi phí vân
đang đươc triển khai. Hê thống điên phân tích hơp vơi qua
trinh quang hoa sử dung năng lương mặt trơi đươc thây
la phương phap hiêu qua vê kỹ thuât để san xuât hydro.
Điên gio va mặt trơi se co hiêu qua chi phí tốt hơn so vơi
điên than vao năm 2030 đối vơi 20 GW công suât đâu tiên
tại cac đia điểm co tiêm năng tốt nhât. Mặc du cac dư an
điên gio va điên mặt trơi tốt nhât co tính cạnh tranh cao,
cac dư an nay đoi hỏi chi phí đâu tư ban đâu cao hơn so vơi
san xuât điên truyên thống.
la chính, vi vây tiêp tuc mở rộng phạm vi hoạt động của
PVN trong linh vưc năng lương la hơp ly. Mặt khac, vơi cơ
sở hạ tâng hiên tại (Nha may Loc dâu Dung Quât, Liên hơp
Loc hoa dâu Nghi Sơn, Nha may Đạm Ca Mau, Nha may
Đạm Phú Mỹ) va sư sẵn co cac nguôn tai tạo tại cac khu
vưc đặt nha may (năng lương gio, mặt trơi, sinh khối, sông
va biển), cac nha may co phân vốn gop của PVN co đươc
lơi thê nhât đinh khi tích hơp cac nguôn tai tạo vao cac
nha may hiên hữu để nâng cao hiêu qua hoạt động, đông
thơi đam bao phat triển bên vững đối vơi chuỗi hoạt động
khâu sau. Theo đo, cac đinh hương tích hơp hydro tai tạo
sau co thể đươc xem xét như sau: Nha may Loc dâu Dung
Quât ap dung điên phân nươc biển sử dung năng lương
tư điên gio, điên mặt trơi; Liên hơp Loc hoa dâu Nghi Sơn
ap dung điên phân nươc biển sử dung năng lương tư điên
gio, điên mặt trơi; Nha may Đạm Phú Mỹ ap dung điên
phân nươc sông sử dung năng lương tư điên mặt trơi; Nha
may Đạm Ca Mau ap dung khí hoa sinh khối.
Tai liêu tham khao
[1] IRENA, Renewable capacity highlights, 2019.
[2] Marcelo Carmo, David L.Fritz, Jürgen Mergel, and
Detlef Stolten, “A comprehensive review on PEM water
electrolysis”, International Journal of Hydrogen Energy,
Vol. 38, No. 12, pp. 4901 - 4934, 2013. DOI: 10.1016/j.
ijhydene.2013.01.151.
[3] S.Giddey, S.Badwal, and A.Kulkarni, “Review
of electrochemical ammonia production technologies
and materials”, International Journal of Hydrogen Energy,
Vol. 38, No. 34, pp. 14576 - 14594, 2013. DOI: 10.1016/j.
ijhydene.2013.09.054.
Hiên nay, PVN đa phat triển gân như hoan thiên chuỗi
khai thac, thu gom, xử ly, san xuât va phân phối cac san
phẩm dâu khí tư nguôn tai nguyên dâu khí trong nươc. Dư
đia để gia tăng trữ lương va san lương dâu khí trong nươc
của PVN không con lơn. Vê dai hạn, PVN vân la tâp đoan
hoạt động trong linh vưc san xuât va cung câp năng lương
[4] M.Laguna-Bercero, “Recent advances in high
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
53
NĂNG LƯỢNG MỚI
temperature electrolysis using solid oxide fuel cells: A
review”, Journal of Power Sources, Vol. 203, pp. 4 - 16, 2012.
DOI: 10.1016/j.jpowsour.2011.12.019.
[14] Chris Ainscough, David Peterson, and Eric Miller,
"Hydrogen production cost from PEM electrolysis", 2014.
[15] IRENA, "Hydrogen from renewable power
technology outlook for the energy transition", 2018.
[5] Seyed Ehsan Hosseini and Mazlan Abdul Wahid,
“Hydrogen production from renewable and sustainable
energy resources: promising green energy carrier for
clean development”, Renewable and Sustainable Energy
Reviews, Vol. 57, pp. 850 - 866, 2016. DOI: 10.1016/j.
rser.2015.12.112.
[16] ENGIE, “The GRHYD demonstration project”,
businesses/gas/hydrogen/power-to-gas/the-grhyd-
demonstration-project.
[17] Fuel Cells and Hydrogen (FCH), “Hybalance
inaugurates and advanced facility for the production
fch.europa.eu/news/hybalance-inaugurates-advanced-
facility-production-green-hydrogen.
