Sử Dụng Năng Lượng Sinh Khối và Mục Tiêu Giảm Carbon

Năng Lượng Biomass: Phạm Vi Nguyên Liệu, Quy Mô Lắp Đặt, và Tính Liên Quan Đến Giảm Carbon

Năng lượng biomass—năng lượng hóa học được lưu trữ trong vật chất sinh học thông qua quang hợp—xếp thứ tư trong danh sách nguồn năng lượng lớn nhất thế giới sau than, dầu mỏ và khí tự nhiên. Cơ sở nguyên liệu của nó bao gồm chất thải nông nghiệp, chất thải lâm nghiệp, phân bò và gia cầm, chất thải rắn đô thị và bùn thải, mang đến một phạm vi địa lý mà các loại cây năng lượng được thiết kế riêng không thể sánh kịp.

Cơ sở tài nguyên hiện có rất đáng kể. Ở tỉnh Hồ Nam—một khu vực cận nhiệt đới với hoạt động nông nghiệp và lâm nghiệp cao—tài nguyên năng lượng biomass hàng năm ước tính đạt 20.3 triệu tấn. Nếu quy mô toàn quốc, cơ sở tài nguyên biomass chưa phát triển của Trung Quốc đại diện cho đóng góp đáng kể và chủ yếu chưa được khai thác cho quá trình chuyển đổi sang năng lượng sạch.

Điều khiến biomass khác biệt với các nguồn năng lượng tái tạo khác trong bối cảnh giảm carbon là khả năng dispatchability. Không giống như các nguồn không ổn định, phát điện từ biomass hoạt động theo nhu cầu, khiến nó trở thành một công cụ thực tế trong ngắn hạn để giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch trong các lĩnh vực điện và nhiệt công nghiệp mà không cần đầu tư vào lưu trữ lưới điện.

Dữ Liệu Intensity Carbon: Trường Hợp Định Lượng Cho Năng Lượng Biomass

Lập luận giảm carbon cho việc sử dụng năng lượng biomass dựa trên một tham số đo lường duy nhất: cường độ phát thải carbon. Khi biomass nông nghiệp và lâm nghiệp được đốt để phát điện, cường độ phát thải carbon của nó chỉ bằng 1.8% so với than, 2.1% so với dầu, và 3.8% so với khí tự nhiên—các con số được lấy từ Báo cáo Giám sát và Đánh giá Phát triển Năng lượng Tái tạo Quốc gia 2021 do Cơ quan Năng lượng Quốc gia Trung Quốc công bố.

Hồ sơ carbon gần như bằng không này phản ánh chu kỳ carbon khép kín vốn có của biomass: CO₂ giải phóng trong quá trình đốt đã được hấp thụ từ khí quyển trong giai đoạn phát triển của cây. Khi nguồn nguyên liệu được thu thập và quản lý một cách bền vững, phát điện biomass sản xuất ra lượng khí nhà kính bổ sung rất nhỏ—một sự tương phản cơ bản với việc đốt nhiên liệu hóa thạch.

Bốn tuyến phát điện thương mại đã áp dụng tính chất này:

1. Đốt biomass nông nghiệp và lâm nghiệp — đốt trực tiếp chất thải thực vật đã được ép viên hay xay nhỏ trong các lò chuyên dụng hoặc các thỏa thuận đốt cùng.
2. Phát điện từ đốt rác — thu hồi năng lượng từ chất thải rắn đô thị, giảm khối lượng rác thải trong bãi chôn lấp trong khi tạo ra điện năng có thể phân phối.
3. Phát điện từ khí hóa nhiệt phân — chuyển đổi nhiệt biomass thành khí tổng hợp để sử dụng trong tuabin khí hoặc động cơ.
4. Phát điện từ khí biogas — xử lý kỵ khí chất thải hữu cơ, phân bò và bùn thải để sản xuất metan cho việc đốt.

Mỗi tuyến giải quyết một loại nguyên liệu khác nhau và hồ sơ tài nguyên khu vực. Chúng kết hợp tạo thành một phương pháp danh mục có thể thích ứng với điều kiện địa phương—một yếu tố thiết kế quan trọng cho các nhà điều hành đang lập kế hoạch chiến lược nhiên liệu công nghiệp dài hạn.

Dữ liệu quốc gia của Trung Quốc xác nhận sự tăng trưởng của lĩnh vực này. Theo Báo cáo Giám sát và Đánh giá Phát triển Năng lượng Tái tạo Quốc gia 2021, tổng công suất lắp đặt năng lượng tái tạo đạt 1.063 tỷ kW vào cuối năm 2021, trong đó 37.98 triệu kW là do biomass. Tổng sản lượng phát điện biomass đạt 163.7 tỷ kWh trong năm đó—chiếm 6.6% tổng năng lượng tái tạo được sản xuất toàn quốc.

