bài tìm hiểu về các nhà máy điện khí

<span class="text_page_counter">Trang 1</span><div class="page_container" data-page="1">

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

KỸ THUẬT ĐIỆN

BÀI TÌM HIỂU VỀ CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN KHÍ

Giảng viên hướng dẫn: LÊ VIỆT TIẾN Sinh viên: CAO MINH THÁI

MSSV: 20221923 Trường: Điện Điện tử-

</div><span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

Lời nói đầu!

Điện năng là một yếu tố không thể thiếu đối với đời sống hằng ngày của các hộ gia đình hay các nhà máy, xí nghiệp. Nó là căn nguyên của mọi nền khoa học hiện đại ngày nay, là nền tảng của sự đổi mới và phát triển mạnh mẽ của loài người, đặc biệt là đối với ngành điện .Nhà máy điện khí hay năng lượng điện khí là một trong những cơng trình xây dựng,, nghiên cứu vĩ đại mà các kỹ sư, tiến sĩ, các nhà bác học phát minh ra để tạo ra điện phục vụ con người.Trong khuôn khổ đề tài này em sẽ đi sâu vào một hướng cụ thể đó là: Tìm hiểu về các nhà máy điện khí cũng như là năng lượng và cách hoạt động của điện khí. Em thực hiện đề tài này với mục đích có cái nhìn tổng q về các nhà máy điện khí đồng thời tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lí làm việc và lợi ích của nhà máy điện khí.

Để hồn thành tốt đề tài này, bản thân em đã có sự tích lũy kiến thức, tìm hiểu về chúng rất kỹ càng. Đồng thời rèn luyện khả năng tự tổ chức và hoàn thành cơng việc của chính mình đề ra. Với mục đích trên đã tạo động lực cho em hoàn thành đề tài này.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Việt Tiến – Giảng viên hướng dẫn môn “Nhập môn ngành điện” đã cung cấp những kiến thức hữu ích và định hướng nghiên cứu rõ ràng để giúp chúng em hoàn thành tốt đề tài này.

Đây là bài tập lớn đầu tiên mà chính bản thân em độc lập làm việc, em đã cố gắng hết sức để hoàn thành tốt bài báo cáo của mình. Nhưng trong quá trình thực hiện khơng thể tránh khỏi nhiều sai sót. Vì vậy, em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ Thầy và các bạn, để có thể hồn thiện nó tốt hơn. Em xin chân thành cảm ơn !!!

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

Mục Lục

Lời nói đầu! ... 2

Chương I. Tổng quan chung ... 4

1. Nhà máy điện khí : ... 4

2. Điện khí, năng lượng điện khí: ... 5

2.1 Điện khí: ... 5

2.2 Năng lượng điện khí : ... 5

Chương II. NỘI DUNG ... 6

1. Phân loại nhà máy điện khí: ... 6

2. K t c u và hoế ấ ạt động c a các loủ ại nhà máy điện khí: ... 7

2.1. Nhà máy điện Tua-bin khí : ... 8

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

Chương . Tổng quan chungI

1. Nhà máy điện khí :

<small>( Hình minh họa: Nhà máy điện khí Sơn Mỹ 1 ) </small>

- Nhà máy điện khí là một loại nhà máy tạo ra điện bằng cách đốt khí tự nhiên hoặc khí hóa lỏng (LNG) làm nhiên liệu để phát điện. Có nhiều loại nhà máy điện khí đốt tự nhiên, tất cả đều tạo ra điện, nhưng phục vụ các mục đích khác nhau. Tất cả các nhà máy khí tự nhiên đều sử dụng tuabin khí ; khí tự nhiên được thêm vào, cùng với một luồng khơng khí, đốt cháy và giãn nở qua tuabin này khiến máy phát điện quay một nam châm, tạo ra điện . Có nhiệt thải ra từ quá trình này, do định luật thứ hai của nhiệt động lực học.

