Nghiên cứu hệ thống phát điện MHD kết hợp với địa nhiệt điện
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN MHD
KẾT HỢP VỚI ĐỊA NHIỆT ĐIỆN
TS. LE CHI KIEN, NGUYEN TAN DAT
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
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 is a clean energy source, 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: "Research MHD generator system associated with
geothermal power," to be studied with the aim of combining the MHD generator of
geothermal electricity in order to improve the performance of geothermal power plants.
Fluid MHD generator operation could be ionized gas or liquid metal, we can apply to
temperature levels. The simulation results and calculations in thesis shows the performance
when participating MHD generator is improved better than the traditional model. The
theme-oriented research also recommended the construction of geothermal power plants
suitable for high performance and technical economy of the country.
1. GIỚI THIỆU
giải quyết vấn đề này. Trong các dạng năng
lượng tái tạo được nghiên cứu thì địa nhiệt có
nhiều tiềm năng phát triển trong tương lai.
Cứu cánh năng lượng cho con người
trong tương lai? Năng lượng tái tạo có thể
Khai thác năng lượng địa nhiệt có hiệu quả về
kinh tế, có khả năng thực hiện và thân thiện
với môi trường, nhưng trước đây bị giới hạn
về mặt địa lý đối với các khu vực gần
học kỹ thuật gần đây đã từng bước mở rộng
phạm vi và quy mô của các tài nguyên tiềm
năng này.
đất. Máy phát điện MHD sử dụng kim loại
lỏng có thể sử dụng nguồn nhiệt từ nguồn
nước nóng lấy lên từ lòng đất. Việc kết hợp
máy phát điện từ thủy động lực học và năng
lượng địa nhiệt hứa hẹn sẽ đem lại nguồn điện
sạch cho cuộc sống lâu dài, hướng tới tương
lai.
2. Tổng quan về năng lượng địa nhiệt và
các phương pháp khai thác sử dụng
Địa nhiệt, một nguồn năng lượng gần
như vô tận, đã có một lịch sử khai thác hơn 70
năm, và từ 4 thập kỷ qua công suất khai thác
địa nhiệt trong sản xuất điện và sử dụng trực
tiếp đã đạt hàng trăm MW. Cho đến năm
2000, địa nhiệt đã được sử dụng trên 58 quốc
gia trên thế giới với sản lượng điện là 49
TWh/năm và sản lượng sử dụng trực tiếp là
51 TWh/năm.
a. Năng lượng địa nhiệt
Năng
lượng
địa
lượng được tách ra từ nhiệt trong lòng Trái
Đất. Năng lượng này có nguồn gốc từ sự hình
thành ban đầu của hành tinh, từ hoạt động
phân hủy phóng xạ của các khoáng vật, và từ
năng lượng mặt trời được hấp thụ tại bề mặt
Trái Đất.
Bên cạnh đó công nghệ phát điện mới
vừa đơn giản vừa hiệu quả đang được đầu tư
phát triển. Và máy phát từ thủy động lực học
(MHD) đáp ứng được các yêu cầu này. Trên
cơ sở phát điện một cách trực tiếp không có
các cơ cấu truyền động cơ khí nên tổn hao
thấp hơn. Khi kết hợp kiểu phát điện này với
các chu trình kín thì hiệu suất sẽ được nâng
cao. 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 biển…
b. Máy phát điện từ thủy động lực (MHD)
Máy phát điện từ thủy động lực
Chúng thường có khả năng làm việc ở nhiệt
độ cao và không cần có các chi tiết phải bôi
trơn. Khí thải của các hệ thống như vậy
tái sử dụng để cung cấp nhiệt cho hệ
Nguồn nhiệt cho hoạt động phát điện
có thể lấy qua các dòng nước nóng từ lòng
kể từ đó một số khái niệm về hệ thống như
vậy đã được phát triển và một số hệ thống
đã thực sự được xây dựng và thử nghiệm.
