(Luận văn thạc sĩ) tính toán hiệu quả của hệ thống phát điện kết hợp từ thủy động, địa nhiệt và nhiệt mặt trời
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3 MB, 125 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ
THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN THÀNH NIỆM
TÍNH TỐN HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG PHÁT
ÐIỆN KẾT HỢP TỪ THỦY ÐỘNG, ÐỊA NHIỆT VÀ
NHIỆT MẶT TRỜI
NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN - 60520202
SKC005809
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ
THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH --- ---
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN THÀNH NIỆM
TÍNH TỐN HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN
KẾT HỢP TỪ THỦY ĐỘNG, ĐỊA NHIỆT VÀ NHIỆT
MẶT TRỜI
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ
THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH --- ---
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN THÀNH NIỆM
TÍNH TỐN HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN
KẾT HỢP TỪ THỦY ĐỘNG, ĐỊA NHIỆT VÀ NHIỆT
MẶT TRỜI
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202
Hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS. LÊ CHÍ KIÊN
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2018
Luận văn
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ và tên: Trần Thành Niệm
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 26 – 04 – 1986
Nơi sinh: Tiền Giang
Quê quán: Tiền Giang
Dân tộc: Kinh
Địa chỉ liên lạc: Tổ 18, Ấp 3, Phú An, Cai Lậy, Tiền Giang
Điện thoại riêng: 0906 995 034
E-mail:
II. Q TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Khơng chính quy
Thời gian đào tạo từ 10/2005 đến 10/2010
Nơi học (trường, thành phố): Trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh
Ngành học: Hệ Thống Điện
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế phần điện – Bảo vệ chống sét
cho nhà máy nhiệt điện và trạm biến áp.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Năm 2010, tại trường đại
học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh
Người hướng dẫn: Ts. Đinh Hồng Bách
2. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian đào tạo từ 10/2016 đến 10/2018
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí
Minh
Ngành học: Kỹ thuật điện
Tên luận văn: Tính tốn hiệu quả của hệ thống phát điện kết hợp Từ thủy động, địa
nhiệt và nhiệt mặt trời.
HVTH: Trần Thành Niệm
i
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Tháng 10/2018 tại Trường đại học Sư phạm kỹ thuật
thành phố Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn: PGS. TS. Lê Chí Kiên
BI. QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian
04/2011 đến
nay
HVTH: Trần Thành Niệm
ii
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm
2018
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
HVTH: Trần Thành Niệm
iii
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
CẢM TẠ
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy
PGS.TS. Lê Chí Kiên, học viên đã hồn thành luận văn đúng thời hạn và mục tiêu đề ra
ban đầu. Học viên xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS. Lê Chí
Kiên vì những kiến thức q báu và các phương pháp nghiên cứu mà thầy đã truyền
đạt.
Học viên xin gửi lòng tri ân đến quý thầy cơ trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
Tp.Hồ Chí Minh đã trang bị cho học viên một lượng kiến thức rất bổ ích, đặc biệt xin
chân thành cảm ơn quí thầy cô Khoa Điện – Điện Tử đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ
trợ cho học viên rất nhiều trong quá trình học tập cũng như trong thời gian làm luận
văn này.
Cuối cùng học viên xin gửi lời cảm ơn đến đồng nghiệp, gia đình, bạn bè đã hỗ trợ
học viên về mặt tinh thần để học viên hoàn thành luận văn này.
