Đồ án Sản xuất điện năng

Chương I. Sản xuất điện năng và các hình thức sản xuất điện năng cơ bản Chương II. Tìm hiểu một số công nghệ sản xuất điện năng Chương III.Một số công nghệ sản xuất điện năng trong tương lai

Khoa Công nghệ tự động \ Đề tài: Công nghệ sản xuất điện năng Lớp Đ7 LT Điện Công Nghiệp I Nhóm 6 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên chúng em xin chân thành cảm ơn đến quý Thầy, Cô khoa Công nghệ tự động trường ĐH Điện Lực, những người đã trực tiếp giảng dạy, truyền đạt những kiến thức bổ ích cho chúng em, đó chính là những nền tảng cơ bản, là những hành trang vô cùng quý giá, là bước đầu tiên cho em bước vào sự nghiệp sau này trong tương lai. Đặc biệt là Thầy giáo TS.Bùi Anh Tuấn - một người Thầy đã cho em rất nhiều kiến thức và niềm đam mê ngành điện mà chúng em đã chọn. Cảm ơn Thầy đã tận tình, quan tâm, giúp đỡ em trong thời gian qua, giải đáp những thắc mắc trong quá trình tìm hiểu đề tài. Nhờ đó, chúng em mới có thể hoàn thành được bài báo cáo này. Trong quá hoàn thành đề tài, vì chưa có kinh nghiệm thực tế, chỉ dựa vào lý thuyết đã học cùng với thời gian hạn hẹp nên bài báo cáo chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót. Kính mong nhận được sự góp ý, nhận xét từ phía quý Thầy, Cô và các bạn để kiến thức của chúng em ngày càng hoàn thiện hơn và rút ra được những kinh nghiệm bổ ích có thể áp dụng vào thực tiễn một cách hiệu quả trong tương lai. Kính chúc mọi người luôn vui vẻ, hạnh phúc, dồi dào sức khỏe và thành công trong công việc Chúng em xin chân thành cảm ơn! Nhóm nghiên cứu đề tài Nhóm 6 LỜI NÓI ĐẦU 1 Khoa Công nghệ tự động \ Đề tài: Công nghệ sản xuất điện năng Lớp Đ7 LT Điện Công Nghiệp I Nhóm 6 Trong công cuộc xây dựng và phát triển của đất nước, ngành điện lực Việt Nam là một ngànhcó vị trí rất quan trọng. Cung cấp năng lượng và thúc đẩy quá trình sản xuất, kinh doanh của tất cả các ngành kinh tế khác trong nền kinh tế quốc dân. Sự phát triển của ngành điện lực cũng đánh giá sự phát triển, tiến bộ của toàn xã hội. Với những đặc trưng riêng của mình là sản xuất và tiêu thụ phải đi đôi với nhau. Do đó để đáp ứng tốt giữa cung và cầu thì đòi hỏi ngành điện phải có sự phát triển hợp lý: Vừa có khả năng đáp ứng những nhu cầu hiện tại vừa phải có sự chuẩn bị cho tương lai. Vì vậy không những ngành điện là động lực cho các ngành kinh tế khác mà chính ngành điện cũng phải hiện đại hoá quá trình sản xuất sớm nhất để kịp thời cung cấp cho đất nước những nguồn điện năng có chất lượng cao. Để hiểu rõ hơn về các quá trình sản xuất điện năng, nhóm 6 đã tiến hành nghiên cứu đề tài : “ Các công nghệ sản xuất điện năng” Chương I 2 Khoa Công nghệ tự động \ Đề tài: Công nghệ sản xuất điện năng Lớp Đ7 LT Điện Công Nghiệp I Nhóm 6 SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG VÀ CÁC HÌNH THỨC SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG I. Sản xuất điện năng Điện năng (toàn cầu) từ: nhiên liệu hóa thạch 64%, năng lượng hạt nhân 17%, thủy điện 18%, năng lượng tái tạo 1% Sản xuất điện năng là giai đoạn đầu tiên trong quá trình cung cấp điện năng đến người tiêu dùng, các giai đoạn tiếp theo là truyền tải và phân phối điện năng. Thực chất của sản xuất điện năng là sự biến đổi các dạng năng lượng khác sang năng lượng điện hay điện năng, dòng điện xuất hiện sau khi lưới điện