Giải pháp phát triển điện khí sinh học trong chăn nuôi lợn ở Việt Nam

29/12/2022

    Chăn nuôi lợn quy mô trang trại tại Việt Nam đang phát triển nhanh chóng. Hầu hết các trang trại chăn nuôi lợn đều lắp đặt các hầm biogas để xử lý môi trường. Tuy nhiên, chỉ một phần rất nhỏ lượng khí gas sinh ra từ các hầm biogas tại các trang trại được sử dụng, còn lại hầu hết bị đốt bỏ hoặc xả thẳng ra môi trường gây ô nhiễm không khí. Nguyên nhân chính là do nhu cầu sử dụng khí gas để phát nhiệt tại các trang trại chăn nuôi lợn rất thấp trong khi đó, việc sử dụng khí gas để phát điện chưa thực sự thuận lợi và đem lại hiệu quả kinh tế so với việc sử dụng điện lưới. Một số hạn chế trong việc phát triển máy phát điện (MPĐ) biogas tại các trang trại: (i) Các MPĐ biogas công suất nhỏ có hiệu quả kinh tế thấp do chi phí đầu tư ban đầu cao, sản lượng điện biogas sinh ra thấp; (ii) Các MPĐ biogas công suất lớn nhập ngoại thường có giá thành cao trong khi các MPĐ biogas nội địa có giá thành rẻ hơn nhưng chất lượng chưa cao, hệ thống dịch vụ bảo dưỡng, sửa chữa, vật tư thay thế không có sẵn; (iii) Chính phủ chưa có quy định cho phép nối điện biogas vào lưới điện nên không thể tiêu thụ được hết sản lượng điện sinh ra. Khảo sát thực tế tại một số trang trại chăn nuôi cho thấy MPĐ biogas công suất lớn có thể đem lại tỷ suất lợi nhuận cao, thời gian hoàn vốn ngắn và hoàn toàn có thể cạnh tranh với điện lưới. Để có thể tận dụng nguồn năng lượng tái tạo khổng lồ từ các hầm biogas tại các trang trại lợn nhằm phát điện, một số giải pháp được đề xuất như sau: (i) Đề nghị Chính phủ cho phép thực hiện một số trang trại chăn nuôi lợn có đủ tiêu chuẩn về quy mô chăn nuôi và dư thừa điện biogas được nối lưới để từ đó đề xuất xây dựng chính sách khuyến khích phát triển các dự án điện biogas nối lưới; (ii) Đề nghị Nhà nước có chính sách hỗ trợ phát triển sản xuất, thương mại hóa MPĐ biogas nội địa và hình thành mạng lưới bảo dưỡng, sửa chữa, cung ứng vật tư, phụ tùng thay thế nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho các trang trại tận dụng nguồn năng lượng tái tạo quý giá đang hàng ngày bị xả bỏ gây ô nhiễm môi trường và làm biến đổi khí hậu.   

    Tổng quan về sản xuất và sử dụng khí sinh học trong chăn nuôi lợn ở Việt Nam

    Theo niên giám thống kê năm 2021, quy mô chăn nuôi lợn ở Việt Nam hiện tại khoảng 23,53 triệu con, trong đó 45% chăn nuôi nông hộ và 55% chăn nuôi trang trại. Chăn nuôi lợn đang có xu hướng chuyển dịch nhanh chóng từ chăn nuôi nông hộ sang các trang trại quy mô lớn, tính đến cuối năm 2021, Việt Nam có 13.748 trang trại chăn nuôi lợn. Hầu hết các trang trại chăn nuôi lợn đều có các công trình khí sinh học (biogas) để xử lý chất thải chăn nuôi, đặc biệt là chất thải lỏng trong chăn nuôi lợn thịt. Tuy nhiên, việc sử dụng khí gas của các trang trại này còn rất hạn chế. Phần lớn khí gas bị đốt bỏ hoặc xả bỏ trực tiếp ra môi trường, chỉ một phần rất nhỏ khí ga được sử dụng cho đun nấu hoặc phát điện tại một số trang trại.