+ Nhà máy điện chạy bằng khí đốt là một loại nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch , trong đó năng lượng hóa học được lưu trữ trong khí tự nhiên, chủ yếu là khí mê-tan , được chuyển đổi lần lượt thành: nhiệt năng , cơ năng và cuối cùng là năng lượng điện .Mặc dù chúng không thể vượt quá giới hạn chu trình Carnot để chuyển đổi năng lượng nhiệt thành cơng hữu ích nhưng nhiệt dư thừa có thể được sử dụng trong các nhà máy đồng phát để sưởi ấm các tòa nhà, sản xuất nước nóng hoặc làm nóng vật liệu ở quy mơ cơng nghiệp.

+ Nhà máy điện khí có thể được tích hợp với các cấu phần từ cảng nhập khẩu LNG, bồn chứa, hệ thống tái hóa khí và đường ống dẫn khí,...Nhà máy điện khí có

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

nhiều ưu điểm như giảm ô nhiễm khơng khí, tăng hiệu quả sử dụng năng lượng và linh hoạt trong việc đáp ứng nhu cầu điện. Các nhà máy điện khí đốt tự nhiên tạo ra gần một phần tư lượng điện thế giới và một phần đáng kể phát thải khí nhà kính tồn cầu và do đó làm thay đổi khí hậu . Tuy nhiên, chúng có thể cung cấp thế hệ có thể điều động theo mùa để cân bằng năng lượng tái tạo có thể thay đổi ở nơi có thủy điện hoặc các thiết bị kết nối.

2. Điện khí, năng lượng điện khí: 2.1 Điện khí:

- Điện khí là tên gọi chung trong lĩnh vực kỹ thuật hoặc khoa học như chế tạo trang bị điện cơng và sử dụng, bố trí, truyền dẫn và sản xuất điện năng, là một môn khoa học với phương pháp sáng tạo từ điện năng, thiết bị và kỹ thuật điện khí, duy trì và cải thiện khơng gian giới hạn và môi trường.

<small> </small>+ Điện khí hóa là q trình cung cấp năng lượng bằng điện và, trong nhiều bối cảnh, sự ra đời của năng lượng đó bằng cách thay đổi từ một nguồn năng lượng trước đó.

2.2 Năng lượng điện khí :

- Năng lượng điện khí là năng lượng điện được sản xuất từ khí tự nhiên hoặc khí hóa lỏng (LNG) bằng cách sử dụng các nhà máy điện khí. Năng lượng điện khí đang trở thành xu hướng phát triển năng lượng của nhiều quốc gia trong đó có cả Việt Nam. Do nó có nhiều ưu điểm như giảm ơ nhiễm khơng khí, tận dụng nguồn cung cấp LNG từ các quốc gia láng giềng và tăng hiệu quả sử dụng năng lượng.

+ Trong đó, Lng là loại khí thiên nhiên được hóa lỏng ở nhiệt độ âm sâu sau khi đã loại bỏ tạp chất. Hiện nay, Lng đang được mua bán rất phổ biến trên thị trường quốc tế và là nguồn năng lượng quan trọng của nhiều quốc gia trên thế giới.

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

Chương II. NỘI DUNG

1. Phân loại nhà máy điện khí:

- Nhà máy điện khí là nhà máy sử dụng khí tự nhiên hoặc khí hóa lỏng (LNG) làm nhiên liệu để đốt cháy trong các tuabin khí và tạo ra điện. Nhà máy điện khí có thể được phân loạithànhhailoạichính:

+ Nhà máy nhiệt điện thông thường .

+ Nhà máy kết hợp chu trình hỗn hợp (CCGT).

