Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Năng lượng là cơ sở, là động lực cho sự phát triển kinh tế - xã hội của một quốc gia. Một nguồn cung cấp năng lượng đầy đủ và bền vững là một trong những chìa khoá cho sự tăng trưởng kinh tế. Việt Nam là một trong những nước đang phát triển ở Đông Nam Á có nhu cầu sử dụng điện đang tăng cao để phục vụ sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hóa đất nước. Hiện nay ngành điện nước ta đang đối mặt với những khó khăn do nhu cầu ngày càng tăng của phụ tải.
Tuy nhiên, hệ thống điện của nước ta hiện nay chủ yếu vẫn đang sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch như than, dầu và khí để phát điện. Kết quả của việc lựa chọn này đó là phải đối mặt với sự thiếu hụt nguồn năng lượng hóa thạch do trữ lượng đang dần cạn kiệt, thêm vào đó việc sử dụng năng lượng hóa thạch đang gây ô nhiễm, ảnh hưởng lớn đến môi trường, gây hiệu ứng nhà kính. Trong khi đó, Việt Nam được biết đến là một nước có tiềm năng rất lớn về nguồn năng lượng tái tạo như: năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng sinh khối , địa nhiệt…v.v nhưng hiện tại mới chỉ khai thác và sử dụng một tỷ lệ rất nhỏ do phần lớn các dự án năng lượng tái tạo có tính sinh lời thấp, công nghệ lắp đặt còn phức tạp nên chưa hấp dẫn được cả người sử dụng lẫn nhà đầu tư. Thủy điện nhỏ: Được đánh giá là dạng năng lượng tái tạo khả thi nhất về mặt kinh tế - tài chính.
Căn cứ vào các báo cáo đánh giá gần đây thì hiện nay có trên 1.000 địa điểm đã được xác định có tiềm năng phát triển thủy điện nhỏ, quy mô từ 100kW tới 30MW với tổng công suất đặt trên 7. Các vị trí này tập trung chủ yếu ở vùng núi phía Bắc, Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. Năng lượng gió: Là quốc gia có tiềm năng phát triển năng lượng gió. Năng lượng gió tại độ cao 80m của Việt Nam có vận tốc trung bình năm lớn hơn 6 m/s là HVTH: Đoàn Quốc Vỹ Trang 1 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS TS.
Lê Chí Kiên khoảng 10.637MW, với diện tích khoảng 2.659 Km2, tương đương khoảng 0,8% diện tích cả nước. Theo GreenID tiềm năng kỹ thuật của năng lượng gió ở Việt Nam là khoảng 27. Theo các báo cáo thì tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam tập trung nhiều nhất tại vùng duyên hải miền Trung, miền Nam, Tây Nguyên và các đảo. Năng lượng sinh khối: nằm trong khu vực nhiệt đới ẩm gió mùa Đông Nam Á so với nhiều quốc gia khác, sinh khối của Việt Nam tăng trưởng nhanh, chính vì vậy chúng ta có một nền nông nghiệp đa dạng và phát triển, nhiều sản phẩm xuất khẩu trên thế giới những năm qua đã chứng minh điều đó như lúa gạo, cà phê, hạt điều…, nguồn phế thải từ sản phẩm nông nghiệp là rất lớn, đây là tiềm năng để chúng ta sử dụng nguồn năng lượng này trong tương lai.
Mặt khác năng lượng sinh khối còn được sử dụng từ các phế thải của chăn nuôi, rác thải hữu cơ đô thị và các chất thải hữu cơ khác. Theo đánh giá của các nghiên cứu gần đây tính toán tiềm năng và khả năng khai thác năng lượng sinh khối rắn cho năng lượng và phát điện của Việt Nam có thể đạt 170 triệu tấn và đạt mức sản lượng điện 2000MW phụ thuộc vào giá thị trường. Thực tế khai thác nguồn năng lượng này ở Việt Nam đã và đang phát triển, tuy nhiên mới ở quy mô nhỏ và hộ gia đình, trong tương lai đây cũng là nguồn năng lượng lớn và có nhiều tiềm năng của Việt Nam. Hiện tại, sử dụng năng lượng tái tạo ở Việt Nam mới chủ yếu là năng lượng sinh khối ở dạng thô cho đun nấu hộ gia đình.
