TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về năng lượng
Tình hình tiêu thụ năng lượng trên thế giới
Bảng 1.2 Các nước sản xuất dầu thô hàng đầu năm 2007
Na Uy Nigeria (OPEC) Brazil
Angiêri (OPEC) Irắc (OPEC) Lybi (OPEC) Angôla (OPEC) Anh
Cadăctăng Qata (OPEC) Việt Nam
Dầu thô và khí tự nhiên được hình thành từ các chất hữu cơ bị nén và đốt nóng trong môi trường yếm khí qua quá trình biến đổi địa chất Dầu mỏ đã được khai thác từ rất lâu, trong khi khí đốt trở thành nguồn nhiên liệu ưa chuộng nhờ hiệu quả sử dụng cao và ít gây ô nhiễm Dự báo, nguồn dầu và khí trên thế giới có thể đáp ứng nhu cầu toàn cầu trong khoảng 45 năm và 65 năm tới Bảng 1.2 liệt kê các quốc gia sản xuất dầu thô hàng đầu, còn Bảng 1.3 trình bày danh sách các nước tiêu thụ dầu khí hàng đầu.
Bảng 1.3 Các nước tiêu thụ dầu khí hàng đầu năm 2006
Nước Triệu thùng/1ngày Tỷ m 3 /1ngày
Than là nhiên liệu hóa thạch được hình thành từ thực vật qua quá trình kiến tạo vỏ trái đất, chịu sự ôxi hóa và phân hủy vi sinh trong môi trường hiếm khí, với thành phần chủ yếu là cácbon Người Trung Hoa đã biết sử dụng than từ cách đây 10.000 năm ở thời Đồ đá mới Sự ra đời của máy hơi nước trong Cách mạng công nghiệp lần thứ nhất tại Anh đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của ngành than.
Mỗi năm, thế giới tiêu thụ khoảng 6,19 tỷ tấn than, trong đó Trung Quốc là quốc gia sản xuất hàng đầu với 2,38 tỷ tấn vào năm 2006, chiếm 38% sản lượng than toàn cầu và 68,7% lượng than này được sử dụng cho sản xuất điện Hoa Kỳ tiêu thụ 1,053 tỷ tấn than, với 90% trong số đó được dùng cho sản xuất điện.
Than có khả năng đáp ứng nhu cầu năng lượng trong khoảng 200 năm và là nguồn nhiên liệu chính cho sản xuất điện Than cốc, sản phẩm từ than có độ tro và lưu huỳnh thấp, được chế biến trong lò không có ôxy ở nhiệt độ 1000 độ C, được sử dụng trong ngành luyện kim Quá trình khí hoá than tạo ra hỗn hợp cácbon monoxit (CO) và hiđrô, có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho ôtô như xăng và dầu điêzel Trong quá trình này, than được kết hợp với ôxy và hơi nước ở nhiệt độ và áp suất cao.
Do giá dầu và khí đốt tăng cao, việc khí hoá than đang thu hút sự chú ý Than có thể được chuyển đổi thành nhiên liệu lỏng như xăng hoặc dầu di-ê-zel thông qua các công nghệ hiện đại.
Bảng 1.4 Trữ lượng than và các nước sản xuất than chủ yếu
Trữ lượng than 2006 (triệu tấn)
Nước Than antraxit Than nâu Tổng số Phần trăm
Trung Quốc 62.200 52.300 114.500 12,6 Ấn độ 90.085 2.360 92.445 10,2 Úc 38.600 39.900 78.500 8,6
Các nước sản xuất than chủ yếu (triệu tấn) Nước 2003 2004 2005 2006 Tỷ lệ %
Hoa Kỳ 972,3 1008,9 1026,5 1053,6 17,0 Ấn Độ 375,4 407,7 428,4 447,3 7,2 Úc 351,5 366,1 378,8 373,8 6,0
Các nước xuất khẩu than (triệu tấn) Nước 2003 2004 2005 Phần trăm Úc 238,1 247.6 257.6 320
Trên thế giới, năng lượng được sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau, trong đó nhiên liệu hóa thạch chiếm 67%, năng lượng hạt nhân 13%, năng lượng tái tạo 16% và các dạng năng lượng khác chiếm 3%.
Bảng 1.5 Tổng lượng tiêu thụ năng lượng điện trên thế giới (2010)
Năng lượng tái tạo Khác Tổng Điện năng trung bình
Hình 1.1 Tỉ lệ điện năng hằng năm trên thế giới (đến năm 2011)
Tình hình khai thác và sử dụng năng lượng ở việt nam
1.3.1 Đại cương về năng lượng Việt Nam
Việt Nam sở hữu tiềm năng năng lượng phong phú, với trữ lượng nguồn năng lượng sơ cấp được tổng hợp trong chương trình KHCN-09 (12/2001) Ngành năng lượng Việt Nam đã ghi nhận sự tăng trưởng mạnh mẽ trong thời gian gần đây, bao gồm các lĩnh vực khảo sát, khai thác, truyền tải, phân phối và xuất nhập khẩu năng lượng Tuy nhiên, ngành này vẫn gặp phải nhiều vấn đề yếu kém cần được khắc phục.
Năng lực sản xuất còn thấp, còn tồn tại nhiều công nghệ cũ, lạc hậu, hiệu suất sử dụng thấp
Hiệu quả kinh doanh của ngành thấp
Giá năng lượng cố định không thích hợp
Đầu tư cho ngành năng lượng còn thấp so với yêu cầu, thủ tục đầu tư rườm rà
Bảng 1.6 Tiềm năng năng lượng sơ cấp của Việt Nam
Uranium đủ cho 9.000 MW Địa nhiệt 472 MW
Sản xuất than tại mỏ than Đông Bắc đã tăng mạnh từ 7,82 triệu tấn năm 1995 lên 45,84 triệu tấn năm 2006, với tốc độ tăng trưởng bình quân hàng năm đạt 17,4% Xuất khẩu than cũng ghi nhận mức tăng 23,9% Tuy nhiên, từ năm 2007, chính phủ đã áp dụng các biện pháp hạn chế xuất khẩu than, dẫn đến xu hướng giảm sản xuất trong năm 2008.
Bể than sông Hồng sở hữu trữ lượng lớn khoảng 210 tỷ tấn, nằm ở độ sâu từ 200m đến 1000m, chủ yếu tại các tỉnh Hưng Yên, Thái Bình và Nam Định Hiện nay, dự án khai thác than tại khu vực này đang được nghiên cứu để tìm ra công nghệ khai thác phù hợp Thông tin về sản xuất than trong giai đoạn 2000-2008 được thể hiện trong bảng 1.8.
