Năng lượng nhiệt điện là gì? Cơ chế vận hành của nhà máy nhiệt điện

1.1 Năng lượng nhiệt điện là gì?

Nhiệt điện là phương pháp sản xuất điện bằng cách chuyển đổi năng lượng nhiệt thành điện năng. Quá trình này thường sử dụng hơi nước hoặc nước nóng để tạo ra động năng, sau đó truyền qua tuabin để sản xuất điện. Nhiệt điện có thể được tạo ra từ nhiều nguồn năng lượng tự nhiên và năng lượng nhân tạo. Một số nguồn chính bao gồm:

• Nhiên liệu hóa thạch: Than, dầu, và khí tự nhiên được đốt cháy để tạo ra nhiệt năng.
• Năng lượng mặt trời: Ánh sáng mặt trời được hấp thụ để tạo nhiệt, đặc biệt trong các nhà máy điện mặt trời.
• Năng lượng địa nhiệt: Nhiệt từ bên trong lòng đất được khai thác thông qua các hệ thống năng lượng địa nhiệt.
• Năng lượng sinh khối: Các vật liệu hữu cơ như gỗ và chất thải được đốt cháy để tạo ra năng lượng.

Mặc dù năng lượng tái tạo sẽ ngày càng phát triển trong những năm tới và sự phụ thuộc vào các nguồn nhiệt điện - đặc biệt là than - cần được giảm bớt, nhưng chúng vẫn sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng trong tương lai gần. Nhìn chung, nhiệt điện vẫn giữ vai trò quan trọng trong hệ thống điện quốc gia. Tuy nhiên, để đảm bảo tính bền vững và giảm tác động môi trường, cần áp dụng công nghệ hiện đại và kết hợp sử dụng các nguồn năng lượng thay thế.

1.2 Các loại hình nhiệt điện phổ biến

Dựa trên loại nhiên liệu hoặc nguồn năng lượng sử dụng, nhiệt điện có thể được phân thành nhiều loại khác nhau. Một số loại hình nhiệt điện phổ biến như:

• Nhiệt điện than: là loại hình nhiệt điện phổ biến nhất ở Việt Nam, sử dụng than đá làm nhiệt để tạo ra điện. Nhược điểm của loại hình này và việc phát thải CO2 và bụi mịn, gây ô nhiễm môi trường. Việt Nam cũng đang trong lộ trình chuyển đổi các nhà nhà máy nhiệt điện than nhằm giảm lượng phát thải carbon.
• Nhiệt điện khí thiên nhiên hóa lỏng LNG: sử dụng khí tự nhiên (thường là khí metan) làm nhiên liệu để đốt cháy, tạo ra nhiệt lượng cho quá trình sản xuất điện. Tại các khu vực kinh tế trọng điểm như Quảng Ninh, Nhơn Trạch… các dự án điện khí được xác định là một trong những mục tiêu quan trọng và được đẩy mạnh phát triển.
• Nhiệt điện sinh khối (biomass): sử dụng nguyên liệu là sinh khối và một số chất thải công nghiệp có nguồn gốc sinh học. Với nguồn tài nguyên sinh khối dồi dào, thị trường Việt Nam hứa hẹn nhiều tiềm năng phát triển cho nguồn điện sạch này.
• Nhiệt điện năng lượng mặt trời tập trung - CSP: chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành nhiệt năng. Loại hình nhiệt điện này phù hợp với các khu vực có cường độ bức xạ mặt trời trực tiếp tốt.

>>Tìm hiểu thêm: Ưu và nhược điểm của năng lượng mặt trời

2.1 Nhà máy nhiệt điện là gì? Cơ chế hoạt động của nhà máy nhiệt điệt

Nhà máy nhiệt điện sản xuất điện bằng cách đốt cháy nhiên liệu hóa thạch như than, dầu hoặc khí đốt. Nhiệt lượng sinh ra từ quá trình đốt nhiên liệu được dùng để tạo hơi nước, sau đó hơi nước này làm quay tuabin để phát điện. Sau khi thực hiện công việc, hơi nước được làm nguội, ngưng tụ thành nước và tiếp tục được tái sử dụng trong chu trình sản xuất.

Chu trình sản xuất điện trong nhà máy nhiệt điện bao gồm những bước sau:

• Đốt nhiên liệu để tạo ra nhiệt: Quá trình bắt đầu bằng việc tạo ra nhiệt lượng cao bằng cách đốt nhiên liệu hóa thạch (than, khí tự nhiên) hoặc sử dụng phản ứng hạt nhân. Trong một số ngành công nghiệp, nồi hơi điện cũng được sử dụng.
• Đun sôi nước: Nhiệt lượng này được dùng để đun sôi nước trong nồi hơi áp suất cao, tạo ra hơi nước có năng lượng lớn.
• Hơi nước làm quay tuabin: Hơi nước áp suất cao được dẫn vào tuabin hơi, làm quay cánh quạt giống như một chiếc quạt khổng lồ. Tuabin này kết nối trực tiếp với máy phát điện.
• Chuyển hóa năng lượng cơ học thành năng lượng điện: Khi tuabin quay, máy phát điện sẽ chuyển động năng thành điện năng, cung cấp cho lưới điện quốc gia.
• Tái chế nhiệt: Sau khi thực hiện công việc, hơi nước đi ra khỏi tuabin với áp suất thấp nhưng vẫn còn nóng.
• Làm mát và tái sử dụng: Hơi nước này được dẫn vào bộ ngưng tụ để làm nguội, chuyển thành nước và đưa trở lại nồi hơi, bắt đầu chu trình mới.

