Chương 1: Tổng quan 1. Đứng đầu của chu trình tích hợp này là máy phát điện hiệu ứng Hall đun nóng bằng than đá nghiền thành bột cùng với một loại hạt giống như ion hóa của Kali với sự giám sát và phát triển của AVCO. Cơ sở để tạo ra các hạt ion hóa được phát triển bởi TRW. Theo phương pháp này kali cacbonat được tách ra từ sunfat trong tro, cacbonat được lấy ra và để lại kali.
Phần cuối của chu trình được nghiên cứu và phát triển bởi CDIF. Phương pháp tích hợp MHD từ nhà máy than được Westinghouse Electric nghiên cứu cùng với sự kết hợp của công ty điện lực Montana. Chương trình thử nghiệm này đã kết thúc vào năm 1993 với hơn 4000 giờ hoạt động liên tục. Tại Nhật Bản : vào cuối những năm 1980 tại Nhật người ta tập trung vào máy phát điện MHD có chu trình kín.
Việc nghiên cứu đó phù hợp với điều kiện của Nhật Bản với công suất của nhà máy nhỏ hơn 100 MW khi đó có ưu thế là thiết bị nhỏ gọn không gây ô nhiễm môi trường còn chu trình hở chạy bằng than chỉ vận hành kinh tế nếu công suất trên 200MW. Tại Nhật Bản đầu tiên chúng ta phải kể đến công trình FUJI – 1 được viện công nghệ Tokyo nghiên cứu. Hệ thống này là một máy phát dạng đĩa với helium , khí argon và hạt ion hóa kali. Kết quả của thí nghiệm cho mật độ điện gần 100MW/m3 và hiệu suất EE lên đến 30,2%.
Năm 1994 kế hoạch FUJI – 2 được xây dựng dựa trên FUJI – 1 hệ thống này sử dụng khí trơ thông qua máy phát dạng đĩa với mục đích là khai thác enthapy 35% và hiệu suất phải đạt được là 60% tiến tới trang bị thêm 300MW cho nhà máy điện sử dụng khí thiên nhiên. Tại Australia: năm 1986 giáo sư Hugokal Mersserle tại đại học Sydney đã nghiên cứu MHD dùng nhiên liệu là than đốt kết quả là hàng loạt nhà máy điện đã đi vào hoạt động bên ngoài Sydney. Tại Italia: vào năm 1989 Italia bắt đầu nghiên cứu MHD theo 3 lĩnh vực chính. Nghiên cứu mô hình MHD.
Lê Chí Kiên Trang 7 HVTH: Đỗ Huỳnh Thanh Phong LVTN Chương 1: Tổng quan 2. Phát triển nam châm siêu dẫn với mục tiêu là vào năm 1994 có một nhà máy điện MHD công suất lớn. Đưa MHD vượt qua lò hơi và trở thành nhà máy điện chính. Tại Nga: năm 1994 Nga đã phát triển và điều hành cơ sở than U – 25 tại Viện hàn lâm khoa học Nga ở Moscow và quan tâm đến MHD dạng đĩa dùng nhiên liệu than.
Theo hội nghị được tổ chức tại Munich (Đức) với sự tham gia của cơ quan năng lượng hạt nhân Châu Âu; Bộ Giáo Dục và Khoa học Đức thì chu trình MHD mở coi như đã đạt đến giai đoạn nguyên mẫu trong khi có những tiến bộ đáng kể được thực hiện trong hệ thống MHD khép kín nó là mối quan tâm đặc biệt trong việc kết nối với lò phản ứng hạt nhân tiên tiến. Trong những năm đầu của thế kỉ XXI chu trình MHD kín (MHD phasma) đã có những nghiên cứu và phát triển. Các nghiên cứu của Nob Harada, Le Chi Kien , Hishikawa tại đại học Nagaoka Niigata Nhật Bản về vấn đề MHD kín đã được báo cáo với tổng hiệu suất dự kiến đạt 55,2%. Nghiên cứu này cho thấy MHD kín phù hợp với lò phản ứng hạt nhân nhiệt độ cao, không gây ô nhiễm môi trường.4: Chu trình phát điện dùng đĩa MHD kết hợp với năng lượng hạt nhân (NFR/CCMHD) GVHD: TS.
