Đặt vấn đề Trong những năm gần đây, theo quy hoạch từ nay đến năm 2030 ở Đồng bằng sông Cửu Long sẽ phát triển 14 nhà máy nhiệt và riêng ở Tiền Giang sẽ xây dựng 2 nhà máy nhiệt điện để đáp ứng nhu cầu về điện ngày càng tăng ở địa phƣơng. Đề án điều chỉnh quy hoạch điện VII với định hƣớng hạn chế phát triển nhiệt điện than, tỷ trọng năng lƣợng tái tạo sẽ cao hơn dự kiến tăng lên 27. Khi phát triển năng lƣợng tái tạo tỷ trọng năng lƣợng sử dụng than sẽ giảm xuống, để đảm bảo an ninh năng lƣợng, Việt Nam vẫn phải đa dạng hóa loại hình các nhà máy điện, hiện nay không có nƣớc nào phát triển tất cả bằng năng lƣợng tái tạo. Trong khi nhiệt điện khí còn phải phụ thuộc vào nguồn cấp khí để thay thế nhiệt điện than.
Khi thiếu nguồn cấp khí trong khi nhu cầu lớn thì vẫn phải đa dạng hóa nguồn phát điện, vẫn phát triển nhiệt điện than nhƣng ƣu tiên công nghệ sạch. Trung tâm Điện lực Tân Phƣớc do Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) làm Chủ đầu tƣ là dự án nguồn điện quan trọng trong Quy hoạch điện VII điều chỉnh đã đƣợc Thủ tƣớng chính phủ phê duyệt nhằm đảm bảo cung cấp điện cho miền Nam. Dự kiến Trung tâm Điện lực Tân Phƣớc đƣợc đặt tại xã Tân Phƣớc, huyện Gò Công Đông, tỉnh Tiền Giang nằm trên bờ phải sông Soài Rạp, cách thành phố Hồ Chí Minh khoảng 52km về phía Tây – Nam. Để đảm bảo dự án phát huy đƣợc hiệu quả tốt, nhà thầu Tƣ vấn PECC2 đƣợc giao nhiệm vụ đề xuất phƣơng án nhiên liệu tối ƣu cho Trung tâm Điện lực Tân Phƣớc trên cơ sở phân tích, đánh giá và so sánh 2 loại nhiên liệu than và LNG (về các vấn đề kinh tế - kỹ thuật, môi trƣờng, an ninh năng lƣợng, khả năng cung cấp nhiên liệu, giá thành sản xuất điện, tác động đến giá điện của hệ thống, bố trí luồng cấp khí, than …).
Và trên cơ sở phƣơng án nhiên liệu đƣợc lựa chọn, PECC2 sẽ thực 1 hiện nhiệm vụ khảo sát và lập Quy hoạch địa điểm xây dựng TTĐL Tân Phƣớc tại xã Tân Phƣớc, huyện Gò Công Đông, tỉnh Tiền Giang. Đề tài ”Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) và than” ra đời giúp lựa chọn giải pháp sử dụng nhiên liệu phù hợp với điều kiện kinh tế - kỹ thuật của địa phƣơng hiện nay.2 Nhiệm vụ và mục tiêu của đề tài Mục đích của đề tài là nhằm so sánh tính kinh tế và tính khả thi của nhà máy nhiệt điện sử dụng thiên nhiên hóa lỏng (LNG) và than. Xây dựng các hàm tính toán chi phí đầu tƣ, vận hành, bảo trì và giá thành mỗi kW điện khi sử dụng 2 loại nhiên liệu khác nhau.3 Phạm vi nghiên cứu Khảo sát hệ thống phát điện của nhà máy nhiệt điện. Tìm các yếu tố liên quan đến kinh tế và kỹ thuật.
Xây dựng các hàm chi phí dựa vào các yếu tố trên. So sánh tính kinh tế khi sử dụng 2 loại nhiên liệu khác nhau. Nhận xét và kết luận. Giới hạn đề tài.
Đề tài chỉ quan tâm đến: Quan hệ chi phí năng lƣợng đầu vào, giá thành năng lƣợng đầu ra từ đó đƣa ra chi phí phát điện khi sử dụng hai loại nhiên liệu: khí thiên nhiên hóa lỏng và than 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết về nhà máy nhiệt điện. Nghiên cứu mô hình hệ thống phát điện của nhà máy nhiệt điện. 2 Nghiên cứu lý thuyết xây dựng các hàm chi phí của các phƣơng pháp phát điện với 2 loại nhiên liệu là LNG và than. Tham khảo các kết quả nghiên cứu của các nƣớc phát triển trong lĩnh vực này.
