Xử lý cánh tua bin gió cuối vòng đời - Bài học từ quốc tế, định hướng của Việt Nam

Thứ sáu, 01/11/2024 | 12:27 GMT +7

| 024.221.47474

Nghiên cứu đào tạo

Xử lý cánh tua bin gió cuối vòng đời - Bài học từ quốc tế, định hướng của Việt Nam

22/05/2024

Ngành điện Tuyên Quang tham gia điều chỉnh phụ tải điện phi thương mại và tiết kiệm điện
Các công ty điện lực châu Âu giảm mục tiêu năng lượng tái tạo vì chi phí cao
PV GAS PIPE: Gia công, chế tạo kết cấu thép đón xu hướng chuyển dịch năng lượng

Với 800.000 tấn cánh tua bin cũ, hỏng được thải ra hàng năm và đang tăng lên, ngành công nghiệp điện gió đang phải đối mặt với bài toán tái chế, tái sử dụng lại. Nó trở nên cấp bách khi cam kết trung hòa carbon đang đến gần. Tạp chí Năng lượng Việt Nam cập nhật một số cách làm trên thế giới, cũng như hướng quản lý cuối vòng đời tua bin gió của Việt Nam để bạn đọc cùng tham khảo.

Đổi mới việc xử cánh tua bin gió hết tuổi thọ trên thế giới:

Tạp chí Công nghệ Điện trực tuyến Anh (FPT) số tháng 5/2024 cho biết: Với 800.000 tấn cánh tua bin được thải ra bãi rác hàng năm, ngành công nghiệp gió đang phải đối mặt với một vấn đề môi trường cấp bách, cần giải quyết trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng cực đoan.

Cụ thể, có trên 12.600 tua bin (tức là hơn 37.800 cánh quạt) đã ngừng hoạt động kể từ năm 1980. Được làm từ polyme gia cố sợi thủy tinh (FRP) và được phủ nhựa epoxy, các cánh tua bin gió được thiết kế để tối đa hóa tính khí động học trong khi vẫn đủ nhẹ để giảm thiểu ứng suất cấu trúc và đủ cứng để đạt được khả năng thu gió hiệu quả.

Tuy nhiên, vật liệu có vấn đề, do được thiết kế để chịu phụ tải trong các điều kiện thời tiết khắc nghiệt, nhựa epoxy rất bền và do đó khó bị hỏng. Lớp phủ cứng khiến cho gần như không thể tách rời các vật liệu tạo nên cánh tua bin. Việc tách sợi khỏi polyme bằng nhiệt độ cao sẽ dẫn đến sự xuống cấp của các bộ phận nhựa và làm hỏng sợi thủy tinh.

FPT trích dẫn số liệu của GlobalData Plc - công ty tư vấn và phân tích dữ liệu của Anh cho biết: Hiện có hơn 317.000 tua bin gió trên bờ đang hoạt động trên đất liền và 12.000 tua bin khác đang hoạt động ngoài khơi. Kể từ khi trang trại gió đầu tiên được xây dựng ở bang New Hampshire của Mỹ vào năm 1980, hơn 12.600 tua bin đã ngừng hoạt động. Tuy nhiên, con số này sẽ tăng theo cấp số nhân, vì nhiều trang trại gió sẽ hết tuổi thọ trong vòng 20-30 năm.

Theo các chuyên gia năng lượng: Ngành công nghiệp tua bin gió vốn rất sạch và được giải thích là: “85% đến 95% vật liệu của tua bin được tái chế. Tháp tua bin, dây cáp, hộp số, máy phát điện được tái chế và thu hồi. Nền móng được làm bằng bê tông được nghiền nát để sử dụng làm chất độn. Vỏ và lưỡi cánh tua bin được làm bằng sợi thủy tinh sẽ được nghiền nhỏ để sử dụng làm nhiên liệu trong các nhà máy xi măng, hoặc chất độn trong xây dựng đường xá. Các giải pháp sáng tạo như: Tái sử dụng lưỡi cánh dùng cho xây dựng, nhất là sân chơi, hoặc nhà để xe đạp đã được chứng minh là có hiệu quả ở cấp địa phương”.

Cách xử lý cánh tua bin hết tuổi thọ trên thế giới:

Chỉ thị khung chất thải (WFD) của EU quy định: Chôn lấp là “phương án ít được ưu tiên nhất” và kêu gọi các quốc gia thành viên, doanh nghiệp tái chế, tái sử dụng càng nhiều càng tốt. Tuy nhiên, với ước tính khoảng 800.000 tấn cánh tua bin được đưa vào bãi rác hàng năm, chúng tạo ra một thách thức nghiêm trọng về tính bền vững trong tương lai.

