Nhà máy thông minh đầu tiên của Petrovietnam: Dấu ấn đậm nét chuyển đổi số

Cảng xuất của nhà máy đạm Cà Mau. Ảnh: A.N/Bnews/vnanet.vn

Với việc tiên phong đưa trí tuệ nhân tạo (AI), công nghệ vạn vật kết nối (IoT) và dữ liệu lớn (Big Data) vào quản trị vận hành, nhà máy đạm Cà Mau đã trở thành hình mẫu trong chuyển đổi số khi được công nhận là nhà máy thông minh đầu tiên của Tập đoàn Công nghiệp-Năng lượng Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam). Đây cũng là công trình được lựa chọn xét Giải thưởng Hồ Chí Minh về khoa học và công nghệ lần thứ 7.

Ông Nguyễn Duy Hải, Giám đốc Nhà máy đạm Cà Mau chia sẻ với báo chí về thông tin nhà máy thông minh. Ảnh: A.N/Bnews/vnanet.vn

*Nhà máy hiệu suất cao, tiệm cận không phát thải 

Nhà máy đạm Cà Mau là công trình trọng điểm quốc gia do Tổng Công ty Phân bón dầu khí Cà Mau (PVCFC)-đơn vị thành viên của Petrovietnam quản lý, vận hành thương mại từ năm 2012. Nhà máy sử dụng khí tự nhiên từ mỏ PM3–CAA để sản xuất phân đạm ure với  công suất thiết kế 800 nghìn tấn/năm, đáp ứng khoảng 40% nhu cầu đạm ure trong nước, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng và lương thực quốc gia.

Tại buổi làm việc mới đây, ông Nguyễn Duy Hải, Giám đốc Nhà máy đạm Cà Mau cho biết vào đầu tháng 10 vừa qua, đạm Cà Mau đã hoàn thành giai đoạn 1 của dự án “nhà máy thông minh”, đạt  cấp độ 2 và đang tiến nhanh lên cấp độ 3 là nhà máy tích hợp dữ liệu theo thang đo SIRI (chỉ số sẵn sàng công nghiệp thông minh).

Tuy nhiên, với giá khí chiếm tới 60-70% giá thành sản xuất ure, việc tối ưu hóa vận hành và giảm tiêu hao năng lượng trở nên cấp thiết với PVCFC, nhất là khi giá khí thiên nhiên luôn có xu hướng tăng trong khi đạm Cà Mau vẫn phải mua khí trung bình khoảng 9USD/MMBTU (1 triệu đơn vị nhiệt Anh), cao hơn nhiều so với mức không quá 5 USD/MMBTU của các doanh nghiệp sản xuất ure tại Brunei, Malaysia, Indonesia, ông Hải chia sẻ.

Kỹ sư Trần Đại Nghĩa-Quản đốc phân xưởng ure của nhà máy đạm Cà Mau trao đổi với báo chí. Ảnh: A.N/Bnews/vnanet.vn

Theo kỹ sư Trần Đại Nghĩa-Quản đốc phân xưởng ure của nhà máy đạm Cà Mau, đối với các nhà máy phân bón ure đi từ nhiên liệu khí tiêu chuẩn, tổng tiêu hao năng lượng hữu ích (khí tự nhiên, điện) chiếm khoảng 60%, còn lại 40% sẽ “thất thoát” qua hệ thống khí thải và nước làm mát. Vì vậy, PVCFC đã tiến hành cải tiến công nghệ, áp dụng sáng kiến cải tiến kỹ thuật vào quản lý vận hành nhà máy để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và thu hồi nhiệt; nâng cao hiệu quả sử dụng nguyên liệu và tỷ lệ chuyển hoá.

PVCFC đã có 21 giải pháp tiêu biểu về tối ưu công suất và năng lượng; nâng cao chất lượng sản phẩm ure hạt đục; phát triển các dòng phân bón giá trị gia tăng. Đặc biệt, việc phát triển dòng phân bón tan chậm thông minh N46.Plus, phân ure bio tích hợp vi sinh vật có lợi Bacillus…đã giúp tiết kiệm 30% lượng phân bón sử dụng, tăng năng suất cây trồng 5-10%, giảm phát thải NH3 bay hơi 30-40%, giảm N2O phát thải 18–25%, chống rửa trôi… trong khi năng suất cây trồng tăng đến 10%, kỹ sư Trần Đại Nghĩa chia sẻ. 

