Việc sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả trong công nghiệp nói chung cũng như trong sản xuất vật liệu xây dựng nói riêng đã được thực hiện suốt quá trình phát triển nhiều năm nay. Lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng Việt Nam về cơ bản có mức độ phát triển nhanh, có trình độ công nghệ hiện đại, tương đương hoặc gần tương đương với trình độ công nghệ của thế giới. Tiêu thụ năng lượng trong quá trình sản xuất vật liệu xây dựng rất lớn với hai dạng năng lượng chính là điện năng và nhiệt năng (cung cấp từ việc đốt nhiên liệu than, LPG, CNG, dầu); riêng ngành xi măng chi phí điện năng chiếm tỷ lệ khá lớn, chi phí nhiệt năng chiếm 45-55% tổng chi phí giá thành sản xuất. Bài viết này nêu ra hiện trạng sử dụng năng lượng và các giải pháp, khuyến nghị nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong quá trình sản xuất vật liệu xây dựng tại Việt Nam.
1. Hiện trạng sử dụng năng lượng trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng
1.1 Công nghệ sản xuất
Hiện nay, tất cả các dây chuyền xi măng ở Việt Nam đều sản xuất theo phương pháp khô, lò quay, tháp trao đổi nhiệt bằng cyclon; đây là loại công nghệ lò nung thuộc diện tiên tiến nhất trên thế giới hiện nay.
Hình 1. Nhà máy xi măng có công nghệ hiện đại đang dần thay thế
nhà máy công nghệ lạc hậu, (ảnh: ximang.vn)
Công nghệ phổ biến trong sản xuất gạch gốm ốp lát ceramic và granite tại nước ta hiện nay là: Gia công nguyên liệu theo phương pháp ướt, sấy phun tạo bột, tạo hình mộc trên các máy ép thủy lực, sấy nhanh bằng sấy đứng hoặc lò sấy thanh lăn đa tầng, tráng men trang trí (đối với gạch ceramic) và nung nhanh bằng lò thanh lăn. Trong những năm gần đây, một số nhà máy đã đầu tư máy nghiền liệu theo phương pháp khô, sấy nghiền liên hợp.
Các đơn vị sản xuất sứ vệ sinh có đặc thù là rất lâu đời (tính đến thời điểm thu thập dữ liệu), dây chuyển lâu đời nhất là từ năm 1950 và dây chuyền mới nhất là năm 2018. Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu sản xuất cũng đã có những cải tiến trong suốt quá trình hoạt động. Công nghệ và thiết bị được xác định cho các thiết bị chính là lò nung và hệ thống sấy. Về cơ bản các dây chuyền sản xuất sứ vệ sinh tại Việt Nam có 2 công nghệ chính là của Trung Quốc và Italia, ngoài ra cũng có một số dây chuyền sản xuât của Đức hoặc Việt Nam chế tạo một phần. Các đơn vị sản xuất sứ vệ sinh đều sử dụng nhiên liệu dạng LPG/CNG hoặc hỗn hợp hai loại nhiên liệu này cho quá trình sản xuất.
Các đơn vị sản xuất kính nổi xây dựng đều có tuổi đời dưới 10 năm, được lắp đặt và hoạt động từ năm 2010 đến nay. Công nghệ và thiết bị một số đơn vị được đồng bộ, hiện đại và có xuất xứ của các nước châu Âu, một số đơn vị có thiết bị không đồng bộ, được nhập từ nghiều nước khác nhau.
2. Tiêu hao năng lượng1-2
Mức tiêu hao năng lượng các ngành sản xuất vật liệu xây dựng phụ thuộc nhiều vào công nghệ, quy mô công suất.
Đối với ngành sản xuất xi măng: Nhiệt năng trung bình khoảng 800 kcal/kg clanhke, phụ thuộc vào quy mô công suất các lò nung. Đối với những lò nung có công suất từ 5.000 tấn clanhke/ngày (tương đương 1,8 triệu tấn xi măng/năm) trở lên, nhiệt năng tiêu thụ trung bình khoảng 755 kcal/kg clanhke. Đối với những lò nung có công suất từ 3.000 - 4.500 tấn clanhke/ngày (tương đương 1,0 - 1,6 triệu tấn xi măng/năm), nhiệt năng tiêu thụ trung bình khoảng 820 kcal/kg clanhke. Đối với những lò nung có công suất 2.500 tấn clanhke/ngày (tương đương 0,91 triệu tấn xi măng/năm), nhiệt năng tiêu thụ trung bình khoảng 850 kcal/kg clanhke. Đối với những lò nung có công suất từ 300 - 1.750 tấn clanhke/ngày (tương đương 0,25 - 0,65 triệu tấn xi măng/năm), nhiệt năng tiêu thụ trung bình khoảng 930 kcal/kg clanhke. Tiêu thụ điện năng trung bình 95 kWh/tấn xi măng. Các nhà máy đầu tư hệ thống sử dụng nhiệt khí thải lò nung để phát điện đã tiết kiệm được 20-30% lượng điện sử dụng của nhà máy.