    Nguyên nhân chính của việc không sử dụng nhiều khí gas là các trang trại này áp dụng hình thức chăn nuôi công nghiệp, sử dụng thức ăn có sẵn do vậy không có nhu cầu sử dụng nhiệt năng cho đun nấu. Hơn nữa, việc sử dụng khí gas để phát nhiệt thường không được thuận tiện, tốn nhân công lao động để vận hành thiết bị và dễ gây hỏa hoạn. Việc sử dụng khí gas để phát điện mặc dù đã có khá nhiều nghiên cứu, dự án thí điểm nhưng vẫn chưa được phát triển tại các trang trại là do hiệu quả kinh tế thấp, các MPĐ sử dụng khí sinh học có chi phí vận hành bảo dưỡng cao, dịch vụ sửa chữa không có sẵn tại nhiều địa phương và tuổi thọ thấp. Mặc dù ở Việt Nam hầu hết các trang trại chăn nuôi lợn đều có sẵn các hầm biogas thể tích lớn nhưng số lượng các trang trại sử dụng khí biogas để phát điện vẫn rất ít, khoảng vài chục trang trại (Khảo sát của LCASP 2018).

    Khác với chăn nuôi quy mô trang trại, các hộ chăn nuôi có hầm biogas đang sử dụng khí gas rất hiệu quả cho đun nấu và các nhu cầu sinh hoạt khác của hộ gia đình. Hầu hết khí gas sinh ra từ các hầm biogas quy mô nhỏ đều được sử dụng để phát nhiệt. Rất ít nông hộ sử dụng MPĐ khí sinh học do hiệu quả kinh tế thấp và không thuận tiện do máy gây tiếng ồn và tuổi thọ thấp.

    Lượng khí biogas sinh ra từ chất thải chăn nuôi lợn là rất lớn, nếu tính 1 con lợn thịt trung bình thải 2 kg phân/ngày, 1 kg phân lợn cho khoảng 40 lít khí biogas và khoảng 41,8% lượng chất thải chăn nuôi được xử lý kỵ khí thông qua các công trình biogas thì với 23,53 triệu con lợn sẽ có khoảng 287 triệu m³ khí biogas sản xuất ra hàng năm. Giả sử hầu hết các nông hộ sử dụng khí biogas hiệu quả thì vẫn còn 55%, tương đương 158 triệu m³ khí biogas từ các trang trại chưa được sử dụng hiệu quả. Nguyên nhân chính của việc không sử dụng khí biogas tại các trang trại là do chưa có cơ chế chính sách và công nghệ phù hợp nhằm phát triển điện khí sinh học cho các trang trại chăn nuôi, điều này không những gây lãng phí một nguồn năng lượng tái tạo rất lớn mà còn dẫn đến xả bỏ một lượng lớn khí biogas ra môi trường gây ô nhiễm.

    Tiềm năng phát triển điện khí sinh học trong chăn nuôi lợn

    Tiềm năng phát điện biogas từ các trang trại chăn nuôi lợn rất lớn. Theo báo cáo khảo sát của dự án Hỗ trợ nông nghiệp các bon thấp (LCASP) năm 2018, trong số các trang trại chăn nuôi có hầm biogas, tỷ lệ số trang trại sử dụng khí gas rất ít, chỉ khoảng 5% lượng khí gas sinh ra từ các hầm khí sinh học tại các trang trại chăn nuôi được sử dụng chủ yếu cho đun nấu. Do vậy, nếu tính trung bình 1 m³ khí biogas có thể sản xuất ra 2 - 3 kWh điện (hiệu suất phát điện của đa số MPĐ biogas hiện nay chỉ khoảng 40%) thì với khoảng 158 triệu m³ khí biogas sinh ra từ các trang trại sẽ có thể sản xuất ra 316 - 474 triệu kWh điện trong một năm (có giá trị tương đương 577 - 866 tỷ VNĐ với giá điện lưới trung bình hiện nay là 1.827 VNĐ/kWh).

    Để đánh giá đầy đủ tiềm năng phát triển điện biogas, nghiên cứu do dự án “Bảo vệ khí hậu thông qua phát triển thị trường năng lượng sinh học bền vững ở Việt Nam” (BEM) thực hiện tại một trang trại chăn nuôi lợn tại tỉnh Quảng Trị đã xem xét hiệu quả kinh tế khi sử dụng MPĐ biogas như trong Bảng 1 dưới đây:

    Bảng 1: Tính toán hiệu quả đầu tư MPĐ biogas tại Quảng Trị

Stt	Hạng mục	Đơn vị tính	Giá trị	Nhận xét
01	Giá thành sản xuất điện (LCOE)	VNĐ/kWh	1.234
02	Hệ số nội hoàn (IRR)	%	60	Giai đoạn 10 năm
03	Giá trị hiện tại ròng (NPV)	Triệu VNĐ USD	3.458 150.322	Giai đoạn 10 năm
04	Thời gian hoàn vốn	Năm	1,89

    Nguồn: Báo cáo phân tích tiềm năng sử dụng năng lượng để phát điện tại một số ngành của Việt Nam, dự án, BEM (2021)

    Trang trại chăn nuôi tại tỉnh Quảng Trị có 72.000 lợn thịt đã lắp đặt với hầm biogas phủ bạt và có sản lượng khí gas sinh ra hàng ngày là 1.590 m³. Nhu cầu sử dụng điện của trang trại là 21 MWh/ ngày với giá mua điện lưới trung bình là 1.827 VNĐ/ kWh. Trang trại đã đầu tư 2 MPĐ công suất 160 kW/ máy với tổng công suất là 320 kW, giá thành đầu tư 25.350 USD/ máy.

