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 chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 10 năm 2015 Trần Hữu Nhật ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành với sự trân trọng và lòng biết ơn sâu sắc đến các quý lãnh đạo nhà trường. Đặc biệt, em xin cám ơn Thầy TS.
LÊ CHÍ KIÊN, trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM, đã tận tình hướng dẫn để em có thể hoàn thành luận văn này. Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể quí Thầy Cô khoa Điện – Điê ̣n tử trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM đã tận tình , hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho em trong thời gian học tập và thực hiện luận văn.
Xin cảm ơn gia đình , bạn bè đã luôn động viên , ủng hộ và giúp đỡ trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận văn này. Một lần nữa, em xin kính chúc quý thầy cô, bạn bè và gia đình luôn hạnh phúc và tràn đầy sức khỏe. Học viên thực hiện Trần Hữu Nhật iii TÓM TẮT Việt nam là một quốc gia đang phát triển về kinh tế nên nhu cầu năng lƣợng cũng ngày càng phát triển theo trong đó phải kể đến năng lƣợng điện. Nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt.
Các nguồn năng lƣợng sạch nhƣ: năng lƣợng gió, năng lƣợng mặt trời, năng lƣợng địa nhiệt,… Các nguồn năng lƣợng này đang đƣợc nghiên cứu và đầu tƣ ứng dụng trên nhiều nƣớc trên thế giới và ở nƣớc ta. Trong tƣơng lai nó có thể thay thế hoàn toàn cho nguồn năng lƣợng hóa thạch. Để có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu điện năng, đồi hỏi ngƣời ta phải tìm cách nâng cao hiệu suất các nhà máy điện và tận dụng các nguồn năng lƣợng mới. Một trong những phƣơng pháp nhằm nâng cao hiệu suất nhà máy điện là dùng chu trình kết hợp thay thế cho chu trình đơn đã đƣợc phân tích và báo cáo rất nhiều tại các hội thảo.
Nhiệm vụ luận văn này là phân tích chu trình kết hợp gồm máy phát điện từ thủy động lực (MHD) dạng đĩa và phát ra điện năng W1, nguồn nhiệt năng còn lại sau ra khỏi máy phát MHD kết hợp với nguồn nhiệt mặt trời đƣợc đƣa vào chu trình tuabin khí và phát ra điện năng W2, nguồn nhiệt sau khi ra khỏi tuabin khí vẫn còn rất cao đƣợc đƣa vào chu trình tuabin hơi và phát ra điện năng W3. Các kết quả tính toán mô phỏng trong luận văn này cho thấy rằng hiệu suất chu trình kết hợp đƣợc nâng lên đáng kể so với chu trình kết hợp khác hoặc chu trình đơn đã đƣợc nghiên cứu trƣớc đây. iii ABSTRACT Vietnam is a developing country where it demands the growth of the economy energy which includes electrical energy. Fossil fuels are running out.
Clean energy sources such as wind energy, solar energy, geothermal energy, etc. The source of this energy is being invested in research and applications in many countries and in our country. In the future, it can completely replace fossil energy sources. In order to meet electricity demand, which requires people to find ways to improve the efficiency of power plants and make use of new energy sources.
One of the methods to improve power plant efficiency is to use combined cycle alternative with single cycle. This method was analyzed and reported a lot in the seminar. The task of this essay is to analyze the combined cycle generator consists of magnetohydrodynamic (MHD) disc and emits power W1, remaining heat source after MHD generator combined with solar heat source is included in the gas turbine cycle and emits power W2, after the heat source from the gas turbine is still highly used, it is put into the steam turbine cycle and emits power W3. The results of the simulation calculations in this thesis shows that combined cycle performance is improved substantially compared with other combined cycle or single cycle has been studied previously.
v MỤC LỤC Trang LÝ LỊCH KHOA HỌC. iii TÓM TẮT. vi DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHƢ̃ VIẾT TẮT. vii DANH SÁCH CÁC HÌNH.