Lê Chí Kiên Trang 8 HVTH: Đỗ Huỳnh Thanh Phong LVTN Chương 1: Tổng quan Tất cả các hệ thống phát điện MHD có thể được phát triển để đạt hiệu quả cao trong sản xuất điện năng với ưu điểm như giảm tiêu thụ nhiên liệu, không gây ô nhiễm không khí, hiệu suất cao.3 Mục đích của đề tài Phân tích cấu trúc và hiệu quả của chu trình phát điện dùng MHD kết hợp với tuabin khí. Phân tích, tính toán các thông số tại các nút trong chu trình kết hợp từ đó đưa ra giải pháp nâng cao hiệu suất của chu trình phát điện trong nhà máy nhiệt điện.4 Nhiệm vụ của đề tài. Nhiệm vụ trọng tâm của đề tài là phân tích nguyên lý làm việc, tính toán mô phỏng các thông số của các khối và hiệu suất chu trình kết hợp. Đề tài gồm các vấn đề sau: Tìm hiểu nguyên lý phát điện từ thủy động lực học.
Nghiên cứu cấu trúc chu trình phát điện MHD kết hợp tuabin khí. Tính toán, mô phỏng, phân tích quá trình nhiệt động trong chu trình kết hợp từ đó tính hiệu suất của chu trình.5 Phương pháp nghiên cứu. Do ở nước ta vấn đề nghiên cứu hệ thống phát điện còn sơ khai, mới được tiến hành trong vài năm gần đây nên chưa có đủ điều kiện để thực nghiệm vì vậy tác giả đề tài chọn phương pháp nghiên cứu cấu trúc, mô phỏng, phân tích quá trình cân bằng nhiệt của chu trình dựa trên các nguyên lý, quá trình nhiệt động lực học của chất khí sau đó rút ra nhận xét kết luận.6 Giới hạn của đề tài. Không phân tích cấu tạo của đĩa MHD.
Không có điều kiện để thực nghiệm nên chủ yếu là phân tích quá trình nhiệt động lực học. Lê Chí Kiên Trang 9 HVTH: Đỗ Huỳnh Thanh Phong LVTN Chương 1: Tổng quan 1.7 Điểm mới của đề tài. Phân tích T-S để tìm năng lượng vào ra các khối trong chu trình nhằm tính toán chính xác hiệu suất chu trình từ đó đề ra giải pháp nâng cao hiệu suất nhà máy nhiệt điện.8 Giá Trị Thực Tiễn Nghiên cứu phương pháp nâng cao hiệu suất nhà máy điện, điều này có ý nghĩa to lớn cho nguồn năng lượng điện hiện nay khi nguồn tài nguyên khoáng sản đang cạn kiệt dần. Với kết quả nghiên cứu thì đề tài có thể: Ứng dụng trong hệ thống phát điện hạt nhân – MHD – tuabin khí.
Sử dụng làm tài liệu cho các nghiên cứu nâng cao hiệu suất nhà máy điện.9 Bố Cục Của Đề Tài. Cấu trúc luận văn gồm 5 chương cụ thể như sau: 1. Chương 1: Tổng quan. Giới thiệu MHD: nguyên lý phát điện, lịch sử hình thành, trình bày các hướng nghiên trước đây, trình bày mục đích nghiên cứu, điểm mới, ý nghĩa, giới hạn và bố cục của đề tài.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết. Trình bày cơ sở, đặc tính, nguyên lý phát điện từ thủy động lực (MHD) và phân tích động học chu trình phát điện tuabin khí. Chương 3: Phân tích chu trình. Xây dựng chu trình phát điện, phân tích nhiệt động học của từng khối trong chu trình ( P, T,S,Q) từ đó tính toán các thông số của chu trình cũng như hiệu suất của chu trình phát điện kết hợp.
