Tài liệu Đánh giá tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn tại thành phố Bắc Ninh Luận văn ThS. Khoa học môi trường và bảo vệ môi trường

Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Thị Hồng Linh ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NĂNG LƢỢNG TỪ CHẤT THẢI RẮN TẠI THÀNH PHỐ BẮC NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2012 Nguyễn Thị Hồng Linh K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Thị Hồng Linh ĐÁNH GIÁ TIỀM NĂNG NĂNG LƢỢNG TỪ CHẤT THẢI RẮN TẠI THÀNH PHỐ BẮC NINH Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 608502 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải Hà Nội - Năm 2012 Nguyễn Thị Hồng Linh K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 DANH MỤC ẢNH, BẢNG VÀ HÌNH Trang Danh mục ảnh Ảnh 1. Rác thải đổ bừa bãi ven đƣờng 53 Ảnh 2. Công nhân thu gom rác bằng xe đẩy tay 53 Ảnh 3. Bãi rác Đồng Ngo - Thành phố Bắc Ninh 54 Ảnh 4. Các hoạt động thu gom, tái chế rác thải công nghiệp 55 Ảnh 5. Nguồn phát sinh chất thải y tế 56 Ảnh 6. Hệ thống lò đốt chất thải y tế (Incicon) - Bệnh viên Đa khoa tỉnh Bắc Ninh 56 Ảnh 7. Lò đốt chất thải y tế (VHI – 18 B) - Bệnh viện Lao phổi Bắc Ninh 56 Danh mục bảng Bảng 1. Công suất (MW) các nguồn điện năng lƣợng tái tạo trong giai đoạn 2008 - 2015 11 Bảng 2. Tình hình thiêu hủy rác đô thị ở một số nƣớc phát triển 19 Bảng 3. Nguồn phát sinh chất thải rắn đô thị 28 Bảng 4. Thống kê các bệnh viện, trung tâm y tế, phòng khám, trạm y tế trên địa bàn thành phố Bắc Ninh 57 Bảng 5. Khối lƣợng rác thải phát sinh của TP Bắc Ninh 60 Bảng 6. Phân loại rác thải theo thành phần 61 Bảng 7. Kết quả phân loại thành phần rác thải cho khu thu nhập thấp của thành phố Bắc Ninh 62 Bảng 8. Kết quả phân loại thành phần rác thải cho khu thu nhập vừa của thành phố Bắc Ninh 64 Nguyễn Thị Hồng Linh K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 Bảng 9. Kết quả phân loại thành phần rác thải cho khu thu nhập cao của thành phố Bắc Ninh 66 Bảng 10. Kết quả phân loại thành phần rác thải cho khu vực chợ của thành phố Bắc Ninh 68 Bảng 11. Kết quả phân loại thành phần rác thải công viên/vƣờn hoa của thành phố Bắc Ninh 70 Bảng 12. Phân loại thành phần các loại rác thải sinh hoạt khi cháy sinh ra năng lƣợng tại thành phố Bắc Ninh 72 Bảng 13. Giá trị nhiệt trị và năng lƣợng sinh ra từ quá trình đốt rác thải trong lò đốt 73 Bảng 14. Dự báo khối lƣợng chất thải rắn phát sinh từ sinh hoạt, công nghiệp, y tế và tiềm năng năng lƣợng sinh ra khi đốt chúng (tính với lƣợng CTR phát sinh trong 1 ngày) 76 Danh mục hình Hình 1. Tỷ lệ sử dụng nguồn năng lƣợng thế giới ở các nƣớc khác nhau 4 Hình 2: Sơ đồ dòng nguyên vật liệu và sự phát sinh chất thải 24 Hình 3. Tác động của việc quản lý không hợp lý chất thải rắn đô thị 27 Hình 4. Vị trí địa lý thành phố Bắc Ninh 46 Nguyễn Thị Hồng Linh K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN.................................................................................................. 3 1.1. Tổng quan lịch sử về năng lƣợng..................................................................................... 3 1.2. Các nguồn năng lƣợng của loài ngƣời........................................................................... 4 1.3. Nghiên cứu khai thác các nguồn năng lƣợng tái tạo (NLTT) trên thế giới ........................... 7 1.4. Nghiên cứu khai thác năng lƣợng tái tạo ở Việt Nam .................................................. 9 1.4.1. Năng lượng bức xạ mặt trời........................................................................................12 1.4.2. Năng lượng gió ...........................................................................................................13 1.4.3. Thủy điện nhỏ .............................................................................................................15 1.4.4. Năng lượng sinh học ..................................................................................................16 1.4.5. Năng lượng từ chất thải rắn .......................................................................................18 1.5. Giới thiệu chung về chất thải rắn đô thị ......................................................................21 1.5.1. Khái niệm về chất thải rắn (CTR).............................................................................21 1.5.2. Sự phát sinh chất thải rắn đô thị và tác động của chất thải