Ép Viên: Kết Nối Giữa Nguyên Liệu Thô và Nhiên Liệu Có Thể Triển Khai

Khoảng cách giữa tài nguyên biomass có sẵn và nhiên liệu có thể triển khai về cơ bản là một vấn đề về logistics và chuẩn hoá. Chất thải nông nghiệp và lâm nghiệp thô có độ ẩm, kích thước hạt và mật độ khối lượng không đồng nhất. Việc chuyển chúng từ cánh đồng hoặc rừng đến nhà máy phát điện một cách hiệu quả đòi hỏi phải nén chúng thành một dạng đồng nhất và có thể vận chuyển.

Việc ép viên biomass giải quyết vấn đề này. Bằng cách xử lý nguyên liệu có độ ẩm cao thông qua các bước nghiền, xay thô, sấy khô, xay tinh, ép viên, và đóng gói, các dây chuyền sản xuất viên chuyển đổi biomass có chất lượng biến đổi thành nhiên liệu tiêu chuẩn hóa, có mật độ năng lượng cao. Các dây chuyền sản xuất viên biomass ẩm của Kingwood thực hiện toàn bộ quy trình này trong một quy trình tự động, khép kín với hệ thống loại bỏ bụi tích hợp—đáp ứng Khung Ba Chuẩn Hóa: Tích Hợp, Không Bụi, và Tự Động.

Chất lượng nhiên liệu đầu ra được chỉ định rất cụ thể: giá trị nhiệt lượng 4,800 kcal/kg, độ ẩm dưới 15%, hàm lượng lưu huỳnh dưới 0.3%, và hàm lượng tro dưới 18%—đáp ứng hoặc vượt tiêu chuẩn nhiên liệu biomass của EU, ISO, Mỹ và Nhật Bản. Với thông số đó, viên biomass mang lại tiết kiệm chi phí nhiên liệu từ 40–50% so với các lựa chọn nhiên liệu hóa thạch, với tất cả các phát thải dưới mức tiêu chuẩn phát thải chất ô nhiễm không khí của lò hơi quốc gia GB13271-2001 của Trung Quốc.

Đối với các nhà điều hành công nghiệp lớn, các kỹ sư của Kingwood hoàn thành các dây chuyền sản xuất với công suất hàng năm lên đến 200,000 tấn. Dòng sản phẩm của máy ép viên dao động từ JWZL-420 với công suất 1–1.5 t/h, qua JWZL-688 với 2–2.3 t/h, JWZL-688D với 3–3.5 t/h, và JWZL-928 với 4–5 t/h, đến máy ép viên ngang JZWH-860 có công suất lớn cũng được định mức ở 4–5 t/h. Thiết bị phụ trợ—máy xay trống, máy nghiền búa, máy sấy trống và máy làm mát ngược—hoàn thiện dây chuyền tích hợp.

Kết quả dự án thương mại ghi nhận tính khả thi. Một dây chuyền sản xuất viên gỗ 24 t/h được đưa vào vận hành tại Việt Nam năm 2023 và một dây chuyền 12 t/h ở Việt Nam vào năm 2024 đạt thời gian hoàn vốn 23 tháng đều chứng minh cung cấp nhiên liệu biomass quy mô công nghiệp với kinh tế cạnh tranh.

Sử Dụng Năng Lượng Biomass Như Một Công Cụ Môi Trường và Chính Sách

Ngoài hiệu quả sản xuất điện, việc sử dụng năng lượng biomass giải quyết một vấn đề thứ hai: quản lý chất thải hữu cơ. Chất thải nông nghiệp có thể sẽ được đốt mở, chất thải lâm nghiệp sẽ phân hủy và giải phóng metan, và chất thải hữu cơ đô thị tích tụ trong các bãi chôn lấp đều có thể được chuyển hướng vào các chuỗi sản xuất năng lượng.

Việc định hướng lại chất thải và sản xuất năng lượng đồng thời tạo ra các lợi ích bổ sung có thể kiểm chứng: giảm đốt mở (giảm phát thải PM2.5 và carbon đen), tránh thải metan từ phân hủy bãi chôn lấp, và giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch trong các ứng dụng nhiệt công nghiệp. Những kết quả này liên kết việc sử dụng năng lượng biomass trực tiếp với các mục tiêu đỉnh carbon, lộ trình trung hòa carbon và cải thiện chất lượng không khí—ba ưu tiên chính sách thường xung đột nhưng hợp nhất trong trường hợp năng lượng biomass.

Đối với các nhà quản lý năng lượng công nghiệp và các nhà phát triển dự án đánh giá các chiến lược giảm carbon, việc sử dụng năng lượng biomass—được triển khai với các thiết bị sản xuất viên có hiệu suất cao được chỉ định đúng—cung cấp sự giảm carbon có thể đo lường, tiết kiệm chi phí nhiên liệu có thể kiểm chứng, và sự phù hợp với quy định trong một khoản đầu tư vốn duy nhất. Kingwood, được thành lập năm 1999 và hoạt động từ cơ sở 31,200 m² tại Liyang, Giang Tô, đã thiết kế và cung cấp hơn 2,000 dự án dây chuyền sản xuất trên 30 quốc gia, với tổng công suất sản xuất nhiên liệu biomass hàng năm đạt 10 triệu tấn qua cơ sở đã lắp đặt của mình.