đặt vấn đề, mục tiêu, giới hạn và nội dung đề tài Chƣơng II: Cơ sở lý thuyết: Chƣơng này trình bày về giới thiệu máy phát điện MHD và nguyên lý hoạt động của nó Chƣơng III: Chí phí sản xuất điện năng: Chƣơng này trình bày các cách tính toán chi phí sản xuất điện năng Chƣơng IV: Tính toán chi phí tiền điện khi kết hợp hệ thống từ thủy động lực : Chƣơng này sẽ trình bày cách tính toán tiền điện khi kết hợp hệ thống từ thủy động lực Chƣơng V: Kết quả: Kết luận chung về ƣu điểm và hạn chế của đề tài, khẳng định những kết quả đóng góp đạt đƣợc, đề xuất ý kiến để cải thiện khuyết điểm và định hƣớng phát triển 3 Luan van Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Chuyển đổi năng lƣợng nhiệt động Quá trình sản xuất điện, thƣờng xuyên nhất, đƣợc đặc trƣng bởi sự chuyển đổi năng lƣợng sơ cấp hoặc thứ cấp, từ nhiệt sang cơ khí và sau đó sang điện. Ở trạng thái dòng điện của sự phát trển, hầu hết các nhà máy điện đều dựa trên các quy trình đƣợc gọi là sự quy ƣớc. Việc sản xuất điện, thông qua các hình thức thông thƣờng hoặc thƣơng mại năng lƣợng sơ cấp, chỉ liên quan đến nhà máy thủy điện và nhiệt điện, nơi các nhà máy nhiệt điện khác nhau để sử dụng nguồn chính (thƣờng là nhiên liệu hóa thạch nhƣ khí tự nhiên, dầu, than, v., gỗ và sinh khối, chất thải rắn đô thị hoặc công nghiệp, vv, hoặc nhiên liệu hạt nhân và hiếm hơn là năng lƣợng địa nhiệt).
Trong sản xuất thủy điện, năng lƣợng cơ học, ở các dạng khác nhau (động học, thế năng và áp suất) từ chất lỏng chảy, đƣợc chuyển đổi thành điện với một tuabin nƣớc và máy phát điện xoay chiều. Trong các nhà máy nhiệt điện, năng lƣợng nhiệt đƣợc chuyển đổi thành năng lƣợng cơ học và từ máy này, năng lƣợng cơ học thành điện năng. Phần lớn các nhà máy nhiệt điện đƣợc cung cấp bởi nhiên liệu, thƣờng là hóa thạch hoặc hạt nhân. Ngoài một số trƣờng hợp, chẳng hạn nhƣ các nhà máy điện sử dụng năng lƣợng nhiệt có sẵn trong tự nhiên (chủ yếu là năng lƣợng mặt trời và địa nhiệt), dạng năng lƣợng ở cơ sở của mỗi quá trình là năng lƣợng hóa học của nhiên liệu.
Năng lƣợng tiềm tàng của nhiên liệu hóa thạch đƣợc chuyển thành năng lƣợng nhiệt thông qua phản ứng tỏa nhiệt hóa học (đốt cháy), đƣợc đặc trƣng bởi sự tạo ra năng lƣợng nhiệt tƣơng đƣơng, theo giá trị tuyệt đối, với sự biến đổi Entanpy cho cùng một phản ứng. Trong trƣờng hợp nhiên liệu hạt nhân có phản ứng phân hạch. Nhiệt sau đó đƣợc truyền đến chất lỏng làm việc đàn hồi phát triển các máy không phù hợp (thƣờng là tuabin khí hoặc động cơ pittông) tạo ra công việc cơ khí. Trong trƣờng hợp đó, nó đã chuyển đổi năng lƣợng nhiệt thành cơ học (chuyển đổi nhiệt động).
Công việc cơ khí đƣợc sản xuất cuối c ng đƣợc chuyển sang một máy phát điện, hoạt động chuyển đổi năng lƣợng cuối cùng ở dạng điện. Cần lƣu ý rằng trong bất kỳ quy trình chuyển đổi nào, ngƣời ta không thể chuyển đổi hoàn toàn 4 Luan van năng lƣợng từ dạng này sang dạng khác, mỗi bƣớc đƣợc đặc trƣng bởi hiệu suất chuyển đổi, một hệ số có tính đến phần năng lƣợng có sẵn ban đầu, đƣợc chuyển đổi trong hình thức mong muốn [1] 2. Hệ thống chuyển đổi năng lƣợng trực tiếp Khả năng cải thiện đáng kể các quá trình chuyển đổi năng lƣợng thông thƣờng chủ yếu liên quan đến tiến bộ công nghệ. Họ vẫn có lợi nhuận nhỏ và vì lý do này, các nhà nghiên cứu đã chuyển sang phát triển các hệ thống khác, cái gọi là không thông thƣờng.