Chương 4: Tính toán và mô phỏng các thông số của chu trình. Trình bày bài toán ứng dụng tính toán chu trình với các thông số cụ thể, mô phỏng thông số ra của các khối, đồ thị biểu diễn mối quan hệ của các thông số đầu ra khi thay đổi dữ liệu đầu vào, trình bày kết quả nghiên cứu và so sánh kết quả với các kết quả nghiên cứu khác đã được công bố. Lê Chí Kiên Trang 10 HVTH: Đỗ Huỳnh Thanh Phong LVTN Chương 1: Tổng quan 5. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển của đề tài.
Đánh giá kết quả và trình bày hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài. Lê Chí Kiên Trang 11 HVTH: Đỗ Huỳnh Thanh Phong LVTNChương 2: Cơ sở lý thuyết Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nguyên lý phát điện của máy phát MHD MHD dựa vào nguyên lý từ trường có thể cảm ứng các dòng điện từ một lưu chất dẫn điện chuyển động, lực tác dụng lên lưu chất có thể thay đổi từ trường của chính nó. Tập hợp các phương trình mô tả MHD là sự kết hợp của các phương trình liên tục,phương trình động lực, các phương trình Maxwell (của điện từ) và định luật Ohm. Máy phát MHD chu trình kín thường sử dụng nhiên liệu từ lò phản ứng hạt nhân, nhưng có khi cũng dùng nhiên liệu hóa thạch.
Chất dẫn điện trong MHD có thể là khí hoặc kim loại lỏng có nhiệt độ làm việc thông thường khoảng 30000K. Đối với các máy phát MHD không có bộ phận chuyển động quay nên có thể nâng nhiệt độ lên cao và do đó có hiệu suất tương đối cao. Hiệu suất của chu trình kết hợp có thể được biểu diễn như sau: net 1 2 1 1 Trong đó 1 là hiệu suất của máy phát MHD và 2 là hiệu suất của tuabin khí. Quá trình phát điện được thực hiện bằng cách sử dụng từ trường mạnh để tạo ra điện trường với luồng lưu chất dẫn điện đi xuyên qua 1 kênh và dòng electron gây ra bởi điện trường tạo ra dòng điện có vector mật độ dòng J.
Các điện cực phía đối diện thành lò MHD tiếp xúc với lưu chấtdẫn điện được nối với mạch điện bên ngoài. Các electron từ lưu chất theo điện cực từ một phía vách lò đến tải bên ngoài và đến điện cực phía đối diện sau đó trở về khối lưu chất tạo thành dòng điện kín. Như vậy ta thấy hai điện cực cung cấp cho tải bên ngoài dòng điện một chiều và chúng ta có thể nối với bộ nghịch lưu để trở thành dòng điện xoay chiều rồi đưa lên lưới điện. Lê Chí Kiên Trang 12 HVTH: Đỗ Huỳnh Thanh Phong LVTNChương 2: Cơ sở lý thuyết Máy phát điện từ thủy động lực học có thể được dùng để chuyển nhiệt năng cung cấp bởi một lò phản ứng hạt nhân thành điện năng, vì chúng có thể hoạt động ở nhiệt độ rất cao.
Bằng cách kết hợp sử dụng máy phát điện từ thủy động lực với hệ thống tái sử dụng nhiệt năng của khí thải (thông qua máy phát nhiệt điện truyền thống, như tuabin khí), hiệu suất của toàn bộ hệ thống có thể lớn hơn 60% Máy phát MHD dạng đĩa có dòng điện của hiệu ứng Hall chạy bên trong giữa điện cực gần tâm đĩa và điện cực phần rìa của đĩa. Hiệu ứng Hall là một hiệu ứng vật lý sinh ra khi từ trường vuông góc lên một bản làm bằng kim loại hay một chất bán dẫn đang có dòng điện chạy qua khi đó ta nhận được một hiệu điện thế sinh ra tại hai mặt đối diện nhau của tấm kim loại.