tính toán chi phí phát điện của nhà máy nhiệt điện có kết hợp từ thủy động lực
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.32 MB, 78 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHAN MINH HIỂN
TÍNH TOÁN CHI PHÍ PHÁT ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY
NHIỆT ĐIỆN CÓ KẾT HỢP TỪ THỦY ĐỘNG LỰC
S
K
C
0
0
3
9
5
9
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250
S KC 0 0 4 2 5 5
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHAN MINH HIỂN
TÍNH TOÁN CHI PHÍ PHÁT ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY
NHIỆT ĐIỆN CÓ KẾT HỢP TỪ THỦY ĐỘNG LỰC
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60 52 50
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ CHÍ KIÊN
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2014
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Phan Minh Hiển
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 14/04/1985
Nơi sinh: Gò Công Tây – Tiền Giang
Quê quán: Tỉnh Tiền Giang
Dân tộc: Kinh
Địa chỉ liên lạc: 189 Nguyễn Văn Tạo – Xã Long Thới – Huyện Nhà Bè – Tp.
Hồ Chí Minh
Điện thoại cơ quan: 08 37800059
Điện thoại di động: 0906621197
Email:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Hệ đào tạo: chính qui
Thời gian đào tạo: từ 09/2004 đến 02/2009
Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh
Ngành học: Điện Khí Hóa & Cung Cấp Điện
Tên đồ án tốt nghiệp: Máy phát điện & máy biến áp lực trong nhà máy điện
Bảo vệ đồ án: Ngày … tháng … năm 2008 tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ
Thuật Tp. Hồ Chí Minh
Người hướng dẫn: T.s. Trương Việt Anh
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
Nơi công tác
Công việc đảm nhiệm
Từ 05/2009 đến nay
TT dạy nghề Nhà Bè
Giảng dạy
Trang i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.
TP Hồ Chí Minh, ngày…..tháng…..năm 2013
Phan Minh Hiển
Trang ii
CẢM TẠ
Trước hết, tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho chúng tôi được
tham gia khóa học này.
Xin chân thành cảm ơn quý Thầy / Cô của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
TP. Hồ Chí Minh. Cảm ơn PGS.Ts.Quyền Huy Ánh và Ts.Trương Việt Anh đã tận
tình giảng dạy, tư vấn, tạo điều kiện cho chúng tôi trong suốt thời gian học tập cho
đến lúc hoàn thành luận văn.
Đặc biệt, tôi xin cảm ơn Ts. Lê Chí Kiên đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều
thời gian để hướng dẫn chúng tôi hoàn thành đề tài tốt nghiệp kịp tiến độ.
Cảm ơn các bạn cùng lớp đã đoàn kết và giúp đỡ nhau trong suốt thời gian học
tập.
Cuối cùng, xin kính chúc Ban Giám Hiệu, quí thầy cô, cán bộ công nhân viên
nhà trường dồi dào sức khỏe, đạt nhiều thành tích mới trong công tác.
Xin chân thành cảm ơn.
Trang iii
TÓM TẮT
Trong những năm gần đây cùng với sự tăng trưởng về kinh tế, nhu cầu về năng
lượng cũng tăng rất đáng kể trong khi nguồn tài nguyên năng lượng đang sử dụng
ngày càng cạn kiệt. Để giải quyết vấn đề trên phương án hiệu quả nhất là nâng cao
hiệu quả/hiệu suất các hệ thống năng lượng hiện nay.
Một trong những phương pháp nâng cao hiệu suất đó là dùng hệ thống phát
điện sử dụng nguyên lý Từ thủy động lực MHD (MagnetoHydroDynamic). Đây là
một dạng phát điện trực tiếp với nguồn nhiệt sử dụng ở nhiệt độ cao có thể trên 20000
K nên được kỳ vọng cho hiệu suất lớn hơn nhiều so với các hệ thống phát điện kiểu
truyền thống trước giờ.
Đề tài “Tính toán chi phí phát điện của nhà máy nhiệt điện có kết hợp từ
thủy động lực” được thực hiện với mục tiêu nghiên cứu các thông số đầu vào để nâng
cao hiệu suất nhà máy nhiệt điện, bằng cách lập mô hình mô phỏng hệ thống sử dụng
phần mềm Matlab nhằm tối ưu các thông số đó. Nội dung chính của đề tài có thể được
tóm tắt như sau:
Trình bày nguyên lý phát điện MHD, các loại máy phát MHD, ứng dụng của
máy phát điện MHD và các hệ thống phát điện MHD.