được nối với mạng tiêu thụ. Điện năng được sản xuất ra theo nhiều cách khác nhau, phần lớn được sản xuất bởi các máy phát điện tại các nhà máy điện, chúng có chung nguyên tắc hoạt động là các nguyên lý động điện (định luật cảm ứng điện của Michael Faraday), các hình thức khác như trong pin, ắc quy, tế bào nhiên liệu hay từ năng lượng mặt trời, . II. Các hình thức sản xuất điện năng cơ bản Nhà máy điện có nhiệm vụ biến đổi năng lượng sơ cấp như than, dầu, khí đốt, thủy năng … thành điện và nhiệt năng (đối với nhiệt điện rút hơi). Căn cứ vào dạng năng lượng sơ cấp cung cấp cho nhà máy điện mà người ta phân loại chúng thành nhiệt điện (NĐ), thủy điện (TĐ), điện nguyên tử (NT) điêzen, thủy triều, phong điện, quang điện …Riêng đối với nhà máy NĐ còn phân ra thành hai loại: - Nhiệt điện rút hơi (NĐR): Một phần năng lượng của hơi được sử dụng vào mục đích công nghiệp và sinh hoạt của nhân dân vùng lân cận. - Nhiệt điện ngưng hơi (NĐN): Toàn bộ hơi dùng sản xuất điện năng. 1. Nhà máy nhiệt điện (NĐ) Trong nhà máy nhiệt điện người ta dùng nhiên liệu là than đá, dầu hoặc khí đốt, trong đó than đá được sử dụng rộng rãi nhất. Để quay máy phát điện, trong nhà máy nhiệt điện dùng tuabin hơi nước, máy hơi nước, động cơ đốt trong và tuabin khí, tuanbin hơi nước có khả năng cho công suất cao và vận hành kinh tế nên được sử dụng rộng rãi nhất . a. Ưu điểm : - Có thể xây dựng gần khu công nghiệp và nguồn cung cấp nhiên liệu để giảm chi phí xây dựng đường dây tải điện và chuyên chở nhiên liệu. - Thời gian xây dựng ngắn (3 ÷ 4) năm. - Có thể sử dụng được các nhiên liệu rẻ tiền như than cám, than bìa ở các 3 Khoa Công nghệ tự động \ Đề tài: Công nghệ sản xuất điện năng Lớp Đ7 LT Điện Công Nghiệp I Nhóm 6 khu khai thác than, dầu nặng của các nhà máy lọc dầu, trấu của các nhà máy xay lúa … b. Nhược điểm: - Cần nhiên liệu trong quá trình sản xuất do đó giá thành điện năng cao. - Khói thải làm ô nhiễm môi trường. - Khởi động chậm từ 6 ÷ 8 giờ mới đạt công suất tối đa, điều chỉnh công suất khó, khi giảm đột ngột công suất phải thải hơi nước ra ngoài vừa mất năng lượng vừa mất nước. - Hiệu suất thấp: η = 30 ÷ 40 % ( NĐN) ; η = 60 ÷ 70 % ( NĐR). 2. Nhà máy thủy điện (TĐ) Nhà máy thủy điện dùng năng lượng của dòng nước để sản xuất ra điện năng. Động cơ sơ cấp để quay máy phát thủy điện là các tuabin nước trục ngang hay trục đứng. a. Ưu điểm : - Giá thành điện năng thấp chỉ bằng 1/5 ÷ 1/10 nhiệt điện. - Khởi động nhanh chỉ cần 3 ÷ 5 phút là có thể khởi động xong và cho mang công suất, trong khi đó để khởi động một tổ máy nhiệt điện (kể cả lò và tuabin) phải mất 6 ÷ 8 giờ. - Có khả năng tự động hóa cao nên số người phục vụ tính cho một đơn vị công suất chỉ bằng 1/10 ÷ 1/15 của nhiệt điện. - Kết hợp các vấn đề khác như công trình thủy lợi, chống lũ lụt, hạn hán, giao thông vận tải, hồ thả cá … - Hiệu suất cao η = 85 ÷ 90 %. b. Nhược điểm : - Vốn đầu tư xây dựng một nhà máy rất lớn. - Thời gian xây dựng dài. - Công suất bị hạn chế bởi lưu lượng và chiều cao cột nước. - Thường ở xa hộ tiêu thụ nên phải xây dựng đường dây cao áp rất tốn kém. Chương II 4 Khoa Công nghệ tự động \ Đề tài: Công nghệ sản xuất điện năng Lớp Đ7 LT Điện Công Nghiệp I Nhóm 6 TÌM HIỂU MỘT SỐ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG I. Công nghệ sản xuất điện nhà máy nhệt điện Uông Bí Hình 