Loài người không thể từ bỏ nền văn minh dựa trên dầu mỏ vì vậy việc sử dụng hết lượng nhiên liệu hóa thạch trong lòng đất là điều tất yếu sẽ xảy ra và lượng CO2 cực đại do hoạt động của
Trang 1D Ự BÁO NHU CẦU TIÊU THỤ KHÍ THIÊN NHIÊN TRONG TƯƠNG
AN ESTIMATE OF THE FUTURE NATURAL GAS CONSUMPTION IN
DANANG CITY
Bùi V ăn Ga, Phan Minh Đức
Đại học Đà Nẵng
V ăn Tuấn Anh
Công t y Gas Đô thị - PETROVIETNAM
Sử dụng khí thiên nhiên thay thế cho dầu mỏ là xu thế tất yếu khi dầu mỏ đang cạn kiệt
d ần Đây là giải pháp năng lượng đặc biệt phù hợp với mục tiêu xây dựng Đà Nẵng thành
“Thành ph ố Môi Trường” Dựa trên một số giả định về mô hình tiêu thụ năng lượng và mức độ phát tri ển kinh tế-xã hội , tính toán dự báo cho thấy đến năm 2050 mỗi năm Thành phố Đà
N ẵng cần khoảng 4 tỷ m 3
ABSTRACT
khí thiên nhiên Quá trình chuy ển tiếp từ nhiên liệu lỏng sang nhiên
li ệu khí nên được thực hiện qua 3 giai đoạn Việc qui hoạch mạng lưới cấp gas nên được tiến hành đồng thời với công tác xây dựng cơ sở hạ tầng và chỉnh trang đô thị
Replacing oil by natural gas is an inevitable tendency since petroleum reserves are being gradually depleted This solution for energy consumption is particularly suitable for the target of developing Danang into an "Environmental City" Based on some assumptions about energy consumption estimates and socio-economic development, by 2050 Danang City will consume about 4 billion cubic metres of natural gas per year The transition from liquid fuel to gas fuel should be carried out in three stages The gas supply network planning should be
conducted simultaneously with infrastructure construction and urban embellishment
1 Năng lượng và môi trường
Sự khai thác tài nguyên tăng
cường kèm theo phát thải các chất độc
hại vào môi trường làm mất cân bằng
sinh thái vốn có trong tự nhiên Điều
này đã và đang gây ra những hệ lụy
nghiêm trọng đối với cuộc sống của con
người Nhiều diễn đàn quốc tế, nhiều
cuộc họp thượng đỉnh đã diễn ra khắp
nơi trên thế giới để nêu lên một thông
điệp: hãy bảo vệ môi trường trước khi
đã qua muộn
Nghị định thư Kyoto là văn bản
quốc tế đầu tiên xác nhận hoạt động của con người là nguyên nhân làm cho bầu khí quyển ấm dần lên Nguyên nhân đã thấy rõ nhưng cách khắc phục không hề dễ dàng
Hội nghị Thượng đỉnh Copenhagen COP15 mới đây nhất tại Đan Mạch đã thất bại trong
1800 1850 1900 1950 2000
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
Các ngu ồn thải carbon vào khí quyển
Tổng cộng
Dầu mỏ Than đá Khí thiên nhiên Sản xuất xi măng
Hình 1 Các ngu ồn thải carbon vào khí quyển
Trang 2nỗ lực tìm kiếm một thỏa hiệp quốc tế mạnh mẽ khác thay thế cho Nghị định thư Kyoto
sắp hết hạn vào năm 2012