Kim loại lỏng như một chất lỏng làm việc
trong các máy phát điện LMMHD được làm
nóng trực tiếp hoặc gián tiếp để làm cho nó
chảy qua các kênh MHD.
Trong các máy phát điện MHD,
chuyển động của dòng chất lỏng dẫn điện
điện. Máy phát điện MHD hoạt động theo
định luật Lorentz.
C. Máy phát MHD sử dụng kim loại lỏng
Cấu hình hệ thống phát điện LMMHD EC
Những nỗ lực cũng đã được thực hiện
để thay thế nhiên liệu đốt khí của máy phát
điện MHD với một kim loại lỏng thích hợp
Liquid Metal(LM) và chế độ này của MHD
được gọi là MHD kim loại lỏng (LMMHD).
Chất lỏng không được nén, chẳng hạn như
kim loại lỏng, có thể được sử dụng trong máy
phát MHD với lợi thế là có độ dẫn điện cao
hơn (khoảng 106 lần so với khí ion hóa) ở
nhiệt độ thấp. Vì vậy, một sản lượng điện
năng hợp lý có thể thu được bằng cách sử
dụng một kim loại lỏng thích hợp, do đó tránh
được những vấn đề của việc phải có vận tốc
khí ở nhiệt độ rất cao, áp suất và lưu lượng
cho khí bị ion hóa được sử dụng trong sản
xuất điện MHD.
OMACON [7]
Hệ thống LMMHD cơ bản bao gồm
hai ống kết nối với nhau tạo thành hệ thống
kín. Một máy trộn nằm ở dưới cùng của ống
dẫn lên và một máy phát điện MHD một
chiều (năng lượng điện được sinh ra tại đây)
đặt bên phía dưới ống dẫn xuống nơi tiết diện
ống thu nhỏ lại. Một chất lỏng hơi / khí hoặc
dễ bay hơi (như chất lỏng làm việc ở nhiệt
đun sôi tiếp xúc trực tiếp với kim loại lỏng
nóng) được đưa vào máy trộn ở dưới cùng của
ống dẫn lên ở nhiệt độ và áp suất thích hợp.
Một chất lỏng hai pha có nồng độ thấp hơn
được tạo ra. Chất lỏng hai pha này tạo thành
một dòng chảy và sau đó sẽ tách ra, khí trải
qua quá trình giãn nở với áp lực cao trong
máy trộn với áp suất thấp trong thiết bị tách,
thúc đẩy dòng chất lỏng chuyển động và đồng
Nghiên cứu và phát triển trên hệ
thống chuyển đổi năng lượng LMMHD
được bắt đầu vào đầu những năm 1960 và
thời giảm nồng độ của nó. Dòng khí (chất
lỏng làm việc) được lấy ra ở thiết bị tách, do
đó tạo ra một dòng chảy LM trở lại vào ống
dẫn xuống. Sự khác biệt giữa áp lực giữa hai
ống dẫn (chênh lệch áp suất thủy tĩnh) và do
sự khác biệt mật độ làm cho LM chuyển động
trong hệ thống, dòng LM chảy qua máy phát
điện MHD, một điện áp điện được sản sinh và
hệ thống sẽ phát điện. Tốc độ dòng chảy trong
vòng lặp tự điều chỉnh để cân bằng sự khác
biệt mật độ giữa ống dẫn lên và ống dẫn
xuống với những tổn thất ma sát dòng chảy và
khả năng tăng tốc và công suất của máy phát
MHD.
-
Máy tách kiểu xoáy: Tách hơi và nước
nóng ra hai phần, phần hơi được
chuyển đi quay tuabin.
-
-
Tuabin hơi: Chuyển năng lượng của
hơi nước thành điện năng.
Tháp làm mát: Giảm nhiệt độ của
dòng nước sau khi qua tuabin hơi
nước
-
-
Bơm: Nhận năng lượng từ bộ điều
phối năng lượng có nhiệm vụ đưa
nước từ tháp giải nhiệt trở về lòng đất
tiếp tục chu trình.
