Viện Nghiên cứu Cơ khí: Tự chủ công nghệ năng lượng sạch và bền vững

Trải qua 63 năm xây dựng và phát triển, Viện Nghiên cứu Cơ khí đã làm chủ nhiều công nghệ then chốt để phát triển năng lượng sạch và bền vững, hai trong số công nghệ đó là nâng cấp hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện và nội địa hóa màng đàn hồi tự lựa cho thủy điện công suất lớn, góp phần tiết kiệm chi phí và bảo đảm phát triển bền vững.

Hơn nửa thế kỷ bền bỉ nghiên cứu và sáng tạo

Được thành lập từ năm 1962, Viện Nghiên cứu Cơ khí (NARIME) trực thuộc Bộ Công Thương là tổ chức nghiên cứu hàng đầu về cơ khí tự động hóa tại Việt Nam. Trong hơn 63 năm qua, Viện đã tham gia nhiều chương trình, dự án trọng điểm quốc gia, đặc biệt trong lĩnh vực năng lượng, nơi cơ khí, tự động hóa đóng vai trò quyết định đến sự vận hành an toàn, hiệu quả của các nhà máy điện.

Nếu như trước đây, nhiều thiết bị then chốt phải phụ thuộc nhập khẩu với chi phí cao và thời gian chờ đợi dài, thì nay, NARIME đã từng bước khẳng định năng lực làm chủ công nghệ. Những thành tựu cụ thể không chỉ nâng cao vị thế ngành cơ khí – tự động hóa của Việt Nam, mà còn trực tiếp đóng góp cho mục tiêu phát triển năng lượng bền vững.

Bài toán kép: đảm bảo điện năng và giảm phát thải

Nhiệt điện than hiện vẫn là một trong những nguồn điện chủ lực, đóng góp hàng chục tỷ kWh mỗi năm. Tuy nhiên, cùng với sản lượng lớn, lượng khí thải phát sinh cũng là bài toán nhức nhối. Bụi mịn, SO2, NOX cùng nhiều hợp chất độc hại nếu không được xử lý triệt để sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới môi trường và sức khỏe cộng đồng. Trong khi đó, nhiều nhà máy đã vận hành hàng thập kỷ, hệ thống xử lý khí thải xuống cấp hoặc không được đầu tư đồng bộ, khí thải không đáp ứng qui chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 19:2024/BTNMT.

Trước yêu cầu đó, nhóm nghiên cứu do TS. Vũ Văn Khoa cùng các cộng sự thuộc Viện Nghiên cứu Cơ khí đã triển khai đề tài “Nâng cấp hệ thống khí thải cho các nhà máy nhiệt điện thuộc EVN”. Trên cơ sở khảo sát thực tế tại Quảng Ninh, Phả Lại, Uông Bí, nhóm nghiên cứu chỉ ra hàng loạt nguyên nhân khiến hiệu suất xử lý suy giảm: các điện cực của thiết bị lọc bụi tĩnh điện (ESP) bị mòn và cong vênh; hệ thống khử lưu huỳnh (FGD) giảm khả năng hấp thụ; xúc tác trong thiết bị khử NOₓ (SCR) mất hoạt tính.

Giải pháp được đề xuất không phải là thay thế toàn bộ thiết bị, vốn đòi hỏi chi phí khổng lồ và thời gian nhập khẩu dài, mà là nâng cấp đồng bộ, phù hợp với điều kiện vận hành trong nước. Cụ thể, điện cực ESP được thiết kế, chế tạo bằng vật liệu cải tiến, kết hợp điều chỉnh dòng khí đi vào để tăng độ đồng đều, giúp tăng hiệu suất lọc bụi tới 99,5 - 99,9%.

Hệ thống FGD được tối ưu kích thước giọt phun và lưu lượng dung dịch sữa đá vôi, đưa nồng độ SO2 phát thải tại ống khói xuống dưới 120 mg/Nm³. Với NOx, nhóm nghiên cứu thay mới xúc tác loại chịu nhiệt, chống bám bụi tốt hơn, đồng thời tinh chỉnh hệ thống phun amoniac, khôi phục hiệu suất khử lên trên 80%, đưa nồng độ NOx phát thải về dưới 120 mg/Nm³.