Loài người không thể từ bỏ nền văn minh dựa trên dầu mỏ vì vậy việc sử dụng
hết lượng nhiên liệu hóa thạch trong lòng đất là điều tất yếu sẽ xảy ra và lượng CO2 cực đại do hoạt động của con người thải vào bầu
khí quyển sẽ đạt được Khi tất cả các nguồn
nhiên liệu hóa thạch đã sử dụng hết thì cân
bằng carbon được thiết lập ở trạng thái cao
Từ khi bắt đầu thời kỳ công nghiệp đến nay
(khoảng 200 năm), sự phát thải CO2 vào bầu
khí quyển đã không ngừng gia tăng Nồng độ
CO2 hiện nay đã tăng 35% so với thời kỳ tiền
công nghiệp, vượt xa nồng độ của chúng
600000 năm trước Nồng độ CO2 đã tăng từ
280ppm ở th ời kỳ tiền cô ng ngh iệp đến
379ppm vào năm 2005 Mức tăng trung bình
của CO2 là +1,5 ppm/năm trong khoảng 1970
đến 2000 và +2,1 ppm/năm trong khoảng
2000 đến 2007 Các hoạt động của con người
như sử dụng nhiên liệu hóa thạch, sản xuất xi
măng… (hình 1) sản sinh ra mỗi năm trên 6 tỷ
tấn carbon Tính toán diễn biến nồng độ CO2
trong khí quyển theo các kịch bản khác nhau cho thấy nồng độ này đạt cân bằng ổn định khoảng 500ppmV trong trường hợp ngay từ bây giờ chúng ta không làm gia tăng thêm
CO2 và đạt giá trị cân bằng cực đoan khoảng 1100ppm nếu tiếp tục phát thải như hiện nay (hình 2) [6] Nếu nồng độ CO2
2 Tr ữ lượng dầu mỏ và khí thiên nhiên
tăng lên gấp đôi sẽ làm gia tăng nhiệt độ trung bình
của mặt đất lên 2,8°C Điều này có thể gây ra sự bùng nổ khí hậu, gây hậu quả khôn lường đối với cuộc sống trên hành tinh
Mặc dù kỹ thuật
thăm dò, khai thác dầu mỏ
đã được n âng lên mức cao
nhất, lượng dầu khám phá ra
đã sụt giảm mạnh mẽ trong
những năm gần đây Lượng
dầu khí khám phá thêm đã
không bù đắp đ ược sự gia
tăng nhu cầu năng lượng
Trên thực tế phần lớn những
giếng dầu khai thác hiện nay đã được phát hiện từ rất lâu Trung Đông là nơi sản xuất
Hình 3 Tr ữ lượng dầu mỏ còn lại trên thế giới (Gigaton)
1900 2000 2100 2200 2300
250
400
550
700
850
1000
0
3
6
9
12
15
18
Năm
N ồng
Hình 2 N ồng độ CO 2 trong b ầu khí quyển
Trang 3dầu mỏ chính của thế giới nhưng 1/3 sản lượng dầu của khu vực này tiếp tục được khai thác từ các mỏ dầu lớn (như Ghawar, Kirkuk, Burgan) đã được khám phá từ cách đây hơn nửa thế kỷ
Hình 3 giới thiệu trữ lượng dầu mỏ ở các vùng khác nhau trên thế giới Trung Đông chỉ tiêu thụ 6% sản lượng dầu của thế giới nhưng chiếm tới 2/3 trữ lượng dầu còn
có thể khai thác được Việc tận thu các mỏ dầu đã khai thác bằng cách ứng dụng công nghệ khai thác mới có thể làm tăng chút ít trữ lượng dầu Hình 4 giới thiệu xác suất 95% và 5% về khả năng khám phá thêm các mỏ dầu mới trong tương lai Kể từ khi có
dự báo đến nay, lượng dầu khám phá thêm theo thực tế tuân thủ đường cong xác suất 95%