Bộ điều phối: Chuyển tải năng lượng
lên lưới và cấp nguồn cho các thiết bị
trong chu trình hoạt động.
Ngoài ra LMMHD còn có thể sử dụng
nguồn nhiệt từ địa nhiệt và chất thải hạt nhân,
để chuyển đổi nhiệt năng thành động năng của
các LM làm phát sinh nhiều chu kỳ làm việc
liên quan đến một pha, cũng như hai pha dòng
chảy chất lỏng.
3. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỊA NHIỆT
MHD
3.1 Xây dựng mô hình địa nhiệt điện
truyền thống
Một nguồn cung cấp nước nóng địa
nhiệt sẽ được sử dụng như là một trong những
nguồn năng lượng tái tạo lý tưởng. Ta có chu
trình Rankine là chu trình năng lượng cần
quan tâm. Ta sẽ tìm hiệu suất nhiệt của chu
trình này.
-
Nguồn nhiệt hoạt động: Được lấy từ
nguồn nước nóng trong lòng đất cung
cấp nhiệt cho chu trình 푄ꢀ푛 với nhiệt độ
từ 3000K đến 5500K.
Từ các thiết bị trên ta có chu trình như sau:
Mô hình địa nhiệt truyền thống
Tháp giải nhiệt là một thiết bị được sử
dụng để giảm nhiệt độ của dòng nước bằng
cách trích nhiệt từ nước và thải ra khí quyển.
Tháp giải nhiệt tận dụng sự bay hơi nhờ đó
nước được bay hơi vào không khí và thải ra
khí quyển. Kết quả là, phần nước còn lại được
làm mát đáng kể (hình 1). Tháp giải nhiệt có
thể làm giảm nhiệt độ của nước thấp hơn so
với các thiết bị chỉ sử dụng không khí để loại
bỏ nhiệt, như là bộ tản nhiệt của ô tô, và do
đó sử dụng tháp giải nhiệt mang lại hiệu quả
cao hơn về mặt năng lượng và chi phí.
Hình: Mô hình địa nhiệt truyền thống
Ta xem như quá trình đưa nước về đất gia
nhiệt lại giống như đưa nước qua bộ trao đổi
nhiệt để nhận năng lượng.
Phân tích các khối trong chu trình địa
nhiệt truyền thống
Ta đơn giản hóa mô hình như sau:
Phân tích máy tách kiểu xoáy
Hình :Mô hình chu trình phát điện hơi nước
Nhiệt độ nước khi qua tháp sẽ giảm
xuống bằng nhiệt độ môi trường do đó năng
lượng thoát ra
Hình:Máy tách kiểu xoáy [12]
Máy tách kiểu xoáy có nhiệm vụ tách
nước siêu lỏng thành hai phần hơi và lỏng
riêng biệt. Hơi nước với áp suất nhất định sẽ
được đưa tới làm quay tuabin phát điện. Áp
suất và nhiệt độ hơi bão hòa khô khi qua máy
tách xoáy tổn thất không đáng kể.
Q h h
1 với h4, h1 là entropy tại
L
4
nút 4 và 1.
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.
Tháp giải nhiệt
WT là công sinh ra (điện năng).
Ta phân tích entropy các nút trong chu trình:
Thông số bài toán tham khảo trong:
Fundamential of Thermoldynamic của VAN
WYLEN.
Hình :Tháp giải nhiệt [12]
Máy bơm
Nhiệt độ tại các nút
P1= 138.93 psia, P2= P3= 400.4 psia
Với tuabin =0.68, bom =1.07
Với 1 Pa = 1 N/m2 = 10−5 bar
10,197×10−6 at = 9,8692×10−6 atm
=
T3=470 0K
T4 T3.tuabin
h3= 184.36 Btu/lbm, s3= 0.402 Btu/lbm
T1= 290 0K,
T2 T1.bom
h1= 108.86 Btu/lbm, ν1= 0.01387 ft3/lbm
2
W h h vdP v .(P P).
