Module 1: Technical options and international best practices for on-grid power generation from biomass, biogas and waste-to-energy (Training on "On-Grid Applications of Biomass, Biogas and Waste-to-Energy Power Plants for " in HN on December 10-12, 2013)

1. 12/9/2013
Ứng dụng Điện nối lưới
của Năng lượng Sinh khối, Khí sinh học và Rác
thải cho Việt Nam
Mô-đun 1:
Những lựa chọn kỹ thuật và tập quán Quốc tế tốt
nhất cho việc phát điện nối lưới từ năng lượng sinh
khối, khí sinh học và rác thải
(Bruno Wilhelm)
On-Grid Applications
of Biomass, Biogas and Waste-to-Energy
Power Plants for Vietnam
Module 1:
Technical options and international best practices
for on-grid power generation from biomass, biogas
and waste-to-energy
(Bruno Wilhelm)
1

2. 12/9/2013
Giới thiệu
Sinh khối vẫn là nguồn
năng lượng chủ yếu quan
trọng nhất tại Việt Nam
Tiêu thụ năng lượng chủ yếu của Việt Nam
Xấp xỉ 90% năng lượng từ
sinh khối tại Việt Nam
được sử dụng trong các hộ
gia đình cho việc nấu thức
ăn, đun nước, sưởi ấm..
Việc ứng dụng nguồn sinh
khối cho việc sản xuất
điện lưới là một khái
niệm tương đối mới tại
Việt Nam
than
Dầu
Khí
3
Thủy điện
Sinh khối
Introduction
Biomass is still the most
important primary energy
source in Vietnam.
Approx. 90% of energy
from biomass in Vietnam
is used in domestic
households for cooking,
water heating, space
heating …
Utilization of biomass for
on-grid power generation
is a relatively new
concept in Vietnam.
4
2

3. 12/9/2013
Giới thiệu
Việt nam vẫn còn tiềm năng lớn của nguồn năng lượng sinh học chưa khai thác
(Nguồn:SNV: tổ chức phát triển Hà Lan tại Việt Nam)
5
Introduction
Vietnam has still a large potential of untapped sources for bioenergy
(Source: SNV Netherlands Development organization in Vietnam)
6
3

4. 12/9/2013
Giới thiệu
Module 1
7
Introduction
8
4

5. 12/9/2013
Introduction/Giới thiệu
Module 1
9
Introduction
10
5

6. 12/9/2013
Giới thiệu
Năng lượng sinh khối là một trong những lựa chọn
rẻ nhất để phát điện từ năng lượng tái tạo
Chi phí sản xuất điện từ năng lượng tái tạo
2012 (nguồn IRENA)
11
Introduction
Biomass is one of the cheapest
options for power generation from
renewable energies
Cost of power generation from
renewable energies 2012 (source: IRENA)
12
6

7. 12/9/2013
Lựa chọn kỹ thuật cho việc sử dụng năng lượng sinh khối
Feedstock/Nguyên liệu
Đốt nhiệt
Đốt kết
hợp
Khí hóa
Nhiệt
phân
Phế thải từ gỗ
X
X
X
X
Bã mía
X
X
X
X
Trấu
X
X
X
Rơm rạ
X
X
Ngô (thân và lõi)
X
Yếm khí
X
X
X
X
X
Cùi café
X
X
Dừa (vỏ và bột xơ dừa)
X
X
X
X
Tre
X
X
X
X
Phân ( gia cầm)
X
X
X
X
Rác thải rắn đô thị
X
X
Rác thải rắn hữu cơ
X
X
X
Phân
X
X
X
Thức ăn thừa
Rác cặn
X
X 13
X
Technical Options for the energetic Use of Biomass
Feedstock
Combustion
Co-Firing
Gasification
Pyrolysis
Wood residues
X
X
X
X
Sugar cane bagasse
X
X
X
X
Rice husk
X
X
X
Rice straw
X
X
Anaerobic
Digestion
X
X
X
Corn (cobb and stob)
X
X
Coffee Pith
X
X
X
Coconut (coil and pith)
X
X
X
Bamboo
X
X
X
X
X
Manure
X
Manure (Poultry)
X
X
Municipal solid waste
X
X
Organic solid waste
X
X
Food waste
Sewage sludge
X
X
X
X
X
X
X
X 14
7