Đối với khí thiên nhiên, Trung Đông và Nga chiếm gần ¾ trữ lượng của thế giới (hình 5) Ở khu vực Châu Á-Thái Bình Dương, những nước có trữ lượng khí thiên nhiên
lớn là Úc, Trung Quốc, Indonesia và Malaysia Việt Nam có trữ lượng khí thiên nhiên tương đương với Thái Lan, Myanma, Brunei, Bangladesh (hình 6)
Theo [3] nếu tốc độ tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch như năm 2006 thì trữ lượng
dầu mỏ, khí thiên nhiên và than đá còn có thể khai thác được tương ứng trong 40 năm,
70 năm và 200 năm Công ty Dầu lửa Anh Quốc BP cũng đưa ra dự báo tương tự năm
2005 (hình 7) Theo đó khu vực Châu Á -Thái Bình Dương, dầu mỏ chỉ còn khai thác
được trong khoảng 10 năm kể
từ nay (2010) Đến năm 2050 nguồn dự trữ dầu mỏ trong lòng đất hầu như cạn kiệt Khi đó khí thiên nhiên thay thế dầu mỏ để duy trì nền văn minh “dầu mỏ” khoảng ¼ thế kỷ nữa Than đá
là nguồn nh iên liệu hóa thạch
cuối cùng mà loài người còn khai thác được, kéo dài đến đầu
thế kỷ 23
Ở nước ta, trữ lượng dầu mỏ ước chừng khoảng 600 triệu thùng và khí thiên nhiên ước chừng 6, 8 trillion cubic feet (Tcf) Như vậy trữ lượng khí thiên nhiên của nước ta tương đương với 1 tỷ thùng dầu (6,8 Tcf), lớn hơn trữ lượng dầu mỏ Phần lớn lượng khí thiên nhiên sản xuất ở Việt Nam được chuyển trực tiếp đến công nghiệp sản xuất điện hay các đầu mối tiêu thụ như
tổ hợp Điện-Đạm Phú Mỹ Hiện khí thiên nhiên chưa được sử dụng cho các lĩnh vực khác Tình hình này sẽ thay đổi khi lượng khí thiên nhiên khai thác được nhiều trong tương lai
Việt Nam khai thác trung bình 350.700 thùng dầu /ngày (2007) [1] và 141 billion cubic feet (Bcf) khí thiên nhiên/năm (2005) [2] Như vậ y với trữ lượng dầu khí đã xác
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020
0
10
20
30
40 Lượng dầu thực
t ế đã khám phá
Xác su ất khám phá 95%
Xác suất khám phá 5%
Xác su ất khám phá trung bình
Lượng dầu thực tế khám
phá từ khi có dự báo
Hình 4 Xác su ất 95% và 5% tìm được giếng dầu mới
www.asponews.org)
Trang 4định và mức độ khai thác như hiện nay thì thời gian còn có thể khai thác thương mại đối
với dầu ở nước ta là 4,5 năm và đối với khí thiên nhiên là 48 năm
Từ những phân tích trên đây chúng ta thấy để chủ động nguồn năng lượng trong tương lai, góp phần bảo vệ môi trường và đảm bảo sự phát triển bền vững, sự thay thế
dần dầu mỏ bằng khí thiên nhiên là cần thiết [7]
3 Kinh nghi ệm cung cấp gas thành phố trên thế giới
3.1 Cung c ấp khí dầu mỏ hóa lỏng LPG
Khí dầu mỏ hóa lỏng LPG là hỗn hợp của Propane (C3H8) và Butane (C4H10
Để cải thiện việc cung cấp LPG, người ta lắp các trạm cấp gas độc lập cho các hộ gia đình hoặc các khu chung cư Trạm cấp gas thường gồm nhiều bình gas thương mại được ghép