Phân tích ta sẽ tìm được hiệu suất của chu
P
2
1
1
2
1
1
trình.
với =const=144/778
3.2 Mô hình địa nhiệt điện kết hợp
h2 h WP
1
LMMHD
Nồi hơi (bộ trao đổi nhiệt)
Từ mô hình truyền thống trên ta xây
dựng mô hình kết hợp LMMHD bao gồm chu
trình Rankine tạo ra điện từ hơi nước và chu
trình LMMHD, ta xây dựng mô hình như sau:
QH h3 h2
Tuabin hơi phát điện
Với:
- Nguồn nhiệt hoạt động: Được lấy
từ nguồn nước nóng trong lòng đất cung cấp
nhiệt cho chu trình Qin với nhiệt độ từ 5000K
đến 5500K.
s4= s3= 0.402 Btu/lbm
s3 x4.tuabin steam
s3 steam
x4
tuabin
- Máy tách kiểu xoáy: Tách hơi và
nước nóng ra hai phần, phần hơi được chuyển
đi quay tuabin.
Entropy nút 4
h4 h x4condenser
1
- Tuabin hơi: Chuyển năng lượng
của hơi nước thành điện năng.
- Máy phát MHD: Sử dụng loại máy
phát dạng ống hiệu suất ηEE từ 35% đến 40%
tạo ra điện năng.
Năng lượng tuabin sinh ra:
W h3 h4
T
Năng lượng mà ta thu được:
- Bộ trộn: Có nhiệm vụ trộn kim loại
lỏng và khí đưa vào máy phát MHD.
Wnet W WP
T
Hiệu suất hệ thống
- Bộ tách: Tách hỗn hợp kim loại lỏng
và khí thành hai thành phần riêng biệt.
Wnet
ht
QH
- Bộ trao đổi nhiệt 1: Nhận nhiệt
lượng nước nóng thoát ra từ máy tách gia
nhiệt cho kim loại lỏng.
nhiệt cung cấp nhiệt lượng cho chu trình
MHD kim loại lỏng hoạt động. Hiệu suất tổng
của chu trình sẽ là hiệu suất của tuabin và
máy phát MHD.
- Bộ trao đổi nhiệt 2: Nhận nhiệt
lượng của nước sau thoát ra từ tuabin gia
nhiệt cho khí trong chu trình LMMHD.
Như vậy gồm hai chu trình:
- Chu trình Rankine truyền thống.
- Chu trình LMMHD.
- Tháp làm mát: Giảm nhiệt độ của
dòng nước sau khi qua tuabin hơi nước
Hiệu suất chu trình Rankine ta đã tính
được. Bây giờ ta sẽ phân tích thêm năng
lượng sinh ra từ chu trình LMMHD.
- Bơm: Nhận năng lượng từ bộ điều
phối năng lượng có nhiệm vụ đưa nước từ
tháp giải nhiệt trở về lòng đất tiếp tục chu
trình.
Tính entropy tại các nút
Chu trình MHD
- Bộ điều phối: Chuyển tải năng
lượng lên lưới và cấp nguồn cho các thiết bị
trong chu trình hoạt động.
T3
1
P
3
h Cp.ln
Cp.
.ln
.G
Tref
P
ref
(3.25)
T
1
P
3
3
h h Cp.ln Cp.
.ln
.G
3
T2
P
2
(3.26)
T4
1
P
4
h h Cp.ln Cp.
.ln
.G
4
3
T
P
3
3
(3.27)
Hình:Mô hình địa nhiệt kết hợp máy phát
T
1
P
5
5
MHD
h h Cp.ln Cp.
.ln
.G
.G
5
4
T4
P
4
Máy phát điện MHD cũng có thể sử
dụng kim loại lỏng để làm môi chất phát điện.
Sử dụng nguồn địa nhiệt cấp thấp để gia nhiệt
làm tăng động năng di chuyển phát điện.
