(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than

(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than(Luận văn thạc sĩ) Tính toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng khí thiên nhiên hóa lỏng và than

LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 10 năm 2018 (Ký tên ghi rõ họ tên) iii CẢM TẠ Sau thời gian học tập nghiên cứu dƣới hƣớng dẫn tận tình thầy PGS.TS Lê Chí Kiên, tơi hồn thành luận văn thời hạn mục tiêu đề ban đầu Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS.TS Lê Chí Kiên kiến thức q báu phƣơng pháp nghiên cứu mà thầy truyền đạt Tơi xin gửi lịng tri ân đến q thầy trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh trang bị cho lƣợng 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 nhiều trình học tập nhƣ thời gian làm luận văn Cuối xin gửi lời cám ơn đến đồng nghiệp, gia đình, bạn bè giúp đỡ hỗ trợ mặt tinh thần để hồn thành luận văn iv TĨM TẮT Một vấn đề quan trọng việc giải toán kinh tế nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu than khí có ƣớc tính xác cho hệ số đƣờng cong đầu vào-đầu đơn vị nhiệt Sự xác hệ số ƣớc tính ảnh hƣởng bất lợi đến kết độ xác q trình gửi Do đó, quan trọng để sử dụng ƣớc tính xác đáng tin cậy kỹ thuật ƣớc tính hệ số đƣờng cong đầu vào - đầu Phƣơng pháp hữu hiệu để giải tốn phƣơng pháp bình phƣơng bé So sánh kết tính theo phƣơng pháp bình phƣơng bé tính theo giải thuật di truyền để lựa chọn phƣơng pháp hiệu đơn giản ABSTRACT One of the most important issues in solving the economic problem of coal- and gas-thermal power plants is to have an accurate estimate of the input-output curve coefficients of the thermal unit The accuracy of the estimated coefficients adversely affects the accuracy of the sending process Therefore, it is important to use an accurate and reliable estimation technique to estimate the input-output curve coefficients The most effective method to solve these problems is the least squares method Results obtained are evaluated Compare the results of the least squares calculation and the genetic algorithm to select the most effective and simple method v MỤC LỤC TRANG Trang tựa Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan iii Cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục vi Danh sách chữ viết tắt ký hiệu khoa học viii Danh sách bảng ix Danh sách hình xi Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Nhiệm vụ mục tiêu đề tài 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5 Kết dự kiến giá trị thực tiễn 1.6 Nội dung đề tài Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 2.1 Một số thiết bị nhà máy nhiệt điện 2.2 Nguyên lý làm việc lò 2.2.1 Vai trò lò sản xuất điện 2.2.2 Nguyên lý làm việc lò nhà máy điện 2.2.3 Các đặc tính kỹ thuật lò vi 2.3 Nguyên lý hoạt động nhà máy nhiệt điện 12 2.3.1 Nhà máy nhiệt