8. 12/9/2013
Chi phí đầu tư cụ thể cho các lựa chọn công nghệ khác nhau
Source: IRENA 2012
Tổng chi phí lắp đặt công nghệ phát điện đốt sinh khối tại các quốc gia OECD
15
Specific investment cost for different technology options
Source: IRENA 2012
16
8

9. 12/9/2013
Source> SNV Netherlands
Development Organisation Vietnam
Biomass
Conversion Paths
Power generation from biomass is always heat
& power generation !!!
17
Source> SNV Netherlands
Development Organisation Vietnam
Cách chuyển đổi năng
lượng sinh khối
Phát điện từ năng lượng sinh khối luôn là Nhiệt
năng và điện năng!!!
18
9

10. 12/9/2013
Tính hiệu quả năng lượng cụ thể của
các lựa chọn công nghệ khác nhau
Công nghệ
Hiệu quả năng lượng
Đốt kết hợp
Đốt kết hợp CHP
Đốt nhiệt
Đốt nhiệt CHP
35-40%
80-90%
30-35%
80-90%
Khí hóa CHP
25-30%
Source: IEA
!
Phát triển nhà máy điện lưới năng lượng sinh khối có khă năng thương
mại bắt đầu với việc xác định nhu cầu nhiệt năng trên địa bàn, để cho
phép cho CHP, điều này sẽ giúp tránh thất thoát năng lượng và giảm
thiểu chi phí phát điện.
19
Specific energy efficiency
of different technology options
Technology
Co-firing
Co-firing CHP
Combustion
Combustion CHP
Gasification CHP
!
Energy Efficieency
35-40%
80-90%
30-35%
80-90%
25-30% Source: IEA
Development of commerically viable on-grid biomass power
plant starts with the identification of sufficient heat demand
on site, in order to allow for CHP, which will help avoiding
energy losses and minimizing specific power generation cost.
20
10

11. 12/9/2013
Principle of combined heat and power
compared to standard power plants
Source: IEA
21
Nguyên tắc về kết hợp nhiệt và điện so sánh
với nhà máy điện tiêu chuẩn
Nhà máy điện
tiêu chuẩn
60% nhiệt thải ra môi trường
40% năng lượng có ích sản xuất điện
Source: IEA
20% nhiệt thải ra môi trường
Liên kết nhiệt và
năng lượng
100%
nhiên liệu
đầu vào
40% năng lương có ích cho
sưởi và/hoặc làm lạnh
22
40% năng lượng có ích để sản xuất điện
11

12. 12/9/2013
Đốt hỗn hợp
Nhà máy điện đốt than có tuổi thọ từ 20 đến 50 năm và đại điện cho một
lượng vốn đầu tư khổng lồ trên toàn cầu.
Để giảm thải carbon dioxide một lượng than sẽ được thay thế bằng năng
lượng sinh khối-đốt cả hai nhiên liệu này cùng nhau được gọi là đốt kết hợp.
Sự cải tiến tối ưu nhất có thể cho phép các nhà máy điện đốt than thay thế
lên tới 20% lượng than đang sử dụng hiện nay, như trường hợp sử dụng viên
nén sinh khối thì làm giảm được 20% lượng phát thải CO2 của một nhà máy
điện.
Đốt kết hợp cho phép nhà máy điện đáp ứng được mục tiêu giảm thải khí
carbon trong thập kỷ tới
Nhiều nhà máy điện than ở Châu Âu đã sử dụng đốt kết hợp trong hơn 10
năm qua.
Module 1
23
Co-firing
Coal-fired power plants have a life of 20 to 50 years and represent a huge
global capital investment.
In order to reduce carbon dioxide emissions some of the coal may be
replaced with biomass - burning both fuels together which is called co-firing.
Modest cost modification can allow most coal-fired power plants to replace
up to 20% of the coal currently being used, e. g. with biomass pellets, and
thus reduce the power plant's carbon dioxide emissions by 20%.
Co-firing will allow power plants to meet their carbon emission reductions
targets for the next decade.
Many coal-fired power plants in Europe have been co-firing for more than
10 years.
Module 1
24
12