⮚ Giải pháp cơ học trong tái chế của công ty Continuum:

Hãng Continuum (Anh) hợp tác với tập đoàn sản xuất máy móc Dieffenbacher Group của Đức để xử lý, tái chế chất thải sợi thủy tinh từ cánh tua bin hết tuổi thọ thành vật liệu xây dựng.

Giải thích về cách tiếp cận của công ty với FPT, Martin Dronfield - Giám đốc điều hành Continuum cho biết: Sử dụng quy trình tái chế cơ học 100% dựa trên một loạt máy móc phức tạp, “mặt trước” cánh tua bin sẽ được loại bỏ một cách cơ học, còn “mặt sau” sẽ thu hồi các hạt nhỏ và các bộ phận cấu thành, tạo ra vật liệu nhựa nguyên chất mới và biến nó thành các tấm vật liệu xây dựng có giá trị cao, được sử dụng để xây dựng mặt tiền, ván khuôn bê tông, cửa ra vào, sàn và vật liệu tường phòng ướt.

Continuum hy vọng sẽ vận hành 6 nhà máy xử lý cánh tua bin trên khắp châu Âu vào năm 2030, sản xuất các tấm vật liệu từ 92% lưỡi cánh tua bin tái chế, 8% còn lại là nhựa. “Các tấm này có lượng khí thải CO2 dưới 70kg/tấn, trong khi nhà máy không phát thải CO2 tiếp nhận 36.000 tấn hỗn hợp chất thải rắn hết hạn sử dụng hàng năm và sản xuất 30.000 m3 tấm vật liệu chất lượng cao mỗi năm”.

⮚ Giải pháp dùng hóa chất của Vestas Wind Systems:

Vestas Wind Systems (VWS) - công ty sản xuất tua bin gió lớn nhất trên thế giới của Đan Mạch đã chọn một kỹ thuật “quy trình hóa học mới phát triển” hồi tháng 2 năm 2023. Phương pháp này phá vỡ các cánh quạt để tạo ra vật liệu chất lượng cao, có thể được tái sử dụng để tạo ra các cánh quạt mới, có khả năng mang lại tính tuần hoàn cho ngành.

Trong thông báo, Lisa Ekstrand - Phó chủ tịch và người đứng đầu bộ phận phát triển bền vững của VWS cho biết: “Một khi công nghệ mới này được triển khai trên quy mô lớn, vật liệu cánh quạt cũ hiện đang nằm ở bãi rác, cũng như vật liệu cánh quạt trong các trang trại gió đang hoạt động có thể được tái chế một cách hiệu quả. Điều này hướng tới một kỷ nguyên mới cho ngành công nghiệp gió và đẩy nhanh hành trình hướng tới tính tuần hoàn cao”.

Tuy nhiên, khi xem xét các công nghệ tái chế FRP được thực hiện vào năm 2023, các nhà nghiên cứu cũng nhận thấy: Trong khi quy trình hóa học “có xu hướng mở rộng quy mô công nghiệp hơn nhờ khối lượng vật liệu tái chế được xử lý lớn”, nhưng nó vẫn còn một trở ngại là “tiêu thụ năng lượng cao”.

Thay vào đó, đánh giá ủng hộ các quy trình cơ học để quản lý chất thải, chẳng hạn như các quy trình được Continuum sử dụng - lưu ý rằng “trong số các phương pháp tái chế được xử lý trong đánh giá này, các phương pháp cơ học, (như băm nhỏ, nghiền búa, xay xát và nghiền mịn) là phương pháp tái chế được đánh giá cao hơn”.

⮚ Giải pháp cánh quạt không chất thải của LM Wind Power:

Xem xét các công ty dẫn đầu trong việc xử lý cánh quạt tua bin, Mohit Prasad - Trưởng phòng thực hành của GlobaData đã đề cao giải pháp của hãng LM Wind Power (Đan Mạch), công ty này “sẽ đóng vai trò trung tâm trong việc hỗ trợ khách hàng của họ phát triển các tua bin gió có thể tái chế hoàn toàn nhằm tạo ra ít chất thải hơn trong quá trình sản xuất”.

Công ty giải quyết vấn đề lãng phí của tuổi thọ cánh tua bin khi hết hạn, nhằm mục đích loại bỏ lãng phí trong quá trình sản xuất. Theo báo cáo, có khoảng 20-25% vật liệu được các nhà sản xuất cánh tua bin gió mua không được sử dụng trong sản phẩm cuối cùng nên phương pháp của LM Wind Power được xem là ‘mũi tên trúng nhiều đích’.