Phân tích chi phí phát điện của nhà máy nhiệt điện và nhà máy nhiệt điện có
kết hợp từ thủy động lực.
Tính toán chi phí phát điện, lợi nhuận của nhà máy nhiệt điện Yên Thế. Từ đó
đưa ra chi phí đầu tư thêm máy phát MHD và các mức lợi nhuận mà nó mang lại.
Với những kết quả đạt được, người thực hiện đề tài tin rằng sẽ giúp ích cho
việc mở rộng phương pháp đầu tư phù hợp với các điều kiện về kinh tế - kỹ thuật và
nguồn năng lượng ngày càng cạn kiệt của nước ta hiện nay.
Trang iv
ABSTRACT
In recent years, beside the development of the economics, the demand of
energy also increased a lot while the amount of used energy now is gradually empty.
For solving that problem, the most effective procedure is the increasing the effect in
the current energy systems.
One of the methods for increasing effect in using the energy is electric
generation system using principle of MagnetoHydroDynamic (MHD). This is the form
of the direct electric generation which has the high temperature resource over 20000K.
So, this system will give the effect more than the conventional systems.
Topic of “Calculating the generation costs of the thermal power plant
combining the magnetohydrodynamic system” is implemented for purpose in
researching input parameters which are using for increasing the effect of energy. The
writer implemented by using system simulating model in MatLAB for optimizing
those parameters. The main contents of the topic can summarize as follows:
Presenting the generation principle of MHD, types of MHD generators, the
applications of MHD generators and MHD generation systems.
Comparing between the generation costs of thermal power plant and thermal
power plant combining the MHD system.
Calculating the generation costs, profit of Yen The thermal power plant. From
that, writer gives the necessarily investment costs when combining MHD system and
profit which having from the system.
From the gained results, writer believes that the topic will help to expand
suitable investment method with current economic-technical conditions, and energy
resources is gradually empty today.
Trang v
MỤC LỤC
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
Trang i
LỜI CAM ĐOAN
Trang ii
CẢM TẠ
Trang iii
TÓM TẮT
Trang iv
MỤC LỤC
Trang vi
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU
Trang ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang x
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang xii
CHƯƠNG 0: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI…………………………………………...1
0.1 Đặt vấn đề ……………………………………………………………………1
0.2 Tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết……………………………………….1
0.2.1 Các nghiên cứu về MHD hiện nay trên thế giới……………………………1
0.2.2 Các nghiên cứu về MHD hiện nay tại Việt Nam…………………………...2
0.3 Nhiệm vụ và mục tiêu của đề tài……………………………………………..2
0.4 Phạm vi nghiên cứu………………………………………………….……….3
0.5 Phương pháp nghiên cứu……………………………………………………..3
0.6 Kết quả dự kiến và giá trị thực tiễn…………………………………………..4
0.7 Nội dung đề tài………………………………………………………..….…..4
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT…………………………………………...5
1.1 Máy phát từ thủy động lực …………………………………………………..5
1.2 Nguyên lý phát điện MHD…………………………………………………...6
Trang vi
1.3 Khí ion hóa trong điện trường ……………………………………………….8
1.4 Phân tích máy phát MHD……………………………………………….......12
1.4.1 Máy phát Faraday điện cực phân đoạn…………………………………....12
1.4.2 Máy phát Faraday điện cực liên tục……………………………..…….…..16
1.4.3 Máy phát Hall………………………………………………………….….17
1.4.4 Máy phát điện cực nối chéo………………………………………….…....19
1.4.5 Máy dùng đĩa………………………………………..…………….….……20
1.5 Hệ thống phát điện MHD……………………………………………………22
1.6 Hệ thống MHD kết hợp tuabin hơi…………………………….…………….24
CHƯƠNG 2: CHI PHÍ SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG…………………………...26
2.1 Chi phí hệ thống phát điện thông thường……………………………………27