Nguồn nước nóng địa nhiệt sau khi đi qua
máy tách kiểu xoáy tách làm hai phần hơi và
lỏng. Hơi nước đi qua tua bin làm quay máy
phát sau đó lượng hơi đi qua bộ trao đổi nhiệt
ngưng tụ lại thành nước và được làm mát tại
tháp giải nhiệt trước khi được bơm trả về lòng
đất. Phần nước nóng được đưa qua bộ trao đổi
(3.28)
T
1
P
1
1
h h Cp.ln Cp.
.ln
1
5
T
P
5
5
(3.29)
T2
1
P
2
h h Cp.ln Cp.
.ln
.G
2
1
T
P
1
1
Công suất điện của máy phát MHD [10]
푊푀퐻퐷=Q3. 휂퐸퐸
Công suất tiêu thụ của các thiết bị trong chu
trình
T3
1
P
3
h Cp.ln
Cp.
.ln
.G
Tref
P
ref
Công suất tiêu thụ bộ trộn (tham khảo
sách Micro Bubble Generator) [10]
Ta có :Πtron=3,5.
(3.37)
T
1
P
3
3
h h Cp.ln Cp.
.ln
.G
3
T2
P
2
(3.38)
푃푡푟표푛=Π푡푟표푛.G. 퐶푝
T4
1
P
Công suất tiêu thụ bộ tách (tham khảo
sách Dryer products) [10]
Ta có :Πtach=2,5
4
h h Cp.ln Cp.
.ln
.G
.G
.G
.G
4
3
T
P
3
3
(3.39)
T
1
P
5
5
푃푡푎푐ℎ=Πtach.G. 퐶푝
h h Cp.ln Cp.
.ln
5
4
T4
P
4
Công suất tiêu thụ máy bơm điện từ [10]
Ta có :Πbomdt=2,5
(3.40)
T
1
P
1
1
h h5 Cp.ln Cp.
.ln
푃푏표푚 푑푡=Πbomdt.G. 퐶푝
1
T
P
5
5
Công suất tiêu thụ máy bơm [10]
Ta có :Πbom=4
(3.41)
T2
1
P
2
h h Cp.ln Cp.
.ln
2
1
푃푏표푚 =Πbom.G. 퐶푝
T
P
1
1
Công suất tiêu thụ của tháp giải
nhiệt(tham khảo sách Cooling Tower)
[10]
Hiệu suất của chu trình kết hợp
[10]
Hiệu suất của chu trình địa nhiệt hỗn hợp
Ta có :Πgiainhiet= 2.5
là tỷ số giữa năng lượng phát ra từ máy phát
MHD và tuabin hơi với năng lượng nhận vào từ
bộ thu năng lượng địa nhiệt.
푃
ꢁꢀ푎ꢀ푛ℎꢀ푒푡 =Πgiainhiet.G. 퐶푝
Các hệ số Πtron, Πtach, Πbomdt để đạt vận
tốc lưu chất LMMHD vào khoảng 0,049m/s
theo tính toán của E. Gedik , H.Kurt về
LMMHD flow.
Wnet1 W
tuabin
Wnet2 WMHD Ptron Ptach P
Pbom P
bomdt
giainhiet
Wnet1+Wnet2
Wh
Πbomdthệ số nén bơm điện từ để đưa
kim loại lỏng quay trở lại bộ trộn tiếp tục chu
trình phát điện theo tính toán của E. Gedik ,
H.Kurt về LMMHD flow.
hethong
4. TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG CÁC
CHU TRÌNH
Πgiainhiet hệ số nén bơm quạt tháp giải
nhiệt để hạ nhiệt độ nước trước khi trả về
lòng đất với lưu lượng nước 0,02 m3/s.
Entropy tại các nút [10]
4.1. Chu trình địa nhiệt truyền thống
4.1.1 Dữ liệu tính toán [10]
Thông số đầu vào của chu trình.
