Nhà máy điện nổi – một niềm hy vọng của cuộc đua marathon ngành điện quốc gia

Đẩy nhanh tiến độ đưa vào vận hành các dự án nguồn điện đang triển khai, chạy hết công suất các nhà máy điện hiện hữu, xây dựng các tuyến đường dây đấu nối để giải toả công suất các dự án điện năng lượng tái tạo, khuyến khích sử dụng năng lượng tiết kiệm, mua điện từ Trung Quốc và Lào, bổ sung các nguồn điện mới… Việt Nam đã và đang chứng kiến rất nhiều nỗ lực để đảm bảo cung cấp đủ điện cho phát triển kinh tế-xã hội và nhu cầu sinh hoạt của nhân dân, với những giải pháp quyết liệt được Bộ Công Thương và Tập Đoàn Điện lực Việt Nam thực hiện.

Tuy nhiên, trong ngành điện, không phải nhanh là đủ, mà ví như một cuộc đua marathon, còn phải bền sức và nhẫn nại. Việc đầu tư và đưa vào vận hành đối với một dự án nguồn điện mới phải tuân thủ các quy định và trình tự thủ tục đầu tư dự án, đòi hỏi nhiều thời gian và các giải pháp đồng bộ. Vấn đề đặt ra là, giải pháp nào có tính khả thi cao nhất để nhanh chóng bổ sung lượng thiếu hụt công suất hệ thống trong giai đoạn 2021-2025 trước mắt?

Một giải pháp cấp điện khẩn cấp đang được Công ty Cổ phần Tư Vấn Xây Dựng Điện 2 (PECC2) nghiên cứu, chính là mô hình nhà máy điện nổi trên biển. Ý tưởng này được đánh giá là một trong số những giải pháp có khả năng cung cấp điện cấp bách khi một khu vực xảy ra thiếu điện cục bộ, giúp cấp điện cho hải đảo, vùng sâu, vùng xa hoặc khu vực có nhiều dự án năng lượng tái tạo nối lưới.

Đạt hiệu suất hơn 60% ở nhà máy điện nổi áp dụng công nghệ tua-bin khí chu trình hỗn hợp

Nhà máy điện nổi là tổ hợp phát điện trên mặt nước (biển hoặc sông) bao gồm các tổ máy phát điện sử dụng công nghệ tua-bin khí chu trình đơn, chu trình hỗn hợp (CTHH) hoặc động cơ Diesel. Cùng với nhà máy điện, trạm biến áp và kho chứa nhiên liệu được lắp đặt trên các phương tiện nổi có thể là trên xà lan, tàu biển hoặc các modun nổi chuyên dụng. Điện được truyền tải vào bờ kết nối với hệ thống điện bằng các tuyến cáp ngầm, cáp nổi hoặc đường dây trên không.

Phương án nhà máy điện nổi dùng động cơ đốt trong (diesel) có lợi thế về linh hoạt trong lựa chọn dải công suất phát khoảng 30MW đến 600MW, gọn nhẹ, thời gian lắp đặt nhanh, không hạn chế số lần khởi động, nhiên liệu phục vụ phát điện loại hình này rất đa dạng có thể sử dụng dầu nặng HFO, dầu Diesel hoặc khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG). Tuy nhiên phát điện bằng động cơ diesel có hiệu suất thấp, chỉ ở mức khoảng 45% và chi phí đầu tư lớn, do đó, giá thành điện cao. Trong khi nếu nhà máy phát điện nổi áp dụng công nghệ tua-bin khí CTHH sử dụng LNG sẽ có hiệu suất cao trên 60%, sẽ cho giá thành sản xuất điện thấp hơn. Đặc biệt công suất nhà máy điện nổi loại hình này dao động trong dải rất rộng, có khả năng đạt tới 1.500MW, lớn hơn nhiều so với nhà máy sử dụng động cơ Diesel.

Hình 1. Sơ đồ nhà máy điện nổi tích hợp sử dụng động cơ Diesel (Nguồn Karpowership)

Hiện nay trên thế giới đã và đang nghiên cứu áp dụng nhiều mô hình nhà máy điện nổi để phát điện bao gồm cả nhà máy điện hạt nhân nổi. Loại hình nhà máy điện nổi được thiết kế lắp đặt phù hợp với cả địa hình vùng biển nước nông và nước sâu. Trong trường hợp vùng biển nước nông, họ thường sử dụng loại hình lắp đặt nhà máy điện trên xà lan biển phân khúc theo các cụm mô-đun riêng rẽ (mô-đun nhà máy điện và mô-đun chứa nhiên liệu), dải công suất phát ở mức từ nhỏ đến trung bình, khoảng từ 30-600MW. Trong trường hợp vùng biển nước sâu, nhà máy điện thường lắp đặt tích hợp trên cùng một con tàu hoặc xà lan biển trọng tải lớn, dải công suất phát lớn và có thể lên đến 1.500MW.