điện áp dụng chu trình tuốc bin nƣớc 12 2.3.1.1Chu trình Carno nƣớc 13 2.3.1.2 Sơ đồ thiết bị đồ thị chu trình nhà máy điện 14 2.3.1.3 Hiệu suất nhiệt lý tƣởng chu trình Renkin 16 2.3.2 Nhà máy nhiệt điện dùng chu trình hỗn hợp tuốc bin khí-hơi 16 2.4 Các công nghệ ứng dụng nhà máy nhiệt điện 18 2.4.1 Công nghệ cho nhà máy nhiệt điện đốt than 18 2.4.2 Tiềm lực cho nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên hóa lỏng 22 2.5 Ảnh hƣởng nhà máy nhiệt điện than khí đến mơi trƣờng 26 2.5.1 Những bãi chứa tro xỉ khổng lồ hình thành 27 2.5.2 Khan nguồn khí cung cấp cho nhà máy nhiệt điện 33 Chƣơng XÂY DỰNG HÀM CHI PHÍ CỦA CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÁT ĐIỆN 35 3.1 Chi phí hệ thống phát điện thông thƣờng 35 3.2 Mơ hình tốn học chi phí đƣờng cong nhiên liệu 43 3.2.1 Chức chi phí nhiên liệu mịn mơ hình hóa đa thức 45 3.2.2 Chức chi phí nhiên liệu khơng trơn tru 45 3.3 Thuật toán di truyền 48 3.3.1 Giải thuật di truyền (GA - Genetic Algorithm) 49 3.3.2 Các thuật toán khác 52 3.4 Phƣơng pháp bình phƣơng bé 55 3.5 Bài toán kiểm tra 58 Chƣơng 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 4.1 Kết luận 66 4.2 Kiến nghị 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU KHOA HỌC Ký hiệu Nhiệt lƣợng môi chất hấp thu: Qmc nhiệt lƣợng mơi chất nhận đƣợc lị i’hn, i”hn entanpi nƣớc vào khỏi hâm nƣớc r nhiệt ẩn hóa nƣớc x độ khô khỏi bao i’qn, i”qn entanpi vào khỏi nhiệt Hiệu suất lò D sản lƣợng (kg/h) iqn entanpi nhiệt (Kj/kg) i’hn entanpi nƣớc vào hâm nƣớc (Kj/kg) B lƣợng nhiên liệu tiêu hao (kg/h) Qtlv nhiệt trị thấp làm việc nhiên liệu (Kj/kg) Chi phí nhiên liệu Fi hàm chi phí nhiên liệu máy phát điện thứ i; Pti công suất đƣợc tạo tạo nhiệt thứ i; aoi, aji máy tạo i đƣờng cong viii số ri sai số liên quan đến phƣơng trình thứ i; N số máy phát nhiệt; L thứ tự phƣơng trình, tức cho mơ hình tuyến tính 1, cho thứ tự thứ hai 2, Quan hệ đầu đầu vào (F – P) Z (k) vector chi phí nhiên liệu; X (k) tham số vector đƣợc ƣớc tính; r (k) vector sai số liên quan với F; H (k) vectơ hàng liên quan F đến X ix DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3.1 : Chi phí cố định dầu tƣ nhiệt điện 37 Bảng 3.2 : Chi phí nguyên liê ̣u nhiệt điện 38 Bảng 3.3 : Chi phí vốn kWh nhiệt điện 38 Bảng 3.4 : Tổng chi phí kWh nhiệt điện 39 Bảng 3.5.1 Chi phí ứng với tổ máy 59 Bảng 3.5.2 Dữ liệu chi phí nhiên liệu thực tế cho đơn vị-dữ liệu chi phí nhiên liệu ƣớc tính thu đƣợc sau tính tốn theo phƣơng pháp bình phƣơng bé 62 Bảng 3.5.3 Dữ liệu chi phí nhiên liệu thực tế cho đơn vị-dữ liệu chi phí nhiên liệu ƣớc tính thu đƣợc sau tính toán theo giải thuật GA 64 x DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình Nhà máy điện Vũng Áng 04 Hình 2.1: Nguyên lý cấu tạo lò 07 Hình 2.2: Chu trình Carno nƣớc .14 Hình 2.3: Sơ đồ thiết bị nhà máy điện 15 