lại để tăng sức chứa (hình 9a) hoặc các xi-tec chứa gas có thể tích lớn (hình 9b) Các trạm nạp LPG cho phương tiện cơ giới
cũng sử dụng các xi-tec để lưu trữ (hình 9c)
) LPG có ưu điểm là áp suất hóa lỏng thấp (khoảng 7 bar ở điều kiện thường) vì vậy có
thể lưu trữ và phân phối dễ dàng hơn các loại nhiên liệu khí khác Giải pháp truyền
thống đầu tiên là cung cấp khí dầu mỏ hóa lỏng LPG bằng các bình gas gia dụng (hình 8) Giải pháp này hiện đang sử dụng rộng rãi ở các nước đang phát triển và được tiếp
tục sử dụng ở những vùng mà mạng lưới cung cấp gas thành phố chưa đến được ở các
nước phát triển Do cung cấp đơn lẻ nên chi phí gián tiếp tăng , việc nạp gas phức tạp và dễ mất an toàn trong quá trình vận chuyển, sử dụng
3.2 Cung c ấp khí thiên nhiên
Khí thiên nhiên có thể được vận chuyển đến nơi sử dụng bằng phương tiện thủ công
Bắc Mỹ Mỹ
La Tinh
Liên Xô
cũ Châu Âu Trung Đông Châu Phi Châu Á-TBD Thế Giới
20
40
60
80 Năm
12
41
28
9
81
32
14
41
Hình 7 D ự báo trữ lượng dầu mỏ (2005)
ồ
4,1% 3,9%
32,4%
40,1%
3,2%
8,0% 8,3%
Bắc Mỹ Nam Mỹ
và Trung
Mỹ
Liên Xô cũ Châu Âu Trung
Đông Châu Phi Thái Bình Châu
Á-Dương 0%
10%
20%
30%
40%
50%
Hình 5 S ự phân bố trữ lượng ga theo khu vực trên
Trang 5đơn giản như hình 10a Khí thiên nhiên được nạp vào túi chứa khí ở áp suất khoảng 20mm H2O rồi chở đến nơi tiêu thụ Do áp suất thấp nên lượng khí chứa trong túi rất
hạn chế Cách vận chuyển này cũng được áp dụng cho biogas ở vùng nông thôn
Hình 8 Các ki ểu bình gas LPG gia dụng
a b
c
Hình 9 Tr ạm cấp LPG gia dụng và trạm nạp LPG cho ô tô
Trong công nghiệp, khí thiên nhiên nén được vận chuyển trong các chai chứa khí cao áp thành từng cụm (hình 10 b) Các cụm bình khí thiên nhiên nén được xe rơ -mooc kéo đến và đặt ở nơi tiêu thụ (hình 10c) Khi hết gas, c ác cụm bình nạp đầy khí khác sẽ được vận chuyển đến để thay thế
Hình 10 Chuyên ch ở khí thiên nhiên kiểu thủ công (b), kiểu công nghiệp (b), cụm bình CNG (c)
a b c.
Trang 6Khí thiên nhiên cung cấp cho phương tiện giao thông vận tải được thực hiện ở các trạm cung cấp khí thiên nhiên nén Tại đây, khí thiên nhiên từ mạng lưới cung cấp được nén sẵn trong các bình chứa với áp suất 200bars trước khi nạp vào bình chứa trên
ô tô Ở những nơi không có hệ thống cung cấp khí thiên nhiên, người ta lưu trữ khí thiên nhiên dưới dạng bình khí nén CNG (hình 12a) hay bình chứa khí thiên nhiên lỏng LNG (hình 12b) Việc nạp khí thiên nhiên cho ô tô cũng có thể thực hiện bằng máy nén khí
nhỏ gia đình (hình 12c)
Giải pháp lâu dài và bền vững nhất của việc cung cấp khí thiên nhiên là xây
dựng hệ thống ống ngầm dẫn khí đến từng hộ gia đình, đến mọi nơi có nhu cầu tiêu thụ khí giống như hệ thống cấp nước
sinh hoạt Đầu tư một hệ thống như
vậy rất tốn kém, thường vượt quá