13. 12/9/2013
Công nghệ đốt kết hợp
Đốt kết hợp trực tiếp là lựa chọn phổ biển nhất, đơn giản nhất và rẻ nhất ;sinh
khối có thể được nghiền cùng với than (tiêu biểu dưới 5% hàm lượng năng
lượng) hoặc nghiền trước sau đó nạp riêng rẽ cùng lò hơi. Sử dụng lò đốt
chung hoặc riêng biệt, sử dụng phương án hai cho phép linh hoạt hơn liên
quan đến chủng loại và khối lượng của sinh khối.
Đốt kết hợp gián tiếp: là quy trình ít phổ biến trong đó bộ khí hóa chuyển đội
sinh khối rắn sang nhiên liệu khí sau đó được đốt cùng với than trong cùng lò
hơi. Tuy đắt hơn vì thiết bị bổ sung thêm là bộ khí hóa, phương pháp này cho
phép lượng sinh khối đa dạng và nhiều hơn được sử dụng. Cần làm sạch, lọc
khí để loại bỏ tập chất trước khi đốt. Tro của hai nhiên liệu sẽ tồn tại riêng rẽ.
Đốt kết hợp song song cần lò hơi sinh khối riêng cung cấp hơi nước cho cùng
chu trình hơi. Phương pháp này cho phép một lượng sinh khối lớn, thường
được sử dụng trong các cơ sở sản xuất giấy, bột giấy để sử dụng phụ phẩm từ
sản xuất giấy như vỏ cây, gỗ thừa
25
Co-firing technology
Module 1
26
13

14. 12/9/2013
Nhiên liệu đốt kết hợp
Sinh khối cho thị trường đốt kết hợp đã trở thành hàng hóa quốc tế.
Năm 2005 tổng số 1,4 triệu tấn sinh khối được đốt kết hợp ở Anh so với tổng số 52 triệu
tấn than để phát điện.
33% là sản phẩm cọ nhập khẩu: cùng sản phẩm với ngành công nghiệp dầu cọ( Cùi cọ và
các phế phẩm như bã chùm và sợi hoa quả.)
21% là sản phẩm Oliu nhập khẩu: cùng sản phẩm với ngành công nghiệp dầu Oliu(
Viên và miếng Oliu)
20% là sản phẩm gỗ: mùn cưa, dăm gỗ, viên gỗ và đầu thừa gỗ chủ yếu là nhập
khẩu.
7% là vỏ trấu và các sản phẩm cùng loại khác của quá trình sản xuất ngũ cốc.
Các dạng sinh khối khác được sử dụng trong đốt kết hợp bao gồm năng lượng thực vật
như những cây ngắn ngày cỏ voi Miscanthus và Willow.
Rác cặn, phế thải từ nhiên liệu(RDF), mặc dù được xếp là chất thải , có thể sử dụng tại EU
trong các nhà máy tuân thủ chỉ thị về đốt rác thải(WID)
Thường sử dụng cho dạng đốt kết hợp là viên gỗ hoặc các dạng năng lượng sinh khối
khác.
Module 1
27
Co-firing fuels
Biomass for co-firing market has become an international commodity.
In 2005 a total of 1.4 million tons of biomass was co-fired in the UK to a total of 52
million tons of coal for electricity generation.
33% was imported palm products: co-products of the palm oil industry (palm kernels and
residues such as empty fruit bunches and fibre)
21% was imported olive products: co-products of the olive oil industry (olive cake and
pellets)
20% was wood products including sawdust, wood shavings, pellets and chips,
predominantly imported
7% was straw and other co-products of cereal production.
Other forms of biomass used in co-firing include energy crops such as short rotation
coppice (SRC) willow and miscanthus.
Sewage sludge and refuse derived fuel (RDF), although classified as wastes, can be
used in the EU only in plants that comply with the Waste Incineration Directive (WID).
A very commonly used form of co-firing fuel are pellets from wood or other biomass.
Module 1
28
14