- Nhà máy nhiệt điện thơng thường - tua-bin khí chu trình đơn giản, cịn được gọi là tua-bin khí chu trình hở (OCGT), chỉ sử dụng tuabin khí để tạo ra động năng quay,khí nóng làm quay tua- bin khí để tạo ra điện Loại nhà máy này tương đối rẻ . để xây dựng và có thể khởi động rất nhanh, nhưng do hiệu suất thấp hơn nên nhiều nhất chỉ chạy trong vài giờ mỗi ngày như một nhà máy điện cao điểm ..

- Nhà máy CCGT- tua-bin khí chu trình kết hợp: Sử dụng cả tuabin khí và tuabin hơi để tăng hiệu suất sản xuất điện. Nhà máy điện CCGT bao gồm tua-bin khí chu trình đơn giản sử dụng chu trình Brayton , tiếp theo là máy phát hơi thu hồi nhiệt và tua -bin hơi sử dụng chu trình Rankine . Cấu hình phổ biến nhất là hai tuabin khí hỗ trợ một tuabin hơi. [5] Chúng hiệu quả hơn các nhà máy chu trình đơn giản và có thể đạt hiệu suất lên tới 55% và thời gian vận chuyển khoảng nửa giờ .

Ngồi ra, ta cịn có thể tạo điện khí trong trường hợp khẩn cấp qua Động cơ pittơng . Động cơ đốt trong pít tơng có xu hướng dưới 20MW, nhỏ hơn nhiều so với các -loại máy phát điện chạy bằng khí tự nhiên khác và

thường được sử dụng cho nguồn điện khẩn cấp hoặc để cân bằng năng lượng tái tạo biến đổi.

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

- Một số ví dụ về nhà máy điện khí tại Việt Nam:Nhà máy Điện khí Quảng Ngãi, Nhà máy Điện Phú Mỹ 2 2, Nhà máy Điện Nghi Sơn - 2, v.v...

Nhà máy điện khí Quảng Ngãi.

2. Kết cấu và hoạt động của các loại nhà máy điện khí:

Sơ đồ nhà máy điện khí

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

2.1. Nhà máy điện Tua-bin khí :

- Tua bin khí trên đất liền có hai loại: (1) động cơ khung nặng và (2) động cơ dẫn xuất hàng không. Động cơ khung nặng được đặc trưng bởi tỷ lệ áp suất thấp hơn (thường dưới 20) và có xu hướng lớn về mặt vật lý. Tỷ lệ áp suất là tỷ lệ giữa áp suất xả của máy nén và áp suất khí vào. Động cơ hàng khơng có nguồn gốc từ động cơ phản lực, đúng như tên gọi của nó, và hoạt động ở tỷ số nén rất cao (thường vượt q 30). Động cơ hàng khơng có xu hướng rất nhỏ gọn và rất hữu ích khi cần cơng suất đầu ra nhỏ hơn. Vì các tuabin khung lớn có cơng suất đầu ra cao hơn nên chúng có thể tạo ra lượng khí thải lớn hơn và phải được thiết kế để đạt được mức phát thải các chất ô nhiễm thấp, chẳng hạn như NOx.

- Một yếu tố quan trọng đối với hiệu quả chuyển nhiên liệu thành năng lượng của tuabin là nhiệt độ mà tuabin hoạt động. Nhiệt độ cao hơn thường có nghĩa là hiệu quả cao hơn, do đó, có thể dẫn đến hoạt động kinh tế hơn. Khí chảy qua một tuabin nhà máy điện điển hình có thể nóng tới 2300 độ F, nhưng một số kim loại quan trọng trong tuabin chỉ có thể chịu được nhiệt độ nóng từ 1500 đến 1700 độ F. Do đó, khơng khí từ máy nén có thể được sử dụng để làm mát thành phần tuabin chính, giảm hiệu suất nhiệt cuối cùng.