khả năng tài chính của các địa
phương nếu không có sự tham gia
của các tập đoàn công nghiệp dầu
khí Mạng lưới cấp khí thiên nhiên
của Pháp là một ví dụ Mạng lưới
này do tập đoàn Gas Pháp (Gaz de
France, GdF) xây dựng Nguồn khí
thiên nhiên được nhập từ nước ngoài
qua đường ống dẫn khí đốt xuyên
lục địa hay từ các tàu chở LNG Từ các đầu mối này, khí thiên nhiên được cấp vào hệ
thống ống dẫn, qua các trạm nén tăng áp 4 bars sau đó chuyển vào hệ thống cấp gas thấp
áp ở áp suất 21mbar dẫn đến nơi tiêu thụ
Hình 12 B ồn chứa khí thiên nhiên nén (a), và lỏng (b), máy nén CNG gia đình (c)
3.3 Hiệu quả kinh tế
Về mặt năng lượng, 1 thùng dầu thô chứa tương đương 5,8.106
BTU, tức 5,8MMBTU Giá khí thiên nhiên hiện nay là 6,06USD/MMBTU [ 5] Vậy giá lượng khí
Hình 11 Sơ đồ trạm cung cấp CNG cho ô tô
Trang 7thiên nhiên có năng lượng bằng 1 thùng dầu thô là 35,15USD Trong khi đó giá dầu thô
hiện nay là 83,42USD/thùng, nghĩa là gấp 2,37 lần giá khí thiên nhiên Do đó khi dùng khí thiên nhiên, chi phí năng lượng giảm đi hơn một nửa so với khi dùng dầu mỏ Về
mặt phát thải ô nhiễm, khí thiên nhiên được mệnh danh là “nhiên liệu sạch” Các chất ô nhiễm trong sản phẩm cháy của khí thiên nhiên đều thấp hơn nồng độ của chúng trong
sản phẩm cháy của dầu mỏ
4 Tính toán d ự báo qui mô tiêu thụ khí thiên nhiên tại Đà Nẵng
B ảng 1 Tính toán dự báo lượng khí thiên nhiên tiêu thụ ở Đà Nẵng đến năm 2050
Cơ cấu tiêu thụ năng lượng năm 2010
Lượng dầu tiêu thụ ở Đà Nẵng
Lượng dầu mỏ còn sử dụng ở Đà Nẵng
Lượng khí thiên nhiên tương đương
Tỉ lệ sử dụng khí thiên nhiên giả định
Lượng khí thiên nhiên sử dụng tại Đà
Lượng khí thiên nhiên sử dụng tại Đà
Giải thích đơn vị tương đương trong dầu khí:
1 thùng dầ u = 6000 cf khí thiên nhiên (cf: cubic feet); 1Bcf=109
cf; 1m3
Theo [4], Việt Nam tiêu thụ hiện nay 3,8 thùng dầu/ngày/1000 dân Như vậy
mỗi người dân tiêu thụ khoảng 1 thùng dầu/năm, so với Trung Quốc 1,8 thùng
dầu/người/năm, Indonesia 1,7 thùng dầu/người/năm, Thái Lan 5 thùng dầu/người/năm Năng lượng ở nước ta chủ yếu cho sinh hoạt Thành phố Đà Nẵng có mức độ phát triển cao hơn mức trung bình của cả nước vì vậy có thể xem công nghiệp và giao thông vận tải tiêu thụ năng lượng cao hơn các khu vực khác Chúng ta có thể chọn cơ cấu năng lượng
= 35,315cf
Trang 8của Đà Nẵng hiện nay tương đương với Indonesia với mức tiêu thụ dầu mỏ khoảng 1,7 thùng/người/năm Trong tính toán dự báo, chúng ta sử dụng các giả thuyết sau:
- Giả sử đến năm 2030, cơ cấu tiêu thụ năng lượng của Đà Nẵng tương tự với cơ
cấu tiêu thụ năng lượng của Nhật Bản hiện nay (12 thùng dầu/người/năm) và năm 2050 tương tự cơ cấu năng lượng của Mỹ (21 thùng dầu/người/năm)