    Kết quả tính toán cho thấy, sau khi đầu tư trang trại đầu tư MPĐ biogas, trang trại đã giảm được 46% lượng điện lưới sử dụng, tương đương 1.184.881 kWh/năm, tiết kiệm 2,16 tỷ VNĐ/ năm. Thời gian hoàn vốn là 1,89 năm. Đây là hiệu quả đầu tư hết sức hấp dẫn về mặt lý thuyết. Tuy nhiên, trên thực tế, rất nhiều trang trại chăn nuôi vẫn chưa đầu tư MPĐ biogas mặc dù công nghệ này đã được giới thiệu và thương mại hóa ở nước ta nhiều năm nay.

    Để đánh giá đầy đủ hiệu quả kinh tế của công nghệ phát điện biogas tại các trang trại có quy mô khác nhau, năm 2021, dự án BEM đã thực hiện nghiên cứu đề xuất cơ chế hỗ trợ cho các dự án điện khí sinh học ở Việt Nam. Kết quả tính toán giá thành phát điện biogas và đề xuất giá bán điện cố định tại các trang trại lợn có quy mô từ 260 lợn đến 100 ngàn lợn được thể hiện ở Bảng 2 dưới đây:

    Bảng 2: Giá thành phát điện biogas và đề xuất giá FIT tại các trang trại có quy mô khác nhau

Stt	Quy mô trang trại và công suất MPĐ biogas	Giá thành (UScent/ kWh)	Giá thành (VNĐ/ kWh)	Đề xuất giá FIT (US cent/kWh)	Đề xuất giá FIT (VNĐ/kWh)
01	260 lợn, MPĐ công suất 5kW	26,17	6.058	30,45	7.049
02	2500 lợn, MPĐ công suất 70 kW	13,20	3.056	16,10	3.727
03	7500 lợn, MPĐ công suất 250 kW	10,63	2.461	13,05	3.021
04	10.000 lợn, MPĐ công suất 350 kW	9,53	2.165	11,08	2.732
05	20.000 lợn, MPĐ công suất 750 kW	8,23	1.905	10,20	2.361
06	100.000 lợn, MPĐ công suất 4250 kW	4,88	1.130	6,07	1.405

    Ghi chú: Tính toán chi phí đầu tư bao gồm cả MPĐ biogas và hầm khí sinh học. Tỷ giá: 1 USD = 23.150 VNĐ.

    Công suất MPĐ biogas được lựa chọn tùy thuộc vào sản lượng khí sinh ra hàng ngày và nhu cầu sử dụng các thiết bị điện của trang trại. Theo kết quả tính toán ở Bảng 2 cho thấy, các trang trại có quy mô từ 10.000 lợn thịt, lắp đặt MPĐ có công suất từ 350 kW trở lên thì mới có mang lại hiệu quả kinh tế và có thể cạnh tranh với điện lưới trong giờ cao điểm. Hiệu quả kinh tế trong tính toán ở trên khá thấp do chi phí đầu tư MPĐ nhập khẩu từ các nước phát triển tương đối cao.

    Nghiên cứu thí điểm về hiệu quả của đầu tư phát điện khí sinh học tại một số trang trại

    Để tìm ra nguyên nhân tại sao mặc dù MPĐ biogas có thể có tỷ suất lợi nhuận cao nhưng chưa được phát triển mạnh mẽ trong chăn nuôi ở Việt Nam, chúng tôi tiến hành khảo sát thực tế tại 3 trang trại chăn nuôi đã có hầm biogas và đã lắp đặt MPĐ biogas của Công ty E-Green. Do các trang trại đã có sẵn hầm biogas nên khi tính hiệu quả kinh tế, chúng tôi không tính đến chi phí đầu tư bể biogas. Kết quả cụ thể được trình bày ở Bảng 3 như sau:

    Bảng 3: Hiệu quả của MPĐ (MPĐ) biogas của Công ty E-Green

Stt	Hạng mục	Đơn vị tính	Trang trại 1	Trang trại 2	Trang trại 3
01	Quy mô chăn nuôi	Con lợn	5.500	4.500	6.000
02	Dung tích bể biogas	M3	8.000	4.000	5.250
03	Công suất MPĐ biogas	kW	90	60	90
04	Thời gian vận hành trong ngày	Giờ	14	8	10
05	Thời gian khấu hao MPĐ	Năm	5	5	5
06	Điện năng tiêu thụ trước khi lắp MPĐ	kWh/tháng	40.260	32.940	42.450
07	Điện năng tiêu thụ sau khi lắp MPĐ	kWh/tháng	16.775	20.000	20.000
08	Chi phí tiền điện trước khi lắp MPĐ	Triệu VNĐ	83	68	88
09	Chi phí tiền điện sau khi lắp MPĐ	Triệu VNĐ	33	37	38
10	Chi phí đầu tư MPĐ	Triệu VNĐ	430	426	450
11	Chi phí vận hành bảo dưỡng*	Triệu VNĐ	233	170	233,4
12	Giá trị hiện tại ròng (NPV)	Triệu VNĐ	961	155	933
13	Hệ số nội hoàn (IRR)	%	81	24	77
14	Thời gian hoàn vốn	Năm	1,3	3,4	1,4
15	Giá thành 1 kWh	VNĐ	1.135	1.644	1.198
16	Sản lượng điện nếu được nối lưới	kWh/năm	224.293	224.293	418.146
17	Giá thành 1 kWh điện nếu được nối lưới	VNĐ	694	1.138	772

    Ghi chú: Trang trại 1 của ông Thân Văn Hùng, tại xã Cát Nê, huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên; Trang trại 2 của ông Nguyễn Xuân Phong, tại xã Tân Cương, thành phố Thái Nguyên; Trang trại 3 của ông Thân Văn Hùng, tại xã Tự Lạn, huyện Việt Yên, tỉnh Bắc Giang; *Chi phí vận hành bảo dưỡng hàng năm bao gồm chi phí thay thế hạt lọc, thay dầu và bảo dưỡng, thuê nhân công có trình độ vận hành bảo dưỡng sửa chữa cả hệ thống MPĐ và hầm biogas.

    Một số hạn chế chủ yếu trong phát triển điện khí sinh học trong chăn nuôi lợn tại Việt Nam

    Trên cơ sở kết quả nghiên cứu của Dự án BEM và kết quả khảo sát thực tế các trang trại đã lắp đặt và vận hành MPĐ biogas do Công ty E-Green thực hiện, một số hạn chế chủ yếu được phân tích như sau:

    Đầu tư các MPĐ và hầm biogas đồng bộ, nhập khẩu theo tiêu chuẩn châu Âu sẽ dẫn đến giá thành phát điện biogas cao nên chỉ có một số trang trại chăn nuôi lợn có quy mô lớn trên 20.000 lợn thịt và nhu cầu sử dụng điện cao mới đem lại hiệu quả kinh tế đủ để cạnh tranh với điện lưới.

    Nhược điểm lớn nhất của các MPĐ biogas sản xuất nội địa hoặc được cải tạo lại từ các MPĐ khác thì hay bị hỏng, khó tìm thiết bị phù hợp để thay thế, tuổi thọ thấp. Đầu tư các MPĐ của Công ty E-Green sẽ giúp giảm chi phí đầu tư ban đầu nhưng lại tăng chi phí vận hành bảo dưỡng và sửa chữa nhỏ hàng năm. Tuy nhiên, đầu tư theo phương án này sẽ đem lại tỷ suất lợi nhuận cao, thời gian hoàn vốn ngắn cho các trang trại quy mô nhỏ hơn (từ 4.000 lợn thịt trở lên) với giá thành phát điện khoảng 1.100 – 1.200 đồng/ kWh, mang lại hiệu quả kinh tế đủ để cạnh tranh với điện lưới.