Phân tích các kết quả nhận đƣợc và các kiến nghị. Đánh giá tổng quát toàn bộ đề tài. Đề nghị hƣớng phát triển của đề tài.5 Kết quả dự kiến và giá trị thực tiễn Dựa vào các tài liệu tham khảo cùng với sự ứng dụng các phƣơng pháp toán học thích hợp sẽ tính toán lựa chọn đƣợc loại nhiên liệu phù hợp với nhà máy nhiệt điện của địa phƣơng, giúp nhà máy vận hành ổn định và lâu dài phục vụ nhu cầu về điện của địa phƣơng.6 Nội dung đề tài : Chƣơng 1 : Giới thiệu đề tài Chƣơng 2 : Cơ sở lý thuyết của nhà máy nhiệt điện. Chƣơng 3 : Xây dựng hàm chi phí của các phƣơng pháp phát điện.
Chƣơng 4 : Kết luận và hƣớng phát triển của đề tài. 3 CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN Nhà máy nhiệt điện thực hiện việc biến đổi nhiệt năng của nhiên liệu thành cơ năng rồi điện năng, quá trình biến đổi đó đƣợc thực hiện nhờ tiến hành một số quá trình liên tục (một chu trình) trong một số thiết bị của nhà máy. Nhà máy nhiệt điện hoạt động dựa trên hai nguyên tắc: có thể theo chu trình thiết bị động lực hơi nƣớc hoặc có thể là chu trình hỗn hợp tuốc bin khí – hơi.Nhà máy nhiệt điện Vũng Áng 1 4 2.1 Một số thiết bị chính trong nhà máy nhiệt điện Trong nhà máy nhiệt điện có rất nhiều thiết bị nhƣng ta chỉ xét đến các thiết bị chính phục vụ trong nhà máy: Lò hơi: Trong bất kì nhà máy nhiệt điện nào cũng cần phải có lò hơi. Lò hơi là nơi diễn ra quá trình hâm nóng, cung cấp hơi bão hòa trƣớc khi dẫn chúng đến thiết bị gia nhiệt thành hơi quá nhiệt cung cấp, phục vụ cho quá trình chạy máy phát điện.
Tuabin hơi-khí: là nơi biến đổi nhiệt năng của hơi thành cơ năng quay roto tuabin. Máy phát điện: có nhiệm vụ biến cơ năng thành nhiệt năng phục vụ cho các quá trình sản xuất Thiết bị ngưng hơi: sau khi ra khỏi tuabin đƣợc thiết bị này ngƣng lại thành nƣớc và đƣợc bơm nƣớc bơm trở lại bể chứa. Thiết bị này giúp thu hồi lại lƣợng nƣớc đã sử dụng để phục vụ cho quá trình tạo hơi tiếp theo. Bể chứa là nơi cung cấp nƣớc cho lò hơi và cũng là nơi chứa đựng nƣớc đƣợc ngƣng lại nhờ thiết bị ngƣng hơi.2 Nguyên lý làm việc của lò hơi 2.1 Vai trò của lò hơi trong sản xuất điện Lò hơi là thiết bị trong đó xảy ra quá trình đốt cháy nhiên liệu, nhiệt lƣợng tỏa ra sẽ biến nƣớc thành hơi, biến năng lƣợng của nhiên liệu thành nhiệt năng của dòng hơi.