Hình 2.4:Đồ thị T-s chu trình NMNĐ .15 Hình 2.5:Sơ đồ thiết bị đồ thị T-s chi trình hỗn hợp 17 Hình 2.6 Bể chứa tro xỉ Nhà máy nhiệt điện Mơng Dƣơng có tổng vốn đầu tƣ 170 tỷ đồng 28 Hình 2.7 Cty CP Gạch Khang Minh DN sản xuất kinh doanh gạch không nung hiệu địa bàn Hà Nội tỉnh lân cận .32 Hình 3.1: EVN kiểm sốt chặt chi phí sản xuất nhà máy điện .36 Hình 3.2 Nhà máy nhiệt điện Cẩm Phả .41 Hình 3.3 Dự án Nhà máy điện Nhơn Trạch 42 Hình 3.4 Ba loại đƣờng cong hàm chi phí nhiên liệu .46 Hình 3.5.1 Sai số chi phí nhà máy nhiệt điện nhiên liệu than khí theo phƣơng pháp bình phƣơng bé 63 Hình 3.5.2 Sai số chi phí nhà máy nhiệt điện nhiên liệu than khí theo giải thuật GA 65 xi CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Trong năm gần đây, theo quy hoạch từ đến năm 2030 Đồng sông Cửu Long phát triển 14 nhà máy nhiệt riêng Tiền Giang xây dựng nhà máy nhiệt điện để đáp ứng nhu cầu điện ngày tăng địa phƣơng Đề án điều chỉnh quy hoạch điện VII với định hƣớng hạn chế phát triển nhiệt điện than, tỷ trọng lƣợng tái tạo cao dự kiến tăng lên 27.000 MW đến năm 2030 Khi phát triển lƣợng tái tạo tỷ trọng lƣợng sử dụng than giảm xuống, để đảm bảo an ninh lƣợng, Việt Nam phải đa dạng hóa loại hình nhà máy điện, khơng có nƣớc phát triển tất lƣợng tái tạo Trong nhiệt điện khí cịn phải phụ thuộc vào nguồn cấp khí để thay nhiệt điện than Khi thiếu nguồn cấp khí nhu cầu lớn phải đa dạng hóa nguồn phát điện, phát triển nhiệt điện than nhƣng ƣu tiên công nghệ Trung tâm Điện lực Tân Phƣớc Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) làm Chủ đầu tƣ dự án nguồn điện quan trọng Quy hoạch điện VII điều chỉnh đƣợc Thủ tƣớng phủ phê duyệt nhằm đảm bảo cung cấp điện cho miền Nam Dự kiến Trung tâm Điện lực Tân Phƣớc đƣợc đặt xã Tân Phƣớc, huyện Gị Cơng Đơng, tỉnh Tiền Giang nằm bờ phải sơng Sồi Rạp, cách thành phố Hồ Chí Minh khoảng 52km phía Tây – Nam Để đảm bảo dự án phát huy đƣợc hiệu 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 sở phân tích, đánh giá so sánh loại nhiên liệu than LNG (về vấn đề kinh tế - kỹ thuật, môi trƣờng, an ninh lƣợng, khả cung cấp nhiên liệu, giá thành sản xuất điện, tác động đến giá điện hệ thống, bố trí luồng cấp khí, than …) Và sở phƣơng án nhiên liệu đƣợc lựa chọn, PECC2 thực Nhƣng chƣa xác định đƣợc giá trị tham số a, b, c Để xác định đƣợc tham số này, ta tìm cách tính số cặp giá trị tƣơng ứng (xi, yi), i=1, 2, …,n thực nghiệm, sau áp dụng phƣơng pháp bình phƣơng bé * Trƣờng hợp: y = ax + b Vì cặp số (x1,y1), (x2, y2), … , (xn, yn) nhận đƣợc từ thí nghiệm giá trị gần x, y nên chúng khơng hồn tốn nghiệm phƣơng trình y = ax + b Gọi εi sai số điểm xi  i  yi  a  bxi Minh họa εi lên đồ thị: 56 n Khi tổng bình phƣơng sai số: S    i i 1 Mục đích phƣơng pháp xác định a, b cho S bé Nhƣ a, b nghiệm hệ phƣơng trình:  S  a    S   b Ta có S   ( yi2  