Với những giải pháp tổng thể như vậy, chỉ trong giai đoạn 2017–2023, PVCFC đã tiết kiệm hơn 3.044 tỷ đồng, trong đó tiết giảm tiêu hao nguyên liệu và năng lượng (1.529 tỷ đồng), tăng sản lượng ure (1.039 tỷ đồng) và phát triển sản phẩm mới (476 tỷ đồng). Nhà máy vận hành ổn định ở mức trung bình trên 115% công suất thiết kế,  sản lượng ure đạt kỷ lục 956 nghìn tấn/năm (2023–2024), đưa tổng sản lượng tích lũy chạm mốc 11 triệu tấn ure sau 12 năm vận hành thương mại. Bên cạnh đó, tiêu hao năng lượng ròng giảm từ 23,7 GJ/tấn ure (năm 2013) xuống còn 21,7 GJ/tấn ure (năm 2023). Cũng nhờ vận hành theo mô hình thông minh, phát thải sản xuất của nhà máy đạm Cà Mau đã giảm từ 0,63 tấn CO2 (năm 2017) xuống khoảng 0,53 tấn CO2 (năm 2023) trên mỗi tấn ure, góp phần thực hiện mục tiêu Net Zero 2050 của Việt Nam. Đây cũng là con số đáng nể khi so sánh với cường độ phát thải trung bình tại các nhà máy cùng loại của EU là 0,6 tấn CO2, Bắc mỹ là 0,635 tấn CO2, Mỹ Latinh là 0,841 tấn CO2, Trung Đông là 0,675 tấn CO2, Đông Nam Á là 0,732 tấn CO2, Nam Á là 0,9 tấn CO2, Trung Quốc là 0,801 tấn CO2 trên mỗi tấn ure. 

PVCFC cũng là doanh nghiệp duy nhất trong ngành phân bón Việt Nam (tính đến năm 2024) đạt chứng chỉ “Level One System Status” (cấp độ cao nhất) của Bộ Nông nghiệp, Thủy sản và Lâm nghiệp Úc (DAFF) vào năm 2025, khẳng định uy tín thương hiệu Việt Nam trên thị trường khó tính này. Ước tính năm 2025, PVCFC xuất khẩu khoảng 350 nghìn tấn trên tổng sản lượng khoảng 960 nghìn tấn, trong đó xuất khẩu trực tiếp chủ yếu sang Campuchia, còn lại chủ yếu xuất qua các nhà nhập khẩu để xuất sang khoảng 19 quốc gia khác như Ấn Độ, Brazil, Australia, New Zealand... 

Kỹ sư Trần Đại Nghĩa-Quản đốc phân xưởng ure của nhà máy đạm Cà Mau (áo trắng bên phải) đang trao đổi với kỹ sư vận hành trong phòng điều khiển trung tâm nhà máy. Ảnh: A.N/Bnews/vnanet.vn

*Mục tiêu tiến tới cấp độ cao nhất 

“Bản thân thiết bị công nghệ hiện đại vẫn có cơ hội để cải tiến, nâng cao công nghệ. Vì thế các nhà bản quyền công nghệ như Toyo (Nhật Bản) vẫn đi đến các nhà máy phân ure để nghiên cứu vận hành thực tế”. Minh chứng rõ nét là PVCFC đã có 4 bằng độc quyền sáng chế và 7 bằng độc quyền giải pháp hữu ích. Nhà máy đạm Cà Mau đã được Nhà bản quyền Haldor Topsoe (HTAS) cấp Chứng chỉ “Operational Excellence” và ghi nhận nằm trong Top 10% toàn cầu về sản lượng và hiệu suất tiêu hao năng lượng (năm 2020 và năm 2022). Năm 2022, Nhà bản quyền Toyo (Nhật Bản) trao chứng nhận cho công trình cải tạo thành công hệ thống tạo hạt xưởng ure của PVCFC, kỹ sư Trần Đại Nghĩa cho biết. 

Lãnh đạo Petrovietnam nghe giới thiệu về quy trình vận hành nhà máy thông minh – Nhà máy Đạm Cà Mau. Ảnh: Petrovietnam

Thực tế trên thế giới cho thấy quá trình phát triển nhà máy thông minh không diễn ra trong một bước, mà trải qua nhiều cấp độ. Theo đó, cấp độ 1 là chưa số hóa, công việc chủ yếu dựa vào kinh nghiệm con người, dữ liệu phân tán, xử lý thủ công. Cấp độ 2 là số hóa một phần và tự động hóa ở một số công đoạn. Cấp độ 3 là nhà máy tích hợp với dữ liệu tích hợp đồng bộ, ứng dụng IoT, MES (hệ thống điều hành, kiểm soát toàn bộ quá trình sản xuất từ nguyên vật liệu đầu vào đến sản phẩm hoàn thiện) và AI cơ bản để hỗ trợ ra quyết định. Cấp độ cao nhất là nhà máy tự chủ và cũng là mục tiêu mà PVCFC hướng tới: Tích hợp toàn diện, hệ thống có khả năng tự động phân tích và đưa ra quyết định, gần như toàn bộ hoạt động sản xuất - vận hành - quản trị đều được tự động hóa.