1: Mô hình nhà máy 5 Khoa Công nghệ tự động \ Đề tài: Công nghệ sản xuất điện năng Lớp Đ7 LT Điện Công Nghiệp I Nhóm 6 Hình 2. Giới thiệu chung về tổ máy 300MW Hơi nước đi vào trong bình ngưng sẽ được trao đổi nhiệt với hệ thống nước tuần hoàn đi trongcác ống sẽ làm cho hơi trong bình ngưng tụ lại thành nước.Nước sau khi ra khỏi bình ngưng sẽ vào đầu hút bơm ngưng và được bơm lên khử khí qua gianhiệt hạ áp. Nước qua gia nhiệt hạ áp sẽ được gia nhiệt bằng hơi từ cửa trích Turbine hạ áp vànhiệt độ của nước tăng lên.Nước sau khi qua các bình gia nhiệt hạ áp sẽ được đưa đến bình khử khí. ở bình khử khí nướcsẽ được khử các tạp khí có ảnh hưởng đến sự phá huỷ và ăn mòn kim loại….Nước sau khi qua khử khí sẽ đi qua gia nhiệt cao áp ở đây nước được gia nhiệt một lần nữa để tăng nhiệt độ bằng hơi lấy từ turbine cao áp. Sau khi đi qua gia nhiệt cao áp nước được đi đến bộ hâm, tại đây tận dụng nhiệt lượng củakhói thoát để tăng nhiệt độ nước lên một cấp nữa trước khi đưa vào bao hơi. Nước trong bao hơi được đưa xuống các đường ống sinh hơi, tại đây nước được đun chuyểntiếp từ nước sang hơi. Hơi được đưa lên bao hơi tạo thành hơi bão hoà khô.Hơi bão hoà khô này lại tiếp tục được đưa sang bộ quá nhiệt (các bộ quá nhiệt tận dụng lượngnhiệt của khói thải) tạo thành hơi quá nhiệt đưa sang Turbine cao áp để sinh công quay Turbine. Hơi sau khi sinh công ở Turbine cao áp, hơi được đưa trở về lò hơi qua đường tái nhiệt lạnh.Tại lò hơi, 6 Khoa Công nghệ tự động \ Đề tài: Công nghệ sản xuất điện năng Lớp Đ7 LT Điện Công Nghiệp I Nhóm 6 hơi được gia nhiệt đảm bảo thông số nhiệt độ và áp suất và sẽ được đưa đếnTurbine trung áp theo đường tái nhiệt nóng, sau khi sinh công tại Turbine trung áp hơi tiếp tụcđược đưa đến Turbine hạ áp và sau khi sinh công hơi được thoát về bình ngưng.Turbine được nối đồng trục với máy phát điện, khi Turbine quay máy phát cũng quay theo vàtạo ra điện năng.Sơ đồ trên là sơ đồ chu trình nhiệt tổng quan II. Công nghệ sản xuất điện năng trong nhà máy thủy điện. Nhà máy thủy điện dùng năng lượng dòng chảy của sông, suối để sản xuất điện năng. Công suất của thủy điện phụ thuộc vào lưu lượng nước Q(m 3 /s) và chiều cao hiệu dụng cột nước H(m) của dòng nước nơi đặt tại nhà máy. Trong đó η-hiệu suất, Nhà máy thủy điện được chia làm hai phần, lấy cao trình sàn máy phát làm ranh giới phân chia: phần dưới nước và phần trên khô. Phần trên là kết cấu nhà công nghiệp thông thường chứa hệ thống cầu trục, các phần trên của máy phát điện, tủ điều khiển tổ máy và thiết bị điều tốc . Phần dưới nước chủ yếu chứa các bộ phận dưới của máy phát, ống áp lực, buồng turbine, BXCT, ống xả và bố trí hệ thống thiết bị thiết bị phụ cơ điện. Hình bên là mặt cắt ngang nhà máy thủy điện ngang đập, mô tả các bộ phận chính và vị trí đặt các thiết bị của một nhà máy thuỷ điện Hình 3.Mặt cắt ngang nhà máy thủy điện kiểu đập ngang Trong nhà máy, ngoài các tổ máy phát điện còn có cầu trục dùng để lắp ráp và vận chuyển các cụm lớn của turbine máy phát điện, máy biến áp động lực và các thiết bị phụ trong nhà máy, trong gian máy thường dùng cầu trục cầu. Ngoài gian máy chính thường dùng cần trục chữ môn hoặc các loại máy trục khác như tời, máy nâng kích thủy lực . đặt tại chỗ. Cửa lấy nước và ống 7 Khoa Công nghệ tự động \ Đề tài: Công nghệ sản xuất điện năng Lớp Đ7 LT Điện