22/10/2013

Trữ lượng khí mêtan tại các vỉa than trên thế giới vượt quá trữ lượng khí thiên nhiên và ước tính đạt khoảng 260.000 tỉ mét khối. Dự tính, đến năm 2020 sản lượng khí mêtan từ các vỉa than sẽ đạt 100-150 tỉ mét khối/ năm và triển vọng khai thác thương mại khí mêtan mỏ than có thể đạt tới 470-600 tỉ mét khối/ năm, chiếm 15-20% sản lượng khí thiên nhiên trên thế giới. Nhờ khả năng sinh nhiệt cao nên nguồn nhiên liệu này có thể dùng cho sưởi ấm các khu nhà ở, sản xuất điện năng cũng như làm nhiên nhiệu cho ôtô. Nếu như các xí nghiệp mỏ tự bảo đảm được điện năng và nhiệt, thì giá thành khai thác than sẽ giảm đến 30%.
Kompania Weglowa S.A (KW S.A.) là công ty khai thác than lớn nhất Ba Lan và châu Âu được thành lập vào tháng Hai năm 2003 và hiện đang quản lý 15 mỏ than. Sản lượng than năm 2011 của Công ty KW S.A đạt 39,5 triệu tấn, được khai thác từ trên 50 lò chợ. Than của các mỏ thuộc Công ty KW S.A có độ tro và hàm lượng lưu huỳnh thấp, giá trị nhiệt lượng rất cao. Các mỏ khai thác than đều là mỏ hầm lò, được khai thác từ rất lâu, có mỏ được mở cách đây 200 năm, mỏ mới nhất cũng đã được khai thác cách đây 34 năm. Do vậy, điều kiện khai thác ngày càng phức tạp, mức khai thác ngày càng xuống sâu, nguy cơ nổ bụi và khí mêtan cao, điều kiện khí hậu khắc nghiệt. Vì vậy, giải quyết các vấn đề liên quan đến tháo khi mêtan và điều kiện khí hậu là một trong những nhiệm vụ trọng tâm của Công ty KW S.A. Trong bài viết này, các tác giả đã tóm lược những vấn đề liên quan đến khí mêtan đồng thời cũng giới thiệu một số biện pháp quản lý và sử dụng khí mỏ hiệu quả.
1. Hiện trạng khí mỏ tại các mỏ than của Công ty KW S.A 
Theo Quy phạm khai thác mỏ than của Ba Lan, tùy theo mức độ nguy hiểm về khí mêtan, các mỏ được xếp theo bốn nhóm và tăng dần từ nhóm I đến nhóm IV. Khối lượng than khai thác tại các khu vực có mức độ nguy hiểm về khí mêtan đã phản ánh điều kiện khai thác tại các mỏ than thuộc Công ty KW S.A:
Khối lượng than khai thác từ các khu vực thuộc nhóm I chiếm 9,9% tổng sản lượng;
Khối lượng than khai thác từ các khu vực thuộc nhóm II chiếm 11,6% tổng sản lượng;
Khối lượng than khai thác từ các khu vực thuộc nhóm III chiếm 25,1% tổng sản lượng;
Khối lượng than khai thác từ các khu vực thuộc nhóm I chiếm 20,4% tổng sản lượng;
Như vậy, tổng khối lượng than khai thác tại các khu vực được xếp loại có mức độ nguy hiểm về khí mêtan là 67,0% và tại các khu vực còn lại là 33%.
Mức độ nguy hiểm về khí mêtan được xác định theo lượng khí mêtan thoát ra tại mỏ trong quá trình khai thác. Thông thường, để xử lý lượng khí mêtan thoát ra trong quá trình khai thác, người ta áp dụng phương pháp truyền thống là thông gió mỏ. Trong trường hợp không thể giải quyết triệt để lượng khí phát thải, người ta tiến hành áp dụng phương pháp tháo khí. Đây được xem là biện pháp tốn kém nhất nhưng cũng hiệu quả nhất. Hiện công tác tháo khí mêtan đã được tiến hành tại 9 mỏ hầm lò của Công ty KW S.A là Bielszowice, Breszcze, Halemba-Wirek, Jankowice, Marcel, Sosnica-Makoszowy, Knurow-Szczyglowice, Rydultowy-Anna và Chwalowice.
2. Công tác quản lý khí mỏ
Những nguy hiểm trong môi trường làm việc có liên quan mật thiết đến các đặc tính của đất đá, cấu trúc của vỉa than, đặc biệt là độ sâu khai thác và động cơ thiết bị được sử dụng trong quá trình khai thác. 
Quy phạm khai thác mỏ của Ba Lan nghiêm cấm việc tiến hành khai thác mỏ tại các khu vực mà nhiệt độ không khí vượt quá 330C. Còn khi nhiệt độ nơi làm việc vượt quá 280C, công nhân mỏ được phép giảm bớt thời gian làm việc trong ca. Nhìn chung, theo Quy phạm này, các mỏ thuộc Công ty KW S.A đều có mức nhiệt độ nơi làm việc không vượt ngưỡng 330C, tuy nhiên, tại một số gương khai thác, nhiệt độ đôi khi vượt quá 280C.