LM Wind Power đang cố gắng giảm thiểu điều này bằng cách sản xuất các cánh quạt không chất thải vào năm 2030. Công ty này hứa hẹn sẽ tạo ra một nền kinh tế tuần hoàn bằng cách loại bỏ tất cả chất thải - thường bao gồm 30% vật liệu xử lý (vật tư tiêu hao, trộn với nhựa), 30% bao bì, 15% kính khô thành sợi, 10% vật liệu composite và 15% các thành phần khác được loại bỏ từ khâu sản xuất đến khâu đóng gói.

⮚ Tua bin gió cánh gỗ của Voodin Blade Technology:

Hãng sản xuất cánh tua bin gió của Đức Voodin Blade Technology (VTB) vừa thông báo: Đã lắp đặt và đưa vào sử dụng cánh tua bin, hay cánh quạt bằng gỗ thay cho tua bin kim loại, hoặc tua bin dùng sợi thủy tinh và các vật liệu tổng hợp. Đây là cải tiến mới, hướng tới mục tiêu “xanh” cho ngành năng lượng trong tương lai. Những cánh quạt gỗ này được làm từ ván ép nhiều lớp (LVL). Sau dự án này, VBT sẽ cho ra đời những thế hệ cánh tua bin mới lớn hơn, dài tới 60 m và 80 m. LVL được coi là vật liệu bền vững hơn sợi thủy tinh và các vật liệu tổng hợp khác hiện dùng để chế tạo cánh tua bin gió và dễ xử lý khi hết tuổi thọ.

Tom Siekmann - CEO của VTB cho biết đã tiến hành hàng trăm cuộc thử nghiệm khác nhau để hoàn thiện vật liệu cánh tua bin. Kết quả, vật liệu gỗ được xem là ứng viên sáng giá, mang tính môi trường thân thiện, có độ bền kéo, chịu mỏi cao, thích hợp với mọi dạng thời tiết và quan trọng hơn là dễ phân hủy khi thải bỏ. “Sau 2 năm thử nghiệm, chúng tôi phát hiện thấy cánh tua bin mới thậm chí còn bền hơn cánh sợi thủy tinh và được chứng minh là chống chịu tốt với mọi điều kiện thời tiết trên bờ”.

Để sản xuất tua bin, VTB sử dụng máy phay CNC với khả năng tạo ra các hình dạng 3D phức tạp. Nhờ đó, quy trình sản xuất được tự động hóa cao, giúp các cơ sở sản xuất không cần dùng khuôn mẫu. Công nghệ phay CNC cũng mang lại tính linh hoạt cao hơn, vì nó có thể sản xuất bất kỳ loại lưỡi cánh nào, giúp tăng mức độ tự động hóa làm giảm nhu cầu về nhân công, do đó, cơ sở sản xuất không nhất thiết đặt ở những quốc gia có chi phí nhân công thấp nên rất linh hoạt, giúp giảm chi phí và lượng khí thải từ quá trình sản xuất, vận chuyển đến công đoạn sử dụng cuối cùng.

Hướng quản lý cuối vòng đời tua bin gió của Việt Nam:

Việt Nam là quốc gia có tiềm năng gió rất lớn, đặc biệt là điện gió ngoài khơi. Mục tiêu phát triển ngành công nghiệp điện gió dài hạn góp phần giảm thiểu hàng triệu tấn carbon từ nhiệt điện. Việt Nam hoàn toàn có thể tạo nền móng phát triển ngành công nghiệp điện gió, một giải pháp mang tính dài hạn và chiến lược cho nền kinh tế trong thời gian tới.

Với trọng tâm chuyển dịch sang năng lượng tái tạo, điện gió được kỳ vọng sẽ là ngành được đầu tư nhiều nhất tại Việt Nam. Đẩy mạnh phát triển điện gió trên bờ và ngoài khơi là ưu tiên được nêu rõ trong Quy hoạch điện VIII. Theo đó, đến năm 2030, công suất điện gió trên bờ đạt 21.880 MW (tổng tiềm năng kỹ thuật của Việt Nam khoảng 221.000 MW) và phát huy tối đa tiềm năng kỹ thuật điện gió ngoài khơi (khoảng 600.000 MW) để sản xuất điện từ năng lượng tái tạo. Đến năm 2030, công suất điện gió ngoài khơi phục vụ nhu cầu điện trong nước đạt khoảng 6.000 MW.

Việt Nam là thành viên của Công ước Basel về kiểm soát vận chuyển xuyên biên giới các chất thải nguy hại. Thông tư số 36/2015/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên Môi trường là Quy định của Việt Nam về quản lý chất thải nguy hại tuân theo Công ước Basel. Các quy định về quản lý chất thải và bảo vệ môi trường ở Việt Nam đều tuân theo Luật Bảo vệ môi trường (thúc đẩy giảm thiểu, tái sử dụng và tái chế chất thải).