Bảng 1.7 Tình hình sản xuất than Việt Nam giai đoạn 2000-2008
Sản xuất than (triệu tấn) 12,3 16,0 26,6 45,8 37,0
Sản xuất dầu khí tại Việt Nam đang tăng trưởng mạnh mẽ, với tổng sản lượng khai thác đạt 259 triệu tấn dầu và 40 tỷ m³ khí tính đến tháng 9/2009 Thông tin về tình hình khai thác dầu khí trong giai đoạn 2005 - 2008 được thể hiện rõ trong bảng 1.9.
Bảng 1.8 Tình hình khai thác dầu khí Việt Nam
Tiềm năng kinh tế kỹ thuật các lưu vực sông chính của Việt Nam là khá phong phú Tiềm năng thủy điện được đánh giá là 82 TWh
Bảng 1.9 Sản xuất điện năng Việt Nam giai đoạn 2005-2010, Đơn vị GWh
Đến cuối năm 2009, điện lưới quốc gia đã phủ sóng 100% số huyện, 97,32% số xã và 94,67% số hộ dân nông thôn tại Việt Nam Giai đoạn 2005-2009, cơ cấu sản xuất điện năng của Việt Nam đã có những thay đổi đáng kể.
2010 được thể hiện trong Bảng 1.9.
Tác động của việc sử dụng năng lượng đến môi trường
Việc gia tăng sử dụng năng lượng, đặc biệt là từ nhiên liệu hóa thạch, đang gây ô nhiễm môi trường và suy giảm chất lượng môi trường toàn cầu Hơn 80% nguồn năng lượng của Việt Nam đến từ nhiên liệu hóa thạch, và quá trình cháy của chúng phát thải CO2 và CH4, hai khí gây hiệu ứng nhà kính, dẫn đến biến đổi khí hậu và nóng lên toàn cầu Sử dụng năng lượng góp phần vào khoảng 25% lượng phát thải CO2 và 15% tổng lượng khí nhà kính do hoạt động của con người, cho thấy rằng hoạt động năng lượng là yếu tố chính gây ô nhiễm môi trường.
Theo thống kê, khí CO2 chiếm 54% trong tổng số các chất khí gây hiệu ứng nhà kính, trong khi CH4 chiếm 12% Than là nguồn nhiên liệu phát thải CO2 lớn nhất, với mỗi kg than thải ra 1,83 kg CO2 Hàng năm, các nhà máy nhiệt điện than trên toàn thế giới thải ra khoảng 3,7 tỷ tấn CO2, 10.000 tấn SO2 - nguyên nhân chính gây mưa axit, và 10.200 tấn NOx.
Xăng phát thải 2,22 kg CO 2 /lít nhiên liệu
Dầu diesel phát thải 2,68 kg CO 2 /lít nhiên liệu
Khí hóa lỏng phát thải 1,66 CO 2 /lít nhiên liệu
Các nguồn năng lượng hóa thạch thải ra các chất độc hại như thủy ngân, uranium, thorium và asen, gây ra ung thư và bệnh hô hấp Việc sử dụng năng lượng này cũng góp phần gây ô nhiễm môi trường và tiếng ồn Tại Việt Nam, theo số liệu của Tổng cục Khí tượng Thủy văn, trong 50 năm qua, nhiệt độ trung bình đã tăng 0,7 độ C, mực nước biển tăng 20 cm, nhiều khu vực bị khô hạn, trong khi thiên tai lũ lụt ngày càng gia tăng.
Chính sách năng lượng của việt nam
1.5.1 Quản điểm và chính sách năng lượng
Quan điểm và chính sách năng lượng của Việt Nam tập trung vào việc đạt được sự cân bằng giữa hiệu quả kinh tế, an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường Chính phủ Việt Nam cam kết phát triển nguồn năng lượng tái tạo, nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường, nhằm đảm bảo phát triển bền vững cho đất nước.
Khai thác tài nguyên trong nước một cách đa dạng, hợp lý và hiệu quả là rất quan trọng, đồng thời cần kết hợp xuất nhập khẩu hợp lý Mục tiêu là giảm dần và tiến tới không xuất khẩu nhiên liệu sơ cấp, nhằm đáp ứng nhu cầu năng lượng cho phát triển kinh tế xã hội, bảo tồn nhiên liệu và đảm bảo an ninh năng lượng cho tương lai.
Phát triển các công trình mới kết hợp với cải tạo và nâng cấp các công trình cũ là rất cần thiết Để đạt được hiệu quả tối ưu, cần chú trọng sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong tất cả các giai đoạn, từ sản xuất, truyền tải đến chế biến và sử dụng năng lượng.
- Phát triển năng lượng đi đôi với bảo tồn tài nguyên, bảo vệ môi trường sinh thái Đảm bảo phát triển bền vững ngành năng lượng
Thị trường năng lượng đang dần hình thành với sự cạnh tranh và đa dạng hóa các phương thức đầu tư, kinh doanh Nhà nước giữ quyền độc quyền ở những khâu quan trọng nhằm bảo đảm an ninh năng lượng quốc gia.
Để đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng, đặc biệt tại các hải đảo và vùng sâu, vùng xa, cần đẩy mạnh chương trình năng lượng nông thôn và nghiên cứu phát triển các dạng năng lượng mới, tái tạo.
- Phát triển nhanh ngành năng lượng theo hướng đồng bộ, hiệu quả, trên cơ sở phát huy nguồn nội lực, kết hợp với hợp tác quốc tế
Phát triển bền vững dựa trên việc sử dụng hợp lý và hiệu quả nguồn tài nguyên năng lượng của từng miền, nhằm đảm bảo cung cấp đầy đủ, liên tục và an toàn cho nhu cầu năng lượng của tất cả các vùng trong cả nước.
Khuyến khích các thành phần kinh tế tham gia vào việc phát triển nguồn điện là rất cần thiết, nhằm khai thác tiềm năng năng lượng phong phú của Việt Nam Điều này không chỉ giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào năng lượng nhập khẩu mà còn thúc đẩy sự phát triển bền vững của ngành năng lượng trong nước.
1.5.2 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là cách thức tối ưu hóa việc tiêu thụ năng lượng, giúp giảm chi phí cho các hoạt động hàng ngày Việc này không chỉ góp phần bảo vệ môi trường mà còn nâng cao hiệu suất sử dụng nguồn tài nguyên năng lượng.
Có 18 phương tiện và thiết bị sử dụng năng lượng hiệu quả, đảm bảo đáp ứng nhu cầu năng lượng cần thiết cho các hoạt động sản xuất, dịch vụ và sinh hoạt hàng ngày.
Việc tiết kiệm và sử dụng năng lượng hiệu quả là rất quan trọng cho sự phát triển bền vững của năng lượng Thực hiện tốt công tác này không chỉ đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của nền kinh tế mà còn bảo vệ môi trường Khai thác hợp lý nguồn tài nguyên năng lượng sẽ giúp tiết kiệm ngoại tệ và thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội một cách bền vững.