Đối với ngành sản xuất gạch ceramic, tiêu hao nhiệt năng từ 1076-1598 kcal/kg sản phẩm, tiêu thụ điện năng từ 111-190 kWh/tấn sản phẩm.
Đối với ngành sản xuất gạch granit, tiêu hao nhiệt năng từ 1326-1667 kcal/kg sản phẩm, tiêu thụ điện năng từ 224-360 kWh/tấn sản phẩm.
Nhiên liệu, năng lượng trong sản gạch gốm ốp lát chủ yếu là than, khí gas hóa lỏng LPG, khí thiên nhiên CNG và điện. Chi phí nhiên liệu, năng lượng chiếm tỷ trọng lớn 30 – 35% tổng chi phí sản xuất gạch ốp lát. Tiêu thụ điện năng ở mức trung bình.
Đối với ngành sản xuất sứ vệ sinh, tiêu hao nhiệt năng từ 1930-2347 kcal/kg sản phẩm, tiêu thụ điện năng từ 343-689 kWh/tấn sản phẩm.
Đối với ngành sản xuất kính nổi, tiêu hao nhiệt năng từ 1783-1843 kcal/kg sản phẩm, tiêu thụ điện năng từ 146-156 kWh/tấn sản phẩm.
2. Các giải pháp quản lý và công nghệ nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng
a. Các giải pháp quản lý nhà nước
Việt Nam đã ban hành Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả (Luật số 50/2010/QH12) quy định về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; chính sách, biện pháp thúc đẩy sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; quyền, nghĩa vụ, trách nhiệm của tổ chức, hộ gia đình, cá nhân trong sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả ... Theo đó, các cơ sở sản xuất công nghiệp phải xây dựng, thực hiện kế hoạch sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả hằng năm. Nghị định số 21/2011/NĐ-CP cũng quy định các đơn vị sử dụng năng lượng trọng điểm phải xây dựng kế hoạch hàng năm và năm năm về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả của cơ sở; xây dựng và thực hiện các biện pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả theo mục tiêu, chính sách và kế hoạch đã lập.
Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt chiến lược phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam giai đoạn đến 2050 theo Quyết định số 1266/QĐ-TTg. Theo đó:
Giai đoạn 2021 - 2030:
Ngành gạch ốp lát: Tiêu hao nhiệt năng cho 1 kg sản phẩm: Gạch ceramic: ≤ 1.100 kcal/kg sản phẩm; Gạch granit: ≤ 1.200 kcal/kg sản phẩm; Gạch cotto: ≤ 1.400 kcal/kg sản phẩm. Tiêu hao điện năng cho 1 kg sản phẩm: Gạch ceramic: ≤ 0,12 kWh/kg sản phẩm; Gạch granit: ≤ 0,30 kWh/kg sản phẩm; Gạch cotto: ≤ 0,14 kWh/kg sản phẩm.
Ngành sứ vệ sinh: Nhiệt năng ≤ 2.300 kcal/kg sản phẩm. Điện năng ≤ 0,5 kWh/kg sản phẩm.
Ngành kính xây dựng: Tiêu hao nhiệt năng < 1500 kcal/kg sản phẩm; Tiêu hao điện năng < 100 kWh/tấn sản phẩm.
Giai đoạn 2031 – 2050:
Ngành gạch ốp lát: Sử dụng nhiên liệu sạch trong sản xuất gạch ốp lát, không còn sử dụng khí than làm nhiên liệu đốt.
Ngành sứ vệ sinh: tiêu hao nhiệt năng: ≤ 2.000 kcal/kg sản phẩm; tiêu hao điện năng: ≤ 0,4 kWh/kg sản phẩm.
Ngành kính xây dựng: Tiếp tục đầu tư chiều sâu cho các cơ sở sản xuất kính hiện có, đầu tư mới một số sản phẩm chất lượng cao, giá trị kinh tế cao, đặc biệt sản phẩm kính phù hợp với kiến trúc xanh, tiết kiệm năng lượng.