P1= 138.93 psia, P2= P3= 400.4 psia
Tref=2980K; Pref=1,03.105 Pa
Chu trình MHD
Với 1 Pa = 1 N/m2 = 10−5 bar =
10,197×10−6 at = 9,8692×10−6 atm
4.2 Mô hình địa nhiệt điện kết hợp MHD
4.2.1 Dữ liệu tính toán [10]
Dữ liệu đầu vào
h3= 184.36 Btu/lbm, s3= 0.402
Btu/lbm
Qin=10kW
T2= 3400K
h1= 108.86 Btu/lbm, ν1= 0.01387
P2=5.104Pa Tref=2980K
Pref=1,03.105 Pa
ft3/lbm
ΔTtron=5
Πtron=3.5
Nhiệt độ tại các nút
ΔTtach=5
ΔTTDN=50
ηEE=0.3
Với tuabin =0.68, bom =1.07
Πtach=2.5
ηMHD=0.8
Πbom=4
T3=470 0K
ΔQMHD=0.005
τc=1.25
T4 T3.tuabin
T1= 290 0K,
T2 T1.bom
Πbom dt=2.5
Πgiainhiet=2.5
γ=1.6667
τc=1.2
Cp=0,27 J/kgK
4.1.2 Kết quả tính toán:
Kết quả sau khi tính toán bằng Matlab
ta được :
WT =
7.6100 Btu/lbm ,
1Btu xấp xỉ 1060 J /s mà ta có
1W=1J/s
Các thông số chu trình LMMHD
T2= 3400K,Qin=10kW, Tref=2980K,
Pref= 1,03.105 Pa.
. Thông số máy phát MHD
ηEE=0.3, ηMHD=0.8, ΔQMHD= 0.005
. Bộ tách: ΔTtach =5, Πtach=2.5
. Bộ trộn: ΔTtron=5, Πtron=3.5
. Bơm nén: Πbom=4, τc=0.75
. Bơm điện từ: Πbomdt=2.5, τc=1.2
. Tháp giải nhiệt: Πgiainhiet= 2.5
. Bộ ngưng (trao đổi nhiệt):
∆Tngung=50, ∆Qngung=0.01,ηTngung=1
T2= Ttrao đổi nhiệt=5000K
8.2813 Btu/lbm , Wnet =
WT= 8778 W, Wnet=8066.6 W
Hiệu suất hệ thống
ht
=
0.1017 hay 10,17%.
Đồ thị Ts
4.2.2 Kết quả tính toán
Với Wh =혘퐻= 79318,5 W là năng
lượng thu từ nguồn địa nhiệt.
Wnet1=8066.6 W, Wnet2=3323.5 W
Hiệu suất hệ thống
ht = 0,1436 hay 14,36%
này. Chu trình địa nhiệt truyền thống và chu
trình địa nhiệt kết hợp LMMHD cho ta kết
quả như sau:
Đồ thị Ts
4.3 Mối quan hệ giữa nhiệt độ đầu vào với
công suất của hai mô hình
Ta cho nhiệt độ đầu vào thay đổi
giống nhau ở cả hai mô hình. Chu trình địa
nhiệt truyền thống khi ta thay đổi thông số
nhiệt độ đầu vào thì công suất đầu ra của hệ
thống cũng thay đổi theo sơ đồ dưới đây.
Nhận xét:
Qua sơ đồ trên thấy hiệu suất chu trình
địa nhiệt MHD cao hơn chu trình địa nhiệt
truyền thống khi có sự tham gia của máy phát
MHD.
4.5 So sánh với mô hình địa nhiệt – tubin
hơi hữu cơ
Mô hình địa nhiệt hai tuabin là mô
hình được thường xuyên sử dụng gần đây tại
các nhà máy địa nhiệt điện. Nguồn hơi từ
nguồn nước nóng địa nhiệt đưa trực tiếp đến
quay tuabin 1, còn nguồn nước nóng được
đưa đến bộ trao đổi nhiệt để làm bốc hơi môi
chất hữu cơ đưa đến quay tuabin 2. Môi chất
sau khi qua tuabin 2 được làm lạnh hóa lỏng
trở về tiếp tục chu trình.