Mục tiêu giảm hệ số đàn hồi, tức là tỷ lệ giữa tốc độ tăng tiêu thụ năng lượng và tốc độ tăng trưởng GDP, tập trung chủ yếu vào ngành công nghiệp và giao thông vận tải, sau đó đến ngành thương mại dịch vụ và dân dụng Để đạt được mục tiêu này, cần áp dụng các biện pháp cụ thể cho các doanh nghiệp sản xuất công nghiệp.
- Thực hiện các biện pháp công nghệ, cải tiến quản lý sữa chữa phục hồi cải tiến thiết bị
Đổi mới và nâng cấp thiết bị là cần thiết để thay thế các thiết bị có hiệu suất thấp Việc áp dụng công nghệ mới và sử dụng các thiết bị hiện đại với hiệu suất năng lượng cao sẽ giúp cải thiện hiệu quả hoạt động và tiết kiệm chi phí.
- Thực hiện các giải pháp khoa học và công nghệ nhằm thiết kế chế tạo các trang thiết bị và phương tiện sử dụng năng lượng
- Xây dựng mô hình quản lý sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong doanh ngiệp Đối với ngành giao thông vận tải:
Để tối ưu hóa hiệu quả vận tải, cần sử dụng đồng bộ mạng lưới giao thông đường bộ, đường sắt, đường thủy và đường hàng không Việc khai thác tối đa năng lực của phương tiện và thiết bị không chỉ giúp giảm thiểu lượng nhiên liệu tiêu thụ mà còn hạn chế đáng kể lượng phát thải ra môi trường.
- Tăng cường vận tải hành khách và hàng hóa bằng đường sắt thay cho đường bộ
- Nghiên cứu phát triển hệ thống tàu điện ngầm tại Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh
- Tăng cường sử dụng các loại xe có hiệu suất năng lượng cao, loại bỏ các phương tiện cũ và hiệu suất thấp
- Xây dựng quy hoạch giao thông trong các thành phố và quốc gia để xác định các tuyến vận tải hợp lý
- Đầu tư để phát triển hệ thống phân phối và phương tiện sử dụng khí hóa lỏng Đối với ngành giao thông vận tải:
- Thực hiện chương trình quốc gia Chiếu sáng tiết kiệm và hiệu quả
Xây dựng hệ thống chiếu sáng mới và cải tạo hệ thống cũ nhằm nâng cao chất lượng ánh sáng, đồng thời giảm thiểu nhu cầu năng lượng cho chiếu sáng.
- Thực hiện các hoạt động chuyển giao kỹ thuật sẽ hỗ trợ ngành chiếu sáng Việt Nam để đáp ứng những thị trường mới
- Nâng cao chất lượng thiết kế và lắp đặt các thiết bị chiếu sáng
1.5.3 Các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả:
Tăng cường quản lý của nhà nước về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, tổ chức hệ thống quản lý về tiết kiệm năng lượng
Cần hoàn thiện khung pháp lý nhằm thúc đẩy việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong sản xuất công nghiệp, quản lý các công trình xây dựng, cũng như trong sinh hoạt đời sống liên quan đến trang thiết bị sử dụng năng lượng.
- Thành lập Ban chỉ đạo thực hiện Chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
- Soạn thảo, trình quốc hội thông qua luật, về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG
Tổng quan nhiệt thải
Nhiệt thải là nhiệt do quá trình đốt cháy nhiên liệu hoặc phản ứng hóa học tạo ra và được thải ra môi trường mà không được tái sử dụng hiệu quả cho các mục đích kinh tế Điều quan trọng cần chú ý là "giá trị" của nhiệt thải, thay vì chỉ tập trung vào khối lượng của chúng Cách thức thu hồi nhiệt thải phụ thuộc vào nhiệt độ của khí thải và các chỉ tiêu kinh tế liên quan.
Công nghiệp là một trong những ngành tiêu tốn nhiều năng lượng và gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nhất Các nhà máy như nhiệt điện, luyện kim, xi măng, thủy tinh và chế biến thực phẩm thường sử dụng nhiên liệu hóa thạch hoặc điện năng để tạo ra nhiệt độ cao trong quá trình sản xuất Tuy nhiên, chỉ một phần nhỏ nhiên liệu được sử dụng hiệu quả, dẫn đến tăng chi phí sản phẩm và lãng phí tài nguyên Phần năng lượng còn lại chủ yếu được thải ra môi trường qua khí thải Nếu chúng ta có thể thu hồi một phần nhiệt thải này, sẽ tiết kiệm được lượng nhiên liệu đáng kể Mặc dù không thể thu hồi toàn bộ, nhưng việc tận dụng nguồn nhiệt thải công nghiệp đã trở thành một xu hướng quan trọng, với nhiều ý tưởng và phát minh nhằm giảm thiểu lãng phí và bảo vệ môi trường.
Các nhà nghiên cứu đã nhận thấy tầm quan trọng của thiết bị thu hồi nhiệt, dẫn đến việc nghiên cứu và phát triển nhiều loại thiết bị này Tại Việt Nam, chúng ta đã ứng dụng thành công nhiều công nghệ thu hồi nhiệt.
Nhiều nhà máy xi măng hiện nay đã khai thác hiệu quả lượng nhiệt thải trong quá trình sản xuất để tự cung cấp điện năng Bên cạnh đó, nguồn nhiệt thải công nghiệp còn có nhiều ứng dụng khác, góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất và bảo vệ môi trường.
Các hoạt động sinh hoạt dân dụng thường ít được chú trọng trong việc tận dụng nhiệt thải, do lượng nhiệt sinh ra không đáng kể Nhiệt thải chủ yếu đến từ các hoạt động như nấu nướng, chế biến thực phẩm và sử dụng lò sưởi, dẫn đến hiệu quả tận dụng nhiệt thải này cũng hạn chế.
Tận dụng thông minh nguồn tài nguyên không chỉ giúp tăng hiệu suất mà còn tiết kiệm chi phí và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Nhà máy tận dụng nhiệt thải trong quá trình sản xuất là một giải pháp hiệu quả để thu hồi năng lượng Phương pháp này khai thác lượng nhiệt dư thừa từ các hoạt động như đun nấu, lò sưởi và chế biến dân dụng nhằm tạo ra điện năng Việc này không chỉ nâng cao hiệu suất làm việc mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường Đặc biệt, nó có thể cải thiện đời sống cho các khu vực vùng cao, nơi mà điện lưới chưa tiếp cận do chi phí hoặc mật độ dân số thấp.
2.2 CÁC LOẠI THIẾT BỊ THU HỒI NHIỆT THẢI CÔNG NGHIỆP
Phần này giới thiệu các thiết bị được sử dụng để thu hồi nhiệt thải công nghiệp và cho các ứng dụng khác
2.2.1 Thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ kim loại
Thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ là một trong những thiết bị đơn giản nhất, bao gồm hai ống kim loại đồng tâm Ống bên trong chứa khí thải nóng, trong khi không khí cháy với nhiệt độ thấp di chuyển bên ngoài ống Quá trình này giúp giảm nhiệt độ của khí thải đồng thời làm tăng nhiệt độ của không khí cháy trước khi vào buồng đốt, từ đó thu hồi năng lượng hiệu quả.