HVTH: Trần Thành Niệm
iv
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
TÓM TẮT
Hiện nay, ngành điện nước ta đang đối mặt với nhiệm vụ rất khó khăn đó là cung
ứng nhu cầu ngày càng cao của khách hàng. Bên cạnh đó vấn đề ơ nhiễm mơi trường,
khủng hoảng về cung cầu năng lượng đang diễn ra hết sức gay gắt khơng những ở Việt
Nam mà cịn xuất hiện tại nhiều các quốc gia trên thế giới. Nhận thức được điều này
các quốc gia trên thế giới đang nghiên cứu đưa vào các nguồn năng lượng mới, năng
lượng tái tạo. Bao gồm năng lượng mặt trời, năng lượng gió, địa nhiệt, khí sinh học…
Tuy khơng phổ biến như các nguồn năng lượng tái tạo khác nhưng năng lượng địa nhiệt
và năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, thân thiện và gần như vơ tận, có thể
đáp ứng cơn khát năng lượng hiện nay. Nguồn năng lượng này không gây ô nhiễm khí
hậu hay môi trường.
Gần đây, công nghệ phát điện của máy phát MHD có những bước phát triển mới.
Nó đã được ứng dụng rộng rãi trong các chu trình phát điện hỗn hợp để nâng cao hiệu
suất của các nhà máy điện.
Đề tài: "Tính tốn hiệu quả của hệ thống phát điện kết hợp Từ thủy động, địa nhiệt
và nhiệt mặt trời" được nghiên cứu với mục tiêu tính tốn và so sánh về hiệu suất phát
điện cũng như hiệu quả kinh tế của hai mơ hình phát điện kết hợp máy phát điện Từ
thủy động với địa nhiệt và nhiệt mặt trời. Đề tài còn là định hướng nghiên cứu để xây
dựng các nhà máy địa nhiệt điện hoặc điện mặt trời hiệu suất cao phù hợp với nền kinh
tế và kỹ thuật của nước ta.
HVTH: Trần Thành Niệm
v
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
ABSTRACT
At present, our country's power sector is facing a very difficult task that is
supplying the increasing demand of our customers. Besides the environmental
pollution problem, a crisis of demand and supply of energy is happening very harshly
not only in Vietnam but also appeared in many countries around the world.
Recognizing that countries around the world are included in the research of new energy
sources, renewable energy. Including solar, wind, geothermal, biogas ...Although not as
common as other renewable energy sources but geothermal energy and solar energy are
a clean energy sources, friendly and virtually inexhaustible, could meet today's energy
thirst. This energy does not pollute the environment or climate.
Recently, power generation technology of MHD generators with the new
developments. It has been widely used in the power generation mix cycle to improve
the efficiency of power plants.
Topic: “Miscalculate outcome of combinary systems MHD generators, geothermal and
solar energy”. The purpose of the study was to compare the differences in economic
efficiency of MHD with geothermal energy and MHD with solar energy. The themeoriented research also recommended the construction of geothermal power or solar
power plants suitable for high performance and technical economy of the country.
HVTH: Trần Thành Niệm
vi
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
MỤC LỤC
TRANG
Trang tựa
Quyết định giao đề tài
Lý lịch khoa học.................................................................................................................................... i
Lời cam đoan.......................................................................................................................................... iii
Cảm tạ....................................................................................................................................................... iv
Tóm tắt...................................................................................................................................................... v
Mục lục..................................................................................................................................................... vii
Danh sách các chữ viết tắt và ký hiệu khoa học....................................................................... xi
Danh sách các bảng............................................................................................................................. xvi
Danh sách các hình.............................................................................................................................. xvii
Chƣơng 1: TỔNG QUAN.............................................................................................................. 01
1.1 Đặt vấn đề........................................................................................................................................ 01
1.2 Mục đích của nghiên cứu........................................................................................................... 04
1.3 Phạm vi và giới hạn nghiên cứu.............................................................................................. 04
1.4 Phương pháp nghiên cứu............................................................................................................ 04
1.5 Kết quả dự kiến.............................................................................................................................. 05
1.6 Bố cục................................................................................................................................................ 05
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.............................................................................................. 07
2.1 Năng lượng mặt trời và các phương pháp khai thác, sử dụng...................................... 07
2.1.1 Nguồn năng lượng mặt trời............................................................................................. 07
2.1.2 Các phương pháp khai thác, sử dụng........................................................................... 09
2.1.3 Tập trung năng lượng mặt trời hiệu suất cao............................................................ 11
2.1.4 Hướng nghiên cứu vềthiết bi sựự̉ dungg̣ năng lượng mặt trời................................ 14
2.2 Năng lượng địa nhiệt và các phương pháp khai thác, sử dụng.................................... 14
HVTH: Trần Thành Niệm
vii
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
2.2.1Nguồn năng lượng địa nhiệt ..............