Hình 1-2 biểu diễn sự phân nhóm dựa theo giá trị công suất gió sử dụng kỹ thuật FCM, hay nói cách khác, thông qua quá trình thử và sai, các giá trị công suất gió đã được phân thành 3 nhóm khác nhau. Trong đó, các điểm màu đỏ, xanh dương và xanh lá lần lượt đại diện cho các nhóm công suất cao, trung bình và thấp. Các điểm màu đen còn lại được xác định có khả năng thuộc cả hai nhóm.

Hình 2. Sơ đồ nhà máy điện nổi bố trí theo từng cụm mô-đun, công nghệ tua bin khí CTHH sử dụng LNG (Nguồn SIEMENS)
1-Tàu chở LNG
2-Cụm kho chứa và tái hoá LNG
3-Cụm mô-đun nhà máy điện nổi

Bài toán vị trí neo đậu cho nhà máy điện nổi

Vị trí neo đậu nhà máy điện nổi tốt nhất là khu vực biển có độ sâu lớn, kín gió hoặc trong khu vực bể cảng được bảo vệ bởi các tuyến đê chắn sóng, hạn chế dao động của tàu khi bão to sóng lớn. Các tổ máy phát điện tua bin khí hoặc tua bin hơi sẽ tự động dừng khi các giá trị dao động của tàu, xà lan vượt quá ngưỡng cho phép.

Nhà máy điện nổi có thể bố trí neo đậu xa bờ hoặc gần bờ. Trường hợp gần bờ thường áp dụng cho loại hình công suất nhỏ, hoặc cấu hình nhà máy theo từng cụm riêng rẽ có mớn nước nông và được neo đậu trực tiếp vào bến cập tàu, kết nối với bờ bằng cầu dẫn (trường hợp này thường gọi là neo có bến). Trường hợp nhà máy điện có công suất lớn, mớn nước sâu sẽ được bố trí thả neo ngoài khơi (neo không bến), hệ thống neo đậu thường thiết kế đồng bộ theo đặc điểm tàu. Việc truyền tải điện vào bờ sử dụng cáp ngầm trên biển hoặc đường dây trên không. Việc cung cấp nhiên liệu cho nhà máy điện nổi được thực hiện theo đường biển, thường áp dụng giải pháp sang mạn (ship to ship).

Hình 3. Sơ đồ nhà máy điện nổi bố trí tích hợp trên tàu biển, công nghệ tua bin khí CTHH sử dụng LNG (Nguồn Modec, Inc)

Tại sao cần ưu tiên phát triển mô hình nhà máy phát điện nổi trên biển cho giai đoạn 2021-2025?

Mô hình nhà máy phát điện nổi trên biển được đánh giá là có nhiều ưu điểm:

• Tiến độ triển khai tại địa điểm nhanh do được lắp ráp tại nhà máy đóng tàu có đặc trưng chuyên môn hóa cao
• Có thể di chuyển từ địa điểm này đến địa điểm khác một cách nhanh chóng
• Không chiếm diện tích đất, không phụ thuộc vào điều kiện địa chất
• Không mất thời gian cho công tác giải phóng, đền bù, tái định cư
• Khi neo đậu trên vùng nước sâu, việc cung cấp nhiên liệu trên biển bằng tàu trọng tải lớn sẽ dễ dàng hơn và có chi phí thấp hơn so với làm kho cảng cố định trên bờ
• Giải pháp cung cấp nước làm mát thuận lợi với nguồn nước dồi dào có sẵn
• Không bị ảnh hưởng bởi động đất và lũ lụt

Trên thế giới, thị trường cung cấp nhà máy điện nổi trên biển rất đa dạng, được phân theo 2 nhánh. Một bên là các nhà máy chế tạo, đóng mới tàu biển (Shipyard) và một bên là nhà cung cấp và lắp đặt thiết bị phát điện trên tàu. Các nhà máy chế tạo đóng mới tàu biển nổi tiếng phải kể đến là Karpowership; Chiyoda Corporation; Samsung Heavy Industries Co., Ltd; Hyundai Heavy Industries Co., Ltd; Modec Inc; Mitsui O.S.K. Lines.,Ltd; Mitsubishi Heavy Industries, Ltd… Các nhà cung cấp thiết bị phát điện trên tàu bao gồm General Electric; Siemens AG; Wartsila; Man Diesel & Turbo SE; Caterpillar, Inc; Hyundai; Mitsubishi...

Hiện nay, PECC2 – với vai trò là đơn vị tư vấn có bề dày kinh nghiệm phát triển các dự án nguồn điện cũng như hệ thống lưới điện trung và cao áp - đã được Tập Đoàn Điện Lực Việt Nam giao nhiệm vụ khảo sát, nghiên cứu và lựa chọn các địa điểm tiềm năng để báo cáo EVN xem xét vị trí neo đậu nhà máy điện nổi trên biển. Địa điểm này dự kiến sẽ thuộc các tỉnh ven biển từ Hà Tĩnh trở vào đến Cà Mau, Kiên Giang.

