Trong nhiều năm, các nhà máy nhiệt điện than được xếp vào nhóm tài sản suy giảm giá trị khi khí tự nhiên và năng lượng tái tạo mở rộng nhanh chóng. Tuy nhiên, sự bùng nổ của các trung tâm dữ liệu trí tuệ nhân tạo (AI) - với nhu cầu điện lớn, ổn định và liên tục 24/7 - đang buộc các công ty điện và nhà hoạch định chính sách năng lượng đánh giá lại tầm quan trọng của nguồn điện nền đáng tin cậy. Trong bối cảnh đó, các tổ máy nhiệt điện than hiện có được nhìn nhận trở lại như một giải pháp kỹ thuật trước mắt cho nhu cầu điện nền của kỷ nguyên AI.

Các tổ máy nhiệt điện than vận hành cung cấp điện nền ổn định cho phụ tải lớn, liên tục của kỷ nguyên AI.

Bài toán điện nền của kỷ nguyên AI

Sự hồi sinh này không nằm ngoài các tranh luận về phát thải, bởi than vẫn là nguồn nhiên liệu có hàm lượng phát thải carbon lớn trong các hệ thống phát điện quy mô lớn. Tuy nhiên, nhu cầu vận hành của hạ tầng tính toán AI khác biệt đáng kể so với hệ thống điện truyền thống, đòi hỏi nguồn công suất lớn, ổn định và duy trì liên tục 24/7.

Các trung tâm dữ liệu yêu cầu độ sẵn sàng ở mức “five 9s”, tương đương 99,999% thời gian hoạt động. Tại nhiều khu vực, năng lượng tái tạo gián đoạn hiện khó đáp ứng ổn định nếu vận hành độc lập. Mặc dù khí đốt tự nhiên đã góp phần thu hẹp khoảng cách, tuy nhiên, tua bin khí phụ thuộc tiến độ phát triển hạ tầng cung ứng và thời gian xây dựng. Vì vậy, tại những khu vực thiếu hụt công suất, các tổ máy than hiện hữu trở thành một trong số ít nguồn có khả năng nhanh chóng cung cấp sản lượng lớn, qua đó làm trọng tâm vấn đề chuyển sang mức độ sẵn sàng của các nguồn thay thế trong cùng khung thời gian vận hành.

Nhu cầu điện tăng nhanh từ các trung tâm dữ liệu AI và ngành sản xuất công nghệ cao cũng khiến chính sách năng lượng tại Mỹ dịch chuyển theo hướng ưu tiên độ tin cậy hệ thống, qua đó khôi phục vai trò của các nguồn nhiên liệu hóa thạch, bao gồm cả than, trong cơ cấu bảo đảm cung ứng điện giai đoạn trước mắt và trung hạn. Một số quy định môi trường được nới lỏng, các khu vực liên bang được mở lại cho khai thác than, đồng thời nhiều nhà máy dự kiến đóng cửa được giữ lại và nâng cấp để duy trì vận hành. Dù vậy, mục tiêu không phải khôi phục than thành nguồn điện chủ đạo, mà chủ yếu nhằm bảo đảm an ninh cung cấp điện trong giai đoạn chuyển dịch năng lượng.

Tái đầu tư vào các nhà máy điện đốt than cũ

Nhiều nhà máy than trước đây chỉ được duy trì bảo dưỡng tối thiểu để chờ dừng vận hành, khi thời gian hoạt động được kéo dài thì các khoản đầu tư công nghệ trở nên cần thiết.

Theo Seth Harris, Giám đốc tăng trưởng mảng điện của Emerson - một tập đoàn công nghiệp đa quốc gia có trụ sở tại Mỹ, cuộc đua triển khai AI buộc các nhà máy điện hiện có phải tối đa hóa hiệu suất và độ tin cậy nhằm đáp ứng yêu cầu cấp điện nhanh nhất có thể. Do đó, thay vì xây dựng mới mất nhiều năm, các đơn vị vận hành lựa chọn nâng cấp điều khiển, tối ưu hóa quá trình cháy, tăng mức tự động hóa và cải thiện hiệu suất nhiệt, qua đó giúp một số nhà máy điện đốt than dự kiến đóng cửa có thể tiếp tục vận hành thêm nhiều năm, thậm chí cả thập kỷ.