2.2.2Các phương pháp khai thác, sử dụng
2.3Máy phát điện từ thủy động (MHD) ................................................................
2.3.1Nguyên lý làm việc của máy phát MH
2.3.2 Máy phát điện AC MHD dạng đĩa ...........................................................
2.3.3 Lưu chất của máy phát điện AC MHD .....................................................
2.3.4 Công suất trong máy phát AC MHD ........................................................
2.4Chu trình hơi nước Rankine .............................................................................
2.4.1 Mơ tả ........................................................................................................
2.4.2Các phương trình ...............................
2.5Chu trình Brayton ..............................................................................................
Chƣơng 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN AC MHD KẾT HỢP
NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI....................................................................................................... 41
3.1 Xây dựng chu trình LMMHD dùng năng lượng mặt trời.............................................. 41
3.2 Các ký hiệu trong chu trình....................................................................................................... 42
3.3 Phân tích các khối trong chu trình.......................................................................................... 43
3.3.1 Phân tích bộ thu năng lượng mặt trời.......................................................................... 43
3.3.2 Phân tích bộ trộn.................................................................................................................. 43
3.3.3 Phân tích phát phát AC MHD sử dụng kim loại lỏng NaK................................. 44
3.3.4 Phân tích bộ tách................................................................................................................. 45
3.3.5 Phân tích bơm áp suất........................................................................................................ 46
3.3.6 Phân tích bơm điện từ........................................................................................................ 46
3.3.7 Phân tích tuabin hơi............................................................................................................ 46
3.3.8 Phân tích nhiệt lượng......................................................................................................... 47
3.3.9 Phân tích Entropy................................................................................................................ 47
3.3.10 Hiệu suất của chu trình LMMHD sử dụng NLMT.............................................. 48
HVTH: Trần Thành Niệm
viii
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
Chƣơng 4: XÂY DỰNG MƠ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN AC MHD KẾT HỢP
NĂNG LƢỢNG ĐỊA NHIỆT...................................................................................................... 50
4.1 Mơ hình nhà máy địa nhiệt truyền thống............................................................................. 50
4.1.1 Phân tích các khối trong mơ hình địa nhiệt truyền thống.................................... 51
4.1.1.1 Máy tách kiểu xoáy..................................................................................................... 51
4.1.1.2 Tháp giải nhiệt.............................................................................................................. 51
4.1.1.3 Bộ ngưng tụ................................................................................................................... 52
4.1.2 Tính tốn hiệu suất hệ thống dựa trên chu trình năng lượng Rankine............52
4.2 Mơ hình nhà máy địa nhiệt sử dụng máy phát điện AC MHD.................................... 54
4.2.1 Phân tích các khối trong chu trình LM MHD.......................................................... 56
4.2.2 Tính tốn hiệu suất của chu trình LM MHD............................................................ 56
4.2.2.1 Phân tích nhiệt lượng trong chu trình LM MHD............................................. 56
4.2.2.2 Phân tích Entropy........................................................................................................ 56
4.2.3 Hiệu suất của hệ thống...................................................................................................... 58