a  b xi2  2ayi  2bxyi  2abxi ) n S   (2a  yi  2bxi ) a i 1 n S   (2bxi2  xi yi  2axi ) b i 1 n n  na  b x  yi   i   i 1 i 1  n (3.12) n n a x  b x  x y   i i i i   i 1 i 1 i 1 Giải hệ phƣơng trình ta đƣợc: a, b * Trƣờng hợp y = a + bx + cx2 Gọi εi sai số điểm xi  i  yi  a  bxi n Khi tổng bình phƣơng sai số: S    i2 i 1 Các hệ số a, b, c xác định cho S bé Nhƣ a, b, c nghiệm hệ phƣơng trình: 57 n n n   S na  b x  c x  yi    i i   a  i 1 i 1 i 1   n n n  n  S    a  xi  b xi  c xi   xi yi i 1 i 1 i 1  b  i 1 n n n  S  n   c a  xi  b xi  c xi   xi yi  i 1 i 1 i 1  i 1 (3.13) Giải hệ phƣơng trình ta đƣợc a, b, c Lập bảng dạng sau: i xi xi xi xi yi xi yi xi yi n Tổng 3.5 Bài toán kiểm tra: Trong trƣờng hợp này, hàm chi phí nhiên liệu tuyến tính đƣợc mơ tả phƣơng trình: y  a0  a1x  a2 x Đƣợc sử dụng để ƣớc tính tham số cho nhà máy nhiệt điện khác với nhiên liệu nhƣ than khí đốt Mỗi nhà máy điện bao gồm máy phát điện đơn vị với 10, 20, 30, 40 50 MW Tính giá trung bình F: 58  Nhà máy nhiệt điện than: F bth / p 7000.Gthan Qth  bFO GFO  cVLP (3.14) Trong đó:  bth/p: Suất tiêu hao than ứng với mức công suất p (g/kWh)  Gthan: Giá than (đồng/g)  7000 (kcal/kg): Nhiệt trị than tiêu chuẩn  Qth: Nhiệt trị than trung bình  bFO: Suất tiêu hao dầu ứng (g/kWh)  GFO: Giá dầu (đồng/g)  cVLP: Chi phí vật liệu phụ  Nhà máy nhiệt điện chạy khí LNG chu trình đơn: F  bp G  cVLP (3.15) Trong đó:  bp: Suất tiêu khí ứng với mức cơng suất P (BTU/kWh)  G: Giá nhiên liệu (đồng/BTU)  cVLP: Chi phí vật liệu phụ (đ/kWh) Bảng 3.5.1 Chi phí ứng với tổ máy [6]: P(MW) Than F (GJ/h) 10 176.62 20 256.4 30 361.5 40 467.6 59 50 579.5 P(MW) F (GJ/h) 10 187.2 20 272.8 30 384.3 40 497.2 50 616.5 Khí Các hệ số ƣớc tính hàm chi phí (a0, a1, a2) với phƣơng pháp bình phƣơng bé đƣợc tính tốn qua số liệu sau: i xi xi xi xi yi xi yi xi yi 12 100 1000 10000 176.62 1766.2 17662 20 400 8000 160000 256.4 5128 102560 30 900 27000 810000 361.5 10845 325350 Than 40 1600 64000 2560000 467.6 18704 748160 (1) 50 2500 125000 6250000 579.5 28975 1448750 150 5500 225000 9790000 1841.62 65418.2 2642482 10 100 1000 10000 187.2 1872 18720 20 400 8000 160000 272.8 5456 109120 30 900 27000 810000 384.3 11529 345870 Tổng Khí 60 (2) Tổng 40 1600 64000 2560000 497.2 19888 795520 50 2500 125000 6250000 616.5 30825 1541250 150 5500 225000 9790000 1958 69570 2810480 Thay các giá tri ̣tìm đƣơ ̣c ở Than (1) vào (3.13) ta có hệ phƣơng trình: 5a0  150a1  5500a2  1841.62  (3.16) 150a0  5500a1  225000a2  65418.2 5500a  225000a  9790000a  2642482  Giải hệ (3.16) ta đƣợc a0  95.856, a1  7.3736, a2  0.0466 Suy hàm chi phí nhiên liệu nhà máy nhiệt điện than: fuoctinh ( x)T  95.856  7.3736 x  0.0466 x2 Đƣờng cong có dạng: Thay các giá tri ̣tìm đƣơ ̣c ở Khí (2) vào (3.13) ta có hệ phƣơng trình: 5a0  150a1  5500a2  1958  (3.17) 150a0  5500a1  225000a2  