2.2 Chi phí hệ thống phát điện từ thủy động lực MHD kết hợp nhiệt điện……...29
2.2.1 Chi phí phát điện của MHD………………………………………………..29
2.2.2 Chi phí tạo hơi trong hệ thống MHD-Tuabin……………………………....30
2.2.2.1 Không xét tuabin cụ thể..............................................................................30
2.2.2.2 Xét tuabin cụ thể.........................................................................................32
CHƯƠNG 3:TÍNH TOÁN CHI PHÍ PHÁT ĐIỆN CỦA
NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CÓ KẾT HỢP TỪ THỦY ĐỘNG LỰC................35
3.1 Tính toán các thông số nhà máy nhiệt điện Yên Thế........................................35
3.2 Thiết lập phương trình lợi nhuận tiền điện......................................................39
3.3 Tính toán lợi nhuận do sản lượng điện do nhà máy phát ra............................40
Trang vii
3.3.1 Lợi nhuận do nhà máy nhiệt điện Yên Thế tạo ra khi không có
từ thủy động lực....................................................................................................40
3.3.2 Lợi nhuận do nhà máy nhiệt điện Yên Thế tạo ra khi có từ thủy động lực..41
3.3.2.1 Tính toán thông số nhà máy nhiệt điện Yên Thế
có trang bị hệ thống từ thủy động lực (MHD).......................................................41
3.3.2.2 Tính toán lợi nhuận thu được khi có hệ thống từ thủy động lực...............42
3.4 Tính toán lợi nhuận thu được trên thanh góp..................................................44
3.4.1 Lợi nhuận thu được thực tế trên thanh góp khi không có MHD.................44
3.4.2 Lợi nhuận thu được thực tế trên thanh góp khi có MHD............................45
3.5 Lợi nhuận nhà máy nhiệt điện khi có sự thay đổi về giá nhiên liệu................47
CHƯƠNG 4:KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................54
4.1. Kết luận……………………………………………………………………...54
4.2. Kiến nghị…………………………………………………………………….54
TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………...56
PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG.....................................................58
Trang viii
DANH SÁCH KÝ HIỆU
KÝ HIỆU HY LẠP
KÝ HIỆU LATIN
B: từ trường
β: thông số Hall
Cp: nhiệt dung riêng đẳng áp
: hệ số tỉ nhiệt
ce: vận tốc nhiệt của electron
: hiệu suất
E: điện trường
θ: góc
e: điện tích electron
: độ linh động
F: lực
: điện trở suất
h: enthalpy
: điện dẫn suất
J: mật độ dòng
τ: thời gian trung bình
giữa các lần va chạm
K: thông số tải
: tần số cyclotron
me: khối lượng electron
ne: số lượng electron
p: áp suất
P: công suất
q: điện tích
R: hằng số khí
T: nhiệt độ
U: nội năng
u: thành phần vận tốc trên trục x
Trang ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
TRANG
Hình 1.1: Sơ đồ khối phát điện từ thủy động lực.
5
Hình 1.2: Kênh phát điện MHD.
7
Hình 1.3: Máy phát MHD đơn giản
7
Hình 1.4: Chuyển động theo quỹ đạo tròn của electron trong từ trường
và lực Lorentz luôn hướng tâm
9
Hình 1.5: Biểu đồ Vector của bơm MHD và lực điện sinh ra trong dòng ion
10
Hình 1.6: Máy phát Faraday điện cực phân đoạn với tải riêng lẻ.
12
Hình 1.7: máy phát MHD điện cực liên tục.
16
Hình 1.8: Cấu hình máy phát kiểu Hall
17
Hình 1.9: So sánh hiệu suất điện giữa máy phát Hall và Faraday.
18
Hình 1.10: Máy phát điện cực nối chéo
19
Hình 1.11: Đĩa phát MHD
21
Hình 1.12: Đĩa phát MHD
21
Hình 1.13: Hệ thống phát điện MHD chu trình kín
22
Hình 1.14: Chu trình hở máy phát MHD
23
Hình 1.15: Hệ thống máy phát điện MHD kết hợp turbin hơi (MHD-SPP)
25
Hình 2.1: Nguyên lý hệ thống phát điện kết hợp MHD và tua-bin hơi
31
Hình 2.2: Biểu đồ Mollier tổng quát
32
Hình 2.3: Hiê ̣u suấ t đoa ̣n nhiê ̣t của tuabin hơi isen
32
Trang x
Hình 2.4: Hê ̣ thố ng dùng van giảm áp và dùng tuabin hơi
34
Hình 3.1: Đồ thị thể hiện lợi nhuận của nhà máy nhiệt điện
40
Hình 3.2: Đồ thị lợi nhuận nhà máy khi kết hợp từ thủy động lực
43
Hình 3.3: Đồ thị thể hiện lợi nhuận trên thanh góp
nhà máy nhiệt điện Yên Thế.