Chƣơng 5: TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG CÁC THƠNG SỐ CỦA CÁC CHU
TRÌNH..................................................................................................................................................... 59
5.1 Đối với mơ hình AC MHD kết hợp năng lượng mặt trời............................................... 59
5.1.1 Bài toán................................................................................................................................... 59
5.1.1.1 Dữ liệu tính tốn........................................................................................................ 59
5.1.1.2 Kết quả tính tốn....................................................................................................... 60
5.1.1.2.1 Thơng số các nút............................................................................................... 60
5.1.1.2.2 Hiệu suất của chu trình................................................................................... 60
5.1.1.2.3 Đồ thị T-S........................................................................................................... 61
5.1.2 So sánh với các kết quả được cơng bố........................................................................ 62
5.2 Đối với mơ hình AC MHD kết hợp năng lượng địa nhiệt............................................. 62
5.2.1 Mô phỏng máy phát AC MHD bằng phương pháp giải tích............................... 62
5.2.2 Tính tốn, mơ phỏng các thơng số của chu trình AC MHD – địa nhiệt.........66
HVTH: Trần Thành Niệm
ix
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
5.3 So sánh kinh tế............................................................................................................................... 68
Chƣơng 6. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI.......................71
6.1 Phân tich,́ nhâṇ đinḥ vềkết quảđaṭđươcg̣................................................................................ 71
6.1 Kết luận............................................................................................................................................. 72
6.2 Hướng phát triển của đề tài....................................................................................................... 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................................. 74
PHỤ LỤC............................................................................................................................................... 77
HVTH: Trần Thành Niệm
x
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
VÀ KÍ HIỆU KHOA HỌC
Các chữ viết tắt
MHD: Magneto Hydro Dynamic (Máy phát từ thủy động lực)
AC MHD: Alternating Current Magneto Hydro Dynamic (Máy phát từ thủy động lực
xoay chiều)
DC MHD: Direct CurrentMagneto Hydro Dynamic (Máy phát từ thủy động lực một
chiều)
LM MHD: Liquid Metal Magneto Hydro Dynamic (Máy phát từ thủy động sử dụng
lưu chất làm việc là kim loại lỏng)
PGS.TS: Phó giáo sư tiến sĩ
TSKH: Tiến sĩ khoa học
GS: Giáo sư
CCOP: Coordinating Committee for Geoscience Programmes (Hiệp hội Thăm dị
khống sản ngồi khơi Đông Nam châu Á)
EMF: Electromotive force(Sức điện động)
DC: Direct Current (Một chiều)
NLMT: Năng lượng mặt trời.
SCOT: Solar concentration off-tower (Tập trung năng lượng mặt trời ngoài tháp).
Ký hiệu
Bộ thu năng lƣợng mặt trời
ηrec: Hiệu suất thu
K(r): Thông lượng ánh sáng
r: Tọa độ xuyên tâm mặt phẳng mục tiêu
Trec: Nhiệt độ thu
HVTH: Trần Thành Niệm
xi
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
ε: Hằng số Stefan- Bolzmann
R: Bán kính hội tụ
p: Tỷ lệ lưu lượng
C: Nhiệt dung riêng
Chu trình Rankine
Q là lưu lượng dòng nhiệt đến hoặc từ hệ thống (năng lượng trên một đơn vị thời gian)
m là lưu lượng khối (khối lượng trên đơn vị thời gian)
W là năng lượng cơ tiêu thụ hoặc cung cấp cho hệ thống (năng lượng trên một đơn vị thời
gian)
η
therm
là hiệu suất nhiệt động lực của quá trình (sản lượng điện đầu ra trên nhiệt độ đầu
vào, không thứ nguyên)
pump ,ηturb
là hiệu suất của quá trình nén đẳng entropy (bơm) và quá trình dãn nở
(tuabin), không thứ nguyên
h1 , h2 , h3 , h4 là Các "enthalpies riêng biệt" tại các điểm trên sơ đồ T-s
h4 s là "entanpy cụ thể" cuối cùng của chất lỏng nếu tuabin là đẳng entropy
p1 , p2 là áp suất trước và sau quá trình nén
QH là nhiệt lượng thu được qua bộ trao đổi nhiệt với nguồn nước nóng địa nhiệt.