Việc giảm tiêu thụ nhiên liệu cho lò nung không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn giảm lượng khí thải và khói ra môi trường Thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ hoạt động bằng cách truyền nhiệt từ khí nóng đến bề mặt ống kim loại, mặc dù khí lạnh trong ống hầu như không hấp thụ bức xạ hồng ngoại, dẫn đến việc truyền nhiệt chủ yếu qua đối lưu Mặc dù hai dòng khí thường được thiết kế song song, nhưng việc thiết kế dòng khí ngược nhau có thể cải thiện hiệu suất truyền nhiệt Hơn nữa, thiết bị thu hồi nhiệt cũng đóng vai trò làm mát ống dẫn khí thải, từ đó nâng cao tuổi thọ của thiết bị.
Hình 2.2 Thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ
2.2.2 Thiết bị thu hồi nhiệt đối lưu
Một dạng cấu hình phổ biến của thiết bị thu hồi nhiệt là thiết bị thu hồi kiểu ống, hay còn gọi là thiết bị thu hồi nhiệt đối lưu Trong thiết kế này, khí nóng được dẫn qua các ống song song có đường kính nhỏ, trong khi khí lạnh được gia nhiệt bằng cách đi qua một vỏ bao quanh các ống, tiếp xúc với các ống nóng theo hướng vuông góc với trục.
Nếu các ống trong thiết bị trao đổi nhiệt được thiết kế để khí đi qua hai lần, thì thiết bị này được gọi là thiết bị thu hồi nhiệt hai dòng Khi sử dụng hai van bướm, thiết bị sẽ mang tên gọi là thiết bị thu hồi nhiệt hai van bướm.
Lắp đặt van bướm trong hệ thống thu hồi nhiệt ba dòng có thể dẫn đến việc tăng chi phí thiết bị trao đổi nhiệt và gia tăng hiện tượng sụt giảm áp suất Tuy nhiên, việc này cũng đồng thời nâng cao hiệu suất của hệ thống.
Hình 2.3 Thiết bị thu hồi nhiệt đối lưu
2.2.3 Thiết bị thu hồi nhiệt kiểu kết hợp Để hiệu suất truyền nhiệt đạt mức tối đa, người ta sử dụng thiết bị thu hồi nhiệt kết hợp Thiết bị này là sự kết hợp giữa thiết bị bức xạ và đối lưu, theo đó khu vực bức xạ nhiệt cao được thiết kế trước và tiếp theo sau là khu vực đối lưu (xem Hình 2.4)
Thiết bị này đắt tiền hơn loại thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ kim loại đơn giản nhưng nhỏ gọn hơn
Hình 2.4 Thiết bị thu hồi nhiệt kiểu kếtt hợp
2.2.4 Thiết bị thu hồi nhiệt gốm
Hạn chế lớn nhất trong truyền nhiệt của thiết bị thu hồi nhiệt kim loại là tuổi thọ lớp đệm giảm khi nhiệt độ đầu vào vượt quá 1100 °C Để khắc phục vấn đề này, thiết bị thu hồi nhiệt dạng ống gốm đã được thiết kế, cho phép vận hành ở nhiệt độ khí lên đến 1550 °C và gia nhiệt sơ bộ ở mức 815 °C Ban đầu, các thiết bị này được xây bằng gạch và nối bằng xi măng lò nung, nhưng thường gặp phải tình trạng rạn nứt ở các khớp nối do vòng tuần hoàn nhiệt, dẫn đến hư hỏng nhanh chóng Các thiết bị mới hiện nay sử dụng ống cacbua silicon với các khớp nối linh hoạt ở đầu khí, giúp giảm tỷ lệ rò rỉ từ 8-60% xuống mức thấp hơn Theo báo cáo, những thiết kế mới có tuổi thọ lên đến hai năm với nhiệt độ gia nhiệt sơ bộ không khí ở mức 700 °C.
Máy thu phát nhiệt có công suất lớn, thường được sử dụng trong các lò nấu chảy thép và thủy tinh Các yếu tố quan trọng như kích thước máy thu hồi nhiệt, thời gian giữa các lần đảo chiều, độ dày của gạch và độ truyền cần được xem xét để tối ưu hóa hiệu suất.
Hình 2.5 Máy thu phát nhiệt
Tuabin nhiệt hiện đang ngày càng được ứng dụng nhiều trong các hệ thống thu hồi nhiệt thải nhiệt độ từ thấp đến trung bình
Nhiệt thải dân dụng cách xử lý và tận dụng
2.3.1 Nguồn nhiệt thải dân dụng
Hoạt động sinh hoạt hàng ngày của chúng ta tiêu tốn một lượng tài nguyên lớn, nhưng lại phân tán nhỏ lẻ, gây áp lực lên môi trường Việc sử dụng hợp lý và tiết kiệm năng lượng đang trở thành ưu tiên hàng đầu Một trong những phương pháp hiệu quả là tối ưu hóa nguồn nhiệt, bao gồm việc áp dụng các nguồn năng lượng mới và tắt thiết bị không cần thiết Tuy nhiên, vẫn còn một phần năng lượng chuyển hóa thành nhiệt bị thất thoát qua khí thải và trong quá trình chuyển hóa Chẳng hạn, trong nấu nướng, năng lượng vẫn thoát ra qua khí thải, và trong lò sưởi, nhiệt lượng tỏa ra chưa được tận dụng hết, dẫn đến lãng phí năng lượng.
Hình 2.13 Nhiệt từ lò thải chưa được tận dụng tối đa
Một nguồn nhiệt thải ổn định và liên tục hiện nay là nhiệt lượng phát ra từ ống xả của ô tô và xe máy, nếu được khai thác một cách hiệu quả.
Hình 2.14 Nhiệt thải từ khói xe ô tô
2.3.2 Cách xử lý và tận dụng lượng nhiệt thải
Các nguồn nhiệt thải có thể được tận dụng hiệu quả thông qua việc lắp đặt các thiết bị chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng Những thiết bị này có thể được gắn trực tiếp vào bếp nấu, ống xả ô tô hoặc các thiết bị tỏa nhiệt khác, tùy thuộc vào cách lắp đặt để đạt hiệu suất tối ưu Để sử dụng và xử lý các nguồn nhiệt thải một cách hiệu quả, cần xem xét các yếu tố như không gian lắp đặt, nhiệt lượng thải và ảnh hưởng của chúng đến hiệu suất hoạt động của thiết bị.