viii DANH SÁCH CÁC BẢNG. ix Chƣơng 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI .2 CÁC VẤN ĐỀ ĐÃ ĐƢỢC NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT ĐỀ TÀI .3 NHIÊṂ VỤ VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI .4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU .5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢ́U .6 CÁC BƢỚC TIẾN HÀNH.7 ĐIỂM MỚI CỦA ĐỀ TÀI .8 GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .1 KHÁI NIỆM VỀ TỪ THỦY ĐỘNG LỰC HỌC.2 MÁY PHÁT TƢ̀ THỦY ĐỘNG LƢ̣C HỌC .4 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT MHD .5 HỆ THỐNG MHD DÙNG THAN .6 HIỆU SUẤT ĐIỆN .7 HIỆU SUẤT CỦA MÁY PHÁT .9 CHU TRÌNH MHD .10 HỆ THỐNG NHIỆT MẶT TRỜI .1 Nhà máy điện thu nhiệt mặt trời dạng máng parabol .2 Nhà máy điện thu nhiệt mặt trời dạng tháp .3 Nhà máy điện thu nhiệt mặt trời dạng đĩa .4 Nhà máy điện thu nhiệt mặt trời dạng ống khói. PHÂN TÍCH CHU TRÌNH .1 HỆ THỐNG MHD DỰA TRÊN CHU TRÌNH KẾT HỢP .2 CHU TRÌNH RANKINE .3 XÂY DỰNG CHU TRÌNH MHD - TUABIN HƠI .4 PHÂN TÍCH CÁC KHỐI TRONG CHU TRÌNH .1 Phân tích máy phát điện MHD .2 Phân tích bộ gia nhiệt từ mặt trời .3 Phân tích thiết bị làm lạnh .4 Phân tích máy nén .5 Phân tích tuabin khí .6 Phân tích chu trình hơi. TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG CÁC THÔNG SỐ CHU TRÌNH .1 Dữ liệu ban đầu .2 Kết quả tính toán .3 Hiệu suất chu trình .4 So sánh kết quả .5 Kết quả tính toán khi T3=2100°K.6 Kết quả tính toán khi T3=2400°K.7 So sánh kết quả .1 Dữ liệu ban đầu .2 Kết quả tính toán T6=350°K .3 Kết quả tính toán T6=400°K .4 Nhận xét kết quả đạt đƣợc bài toán 2 .3 NHẬN XÉT HAI BÀI TOÁN .61 vi Chƣơng 5.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .63 TÀI LIỆU THAM KHẢO .66 vi DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT MHD: magnetohydrodynamic u: thành phần vận tốc E: điện trƣờng B: từ trƣờng (T) U: nội năng chất khí J: mật độ dòng điện : điện dẫn suất :tổng điện trƣờng và suất điện động của từ trƣờng quay w: tần số cyclotron pe: áp suất electron Te: nhiệt độ electron : khối lƣợng riêng d: đạo hàm R: hằng số chất khí (R=k/m) : độ nhớt h: enthalpy A: tiết diện M: khối lƣợng lƣu chất W: điện năng K: hệ số tải(K=E/uB) e : hiệu suất điện g : hiệu suất máy phát p : hiệu suất polytropic vii v: vectơ vận tốc Qi: nhiệt lƣợng tại nút thứ i (MW) Ti: nhiệt độ tại nút thứ i (oK) Pi : Áp suất tại nút thứ i (at).
Cp : Nhiệt dung riêng của chất khí (J/KgK). : Hệ số nhiệt của chất khí. Q : Tổn thất nhiệt lƣợng. C : Tỉ số nén của máy nén.
S : Tỉ số nén của tầng nén. N : Tầng số nén. To: Tỉ số nhiệt độ ra- vào máy nén. Ts: Tỉ số nhiệt độ ra- vào tầng nén.
