Đồ án Tổng quan về nhiên liệu Hydro và kịch bản môn Đồ án tốt nghiệp | Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Kính thưa chủ tịch hội đồng và các thầy cô trong hội đồng, thưa toàn thể các bạn, em là Phạm
Hồng Anh, sinh viên lớp KTHH 06- K65. Hôm nay em xin trình bày đồ án tốt nghiệp với
đề tài: TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU HYDRO VÀ ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ KỊCH BẢN
SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU HYDRO ĐẾN NĂM 2030 TẠI VIỆT NAM
Bài báo cáo của em gồm 3 phần: 1. Tổng quan về nhiên liệu Hydro
2. Tồn chứa và vận chuyển nhiên liệu Hydro
3. Các phương án sử dụng nhiên liệu Hydro
Đồ án của em được phát triển dựa trên 2 tiền đề là sự vượt trội của phương tiện chạy nhiên liệu
Hydro và chiến lược của Việt Nam
Do những khủng hoảng về nhiên liệu khi nguồn năng lượng từ tài nguyên hóa thạch trên
trái đất đang ngày một cạn kiệt. Bên cạnh sự có hạn của nguồn tài nguyên hóa thạch thì
việc sử dụng chúng làm nhiên liệu cũng gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi
trường, tác động xấu đến sức khỏe cộng đồng.
Vì vậy ngày nay trên thế giới, người ta luôn ưu tiên nghiên cứu và sáng tạo ra các loại xe
không phát thải CO2 hay còn được gọi là xe xanh.
Hiện tại có 4 loại xe xanh đang được thương mại hóa đó là HEV, PHEV, BEV, và FCEV.
Trong đó HEV và PHEV là dòng xe kết hợp cả động cơ đốt trong và động cơ điện, tuy có
thể cắt giảm 1 phần lượng CO2 phát thải ra ko khí nhưng lại chưa là giải pháp tối ưu để
giải quyết vấn đề cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch.
BEV là dòng xe thuần điện hoàn toàn không phát thải khí nhà kính khi lưu thông,
chuyển động mượt mà và dễ dàng bảo dưỡng. Tuy nhiên dòng xe thuần điện chạy bằng
pin lithium có thời gian sạc dài, quãng đường di chuyển cho 1 lần sạc đầy ngắn ( 400- 500km).
Sau này, FCEV- dòng xe sử dụng nhiên liệu hydro ra đời, mang đến nhiều ưu điểm vượt
trội: ko phát thải CO2, thời gian nạp liệu nhanh, quãng đường di chuyển cho 1 lần nạp
đầy nhiên liệu từ 600-700km.
Chiến lược phát triển nhiên liệu Hydro của Việt Nam là nắm bắt và làm chủ công nghệ
sản xuất Hydro đạt năng suất 100-500 tấn/ năm vào năm 2030 và 10-20tr tấn/ năm vào năm 2050.
Nhiên liệu Hydro được chia thành 7 loại trong đó có 3 loại chính là Gray hydro, blue hydro và green hydro.
Các tên gọi này xuất phát từ nguồn nhiên liệu, công nghệ sản xuất Hydro và lượng khí
CO2 mà quá trình sản xuất thải ra môi trường.
Gray hydro hay hydro xám được sản xuất từ quá trình Steam Reforming khí tự nhiên,
cuối quá trình, lượng khí CO2 phát thải không được thu hồi mà đưa trực tiếp ra bầu khí quyển.
Blue Hydro được sản xuất tương tự gray hydro nhưng tại điểm cuối của quá trình sản
xuất có chu trình thu hồi và lưu trữ cacbon dưới lòng đất. Điều này giúp giảm đáng kể
lượng khí nhà kính phát thải ra môi trường.
Loại Hydro được toàn thế giới cũng như chính phủ Việt Nam quan tâm hơn là Green
Hydro hay còn được gọi là hydro xanh được sản xuất từ quá trình điện phân nước sử
dụng nguồn năng lượng tái tạo như điện gió, điện mặt trời.
Tuy nhiên hiện nay, các công nghệ sản xuất Hydro vẫn đang được áp dụng song song điển hình là: …..
Sau khi được sản xuất, Hydro phải được xử lý với độ tinh khiết cao nhằm đáp ứng các
tiêu chuẩn về chất lượng để có thể sử dụng trong pin nhiên liệu. Các tạp chất đều phải
được giảm thiểu về nồng độ phần triệu hoặc phần tỷ đặc biệt là nồng độ CO. Trong pin
nhiên liệu, nếu hàm lượng CO quá lớn sẽ gây ngộ độc xúc tác, lmaf tổn thất điện thế của pin.
Nhiên liệu Hydro thành phẩm sau đó sẽ được thương mại hóa, phân phối đến nơi tiêu
thụ nhờ vào chuỗi cung ứng bao gồm tồn chứa, vận chuyển và phân phối.