44
Hình 3.4: Đồ thị thể hiện lợi nhuận trên thanh góp có kết hợp MHD
46
Hình 3.5: Đồ thị lợi nhuận nhà máy không có MHD khi chi phí nhiên liệu tăng
48
Hình 3.6: Đồ thị lợi nhuận nhà máy có MHD với giá nhiên liệu tăng
từ 10% đến 70% khi chi phi đầu tư tăng 10%
49
Hình 3.7: Đồ thị lợi nhuận nhà máy có MHD với giá nhiên liệu tăng
từ 10% đến 70% khi chi phi đầu tư tăng 50%
50
Hình 3.8: Đồ thị lợi nhuận nhà máy có MHD với giá nhiên liệu tăng
từ 10% đến 70% khi chi phi đầu tư tăng 70%
51
Hình 3.9: Đồ thị lợi nhuận nhà máy có MHD với giá nhiên liệu tăng
từ 10% đến 70% khi chi phi đầu tư tăng 100%
Trang xi
52
DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG
TRANG
Bảng 2.1: Chi phí cố định dầu tư nhiệt điện
27
Bảng 2.2: Chi phí nguyên liệu nhiệt điện
27
Bảng 2.3: Chi phí vốn trên mỗi kWh nhiệt điện
28
Bảng 2.4: Tổng chi phí trên mỗi kWh nhiệt điện
28
Bảng 2.5: Khung giá điện quy định theo quyết định số 2014/QĐ-BCN
29
Bảng 3.1: Các chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế chính của nhà máy nhiệt điện Yên Thế
36
Bảng 3.2: Lợi nhuận của nhà máy nhiệt điện Yên Thế khi chưa có MHD
41
Bảng 3.3: Lợi nhuận nhà máy nhiệt điện Yên Thế khi có MHD
43
Bảng 3.4: Lợi nhuận trên thanh góp nhà máy nhiệt điện Yên Thế
45
Bảng 3.5: Lợi nhuận sau 25 năm trên thanh góp khi kết hợp MHD
46
Bảng 3.6: Lợi nhuận nhà máy không có MHD khi chi phí nhiên liệu tăng
48
Bảng 3.7: lợi nhuận nhà máy có MHD với giá nhiên liệu tăng
từ 10% đến 70% khi chi phi đầu tư tăng 10%
49
Bảng 3.8: lợi nhuận nhà máy có MHD với giá nhiên liệu tăng
từ 10% đến 70% khi chi phi đầu tư tăng 50%
50
Bảng 3.9: lợi nhuận nhà máy có MHD với giá nhiên liệu tăng
từ 10% đến 70% khi chi phi đầu tư tăng 70%
51
Bảng 3.10: lợi nhuận nhà máy có MHD với giá nhiên liệu tăng
từ 10% đến 70% khi chi phi đầu tư tăng 100%
Trang xii
52
Trang xiii
Đề tài – Giới thiệu
GVHD: TS. Lê Chí Kiên
CHƢƠNG 0
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
0.1 Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây cùng với sự tăng trưởng về kinh tế, nhu cầu về
năng lượng cũng tăng rất đáng kể trong khi nguồn tài nguyên năng lượng đang sử
dụng ngày càng cạn kiệt. Trước hoàn cảnh đó, các nhà khoa học đã không ngừng
chạy đua trong lĩnh vực giải quyết các vấn đề về năng lượng trong đó có hai xu
hướng chính đang được nghiên cứu và tập trung. Xu hướng thứ nhất là tìm kiếm và
sử dụng nguồn năng lượng mới nhằm thay thế các nguồn năng lượng hiện tại như
dầu mỏ, khí đốt, than, nhiên liệu hóa thạch.... và xu hướng thứ hai là nâng cao hiệu
quả/hiệu suất các hệ thống năng lượng hiện nay.