[6] Aldo Saul Gago, Jörg Bürkle, Philipp Lettenmeier,
Tobias Morawietz, Michael Handl, Renate Hiesgen,
Fabian Burggraf, Pilar Angel Valles Beltran, and Kaspar
Andreas Friedrich, “Degradation of proton exchange
membrane (PEM) electrolysis: The influence of current
density”, ECS Transactions, Vol. 86, pp. 695 - 700, 2018.
DOI: 10.1149/08613.0695ecst.
[18] Enel Chile S.A., “Enel operates world’s first
“plug and play” micro-grid powered by solar pv and
hydrogen-based storage in Chile”, 31/5/2017. [Online].
[7] Sergio Yesid Gomez and Dachamir Hotza,
“Current developments in reversible solid oxide fuel cells”,
Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 61, pp. 155
- 174, 2016. DOI: 10.1016/j.rser.2016.03.005.
Available:
news/d201705-enel-operates-worlds-first-plug-and-play-
micro-grid-powered-by-solar-pv-and-hydrogen-based-
storage-in-chile.html.
[8] Sukhvinder P.S.Badwal, Sarbjit Giddey, and
Christopher Munnings, “Emerging technologies, markets
and commercialization of solid‐electrolytic hydrogen
production”, Wiley Interdisciplinary Reviews: Energy and
Environment, Vol. 7, No. 3, 2018. DOI: 10.1002/wene.286.
[19] L. Brasington, “European utilities support UN
Development Goals”, Cleantech Group, 2018. [Online].
support-un-development-goals/.
[20] Eva Maria Plunger, “H2 future hydrogen meeting
future needs of low carbon manufacturing value chains”,
Programme Review Days 2018, Brussels, 14 - 15 November
sites/default/files/documents/ga2011/6_Session%206_
H2FUTURE%20%28ID%204811834%29.pdf.
[9] Alexander Buttler and Hartmut Spliethoff,
“Current status of water electrolysis for energy storage,
grid balancing and sector coupling via power-to-gas and
power-to-liquids: A review”, Renewable and Sustainable
Energy Reviews, Vol. 82, pp. 2440 - 2454, 2018. DOI:
10.1016/j.rser.2017.09.003.
[21] European Commission, “Hydrogen meeting
future needs of low carbon manufacturing value chains”,
project/rcn/207465/reporting/en.
[10] IRENA, "Innovation landscape brief: Renewable
Power-to-Hydrogen", 2019. [Online]. Available: https://
w w w. i re n a. o rg / - / m e d i a/ Fi l e s / I R E N A / Ag e n c y /
Publication/2019/Sep/IRENA_Power-to-Hydrogen_
Innovation_2019.pdf.
[22] FCH JU, “Project REFHYNE”, Fuel Cell
and Hydrogen Joint Undertaking, 2018. [Online].
hydrogeneurope.
[11] IRENA,“Globalenergytransformation:TheREmap
org/-/media/Files/IRENA/Agency/ Publication/2019/Apr/
IRENA_GET_REmap_ pathway_2019.pdf.
[23] Greencarcongress,"Thyssenkruppofferinglarge-
scale water electrolysis", 27/7/2018. [Online]. Available:
tk.html.
[12] Martín David, Carlos Ocampo-Martínez, and
Ricardo Sanchez-Peña, “Advances in alkaline water
electrolyzers: A review”, Journal of Energy Storage, Vol. 23,
pp. 392 - 403, 2019. DOI: 10.1016/j.est.2019.03.001.
[24] Andreas Franke, “Danish companies plan 1.3-
GW green hydrogen project to fuel transport”. [Online].
insights/latest-news/electric-power/052620-danish-
companies-plan-13-gw-green-hydrogen-project-to-fuel-
transport.
[13] Tractebel, Engie and Hinicio, "Study on early
business cases for H2 in energy storage and more broadly
Power to H2 Applications", Fuel Cells and Hydrogen Joint
Undertaking, 2017.
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
54
PETROVIETNAM
[25] H.Ahmad, S.K.Kamarudin, L.J.Minggu, and
M.Kassim, “Hydrogen from photo-catalytic water splitting
process: A review”, Renewable and Sustainable Energy
Review, Vol. 43, pp. 599 - 610, 2015. DOI: 10.1016/j.
rser.2014.10.101.
[31] Milan Hrabovsky, “Chapter 3: Thermal plasma
gasification of biomass”, Progress in Biomass and Bioenergy
Production, Shahid Shaukat (Eds.), IntechOpen, 2011.
DOI: 10.5772/18234.
[32] Frédéric Fabry, Christophe Rehmet, Vandad-
Julien Rohani, and Laurent Fulcheri, Waste Gasification by
Thermal Plasma: A Review, Waste and Biomass Valorization,
Vol. 4 (3), pp. 421 - 439, 2013. DOI: 10.1007/s12649-013-
9201-7.