Chu trình này diễn ra liên tục, giúp sản xuất lượng điện lớn để đáp ứng nhu cầu năng lượng.

2.2 Cấu tạo của nhà máy nhiệt điện

Để hoàn thành chu trình sản xuất điện phức tạp, nhà máy nhiệt điện cần sự phối hợp của nhiều bộ phận khác nhau. Một số thành phần chính bao gồm:

• Nồi hơi (boiler): là thiết bị quan trọng trong nhà máy nhiệt điện, nơi nhiên liệu được đốt cháy để tạo ra hơi nước áp suất cao, phục vụ quá trình phát điện. Tùy theo thiết kế và ứng dụng, nồi hơi được chia thành nhiều loại khác nhau, trong đó phổ biến nhất là nồi hơi ống nước (water tube boiler) và nồi hơi ống lửa (fire tube boiler).
• Tuabin nước: có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng nhiệt từ hơi nước thành năng lượng cơ học để vận hành máy phát điện.
• Máy phát điện: có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng cơ học từ tuabin thành năng lượng điện phục vụ sản xuất và sinh hoạt. Khi tuabin quay, nó kéo theo rotor của máy phát điện quay với tốc độ cao. Rotor quay tạo ra từ trường xoay quanh các cuộn dây của stator. Hiện tượng cảm ứng điện từ trong stator tạo ra dòng điện xoay chiều (AC). Dòng điện này sau đó được điều chỉnh và biến đổi thành mức điện áp phù hợp để truyền tải qua lưới điện.
• Bộ ngưng tụ: Hệ thống ống dẫn nước làm mát hấp thụ nhiệt từ hơi nước, khiến hơi nước giảm nhiệt độ và ngưng tụ thành nước lỏng. Nước ngưng tụ được thu gom và bơm trở lại lò hơi để tiếp tục chu trình phát điện.

Ngoài ra, còn có các bộ phận khác như hệ thống xử lý nhiên liệu, hệ thống xử lý khí thải, hệ thống điều khiển và giám sát…

3.1 Ưu điểm của năng lượng nhiệt điện

• Cung cấp nguồn điện ổn định, không phụ thuộc vào thời tiết: Khác với thủy điện hay điện gió, nhà máy nhiệt điện có thể hoạt động liên tục, không bị ảnh hưởng bởi điều kiện thời tiết như mùa khô hay gió yếu. Điều này giúp đảm bảo nguồn cung điện ổn định cho sản xuất và sinh hoạt.
• Chi phí sản xuất điện thấp: Việc sử dụng các nguyên liệu rẻ như than đá, than cám, than bùn giúp giảm chi phí sản xuất điện. Điều này giúp nâng cao khả năng cạnh tranh của nhà máy nhiệt điện trên thị trường.
• Thời gian xây dựng nhanh: So với các loại hình điện khác, nhà máy nhiệt điện có thể được xây dựng và đi vào hoạt động trong thời gian tương đối ngắn, giúp nhanh chóng cung cấp điện cho nhu cầu tiêu dùng và sản xuất.
• Tăng cường an ninh năng lượng quốc gia: Ở những quốc gia có trữ lượng than, dầu, khí dồi dào như Việt Nam, nhiệt điện giúp giảm sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng nhập khẩu.

4.1 Yêu cầu đối với dây cáp điện trong nhà máy nhiệt điện

Cáp điện đóng vai trò quan trọng trong nhà máy nhiệt điện, đảm bảo truyền tải điện năng từ nguồn phát đến các mạng lưới phân phối và thiết bị tiêu thụ điện. Để đáp ứng yêu cầu vận hành liên tục, an toàn và hiệu quả, cáp điện trong nhà máy nhiệt điện cần có những đặc điểm và tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt. Một số đặc điểm chính bao gồm:

• Khả năng chịu nhiệt cao: Nhà máy nhiệt điện có môi trường nhiệt độ cao, đặc biệt ở khu vực nồi hơi và tuabin, nên cáp điện cần có lớp cách nhiệt chất lượng cao để chịu được nhiệt độ khắc nghiệt.
• Chống ăn mòn và độ ẩm: Cáp điện phải có khả năng chống oxy hóa, ăn mòn do hóa chất, hơi nước và các tác nhân môi trường khác.
• Cách điện tốt: Để đảm bảo an toàn, cáp điện cần có lớp cách điện đạt tiêu chuẩn, giúp giảm thiểu nguy cơ rò rỉ điện, cháy nổ.
• Độ bền cơ học cao: Cáp điện trong nhà máy nhiệt điện cần có kết cấu chắc chắn, chịu được rung động và tải trọng lớn khi lắp đặt hoặc vận hành.
• Tính linh hoạt: Một số khu vực trong nhà máy nhiệt điện có hệ thống dây dẫn phức tạp, yêu cầu cáp điện có khả năng uốn dẻo mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng truyền tải điện.

>>Tìm hiểu thêm: Dây cáp điện chịu nhiệt cho môi trường khắc nghiệt