Tối ưu hóa vận hành bằng công nghệ hóa học nhiên liệu

Song song với tự động hóa và điều khiển số, một hướng nâng cấp khác đang được áp dụng rộng rãi là điều chỉnh hóa học nhiên liệu nhằm cải thiện hiệu suất lò hơi và khả năng vận hành linh hoạt.

Một ví dụ điển hình là chương trình phụ gia xử lý than CoalTreat do Công ty Dịch vụ Năng lượng Môi trường (EES, Mỹ) phát triển.

CoalTreat không đơn thuần là phụ gia chống đóng cặn, mà là giải pháp thiết kế hóa học nhiên liệu theo từng loại than và mục tiêu vận hành của nhà máy. Hệ thống được phun trực tiếp lên than trên băng tải trước khi vào máy nghiền. Trong quá trình cháy, các tác nhân phản ứng thông qua cơ chế hóa học và vật lý để kiểm soát trạng thái nóng chảy của tro.

Các vấn đề vận hành lò hơi thường liên quan đến nhiệt độ nóng chảy thấp của tro. Than bitum giàu sắt và lưu huỳnh có xu hướng tạo xỉ cứng tại vùng đầu đốt, hàm lượng natri và kali cao gây bám bẩn bề mặt truyền nhiệt vùng quá nhiệt, trong khi than bán bitum giàu silica, alumin và canxi dễ hình thành lớp xỉ thủy tinh cách nhiệt. CoalTreat điều chỉnh cân bằng khoáng của tro theo hướng tăng nhiệt độ biến dạng và nóng chảy, hạn chế hình thành hỗn hợp nóng chảy điểm thấp kiềm - sắt - lưu huỳnh, chuyển tro sang dạng hạt rời dễ rơi và giảm bám dính trên các bề mặt trao đổi nhiệt. Trong nhiều trường hợp áp dụng, việc giảm đóng xỉ đi kèm với cải thiện điều kiện truyền nhiệt, giảm tần suất thổi bụi và dừng hoạt động lò để vệ sinh, cải thiện suất hao nhiệt và hỗ trợ tổ máy vận hành linh hoạt hơn khi phụ tải thay đổi. Điều này đặc biệt quan trọng khi nhà máy phải đáp ứng phụ tải trung tâm dữ liệu, vốn biến động nhanh hơn chế độ vận hành nền truyền thống.

Vai trò chuyển tiếp của than trong hệ thống điện số

Sự quay lại của nhiệt điện than không phải là bước thụt lùi công nghệ mà phản ánh các ràng buộc vật lý của hệ thống điện, khi hạ tầng số cần nguồn điện ổn định trước khi có thể vận hành các giải pháp phát thải thấp ở quy mô lớn.

AI - một công nghệ đại diện cho tương lai - đang khiến hệ thống phải khai thác tối đa các tài sản hiện có thông qua lớp công nghệ mới như điều khiển số, phân tích dữ liệu và tối ưu hóa hóa học nhiên liệu. Vì vậy, trong giai đoạn chuyển tiếp, nhiệt điện than trở thành công cụ ổn định hệ thống hơn là nguồn phát triển dài hạn.

Các chương trình cải tạo và tối ưu vận hành cho thấy nhiều nhà máy có thể hoạt động ổn định hơn so với thiết kế ban đầu, do đó, việc duy trì tài sản hiện có kết hợp nâng cấp công nghệ đang được sử dụng như một giải pháp chuyển tiếp nhằm đáp ứng nhu cầu của hạ tầng số tăng trưởng nhanh chóng./.