- Do dầu mỏ cạn kiệt dần, tỉ lệ giữa giá dầu và giá khí thiên nhiên tăng cao, người dân chuyển sang dùng khí với tốc độ lớn Dự kiến đến năm 2050 khi hầu hết mỏ
dầu đã cạn kiệt, Đà Nẵng sử dụng 80% nhiên liệu hóa thạch là khí thiên nhiên
- Thực hiện Nghị định thư Kyoto và các công ước quốc tế về giảm phát thải chất khí gây hiệu ứng nhà kính, đến năm 2050, Thành phố Đà Nẵng sử dụng 35% năng lượng tái tạo thay thế cho nhiên liệu hóa thạch
- Dân số Đà Nẵng giả định đạt 2 triệu người vào năm 2050
Kết quả tính toán nhu cầu khí thiên nhiên tại Thành phố Đà Nẵng đến năm 2050 được cho ở bảng 1
5 K ết luận
a Theo dự báo của các cơ quan năng lượng có uy tín trên thế giới thì với tốc độ khai thác như hiện nay, dầu mỏ sẽ cạn kiệt trong 40 năm, khí thiên nhiên trong 70 năm
và than đá trong 200 năm Ở Việt Nam, với mức khai thác như hiện nay, dầu mỏ c òn khai thác được trong 4,5 năm, khí thiên nhiên trong 48 năm
b Sử dụng nhiên liệu khí thay thế dần nhiên liệu lỏng là bước đi thích hợp, đảm
bảo sự phát triển bền vững và giải pháp này đã được áp dụng từ lâu ở các nước phát triển qua ba giai đoạn: (1) cung cấp khí hóa lỏng LPG bằng bình gas gia dụng, (2) cung
cấp khí hóa lỏng LPG và khí thiên nhiên nén CNG tập trung bằng các bình chứa di động, (3) cung cấp khí thiên nhiên qua hệ thống ống dẫn từ bồn chứa đến tận nơi tiêu thụ
c Dựa trên một số giả thiết về phát triển kinh tế xã hội và xu thế sử dụng năng lượng trong tương lai, chúng ta có thể dự báo nhu cầu khí thiên nhiên phục vụ cho sản
xuất và đời sống của Thành phố Đà Nẵng năm 2050 khoảng 4 tỷ m3
d Qui hoạch và đầu tư xây dựng hệ thống cấp gas cho Thành phố Đà Nẵng là dự
án đầu tư chiều sâu, mang tính chiến lược, lâu dài, rất cần thiết để đảm bảo sự phát triển
bền vững của Thành phố, giải quyết đồng thời hai vấn đề quan tâm hàng đầu của nhân
loại, đó là năng lượng và môi trường, phù hợp với mục tiêu xây dựng Đà Nẵng thành
“Thành phố Môi trường”
/năm Vì vậy Thành
phố nên chuẩn bị cơ sở hạ tầng cũng như các điều kiện cần thiết để đáp ứng nhu cầu nhiên liệu khí
Trang 9TÀI LI ỆU THAM KHẢO
[1] http://www.nationmaster.com/country/vm-vietnam/ene-energy
[2] http://www.eia.doe.gov/emeu/cabs/Vietnam/NaturalGas.html
[3] Shahriar Shafiee, Erkan Topal: When will fossil fuel reserves be diminished? Energy Policy 37 (2009) 181–189
[4] http://www.nationmaster.com/graph/ene_oil_con_percap-energy-oil-consumption-per-capita
[5] http://www.wtrg.com/daily/oilandgasspot.html
[6] Bùi Văn Ga, Trần Văn Quang , Biến thiên CO 2
[7] Bùi Văn Ga, Năng lượng “sạch” cho Đà Nẵng-Thành phố môi trường Hội nghị
Cơ học Thuỷ khí toàn quốc 2009, Đà Nẵng 22-25/7/2009
trong khí quy ển và viễn cảnh cân
quốc lần thứ VIII, Tập 1, pp 370-382 Hà Nội, 8-9/4/2009