Năm 2010, mức tiêu thụ đạt khoảng gần 13 triệu tấn. Ngoài việc sử dụng năng lượng sinh khối cho nhu cầu nhiệt, thì còn có một lượng năng lượng tái tạo khác đang được khai thác cho sản xuất điện năng. Theo số liệu mới nhất đến năm 2010, tổng điện năng sản xuất từ các dạng năng lượng tái tạo đã cung cấp lên lưới điện quốc gia đạt gần 2.000 triệu kWh, chiếm khoảng 2% tổng sản lượng điện phát lên lưới toàn hệ thống. So với nhiều nước trên thế giới, những kết quả nêu trên còn quá nhỏ bé và chưa phát huy hết tiềm năng hiện có.
HVTH: Đoàn Quốc Vỹ Trang 2 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS TS. Lê Chí Kiên Năng lượng mặt trời: Việt Nam có tiềm năng về nguồn năng lượng mặt trời, có thể khai thác sử dụng như: đun nước nóng, phát điện và các ứng dụng khác như: sấy, đun nấu. Với tổng số giờ nắng cao lên đến trên 2.500 giờ/năm, tổng lượng bức xạ trung bình hàng năm vào khoảng 230-250 kcal/cm2 theo hướng tăng dần về phía Nam là cơ sở tốt cho phát triển các công nghệ năng lượng mặt trời. Năng lượng địa nhiệt: Mặc dù nguồn địa nhiệt chưa được điều tra và tính toán kỹ.
Tuy nhiên, với số liệu điều tra và đánh giá gần đây nhất cho thấy tiềm năng điện địa nhiệt ở Việt Nam có thể khai thác đến trên 300MW. Khu vực có khả năng khai thác hiệu quả là miền trung. Bên cạnh đó, tồn tại lớn nhất hiện nay nước ta là sử dụng năng lượng còn hết sức lãng phí, nếu so với các nước trong khu vực và trên thế giới thì hiệu suất sử dụng năng lượng của ta rất thấp, cường độ tiêu thụ năng lượng trên 1 đơn vị sản phẩm còn rất cao, gấp 5-7 lần so với các nước trên thế giới, làm cho cường độ năng lượng (CĐNL- kgOE/USD) và hệ số đàn hồi (HSĐH) của ta rất cao, thể hiện tại bảng so sánh dưới đây: HVTH: Đoàn Quốc Vỹ Trang 3 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS TS. Lê Chí Kiên Bảng 1.1: Hiệu suất sử dụng năng lượng (số liệu cơ quan hiệp hội năng lượng việt nam)[3].
Hiệu suất sử dụng năng lượng tại các Việt Nam: 28 ÷32% nhà máy phát điện Các nước phát triển: 40% Hiệu suất của các lò hơi công nghiệp Việt Nam: 60% Thế giới: ≥ 80% Cường độ năng lượng các ngành công Việt Nam cao hơn Thái Lan nghiệp và Malaysia: 1,5 ÷ 1,7 lần Hệ số đàn hồi (Nhu cầu NL/GDP) Việt Nam: 2 Thế giới: ≤1 Cường độ năng lượng (Tiêu thụ năng Việt Nam: 600kg OE lượng/ 1.000 USD GDP) Thai Lan: 400kg OE Thế giới: 300kg OE Trong đó năng lượng sinh khối là nguồn năng lượng cổ xưa nhất đã được con người sử dụng khi bắt đầu biết nấu chín thức ăn và sưởi ấm. Trong những năm gần đây sự chú ý tới các nguồn năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng sinh khối nói riêng đã tăng mạnh trên toàn cầu để thay thế, giảm một phần sức ép lên các nguồn năng lượng hoá thạch nhằm phát triển nguồn năng lượng sạch và bền vững cho tương lại. Việt Nam là một nước nông nghiệp nên nguồn năng lượng sinh khối từ các phế phẩm của nông lâm nghiệp rất phong phú như: rơm, trấu, phôi bào, gỗ, xơ dừa, vỏ cà phê, bã mía, thân và lõi ngô, lạc.v Chúng ta biết rằng, nhà máy thuỷ điện lợi dụng sức mạnh của dòng nước, đẩy tuabin của máy phát điện sinh ra điện. Trong nhà máy nhiệt điện, thông qua việc đốt nhiên liệu mà chuyển nước trong nồi hơi thành hơi nước, rồi lợi dụng sức mạnh của hơi nước, kéo máy phát điện sinh ra điện.