Các cơ quan quan lý cần triển khai thực hiện các nội dung được quy định trong luật, nghị định, chiến lược đã được ban hành.
b. Các giải pháp về quản lý, kỹ thuật tại nhà máy 2
Lắp đặt các đồng hồ theo dõi năng lượng. Nhà máy cần giám sát việc theo dõi năng lượng và tính toán suất tiêu hao năng lượng trên sản lượng sản phẩm sản xuất hàng tháng, theo dõi tổn thất năng lượng từng khu vực để tìm ra nguyên nhân và khắc phục kịp thời
Xây dựng kế hoạch sử dụng năng lượng bền vững. Những mục tiêu này hướng vào kết quả đầu ra đo lường được và do đó có thể so sánh với chính mục tiêu này.
Tăng cường quản lý nội vi và bảo dưỡng thiết bị. Thường xuyên tuyên truyền, đào tạo về tiết kiệm năng lượng cho nhân viên. Tăng cường tham gia của nhân viên vận hành (việc tiết kiệm điện cần dựa trên nền tảng rộng rãi và phải được sự hỗ trợ của nhân viên vận hành).
Đo lường và lập danh sách các khu vực tiêu thụ nhiều điện (như động cơ máy ép, máy nghiền, nén khí,…) cùng với suất tiêu thụ điện để kiểm soát và đánh giá thường xuyên các khu vực tiêu thụ nhiều điện. Lắp các thiết bị kiểm soát tự động để tắt thiết bị khi không dùng.
Xây dựng hệ thống quản lý năng lượng theo ISO 50001 nhằm giúp cho các đơn vị sản xuất thiết lập các hệ thống và quá trình cần thiết để cải tiến hiệu suất năng lượng, bao gồm việc sử dụng, tiêu thụ hiệu quả năng lượng.
-
Các giải pháp kỹ thuật2
Quản lý, bảo trì, bảo dưỡng, theo dõi, đo đạc, hiệu chuẩn, nâng cấp ... các thiết bị sử dụng điện để giảm tối đa tổn thất năng lượng. Tối ưu hóa hệ thống máy nén khí, thay thế máy nén khí cũ bằng máy nén khí hiệu suất cao.
Lắp đặt, thiết lập hệ thống biến tần cho các thiết bị, hệ thiết bị hoạt động không liên tục, thường chạy với cường độ biến động tải tương đối lớn.
Một số giải pháp giảm tiêu thụ năng lượng đối với một số ngành sản xuất vật liệu xây dựng cụ thể như sau:
Sản xuất xi măng: Sử dụng vòi phun đa kênh, nâng cao nhiệt độ dòng không khí thứ cấp; Giảm nhiệt độ nung bằng cách sử dụng các loại phụ gia khoáng hoá để giảm nhiệt độ tạo khoáng clanhke, sử dụng nguyên liệu hoạt tính cao, chế tạo phối liệu có nhiệt độ kết khối thấp, giảm phát sinh khí NOx; Đảm bảo quá trình nung lò được ổn định; Nâng cao nhiệt độ dòng không khí thứ cấp tiết kiệm nhiên liệu, giảm được NOx; Nâng cao năng suất lò để giảm tổn thất nhiệt qua thành lò, đầu tư hệ thống tận dụng nhiệt thừa khí thải để phát điện; Sản xuất clanhke mác cao giảm lượng clanhke sử dụng trong xi măng.
Hình 2. Khu phát điện nhiệt dư của Công ty CP Xi măng Xuân Thành (ảnh: ximang.vn)
Sản xuất gạch gốm ốp lát: Bảo ôn vỏ lò, giảm tuổi thọ vỏ lò; Tận dụng tối đa nhiệt khí thải từ lò nung tái sử dụng cho các công đoạn khác nhau cho quá trình sản xuất sấy nguyên liệu (sấy phun), sấy, hỗ trợ quá trình đốt cho lò nung; Thay thế nhiên liệu tiêu thụ, sử dụng LPG, CNG, nhiên liệu mới để thay thế dần cho các nhiên liệu truyền thống có mức phát thải lớn (than, dầu); Lắp đặt hệ thống tự động kiểm soát độ ẩm và nhiệt độ, quá trình phân bố nhiệt độ trong lò sấy, nung; Sử dụng các chất trợ nung phù hợp với từng chủng loại sản phẩm; Sử dụng phụ gia tiết kiệm nước giảm lượng nước (khoảng 3%), năng lượng nhiệt (khoảng 90 kWh/t sản phẩm) và điện (xấp xỉ 1,5 kWh/t sản phẩm) [3].
Sản xuất sứ vệ sinh: Bảo ôn vỏ lò tốt để vỏ lò không nóng > 50 °C; Thiết lập đường cong nung tối ưu. Tiềm năng tiết kiệm từ khu vực này có thể khoảng 5 -10 % [4]; Sử dụng bơm nhiệt (Heat Pump) cho khu vực chế biến hồ.