Công Nghiệp I Nhóm 6 xả còn được trang bị lưới chắn rác, các cửa van và trang thiết bị cơ khí thuỷ công khác. Trạm Máy biến áp đặt song song ở thượng hoặc hạ lưu các tổ máy để rút ngắn chiều dài các thanh cái máy phát, trong điều kiện nhà máy ngang đập có ống xả dài đặt trạm biến áp phía hạ lưu nhà máy rất thuận tiện và kinh tế. Theo Biện pháp khai thác thủy năng thì nhà máy thủy điện có thể chia thành 3 loại: kiểu đập ngăn, kiểu ống dẫn và kiểu kết hợp. a. Dùng đập để tạo thành cột nước. Xây dựng đập tại một tuyến thích hợp nơi cân khai thác. Đập tạo ra cột nước do sự chênh lệch mực nước thượng hạ lưu đập. Đồng thời tạo nên hồ chứa có tác dụng tập trung và điều tiết lưu lượng làm tăng khả năng phát điện trong mùa kiệt, nâng cao hiệu quả lợi dụng tổng hợp nguồn nước như cắt lũ chống lụt, cung cấp nước, nuôi cá, vận tải thuỷ… Sơ đồ khai thác kiểu đập thường thích ứng với các vùng trung du của các sông nói có độ dốc lòng sông tương đối nhỏ, địa hình địa thế thuận lợi cho việc tạo nên hồ chứa có dung tích lớn là tổn thất ngập lụt tương đối nhỏ. Ngược lại ở vùng thượng lưu, do lòng sông hẹp, độ dốc lòng sông lớn nên dù có làm đập cao cũng khó tạo thành hồ chứa có dung tích lớn. Ở hạ lưu, độ dốc lòng sông nhỏ, xây đập cao dẫn đến ngập lụt lớn thiệt hại nhiều. Cho nên ở vùng này ít có điều kiện khai thác kiểu đập Ưu điểm: vừa tập trung được cột nước vừa tập trung và điều tiết lưu lượng phục vụ cho việc lợi dụng tổng hợp nguồn nước Nhược điểm: đập càng cao, khối lượng xây lắp càng nhiều, kinh phí lớn, ngập lụt và thiệt hại nhiều Hình 4. Sơ đồ khai thác kiểu đập 8 Khoa Công nghệ tự động \ Đề tài: Công nghệ sản xuất điện năng Lớp Đ7 LT Điện Công Nghiệp I Nhóm 6 b. Dùng đường dẫn để tạo thành cột nước. Ở những đoạn sông thượng lưu, độ dốc lòng sông thường lớn, lòng sông hẹp, dùng đập để tạo nên cột nước thường không có lợi cả về tập trung cột nước, tập trung và điều tiết lưu lượng. Trong trường hợp này cách tốt nhất là dùng đường dẫn để tạo thành cột nước. Đặc điểm của phương thức này là cột nước do đường dẫn tạo thành. Đường dẫn có thể là kênh máng, ống dẫn hay đường hầm có áp hoặc không áp. Đường dẫn có độ dốc nhỏ hơn sông suối, nên dẫn càng đi xa độ chênh lệch giữa đường dẫn và sông suối càng lớn, ta được cột nước càng lớn. Hay nói cách khác, đường dẫn dài chủ yếu để tăng thêm cột nước cho trạm thủy điện. Đập ở đây thấp và chỉ có tác dụng ngăn nước lại để lấy nước vào đường dẫn. Do đập thấp nên nói chung tổn thất do ngập lụt nhỏ. Đối với sơ đồ khai thác này tuỳ tình hình và yêu cầu cụ thể mà có thêm các công trình phụ khác như: cầu máng, xi phông, bể áp lực, tháp điều áp, bể điều tiết ngày.vv… Cách tập trung cột nước bằng đường dẫn được ứng dụng rộng rãi ở các sông suối miền núi có độ dốc lớn và lưu lượng nhỏ. Hình 5. Sơ đồ khai thác theo kiểu ống dẫn c. Dùng hỗn hợp cả đập và đường dẫn để tạo thành cột nước. Khi vừa có điều kiện xây dựng hồ để tạo ra một phần cột nước và điều tiết lưu lượng lại vừa có thể lui tuyến nhà máy ra xa đập một đoạn nữa để tận dụng độ dốc lòng sông làm tăng cột nước, thì cách tốt nhất là dùng phương pháp tập trung cột nước bằng đập và đường dẫn. Với phương thức này, cột nước của trạm thuỷ điện do đập và đường dẫn tạo thành đập thường đặt ở chỗ thay đổi độ dốc của lòng sông nơi khai thác Với mục tiêu giảm 80% các loại khí thải gây hiệu ứng nhà kính so với năm 1990, hiện nay con người đang bắt tay nghiên cứu tìm tòi những giải pháp mới, mang tính khả thi, bền vững. 8 công nghệ năng lượng mới dưới đây được xem là những ứng viên xuất sắc cho mục tiêu nói trên và dự kiến sẽ không chỉ trở thành hiện thực mà còn sẽ mang tính "đại trà" vào năm 2050. 