Máy phát điện quy ước đều lợi dụng chuyển động quay của cuộn dây tương đối so với từ trường, hai phía của nó không HVTH: Đoàn Quốc Vỹ Trang 4 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS TS. Lê Chí Kiên ngừng cắt đường lực từ, trong cuộn dây sẽ sinh ra dòng điện cảm ứng. Còn máy phát điện từ thuỷ động lực (MHD) là cách dùng chất lưu mang điện (chất khí ion hoá hoặc kim loại lỏng) phun vào trong từ trường với tốc độ cực cao, lợi dụng tác động sinh ra của từ trường đối với chất lưu mang điện, qua đó mà phát ra điện. Chúng thường có khả năng làm việc ở nhiệt độ cao mà không cần các chi tiết bôi trơn, khí thải của các hệ thống này thường là plasma nóng nên có thể tái sử dụng để cung cấp nhiệt cho hệ thống nhiệt điện truyền thống (như máy phát điện hơi nước).
Vì vậy đề tài “Hệ thống phát điện hiệu suất cao sử dụng nhà máy điện sinh khối kết hợp với hệ thống từ thủy động” được nghiên cứu với mục đích nâng cao hiệu suất của nhà máy điện sinh khối với chu trình kết hợp phát điện từ thủy động lực MHD. Các kết quả tính toán và mô phỏng được so sánh hiệu suất giửa nhà máy sinh khối truyền thống và mô hình phát điện sinh khối LMMHD kết hợp tuabin hơi để thể hiện tính tối ưu.2 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu mô hình máy phát MHD và chu trình phát sinh khối. Nghiên cứu hệ thống kết hợp máy phát MHD phát điện sử dụng nguồn nhiệt từ năng lượng sinh khối. Xây dựng, tính toán được hiệu suất mô hình kết hợp phát điện sinh khối và phát điện từ thủy động lực MHD.3 Nhiệm vụ của đề tài Đề xuất mô hình kết hợp máy phát MHD phát điện sử dụng nguồn nhiệt từ năng lượng sinh khối để nâng cao hiệu suất phát điện.
Phân tích hiệu suất mô hình kết hợp từ đó so sánh mô hình kết hợp phát điện sinh khối MHD kết hợp tuabin hơi với mô hình phát điện sinh khối truyền thống để thể hiện tính tối ưu. HVTH: Đoàn Quốc Vỹ Trang 5 Luận Văn Thạc Sĩ GVHD: PGS TS. Lê Chí Kiên 1.4 Phương pháp nghiên cứu Thu thập, cập nhật, tổng hợp, tham khảo những tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu trên những bài báo khoa học trong nước, quốc tế và những tài liệu trên internet. Nghiên cứu về nhà máy phát điện sinh khối và máy phát từ thủy động lực MHD.
Phân tích, so sánh các kết quả thu được từ đó đưa ra những kiến nghị. Vẽ đồ thị và biểu diễn mối quan hệ các thông số của mô hình bằng Matlab. Bố cục đề tài Chương 1 : tổng quan Trình bày vai trò quan trọng của năng lượng, tình hình sử dụng năng lượng, tính khả thi khi phát điện sinh khối kết hợp với từ thủy động lực MHD, tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, bố cục đề tài. Chương 2: cơ sở lý thuyết Trình bày cơ sở lý thuyết tổng quan về năng lượng sinh khối và phương pháp khai thác.
Trình bày nguyên lý hoạt động và lưu chất cho máy phát điện MHD.