    Hiện nay chưa có quy định cho phép điện biogas nối lưới cũng ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả kinh tế của phát điện biogas. Mặc dù tỷ suất lợi nhuận lý thuyết của đầu tư MPĐ biogas là rất cao nhưng kết quả khảo sát thực tế năm 2020 về các MPĐ biogas công suất lớn do dự án LCASP lắp đặt tại các tỉnh dự án cho thấy sản lượng điện sinh ra được sử dụng rất ít do công suất của các thiết bị tiêu thụ điện rất không ổn định. Thực tế khảo sát các trang trại lắp MPĐ biogas của Công ty E-Green cho thấy chỉ 40 – 60% sản lượng điện của MPĐ biogas được tiêu thụ do nhu cầu sử dụng điện của trang trại và thời gian bật tắt của các thiết bị trong ngày cũng như trong năm. Ngay cả hệ thống quạt thông gió được coi là thiết bị tiêu thụ điện ổn định nhất của trang trại cũng thay đổi công suất thường xuyên trong ngày (số lượng quạt chạy ban ngày khác ban đêm, mùa hè khác mùa đông). Tính toán cho thấy, nếu điện biogas được phép nối lưới để có thể tiêu thụ hết sản lượng điện sinh ra thì giá thành phát điện còn có thể giảm xuống còn khoảng 700 đồng/ kWh. Đây là mức giá có thể đem lại lợi nhuận lớn cho các nhà đầu tư.

    Do MPĐ biogas chưa được sử dụng rộng rãi ở nước ta nên chi phí cho sửa chữa, bảo dưỡng còn khá cao và dịch vụ sửa chữa không có sẵn tại nhiều tỉnh có trang trại chăn nuôi. Khảo sát của dự án LCASP năm 2020 cho thấy nhiều trang trại không thể tiếp tục sử dụng MPĐ biogas do khó khăn trong tìm kiếm thợ sửa chữa, bảo dưỡng và thay thế hạt lọc. Ngoài ra, nhân công kỹ thuật để vận hành MPĐ biogas cũng là vấn đề cho nhiều trang trại.

    Các MPĐ biogas công suất nhỏ đem lại hiệu quả kinh tế thấp do chi phí đầu tư và vận hành bảo dưỡng, sửa chữa cao dẫn đến không thể cạnh tranh với điện lưới. Tuy nhiên, việc xác định công suất MPĐ biogas nào có thể đem lại hiệu quả kinh tế đủ để cạnh tranh với điện lưới cần được xem xét cụ thể từng trường hợp trên cơ sở các yếu tố sau: (i) Chi phí đầu tư ban đầu hệ thống MPĐ biogas; (ii) Chi phí vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa hàng năm; (iii) Nhu cầu sử dụng điện ổn định của trang trại.

    Đề xuất một số giải pháp nhằm phát triển điện khí sinh học trong chăn nuôi

    Qua phân tích về hiện trạng và những hạn chế trong phát triển điện khí sinh học trong chăn nuôi lợn kể trên, một số giải pháp nhằm thúc đẩy phát triển điện biogas trong chăn nuôi lợn được đề xuất như sau:

    Một là, đề nghị Chính phủ cho phép thực hiện một số dự án thí điểm điện biogas nối lưới tại một số trang trại chăn nuôi lợn có đủ tiêu chuẩn về quy mô chăn nuôi và lượng khí biogas dư thừa, trên cơ sở kết quả thí điểm, Nhà nước xem xét ban hành chính sách chuẩn xác và toàn diện nhằm khuyến khích phát triển điện biogas tại các trang trại chăn nuôi lợn đủ điều kiện trên toàn quốc.

    Hai là, đề nghị có chính sách khuyến khích phát triển sản xuất, thương mại hóa MPĐ biogas nội địa và hình thành mạng lưới dịch vụ bảo dưỡng, sửa chữa, cung ứng vật tư, phụ tùng thay thế nhằm tạo điều kiện thuận lợi các chủ trang trại chăn nuôi lợn đầu tư MPĐ biogas để tận dụng nguồn năng lượng tái tạo quý giá đang hàng ngày bị xả bỏ gây ô nhiễm môi trường và giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu, và gia tăng giá trị kinh tế của ngành chăn nuôi. 

TS. Nguyễn Thế Hinh

 Bộ Nông nghiệp và PTNT

TS. Lê Thị Thoa, Th.S Đỗ Minh Tâm

Dự án BEM/GIZ

(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường, số 12/2022)

    Tài liệu tham khảo:

1. GIZ (2021), nghiên cứu đề xuất cơ chế hỗ trợ các dự án điện sinh khối.
2. GIZ (2021), Báo cáo đánh giá tiềm năng năng lượng sinh học để phát điện tại một số ngành của Việt Nam.
3. Dự án LCASP (2018), Báo cáo hoàn thành về kiểm tra thực tế chuỗi giá trị khí sinh học, Báo cáo Tư vấn.  
4. Dự án LCASP (2020), Nghiên cứu cải tiến công nghệ khí sinh học và sử dụng hiệu quả khí sinh học theo chuỗi giá trị, Báo cáo Tư vấn.