Công tác quản lý khí mỏ rõ ràng là có ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của Công ty KW S.A. Theo các kết quả tính toán, lượng khí mêtan thoát ra trong quá trình khai thác than năm 2011 tại các mỏ thuộc Công ty KW S.A vào khoảng 677,0 m3 CH4/phút, tương đương 355,83 triệu m3 CH4/năm. Đây được xem là nguồn nhiên liệu quý giá đối với các hộ tiêu thụ khí tự nhiên (đặc biệt là trong điều kiện nhập khẩu khí gặp nhiều khó khăn như hiện nay) và có thể cạnh tranh với các nguồn nhiên liệu khác. Tuy nhiên, việc sử dụng toàn bộ nguồn nhiên liệu này tại thời điểm hiện tại cũng là vấn đề cần xem xét do tính chất không liên tục trong nguồn cấp khí mêtan từ hệ thống tháo khí. Loại khí có sẵn để sử dụng chỉ có hàm lượng từ 30% đến 60% khí mêtan và hàm lượng oxy lên đến 10%. Ngoài ra, nó còn chứa cacbon dioxit (CO2), hơi nước, và các chất rắn (bụi đá). Một vấn đề nữa là, hiệu suất thu giữ khí bằng hệ thống tháo khí không ổn định do phụ thuộc vào sản lượng than khai thác. Hai trở ngại nói trên đã khiến cho khó có thể quản lý và sử dụng toàn bộ lượng khí mêtan thu giữ được.  Để từng bước sử dụng hiệu quả nguồn khí mêtan thu giữ được trong quá trình khai thác than, bước đầu Công ty KW S.A đã tiến hành nâng cao mức độ sử dụng khí mêtan đối với các hệ thống thiết bị sẵn có tại Công ty, tiếp đến mở rộng phạm vi sử dụng khí mêtan trong các hệ thống đồng sản xuất năng lượng như điện và nhiệt sưởi và tiến tới nâng cấp các hệ thống này với ba sản phẩm đầu ra là điện, nhiệt sưởi và làm mát không khí.
3. Sử dụng thử nghiệm khí mêtan tại Công ty KW S.A
–  Sản xuất nhiệt sưởi
Do lượng khí mêtan thu giữ được trong quá trình khai thác than có chất lượng thấp và không dễ dàng tìm được khách hàng tiêu thụ. Bởi vậy, một trong các biện pháp nhằm quản lý khí mỏ là sử dụng nguồn khí này như một sản phẩm đốt trong các nồi hơi để sinh ra nhiệt sưởi. Đây là loại thiết bị có khả năng đốt khí mêtan hoặc kết hợp đốt đồng thời khí mêtan và than.
– Sản xuất điện
Bốn mỏ của Công ty KW S.A là Bielszowice, Halemba-Wirek, Sosnica-Makoszowy và Knurow-Szczyglowice hiện là những đơn vị tiêu thụ điện năng ở mức cao. Tuy nhiên, vào các ngày nghỉ cuối tuần, mức tiêu thụ điện năng giảm mạnh, chỉ phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của công nhân nên tại đây, người ta đã bước đầu thử nghiệm chuyển đổi các máy phát điện động cơ diezel sang sử dụng khí mêtan. Điều quan trọng trong thử nghiệm này là đảm bảo độ ổn định của các thông số về chất lượng đối với nguồn nhiên liệu mới này. Đây cũng là một trở ngại cho việc sử dụng toàn bộ nguồn khí mêtan thu được qua hệ thống tháo khí. Hiện tại, quá trình sản xuất thử nghiệm điện từ nguồn khí mêtan thu được trong quá trình khai thác than đã đáp ứng được nhu cầu sinh hoạt của thợ mỏ tại hai mỏ Sosnica-Makoszowy và Knurow-Szczyglowice. 
– Sản xuất đồng thời điện và nhiệt sưởi 
Công tác sản xuất điện năng bằng các máy phát điện động cơ diezel sử dụng khí mêtan như đề cập ở trên cũng có thể kết hợp để sản xuất nhiệt. Nếu trong quá trình phát điện, người ta quản lý và tận dụng được lượng nhiệt phát sinh từ các thiết bị thì có thể nâng cao được hiệu suất sử dụng khí mêtan đồng thời nhận được sự hỗ trợ của Chính phủ theo quy định của luật khai thác mỏ.
– Sản xuất đồng thời điện, nhiệt sưởi và làm mát 
Sản phẩm điện được sản xuất từ nguồn khí mêtan thu giữ được sẽ dễ dàng được sử dụng trong hệ thống điều hòa trung tâm hiện đang được đầu tư xây dựng tại mỏ than Knurow-Szczyglowice với công suất làm mát ban đầu là 6MW.
4. Hỗ trợ công tác quản lý khí mêtan tại Công ty KW S.A
Bên cạnh sự hỗ trợ của Chính phủ Ba Lan theo quy định của luật khai thác mỏ, những kết quả thử nghiệm trong việc sử dụng nguồn khí mêtan thu được từ hai mỏ Sosnica-Makoszowy và Knurow-Szczyglowice đã giúp cho Công ty KW S.A nhận được sự hỗ trợ từ Công ty Năng lượng Nhật Bản Chugoku Electric Power theo những điều khoản của Dự án “Đồng thực hiện – Joint Implementation (JI)” nằm trong khuôn khổ Nghị định thư Kyoto có hiệu lực đến hết năm 2012. Theo những điều khoản này, phía Chogoku Electric Power phải thanh toán cho Công ty KW S.A dựa trên mức cát giảm lượng khí cacbon thông qua các đơn vị giảm phát thải ERU (Emission Reduction Unit) mà Công ty đã thực hiện được trong thời gian qua./. 

 Biên dịch: Quốc Trung