(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu hệ thống phát điện từ thủy động lực (MHD) sử dụng năng lượng địa nhiệt với chu trình kết hợp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÂM HỮU DŨNG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ÐIỆN TỪ THỦY ÐỘNG LỰC (MHD) SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ÐỊA NHIỆT VỚI CHU TRÌNH KẾT HỢP NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 SKC005954 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÂM HỮU DŨNG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN TỪ THỦY ĐỘNG LỰC (MHD) SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT VỚI CHU TRÌNH KẾT HỢP NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÂM HỮU DŨNG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN TỪ THỦY ĐỘNG LỰC (MHD) SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT VỚI CHU TRÌNH KẾT HỢP NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ CHÍ KIÊN Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 Luận Văn LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ tên: Lâm Hữu Dũng Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 20 – 07 – 1979 Nơi sinh: Quảng Nam Quê quán: Quảng Nam Dân tộc: Kinh Chổ riêng địa liên lạc: 1500/15B, Đông Thành, Tân Đông Hiệp, Dĩ An, Bình Dương Điện thoại quan: Fax: II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: VLVH Thời gian đào tạo từ 10/2006 đến 05/2010 Nơi học: Đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Điện cơng nghiệp Năm tốt nghiệp: 2010 Cao học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2016 đến 4/2018 Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ Thuật Điện Tên Luận văn tốt nghiệp: Nghiên Cứu Hệ Thống phát điện Từ Thủy Động Lực (MHD) Sử Dụng Năng Lượng địa nhiệt với chu trình kết hợp Thời gian & nơi bảo vệ Luận văn: Tháng năm 2018, Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Chí Kiên HVTH: Lâm Hữu Dũng i GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Luận Văn III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian đến HVTH: Lâm Hữu Dũng ii GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Luận Văn LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 02 năm 2018 (Ký tên ghi rõ họ tên) Lâm Hữu Dũng HVTH: Lâm Hữu Dũng iii GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Luận Văn LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu hướng dẫn tận tình thầy PGS.TS Lê Chí Kiên, học viên hồn thành luận văn thời hạn mục tiêu đề ban đầu Học viên xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Lê Chí Kiên kiến thức quý báu phương pháp nghiên cứu mà thầy truyền đạt Học viên xin gửi lòng tri ân đến quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh trang bị cho học viên lượng kiến thức bổ ích, đặc biệt xin chân thành cảm ơn q thầy Khoa Điện – Điện Tử tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ cho học viên nhiều trình học tập thời gian làm luận văn Cuối học viên xin gửi lời cám ơn đến đồng nghiệp, gia đình, bạn bè giúp đỡ học viên hỗ trợ học viên mặt tinh thần để học viên hoàn thành luận văn Tp Hồ Chí Minh, ngày 04 tháng 02 năm 2018 Học viên thực Lâm Hữu Dũng HVTH: Lâm Hữu Dũng iv GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Luận Văn TĨM TẮT Điện sản xuất từ nhà máy điện sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch (than, dầu, khí đốt…) lượng mới: lượng tái tạo (gió, mặt trời, địa nhiệt, sinh khối,…), lượng nguyên tử Các nhà máy điện tuabin khí, tuabin sử dụng nhiên liệu hóa thạch loại sử dụng chủ yếu giới với nhược điểm: ô nhiễm môi trường, giá nhiên liệu cao dần cạn kiệt Bởi vậy, nguồn lượng tái tạo xu hướng thiết thực gần vô tận xem giải pháp tốt thời điểm Trong địa nhiệt nguồn lượng vơ tận chịu ảnh hưởng thời tiết người sử dụng từ lâu chủ yếu sưởi ấm Với công nghệ người sử dụng nguồn nhiệt từ giếng địa nhiệt để tạo điện cách sử dụng nóng làm quay tuabin máy phát Nhưng hiệu suất máy phát điện khơng cao bị tổn thất thành phần khí chuyển động Cơng nghệ phát điện từ thủy động hình thành từ lâu, nghiên cứu, thử nghiệm đưa vào sử dụng quốc gia phát triển giới Nó có ưu điểm phát điện trực tiếp từ lượng nhiệt plasma (khí ion hóa) kim loại lỏng có tính dẫn điện cao Nak,…khi xuyên qua từ trường mạnh mà khơng cần đến thành phần khí chuyển động Đây phương pháp có hiệu cao độc phát điện Nó ứng dụng rộng rãi chu trình phát điện hỗn hợp để nâng cao hiệu suất nhà máy điện Đề tài “Nghiên cứu hệ thống phát điện từ thủy động lực sử dụng lượng địa nhiệt với chu trình kết hợp” đề xuất mơ hình hệ thống phát điện LMMHD kết hợp lượng địa nhiệt tạo hiệu suất phát điện cao mơ hình địa nhiệt điện truyền thống sử dụng tuabin Kết mô hình đề xuất có hiệu suất phát điện 34,81% cao hệ thống địa nhiệt truyền thống 9,01% hệ thống địa nhiệt tuabin cấp 6,79% HVTH: Lâm Hữu Dũng v GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Luận Văn ABSTRACT Electrical power is produced from power plants which uses fossil fuels (coal, oil, gas etc.) or new energies: renewable energy (wind, solar, geothermal, biomass,…), nuclear energy etc Gas turbine, stream turbine power plants which use fossil fuels, are very popular and they have some disadvantages: CO emissions, high fuel cost and exhaustion etc Therefore, renewable energy sources are practical trend and are inexhaustible energy source is being seen as the best solution at this point In which geothermal energy is inexhaustible less affected by the weather and it was long used mainly heating Now people can use heat from geothermal wells to generate electricity by using steam that turns a turbine's generator But the efficiency of the turbine generator is not higher due to losses by the moving mechanical components Magnetohydrodynamic technology has formed a long time ago, has been studied, tested and put into use in developing countries around the world The electricity is directly extracted from thermal energy of plasma (ionized gas) or Highly conductive liquid metals such as Nak which is passing through the strong magnetic field without resorting to the mechanical motion components This is a highly effective method and unique for power generation Topic: “Research magnetohydrodynamic (MHD) generator system using geothermal energy with combined cycle” will create higher power generation efficiency models traditional geothermal plants use turbines The result is the performance of the proposed model is 34,81% higher than traditional geothermal systems is 9,01% and geothermal turbine level system is 6.79% HVTH: Lâm Hữu Dũng vi GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Luận Văn [11] Sufi a Khalili, Ali Jafarian Dehkordi*, Mohammad Hossein Giahi, “Investigating the effect of channel angle of a subsonic MHD (Magneto-HydroDynamic) generator on optimum efficiency of a triple combined cycle”, School of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Jalal Ale Ahmad Highway, P.O BOX: 14115-143, Tehran, Iran-2015 [12] Ajith Krishnan R, Jinshah B S, Magnetohydrodynamic Power Generation, International Journal of Scientific and Research Publications, Volume 3, Issue 6, June 2013, ISSN 2250-3153 [13] Hyungsul Moon and Sadiq J Zarrouk, “Efficiency of geothermal power plants: a worldwide review”, Deparment of Engineering Science, University of Auckland, New Zealand, 2013 [14] Ronald DiPippo, Ph D, Chancellor Professor “Geothermal Power Plants: Principles, Applications, Case Studies and Environmental Impact”, Emeritus University of Massachusetts Dartmouth North Dartmouth, Massachusetts [15] John W