Theo quy định của Luật Bảo vệ môi trường, các nhà sản xuất, hoặc nhập khẩu có thể lựa chọn một trong các hình thức tái chế sau: (a) tự tái chế, (b) thuê đơn vị tái chế, (c) ủy quyền cho bên thứ 3 để tổ chức tái chế (PRO). Các nhà sản xuất và các nhà nhập khẩu cũng có thể chọn cơ chế đóng góp tài chính cho Quỹ Bảo vệ môi trường Việt Nam. Bảo lãnh tài chính được xác định theo khối lượng, hoặc đơn vị sản phẩm sản xuất và nhập khẩu được bán ra thị trường. Bảo lãnh tài chính được nộp và hoàn trả tại Quỹ Bảo vệ môi trường Việt Nam, Quỹ Bảo vệ môi trường cấp tỉnh, hoặc tổ chức tài chính, tín dụng theo quy định của pháp luật.

Hiện trạng công nghệ tái chế ở Việt Nam:

Các công nghệ tái chế cho cánh tua bin gió vẫn đang trong giai đoạn phát triển ở nhiều cấp độ khác nhau:

- Đồng xử lý chất thải trong nhà máy xi măng (sợi thủy tinh được tái chế như một thành phần trong hỗn hợp xi măng).

- Nghiền cơ học (thường được sử dụng do hiệu quả, chi phí thấp và yêu cầu năng lượng thấp).

- Nhiệt phân (cho phép thu hồi sợi ở dạng tro và ma trận polyme ở dạng các sản phẩm hydrocacbon) có mức độ trưởng thành cao hơn và gần mức độ thương mại hóa hơn so với các quy trình công nghệ phân mảnh bằng xung điện cao áp và công nghệ tầng sôi.

Đồng xử lý các cánh quạt tua bin gió tại các nhà máy xi măng là một lựa chọn thương mại nhất hiện nay và khả thi trong việc quản lý chất thải cuối vòng đời cánh tua bin gió ở Việt Nam.

Ưu điểm của nó là không yêu cầu chi phí đầu tư cơ sở hạ tầng riêng biệt, hiệu quả cao, tốc độ và có khả năng mở rộng so với các công nghệ sẵn có khác. Sợi thủy tinh có trong cánh tua bin gió thải bỏ được tái chế như một thành phần của hỗn hợp xi măng (clinker), trong khi hỗn hợp polyme được đốt cháy như nhiên liệu cho quá trình sản xuất (còn gọi là nhiên liệu từ rác thải), giảm lượng khí thải carbon trong quá trình sản xuất xi măng.

Theo khuyến cáo của Chương trình phát triển Liên hợp quốc (UNDP): Việt Nam nên giảm thiểu việc chôn lấp và đốt rác. Tuổi thọ của cánh quạt tua bin gió là 18 năm ở kịch bản sớm và 26 năm ở kịch bản bình thường. Điều đó đồng nghĩa khoảng 15 năm nữa (kịch bản sớm) thì chúng ta sẽ phải đối mặt với với lượng chất thải phát sinh từ điện gió.

Việt Nam nên rút kinh nghiệm từ châu Âu như cấm chôn lấp chuyển hướng chất thải khỏi bãi chôn lấp và hướng tới thu hồi năng lượng. Trong điều kiện của Việt Nam, sự kết hợp giữa gia tăng phí và quy định cấm chôn lấp (cùng với một số chính sách và quy định quản lý chất thải khác) sẽ giúp chuyển đổi từ việc chôn lấp sang các phương pháp xử lý thích hợp hơn. Việc đốt rác cũng không nên được khuyến khích do các lò đốt có hiệu suất kém và có thể phát thải các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy (U-POPS) vượt tiêu chuẩn quốc gia cho phép./.

Theo Tạp chí Năng lượng Việt Nam

Mức sử dụng trong tháng	Giá (đồng/kWh)
Bậc 1: Cho kWh từ 0 - 50	1.893
Bậc 2: Cho kWh từ 51 - 100	1.956
Bậc 3: Cho kWh từ 101 - 200	2.271
Bậc 4: Cho kWh từ 201 - 300	2.860
Bậc 5 Cho kWh từ 301 - 400	3.197
Bậc 6: Cho kWh từ 401 trở lên	3.302

Đọc nhiều

Công ty TNHH New Wing Interconnect Technology thực hiện tối đa các giải pháp tiết kiệm năng lượng

14/08/2023

Xem thêm

Nghiên cứu đào tạo

Xử lý cánh tua bin gió cuối vòng đời - Bài học từ quốc tế, định hướng của Việt Nam

Cùng chuyên mục

Thủy điện Sông Bung áp dụng công nghệ giám sát chạm đất DC online

giá điện sinh hoạt