Ở xu hướng thứ nhất, các dạng năng lượng mới có thể kể đến như: năng
lượng gió, thủy triều, mặt trời, địa nhiệt, sinh khối... tuy nhiên các dạng năng lượng
này vẫn còn một số vấn đề cần nghiên cứu và hoàn thiện hơn như giá thành cao, chi
phí lớn, phụ thuộc vào nhiều yếu tố thiên nhiên hoặc độ biến đổi của nguồn năng
lượng lớn. Do vậy, đề tài này chọn xu hướng thứ hai là nâng cao hiệu suất hệ thống
phát điện và một trong những phương pháp nâng cao hiệu suất đó là dùng hệ thống
phát điện sử dụng nguyên lý Từ thủy động lực MHD (MagnetoHydroDynamic).
Đây là một dạng phát điện trực tiếp với nguồn nhiệt sử dụng ở nhiệt độ cao có thể
trên 20000K nên được kỳ vọng cho hiệu suất lớn hơn nhiều so với các hệ thống phát
điện kiểu truyền thống trước giờ.
0.2 Tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết
0.2.1 Các nghiên cứu về MHD hiện nay trên thế giới
-
Máy phát MHD với lưu chất là muối kim loại nóng chảy.
-
Máy phát MHD với nhiên liệu hóa thạch, sử dụng chu trình kết hợp với
turbine hơi để nâng cao hiệu suất phát điện.
-
Ứng dụng máy phát MHD sử dụng kim loại lỏng cho tàu ngầm để giảm tiếng
ồn cơ khí.
Học viên: Phan Minh Hiển
trang 1
Đề tài – Giới thiệu
GVHD: TS. Lê Chí Kiên
-
Sử dụng vật liệu siêu dẫn để tạo từ trường mạnh cho kênh dẫn.
-
Máy gia tốc sử dụng nguyên lý MHD (MHD accelerator).
-
Mô phỏng về vận tốc và áp suất của vật dẫn, chất lỏng không nén.
-
Phản ứng của máy phát dạng đĩa chu trình kín kết nối với hệ thống điện
0.2.2 Các nghiên cứu về MHD hiện nay tại Việt Nam
-
Ảnh hưởng của vận tốc, mật độ từ trường, thông số Hall lên thông số đầu ra
của MHD.
-
Khảo sát tính kinh tế ở máy phát từ thủy động lực ở Việt Nam.
-
Mô phỏng một số thông số của các loại máy phát điện từ thủy động lực.
-
Phân tích các thông số vào- ra và tính toán tỉ suất enthalpy của máy phát
điện từ thủy động lực.
Xuất phát từ những thực tế trên, đề tài “Tính toán chi phí phát điện của
nhà máy nhiệt điện có kết hợp từ thủy động lực” nhằm đi sâu vào nghiên cứu các
thông số đầu vào để nâng cao hiệu suất nhà máy nhiệt điện, từ đó đưa ra chi phí đầu
tư, hạ giá thành sản xuất điện, bằng cách lập mô hình mô phỏng hệ thống sử dụng
phần mềm Matlab nhằm tối ưu các thông số đó. Với những kết quả đạt được tin
rằng sẽ cung cấp một công cụ tính toán và mô phỏng hữu ích cho sự phát triển các
nguồn điện phục vụ cho mục tiêu Công nghiệp hóa - Hiện đại hóa đất nước, đồng
thời cũng giúp ích cho nhà nghiên cứu, cán bộ kỹ thuật, sinh viên… nghiên cứu vấn
đề máy phát từ thủy động lực tại Việt Nam.
0.3 Nhiệm vụ và mục tiêu của đề tài
Phương pháp phát điện Từ thuỷ động lực (MHD) là một trong những hướng
nghiên cứu mới hiện đã được xây dựng dưới dạng mô hình thí nghiệm và sẽ được
đưa vào sử dụng trong một tương lai gần do hiệu suất phát điện cao. Dựa vào phần
đặt vấn đề nêu trên, nhiệm vụ trọng tâm của đề tài là nghiên cứu và tìm hiểu về tính
kinh tế của phương pháp phát điện Từ thủy động lực học, chủ yếu gồm các vấn đề
sau:
-
Tìm hiểu nguyên lý phát điện Từ thủy động lực học.
Học viên: Phan Minh Hiển
trang 2
Đề tài – Giới thiệu
GVHD: TS. Lê Chí Kiên
-
Khảo sát các mô hình phát điện Từ thủy động lực học.
-
Phân tích đặc tính kinh tế-kỹ thuật của phát điện Từ thủy động lực.