Sản xuất kính [2] : Tối ưu hóa quy trình, thông qua kiểm soát các thông số vận hành, kiểm soát thất thoát, Giảm 10% tổng nhu cầu năng lượng; Sử dụng đầu đốt phát thải NOx thấp.
Để đảm bảo hiệu suất sử dụng năng lượng tiết kiệm tối đa mức tiêu hao cần phải đầu tư thiết bị công nghệ tiên tiến, hiện đại, loại bỏ các thiết bị công nghệ cũ đã lạc hậu.
3. Các khuyến nghị nâng cao hiệu qủa sử dụng năng lượng trong ngành sản xuất vật liệu xây dựng
Mặc dù Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đã được ban hành, nhưng việc thực thi không triệt để; đối với các đơn vị không thực hiện không có phương thức phạt phù hợp. Vì vậy, cơ quan quản lý cần ban hành cơ chế thưởng phạt và triển khai triệt để.
Các giải pháp tiềm năng trong tất cả các ngành sản xuất vật liệu xây dựng là rất lớn và đều khả thi về mặt kỹ thuật. Tuy nhiên, quy mô kinh tế, giá trị đầu tư và nguồn lực về kinh phí là những vấn đề rào cản cơ bản cho các giải pháp này. Mức độ rào cản về kinh tế còn phụ thuộc lớn vào định hướng phát triển cũng như tiềm lực của mỗi đơn vị sản xuất. Vì vậy, các cơ quan quản lý cần ban hành các chính sách hỗ trợ, khuyến khích phù hợp.
Các cơ quan quản lý cần rà soát hiện trạng triển khai, đánh giá hiệu quả, khó khăn, vướng mắc khi thực hiện các luật, nghị định, chiến lược liên quan để có những điều chỉnh phù hợp với tình hình thực tế.
Các cơ quan quản lý xây dựng định mức tiêu hao năng lượng cho ngành, làm cơ sở để các đơn vị triển khai thực hiện.
Các đơn vị sản xuất cần chủ động thực hiện các quy định, xây dựng kế hoạch và triển khai các giải pháp sử dụng năng lượng tết kiệm hiệu quả hàng năm. Trong hoàn cảnh nhiều đơn vị sản xuất không đủ cán bộ, công nhân có kiến thức và kinh nghiệm về công nghệ cao, quản lý năng lượng tốt. Đây là rào cản công nghệ lớn. Vì vậy, rất cần đào tạo nhân viên kỹ thuật và quản lý về kỹ thuật công nghệ và năng lượng.
4. Kết luận
Thực hiện các hoạt động nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là hướng đi đúng theo chủ trương của Việt Nam, phù hợp với xu thế của thế giới. Các nước đều có chính sách khuyến khích, bắt buộc thực hiện sử dụng hiệu quả năng lượng tùy thuộc và điều kiện thực tế.
Viện vật liệu xây dựng là một đơn vị đầu ngành trong lĩnh vực vật liệu xây dựng, sẽ tiếp tục nghiên cứu phát triển, ứng dụng các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả trong sản xuất và sử dụng vật liệu xây dựng, đồng thời hợp tác với các nước để xây dựng các tiêu chuẩn, phương pháp đánh giá, thử nghiệm, tư vấn xây dựng định hướng phát triển phù hợp với điều kiện Việt Nam./.
ThS. Nguyễn Thị Tâm, ThS. Cao Thị Tú Mai (Viện VLXD)
& Hội KHCN sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Viêt Nam
Tài liệu tham khảo:
Quyết định số 1266/QĐ-TTg ngày 18/8/2020 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Chiến lược phát triển vật liệu xây dựng Việt Nam thời kỳ 2021 – 2030 định hướng đến năm 2050” .
Nguyễn Thị Tâm, Cao Thị Tú Mai, Báo cáo xây dựng định mức tiêu hao năng lượng cho ngành sản xuất vật liệu xây dựng, Viện Vật liệu xây dựng, 2020.
Reference Document on Best Available Techniques in the Ceramic Manufacturing Industry, European IPPC Bureau, 2021.
Scalet B, Garcia Munoz M, Sissa A, Roudier S, Delgado Sancho L. Best Available Techniques (BAT) Reference Document for Manufacture of Glass:Industrial Emissions Directive 2010/75/EU (Integrated Pollution Prevention and Control), EUR 25786 EN. Luxembourg (Luxembourg), Publications Office of the European Union; 2012. JRC78091