9 Khoa Công nghệ tự động \ Đề tài: Công nghệ sản xuất điện năng Lớp Đ7 LT Điện Công Nghiệp I Nhóm 6 III. Công nghệ sản xuất điện hạt nhân Năng lượng hạt nhân là một loại công nghệ hạt nhân được thiết kế để tách năng lượng hữu ích từ hạt nhân nguyên tử thông qua các lò phản ứng hạt nhân có kiểm soát. Phương pháp duy nhất được sử dụng hiện nay là phân hạch hạt nhân, mặc dù các phương pháp khác có thể bao gồm tổng hợp hạt nhân và phân rã phóng xạ. Tất cả các lò phản ứng với nhiều kích thước và mục đích sử dụng khác nhau đều dùng nước được nung nóng để tạo ra hơi nước và sau đó được chuyển thành cơ năng để phát điện hoặc tạo lực đẩy. Năm 2007, 14% lượng điện trên thế giới được sản xuất từ năng lượng hạt nhân. Có hơn 150 tàu chạy bằng năng lượng hạt nhân và một vài tên lửa đồng vị phóng xạ đã được sản xuất. Hình 6 : Nhà máy năng lượng hạt nhân cattenom Cũng giống như một số trạm năng lượng nhiệt phát điện bằng nhiệt năng từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch, các nhà máy năng lượng hạt nhân biến đổi năng lượng giải phóng từ hạt nhân nguyên tử thông qua phản ứng phân hạch. Khi một hạt nhân nguyên tử dùng để phân hạch tương đối lớn (thường là urani 235 hoặc plutoni-239) hấp thụ nơtron sẽ tạo ra sự phân hạch nguyên tử. Quá trình phân hạch tách nguyên tử thành 2 hay nhiều hạt nhân nhỏ hơn kèm theo động năng (hay còn gọi là sản phẩm phân hạch) và cũng giải phóng tia phóng xạ gamma và nơtron tự do. Một phần nơtron tự do này sau đó được hấp thụ bởi các nguyên tử phân hạch khác và tiếp tục tạo ra nhiều nơtron hơn. Đây là phản ứng tạo ra nơtron theo cấp số nhân. Phản ứng dây chuyền hạt nhân này có thể được kiểm soát bằng cách sử dụng chất hấp thụ nơtron và bộ đều hòa nơtron để thay đổi tỷ lệ nơtron tham gia vào các phản ứng phân hạch tiếp theo. Các lò phản ứng hạt nhân hầu hết có các hệ thống vận hành bằng tay và tự động để tắt phản ứng phân hạch khi phát hiện các điều kiện không an toàn. Hệ thống làm lạnh giải phóng nhiệt từ lõi lò phân ứng và vận chuyển nhiệt đến bộ phận phát điện từ nhiệt năng này hoặc sử dụng vào những mục đích khác. Đặc biệt chất làm lạnh nóng là nguồn nhiệt sẽ được dùng cho các lò nung, và hơi nước nén từ lò nung sẽ làm quay các tuốc bin hơi nước vận hành các máy phát điện. Có nhiều kiểu lò phản ứng khác nhau sử dụng các nguyên liệu, chất làm lạnh và các cơ chế vận hành khác nhau. Một vài trong các mẫu này được thiết đạt yêu cầu kỹ thuật. Lò phản ứng dùng trong các tàu ngầm hạt nhân và các các tàu hải quân lớn, ví dụ, thường sử dụng nhiên liệu urani được làm giàu rất cao. Việc sử dụng nguyên liệu urani làm giàu rất cao sẽ làm tăng mật 10 . Công nghệ sản xuất điện năng Lớp Đ7 LT Điện Công Nghiệp I Nhóm 6 SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG VÀ CÁC HÌNH THỨC SẢN XUẤT ĐIỆN NĂNG I. Sản xuất điện năng Điện năng (toàn. phân phối điện năng. Thực chất của sản xuất điện năng là sự biến đổi các dạng năng lượng khác sang năng lượng điện hay điện năng, dòng điện xuất hiện sau