2.2. Cấu tạo và hoạt động của tua-bin khí tự nhiên:

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

Tua-bin khí

2.1.1. Máy nén:

- Lấy khơng khí từ bên ngồi tuabin và tăng áp suất của nó bằng cách hút khơng khí vào động cơ, tạo áp suất và đưa vào buồng đốt với tốc độ hàng trăm dặm một giờ.2.1.2. Hệ thống đốt:

- Đốt cháy nhiên liệu và tạo ra khí áp suất cao và tốc độ cao. Thường được tạo thành từ một vòng kim phun nhiên liệu, bơm dòng nhiên liệu ổn định vào buồng đốt, nơi nhiên liệu hòa trộn với khơng khí. Hỗn hợp được đốt cháy ở nhiệt độ hơn 2000 độ F. Quá trình đốt cháy tạo ra dịng khí có nhiệt độ cao, áp suất cao đi vào và giãn nở qua phần tuabin.

2.1.3. Tua bin:

- Trích xuất năng lượng từ khí đến từ buồng đốt, là một dãy phức tạp gồm các cánh quạt phần cánh quay tĩnh và quay xen kẽ. Khi khí đốt nóng mở rộng qua tuabin, nó làm quay các cánh quay. Các cánh quay thực hiện chức năng kép: chúng điều khiển máy nén để hút thêm khơng khí có áp suất vào phần đốt cháy và chúng quay máy phát điện để sản xuất điện.

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

2.3. Nhà máy khí chu trình đơn giản:

<small>Sơ đồ của một nhà máy khí chu trình đơn giản. </small>

- Nhà máy khí chu trình đơn giản là một loại nhà máy điện khí tự nhiên hoạt động bằng cách đẩy khí nóng qua tuabin để tạo ra điện . Chúng khác với các nhà máy khí chu trình hỗn hợp vì nhiệt thải của chúng khơng được cung cấp cho động cơ nhiệt bên ngoài khác , vì vậy chúng chỉ được sử dụng để đáp ứng nhu cầu năng lượng cao nhất trên lưới điện . Những tuabin này có cơng suất riêng cao , có nghĩa là năng lượng mà chúng cung cấp cho khối lượng của chúng là tương đối cao.

- Điện tải cơ sở được cung cấp cho lưới điện từ nhiều nhà máy điện khác nhau như than hoặc hạt nhân đáp ứng nhu cầu điện tối thiểu và các nhà máy điện cao điểm như nhà máy khí chu trình đơn giản có thể đáp ứng nhu cầu điện luôn biến động. Để làm như vậy, các nhà máy chu trình đơn giản có tính linh hoạt cao trong vận hành, điều đó có nghĩa là chúng có thể được khởi động nhanh chóng để đáp ứng những nhu cầu này. Tuy nhiên, điều này có hiệu suất thấp hơn so với các nhà máy chu trình

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

kết hợp, vì chúng sử dụng ít năng lượng hơn trong nhiên liệu mà chúng đang sử dụng. Hiệu quả của các nhà máy này là khoảng 35%.

- Trường hợp họ thiếu hiệu quả, họ bù đắp bằng chi phí. EIA ước tính rằng đối với một nhà máy chu trình đơn giản, chi phí là khoảng 389 đơ la Mỹ/ kW , trong khi các nhà máy chu trình hỗn hợp là 500 – 550 đô la Mỹ/kW. Hiệu suất tương đối thấp hơn và chức năng chỉ cung cấp công suất cực đại, các nhà máy điện chu trình đơn giản không hoạt động trong thời gian dài trong suốt cả năm. Điều này mang lại cho chúng hệ số công suất rất thấp , có nghĩa là về trung bình, chúng không chạy rất gần với sản lượng tối đa của chúng. Nhiều nhất, những nhà máy này thường chỉ chạy trong vài giờ mỗi ngày.

