Hệ thống phát điện năng lượng mặt trời thụ động kết hợp với từ thủy động

Hệ thống phát điện năng lượng mặt trời thụ động kết hợp với từ thủy động Hệ thống phát điện năng lượng mặt trời thụ động kết hợp với từ thủy động Hệ thống phát điện năng lượng mặt trời thụ động kết hợp với từ thủy động Hệ thống phát điện năng lượng mặt trời thụ động kết hợp với từ thủy động

TĨM TẮT Hiện nay, vấn đề nhiễm mơi trường, khủng hoảng cung cầu lượng diễn gay gắt không Việt Nam mà xuất nhiều quốc gia giới Do việc tìm nguồn lượng mới, lượng tái tạo trở nên vấn đề cấp bách cho người nhiều năm qua Trong năm gần đây, bên cạnh việc nghiên cứu nguồn lượng để sản xuất điện năng, người ta cịn tìm cách nâng cao hiệu suất nhà máy điện Một phương pháp nâng cao hiệu suất nhà máy điện dùng chu trình kết hợp thay cho chu trình đơn phân tích báo cáo nhiều hội thảo Luận văn phân tích chu trình kết hợp gồm máy phát điện từ thủy động lực dạng đĩa (MHD) phát điện W1, nguồn nhiệt lại sau máy phát MHD tiếp tục gia nhiệt hệ thống lượng mặt trời thụ động trước đưa vào tuabin khí phát điện W2 Các kết mơ phỏng, tính tốn luận văn cho thấy hiệu suất chu trình kết hợp nâng lên đáng kể so với chu trình đơn, khơng cịn lớn hiệu suất chu trình kết hợp khác nghiên cứu trước v ABSTRACT Nowaday, environmental problems, a crisis of supply and demand of energy is very tough not only in Viet Nam but also in many countries around the world Therefore, the finding of new energy sources, as well as renewable energy has become imperativeof mankind over the years In recent years, besides studying new energy sources for power generation, people have sought to improve the efficiency of power plants One of the ways to improve the efficiency of a power plant is to use a combined cycle instead of a single cycle that has been analyzed and reported extensively at conferences This thesis analyzes the combined cycle of MHD which generates W1 power, the remaining heat source behind the MHD generator is further heated by the passive solar power system Before moving the gas turbine and generating W2 power The results of the simulation, calculated in the dissertation, show that the combined cycle efficiency is significantly increased compared to the single cycle, not only that it is greater than the efficiency of the other combined cycle studied former vi MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan iii Cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục vii Danh sách chữ viêt tắt xi Danh sách hình xiii Danh sách bảng xiv Chương TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tổng quan MHD kết nghiên cứu 1.3 Mục đích đề tài 1.4 Nhiệm vụ đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Giới hạn mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.7 Điểm đề tài 1.8 Giá trị thực tiễn 1.9 Bố cục đề tài Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Hệ thống phát điện dùng lượng mặt trời 2.1.1 Hệ thống phát điện dùng lượng mặt trời chủ động 2.1.2 Hệ thống phát điện dùng lượng mặt trời thụ động 11 2.1.3 So sánh hệ thống phát điện dùng lượng mặt trời chủ động hệ thống phát điện dùng lượng mặt trời thụ động 12 2.1.3.1 Ưu điểm 12 vii 2.1.3.2 Nhược điểm 12 2.1.3.3 Kết luận 12 2.2 Máy phát điện từ thủy động lực học (MHD) 13 2.2.1 Khái niệm 13 2.2.2 Nguyên lý hoạt động 13 2.2.3 Các loại máy phát điện từ thủy động lực học 14 2.2.3.1 Máy Faraday 14 2.2.3.2 Máy Hall 14 2.2.3.3 Máy dạng đĩa 15 2.2.3.4 Ứng dụng 15 2.2.4 Nguyên lý phát điện máy MHD 16 2.2.4.1 Định luật Ôm 17 2.2.4.2 Các phương trình 17 2.2.4.3 Hiệu suất máy phát 19 2.2.4.4 Mối quan hệ ηg ηp 19 2.2.4.5 Hiệu suất điện 20 2.2.4.6 Quan hệ ηe ηp 20 2.3 Ngun lý làm việc chu trình tuabin khí 21 2.3.1 Máy nén 22 2.3.2 Thiết bị trao đổi nhiệt 23 2.3.3 Tua bin khí 23 2.3.4 Hiệu suất chu trình tuabin khí 24 Chương PHÂN TÍCH CHU TRÌNH 26 3.1 Chu trình MHD – Tua bin khí chưa kết hợp với hệ thống lượng mặt trời thụ động 26 3.1.1 Xây dựng chu trình MHD – Tuabin khí 26 3.1.2 Các ký hiệu chu trình 27 3.1.3 Phân tích khối chu trình 28 3.1.3.1 Phân tích máy phát MHD 28 viii 3.1.3.2 Phân tích