Trong các hệ thống chuyển đổi thông thƣờng, sự mất năng lƣợng đáng kể xảy ra trong quá trình chuyển đổi từ năng lƣợng nhiệt sang năng lƣợng cơ học (chuyển đổi nhiệt động). Nghiên cứu đang tập trung nỗ lực vào các quy trình chuyển đổi không sử dụng bƣớc này. Việc không có các bộ phận cơ học chuyển động có thể cho phép đạt đƣợc nhiệt độ vận hành cao hơn nhiều so với các quy trình thông thƣờng của quy trình thông thƣờng, do đó, ít nhất có khả năng, hiệu quả chuyển đổi cao hơn. Các quá trình này đƣợc gọi là chuyển đổi trực tiếp, vì năng lƣợng sơ cấp và thứ cấp đƣợc chuyển đổi trực tiếp thành điện năng mà không cần phải qua giai đoạn năng lƣợng cơ học [2].
Các phƣơng pháp chuyển đổi năng lƣợng trực tiếp ngày nay đƣợc tính đến trong ứng dụng công nghiệp là: • Hệ thống phát điện quang điện (Pin mặt trời quang điện) [3] • Chuyển đổi năng lƣợng điện hóa (Pin nhiên liệu) [4] • Sản xuất năng lực từ tính (MHD) [5] • Sản xuất điện động lực học (EGD) [6] • Phát điện nhiệt [7] Trong hai quá trình đầu tiên, quá trình chuyển đổi từ dạng năng lƣợng sơ cấp sang dạng năng lƣợng thứ cấp diễn ra để tránh sự chuyển đổi trong năng lƣợng nhiệt trung gian.2 cho thấy các giai đoạn chuyển đổi năng lƣợng trong sự sinh ra trực tiếp của năng lƣợng điện 5 Luan van Hình 2.1: Các giai đoạn chuyển đổi năng lượng trực tiếp Thiết kế của một bộ chuyển đổi năng lƣợng thƣờng đƣợc quyết định bởi loại năng lƣợng đƣợc chuyển đổi, mặc dù nhiệm vụ của kỹ sƣ là tìm ra những cách mới và hiệu quả hơn để chuyển đổi các nguồn năng lƣợng chính thành điện năng. Có nhiều lý do cho việc sử dụng các chƣơng trình chuyển đổi mới và trực tiếp. Chúng có thể đƣợc nhóm thành ba lĩnh vực quan trọng: hiệu quả, độ tin cậy và sử dụng các nguồn năng lƣợng mới. Hy vọng rằng khi một quá trình xảy ra trực tiếp, thay vì trải qua một vài bƣớc, nó có khả năng sẽ hiệu quả hơn.
Điều này sẽ dẫn đến chi tiêu ít hơn cho dự trữ năng lƣợng chính và đầu tƣ thấp hơn cho mỗi đơn vị năng lƣợng đƣợc lắp đặt. Hiệu quả, tuy nhiên, vẫn còn thấp ở giai đoạn phát triển của hầu hết các chƣơng trình chuyển đổi năng lƣợng trực tiếp. Về độ tin cậy, có những nơi mà thiết bị chuyển đổi năng lƣợng phải chạy trong nhiều năm mà không bị hỏng và không cần bảo trì. Đây là những tình huống mà độ tin cậy cuối c ng đƣợc yêu cầu.
6 Luan van Cuối cùng, khả năng sử dụng các nguồn năng lƣợng mới dƣờng nhƣ đƣợc tăng cƣờng nhờ sự phát triển của các bộ chuyển đổi năng lƣợng trực tiếp mới. Có nhiều cách nhờ đó chuyển đổi năng lƣợng trực tiếp của nhiệt thành năng lƣợng điện có thể thu đƣợc. Trong phần sau đây, phần chính, sản xuất năng lƣợng từ tính, đƣợc đề cập rất ngắn gọn để đƣa ra một bức tranh nền tổng thể về sự quan tâm trong chuyển đổi trực tiếp. Máy phát năng lƣợng từ từ thủy động lực Máy phát năng lƣợng từ hóa [8] là một thiết bị tạo ra năng lƣợng điện bằng sự tƣơng tác của một chất lỏng chuyển động (thƣờng là khí ion hóa hoặc plasma) và từ trƣờng.