- Nhà máy khí chu trình hỗn hợp là một loại nhà máy điện khí tự nhiên được sử dụng để phát điện , bao gồm một nhà máy khí chu trình đơn giản kết hợp với một động cơ hơi nước thứ hai sử dụng chu trình Rankine . Khí thải nóng từ tuabin khí ban đầu được gửi đến động cơ hơi nước và nhiệt từ chúng được sử dụng để tạo ra hơi nước . Hơi nước này sau đó có thể giãn nở qua một tuabin khác , tạo ra nhiều điện hơn và tăng hiệu suất tổng thể của nhà máy . Hiệu quả của các nhà máy này có thể lên tới 55% , nhưng thời gian điều phối có xu hướng chậm hơn so với các nhà máy khí tự nhiên chu trình đơn giản . Chu kỳ kết hợp thường có chi phí tăng lên. EIA ước tính rằng đối với một nhà máy chu trình đơn giản, chi phí là khoảng 389 đơ la Mỹ/ kW , trong khi các nhà máy chu trình hỗn hợp là 500 – 550 đơ la Mỹ/kW.- Phần đầu tiên của nhà máy hoạt động bằng cách sử dụng tuabin khí và có thể khám phá chi tiết trên trang của nó tại đây . Về cơ bản, nó hoạt động bằng cách nén khơng khí, phun nhiên liệu và đốt cháy hỗn hợp , mở rộng qua tuabin khiến nó quay. Tua bin này được kết nối với một máy phát điện , sau đó tạo ra dịng điện. Q trình

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

này tạo ra khí thải nóng, thường được loại bỏ trong một nhà máy chu trình đơn giản (giải phóng nhiệt thải ). Khí thải được tạo ra để chảy về phía thiết bị tiếp theo, được gọi là bộ tạo hơi thu hồi nhiệt (HRSG). HRSG về cơ bản là một bộ trao đổi nhiệt , trong đó nhiệt từ khí nóng được sử dụng để đun sơi nước nóng trước thành hơi nước . Hơi nước sau đó nở ra thơng qua một tuabin , tạo ra điện. Khi hơi nước đã đi qua, nó sẽ ngưng tụ và được tái chế.

2.5. Khí tự nhiên :

2.5.1. Thơng tin, tác dụng của khí tự nhiên:

- Khí tự nhiên là một loại khí khơng màu, khơng mùi , dễ cháy (xem phần đốt cháy trong Hình 1) và thường bao gồm chủ yếu (90 % trở lên) khí metan (CH 4 ). Khí tự nhiên chưa qua chế biến , cịn được gọi là khí tự nhiên thơ , là một trong những nguồn năng lượng sơ cấp chính trên thế giới, chiếm khoảng 1/5 năng lượng sơ cấp của thế giới. Sau khi chế biến, hầu hết mọi người vẫn gọi chất này là khí tự nhiên, nhưng khí tự nhiên sử dụng cuối cùng này đôi khi được gọi là khí tự nhiên tiêu dùng , cịn được gọi là khí bán hàng hoặc khí bán được . Khí đốt tự nhiên dành cho người tiêu dùng là một loại tiền tệ năng lượng linh hoạt và 15% năng lượng sử dụng cuối cùng của thế giới đến từ việc người tiêu dùng đốt khí đốt tự nhiên trong nhà hoặc doanh nghiệp của họ. Ngồi ra, đây cịn là khí đốt tự nhiên được biến thành điện năng .

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<small>Một ng n lọ ửa khí đốt tự nhiên trên giàn khoan 15m </small>

- Ở trạng thái chưa qua xử lý, khí tự nhiên thô bao gồm các lượng khác nhau của metan , etan , propan , butan và pentan . Thường thì các tạp chất như oxy , hydro sunfua , nitơ , nước và carbon dioxide cũng có mặt. Một khi khí tự nhiên đã được xử lý để tiêu thụ, khí tự nhiên tiêu dùng chủ yếu là khí mê tan với một lượng nhỏ -các phân tử khác. Giống như tất cả các loại nhiên liệu hóa thạch, khí tự nhiên được hình thành từ xác chết phân hủy của động vật và thực vật sống cách đây hàng triệu năm. [4] Áp suất và nhiệt độ cao hiện diện sâu dưới lòng đất đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc chuyển đổi thực vật và động vật thành nhiên liệu hydrocarbon.