15. 12/9/2013
Viên nén sinh khối
Dạng viên dùng làm nguyên liêu tốt hơn
so với nguyên liệu thô
Dạng viên chứa nhiều năng lượng hơn, dễ vận chuyển và phù hợp cho hệ thống
nạp liệu tự động.
Hầu hết các viên được làm từ mùn cưa và các chất thải khác từ gỗ.
Ở Anh, nhu cầu cho dạng viên đã vượt quá khối lượng gỗ và chất thải nông
nghiệp sẵn có, và thực vật dùng cho nhu cầu năng lượng là cỏ kê Swithchgrass
và cỏ voi miscanthus được dùng thay thế.
Source: Penn State University College of Agricultural Sciences: http://pubs.cas.psu.edu/
Con số viên cụ
thể được làm từ
các loại năng
lượng sinh khối
khác nhau
Module 1
29
Biomass pellets
Pellets are a better-performing fuel,
compared to their raw feedstock.
Pellets are more energy dense, easier to transport and suitable for automatic feed
systems.
Most pellets today are made from sawdust and other wood waste.
In the UK, the demand for pellets has exceeded the amount of wood and
agricultural waste available, and dedicated energy crops such as switchgrass, and
miscanthus are used instead. .
Source: Penn State University College of Agricultural Sciences: http://pubs.cas.psu.edu/
Specific data of
pellets made out
of different
types of biomass
Module 1
30
15

16. 12/9/2013
Than bùn và sinh khối
Tăng việc sử dụng sinh khối tại nhà máy điện Edenderry,
lượng điện tái tạo đã tăng nhanh chóng trong thời gian
qua từ 14,900 MWH năm 2008 lên 84,800 MWh năm
2010
nhà máy điện Edenderry vận hành năm 2000, nhà máy
điện Edenderry có công suất tổng là 128 MW, nó tiêu thụ
trên 1 triệu tấn nhiên liệu mỗi năm (7.7PJ) nhà máy sử
dụng công nghệ lò hơi đốt than phun hiện đại, có khả
năng đốt đa nhiên liệu. Đốt phối hợp ở Edenderry cho
phép đốt nhiều loại nhiên liệu sinh khối sạch. Bao gồm
nguyên liệu gỗ từng rừng Irland, có thể được nhà thầu
lâm nghiệp cung cấp trực tiếp hoặc gián tiếp là các phế
thải của xưởng gỗ-cây trồng mục đích năng lượng như
liễu, cỏ voi-nguyên liêu khô như viên gỗ hoặc phế thải
nông nghiệp nhập khẩu như hạt cọ hoặc vỏ hạnh nhân.
Việc đốt kết hợp sinh khối với bùn bắt đầu năm 2008. trên
19,000 tấn năng lượng (ET) than bùn được đổi chỗ trong
năm đầu tiên. tỷ lệ đốt kết hợp tăng từng năm như bảng
bên phải.
31
Co-firing fuels
Module 1
32
16

17. 12/9/2013
Đốt nhiệt sinh khối
Công nghệ phổ biến sử dụng năng lượng sinh
khối phát điện bao gồm việc đốt nhiệt trong
lò hơi để tạo ra hơi nước áp suất cao. Sơ đồ
nguyên lý đơn giản được trình bày bên cạnh.
33
Biomass combustion
The most used technology for using
biomass in power generation involves its
combustion in a boiler for the production
of high pressure steam. A simple diagram
of this process is shown here.
34
17

18. 12/9/2013
Đốt năng lượng sinh khối
Sinh khối được đốt để tạo ra hơi nước áp
suất cao.
Hơi nước làm quay turbin được nối với
máy phát-quy trình tương tự và công nghệ
tương tự được áp dụng cho nhà máy
nhiệt điện dùng than.
Khi turbin quay, máy phát chạy và điện
được tạo ra.
Các thiết bị đồng phát sẽ thu giữ nhiệt
thải và một dạng hơi nước ( thứ 2) và sử
dụng nó để sưởi ấm, cung cấp hơi và nhiệt
cho
quá
trình
công
nghiệp.
Nhà máy điện sinh khối có công
suất 30 MW
Module 1
35
Biomass combustion
Biomass is burned to produce high
pressure steam.
The steam turns a turbine connected to a
generator – same procedure and same
technology as in coal-fired power plants.
As the turbine rotates, the generator
turns, and electricity is produced.
Cogeneration facilities capture waste heat
and "secondary" steam and use it to heat
buildings and provide steam and heat for
industrial processes.
Module 1
36
18

19. 12/9/2013
Biomass combustion
Lọc khí
thải
Lò hơi
Tuốc bin
Máy phát
Module 1
37
Biomass combustion
Module 1
38
19

20. 12/9/2013
Đốt nhiệt sinh khối
Tác động môi trường của việc đốt
nhiệt sinh khối so với đốt than và
khí tự nhiên
Nguồn: đại học California, Berkeley
Đốt than
Khí thải
Module 1
Khí tự
nhiên
39
Biomass combustion
Environmental impact of biomass
combustion compared to combustion of coal and natural gas.
Source: University of California, Berkeley
Module 1
40
20

21. 12/9/2013
Đốt rác
(một dạng đốt nhiệt sinh khối)
Giao
hàng
Module 1
Kho
chứa
Đốt/tạo hơi nước
Làm sạch khí thải
ống khói
41
Waste incineration
(a specific form of biomass combustion)
Module 1
42
21

22. 12/9/2013
Đốt rác
(một dạng cụ thể đốt nhiệt sinh khối)
Module 1
43
Waste incineration
(a specific form of biomass combustion)
Module 1
44
22

23. 12/9/2013
Rác thành năng lượng
Được mở từ năm 1988, Metro Vancouver cơ sở rác thành năng
lượng(WTEF) đã đóng vai trò quan trọng trong hệ thống quản lý
chất thải rắn, được sở hữu bởi Metro Vancouver, cơ sở này được
vận hành và bảo trì bởi công ty năng lượng tái tạo Covanta
Burnaby. Cơ sở này đảm bảo rác thải được quản lý theo chuẩn
an toàn môi trường , tạo ra nguồn năng lượng tái tạo và giá trị;
hơi nước và điện.
Cơ sở rác thải thành năng lượng(WTEF) được đặt tại khu
thương mại/công nghiệp phía nam của Burnaby, New Westminter
và bờ Bắc, chịu trách nhiệm tiêu hủy 25% lượng rác thải khu vực
một cách an toàn về môi trường.
Mỗi năm WTEF biến 280,000 tấn rác thải thành hơi nước và điện.
Hơi nước được bán cho cơ sở tái chế giấy,trong khi đó điện được
bán cho BC Hydro, đủ cung cấp cho 15,000 hộ dân.
Những quy định nghiêm ngặt và quản lý môi trường xác nhận
rằng WTEF là một trong những cơ sở sạch nhất trong số những
cơ sở này. Hiệp hội chất thải rắn Bắc Mỹ (SWANA) công nhân nó
là một cơ sở tốt nhất trên lục địa.
45
Waste incineration
See the
fact sheet
Module 1
46
23

24. 12/9/2013
Khí hóa sinh khối
• Sơ đồ
Module 1
47
Biomass gasification
• Schematic
Module 1
48
24

25. 12/9/2013
Khí hóa sinh khối
• Online Movie Phim trực tuyến giải thích quá trình hóa khí của
năng lượng sinh khối.
Module 1
49
Biomass gasification
• Online Movie explaining biomass gasification
Module 1
50
25