[26] Ryu Abe,“Recent progress on photocatalytic and
photoelectrochemical water splitting under visible light
irradiation”, Journal of Photochemistry and Photobiology C:
Photochemistry Reviews, Vol. 11, pp. 179 - 209, 2010. DOI:
10.1016/j.jphotochemrev.2011.02.003.
[33] Bryan Sims, “Proving out plasma gasification”.
[Online].
Available:
[27] Tahereh Jafari, Ehsan Moharreri, Alireza Shirazi
Amin, Ran Miao, Wenqiao Song and Steven L.Suib,
“Photocatalytic water splitting - The untamed dream: A
review of recent advances”, Molecules, Vol. 21, No. 7, pp.
900, 2016. DOI: 10.3390/molecules21070900.
articles/2144/proving-out-plasma-gasification.
[34] Pavlos Nikolaidis and Andreas Poullikkas, “A
comparative overview of hydrogen production processes”,
Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 67, pp. 597
- 611, 2017. DOI: 10.1016/j.rser.2016.09.044.
[28] Rengui Li, “Latest progress in hydrogen
production from solar water splitting via photocatalysis,
[35] Ibrahim Dincer and Canan Acar, “Review
and evaluation of hydrogen production methods for
better sustainability”, International Journal of Hydrogen
Energy, Vol. 40, pp. 11094 - 11111, 2015. DOI: 10.1016/j.
ijhydene.2014.12.035.
photoelectrochemical,
and
photovoltaic-
photoelectrochemical solutions”, Chinese Journal of
Catalysis, Vol. 38, No. 1, pp. 5 - 12, 2017. DOI: 10.1016/
S1872-2067(16)62552-4.
[36] Javier Dufour, David P.Serrano, Jose L.Galvez,
Jovita Moreno, and Antonio Gonzalez, “Hydrogen
production from fossil fuels: life cycle assessment of
technologies with low greenhouse gas emissions”, Energy
& Fuels, Vol. 25, No. 5, pp. 2194 - 2202, 2011. DOI: 10.1021/
ef200124d.
[29] Matthias Binder, Michael Kraussler, Matthias
Kuba, and Markus Luisser, “Hydrogen from biomass
gasification”, IEA Bioenergy, 2018.
[30] Binh M.Q.Phan, Long T.Duong, Viet D.Nguyen,
Trong B.Tran, My H.H.Nguyen, Luong H.Nguyen, Duc
A.Nguyen, and Loc C.Luu, “Evaluation of the production
potential of bio-oil from Vietnamese biomass resources
by fast pyrolysis”, Biomass and Bioenergy, Vol. 62, pp. 74-
81, 2014. DOI: 10.1016/j.biombioe.2014.01.012.
[37] Nguyen Quoc Khanh, “Analysis of future
generation capacity scenarios for Vietnam”, GreenID, 2017.
[38] Jason Gregory, Game engine architecture. CRC
Press, 2018.
HYDROGEN PRODUCTION FROM RENEWABLE RESOURCES
FOR USE IN REFINERIES AND PETROCHEMICAL PLANTS IN VIETNAM
Nguyen Huu Luong, Nguyen Thi Chau Giang, Huynh Minh Thuan
Vietnam Petroleum Institute
Email: luongnh.pvpro@vpi.pvn.vn
Summary
Renewable hydrogen is a trending development nowadays. The two main routes for its production are water electrolysis and biomass
gasification. Biomass gasification is a fully commercialised technology while water electrolysis is still an unmatured technology. In the
downstream sector, for their sustainable development and making full use of available infrastructure, renewable hydrogen can be introduced
to refineries and petrochemical plants on the basis of their advantages and conditions. For Dung Quat Refinery, Nghi Son Refinery and
Petrochemical Complex, and Phu My Fertilizer Plant, renewable hydrogen can be obtained by water electrolysis using wind and/or solar
energy. For Ca Mau Fertilizer Plant, biomass can be considered as the potential feedstock for hydrogen production using gasification technology.
Key words: Hydrogen, petroleum processing, renewable, water electrolysis, biomass gasification, Dung Quat Refinery, Nghi Son Refinery
and Petrochemical Complex, Ca Mau Fertilizer Plant, Phu My Fertilizer Plant.
DẦU KHÍ - SỐ 11/2020
55
19 trang
16/04/2022
1520
Bạn đang xem tài liệu "Sản xuất hydro từ các nguồn tái tạo và sử dụng trong các nhà máy chế biến dầu khí tại Việt Nam", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- san_xuat_hydro_tu_cac_nguon_tai_tao_va_su_dung_trong_cac_nha.pdf