rắn đến sức khỏe cộng đồng và môi trƣờng sinh thái .....................................................................................22 1.5.3. Phân loại chất thải rắn đô thị ....................................................................................26 1.6. Các công nghệ xử lý và tái sử dụng chất thải rắn trên Thế giới và ở Việt Nam ..............31 1.6.1. Xử lý và tái sử dụng chất thải rắn ở các nƣớc trên Thế giới ....................................31 1.6.2. Xử lý và tái sử dụng chất thải rắn ở Việt Nam .........................................................36 1.6.2.1. Hiện trạng chất thải rắn ở Việt Nam .....................................................................36 1.6.2.2. Công nghệ tái chế/ thu hồi tài nguyên từ quá trình xử lý chất thải rắn (CTR) mới thí nghiệm ở Việt Nam .................................................................................................38 1.7. Giới thiệu về chính sách phát triển năng lƣợng tái tạo của Việt Nam ........................40 CHƢƠNG 2 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...................................43 2.1. Khu vực và đối tƣợng nghiên cứu ................................................................................43 2.1.1. Khu vực nghiên cứu:..................................................................................................43 2.1.2. Đối tƣợng nghiên cứu: ...............................................................................................45 2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu ......................................................................................45 2.2.1. Phƣơng pháp lấy mẫu ................................................................................................45 2.2.2. Phƣơng pháp tổng hợp tài liệu ..................................................................................46 2.2.3. Phƣơng pháp thống kê, điều tra, khảo sát ................................................................46 Nguyễn Thị Hồng Linh K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 2.2.4. Phƣơng pháp phân tích .............................................................................................46 2.2.5. Phƣơng pháp dự báo .................................................................................................47 CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..............................................49 3.1. Thực trạng công tác quản lý chất thải rắn thành phố Bắc Ninh ................................49 3.1.1. Nguồn phát sinh chất thải rắn ...................................................................................49 3.1.2. Hệ thống quản lý, thu gom và vận chuyển chất thải rắn thành phố Bắc Ninh .............49 3.2. Đặc điểm chất thải rắn .................................................................................................55 3.2.1. Chất thải rắn sinh hoạt:.............................................................................................55 3.2.2. Chất thải rắn công nghiệp .........................................................................................55 3.2.3. Chất thải rắn y tế .......................................................................................................55 3.2.4. Các loại chất thải rắn khác ........................................................................................56 3.3. Khối lƣợng chất thải rắn phát sinh, phân loại thành phần chất thải rắn tại thành phố Bắc Ninh .......................................................................................................................56 3.4. Tiềm năng năng lƣợng từ chất thải rắn trên địa bàn thành phố Bắc Ninh ................68 3.4.1. Phân tích nhiệt trị một số loại rác thải và tính toán tiềm năng năng lƣợng từ chất thải rắn.........................................................................................................................70 3.4.2. Dự báo khối lƣợng chất thải rắn phát sinh và tiềm năng năng lƣợng từ chất thải rắn tại thành phố Bắc Ninh .........................................................................................71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................................74 Kết luận: ..............................................................................................................................74 Kiến nghị: ............................................................................................................................75 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................76 Tiếng Việt: ...........................................................................................................................76 Tiếng anh: ............................................................................................................................77 Tài liệu Internet: .................................................................................................................78 Nguyễn Thị Hồng Linh K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 MỞ ĐẦU Hiện nay, khủng hoảng năng lượng không còn mang tính chất quốc gia mà lan rộng toàn cầu. Các nguồn năng lượng truyền thống, sẵn có trong tự nhiên đang dần cạn kiệt, suy giảm nghiêm trọng. Nếu con người không thực sự tỉnh táo để có những thay đổi kịp thời thì trong tương lai không xa nhân loại sẽ rơi vào tình trạng bất ổn về kinh tế, chính trị, xã hội, ô nhiễm môi trường nặng nề hơn. Việc tìm hiểu, nghiên cứu, đưa ra các phương án ứng dụng năng lượng tái tạo vào thực tế cuộc sống con người đang là nhu cầu bức thiết. Với sự phát triển của khoa học, kỹ thuật, các công nghệ mới ra đời đã giúp chúng ta có các hướng giải quyết khả thi hơn; một trong các dạng năng lượng tái tạo đó là năng lượng sinh khối, đặc biệt là chất thải rắn, nếu tận dụng được nguồn nguyên liệu này làm đầu vào để tạo ra các dạng năng lượng hữu ích thì nó vừa mang lại hiệu quả kinh tế lại vừa có ý nghĩa to lớn trong công tác bảo vệ môi trường. Bắc Ninh là một tỉnh nằm ở khu vực đồng bằng sông Hồng, nơi có tốc độ tăng trưởng kinh tế xã hội cao trong những năm gần đây, đặc biệt là thành phố Bắc Ninh. Bắc Ninh đang phấn đấu đến năm 2015 cơ bản sẽ trở thành tỉnh công nghiệp, nhưng bên cạnh phát triển kinh tế để đạt được mục tiêu trên tỉnh cũng cần quan tâm tới vấn đề bảo vệ môi trường. Trong tỉnh, Thành phố Bắc Ninh là trung tâm kinh tế, văn hóa, xã hội của cả tỉnh đang có những hành động tích cực nhằm giải quyết các vấn đề môi trường. Với việc mở rộng địa giới hành chính, phát triển công nghiệp đã tăng yêu cầu giải quyết lượng lớn chất thải rắn thành phố. Nếu chúng ta tận dụng được lượng chất thải rắn để tạo ra năng lượng hữu ích phục vụ cho sinh hoạt và sản xuất thì sẽ giảm rất nhiều chi phí so với việc xử lý bằng phương pháp chôn lấp hiện nay và góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do chất thải rắn. Vì những lý do trên đã gợi mở cho tác giả thực hiện đề tài: “Đánh giá tiềm năng năng lƣợng từ chất thải rắn tại thành phố Bắc Ninh”. Nguyễn Thị Hồng Linh 1 K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 Đề tài sẽ tập trung nghiên cứu một số vấn đề sau: - Xác định thành phần, đặc điểm và tính khối lượng chất thải rắn phát sinh tại thành phố Bắc Ninh. - Xác định nhiệt trị của một số chất thải rắn và năng lượng sinh ra từ chất thải rắn tại thành phố Bắc Ninh. - Dự báo khối lượng chất thải rắn và tiềm năng năng lượng từ chất thải rắn của thành phố Bắc Ninh những năm tiếp theo. Mục tiêu của đề tài: Thông qua khối lượng chất thải rắn và giá trị năng lượng tính toán được đánh giá xem thành phố Bắc Ninh có nên đầu tư xây dựng một nhà máy xử lý chất thải rắn bằng phương pháp đốt hay không. Nguyễn Thị Hồng Linh 2 K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan lịch sử về năng lƣợng Năng lượng là điều kiện tất yếu cho sự tồn tại và tiến hóa của mọi sinh vật. Năng lượng là một dạng tài nguyên quan trọng, cần thiết cho sự phát triển của xã hội loài người. Trong quá trình phát triển của xã hội loài người, nguồn năng lượng mà con người sử dụng thường xuyên dịch chuyển từ dạng này sang dạng khác. Dạng năng lượng thiên nhiên đầu tiên được con người sử dụng là năng lượng mặt trời dùng để soi sáng, sưởi ấm, phơi khô lương thực, thực phẩm, đồ dùng và nhiên liệu gỗ củi. Tiếp đó là năng lượng nước, gió, sức kéo của gia súc. Năng lượng khai thác từ than đá ngự trị trong thế kỷ XVIII - XIX. Năng lượng dầu mỏ thay thế vị trí của than đá trong thế kỷ XX và từng bước chia sẻ vai trò của mình với năng lượng hạt nhân. Các dạng năng lượng mới ít ô nhiễm như năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sinh khối….thu nhận được với những phương pháp và phương tiện công nghệ tiên tiến đang mở rộng phạm vi hoạt động của mình. Nhu cầu năng lượng của con người tăng lên nhanh chóng trong quá trình phát triển. 