QL là nhiệt lượng thải ra từ bộ ngưng tụ.
WP là công của bơm nén.
WT là công sinh ra (điện năng)
Wnet là năng lượng hệ thống sinh ra
T1, T2, T3, T4 là nhiệt độ tại các nút trong chu trình
Rankine là hệ số nhiệt độ ra vào tuabin
là tỉ số nén
Máy phát điện MHD
F là lực tác động lên các hạt
HVTH: Trần Thành Niệm
xii
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
Q là điện tích của hạt
u
là vận tốc của hạt
B
là mật độ từ thơng
J là mật độ dịng điện
E là điện trường
σ là độ dẫn điện của chất lỏng làm việc
P là mật độ công suất
K là hệ số tải
ηe là hiệu suất
Máy phát điện AC MHD
σlà độ dẫn điện
Uf là vận tốc của kim loại lỏng
Us là vận tốc của từ trường
μ là độ thẩm thấu
E là cường độ điện trường
H là cường độ từ trường
B là mật độ từ thông
Bm là biên độ đỉnh của từ trường do dịng kích từ gây ra
J là mật độ dịng điện
A là vector điện từ
Am là biên độ đỉnh của thế vector
là chiều dài sóng
f là tần số
ω là vận tốc góc
D là độ dịch chuyển dịng điện
Γ là bề mặt chất lỏng
HVTH: Trần Thành Niệm
xiii
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
H * là cường độ từ trường phức
P là công suất tác dụng
Q là công suất phản kháng
c là chiều cao của kênh MHD
Re là phần thực
Im là phần ảo
Pm là công suất điện
Pd là tổn hao công
suất s là hệ số trượt
là hiệu suất
P4’ là áp suất hỗn hợp hơi và kim loại lỏng đầu ra của AC MHD P3’
là áp suất hỗn hợp hơi và kim loại lỏng đầu vào của AC MHD
là hiệu suất điện của máy phát AC MHD
là hiệu suất của máy phát AC MHD
là hệ số chất khí
là tổn thất nhiệt lượng trên máy phát AC MHD
T3’ là nhiệt độ hỗn hợp hơi và kim loại lỏng đầu vào của AC MHD
T4’ là nhiệt độ hỗn hợp hơi và kim loại lỏng đầu ra của AC MHD
P5’ là áp suất hơi sau khi ra khỏi máy tách
P5’’ là áp suất kim loại lỏng sau khi ra khỏi máy
tách Ptach là áp suất tạo ra bởi máy tách
T5’ là nhiệt độ hơi sau khi ra khỏi máy tách
T5’’là nhiệt độ kim loại lỏng sau khi ra khỏi máy
tách là tổn hao nhiệt độ của bộ tách
P2’ là áp suất khí sau khi qua bơm
P1’ là áp suất khí sau khi qua bộ trao đổi nhiệt 2
HVTH: Trần Thành Niệm
xiv
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
là tỉ số nén của bơm
T2’ là nhiệt độ khí sau khi qua bơm
T1’ là nhiệt độ khí sau khi qua bộ trao đổi nhiệt
2
là tỉ số nhiệt độ vào ra của máy bơm
,
,
,
,
,
là các tỉ số nén
là tỉ số nhiệt độ vào ra của máy bơm
G là lưu lượng kim loại lỏng qua máy phát AC MHD
Cp: Nhiệt dung riêng của kim loại lỏng
Tref là nhiệt độ môi trường
Pref là áp suất môi trường
HVTH: Trần Thành Niệm
xv
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG
TRANG
Bảng 5.1. Dữ liệu tính tốn cho mơ hình máy phát AC MHD kết hợp NLMT............59
0
Bảng 5.2. Kết quả tính tốn với T3=2000 K chu trình MHD hỗn hợp........................... 60
Bảng 5.3. Dữ liệu tính tốn cho mơ hình máy phát AC MHD kết hợp NLĐN............63
Bảng 5.4. Dữ liệu đầu vào 1............................................................................................................ 63
Bảng 5.5. Dữ liệu đầu vào 2............................................................................................................ 64
Bảng 5.6. Dữ liệu đầu vào 3............................................................................................................ 64
Bảng 5.7. Dữ liệu đầu vào của máy phát AC MHD sử dụng trong mơ hình.................66
Bảng 5.8. Dữ liệu tính tốn của chu trình AC MHD – Địa nhiệt....................................... 67
Bảng 6.1. Bảng so sánh kết quả về hiệu suất đối với mơ hình máy phát điện AC MHD kết
hợp năng lượng mặt trời..................................................................................................................... 71
Bảng 6.2. Bảng so sánh kết quả về hiệu suất đối với mơ hình máy phát điện AC MHD kết