Hydro có thể được tồn chứa, lưu trữ và vận chuyển ở 4 dạng:
-Hydro nén ở áp suất 200-500bar với hiệu quả lưu trữ cao, nhưng chỉ phù hợp để vận
chuyển trong khoảng cách ngắn.
-Hydro lỏng ở áp suất 2bar nhiệt độ -253 độ C: hiệu quả lưu trữ cao nhưng tốn nhiều
năng lượng, lượng nhiên liệu vận chuyển được không lớn.
Hydro nén lạnh ở 300 bar và nhiệt độ -233 độ C: phương pháp này chưa được nghiên
cứu rộng rãi vì chi phí cho cơ sở hạ tầng cao
- Phương án tồn chứa và vận chuyển cuối cùng là chất mang Hydro như NH3 hoặc
LOHC. Phương án này có thể giải quyết được vấn đề vận chuyển ở khoảng cách và
số lượng nhiên liệu lớn.
Trong đó NH3 được lưu trữ với điều kiện mềm:-33 độ C / t độ thường, áp suất 8-
10 bar nên giá cả phải chăng, tuy nhiên NH3 lại là hợp chất có độc có thể ảnh hưởng đến sức khỏe
LOHC được lưu trữ và vận chuyển dễ dàng tại t độ và áp suất môi
trường,nhưng quá trình sản xuất LOHC lại phát thải lượng lớn CO2. Nhiên
liệu Hydro từ các kho cảng tồn chứa trung gian sau đó sẽ được vận chuyển
tới các trạm nạp qua nhiều hình thức.
- Các loại xe tải đường bộ được dùng để vận chuyển trong khoảng cách ngắn như
xe rơ-mooc vận chuyển h2 nén, xe xitec mang hydro lỏng
- Ngoài ra hydro còn có thể đường vận chuyển thông qua hệ thống đường ống có
áp suất vận hành 20-1000 bar, đường kính ống phổ biến 100-300mm.
- Nếu vận chuyển ở khoảng cách lớn thì phương án vận chuyển sẽ là đường sắt
hoặc đường thủy. Trong đó 1 container tàu hỏa có thể chứa 4300kg hydro lỏng
hoặc 670 kg hydro nén. Tàu thủy chỉ vận chuyển nhiên liệu Hydro lỏng hoặc các
chất mang Hydro như NH3/LOHC.
Vậy các phương án sử dụng nhiên liệu Hydro có thể áp dụng cho thị trường Việt
Nam sẽ diễn biến như thế nào.
Tại Việt Nam, khu vực Nam bộ và nam trung bộ được đánh giá là nơi phù hợp
nhất để sản xuất điện tái tạo phục vụ cho quá trình điện phân nước tạo hydro do
có nguồn năng lượng bức xạ dồi dào. Vì vậy, TPHCM sẽ là thị trường tiêu thụ nl
hydro tiềm năng trong tương lai.
Dựa trên các thông số kỹ thuật của xe chạy pin nhiên liệu và quãng đường di
chuyển trung bình của các phương tiện ước tính sẽ cần 26.000 chiếc xe điện để
tiêu thụ hết 100.000 tấn Hydro. Chi phí đầu tư phương tiện tiêu thụ này sẽ tiêu
tốn khoảng 5400 triệu $.
Các phương án sử dụng nhiên liệu Hydro sẽ được chia thành 2 hướng chính là:
- Sử dụng trực tiếp nhiên liệu Hydro cho GTVT
- Sử dụng nhiên liệu hydro dưới dạng NH3
Đối với phương án dùng nhiên liệu Hydro cho GTVT, kịch bản đầu tiên được đánh
giá là sử dụng Hydro nén từ 3 nhà máy sản xuất tại Việt Nam với ước tính quy mô
sản lượng là 108.000 tấn/năm.
Từ các nhà nhà máy sản xuất, hydro sau đó sẽ được tồn chứa tại các kho cảng
trung gian, trong các tank có sức chứa 385 tấn h1/ tank. Cần 22 tank để tồn chứa h2 trong 1 tháng.
Từ các kho cảng, hydro nén sẽ được xe rơ moóc vs sức chứa 380kg/ xe vận
chuyển tới các trạm nạp.
Trạm nạp nhiên liệu Hydro phổ biến thường có khả năng lưu trữ 1000 kg Hydro.
Để phân phối hết 100.000 tấn h2/năm tức 274 tấn h2/ ngày cần đầu tư xây dựng khoảng 274 trạm nạp.
Tổng Chi phí đầu tư cho phương án này là 6,6 tỷ đô bao gồm
600 triệu $ cho sản xuất nh hydro
604,4 triệu $ cho đầu tư nơi tồn chứa, phương tiện vận chuyển và xây dựng trạm nạp
5400 triệu $ cho chi phí đầu tư phương tiện tiêu thụ.
Tuy nhiên, nếu như các nhà máy sản xuất h2 xanh của Việt Nam chưa kịp hoàn
thiện và đi vào vận hành để dáp ứng nhu cầu của xã hội thì giải pháp sẽ là nhập
khẩu nhiên liệu Hydro lỏng thông qua tàu thủy 11 từ các quốc gia giàu nguồn cung h2.