100000 năm trước công nguyên, mỗi ngày một người tiêu thụ khoảng 4000 đến 5000 Kcal. 500 năm trước công nguyên tăng lên 12000 Kcal. Đầu thế kỷ XV lên tới 26000 Kcal, giữa thế kỷ XIX là 70000 Kcal và hiện nay trên 200000 Kcal [6]. Tỷ lệ năng lượng được khai thác theo các nguồn khác nhau thay đổi theo từng loại quốc gia. Tại các nước công nghiệp phát triển các nguồn năng lượng thương mại chiếm phần lớn. Ngược lại, tại các nước đang phát triển, các nguồn năng lượng phi thương mại (gỗ, củi, phế thải nông nghiệp) lại chiếm phần chính. Nhìn chung mỗi loại nguồn năng lượng đều có ưu, nhược điểm riêng của mình. Do đó mỗi quốc gia cần có một hệ thống các nguồn năng lượng hoạt động kết hợp và bổ sung cho nhau, tạo nên một cơ cấu hợp lý về năng lượng. Tỷ lệ các nguồn năng lượng ở các quốc gia có nền kinh tế khác nhau trên thế giới được trình bày theo Hình 1. Khai thác và sử dụng năng lượng không ngừng tăng lên về tổng số lượng và bình quân cho từng người. Hoạt động đó đang tác động mạnh mẽ tới môi trường sống trên trái đất như tạo ra các dạng ô nhiễm, gia tăng hiệu ứng nhà kính [6]. Nguyễn Thị Hồng Linh 3 K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 Hạt nhân 5% Dầu Thuỷ điện Than 25% Dầu 38% Khí đốt Sinh khối Than Hạt nhân Sinh khối 3% Thủy điện 6% Khí đốt 23% a. Các nước công nghiệp Hạt nhân 1% Dầu 23% Than 28% Thủy điện 6% Khí đốt 7% Sinh khối 35% b. Các nước đang phát triển Hình 1. Tỷ lệ sử dụng nguồn năng lƣợng thế giới ở các nƣớc khác nhau 1.2. Các nguồn năng lƣợng của loài ngƣời Các nguồn năng lượng của Trái Đất có thể chia thành 3 nhóm lớn: + Năng lượng hóa thạch: than, dầu, khí đốt; + Năng lượng tái sinh nguồn gốc mặt trời: sinh khối thực vật, thủy điện, sóng, thủy triều, gió, ánh sáng mặt trời… + Năng lượng tàn dư của Trái đất: địa nhiệt, năng lượng hạt nhân. Nguyễn Thị Hồng Linh 4 K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 Một số dạng năng lượng và tác động của nó tới môi trường: * Than đá: Than đá là một dạng năng lượng mặt trời được tích trữ trong lòng trái đất. Trữ lượng các loại than đá trên toàn thế giới có thể đáp ứng nhu cầu của con người trong khoảng 200 năm nữa. Than đá được dùng làm nhiên liệu cho các nhà máy nhiệt điện, các hoạt động công nghiệp khác. Khai thác than đá bằng phương pháp lộ thiên tạo nên lượng đất đá thải lớn, ô nhiễm bụi, ô nhiễm nước, mất rừng. Khai thác than bằng phương pháp hầm lò hiện nay làm mất 50% trữ lượng, gây lún đất, ô nhiễm nước, tiêu hao gỗ chống lò và gây các tai nạn hầm lò. Chế biến và sàng tuyển than tạo ra bụi và nước thải chứa than, kim loại nặng. Đốt than tạo ra khí SO2, CO2 , NOx và các dạng ô nhiễm khác. Theo tính toán một nhà máy nhiệt điện chạy than công suất 1.000 MW hàng năm thải ra môi trường 5 triệu tấn CO2, 18.000 tấn NOX, 11.000 - 680.000 tấn phế thải rắn. Trong thành phần chất thải rắn, bụi, nước thải thường chứa kim loại nặng và chất phóng xạ độc hại. * Dầu mỏ và khí thiên nhiên: Dầu mỏ và khí thiên nhiên là dạng nhiên liệu hóa thạch lỏng hoặc khí, tồn tại trong lòng trái đất. Theo tính toán, dự trữ dầu mỏ và khí đốt đáp ứng cho việc sử dụng của loài người trong khoảng từ 30 - 40 năm nữa. Khai thác dầu mỏ tạo ra ô nhiễm dầu. Khai thác trên thềm lục địa gây lún đất, ô nhiễm dầu đối với đất, không khí, nước. Khai thác trên biển gây ô nhiễm biển (50% lượng dầu ô nhiễm trên biển gây ra là do khai thác trên biển). Chế biến dầu gây ô nhiễm dầu và kim loại nặng kể cả kim loại phóng xạ. Sử dụng dầu tạo ra các loại ô nhiễm tương tự như than. * Thủy điện: Tiềm năng thủy điện của thế giới ước tính vào khoảng 2214000 MW, riêng Việt Nam 30.970 MW chiếm 1,4% tổng trữ lượng thế giới. Hiện nay thế giới đã khai thác được trung bình 17% tiềm năng. Thủy điện được xếp vào loại năng lượng sạch không thải ra chất ô nhiễm. Tuy nhiên việc xây dựng các hồ chứa nước lớn và đập chắn có thể tạo ra các tác động lớn tới môi trường và tài nguyên thiên nhiên khu Nguyễn Thị Hồng Linh 5 K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 vực như động đất kích thích, thay đổi khí hậu thời tiết khu vực, mất đất canh tác, tạo ra lượng CH4 do phân huỷ chất hữu cơ lòng hồ, tạo ra các biến đổi thủy văn hạ lưu, tăng độ mặn nước sông, ảnh hưởng đến sự phát triển của các quần thể cá trên sông, tiềm ẩn tai biến môi trường. * Năng lượng hạt nhân: Năng lượng hạt nhân có hai dạng: năng lượng phân hủy chất phóng xạ như uran, thori và năng lượng tổng hợp hạt nhân các nguyên tố nhẹ như deterium và tritium. Hiện nay loại thứ nhất được khai thác dưới dạng các nhà máy điện hạt nhân, loại thứ hai có trữ lượng lớn, nhưng chưa đủ điều kiện khai thác quy mô công nghiệp. Nguồn năng lượng hạt nhân có ưu điểm không tạo nên các loại khí nhà kính như CO2, bụi. Tuy nhiên, các nhà máy điện hạt nhân hiện nay là nguồn gây nguy hiểm lớn về môi trường do chất thải phóng xạ, khí, rắn, lỏng và các sự cố nhà máy. Sự cố tại nhà máy điện hạt nhân Checnobyl tại Ucraina (Liên Xô cũ) hay gần đây nhất là vụ nổ nhà máy hạt nhân Fukushima tại Nhật Bản là những ví dụ điển hình về các thảm họa do các sự cố điện hạt nhân gây ra. Do vậy, việc vận hành các nhà máy điện hạt nhân tạo ra nguồn điện năng rất lớn nhưng cần đặc biệt chú trọng tới vấn đề an toàn hạt nhân và xử lý các sản phẩm thải bỏ từ nhà máy hạt nhân. * Các nguồn năng lượng truyền thống khác: gỗ, củi, năng lượng gió, thủy triều được sử dụng từ thời xa xưa trong nhiều lĩnh vực. Các nguồn năng lượng này thường tồn tại một cách phân tán. Việc khai thác và sử dụng chúng ở quy mô công nghiệp gặp nhiều khó khăn do hiệu suất chuyển hóa thành điện năng thấp, cần đầu tư lớn và chỉ tập trung nhiều ở các quốc gia có nền kinh tế phát triển (năng lượng gió và thủy triều). Việc khai thác gỗ, củi quá mức cũng gây nhiều vấn nạn như phá hủy tài nguyên rừng, thoái hóa đất, giảm đa dạng sinh học… gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng về sau [6][34]. * Năng lượng mặt trời và địa nhiệt: là hai dạng năng lượng sạch có tiềm năng nhất trên Trái Đất. Năng lượng mặt trời có thể biến đổi trực tiếp thành năng lượng nhờ tế bào quang điện hoặc gián tiếp qua các môi trường trung gian khác như nước. Năng lượng địa nhiệt dưới dạng các dòng nhiệt từ các lò mácma ở sâu trong lòng Trái Đất. Khu vực tập trung cao loại năng lượng này gần với khu vực hoạt Nguyễn Thị Hồng Linh 6 K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 động mạnh của vỏ Trái Đất (núi lửa, khe nứt, v v…). Việc khai thác loại năng lượng này đang được nghiên cứu và triển khai ở nhiều quốc gia phát triển trên thế giới. Khó khăn lớn nhất đối với việc phát triển các nguồn năng lượng sạch là nguồn vốn đầu tư và giá thành của điện năng cao. Do vậy, để điều tiết cơ cấu năng lượng theo hướng tăng cường các nguồn năng lượng hợp lý, việc đánh thuế đối với các nguồn gây ô nhiễm và việc nâng cao hiệu suất, giảm giá thành đối với nguồn năng lượng sạch là các điều kiện quan trọng nhất [6]. 1.3. Nghiên cứu khai thác các nguồn năng lƣợng tái tạo (NLTT) trên thế giới Khai thác nguồn năng lượng tái tạo nói chung để từng bước thay thế các nguồn năng lượng truyền thống đang ngày càng cạn kiệt và giảm thiểu ô nhiễm, hiệu ứng nhà kính là chiến lược về năng lượng của các nước trên thế giới, đặc biệt là các nước có nền công nghiệp phát triển. Viện Nghiên cứu Điện năng (EPRI) của Mỹ là một cơ quan nghiên cứu hàng đầu của thế giới về các phương pháp khai thác điện năng, đặc biệt tập trung vào các nguồn NLTT. Theo tính toán dự báo của EPRI vào năm 2030, nguồn điện khai thác được từ các nguồn NLTT là 737 TWh (1TW=10 12 kW). Cũng theo tạp chí của EPRI thì vấn đề cốt lõi là cần thiết phải đầu tư phát triển công nghệ khai thác các nguồn năng lượng tái tạo, EPRI cho rằng trong những năm tới công nghệ khai thác các nguồn NLTT như bức xạ mặt trời, sinh khối và năng lượng sóng sẽ được ưu tiên đầu tư . Trên toàn thế giới đã có 45 quốc gia thiết lập chương trình mục tiêu về năng lượng tái tạo. Đến giữa năm 2005, ít nhất 43 quốc gia đã có mục tiêu quốc gia về NLTT, bao gồm cả 25 nước EU. Liên minh Châu Âu đã đề ra mục tiêu cho toàn Châu Âu như sau: đạt 21% điện lượng và 12% của tổng năng lượng đến 2010. 43 quốc gia, 18 bang của nước Mỹ (và một quận của bang Columbia) và 3 tỉnh của Canada đã có những mục tiêu dựa trên các tiêu chuẩn về năng lượng tái tạo (mặc dầu cả Mỹ và Canada không có mục tiêu quốc gia về năng lượng tái tạo). Ngoài ra, 7 tỉnh của Canada cũng đang thiết lập các mục tiêu về NLTT. Phần lớn các mục tiêu Nguyễn Thị Hồng Linh 7 K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 quốc gia đều đưa ra tỷ lệ phần trăm năng lượng tái tạo trong tổng điện lượng, thông thường từ 5% đến 30%, tỷ trọng trong công suất xây lắp từ 1% đến 78%. Các mục tiêu khác là tỷ trọng trên tổng năng lượng sơ cấp, đặc biệt là công suất xây lắp, hoặc tổng điện lượng phát từ NLTT, bao gồm cả các nguồn nhiệt. Phần lớn các mục tiêu nhắm tới giai đoạn 2010 - 2012. 