Tt: Tỉ số nhiệt độ ra- vào tuabin. Tts: Tỉ số nhiệt độ ra- vào tuabin hơi. t : Tỉ số áp suất ra- vào tuabin. tS : Tỉ số áp suất ra- vào tuabin hơi.
G : Lƣu lƣợng của chất khí qua máy phát MHD. T : Độ chênh lệch nhiệt độ. PMHD : Điện năng ra khỏi máy phát MHD. PC : Năng lƣợng máy nén cần.
Pion : Năng lƣợng cần thiết để ion hóa chất khí. W1 : Điện năng lên lƣới sau chu trình MHD. W2 : Điện năng lên lƣới sau chu trình Brayton (tuabin khí). W3 : Điện năng lên lƣới sau chu trình Rankine (tuabin hơi).
Tref : Nhiệt độ lấy mẫu (°K). Pref : Áp suất lấy mẫu (at). vii DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Sơ đồ hệ thống phát điện MHD chu trình kín.2: Hệ thống phát điện MHD kết hợp tuabin khí.1: Cấ u ta ̣o máy phát điê ̣n MHD .2: Nguyên lý cơ bản của máy phát MHD.6: Sơ đồ mạch của nhà máy MHD.7: Máy nén ly tâm.8: Máy nén dòng chảy dọc trục .9: Cấu tạo nhà máy điện dạng hình máng parabol.10: Bộ thu ánh sáng năng lƣợng mặt trời.11: Nguyên lý hoạt động .12: Nhà máy điện đảm bảo cung cấp điện cả ngày với sự hỗ trợ của bồn nhiệt .13: Loại bình chứa không áp suất.14: Nhà máy điện với bình chứa áp suất.15: Năng lƣợng mặt trời dạng tháp kết hợp chu trình Brayton-Rankine .16: Nhà máy điện ở Almeria, Tây Ban Nha.17: Nhà máy 10 kW ở Almeria Tây Ban Nha .18: Nhà máy điện thu nhiệt mặt trời dạng ống khói .1: Sơ đồ hệ thống MHD dựa trên chu trình kết hợp.2: Chu trình rankine.33 vii Hình 3.3: Đồ trị T-S của chu trình Rankine.4: Hệ thống MHD kết hợp tuabin hơi.3: Đồ thị T và S với T3=2400°K .4: Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa hiệu suất chu trình và nhiệt độ vào máy phát MHD (T3) .7: Đồ thị T-S của chu trình với T6=300°K(xanh dƣơng), 350°K (xanh lục), 400°K(đỏ) .8: Biểu đồ thể hiện quan hệ giữa hiệu suất chu trình và nhiệt độ vào máy nén (T6).60 vii DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 4.1: Dữ liệu ban đầu bài toán 1.2: Kết quả tính toán với T3=1800°K.3: Kết quả tính toán với T3=2100°K.4: Kết quả tính toán với T3=2100°K.5: Dữ liệu ban đầu bài toán 2.6: Kết quả tính toán với T6=350°K .7: Kết quả tính toán với T6=400°K .58 ix LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD: TS Lê Chí Kiên Chƣơng 1 TỔNG QUAN 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Việt nam là một quốc gia đang phát triển về kinh tế nên nhu cầu năng lƣợng cũng ngày càng phát triển theo trong đó phải kể đến năng lƣợng điện. Để có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu điện năng, Chính phủ Việt Nam đã đề ra mục tiêu cụ thể về sản xuất và nhập khẩu cho ngành điện.
Trong giai đoạn 2010-2020 tầm nhìn 2030 các mục tiêu bao gồm: Sản xuất và nhập khẩu tổng cộng 194-210 tỉ kWh đến năm 2015, 330-362 tỉ kWh năm 2020, và 695-834 tỉ kWh năm 2030. Đẩy nhanh chƣơng trình điện khí hoá nông thôn miền núi đảm bảo đến năm 2020 hầu hết số hộ dân nông thôn có điện.