Lund, Geothermal energy, http://www.britannica.com/science/ geothermal-energy, – – 2016 [16] https://nrginitiative.wordpress.com/2014/04/21/ormat-combined-cycle- units-gccu-geothermal-power-plants/ [17] http://www.learnthermo.com/examples/example-problem.php?ch=9& lesson=B&problem=1 [18] Claus Borgnakke, Richard E Sonntag, University of Michigan, Fundamentals of thermodynamics, Don Fowley and Dan Sayre, 2009 [19] Bilal Masood, Malik Husnain Riaz and M Yasir, Integration of Magnetohydrodynamics (MHD) Power Generating Technology with Thermal Power Plants for Efficiency Improvement, World Applied Sciences Journal 32 (7): 1356-1363, 2014, ISSN 1818-4952, © IDOSI Publications, 2014, DOI: 10.5829/idosi.wasj.2014.32.07.503 [20] Reshmi Banerjee, Importance of Magneto Hydro Dynamic Generation, International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, Vol 4, Issue 7, July 2015 HVTH: Lâm Hữu Dũng 70 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Luận Văn PHỤ LỤC % CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN HIỆU SUẤT CHU TRÌNH ĐỊA NHIỆT TRUYỀN THỐNG clc clear all; %thong so cai dat ban dau P1=0.02;%MPa P2=0.7;%MPa P3=P2; h3=3375.1;%KJ/Kg s3=7.7884;%KJ/Kg.K h1=251.4;%KJ/Kg v1=0.0010171;%m^3/Kg Wp=v1*(P2-P1) h2=h1+Wp Qh=h3-h2 gamaSteam=0.8320; deltaTuabin=7.0752; x4=(s3-gamaSteam)/deltaTuabin; gamaCondenser=2357.5; h4=h1+x4*gamaCondenser %nang luong sinh WT=h3-h4 Wnet=WT-Wp %hieu suat he thong nuyHT=Wnet/Qh HVTH: Lâm Hữu Dũng 71 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Luận Văn %nhiet cac nut T3=723; toTuabin=0.68; T4=T3*toTuabin Nbom=1.07; T1=333.21 T2=T1*Nbom %do thi Ts x=[h3 h4 h1 h2 h3] y=[T3 T4 T1 T2 T3] h=plot(x,y,'b-*') grid xlabel('Truc Entropy') ylabel('Truc nhiet (K)') % CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN HIỆU SUẤT CHU TRÌNH ĐỊA NHIỆT SỬ DỤNG TUABIN CẤP clc clear all %thong so cai dat ban dau P1=0.02;%MPa P6=P1 P2=0.7;%MPa P3=P2; P4=0.3;%MPa P5=P4 h3=3375.1;%KJ/Kg s3=7.7884;%KJ/Kg.K h1=251.4;%KJ/Kg HVTH: Lâm Hữu Dũng 72 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Luận Văn v1=0.0010171;%m^3/Kg h4s=561.46; gamaSteam1=1.9921; deltaTuabin1=4.7149; gamaCondenser1=2065.56; h5=3380.2;%KJ/Kg s5=8.1848;%KJ/Kg.K x4=(s3-gamaSteam1)/deltaTuabin1 h4=h4s+x4*gamaCondenser1 Whp=h3-h4 gamaSteam2=0.832; deltaTuabin2=7.0752; x6=(s5-gamaSteam2)/deltaTuabin2 gamaCondenser2=2357.2; h6=h1+x6*gamaCondenser2 Wlp=h5-h6 Wt=(h3-h4)+(h5-h6) Wp=v1*(P2-P1) h2=h1+Wp Qh=(h3-h2)+(h5-h4) %nang luong sinh Wnet=Wt-Wp %hieu suat he thong nuyHT=Wnet/Qh %nhiet cac nut T3=723; toTuabin=0.68; T4=T3*toTuabin T5=T3 HVTH: Lâm Hữu Dũng 73 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Luận Văn Nbom=1.07; toCondenser=0.56; T1=333.21; T6=T5*toCondenser T2=T1*Nbom %do thi Ts x=[h3 h4 h5 h6 h1 h2 h3] y=[T3 T4 T5 T6 T1 T2 T3] h=plot(x,y,'b-*') grid xlabel('Truc Entropy') ylabel('Truc nhiet (K)') % CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN HIỆU SUẤT CHU TRÌNH KẾT HỢP ĐỊA NHIỆT – LMMHD clc clear all y=1.6667;%he so dan nhiet cua kim loai long Qin=3.4e+003;%nhiet luong he thong dia nhiet cung cap P2=4.0e+005; Ttraodoinhiet=723;%nhiet bo trao doi nhiet T2=Ttraodoinhiet Ptron=0.2e+004; ntach=0.9; nEE=0.4; nMHD=0.8; deltaQMHD=0.005; deltaQngung=0.01; nuyTngung=1; pinen=2;%ty so nen HVTH: Lâm Hữu Dũng 74 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Luận Văn tonen=1.05;%ty so nhiet vao may nen Cp=0.27;%nhiet dung rieng NaK deltaTtron=5; deltaTtach=5; %nut T3=T2-deltaTtron P3=Ptron %nut T4=T3*(1-nEE-deltaQMHD) P4=P3*((1-(nEE/nMHD))^(y/(y-1))) %nut P5=P4/2 P5a=P5 T5=T4-deltaTtach %nut Tout=700; Tin=660; P1=P5*(1-deltaQngung*nuyTngung) T1=T5-((Tout-Tin)/(1-deltaQngung)) %nut P2=P1*pinen T2=T1*tonen %luu luong kim loai long G=Qin/(Cp*(T3-T2)) %nhiet