69570 5500a  225000a  9790000a  2810480  61 a0  101.1, a1  7.8814, a2  0.0491 Giải hệ (3.17) ta đƣợc Suy hàm chi phí nhiên liệu nhà máy nhiệt điện khí LNG: fuoctinh ( x)K  101.1  7.8814 x  0.0491x2 Đƣờng cong có dạng: Tìm đƣợc hàm chi phí theo loại nhiên liê ̣u, ta tim ̀ giá tri ̣chi phí nhiên liê ̣u ƣớc tính F(ƣớc tính) thay giá tri ̣P vào tƣ̀ng hàm chi phí , tìm đƣợc giá trị sai số mỗi đơn vi ̣P bằ ng công thƣ́c   Fuoctinh  Fthucte Các giá trị đƣợc tính bảng 3.5.2 Bảng 3.5.2 Dữ liệu chi phí nhiên liệu thực tế cho đơn vị-dữ liệu chi phí nhiên liệu ƣớc tính thu đƣợc sau tính tốn theo phƣơng pháp bình phƣơng bé F(thực F(ƣớc P tế) tính) (MW) (GJ/h) a0 10 176.62 95.856 20 256.4 95.856 Nhiên liệu (GJ/h)   Fuoctinh  Fthucte 7.3736 0.0466 174.252 2.368 7.3736 0.0466 261.968 5.568 a1 a2 62 Than 30 361.5 95.856 7.3736 0.0466 359.004 2.496 40 467.6 95.856 7.3736 0.0466 465.36 2.24 50 579.5 95.856 7.3736 0.0466 581.036 1.536  14.208 10 187.2 101.1 7.8814 0.0491 184.824 2.376 20 272.8 101.1 7.8814 0.0491 278.368 5.568 30 384.3 101.1 7.8814 0.0491 381.732 2.568 40 497.2 101.1 7.8814 0.0491 494.916 2.284 50 616.5 101.1 7.8814 0.0491 617.92 1.42 Khí  14.216 Tƣ̀ bảng 3.5.2 ta tim ̀ đƣơ ̣c tổ ng sai số đố i với than là 14.208 nhỏ tổng sai số đối với khí là 14.216, tƣ̀ đó vẽ hình minh ho ̣a 3.5.1 sai số chi phí của nhà máy nhiê ̣t điê ̣n than khí theo chi phí thực tế F(thƣ̣c tế ) Hình 3.5.1 Sai số chi phí nhà máy nhiệt điện nhiên liệu than khí theo phƣơng pháp bình phƣơng bé 63 Theo [6] ta có bảng 3.5.3 Tƣ̀ bảng 3.5.3 ta tìm đƣơ ̣c tổ ng sai số đố i với than là 15.6553 nhỏ tổng sai số khí 20.328, tƣ̀ đó vẽ hin ̀ h minh ho ̣a 3.5.2 sai số chi phí của nhà máy nhiê ̣t điê ̣n than và khí theo chi phí thƣ̣c tế F (thƣ̣c tế ) Bảng 3.5.3 Dữ liệu chi phí nhiên liệu thực tế cho đơn vị-dữ liệu chi phí nhiên liệu ƣớc tính thu đƣợc sau tính tốn theo giải thuật GA Nhiên liệu P F(thực F(ƣớc tế) tính) (MW) (GJ/h) a0 a1 a2 (GJ/h)   Fuoctinh  Fthucte 10 176.62 100.3937 6.9761 0.0533 175.4847 1.1353 20 256.4 100.3937 6.9761 0.0533 261.2357 4.8357 30 361.5 100.3937 6.9761 0.0533 357.6467 3.8533 40 467.6 100.3937 6.9761 0.0533 464.7177 2.8823 50 579.5 100.3937 6.9761 0.0533 582.4487 2.9487 Than  15.6553 10 187.2 20 103.2 0.0667 188.648 1.448 272.8 116.3854 6.7342 0.0667 277.7494 4.9494 30 384.3 116.3854 6.7342 0.0667 378.4414 5.8586 40 497.2 116.3854 6.7342 0.0667 492.4734 4.7266 50 616.5 116.3854 6.7342 0.0667 619.8454 3.3454 Khí  20.328 64 Hình 3.5.2 Sai số chi phí nhà máy nhiệt điện nhiên liệu than khí theo giải thuật GA Nhƣ so sánh với việc giải tốn chi phí cho nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu than hay sử dụng nhiên liệu khí ta thấy giải thuật GA giải tốt toán, cho kết sử dụng nhiên liệu than tổng sai số chi phí thực tế ƣớc tính nhỏ sử dụng nhiên liệu khí (15.6553