hợp năng lượng địa nhiệt................................................................................................................... 72
HVTH: Trần Thành Niệm
xvi
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
TRANG
Hình 1.1. Biểu đồ cung cầu điện năng nước ta năm 2015 và 2020.................................. 01
Hình 2.1: Quá trình truyền năng lượng bức xạ mặt trời qua lớp khí quyển..................09
Hình 2.2: Các mơ hình khai thác năng lượng mặt trời.......................................................... 10
Hình 2.3: Sơ đồ nhà máy SCOT.................................................................................................... 12
Hình 2.4: Bộ tập trung khơng đối xứng...................................................................................... 13
Hình 2.5 Cấu tạo và nhiệt độ từng lớp vỏ Trái Đất................................................................. 15
Hình 2.6 Quá trình hình thành địa nhiệt từ sự di chuyển của các mảng vỏ trái đất 16
Hình 2.7 Các dạng biểu hiện của nguồn năng lượng địa nhiệt trên mặt đất..................17
Hình 2.8 Nguyên lý hoạt động chung của nhà máy địa nhiệt điện................................... 19
Hình 2.9 Hệ thống Dry Steam........................................................................................................ 20
Hình 2.10 Hệ thống Flash Steam................................................................................................... 21
Hình 2.11 Hệ thống Binary Cycle................................................................................................. 22
Hình 2.12 Hệ thống Combined Cycle.......................................................................................... 23
Hình 2.13. Lực Lorentz..................................................................................................................... 24
Hình 2.14. Nguyên lý máy phát MHD........................................................................................ 25
Hình 2.15. So sánh hoạt động máy phát điện từ thủy động lực học (B) với máy phát
diện tuabin truyền thống (A)............................................................................................................ 26
Hình 2.16. Máy phát dạng đĩa......................................................................................................... 28
Hình 2.17. Lưu chất làm việc trong phát điện MHD............................................................. 28
Hình 2.18 Kim loại lỏng NaK ở nhiệt độ phịng...................................................................... 29
Hình 2.19 Cấu hình hệ thống phát điện LMMHD EC OMACON................................... 30
Hình 2.20. Nhà máy điện hơi nước đơn giản hoạt động theo chu trình Rankine........35
Hình 2.21 Chu trình Brayton lý tưởng......................................................................................... 39
Hình 3.1: Chu trình phát điện LMMHD dùng NLMT.......................................................... 42
HVTH: Trần Thành Niệm
xvii
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
Hình 3.2: Nguyên lý của bộ trộn................................................................................................... 44
Hình 3.3: Nguyên lý của bộ tách................................................................................................... 45
Hình 3.4: Chu trình phát điện LMMHD dùng nhiệt thải...................................................... 49
Hình 4.1. Mơ hình địa nhiệt truyền thống.................................................................................. 50
Hình 4.2. Máy tách kiểu xốy......................................................................................................... 51