Hình 2.15 Tận dụng năng lượng nhiệt thải từ lò đất
Máy phát nhiệt điện
2.4.1 Nhà máy nhiệt điện hiện nay
Nhiệt điện là một trong những nguồn năng lượng chính của Việt Nam, hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi năng lượng từ hơi nước Trong quá trình này, nước được đun nóng để tạo thành hơi nước, quay tua bin và sản xuất điện Hơi nước sau khi qua tuabin sẽ được ngưng tụ và tuần hoàn lại, theo chu trình Rankine Thiết kế của nhà máy nhiệt điện có sự khác biệt lớn do nguồn nhiên liệu sử dụng, và một số nhà máy còn cung cấp năng lượng nhiệt cho mục đích công nghiệp.
Hạn chế lớn nhất của nhiệt điện là việc sản xuất một lượng lớn khí CO2 do đốt nhiên liệu hóa thạch tại các nhà máy Do đó, cần nỗ lực giảm thiểu các khí thải này để bảo vệ môi trường.
Hình 2.16 Nhà máy nhiệt điện
Nhiệt điện bán dẫn là thiết bị chuyển hóa nhiệt năng thành điện năng thông qua linh kiện bán dẫn Với ưu điểm nhỏ gọn, đơn giản và dễ lắp đặt, nó hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ thấp Mặc dù còn khá mới mẻ, nhưng khả năng ứng dụng và tính thực tiễn của nhiệt điện bán dẫn cho thấy tiềm năng phát triển trong tương lai là rất khả quan.
Mặc dù thiết bị này có nhược điểm về hiệu suất hoạt động không cao và điện áp làm việc thấp, nhưng với các phương pháp giải nhiệt hiệu quả, nó vẫn có thể tận dụng nguồn năng lượng nhiệt thải một cách hợp lý Do đó, thiết bị ít được ứng dụng và phát triển thành các mô hình lớn.
Thiết bị có tên là “Thermoelectric Generator” tên viết tắt là TEG hoặc TEC ở đây ta dùng linh kiện mã ký hiệu đầy đủ là TEC1-12706
Hình 2.17 Thiết bị TEC1-12706 Hình 2.18 Thiết bị HZDZ
Cấu tạo của máy phát nhiệt điện (thermoelectric generator)
Thermoelectric Generator (TEG) là thành phần quan trọng của máy phát nhiệt điện, hoạt động như một linh kiện bán dẫn với chức năng chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng.
Khi cung cấp nguồn cho thiết bị Thermoelectric Generator (TEG) theo thông số của nhà sản xuất, một mặt của TEG sẽ nóng lên trong khi mặt còn lại sẽ lạnh đi Nhiệt độ của mặt lạnh phụ thuộc vào khả năng giải nhiệt của mặt nóng; nếu mặt nóng được giải nhiệt tốt, mặt lạnh sẽ đạt nhiệt độ rất thấp, có thể xuống đến âm hàng chục độ C Do đó, TEG thường được ứng dụng cho các hệ thống điện áp và dòng điện tối đa là 6A.
+ Thiết bị tạo nhiệt cho bình nước nóng lạnh;
+ Tản nhiệt cho CPU PC;
+ Ngoài ra chúng còn được biết đến như…
TEG có khả năng hoạt động ở chế độ ngược, khi cung cấp nhiệt vào mặt nóng và làm mát mặt còn lại, sẽ tạo ra dòng điện qua hai dây dẫn Điện áp và dòng điện sẽ thay đổi tùy thuộc vào chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt.
2 mặt, theo số liệu nhà sản suất đưa ra thì chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt là nằm trong khoản 65-75 o C là tốt nhất
Để nâng cao hiệu suất vận hành, cần cách ly mặt gia nhiệt nóng với hệ thống làm mát Sử dụng các kim loại có khả năng tản nhiệt tốt hoặc dung dịch làm mát sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả làm mát cho thiết bị.
Hình 2.20 Cánh tản nhiệt cho máy phát
Hình 2.21 Bề mặt bên ngoài của TEG
+ Cấu tạo của TEG bên ngoài gồm:
Hai mặt là hai lớp sứ cách điện và chiệu nhiệt tốt
Hai dây dẫn được nối từ bên trong ra dây đỏ và dây đen người ta quy ước luôn dây đỏ (+) và dây đen (-)
Bên hông của TEG được phủ lớp keo chịu nhiệt để gia cố cho thiết bị cũng như cách nước
+ 1 : 1 stage nghiaz là TEG này có một lớp
+ 127 : 127 couples, 127 cặp bán dãn P,N bên trong
+ 06 : dòng mã khi vận hành ở chế độ máy phát nhiệt
Hình 2.23 Cấu tạo bên trong TEC1-12706
- Cấu tạo bên trong TEG gồm :
Hình 2.24 Cấu tạo chi tiết của TEG1-12706
Cấu tạo chính của TEG gồm 127 cặp bán dẫn p,n được nối tiếp với nhau bởi mối nối nhôm
- Bán dẫn loại P: được hình thành khi ta pha thêm một lượng nhỏ chất có hoá trị
3 như Indium (In) vào chất bán dẫn Si thì 1 nguyên tử Indium sẽ liên kết với 4 nguyên tử
Si theo liên kết cộng hoá trị và liên kết bị thiếu một điện tử trở thành lỗ trống (mang điện dương)
Hình 2.25 Liên kết bán dẫn loại P
Bán dẫn loại N được hình thành khi pha một lượng nhỏ nguyên tố có hóa trị 5, như Phospho (P), vào chất bán dẫn Silicon (Si) Trong quá trình này, mỗi nguyên tử P liên kết với bốn nguyên tử Si thông qua liên kết cộng hóa trị, nhưng chỉ có bốn electron tham gia liên kết, để lại một electron dư thừa Electron này trở thành electron tự do, khiến chất bán dẫn trở thành thừa electron và mang điện âm.
Hình 2.26 Liên kết bán dẫn loại N
Trong TEG, có 127 cặp bán dẫn được kết nối theo hình ziczac, tạo ra hai đầu dây dẫn Dây đen được kết nối với bán dẫn p ở vị trí ngoài cùng, trong khi dây đỏ nối với bán dẫn n ở vị trí trong cùng.
Nguyên lý làm việc của thermoelectric generator
TEG hoạt động đơn giản bằng cách làm nóng một mặt và làm mát mặt còn lại, tạo ra điện áp giữa hai đầu dây Tùy vào mục đích sử dụng và nguồn nhiệt, có thể áp dụng nhiều phương pháp khác nhau để đạt được điện áp và dòng điện mong muốn Thông tin chi tiết về thiết bị TEG này được trình bày trong datasheet, như thể hiện trong Hình 2.26.
Hình 2.27 Data sheet của TEG
Để tạo ra chênh lệch nhiệt độ trên 80 o C giữa hai mặt của thiết bị TEG là một thách thức Do đó, để đạt được dòng điện và điện áp mong muốn, người ta thường kết nối nhiều tấm thiếc TEG theo kiểu nối tiếp.