Nhận xét:
Qua sơ đồ trên ta thấy với cùng nhiệt
độ đầu vào thì chu trình địa nhiệt kết hợp
MHD có công suất lớn hơn chu trình địa nhiệt
truyền thống do có sự tham gia của máy phát
MHD.
Như vậy chu trình phát điện thông qua
hai tuabin: Tuabin hơi nước 1 và tua bin hơi
hữu cơ 2.
4.4 Mối quan hệ giữa nhiệt độ đầu vào với
hiệu suất của hai mô hình
Cũng tương tự như trên ta thay đổi
nhiệt độ để tìm hiệu suất của hai chu trình
5. Kết luận
Bài báo“ Nghiên cứu hệ thống phát
điện MHD kết hợp với địa nhiệt điện” dựa vào
các định luật, phương trình nhiệt động lực
học. Qua đó ta thấy được hiệu suất được tăng
lên khi sử dụng mô hình kết hợp máy phát
MHD thay vì sử dụng mô hình địa nhiệt
truyền thống và mô hình địa nhiệt 2 tuabin.
Các công thức tính toán được trình
bày ở chương 3 và kết quả tính toán mô
phỏng ở chương 4 ta được kết quả như sau:
Hình: Chu trình địa nhiệt hai tuabin
Cho dãi nhiệt độ dao động từ 3300K đến
5300K.
Hiệu suất mô hình địa nhiệt
truyền thống tính toán được là:
10,17%
Hiệu suất chu trình địa nhiệt 2 tuabin [10]:
Thông số đầu vào của chu trình.
P1= 138.93 psia, P2= P3= 400.4 psia
Hiệu suất mô hình địa nhiệt -
MHD tính toán được là:
14,36%
Với 1 Pa = 1 N/m2 = 10−5 bar =
10,197×10−6 at = 9,8692×10−6 atm
Hiệu suất mô hình địa nhiệt –
Tubin hơi hữu cơ tính toán
được là: 13,29%
h3= 184.36 Btu/lbm, s3= 0.402
Btu/lbm
h1= 108.86 Btu/lbm, ν1= 0.01387
Vậy ta thấy rằng:
ft3/lbm
-
hiệu suất chu trình địa nhiệt MHD cao
hơn chu trình địa nhiệt truyền thống
và chu trình địa nhiệt-tubin hơi, vì khi
có sự tham gia của máy phát MHD.
Tính toán tương tự ta được WT1=
8778 W, Wnet1=8066.6 W
Tuabin hơi hưu cơ Amoniac [10]
WT2=h3’-h4’=3420 W, Wnet2=2879.14 W
Hiệu suất hệ thống
-
-
Xây dựng mô hình kết hợp công thức
tính toán không quá phức tạp.
Wnet1 Wnet2
Mô phỏng thành công hệ thống nhiệt
điện kết hợp MHD và tính toán được
hiệu suất, công suất của hệ thống kết
hợp.
ht2
ht2
Qh
=
0.1329 hay 13,29%.
Vậy hiệu suất chu trình Địa nhiệt MHD cao
hơn chu trình Địa nhiệt- tuabin là 1.07% như
vậy so với hệ thống 2 tuabin thì hệ thống
MHD cho hiệu suất cao hơn
-
Qua hai đồ thị hình 4.3 và 4.4 cho ta thấy
khi có tham gia của máy phát MHD thì
công suất và hiệu suất chu trình tăng lên.
Công suất tăng từ 9096W đến
11792W.
Hiệu suất của chu trình địa nhiệt
tăng từ 10,17% lên 14,87%.
Tuy nhiên còn một số khuyết điểm sau:
-
Hiệu suất của chu trình phụ thuộc vào
nhiệt lượng cung cấp từ nguồn địa nhiệt
trong tự nhiên nên áp suất và nhiệt độ
không ổn định.