Hình 4.3. Tháp giải nhiệt.................................................................................................................. 51
Hình 4.4. Bình ngưng......................................................................................................................... 52
Hình 4.5. Sơ đồ đơn giản của chu trình tuabin hơi nước...................................................... 53
Hình 4.6. Mơ hình nhà máy địa nhiệt điện kết hợp máy phát điện AC MHD..............55
0
Hình 5.1: Kết quả phân tích chu trình MHD- tuabin khí với T3=2000 K......................61
0
Hình 5.2: Đồ thị T-S với T3=2000 K của chu trình MHD hỗn hợp................................. 61
Hình 5.3. Dạng sóng dịng điện trong các trường hợp đang xét........................................ 65
Hình 5.4. Dạng sóng dịng điện của máy phát AC MHD được chọn so với các trường
hợp khác................................................................................................................................................... 66
Hình 5.5. Đồ thị T – s của chu trình địa nhiệt – AC MHD.................................................. 67
HVTH: Trần Thành Niệm
xviii
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
Chƣơng 1
TỔNG QUAN
1.1. Đặt vấn đề:
Khủng hoảng năng lượng và biến đổi khí hậu đang là những mối quan tâm lớn
nhất của cả thế giới hiện nay về tương lai của trái đất và loài người. Các chuyên gia
vừa đưa ra lời cảnh báo thế giới sẽ phải đối mặt với tình trạng khủng hoảng thiếu năng
lượng trong vịng vài năm tới, vì tốc độ cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch trên thế
giới diễn ra nhanh hơn dự đoán. Theo các chuyên gia, sớm hay muộn thế giới cũng
phải đối mặt với sự cạn kiệt nguồn dầu mỏ, nên cần từ bỏ sự phụ thuộc vào nguồn năng
lượng này càng sớm càng tốt, khi mà tất cả hệ thống kinh tế - xã hội đều phụ thuộc vào
dầu, trong khi việc thay đổi nhiên liệu đòi hỏi nhiều thời gian và tiền của.
Hình 1.1: Biểu đồ cung cầu điện năng nước ta năm 2015 và
2020 (Chú thích: Con số trên trục bên trái chỉ lượng điện tổng
cộng/ năm, tính bằng đơn vị TWh; 1TWh = 10
12
Wh =1Tỉ
KWh) [2]
HVTH: Trần Thành Niệm
1
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
Theo biểu đồ trên, đến năm 2020, mức chênh lệch giữa cung và cầu điện năng
sẽ là: 159,8 TWh và 270,8 TWh. Như vậy, cùng với sự tăng trưởng GDP, khoảng cách
giữa cung và cầu điện năng càng lớn, càng gay gắt, nếu khơng có một sự thay đổi căn
bản cấu trúc các thành phần điện năng, hay nói cách khác chưa có một nguồn điện
năng nào có thể thay thế.
Giải pháp được đưa ra là nhập khẩu năng lượng, đây là một giải pháp hiện thực,
đang được khai thác và sẽ đẩy mạnh hơn trong tương lai. Chúng ta đang nói đến nhập
khẩu điện từ các nước láng giềng như Lào, Trung Quốc, Campuchia . . .
Tiếp theo là giải pháp tiết kiệm năng lượng, đây là giải pháp chung của mọi
quốc gia. Đối với các nước đang phát triển, như Việt Nam, càng có ý nghĩa đặc biệt.
Tuy vậy, chính sách tiết kiệm năng lượng cũng chỉ góp phần giảm bớt chứ khơng thể
giải quyết căn bản tình trạng mất cân bằng gay gắt cung cầu điện năng.
Nhu cầu sử dụng năng lượng tăng lên theo sự phát triển xa h ̃ ôị, tuy nhiên việc sử
dụng năng lượng quá mức, không khoa học, trái với các nguyên tắc về bảo vệ môi
trường làm kéo theo nhiều hệ quả nghiêm trọng như: cạn kiệt nguồn năng lượng hóa
thạch, sự tăng lên của khí nhà kính (CO2,…) làm Trái Đất nóng lên, các sự cố từ các lị
hạt nhân… đe dọa sự sống trên Trái Đất. Con người hiện đã có ý thức sử dụng các
nguồn năng lượng tái tạo từ thiên nhiên để bảo vệ môi trường sinh thái. Năng lượng địa
nhiệt và nhiệt mặt trời là một trong những nguồn năng lượng tái tạo sạch và bền vững.