Ở mỗi cấp độ, lợi ích của mô hình ngày càng rõ rệt: Giảm thời gian dừng máy, tối ưu hiệu suất, nâng cao chất lượng, quản lý bảo dưỡng và chuỗi cung ứng hiệu quả, đảm bảo an toàn lao động, giảm phát thải và tiết kiệm năng lượng.

Giám đốc Nguyễn Duy Hải cũng cho biết, với đặc thù nhà máy sản xuất amoniac (NH3) - nguyên liệu cốt lõi được sản xuất từ khí thiên nhiên và là tiền chất để tạo ra phân bón ure hạt đục, nên yếu tố con người trong giám sát vận hành nhà máy ở môi trường áp suất cao vẫn đóng vai trò quan trọng, trong khi công nghệ là “đội ngũ thứ hai” hỗ trợ con người tốt hơn. Hiện tại, với hệ thống kết nối dữ liệu được đồng bộ hóa, dù ở bất kỳ đâu, ban lãnh đạo đều có thể giám sát các chỉ số vận hành theo thời gian thực (real-time) cũng như trích xuất thông tin lịch sử qua ứng dụng điện thoại, từ đó giúp ban lãnh đạo nhanh chóng đưa ra các quyết định. Cũng nhờ vậy, PVCFC giảm 15-20% thời gian dừng máy không kế hoạch nhờ AI dự báo sự cố; giảm 3-5% tiêu hao năng lượng và nguyên liệu; giám sát phát thải CO2 theo thời gian thực; rút ngắn chu trình ra quyết định từ hàng tiếng đồng hồ xuống chỉ vài phút.

Mục tiêu của nhà máy là đến năm 2026 hoàn thành giai đoạn 2, đạt cấp độ nhà máy tự chủ hoàn toàn, vận hành tối ưu bằng AI, triển khai kho thông minh và xây dựng mô hình bản sao số (digital twin) để mô phỏng các kịch bản vận hành trước khi thực hiện ngoài thực tế. Điều này buộc đội ngũ kỹ sư chuyển từ cách làm quen thuộc sang tư duy chủ động và sáng tạo hơn. Chủ tịch Hội đồng quản trị PVCFC Trần Ngọc Nguyên khẳng định PVCFC không chỉ chuyển đổi một nhà máy mà đang chuyển đổi cả cách nghĩ của một ngành. Từ sản xuất phân bón, PVCFC hướng đến trở thành doanh nghiệp cung cấp giải pháp nông nghiệp tổng thể, dựa trên nền tảng dữ liệu và công nghệ.

Để tiếp tục hành trình đổi mới sáng tạo, chuyển đổi số,  hàng năm, PVCFC đều trích lập Quỹ Khoa học công nghệ với tỷ lệ so với lợi nhuận trước thuế trung bình trong 5 năm gần đây là 8,2%, so với tỷ lệ trích lập cao nhất theo quy định là 10%. Tính đến hết quý III/2025, Quỹ Khoa học công nghệ có thể sử dụng là 806 tỷ đồng. Đây là nguồn lực quan trọng để PVCFC có thể triển khai các chương trình khoa học công nghệ và chuyển đổi số mạnh mẽ hơn nữa trong thời gian tới.

Theo dự báo, với công suất sản xuất cực lớn, giá khí lại rất rẻ như tại Trung Quốc, nếu nước này thay đổi chính sách hạn chế xuất khẩu phân ure thì cạnh tranh xuất khẩu phân bón của PVCFC cũng sẽ cao. Vì vậy, việc xây dựng nhà máy thông minh không chỉ giúp PVCFC tiếp tục nâng cao sức cạnh tranh trước các nhà sản xuất phân bón lớn của thế giới mà còn góp phần đảm bảo an ninh lương thực quốc gia, hiện thực hóa chiến lược chuyển đổi số quốc gia, chiến lược năng lượng bền vững và quy hoạch điện VIII, trong đó nhấn mạnh yêu cầu giảm phát thải, tiết kiệm năng lượng, thúc đẩy công nghiệp xanh.