-
-
Việc nghiên cứu và phân tích dựa trên
các định luật và tính toán mô phỏng chưa
có điều kiện thực nghiệm.
Nghiên cứu chỉ dựa trên hướng nâng cao
hiệu suất về mặt kỹ thuật chưa tính toán
hiệu quả đầu tư tài chính.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT
[1] Đoàn Văn Tuyến, Đinh Văn Toàn, Trịnh Việt Bắc – Nghiên cứu nguồn địa nhiệt cho
phát triển năng lượng sạch ở Việt Nam, tạp chí Các khoa học về trái đất 6-2008.
[2] Nguyễn Công Hân, Nhà máy nhiệt điện, NXB KHKT, 2002, 200 trang.
[3] Hoàng Đình Tín, Nhiệt động lực học kỹ thuật, NXB KHKT, 2007,482 trang.
[4] Bức tranh năng lượng thế giới- Bùi Thanh Huyền .sites.google.com.site.
TIẾNG NƯỚC NGOÀI
[5] Richard J. Rosa “Magnetohydrodynamic Energy Conversion” copyright 1987 by
hemisphere publishing coporation, Printed in USA, 234 pages.
[6] Alyssa Kagel “ Geothermal Enerergy Association” copyright 2008 by the Geotherma
Energy Association for the U.S, Deparment of Energy,89 pages.
[7] Nob. Harada, Le Chi Kien, and M.Hishikawa ” Basic Studied on Closed Cycle MHD
Power Generation System for Space Application” AIAA 2004-2365.
[8] Le Chi Kien “ Analyses of the Thermal Efficiency and the Output Power in A Joule –
Brayton” Science & Technology Development, Vol 12, No.04 - 2009.
[9] Bilal Masood, Malik Husnain Raiz and M. Yasir “Magnetohydrodynamics (MHD)
Power Generating Technology” Department of Electrical Engineering Department
of Electrical Engineering Lahore, Pakistan.
[10] Hyungsul Moon and Sadiq J. Zarrouk “Efficiency of geothermal power plants: a
worldwide review” Department of Engineering Science, University of Auckland,
New Zealand
[11] Naoyuki Kayukawa “Open-cycle magnetohydrodynamic electrical power
generation: a review and future perspectives” Progress in Energy and Combustion
Science 30 (2004) 33–60
[12] Claus Borgnakke and Richard E.Sonntag, Fundamentals of Thermodynamics,
Copyrightc 2009 John Wiley & Sons, Inc. All rights reserved.
[13] Gora S. and Kapron.H, Economic Aspects of operation of MHD Electrical power
plant in power system, Ninth International conference on MHD Electrical Power
Generation. Vol. 1. November 1986, Tsukuba, Ibaraki, Japan.
[14] Stanley W.Angrist, Direct Energy Conversion, Fourth Edition, Carnegie-Mellon
University, 468 pages.
[15] P.A. Davidson, An Introduction to Magnetohydrodynamics, Cambridge University
Press 2001, 431 pages.
[16] Asuncion V. Lemoff, Abraham P. Lee, An AC magnetohydrodynamic micropump,
Lawrence Livermore National Laboratory, Center for Microtechnology, 7000 East Ave.
L-223, Livermore, CA 94550 USA, 8 pages.
[17] Shinji Takeshita, Chainarong Buttapeng, Nob. Harada, Characteristics of plasma
produced by MHD technology and its application to propulsion systems,
Department of Electrical Engineering, Nagaoka University of Technology, 1603-1,
Kamitomioka, Nagaoka 940-2188, Japan, 4 pages.
Giảng viên hướng dẫn
Học viên thực hiện
Nguyễn Tấn Đạt
PGS.TS. Lê Chí Kiên
14 trang
09/01/2024
19740
Free
Bạn đang xem tài liệu "Nghiên cứu hệ thống phát điện MHD kết hợp với địa nhiệt điện", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- nghien_cuu_he_thong_phat_dien_mhd_ket_hop_voi_dia_nhiet_dien.pdf