26. 12/9/2013
Dự án khí hóa sinh khối Gothenburg
Trong những năm 80, mạng lưới khí tự nhiên được xây dựng tại khu vực phía tây và
nam Thụy Điển.
Với khi thiên nhiên từ Đan Mạch. Mạng lưới này là một phần quan trọng chuyển đổi
năng lượng tái tạo.
Gothernburg đã đầu tư nhiều vào khí sinh học và xem khí sinh học là một nguồn
năng lượng quan trọng nhất trong tương lai. Một trong những lợi ích chủ yếu của khí
sinh học là bạn có thể sử dụng mạng lưới khí tự nhiên để phân phối. Khí tự nhiên
thành chiếc cầu cho khí sinh học tái tạo.
Dự án khí hóa sinh khối Gothenburg, GobiGas, là tên của của dự án đầu tư quy mô
lớn sản xuất khí sinh học bằng cách khí hóa nhiên liệu sinh học và chất thải từ lâm
nghiệp. Dự án được triển khai với đối tác E.O.N và nhận được viện trợ tài chính là
222 triệu vào tháng 9 từ cơ quan năng lượng Thụy Điển, là một trong số 3 dự án
được ủy Ban Châu Âu chấp thuận. Năm 2020 công ty Goteborg dự kiến cung cấp
lượng khí sinh học tương đương 1 TWh. Chiếm 30% lượng cung hiện tại trong công
51
ty Gothenburg hoặc cung cấp nhiên liệu cho 100 000 xe hơi.
• Schematic
Module 1
52
26

27. 12/9/2013
Nhiệt phân
53
Pyrolysis
54
27

28. 12/9/2013
Phân hủy yếm khí
Thực vật và phế thải
Module 1
55
Anaerobic digestion
Module 1
56
28

29. 12/9/2013
Phân hủy yếm khí
Module 1
57
Anaerobic digestion
Module 1
58
29

30. 12/9/2013
Nhà máy Rác thành NL khí sinh
học ở Namakkal , Ấn Độ
Mabagas
Giữ 50% cổ phần Magabas IOT, chúng tôi vận hành nhà máy khí sinh học 2.4
MW ở miền nam Ấn Độ năm 2012.Hàng năm nhà máy sản xuất nhiệt, điện và
phân từ hơn 110,000 tấn phân gia cầm và các phế thải hữu cơ và vật liệu thải
từ khu vực đó.Công ty IOT Mabaga tự ý thức được việc kiềm chế sử dụng năng
lượng tái tạo để tránh cạnh tranh với sản xuất lương thực.
Nhà máy là nhà máy lên men ướt một lớp, bao gồm 4 bể lên men với tổng khối
lượng là 16,000 m3. Trong quá trình vận hành công suất này cho phép sản xuất
8 triệu m3 hay 40 triệu KWh khí sinh học hàng năm và tiếp đến là chuyển hóa
thành năng lượng sử dụng hai nhà máy liên kết nhiệt và điện với 1.3 MW cho
mỗi nhà máy.
Khi hoạt động đủ công suất, nhà máy có thể tạo ra một lượng điện đủ cho nhu
cầu của trên 5000 hộ dân Ấn Độ,Chất thải trong quá trình trên được tách và
phơi khô và sau đó được sử dụng làm phân bón cho các diện tích đất nông
nghiệp ở xung quanh.
59
Module 1
60
30

31. 12/9/2013
Đánh giá/ thảo luận bàn tròn
Lựa chọ kỹ thuật nào đã được trình bày có thể hấp
dẫn nhất cho việc thúc đẩy phát điện nối lưới từ
năng lượng sinh học?
Ưu điểm và nhược điểm cụ thể của các công nghệ
khác nhau dưới góc nhìn của người Việt Nam?
Module 1
61
Intermediate assessment / roundtable:
Which of the presented technical options might
be the most attractive for the promotion of ongrid power generation from bioenergy ?
What are specific advantages or disadvantages of
the different technologies from the Vietnamese
point of view?
Module 1
62
31