Hình 2.28 Lắp nối tiếp nhiều thiết bị TEG
Mục tiêu của đề tài là tận dụng nguồn nhiệt thải để tạo điện năng, tuy nhiên, hạn chế lớn nhất là nhiệt lượng tỏa ra không cao, do đó việc giải nhiệt cho thiết bị là rất quan trọng để đạt hiệu suất tối ưu Chúng tôi sử dụng nhôm để giải nhiệt và một phần năng lượng tự sinh ra để vận hành quạt giải nhiệt Dù vậy, nhược điểm của phương pháp này là hiệu suất không cao, vì nhiệt độ của thanh nhôm sẽ bị ảnh hưởng sau thời gian hoạt động Nếu điều kiện cho phép, chúng ta có thể áp dụng các phương pháp giải nhiệt khác như nước hoặc không khí lạnh để tăng chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt, từ đó nâng cao công suất của máy phát nhiệt Tuy nhiên, các phương pháp này có ưu điểm là hoạt động tự động, liên tục mà không cần sự can thiệp của con người.
2.6.2 Giải thích nguyên lý làm việc của thermoelectric generator (TEG)
2.6.2.1 Hiện tượng và hiệu ứng nhiệt điện
Hiện tượng nhiệt điện là quá trình chuyển đổi năng lượng nhiệt thành năng lượng điện và ngược lại, có ứng dụng trong việc sản xuất điện, đo nhiệt độ và điều chỉnh nhiệt độ của vật thể Ba hiệu ứng nhiệt điện chính bao gồm hiệu ứng Seebeck, hiệu ứng Peltier và hiệu ứng Thomson.
Hình 2.29 Hiệu ứng nhiệt điện Seebeck
Hiệu ứng Seebeck là hiện tượng chuyển đổi chênh lệch nhiệt độ thành điện thế, được đặt theo tên của nhà vật lý người Đức Thomas Seebeck, người đã phát hiện ra hiệu ứng này vào năm 1821.
Năm 1821, một nhà khoa học phát hiện rằng kim la bàn sẽ bị lệch khi đặt gần một mạch kín được tạo bởi hai kim loại có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai mối hàn Sự lệch hướng này xảy ra do các kim loại phản ứng khác nhau với nhiệt độ, dẫn đến việc tạo ra dòng điện và một điện trường Tuy nhiên, ông không nhận ra sự hiện diện của dòng điện, điều mà nhà vật lý người Đan Mạch Hans Christian Ørsted đã chỉ ra và đặt ra khái niệm liên quan.
Nhiệt điện là hiện tượng tạo ra điện thế nhờ hiệu ứng Seebeck, với điện thế thường đạt khoảng àV/K Ví dụ, cặp đồng-constant có hệ số Seebeck là 41 àV/K ở nhiệt độ phòng Điện thế V được tạo ra có thể được tính toán theo công thức cụ thể.
Hệ số Seebeck (SA, SB) của kim loại A và B là hàm của nhiệt độ và không phải là một hàm tuyến tính theo nhiệt độ T1 và T2 đại diện cho nhiệt độ của hai mối hàn, và hệ số Seebeck phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối của vật dẫn và vật liệu Nếu hệ số Seebeck không thay đổi trong dải nhiệt độ đo, công thức (1.1) có thể được viết lại gần đúng.
Hiệu ứng Seebeck là nguyên lý cơ bản trong cặp nhiệt điện, cho phép đo nhiệt độ chính xác Các cặp nhiệt điện được kết nối nối tiếp để tạo thành pin nhiệt điện, bởi vì điện thế của từng cặp nhiệt điện là rất nhỏ.
Hiệu ứng Peltier là hiện tượng nhiệt tỏa ra hoặc thu vào tại mối nối giữa hai vật liệu khác nhau khi có dòng điện chạy qua Hiệu ứng này được đặt theo tên nhà vật lý Jean Charles Peltier, người phát hiện ra nó vào năm 1834 Khi dòng điện đi qua mối nối giữa hai kim loại A và B, sẽ xảy ra sự thay đổi nhiệt độ, với nhiệt lượng Peltier Q được tỏa ra hoặc thu vào tại nhiệt độ T1 trong một đơn vị thời gian.
Hình 2.30 Hiệu ứng nhiệt điện Peltier
Trong đó, П AB là hệ số Peltier của cặp kết hợp giữa A và B; ПA, ПB là hệ số Peltier của vật A và B
Các phần tử nhiệt điện ứng dụng hiệu ứng này làm bộ phận làm mát cho các thiết bị chuyên dụng và dân dụng
2.6.2.2 Nguyên lý hoạt động của máy phát nhiệt điện TEG
Máy phát nhiệt điện là một loại động cơ nhiệt rắn, hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu ứng Seebeck Nguyên lý này cho rằng sự chênh lệch nhiệt độ trên vật liệu nhiệt điện có khả năng chuyển đổi trực tiếp thành năng lượng điện.
Máy phát điện nhiệt điện bao gồm nhiều cặp bán dẫn loại p và n Bán dẫn loại p được chế tạo từ vật liệu bán dẫn pha tạp chất, với các hạt mang điện tích cực (lỗ trống) và có hệ số Seebeck dương Trong khi đó, bán dẫn loại n được sản xuất từ vật liệu khác, tạo ra các hạt mang điện tích tiêu cực.
46 bán dẫn pha tạp chất như vậy mà các hạt mang điện là âm (electron) và hệ số Seebeck là tiêu cực
Khi kết nối bán dẫn p-type với bán dẫn n-type, các lỗ trống di động trong bán dẫn p-type sẽ "nhìn thấy" các điện tử di động trong bán dẫn n-type và di chuyển qua đường giao nhau.
Hình 2.31 Đường di chuyển p-type tới bán dẫn n-type
Khi kết nối chất bán dẫn loại p với loại n, một điện áp tiếp giáp được hình thành tại bề mặt tiếp xúc, gọi là điện áp tiếp giáp Điện áp này xuất hiện do bán dẫn p mang điện tích dương và bán dẫn n mang điện tích âm, dẫn đến việc các electron từ miền n khuếch tán sang miền p, trong khi các lỗ trống ở miền p kết hợp với electron miền n Quá trình này tạo ra một lớp tiếp giáp và điện áp tiếp giáp tại vùng này Khi một electron từ bán dẫn n di chuyển để kết hợp với lỗ trống ở miền p, khoảng trống mà electron rời đi sẽ tạo ra một lỗ trống mới, và quá trình này tiếp tục cho đến khi đạt trạng thái cân bằng, ngăn chặn sự di cư của electron và lỗ trống Vùng này được gọi là vùng khan hiếm.