- Tổng cộng các nhà máy điện chạy bằng khí đốt thải ra khoảng 450 gram (1 lb) CO 2 trên mỗi kilowatt giờ điện được tạo ra. Con số này bằng khoảng một nửa so với các nhà máy nhiệt điện than nhưng nhiều hơn nhiều so với các nhà máy điện hạt nhân và năng lượng tái tạo . Lượng khí thải trong vịng đời của các nhà máy điện chạy bằng khí đốt có thể bị ảnh hưởng bởi lượng khí thải mêtan chẳng hạn như do rị rỉ khí đốt . Tính đến năm 2022, rất ít nhà máy điện có khả năng thu hồi và lưu trữ carbon hoặc thu hồi và sử dụng carbon.

- Các nhà máy điện chạy bằng khí đốt có thể được sửa đổi để chạy bằng hydro [12] và theo General Electric, một lựa chọn khả thi về mặt kinh tế hơn so với CCS là sử dụng ngày càng nhiều hydro trong nhiên liệu tuabin khí. [13] Ban đầu, hydro có thể được tạo ra từ khí tự nhiên thông qua cải cách hơi nước hoặc bằng cách đun nóng để kết tủa carbon, như một bước hướng tới nền kinh tế hydro , do đó cuối cùng sẽ giảm lượng khí thải carbon.

2.5.2. Ưu điểm và nhược điểm của khí tự nhiên

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

- Khí tự nhiên có mật độ năng lượng cao (đối với nhiên liệu hóa thạch) và các ứng dụng linh hoạt, khiến nó trở thành nhiên liệu phổ biến . Những người ủng hộ khí đốt tự nhiên thường coi nó là nhiên liệu hóa thạch đốt cháy sạch nhất . Ngay cả khi là nhiên liệu hóa thạch sạch hơn, khí tự nhiên vẫn được tạo thành từ hydrocarbon và việc đốt cháy nó sẽ giải phóng CO 2 và các chất ô nhiễm khác ( NOx là một vấn đề đặc biệt). Sử dụng khí đốt tự nhiên thường là một cải tiến so với than đá , tuy nhiên, q trình đốt cháy của nó vẫn góp phần gây ơ nhiễm khơng khí và biến đổi khí hậu . - Cả khai thác khí đốt tự nhiên và sản xuất điện đều chịu sự phản đối của NIMBY. Hội chứng NIMBY là khi mọi người đồng ý với một ý tưởng, miễn là họ không bị ảnh hưởng trực tiếp bởi ý tưởng đó. Bấm vào đây để xem dữ liệu về sự hỗ trợ của Canada đối với khí đốt tự nhiên như một nguồn năng lượng .

- Với những tiến bộ trong kỹ thuật fracking , dự trữ khí đốt tự nhiên dự kiến sẽ tồn tại trong một thời gian dài. Xem biểu đồ tương tác bên dưới để khám phá lượng khí đốt tự nhiên được sử dụng ở các quốc gia trên thế giới.

2.6. Khí LNG :

- Lng là tên viết tắt của Liquefied Natural Gas khí thiên nhiên hóa lỏng. Đây là - loại khí thiên nhiên có thành phần chủ yếu là khí Methane CH4 (94,3%), khơng màu, không mùi, không độc hại và được làm lạnh tại nhiệt độ rất thấp, khoảng -120 đến 170 ºC để chuyển sang thể lỏng. Nhiệt độ thích hợp nhất để hóa lỏng và loại bỏ tạp chất trong lng là 163 ºC. Các khí được tách ra khỏi khí tự nhiên thơ trước khi -hóa lỏng bao gồm propan, butan (n-butan) và isobutane (i-butane). Sau khi được hóa lỏng, sức chứa của Lng cao gấp 2.4 lần so với CNG.

</div>