Kết quả thử nghiệm thực tế cho thấy sau nâng cấp, các thông số phát thải như bụi, SO2, NOx đều đáp ứng yêu cầu của qui chuẩn kỹ thuật. Đặc biệt, giải pháp có thể triển khai trực tiếp trên hệ thống hiện hữu, rút ngắn thời gian dừng tổ máy, yếu tố vô cùng quan trọng vì mỗi giờ ngừng sản xuất có thể gây thiệt hại hàng tỷ đồng. Không chỉ vậy, nhóm còn xây dựng bộ quy trình vận hành, bảo dưỡng hệ thống sau cải tạo, giúp các nhà máy duy trì hiệu suất ổn định và giảm thiểu sự cố trong quá trình vận hành.

Nội địa hóa màng đàn hồi tự lựa cho thủy điện công suất lớn

Nếu ở nhiệt điện, thách thức là kiểm soát phát thải, thì trong thủy điện, vấn đề lại nằm ở sự phụ thuộc vào chi tiết nhập khẩu. Một trong những cấu phần quan trọng nhất trong ổ đỡ chặn của tổ máy phát điện là màng đàn hồi tự lựa. Nhờ biến dạng linh hoạt, các tấm màng đàn hồi tự lựa giúp phân bổ tải trọng đồng đều và duy trì lớp dầu bôi trơn thủy động ổn định. Sự cố hỏng hóc màng có thể dẫn tới quá tải cục bộ, tăng nhiệt độ, buộc tổ máy phải dừng khẩn cấp, gây thiệt hại sản lượng điện.

Trước đây, loại màng này hoàn toàn do hãng Alstom (nay là GE) cung cấp, chi phí cao, thời gian nhập khẩu kéo dài. Thực tế vận hành từng ghi nhận trường hợp tấm màng nứt, kéo theo đĩa cao su an toàn bên dưới bị vỡ, khiến tổ máy phải dừng đột ngột.

Từ thực tiễn đó, nhóm nghiên cứu do ThS. Phan Hữu Thắng, Phó Viện trưởng Viện Nghiên cứu Cơ khí, và ThS. Đào Hữu Mạnh chủ trì đã quyết tâm chế tạo màng đàn hồi tự lựa trong nước. Sau nhiều thử nghiệm, thép không gỉ austenit SUS 304 được lựa chọn vì có khả năng chống ăn mòn, độ dẻo cao và độ bền mỏi tốt. Quy trình chế tạo áp dụng phương pháp dập vuốt nhiều công đoạn trên máy ép thủy lực song động, kết hợp gia công chính xác, bảo đảm biên dạng và độ dày ổn định.

Đặc biệt, nhóm đã thiết kế bộ gá thử tải chuyên dụng, mô phỏng điều kiện thực tế với toàn bộ 18 tấm màng chịu tải đồng thời. Thử nghiệm tới mức 150% tải trọng định mức (125 tấn mỗi tấm) trong suốt một giờ liên tục cho kết quả: độ lún tối đa chỉ +0,08 mm (giới hạn cho phép là ±0,15 mm), không có rò rỉ dầu, các tấm trở về trạng thái ban đầu sau khi dỡ tải. Sự đồng đều giữa các tấm cũng chứng minh quy trình chế tạo hoàn toàn có thể nhân rộng sản xuất hàng loạt.

Các tấm màng đàn hồi tự lựa sau đó được lắp đặt tại Nhà máy Thủy điện Sơn La và vận hành ổn định, không phát sinh sự cố. So với sản phẩm nhập khẩu, chi tiết do Viện chế tạo đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn kỹ thuật, đồng thời rút ngắn đáng kể thời gian bảo dưỡng và tiết kiệm chi phí hàng triệu USD. Thành công này khẳng định năng lực làm chủ công nghệ cơ khí chính xác của Việt Nam, giảm dần sự phụ thuộc vào nguồn cung bên ngoài.

Các tấm màng đàn hồi tự lựa là cấu phần cốt lõi trong hệ thống cân bằng tải thủy tĩnh của ổ đỡ chặn tại các nhà máy thủy điện công suất lớn. Trong quá trình vận hành, những chi tiết này phải chịu tải trọng dọc trục rất lớn và áp suất thủy lực cao, đòi hỏi vật liệu chế tạo phải có các tính chất cơ học vượt trội, độ bền mỏi cao cũng như khả năng chống ăn mòn trong môi trường dầu thủy lực.

Từ xử lý khí thải nhiệt điện đến chế tạo chi tiết thủy điện, Viện Nghiên cứu Cơ khí đã chứng minh năng lực nghiên cứu và ứng dụng công nghệ ngay trên thực tế. Những thành tựu này không chỉ tiết kiệm chi phí, rút ngắn thời gian bảo dưỡng mà còn góp phần quan trọng vào mục tiêu phát triển năng lượng bền vững, phù hợp với cam kết phát thải ròng bằng “0” vào năm 2050.