luong tai tung nut cua chu trinh Q1=G*Cp*T1 Q2=G*Cp*T2 Q3=G*Cp*T3 Q4=G*Cp*T4 HVTH: Lâm Hữu Dũng 75 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Luận Văn Q5=G*Cp*T5 %cong suat may phat MHD WMHD=Q3*nEE %cac cong suat tieu thu chu trinh hesobom=1.25;%thong so cai dat chu trinh Wtron=1.0e+003;%thong so cai dat chu trinh Wtach=0.5e+003;%thong so cai dat chu trinh Wbom=hesobom*(T2-T1)*G*Cp Wbomdt=140;%thong so tra cuu %hieu suat he thong MHD Wnet=WMHD-Wtron-Wtach-Wbom-Wbomdt nuytong=Wnet/Qin %tinh Entropy Tref=298; Pref=1.03e+005; %chu trinh MHD s=(Cp*log(T3/Tref)-Cp*((y-1)/y)*log(P3/Pref))*G s3=s+(Cp*log(T3/T2)-Cp*((y-1)/y)*log(P3/P2))*G s4=s3+(Cp*log(T4/T3)-Cp*((y-1)/y)*log(P4/P3))*G s5=s4+(Cp*log(T5/T4)-Cp*((y-1)/y)*log(P5/P4))*G s1=s5+(Cp*log(T1/T5)-Cp*((y-1)/y)*log(P1/P5))*G s2=s1+(Cp*log(T2/T1)-Cp*((y-1)/y)*log(P2/P1))*G x=[s3 s4 s5 s1 s2 s3]; y=[T3 T4 T5 T1 T2 T3]; h=plot(x,y,'b-*'); grid xlabel('Truc Entropy') ylabel('Truc nhiet (K)') HVTH: Lâm Hữu Dũng 76 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Luận Văn % CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN HIỆU SUẤT CHU TRÌNH KẾT HỢP ĐỊA NHIỆT – LMMHD VỚI TUABIN HƠI NƯỚC THEO CÁC THÔNG SỐ THAM KHẢO TRONG [4] clc clear all Wnet1=367210.5; Qh=1423527; y=1.6667;%he so dan nhiet cua kim loai long Qin=1.0e+004;%nhiet luong he thong dia nhiet cung cap P2=5.0e+004; Ttraodoinhiet=340;%nhiet bo trao doi nhiet T2=Ttraodoinhiet Ptron=0.2e+004; ntach=0.9; nEE=0.4; nMHD=0.8; deltaQMHD=0.005; deltaQngung=0.01; nuyTngung=1; pinen=2;%ty so nen tonen=1.05;%ty so nhiet vao may nen Cp=0.27;%nhiet dung rieng NaK deltaTtron=5; deltaTtach=5; %nut T3=T2-deltaTtron P3=Ptron %nut T4=T3*(1-nEE-deltaQMHD) HVTH: Lâm Hữu Dũng 77 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Luận Văn P4=P3*((1-(nEE/nMHD))^(y/(y-1))) %nut P5=P4/2 P5a=P5 T5=T4-deltaTtach %nut Tout=450; Tin=410; P1=P5*(1-deltaQngung*nuyTngung) T1=T5-((Tout-Tin)/(1-deltaQngung)) %nut P2=P1*pinen T2=T1*tonen %luu luong kim loai long G=Qin/(Cp*(T3-T2)) %nhiet luong tai tung nut cua chu trinh Q1=G*Cp*T1 Q2=G*Cp*T2 Q3=G*Cp*T3 Q4=G*Cp*T4 Q5=G*Cp*T5 %cong suat may phat MHD WMHD=Q3*nEE %cac cong suat tieu thu chu trinh hesobom=1.25;%thong so cai dat chu trinh Wtron=1.0e+003;%thong so cai dat chu trinh Wtach=0.5e+003;%thong so cai dat chu trinh Wbom=hesobom*(T2-T1)*G*Cp Wbomdt=140;%;thong so tra cuu HVTH: Lâm Hữu Dũng 78 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên Luận Văn %hieu suat he thong MHD Wnet2=WMHDWtron-Wtach-Wbom-Wbomdt WdianhietMHD=Wnet1+Wnet2 nuytong=(Wnet1+Wnet2)/Qh %tinh Entropy Tref=298; Pref=1.03e+005; %chu trinh MHD s=(Cp*log(T3/Tref)-Cp*((y-1)/y)*log(P3/Pref))*G s3=s+(Cp*log(T3/T2)-Cp*((y-1)/y)*log(P3/P2))*G s4=s3+(Cp*log(T4/T3)-Cp*((y-1)/y)*log(P4/P3))*G s5=s4+(Cp*log(T5/T4)-Cp*((y-1)/y)*log(P5/P4))*G s1=s5+(Cp*log(T1/T5)-Cp*((y-1)/y)*log(P1/P5))*G s2=s1+(Cp*log(T2/T1)-Cp*((y-1)/y)*log(P2/P1))*G x=[s3 s4 s5 s1 s2 s3]; y=[T3 T4 T5 T1 T2 T3]; h=plot(x,y,'b-*'); grid xlabel('Truc Entropy') ylabel('Truc nhiet (K)') HVTH: Lâm Hữu Dũng 79 GVHD: PGS.TS Lê Chí Kiên ... máy điện Đề tài ? ?Nghiên cứu hệ thống phát điện từ thủy động lực sử dụng lượng địa nhiệt với chu trình kết hợp? ?? đề xuất mơ hình hệ thống phát điện LMMHD kết hợp lượng địa nhiệt tạo hiệu suất phát. .. nhà máy điện địa nhiệt - Nghiên cứu sở lý thuyết MHD - Khảo sát hệ thống phát điện địa nhiệt điện truyền thống hệ thống phát điện LMMHD sử dụng lượng địa nhiệt với chu trình kết hợp  Giới hạn... THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÂM HỮU DŨNG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN TỪ THỦY ĐỘNG LỰC (MHD) SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT VỚI CHU TRÌNH KẾT HỢP NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Tp Hồ Chí