Bên cạnh đó việc tìm ra các cơng nghệ phát điện mới vừa đơn giản vừa hiệu quả
đang được đầu tư phát triển. Máy phát từ thủy động lực học đáp ứng được các yêu cầu
này. Một khởi xướng của Hannes Alfvén về hệ thống phát điện từ thủy động lực đã
nhận được giải thưởng Nobel vật lý năm 1970. Đây là một thiết bị tạo ra điện bằng sự
tương tác của một chất lỏng dẫn điện chuyển động và từ trường. Máy phát MHD có thể
chuyển đổi năng lượng nhiệt trực tiếp thành điện mà khơng có thành phần chuyển
động. Do đó, tổn thất năng lượng giảm và hiệu suất phát điện cao. Khi kết hợp kiểu
phát điện này với các chu trình kín thì hiệu suất sẽ được nâng cao.
HVTH: Trần Thành Niệm
2
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
Luận văn
Trước đây người ta phải đốt than hay sử dụng nguồn nhiệt từ phản ứng hạt nhân
để ion hóa chất khí làm nhiên liệu cho máy phát từ thủy động lực học phát điện. Hiện
nay công nghệ khoa học phát triển cao nên ta có thể sử dụng thêm các dạng nhiên liệu
khác cho máy phát điện từ thủy động lực học như kim loại lỏng, nước muối… Nguồn
nhiệt cho hoạt động phát điện có thể thu từ năng lượng địa nhiệt, nhiệt mặt trời. Ngày
nay do công nghệ vật liệu phát triển nên chúng ta có thể tập trung năng lượng nhiệt mặt
0
trời ở nhiệt độ khá cao khoảng 2500 K [1]. Việc kết hợp máy phát điện từ thủy động
lực học với năng lượng địa nhiệt và nhiệt mặt trời hứa hẹn sẽ đem lại nguồn điện sạch
cho cuộc sống lâu dài, hướng tới tương lai. Máy phát điện MHD có thể kết hợp với nhà
máy địa nhiệt điện hoặc nhà máy điện năng lượng mặt trời để phát điện.
Máy phát điện MHD có khả năng tạo ra dịng điện một chiều và xoay chiều.
Trong đó điện xoay chiều có tầm quan trọng rất lớn trong đời sống cũng như trong sản
xuất và được sử dụng cho hầu hết các thiết bị điện. Khi sử dụng máy phát điện DC
MHD ta cần phải có một bộ chuyển đổi để đổi điện một chiều thành điện xoay chiều
rồi hòa vào lưới điện. Điều này sẽ gây ra tổn hao năng lượng trong quá trình biến đổi
và gây ra các hài bậc cao làm hư hỏng các thiết bị điện. Hơn nữa giá thành của bộ
chuyển đổi khá đắt.
Vì các lý do trên, học viên đã quyết định chọn đề tài nghiên cứu về máy phát
điện MHD kết hợp với nguồn năng lượng địa nhiệt và nhiệt mặt trời để nâng cao hiệu
suất phát điện. Loại máy phát điện được sử dụng trong đề tài này là loại máy phát điện
dạng đĩa AC MHD sử dụng kim loại lỏng vì sẽ cho hiệu suất phát điện cao hơn các
máy phát điện DC MHD có dạng hình ống sử dụng khí ion hóa. Do đặc điểm cấu tạo
máy phát điện đĩa sẽ tạo ra mật độ từ thông cao hơn máy phát điện hình ống và kim
loại lỏng có độ dẫn điện cao hơn khí ion hóa.
HVTH: Trần Thành Niệm
3
GVHD: PGS.TS. Lê Chí Kiên