43 quốc gia có mục tiêu quốc gia bao gồm 10 nước đang phát triển: Brazil, Trung Quốc, Cộng hòa Dominic, Ai Cập, Ấn Độ, Malaysia, Mali, Philippin, Nam Phi và Thái Lan. Một số nước đang phát triển khác đang chuẩn bị đưa ra mục tiêu quốc gia về năng lượng tái tạo. Tại châu Á, một quỹ đầu tư cho năng lượng tái tạo với 50 triệu Euro đã được thiết lập và đặt trụ sở tại Thái Lan. Mục tiêu của quỹ này là tiến hành các trợ giúp và đầu tư cho các công ty và dự án khai thác năng lượng tái tạo tại khu vực châu Á. Theo dự kiến, quỹ sẽ trợ giúp cho 10 - 15 dự án khai khai thác năng lượng tái tạo với tổng trị giá của các dự án khoảng 200 - 400 triệu Euro và sản lượng khai thác sẽ đạt 150 - 500 MW. Mục tiêu của quỹ đầu tư là sẽ làm giảm 20 30 triệu tấn khí CO2 thải vào khí quyển. Trung Quốc, quốc gia tiêu thụ dầu mỏ lớn thứ hai thế giới, chỉ sau Mỹ, đã có nhiều kế hoạch tham vọng nhằm thúc đẩy năng lượng tái tạo. Những kế hoạch đó bao gồm việc nâng sản lượng điện từ năng lượng gió ở mức 570 MW hiện nay lên 20.000 MW vào năm 2020 và 50.000 MW vào năm 2030. Tại Nhật Bản, một trong những nước nhập khẩu dầu hàng đầu thế giới, các nhà sản xuất ô tô đang đầu tư mạnh vào pin nhiên liệu hydro dành cho các loại xe thế hệ mới. Vừa qua, Thủ tướng Ấn Độ kêu gọi các quan chức và giới khoa học tăng tốc độ phát triển các nguồn năng lượng tái tạo cho quốc gia tiêu thụ dầu lớn thứ ba Châu Á này. Để giảm lượng dầu mỏ tiêu thụ, Ấn Độ đã bắt đầu trộn xăng với ethanol cũng như tiến hành thử nghiệm một số loại phương tiện giao thông sử dụng hỗn hợp diesel sinh học chiết xuất từ thực vật và diesel dầu mỏ. Bộ Tài nguyên Năng lượng phi truyền thống của Ấn Độ ước tính nước này có tiềm năng sản xuất 80.000 MW điện từ các nguồn tái tạo. Tuy nhiên, hiện nay năng lượng tái tạo ở Ấn Độ mới đạt 5.000 MW, 50% trong số này có nguồn gốc từ năng lượng gió. Kể từ đầu những năm 80, Malaisia đã bắt đầu áp dụng chính sách nhằm đa dạng hóa các nguồn năng lượng. Tuy nhiên, do tương đối có sẵn các nguồn cung ứng nhiên liệu 8 K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Nguyễn Thị Hồng Linh Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 hóa thạch, nhất là dầu mỏ và khí đốt nên ngành năng lượng của Malaisia đã chú trọng chủ yếu vào việc phát triển và ứng dụng các dạng năng lượng phi tái tạo mà không có sự chú ý và phân bổ nguồn lực đúng mức cho các nguồn năng lượng tái tạo. Năm 1995, tỷ lệ năng lượng tái tạo được tiêu thụ trên toàn bộ nguồn năng lượng là 13%, trong đó 2/3 thu được từ nguồn sinh khối, 1/3 là thủy điện. Năng lượng mặt trời được dùng để đun nước và phát triển cho các vùng xa, nhưng mức độ đóng góp còn hết sức nhỏ. Tháng 7/2004, các loại xe của Chính phủ Philippin đã bắt đầu sử dụng nhiên liệu pha 1% methyl ester từ dừa. Philippin, quốc gia sản xuất điện địa nhiệt lớn thứ hai thế giới, muốn đầu tư hơn nữa vào ngành này nhằm giảm sự thiếu hụt điện hiện nay. Indonesia cũng đang đầu tư vào điện địa nhiệt nhằm đáp ứng nhu cầu điện tăng trưởng 10% của nước này [32] [33]. 1.4. Nghiên cứu khai thác năng lƣợng tái tạo ở Việt Nam Việt Nam, do điều kiện địa lý, là một nước có tiềm năng về các nguồn NLTT với nhiều dạng như năng lượng mặt trời, thủy điện, năng lượng sinh khối, năng lượng gió, năng lượng biển, năng lượng địa nhiệt. Trên quan điểm chỉ đạo nêu trong nghị quyết Đại hội IX của Đảng, để góp phần thực hiện thành công mục tiêu chiến lược phát triển kinh tế xã hội của Đảng, mục tiêu tổng quát phát triển ngành năng lượng Việt Nam trong giai đoạn tới là: “Khai thác và sử dụng hợp lý, có hiệu quả nguồn tài nguyên năng lượng trong nước; cung cấp đầy đủ năng lượng với chất lượng ngày càng cao, giá cả hợp lý cho phát tiển kinh tế - xã hội; Đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia; Đa dạng hóa phương thức đầu tư và kinh doanh trong lĩnh vực năng lượng, từng bước hình thành và phát triển thị trường năng lượng cạnh tranh; Đẩy mạnh phát triển nguồn năng lượng mới và tái tạo để đáp ứng cho nhu cầu, nhất là vùng sâu, vùng xa, biên giới, hải đảo; Phát triển nhanh, hiệu quả và bền vững ngành năng lượng, phát triển đi đôi bảo vệ môi trường”. Năng lượng hiện nay chủ yếu được cung cấp từ nguồn nhiên liệu hóa thạch Nguyễn Thị Hồng Linh 9 K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 không tái tạo, các nguồn này cuối cùng sẽ bị cạn kiệt. Do