-
Xây dựng các phương pháp tính chi phí của nhà máy nhiệt điện có kết hợp từ
thủy động lực, dựa trên các chi phí đầu tư, vận hành, bảo trì, sửa chữa, đưa ra
chi phí phát điện...
0.4 Phạm vi nghiên cứu
-
Tìm hiểu các loại máy phát MHD hiện nay trên thế giới.
-
Tìm hiểu cách tính chi phí phát điện hiện nay trên thế giới.
-
Thiết lập quan hệ chi phí năng lượng đầu ra theo chi phí đầu tư và giá thành
nhiên liệu vào của máy phát từ thủy động lực.
-
Tính chi phí đầu tư và lợi nhuận của nhà máy nhiệt điện có kết hợp từ thủy
động lực theo giá thành phát điện của nhà máy nhiệt điện cụ thể.
-
Nhận xét và kết luận.
Giới hạn đề tài.
Đề tài chỉ quan tâm đến:
-
Tìm hiểu các loại máy phát điện từ thủy động lực hiện nay:
+ Máy phát Faraday điện cực liên tục.
+ Máy phát Faraday điện cực phân đoạn.
+ Máy phát Hall.
+ Máy phát điện cực nối chéo.
+ Chu trình kết hợp chỉ tính đến nhà máy nhiệt điện ngưng hơi.
-
Quan hệ chi phí đầu tư, vận hành, chi phí nhiên liệu đầu vào với giá thành
năng lượng đầu ra của nhà máy nhiệt điện có kết hợp từ thủy động lực.
-
Nhiên liệu sử dụng là than đá.
0.5 Phƣơng pháp nghiên cứu
Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu.
Nghiên cứu về máy phát từ thủy động lực và các phương pháp tính chi phí
điện năng.
Học viên: Phan Minh Hiển
trang 3
Đề tài – Giới thiệu
GVHD: TS. Lê Chí Kiên
Do lĩnh vực này ở nước ta còn rất mới nên người thực hiện luận văn không
có điều kiện thực nghiệm mà chỉ khảo sát trên mô hình toán, từ đó phân tích
các kết quả nhận được và các kiến nghị.
Phân tích các kết quả nhận được và các kiến nghị.
Đánh giá tổng quát toàn bộ bản đề tài. Đề nghị hướng phát triển của đề tài.
0.6 Kết quả dự kiến và giá trị thực tiễn
Phân tích giá thành phát điện của nhà máy nhiệt điện Yên Thế và lợi nhuận
khi không có Từ thủy động lực.
Xác định chi phí phát điện, lợi nhuận của nhà máy nhiệt điện Yên Thế khi có
kết hợp từ thủy động lực với các mức đầu tư cụ thể.
Với kết quả nhận được có thể:
+ Ứng dụng rộng rãi việc sử dụng cùng lúc hai loại máy phát điện trong cùng
một nhà máy, nâng cao hiệu suất phát điện.
+ Giúp các nhà hoạch định chiến lược về nguồn năng lượng quốc gia có thêm
một hướng mới về việc phát triển nguồn năng lượng trong tương lai.
+ Sử dụng làm tài liệu giảng dạy.
0.7 Nội dung đề tài :
Chương 0 : Giới thiệu đề tài
Chương 1 : Cơ sở lý thuyết
Chương 2 : Chi phí sản xuất điện năng
Chương 3 : Tính toán chi phí tiền điện của nhà máy nhiệt điện có kết hợp từ thủy
động lực
Chương 4 : Kết luận và hướng phát triển
Học viên: Phan Minh Hiển
trang 4
Đề tài – Cơ sở lý thuyết
CBHD: TS. Lê Chí Kiên
CHƢƠNG 1
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Máy phát từ thủy động lực
MHD hoạt động theo nguyên tắc: năng lượng từ trường + động năng của chất
lưu chuyển động biến trực tiếp thành năng lượng điện nên hình thức phát điện
MHD cũng được gọi là phát điện trực tiếp. Sự biến đổi năng lượng từ thủy động
lực là một dạng khác của sự biến đổi năng lượng trực tiếp mà trong đó điện được
sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch mà không cần năng lượng cơ. Hiện nay phương
pháp phát điện này đã và đang được nghiên cứu để có thể ứng dụng vào thương
mại hóa.
a.
b.
Hình 1.1 Sơ đồ khối phát điện từ thủy động lực.