Lò hơi là thiết bị có mặt gần nhƣ trong tất cả các xí nghiệp, nhà máy, để sản xuất hơi nƣớc phục vụ cho quá trình sản xuất điện năng trong nhà máy điện, phục vụ 5 cho các quá trình đun nấu, chƣng cất các dung dịch, sấy sản phẩm trong các quá trình công nghệ ở các nhà máy hóa chất, đƣờng, rƣợu, bia, nƣớc giải khát,. Trong các nhà máy điện, lò hơi sản xuất ra hơi để làm quay tuốc bin, phục vụ cho việc sản xuất điện năng, đòi hỏi phải có công suất lớn, hơi là hơi quá nhiệt có áp suất và nhiệt độ cao. Nhiên liệu đốt trong lò hơi có thể là nhiên liệu rắn nhƣ than, củi, bã mía, có thể là nhiên liệu lỏng nhƣ dầu nặng (FO), dầu diezen (DO) hoặc nhiên liệu khí.2 Nguyên lý làm việc của lò hơi trong nhà máy điện Trong các lò hơi nhà máy điện, hơi đƣợc sản xuất ra là hơi quá nhiệt. Hơi quá nhiệt nhận đƣợc nhờ các quá trình: đun nóng nƣớc đến sôi, sôi để biến nƣớc thành hơi bão hòa và quá nhiệt hơi để biến hơi bão hòa thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao trong các bộ phận của lò.
Công suất của lò hơi phụ thuộc vào lƣu lƣợng, nhiệt độ và áp suất hơi. Các giá trị này càng cao thì công suất lò hơi càng lớn. Hiệu quả của quá trình trao đổi nhiệt giữa ngọn lửa và khói với môi chất trong lò hơi phụ thuộc vào tính chất vật lý của môi trƣờng (sản phẩm cháy) và của môi chất tham gia quá trình (nƣớc hoặc hơi) và phụ thuộc vào hình dáng, cấu tạo, đặc tính của các phần tử lò hơi.1 trình bày nguyên lý cấu tạo của lò hơi tuần hoàn tự nhiên hiện đại trong nhà máy điện. Nhiên liệu và không khí đƣợc phun qua vòi phun số 1 vào buồng lửa số 2, tạo thành hỗn hợp cháy và đƣợc đốt cháy trong buồng lửa, nhiệt độ ngọn lửa có thể đạt tới 19000C.
Nhiệt lƣợng tỏa ra khi nhiên liệu cháy truyền cho nƣớc trong dàn ống sinh hơi 3, nƣớc tăng dần nhiệt độ đến sôi, biến thành hơi bão hòa. Hơi bão hòa theo ống sinh hơi 3 đi lên, tập trung vào bao hơi số 5. Trong bao hơi số 5, hơi đƣợc phân li ra khỏi 6 nƣớc, nƣớc tiếp tục đi xuống theo ống xuống 4 đặt ngoài tƣờng lò rồi lại sang ống sinh hơi số 3 để tiếp tục nhận nhiệt. Hơi bão hòa từ bao hơi số 5 sẽ đi qua ống góp hơi số 6 vào các ống xoắn của bộ quá nhiệt số 7.
Ở bộ quá nhiệt số 7, hơi bão hòa chuyển động trong các ống xoắn sẽ nhận nhiệt từ khói nóng chuyển động phía ngoài ống để biến thành hơi quá nhiệt có nhiệt độ cao hơn và đi vào ống góp để sang tua bin hơi và biến đổi nhiệt năng thành cơ năng làm quay tua bin.1 Nguyên lý cấu tạo của lò hơi 1. Vòi phun nhiên liệu + không khí 2. Phễu tro lạnh 4. Dàn ống sinh hơi 6.
Bộ quá nhiệt bức xạ 7. Bộ quá nhiệt nửa bức xạ 8. Bộ quá nhiệt đối lưu 10. Bộ sấy không khí 12.
Bộ khử bụi 13. Ống nước xuống 17. Ống góp nước Ở đây ống sinh hơi số 3 đặt phía trong tƣờng lò nên môi chất trong ống nhận nhiệt và sinh hơi liên tục do đó trong ống sinh hơi 3 là hỗn hợp hơi và nƣớc, còn ống xuống 4 đặt ngoài tƣờng lò nên môi chất trong ống 4 không nhận nhiệt do đó trong ống 4 là nƣớc. Khối lƣợng riêng của hỗn hợp hơi và nƣớc trong ống 3 nhỏ hơn khối lƣợng riêng cảu nƣớc trong ống xuống 4 nên hỗn hợp trong ống 3 đi lên, còn nƣớc trong ống 4 đi xuống liên tục tạo nên quá trình tuần hoàn tự nhiên, bởi vậy lò hơi loại này đƣợc gọi là lò hơi tuần hoàn tự nhiên.
Buồng lửa trình bày trên hình 2.1 là buồng lửa phun, nhiên liệu đƣợc phun vào và cháy lơ lửng trong buồng lửa.