vậy, nhiều quốc gia đã chú ý hơn tới việc phát triển năng lượng tái tạo. Trong hơn một thập kỷ qua, tốc độ tăng trưởng trung bình của năng lượng tái tạo chung của cả thế giới là 8%/năm. Ở Việt Nam theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006 - 2015 có xét đến 2025 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 18 tháng 7 năm 2007, chương trình phát triển nguồn điện giai đoạn 2011 - 2015 đối với phương án phụ tải cơ sở (với nhu cầu điện 190 tỷ kWh vào năm 2015) được xác định có xem xét tới khả năng tham gia của năng lượng tái tạo trong hệ thống điện Việt Nam [4] [14] [15]. Nguyễn Thị Hồng Linh 10 K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 Bảng 1. Công suất (MW) các nguồn điện năng lƣợng tái tạo trong giai đoạn 2008 – 2015 ở Việt Nam Loại NLTT Năm 2008 Toàn quốc 11.83,7 Miền Bắc 411,6 Tổng điện năng 365,15 NL sinh học 44,6 NL mặt trời 0,504 NL gió 0,8 Địa nhiệt 0 Miền Trung 637,9 Tổng điện năng 579,8 NL sinh học 57 NL mặt trời 0,65 NL gió 0,45 Địa nhiệt 0 Miền Nam 134,3 Tổng điện năng 64,5 NL sinh học 56,1 NL mặt trời 0,5 NL gió 7,75 Địa nhiệt 0 2009 1.370,9 476,7 430,25 44,6 0,504 0,8 0 760,0 700,4 57 0,65 0,45 0 134,3 64,5 561 0,5 7,75 0 2010 1.495,9 505,7 456,75 44.6 0.504 0,8 0 798,5 700,4 67 0,65 28,45 0 191,8 64,5 59,1 0,5 60,25 0 2011 1.703,4 571,8 522,35 44,6 0,504 0,8 0 812,9 714,8 67 0,65 28,45 0 318,8 164,5 86,1 0,5 60,25 0 2012 1922,3 661,2 609,75 45,6 0,504 0,8 0 818,4 719,8 67 0,65 28,45 0 442,8 264,5 107,1 0,5 60,25 0 2013 2.104,3 688,7 631,75 50,6 0,504 0,8 0 936,9 814,8 72 0,65 28,45 18 478,8 274,5 112,1 0.5 80,25 0 2014 2.347,6 769,4 709,45 53,6 0,504 0,8 0 986,5 845,9 72 0,65 28,45 36 591,8 374,5 122,1 0,5 80,25 0 2015 2.603,0 825,0 748,8 66,6 0,8 0,8 0 1091,9 864,4 97 1 72,45 51 686,1 374,5 152,6 0,85 143,75 0 Nguồn: Viện năng lượng Việt Nam, Đề tài: “Nghiên cứu đánh giá tiềm năng các nguồn năng lượng biển chủ yếu và đề xuất các giải pháp khai thác”, mã số KC.09.19/06-10. Nguyễn Thị Hồng Linh 11 K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 1.4.1. Năng lượng bức xạ mặt trời Tính trung bình toàn quốc thì năng lượng bức xạ mặt trời là 4 - 5 kWh/m2 mỗi ngày. Tiềm năng điện mặt trời tốt nhất là vùng từ Thừa Thiên - Huế trở vào miền Nam và vùng Tây Bắc. Vùng Đông Bắc, trong đó có đồng bằng sông Hồng có tiềm năng kém nhất. Theo đánh giá của các chuyên gia, hiệu quả nhất của việc ứng dụng năng lượng mặt trời là thiết bị đun nước nóng sau đó là thiết bị pin mặt trời. Thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời: Bức xạ mặt trời sau khi đi qua một tấm kính, được mặt đen hấp thụ, có thể đun nước nóng tới 800C và nước được nối trực tiếp với bình nóng lạnh để tắm rửa hoặc đun nấu. Với việc sử dụng thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời có thể tiết kiệm một nguồn điện năng đáng kể trong các gia đình hoặc các nhà trẻ, bệnh viện, khách sạn. Giàn pin mặt trời: Do giá thành còn cao (8.000 đồng cho 1kWh) nên điện mặt trời chưa được dùng rộng rãi. Hiện mới chỉ có 5 hệ thống điện mặt trời lớn, trong đó có hệ thống ở Gia Lai, với tổng công suất 100 kWp (công suất cực đại khi có độ nắng cực đại). Chính phủ cũng đã đầu tư để xây dựng 100 hệ thống điện mặt trời gia đình và 200 hệ thống điện mặt trời cộng đồng cho cư dân ở các vùng đảo đông bắc với tổng công suất là 25 kWp. 400 hệ thống pin mặt trời gia đình nữa do Mỹ tài trợ đã được xây dựng cho các cộng đồng ở Tiền Giang và Trà Vinh với tổng công suất 14 kWp. Đã tổ chức nghiên cứu chế tạo và nhập các linh kiện để lắp ráp, đồng thời chuyển giao kỹ thuật của nước ngoài vào Việt Nam trong công tác ứng dụng pin mặt trời nhằm trang bị cho các miền nông thôn, hải đảo và miền núi để giải quyết ánh sáng và phục vụ dân sinh. Khu vực phía nam là nơi ứng dụng sớm nhất các giàn pin mặt trời phục vụ thắp sáng và sinh hoạt hàng ngày tại một số vùng xa lưới điện. Các trạm điện mặt trời với công suất từ 500 đến 1.000 Hp được lắp đặt tại các trung tâm xã để nạp điện ắc quy cho các gia đình đưa về nhà sử dụng. Các giàn pin mặt trời có công suất từ 250 đến 500 Hp được phục vụ thắp sáng cho các bệnh viện, trạm xá và Nguyễn Thị Hồng Linh 12 K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 cụm văn hóa cấp thôn. Đến nay, tại khu vực phía nam có khoảng 500 giàn pin mặt trời đã được lắp đặt và sử dụng. Tại khu vực miền bắc, việc ứng dụng nguồn pin mặt trời tiến hành chậm hơn nhưng triển khai