Khi khu vực khan hiếm được làm nóng và đầu còn lại của nguyên tố được làm mát, các khu vực suy giảm có thể bị phá vỡ Nhiệt kích thích các lỗ trống di động trong bán dẫn loại p, giúp chúng di chuyển sâu hơn với năng lượng động học Tương tự, các điện tử di động trong bán dẫn loại n cũng bị ảnh hưởng Kết quả là, nhiều lỗ chồng chất ở cuối lạnh của bán dẫn loại p và nhiều electron chồng chất ở cuối lạnh của bán dẫn loại n, tạo ra một tiềm năng điện áp trên tiếp giáp pn khi đo từ đầu lạnh này sang đầu lạnh kia.
MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
Giới thiệu
Mô hình 1 là một máy phát nhiệt điện mini, sử dụng nhiệt từ ngọn nến hoặc đèn dầu để chuyển hóa thành điện năng, phục vụ cho việc thắp sáng đèn LED hoặc sạc điện thoại.
Mô hình 2 là bộ bếp thông minh bao gồm một bếp và một nồi, trong đó điện năng được tạo ra trực tiếp trong quá trình nấu Năng lượng này được lưu trữ trong acquy và có thể được sử dụng khi cần thiết Bếp nấu có khả năng nghịch lưu ra 220V, cho phép sử dụng cho các thiết bị cần thiết khác.
Thiết bị, vật liệu
Thiết bị, vật liệu làm mô hình gồm nhôm tản nhiệt:
Hình 3.1 Máy phát điện mi ni
Hình 3.2 Bếp ga tận dụng nhiệt
+ Keo tản nhiệt bôi vào mặt tiếp giáp giữa 2 mặt :
Hình 3.4 Keo để làm mặt cho tiếp xúc
+ Các phụ kiện cần thiết : Kiềm, kéo…
Thí nghiệm mô hình
+ Phần mềm AZTEC : Mô phỏng, thiết kế mô hình máy phát của chúng ta
Hình 3.6 Kết quả sau khi thí nghiệm sạc vào điện thoại di động
Hình 3.7 Kết quả sau khi thí nghiệm sử dụng chiếu sáng
- Thí nghiệm 1: Mô hình thí nghiệm dùng nến hoặc ngọn đèn để tạo nhiệt và phát điện và tiến hành đo dòng, áp và thử nghiệm chạy tải
Hình 3.8 Điện áp khi đo trong thí nghiệm không tải
Hình 3.9 Mô hình thí nghiệm nồi nấu có bộ phát điện
Hình 3.10 Kết quả khi thí nghiệm mô hình nồi nấu có bộ phát điện
- Thí nghiệm 2: Mô hình thí nghiệm dùng năng lượng nhiệt từ bếp gas để đốt nóng nồi tạo điện năng Đo dòng và áp ra trong thử nghiệm
Hình 3.11 Chiếu sáng khi thí nghiệm mô hình nồi nấu có bộ phát điện
Mô hình bếp nấu thông minh không chỉ tạo ra điện năng mà còn có khả năng lưu trữ điện trực tiếp từ chính nó hoặc từ nồi đun nước qua cổng micro USB Hệ thống đi kèm với bộ nghịch lưu điện áp lên 220VAC với công suất khoảng 30W, phục vụ cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau.
Hình 3.12 Bếp nấu có tận dụng gắn bộ phát điện
Hình 3.13 Bếp nấu có tận dụng gắn bộ phát điện khi gắn tải bóng đèn
Phần mềm thiết kế chuyển đổi năng lượng
Phần mềm AZTEC, được phát triển bởi công ty LairdTech, có trụ sở tại Mỹ, chuyên nghiên cứu và phát triển các nguồn năng lượng mới.
- Khởi động phần mềm gồm hai hướng
+ Thiết kế một thiết bị giải nhiệt từ thiết bị TEG
+ Thiết kế một thiết bị nhiệt điện từ TEG
Hình 3.14 Phần mềm thiết kế cho TEG
- Chọn mục thiết kế một bộ nhiệt điện (Thermoelectric power generation)
Hình 3.15 Màn hình hiển thị nhập thông số
+ “Hot Side Temperature” là nhiệt độ mặt nóng dự kiến cho máy nhiệt điện
+ “Ambient Temperature” là nhiệt độ bên mặt mát dự kiến cho máy phát nhiệt điện + “Cold Side Thermal Resistance For Each TEG” Điện trở mặt lạnh cho mỗi TEG
Hình 3.16 Giá trị dòng và áp
- Giá trị yêu cầu cho máy nhiệt điện
Hình 3.17 Giá trị yêu cầu cho máy nhiệt điện
- Cách sắp xếp theo dòng, áp, năng lượng ngõ ra cho các modul …
Hình 3.18 Giá trị hiển thị
- Giá trị sau khi phần mềm đã tính toán xong gồm số lượng TEGs cần để thiết kế, tổng trở kháng, hiệu suất, tổng nhiệt đã sinh ra…
- Các dạng modul khác nhau cua TEG để chúng ta có thể tùy chọn sang cho phù hợp
- Đồ thị và các hiển thị khác với mô hình đang thiết kế
Để thiết kế một bộ máy phát nhiệt điện cho lò sưởi với điện áp 12V và dòng điện yêu cầu 2A, chúng ta cần xem xét nhiệt độ nóng từ lò sưởi khoảng 130°C và nhiệt độ mặt lạnh khoảng 70°C Những thông số này sẽ được sử dụng để thực hiện các phép tính cần thiết cho quá trình thiết kế.
Hình 3.19 Ví dụ điển hình
Với nhiệt độ, dòng và áp suất mong muốn, chúng ta có thể thiết kế một hệ thống nhiệt điện với số lượng và loại TEG phù hợp Tùy thuộc vào từng trường hợp và hoàn cảnh, có nhiều cách bố trí và giải pháp khác nhau để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của máy phát nhiệt điện.
Trong nghiên cứu về "Mô hình tận dụng nguồn nhiệt năng chuyển đổi thành điện năng", đề tài đã đạt được những kết quả quan trọng, bao gồm việc phát triển các phương pháp hiệu quả để chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng, tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu suất năng lượng.
Hiện nay, tình hình năng lượng ở Việt Nam và trên toàn thế giới đang gặp nhiều thách thức khi nguồn năng lượng hóa thạch dần cạn kiệt Xu hướng phát triển các nguồn năng lượng mới trở thành chủ đề nóng hổi, thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và các quốc gia phát triển Việc chuyển đổi sang năng lượng tái tạo không chỉ đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng mà còn bảo vệ môi trường, góp phần vào phát triển bền vững.
Các phương pháp tận dụng nguồn nhiệt thải lãng phí trong công nghiệp đang ngày càng trở nên quan trọng, đặc biệt khi xã hội phát triển và các nghiên cứu mới được áp dụng vào sản xuất Tuy nhiên, ngành công nghiệp vẫn tiếp tục là nguồn tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch chính, đồng thời góp phần vào các vấn đề ô nhiễm toàn cầu hiện nay.