Sau khi cập bến, nhiên liệu Hydro sẽ được tồn chứa trong các tank chứ h2 lỏng
với sức chứa 3550 kg h2/tank
Khác với hydro nén, hydro lỏng phải được vận chuyển đến trạm nạp nhờ xe bồn
năng xuất vận chuyển 7711kg hydro/xe
Quá trình đầu tư trạm nạp và phương tiện tiêu thụ sẽ tương tự với phương án trước
Tổng mức đầu tư cho phương án này là 14,3 tỷ $ gồm 4210 triệu đô để nhập khẩu
nhiên liệu, 1436.6 triệu $ cho tồn chứa, vận chuyển và phân phối và 5400 triệu $
để đầu tư phương tiện tiêu thụ.
Một phương án nhập khẩu Nhiên liệu Hydro khác dễ dàng, hiệu quả và chi phí rẻ
hơn đó là nhập khẩu Hydro dưới dạng các chất mang Hydro như NH3 / LOHC. Sau
khi nhập khẩu thì NH3/LOHC sẽ được tồn chứa trong các tank trung gian và được
đưa đến nhà máy chuyển hóa ngược tạo Hydro rồi mới được xe bồn vận chuyển tới các trạm nạp.
Tổng chi phí đầu tư với phương án nhập khẩu NH3 là 7.73 tỷ $ LOHC là 7.4 tỷ $
Phương án nhập khẩu chất mang Hydro sẽ đòi hỏi khoản chi phí đầu tư đáng kể
cho việc xây dựng nhà máy chuyển hóa ngược và tiêu tốn nhiều năng lượng cho
quá trình chuyển hóa này.
Các phương án trên đều yêu cầu quá trình vận chuyển nhiên liệu rất phức tạp và
tốn kém nhưng lại chỉ có khả năng vận chuyển ở giai đoạn đầu tiếp cận nhiên liệu
Hydro khi khoảng cách vận chuyển còn ngắn và lượng nhiên liệu vận chuyển còn
nhỏ. Giải pháp cho vấn đề này chính là sản xuất Hydro onsite . CÓ 2 hướng sản
xuất Hydro tại trạm nạp đó là Steam reforming khí tự nhiên hoặc điện phân nước.
Xây dựng trạm nạp có Refoeming khí tự nhiên tại chỗ với công năng 300 kg/ ngày
sẽ tiêu tốn 2248,4 triệu $
Sản xuất hydro tại trạm nạp bằng phương án điện phân nước sẽ yêu cầu chi phí
đầu tư xây dựng 1371 triệu $ cho 914 trạm công suất 300 kg/ngày
Phương án sản xuất Hydro xanh tại chỗ tuy chi phí đầu tư cao hơn phương án sản
xuất tại nhà máy 100 triệu $ nhưng lại giải quyết được vấn đề lâu dài khi khoảng
cách vận chuyển và nhu cầu tiêu thụ tăng.
Phương án tiêu thụ thứ 2 đó là sử dụng nhiên liệu Hydro dưới dạng NH3-một
trong những nhiên liệu được đánh giá cao trong nền kinh tế cacbpn thấp.
Kịch bản đầu tiên: Nhiên liệu NH3 sẽ được trộn cùng than với tỷ lệ 20% nhiệt năng để
làm nhiên liệu đốt cho nhà máy nhiệt điện.
Các chi phí trong kịch bản này được ước tính cho nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả với công
năng sản xuất 3.68 tỷ KWH/năm
20% nhiệt năng thay thế sẽ yêu cầu hơn 500.000 tấn NH3 tương đương với gần 100.000 tấn Hydro.
Tổng chi phí đầu tư cho phương án này là 541,57 triệu $ gồm chi phí đầu tư nhà máy sản
xuất NH3 từ Hydro xanh và chi phí vận chuyển
Tuy nhiên ước tính 1 số điện theo phương án này sẽ là 3700 đồng trong khi giá điện đốt
than chỉ là 815 đồng/ số.
Một kịch bản khác là dùng NH3 là nhiên liệu đốt cho tàu thủy với tỷ lệ thay thế 9507% về
mặt năng lượng.mọi chi phí đầu tư sẽ tương tự với phương án trên chỉ khác nơi tiêu thụ cuối cùng.
Một điểm cần nhấn mạnh là ở kịch bản này, các phương tiện tiêu thụ sẽ phải chi trả giá
nhiên liệu tăng gấp đôi. Kết luận.
Trên đây là toàn bộ phần báo cáo của em cho đồ án tốt nghiệp với đề tài…..Em xin
chân thầy cảm ơn quý thầy cô trong hội đồng cùng các bạn đã lắng nghe.
Em rất mmong nhận được sự đóng góp từ thầy cô để em có thể hoàn thiện hơn
nữa đồ án tốt nghiệp của mình. Em xin chân thành cảm ơn.