với tốc độ rất nhanh. Công suất của các giàn dùng cho các hộ gia đình từ 40 đến 55 Hp, cho các trạm biên phòng từ 75 đến 100 Hp và cho các trạm văn hóa trung tâm xã là khoảng 200 Hp. Hệ thống năng lượng mặt trời lắp đặt cho các trạm thông tin và hải đảo chiếm khoảng 34% tổng số giàn pin mặt trời lắp đặt trong toàn quốc. Trong những năm gần đây, Cục Hàng hải Việt Nam đã nhập một số lượng lớn các giàn pin mặt trời để trang bị cho các phao tiêu hàng hải vùng cửa sông ven biển trên toàn quốc. Ngoại trừ các hỏng hóc do ngư dân địa phương gây ra, việc sử dụng các giàn pin mặt trời trên các phao tiêu hàng hải đạt kết quả rất hữu hiệu, đặc biệt là tại các vùng có sóng lớn, trong các điều kiện thời tiết khốc liệt như gió mùa, bão, khi việc thay bình ắc quy cho các trạm phao hết sức phức tạp. Tổ chức Khí tượng Thế giới đã ban hành hướng dẫn về tính bức xạ dùng cho mục đích khai thác năng lượng. 1.4.2. Năng lượng gió Nguồn năng lượng gió trên toàn bộ lãnh thổ nước ta hết sức dồi dào, đặc biệt là tại các vùng bờ thoáng, tại các vùng hải đảo và núi cao. Vào cuối những năm 80, đầu các năm 90, các loại động cơ gió phát điện có công suất nhỏ từ 150W đến 500W được triển khai áp dụng hàng loạt. Viện Năng lượng đã được Bộ Năng lượng (nay là Bộ Công Thương) giao nhiệm vụ nghiên cứu triển khai ứng dụng các động cơ gió phát điện với công suất nhỏ để lắp đặt cho các vùng hải đảo và vùng xa lưới điện, phục vụ cho chương trình điện khí hóa nông thôn của nhà nước. Viện Năng lượng đã chế tạo động cơ gió có công suất 150 W để áp dụng cho các hộ dân cư. Hiện nay có khoảng 30 động cơ gió loại này đã được chế tạo và đưa vào sử dụng. Trường đại học Bách khoa Hà Nội cũng đã triển khai ứng dụng một số mẫu động cơ gió để phát điện dùng cho các hộ gia đình với mỗi cụm gồm 3 động cơ có công suất 150 W. Trung tâm Năng lượng Tái tạo và Thiết bị Nhiệt, Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh đã lắp đặt trên 800 cột gió ở hơn 40 tỉnh thành, tập trung nhiều nhất gần Nha Trang (135 cột đang hoạt động). Nha Trang cũng là nơi có một trong Nguyễn Thị Hồng Linh 13 K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Khoa Môi trường 2012 hai làng sử dụng năng lượng gió duy nhất ở Việt Nam. Việc xây dựng các cột gió ở làng này do Bộ Khoa học và Công nghệ cùng với Hiệp hội Việt Nam - Thụy Sỹ tài trợ. Ngôi làng thứ hai nằm ở Cần Giờ với 50 cột gió đã được lắp đặt thông qua sự hỗ trợ của Pháp. Tuy nhiên đa số các cột gió trên có công suất thấp. Hiện còn có dự án xây dựng 20 cột gió với tổng công suất 15 MW tại khu bờ biển bán đảo Phương Mai, thành phố Quy Nhơn và một phần huyện Phù Cát, tỉnh Bình Định. Viện Năng lượng đang chuẩn bị nghiên cứu khả thi xây dựng các trang trại năng lượng gió quy mô lớn, một trong số đó là trang trại 20 MW ở Khánh Hòa. Tổng Công ty Điện lực Việt Nam dự định tài trợ để xây dựng một trang trại nữa với công suất 20 MW, cũng ở Khánh Hòa. Giá thành điện năng từ gió hiện ở vào khoảng 800 đồng/kWh. Chính phủ Việt Nam đã phê chuẩn dự án xây dựng trạm phát điện bằng sức gió với tổng công suất là 20 MW, gồm tổ hợp của 40 động cơ gió với công suất của mỗi động cơ là 500 kW. Giai đoạn đầu là 10 MW. Địa điểm xây dựng dự án tại đèo Tu Bông, tỉnh Khánh Hòa. Dự án được tiến hành dưới sự thiết kế kỹ thuật của hãng CENTIS, Cộng hòa Liên bang Đức. Tổng Công ty Điện lực Việt Nam EVN đã tiến hành nghiên cứu, đưa ra quy hoạch điện gió toàn quốc (2006-2007), đưa ra các phương án cấp điện cho 10 huyện đảo, trong đó chú trọng việc sử dụng năng lượng gió và năng lượng bức xạ với phụ trợ của máy phát điện diezen. Viện Năng lượng cũng đã trình Chính phủ bản đề án “Chiến lược, quy hoạch tổng thể nguồn năng lượng tái tạo ở Việt Nam năm 2007-2015, tầm nhìn 2025”. Tại đảo Bạch Long Vĩ tháng 12/2004 đã hoàn thành trạm phát điện bằng sức gió có công suất 850 kW. Sản lượng điện do tuốc bin gió phát ra trong năm 2005 là 212,605 kWh, năm 2006 là 10,062 kWh, chiếm tổng cộng 13% công suất phát của trạm. Tháng 6 năm 2006, hệ thống điều khiển của trạm bị hỏng, từ đó đến nay tuốc bin gió không hoạt động được. Ngày 27/8/2008 Tập đoàn Fuhrlaender AG, một trong những tập đoàn sản xuất tuốc bin điện gió hàng đầu của Đức đã bàn giao 5 tổ máy sản xuất năng lượng gió đầu tiên cho nhà máy phong điện tại tỉnh Bình Thuận có công suất 30 MW với tổng số vốn đầu tư giai đoạn 1 là hơn 817 tỷ đồng do Công Nguyễn Thị Hồng Linh 14 K18 Cao học Khoa học Môi trƣờng