Nhƣ tất cả các quá trình chuyển đổi trực tiếp, máy phát MHD cũng có thể Hình 2.2: Kênh MHD chuyển đổi năng lƣợng nhiệt trực tiếp thành điện mà không cần di chuyển các bộ phận. Theo cách này, các bộ biến đổi năng lƣợng tĩnh, không có bộ phận cơ học chuyển động, có thể cải thiện chuyển đổi động, làm việc ở nhiệt độ cao hơn các quy trình thông thƣờng. Cấu hình tiêu biểu của trình tạo MHD đƣợc hiển thị trong Hình 2 Nguyên tắc cơ bản của việc tạo ra năng lƣợng MHD rất đơn giản. Thông thƣờng, một loại khí dẫn điện đƣợc tạo ra ở áp suất cao bằng cách đốt cháy nhiên liệu hóa thạch.
Khí này sau đó đƣợc dẫn qua một từ trƣờng, dẫn đến một lực điện 7 Luan van Hình 2.3: Hệ thống máy phát điện MHD động bên trong nó theo định luật cảm ứng Faraday (đƣợc đặt theo tên của nhà vật lý và hóa học ngƣời Anh thế kỷ 19 Michael Faraday). Hệ thống MHD tạo thành một động cơ nhiệt, bao gồm việc mở rộng khí từ áp suất cao đến áp suất thấp theo cách tƣơng tự nhƣ đƣợc sử dụng trong một máy phát điện khí thông thƣờng (xem hình). Trong máy phát điện tua bin, khí tƣơng tác với các bề mặt lƣỡi cắt để lái tuabin và máy phát điện kèm theo. Trong hệ thống MHD, động năng của khí đƣợc chuyển đổi trực tiếp thành năng lƣợng điện khi nó đƣợc phép mở rộng.
Đƣợc biết, nếu chúng ta có một dòng điện chạy trong một dây dẫn đƣợc nhúng trong từ trƣờng, trong cùng một dây dẫn sẽ tạo ra một lực Lorentz vuông góc với hƣớng của từ trƣờng và với dòng điện. Cảm ứng (E) đƣợc đƣa ra bởi: Ei u. B (1) Trong đó u là vận tốc của khí ion hóa và B là cƣờng độ của cƣờng độ từ trƣờng 8 Luan van Mật độ dòng điện cảm ứng đƣợc cho bởi: Ii . E (2) Trong đó σ là độ dẫn điện của khí.
Lực hồi phục trên dây dẫn là lực Lorentz đƣợc cho bởi: Fi I. B (3) Trong bộ chuyển đổi MHD, dây dẫn điện đƣợc thay thế bằng dòng plasma ở tốc độ cao và với nhiệt độ cao sẽ bị ion hóa một phần. Vì vậy, dòng điện không chỉ đƣợc tạo thành từ các phân tử trung hòa điện mà còn có sự pha trộn giữa các ion dƣơng và electron. Khi một khí gas tốc độ cao chảy vào ống phân kỳ hội tụ và đi qua từ trƣờng, một e.f đƣợc cảm ứng, vuông góc với hƣớng của từ trƣờng và theo hƣớng của dòng khí.
Các điện cực ở các bức tƣờng phía đối diện của kênh lƣu lƣợng MHD cung cấp giao diện cho mạch ngoài. Các electron chuyển từ chất lỏng ở một bức tƣờng sang một điện cực, đến một tải trọng bên ngoài, đến điện cực trên bức tƣờng đối diện, và sau đó trở lại chất lỏng, hoàn thành một mạch điện. Do đó, luồng kênh MHD là một nguồn dòng điện trực tiếp có thể đƣợc áp dụng trực tiếp vào tải bên ngoài hoặc có thể đƣợc liên kết với bộ chuyển đổi điều hòa năng lƣợng để tạo ra dòng điện xoay chiều. Năng lƣợng điện đƣợc tạo ra tỷ lệ thuận với việc giảm động năng và entanpy của dòng chất lỏng.
Hiệu ứng MHD có thể đƣợc tạo ra với các electron trong chất lỏng kim loại nhƣ thủy ngân và natri hoặc trong các khí nóng có chứa các ion và electron tự do. Trong cả hai trƣờng hợp, các electron có tính cơ động cao và di chuyển dễ dàng giữa các nguyên tử và ion trong khi tính trung lập điện tích cục bộ đƣợc duy trì.