Nhiều nhà cung cấp dịch vụ phát điện nổi trên biển cũng đã tìm đến PECC2 như là một đối tác tin cậy trong nước để hợp tác trong giai đoạn triển khai dự án và giai đoạn vận hành nhà máy điện nổi. Các nhà đầu tư hy vọng với sự hợp tác của PECC2, dự án sẽ được triển khai nhanh chóng, hiệu quả, góp phần giải quyết áp lực thiếu hụt nguồn điện của Việt Nam.

Chọn hình thức đầu tư nào cho nhà máy điện nổi: Xây mới, thuê định hạn hay hợp đồng PPA?

Việc triển khai nhà máy điện nổi trên biển có thể áp dụng theo 1 trong 3 hình thức là đầu tư trang bị, thuê định hạn hoặc thông qua hợp đồng PPA (hợp đồng mua bán điện). Vậy áp dụng hình thức nào mới là tối ưu?

Trường hợp đầu tư trang bị, nhà máy điện nổi trên biển có thể được thực hiện theo hai dạng: đầu tư chế tạo mới hoàn toàn hoặc hoán cải từ các tàu chở dầu thô hoặc tàu LNG trọng tải lớn đã hết niên hạn sử dụng. Thông thường, thời gian đóng mới mất khoảng 48 đến 54 tháng, trong khi hoán cải từ tàu cũ có thể giảm được một nửa thời gian, còn khoảng 24 đến 36 tháng, với cùng công suất phát điện. Đó là chưa tính đến thời gian lập dự án đầu tư xây dựng công trình và các thủ tục trình duyệt có liên quan. Vì vậy, nếu áp dụng phương thức đầu tư trang bị, khó khả thi để đáp ứng được tiến độ đưa vào vận hành giai đoạn 2021-2025.

Hình thức thuê định hạn hoặc mua điện thông qua hợp đồng PPA được đánh giá là phù hợp hơn, do khả năng giao hàng nhanh đáp ứng kịp tiến độ bổ sung công suất cho hệ thống điện. Với hình thức mua điện thông qua hợp đồng PPA, bên mua điện sẽ ký hợp đồng mua bán điện (PPA) với nhà cung cấp và mua điện tại điểm tiếp bờ. Nhà cung cấp đã có sẵn cụm tổ máy phát điện nổi để di chuyển phương tiện đến địa điểm quy định theo hợp đồng PPA, hoàn tất công tác cho việc neo đậu và phát điện lên lưới. Thời gian triển khai đối với hình thức này rất nhanh, ước tính khoảng từ 3 đến 6 tháng, với dải công suất phát khoảng 30-620MW.

Chi phí cho nhà máy điện nổi phụ thuộc những gì?

Giá thành phát điện của nhà máy điện nổi phụ thuộc vào nhiều yếu tố, liên quan đến địa điểm neo đậu, công suất, thời hạn hợp đồng, công nghệ áp dụng và loại nhiên liệu sử dụng cho phát điện.

Do đặc thù làm việc trên biển nên chi phí vận hành nhà máy điện nổi cao hơn so với vận hành nhà máy điện cùng loại nằm trên đất liền. Các chi phí này phải kể đến là chi phí nhân công vận hành nhà máy điện trên tàu, chi phí thuỷ thủ đoàn, chi phí nhiên liệu và dầu cho máy phát điện tự dùng và hơi nước trên tàu, dịch vụ hỗ trợ vận hành, xử lý và vận chuyển chất thải sinh hoạt vào bờ, chi phí xử lý nước biển thành nước ngọt phục vụ nhu cầu kỹ thuật và sinh hoạt, chi phí bảo hiểm làm việc trên biển…

Vị trí địa điểm neo đậu nhà máy điện nổi, phụ thuộc điều kiện biển, cũng có ảnh hưởng quyết định đến giá thành phát điện, với các yếu tố cần tính đến như: khả năng vận tải cung cấp nhiên liệu cho nhà máy, thông số kỹ thuật phương tiện nổi, khoảng cách từ vị trí neo đậu tới bờ, khả năng giải toả công suất, khối lượng xây dựng hệ thống lưới điện đồng bộ đến điểm đấu nối …

Tất cả các yếu tố trên cần phân tích, đánh giá và lựa chọn tối ưu để phát triển thành công mô hình nhà máy điện nổi với chi phí cạnh tranh.

Tóm lại, có thể thấy mô hình nhà máy điện nổi, đặc biệt ở hình thức mua điện thông qua hợp đồng PPA, là một trong các giải pháp cung ứng điện khả thi và tiềm năng trong trường hợp khẩn cấp, cần bổ sung nhanh nguồn điện.

Tuy nhiên, giải pháp này đang gặp hai trở ngại lớn là hiện chưa có khung pháp lý để thực hiện, cũng như chưa có cơ chế giá mua điện đặc thù và phù hợp với việc huy động loại nguồn điện này. Vượt qua được hai  thách thức này, “giấc mơ” giải toả được cơn khát điện giai đoạn 2021-2025 bằng việc huy động nhiều nguồn điện khác nhau có triển vọng thành hiện thực.

Thực hiện: Vũ Huy Bích