Học viên: Phan Minh Hiển
trang 5
Đề tài – Cơ sở lý thuyết
CBHD: TS. Lê Chí Kiên
Các lĩnh vực MHD được khởi xướng bởi Hannes Alfvén và nhờ chúng mà
ông đã nhận được giải Nobel Vật lý vào năm 1970.
Ý tưởng của MHD là từ trường có thể cảm ứng ra các dòng điện từ một chất
lưu dẫn điện chuyển động, tác dụng lực lên chất lưu và cũng có thể thay đổi từ
trường của chính nó. Tập hợp các phương trình mô tả MHD là sự kết hợp của các
phương trình Navier- Stokes (của động học chất lỏng), các phương trình Maxwell
(của điện từ) và định luật Ohm.
Cho dòng khí plasma được ion hóa đi xuyên qua từ trường, sẽ tạo các điện
tích cảm ứng trên các điện cực. Nếu mạch ngoài của các điện cực được nối kín, ta sẽ
thu được dòng điện cảm ứng.
Ưu điểm của MHD là không có phần tử chuyển động, có thể nâng nhiệt độ
lên cao để gia tăng hiệu suất của chu trình.
Khí thải của MHD vẫn có thể được tiếp tục sử dụng để cấp nhiệt cho chu
trình turbine hơi để nâng cao hiệu suất chung của hệ thống.
1.2 Nguyên lý phát điện MHD
Máy phát từ thủy động lực học chu trình mở vận hành với nhiên liệu hóa
thạch đốt cho qua hệ thống MHD sau đó kết hợp với turbin hơi được vận hành thử
nghiệm vào khoảng năm 1965. Máy phát MHD chu trình kín thường thường sử
dụng nhiên liệu từ lò hạt nhân, nhưng có khi cũng dùng nhiên liệu hóa thạch. Chất
dẫn điện trong MHD có thể là khí hoặc kim loại lỏng có nhiệt độ làm việc thông
thường khoảng 30000K trong khi đối với turbin hơi nhiệt độ giới hạn khoảng 8500K
và với các máy phát turbin hơi hiệu suất đạt dưới 42%. Đối với các máy phát
MHD không có bộ phận chuyển động quay nên có thể nâng nhiệt độ lên cao nên
cho hiệu suất cao hơn. Hiệu suất của chu trình kết hợp có thể được biểu diễn như
sau:
net 1 2 1 1
Học viên: Phan Minh Hiển
trang 6
Đề tài – Cơ sở lý thuyết
CBHD: TS. Lê Chí Kiên
Trong đó 1 là hiệu suất của máy phát MHD và 2 là hiệu suất của turbin hơi.
Quá trình thực hiện là sử dụng từ trường mạnh để tạo ra điện trường với
luồng chất lỏng dẫn điện đi xuyên qua 1 kênh và dòng electron gây ra bởi điện
trường tạo ra dòng điện có vector mật độ dòng J. Các điện cực phía đối diện thành
lò MHD tiếp xúc với chất lỏng dẫn điện được nối với mạch điện bên ngoài. Các
electron từ chất lỏng theo điện cực từ một phía vách lò đến tải bên ngoài và đến
điện cực phía đối diện trở về khối chất lỏng tạo thành dòng điện kín. Như vậy ta
thấy hai điện cực cung cấp cho tải bên ngoài dòng điện một chiều, ta có thể nối với
bộ nghịch lưu để trở thành dòng điện xoay chiều.
Hình 1.2: Kênh phát điện MHD.
Hình 1.3: Máy phát MHD đơn giản
Đa số các khí thông thường không được ion hóa đáng kể ở nhiệt độ đốt của
các nhiên liệu hóa thạch, vì vậy cần phải thêm nào khí một lượng nhỏ kim loại kiềm
để tăng khả năng ion hóa. Kết quả là các ion và electron sinh ra trong khí nóng dẫn
điện đủ để hoạt động trong từ trường.
Học viên: Phan Minh Hiển
trang 7
Đề tài – Cơ sở lý thuyết
1.3
CBHD: TS. Lê Chí Kiên
Khí ion hóa trong điện trƣờng
Trước khi phân tích kênh MHD, ta xét tóm tắt hoạt động của các electron
trong khí ion hóa nằm trong trường điện từ.