Việc tận dụng thông minh năng lượng nhiệt trong hộ gia đình không chỉ mang lại nhiều lợi ích mà còn có thể sản xuất điện năng, cung cấp nguồn năng lượng cho các khu vực vùng cao chưa được kết nối với lưới điện quốc gia Điều này đặc biệt hữu ích trong những tình huống khẩn cấp hoặc thiên tai, khi nguồn điện truyền thống có thể bị gián đoạn.
Phương pháp xây dựng một hệ thống nhiệt điện tại nhà bằng cách sử dụng Máy phát nhiệt điện (TEG) là hoàn toàn khả thi Sau khi hiểu rõ nguyên lý hoạt động của TEG và làm quen với phần mềm AZTEC, mỗi cá nhân có thể tự thiết kế một bộ nhiệt điện cho gia đình Hệ thống này tận dụng nguồn nhiệt sinh ra trong quá trình sinh hoạt, mang lại lợi ích tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí điện.
Mô hình "Mô hình tận dụng nguồn nhiệt năng chuyển đổi thành điện năng" bao gồm một dụng cụ nhà bếp thông minh với bếp và nồi, có khả năng tạo ra điện khi nấu ăn và lưu trữ vào pin để sử dụng trong các tình huống khẩn cấp, với điện áp đầu ra là 220V và 5V Mô hình thứ hai là bộ chuyển đổi nhiệt trực tiếp từ ngọn nến hoặc đèn dầu thành điện năng, cho phép khuếch đại ánh sáng bằng đèn LED hoặc sạc điện thoại.
Do giới hạn về thời gian và kiến thức, mô hình hiện tại chưa hoàn thiện về thẩm mỹ và hiệu suất tối ưu Việc tối ưu hóa nguồn năng lượng là rất quan trọng, vì vậy cần nghiên cứu và xem xét kỹ lưỡng trước khi áp dụng vào thực tiễn và sản xuất hàng loạt Tuy nhiên, đề tài này giới thiệu một phương pháp mới có khả năng áp dụng tốt, góp phần tiết kiệm năng lượng và mang lại lợi ích cho xã hội.
Tiếp tục nghiên cứu ứng dụng với mô hình có công suất lớn hơn để tận dụng được nguồn nhiệt thừa đa dạng trong cuộc sống
Lê Văn Doanh cùng các tác giả Phạm Văn Bình, Phạm Hùng Phi, Trần Văn Tớp và Nguyễn Xuân Hoàng Việt đã biên soạn cuốn sách "Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả" vào năm 2010 Tác phẩm này được xuất bản bởi Trường đại học Bách khoa Hà Nội, nhằm cung cấp kiến thức về việc tiết kiệm và sử dụng năng lượng một cách hiệu quả tại Việt Nam.
[12] Trần Đình Long 1999 Quy hoạch phát triển năng lượng và điện lực NXB Khoa học và Kỹ thuật Việt Nam
[13] Đỗ Văn Thắng, Trương Ngọc Tuấn, 2007, Lò hơi công nghiệp, NXB Khoa học và
[14] Agriculture and Agri-Food Canada, Departmental Electronic Publications Heat Recovery for Canadian Food and Beverage Industries 2001
[15] Department of Coal, Government of India Coal and Industrial Furnaces – Efficient Utilization 1985
[16] Petroleum Conservation Research Association (PCRA), Ministry of Petroluem Fuel Economy in Furnaces and Waste heat recovery Industrial Booklet 5 1998 www.pcra.org
[17] Reay, D.A Low Temperature Waste Heat Recovery in the Process Industry Good Practice Guide No 141 1996
[18] www.agr.gc.ca/cal/epub/5181e/images/5181e_pic85.gif
[19] www.agr.gc.ca/cal/epub/5181e/5181-0007_e.html
[20] http://tecteg.com : How Thermoelectric TEG Generators Work
Bảng 1.1 Các phương pháp để một hình thức năng lượng có thể được chuyển đổi thành dạng năng lượng khác 5
Bảng 1.2 Các nước sản xuất dầu thô hàng đầu năm 2007 6
Bảng 1.3 Các nước tiêu thụ dầu khí hàng đầu năm 2006 7
Bảng 1.4 Trữ lượng than và các nước sản xuất than chủ yếu 8
Bảng 1.5 Tổng lượng tiêu thụ năng lượng điện trên thế giới (2010) 9
Bảng 1.6 Tiềm năng năng lượng sơ cấp của Việt Nam 11
Bảng 1.7 Tình hình sản xuất than Việt Nam giai đoạn 2000-2008 12
Bảng 1.8 Tình hình khai thác dầu khí Việt Nam 12
Bảng 1.9 Sản xuất điện năng Việt Nam giai đoạn 2005-2010, Đơn vị GWh 12
Trang Hình 1.1 Tỉ lệ điện năng hằng năm trên thế giới (đến năm 2011) 6 Hình 2.1 Nhà máy tận dụng lượng nhiệt thải trong quá trình sản xuất 19
Hình 2.2 Thiết bị thu hồi nhiệt bức xạ 20
Hình 2.3 Thiết bị thu hồi nhiệt đối lưu 21
Hình 2.4 Thiết bị thu hồi nhiệt kiểu kếtt hợp 21
Hình 2.5 Máy thu phát nhiệt 22
Hình 2.7 Bộ hâm nóng nhiệt 24
Hình 2.8 Thiết bị trao đổi kiểu ống bọc 25
Hình 2.9 Nồi hơi thu hồi nhiệt thải dạng ống nước hai đường 26
Hình 2.10 Sơ đồ bơm nhiệt 27
Hình 2.12 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm 29
Hình 2.13 Nhiệt từ lò thải chưa được tận dụng tối đa 30
Hình 2.14 Nhiệt thải từ khói xe ô tô 31
Hình 2.15 Tận dụng năng lượng nhiệt thải từ lò đất 31
Hình 2.16 Nhà máy nhiệt điện 32
Hình 2.20 Cánh tản nhiệt cho máy phát 35
Hình 2.21 Bề mặt bên ngoài của TEG 35
Hình 2.23 Cấu tạo bên trong TEC1-12706 36
Hình 2.24 Cấu tạo chi tiết của TEG1-12706 37
Hình 2.25 Liên kết bán dẫn loại P 37
Hình 2.26 Liên kết bán dẫn loại N 38
Hình 2.27 Data sheet của TEG 39
Hình 2.28 Lắp nối tiếp nhiều thiết bị TEG 39
Hình 2.29 Hiệu ứng nhiệt điện Seebeck 40
Hình 2.30 Hiệu ứng nhiệt điện Peltier 42
Hình 2.31 Đường di chuyển p-type tới bán dẫn n-type 43
Hình 3.1 Máy phát điện mi ni 45
Hình 3.2 Bếp ga tận dụng nhiệt 45
Hình 3.4 Keo để làm mặt cho tiếp xúc 46