Trong dòng khí tại điểm gần cân bằng thì các nguyên tử, ion và điện tử
thường chuyển động bất định. Tại bất kỳ vị trí nào đó trong không gian tương ứng
với 1 tốc độ thì tốc độ đó sẽ gia tăng theo sự gia tăng nhiệt độ. Xét một điện tử
chuyển động tự do và không có va chạm trong điều kiện bình thường với từ trường
chuẩn như hình bên dưới, các electron có một lực bằng qceB với q là điện tích
electron và ce là độ lớn vận tốc. Do lực không thay đổi nên vận tốc không thay đổi
theo các đường tròn quanh đường sức từ trường.
Theo định luật II Newton ta có lực trên electron là :
F = (mece2)/r = qceB
me:
khối lượng electron
ce:
vận tốc electron
r:
bán kính quĩ đạo electron
q:
điện tích electron
B:
cảm ứng từ
[N]
(1.1)
Tần số góc của các electron theo 1 đường sức từ gọi là tần số cyclotron và có
giá trị là:
ω = ce/r = qB/me
[1/s]
(1.2)
Tần số cyclotron của điện tử không phụ thuộc vào tốc độ của điện tử và chỉ
phụ thuộc vào cảm ứng từ và đặc tính của electron. Mặc dù các chuyển động
cyclotron có thể bị phá vỡ bởi sự va chạm với những hạt khác.
Học viên: Phan Minh Hiển
trang 8
Đề tài – Cơ sở lý thuyết
CBHD: TS. Lê Chí Kiên
Hình 1.4: Chuyển động theo quỹ đạo tròn của electron trong từ trƣờng
và lực Lorentz luôn hƣớng tâm
Kết quả của sự va chạm giữa các hạt phụ thuộc vào kích thước hạt của
chúng: các hạt lớn sẽ va chạm nhau thường xuyên hơn. Xác suất của sự va chạm thể
hiện khi xem xét mặt cắt Q của các hạt va chạm nhau. Tần số va chạm của các
electron ωc do mật độ electron ne (số electron/m3), diện tích mặt cắt va chạm Q (m2)
và tốc độ electron ce (m/s).
ωc = neQce = 1/ τ
(1.3)
ωc: Tần số va chạm của các electron.
ne :mật độ electron
Q: diện tích mặt cắt va chạm (m2)
Với thời gian trung bình giữa các va chạm τ (s) là nghịch đảo của tần số va
chạm.
Tỷ số giữa tần số cyclotron và tần số va chạm ω/ωc là tham số HALL. Tham
số này thể hiện quan hệ quan trọng của từ trường và các va chạm của các electron
chuyển động trong khí ion hóa. Tham số HALL là quan hệ với mật độ từ trường
theo công thức sau:
ω/ωc = ωτ = qB/nemeQce
Học viên: Phan Minh Hiển
(1.4)
trang 9
Đề tài – Cơ sở lý thuyết
CBHD: TS. Lê Chí Kiên
Thông số thể hiện tương ứng giữa số lần quay gây ra với mỗi va chạm, thông
số HALL thể hiện như sự chuyển động của các electron bị tác động bởi từ trường.
Hình 1.5: Biểu đồ Vector của bơm MHD và lực điện sinh ra trong dòng ion
Ít nhất 3 tốc độ quan trọng của khí dẫn điện trong kênh MHD là:
Thứ nhất: tốc độ của dòng khí u (trường hợp này giả thuyết là không đổi).
Thứ hai: tốc độ của những điện tử riêng biệt ce bình quân tăng theo nhiệt
độ. Khi trường điện từ mất đi thì tốc độ bình quân của ce cho tất cả các
electron là tốc độ dòng khí u. Khi từ trường mạnh thì chuyển động của các
electron liên quan đến khí và theo chuyển động này ta có thể xác định tính
dẫn điện của dòng khí.
Thứ ba: vận tốc tương đối của các electron we được xác định như là vector
lệch của tốc độ tuyệt đối và tốc độ thực của chất lỏng:
we = ce – u
[m/s]
(1.5)
Tốc độ dịch chuyển we là độ lớn của tốc độ tương đối của các electron.
Trong trường hợp không có các trường thì giá trị trung bình của ce là u và như vậy
tốc độ dịch chuyển bằng không. Khi có điện trường, sự vận chuyển của điện tích âm
do các electron tạo nên dòng điện chạy trong khí.
Học viên: Phan Minh Hiển
trang 10