thiết bị trao đổi nhiệt 29 3.1.3.3 Phân tích thiết bị làm lạnh 29 3.1.3.4 Phân tích máy nén 29 3.1.3.5 Phân tích tuabin khí 31 3.1.3.6 Phân tích nhiệt lượng 32 3.1.3.7 Tính Entropy 34 3.2 Chu trình MHD – Tua bin khí kết hợp với hệ thống lượng mặt trời thụ động 35 3.2.1 Xây dựng chu trình 35 3.2.2 Phân tích khối chu trình 36 Chương TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG CÁC THƠNG SỐ CỦA CHU TRÌNH 39 4.1 Trường hợp 1: Khi chưa kết hợp với hệ thống phát điện NLMT 39 4.1.1 Dữ liệu tính tốn 39 4.1.2 Kết tính toán 40 4.1.2.1 Thông số nút 40 4.1.2.2 Hiệu suất chu trình 40 4.1.2.3 Đồ thị T-S 41 4.2 Trường hợp 2: Khi kết hợp với hệ thống phát điện NLMT 42 4.2.1 Dữ liệu tính tốn 42 4.2.2 Kết tính tốn 43 4.2.2.1 Thông số nút 43 4.2.2.2 Hiệu suất chu trình 43 4.2.2.3 Đồ thị T-S 44 4.3 Nhận xét, so sánh kết hai trường hợp 45 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 46 5.1 Kết luận 46 5.2 Hướng phát triển đề tài 46 ix TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHỤ LỤC 50 x DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU MHD: Magnetohidrodynamic NLMT: Năng lượng mặt trời B: Từ trường, cảm ứng từ (T) E: Điện trường u: Thành phần vận tốc U: Nội chất khí j: Mật độ dịng điện σ: Điện dẫn suất ε: Tổng điện trường sức điện động từ trường quay ω: Tần số cyclotron pe: Áp suất electron Te: Nhiệt độ electron ρ: Khối lượng riêng d: Đạo hàm R: Hằng số chất khí (R = k/m) µ: Độ nhớt, độ linh động h: Enthalpy A: Tiết diện M: Khối lượng lưu chất W: Năng lượng (điện năng) K: Hệ số tải (K = E/uB) ηe: Hiệu suất điện ηg: Hiệu suất máy phát ηp: Hiệu suất polytropic v: Véc tơ vận tốc xi Qi: Nhiệt lượng nút thứ i (MW) Ti: Nhiệt độ nút thứ i (0K) Pi: Áp suất nút thứ i ( at) CP: Nhiệt dung riêng chất khí ( J/KgK) γ: Hệ số nhiệt chất khí η: Hiệu suất ΔQ: Tổn thất nhiệt lượng Πc: Tỉ số nén máy nén ΠS: Tỉ số nén tầng nén N: Số tầng nén ‫ ح‬c : Tỉ số nhiệt độ - vào máy nén ‫ ح‬s : Tỉ số nhiệt độ - vào tầng nén ΔT: Độ chênh lệch nhiệt độ Πt: Tỉ số áp suất - vào tuabin ‫ ح‬t : Tỉ số nhiệt độ - vào tuabin G: Lưu lượng chất khí qua máy phát MHD PMHD: Điện khỏi MHD PC: Năng lượng máy nén cần Pion: Năng lượng cần thiết để ion hóa chất khí W1: Điện lên lưới sau chu trình MHD W2: Điện lên lưới sau chu trình Brayton (tuabin khí) Tref: Nhiệt độ lấy mẫu (0K) Pref: Áp suất lấy mẫu (at) Si : Entropy xii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Cấu tạo máy phát MHD Hình 1.2: Chu trình phát điện dùng đĩa MHD kết hợp với lượng hạt nhân (NFR/CCMHD) Hình 2.1: Mơ hình hệ thống phát điện lượng mặt trời chủ động … 10 Hình 2.2: Mơ hình hệ thống phát điện lượng mặt trời thụ động 11 Hình 2.3: Máy nén ly tâm 23 Hình 2.4: Máy nén dọc trục 23 Hình 2.5: Q trình biến đổi trạng thái chất khí chu trình Brayton 24 Hình 3.1: Chu trình kết hợp MHD - tuabin khí 27 Hình 3.2: Đồ thị T - s trình nén 30 Hình 3.3: Đồ thị T - s tuabin khí 32 Hình 3.4: Chu trình MHD – tuabin khí kết hợp với hệ thống lượng Mặt trời thụ động 36 Hình 4.1: Kết phân tích chu trình MHD - tuabin khí với T3 = 18000K ……… 41 Hình 4.2: Đồ thị T - s với T3 = 18000K ………………………………………… 41 Hình 4.3: Kết phân tích chu trình MHD – tuabin khí kết hợp với hệ thống phát điện lượng mặt trời thụ động 44 Hình 4.4: Đồ thị T - s kết hợp với hệ thống phát điện lượng mặt trời thụ động ……………………………………………………………… 44 xiii DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 4.1: Dữ liệu tính tốn trường hợp 39 Bảng 4.2: Kết tính tốn thơng số với T3 = 18000K 40 Bảng 4.3: Dữ liệu tính toán trường hợp 42 Bảng 4.4: Kết tính tốn thơng số với T6 = 4000K xiv 43 nTDN=1; deltaQLL=0.01; nLL=0.85; et=0.87; Cp=5196.5; nion=0.5; MassNo=0.004; Seed=0.0001; Tref=298; Pref=1.03e+005; deltaQMHD=5.00e-003; p41=p31*(1-nEE/nMHD)Λ(y/(y-1)); T41=T31*(1-nEE-deltaQMHD); %phan tich thiet bi trao doi nhiet toc=1+(1/ns) *(pic Λ((y- 1)/(y*N))-1); T11=T61*toc; T21=(T41-deltaTTDN-T11)*nTDN+T11; T51=T41-((T21-T1 1)/(1-deltaQTDN)); T71=T11; T81=T61; T91=T11; T101=T61; p51=p41*(1-deltaQTDN*nTDN); %phan tich thiet bi lam lanh p61=p51*(1-deltaQLL*nLL); %phan tich may nen p11=pic*p61; piS=picA(1/N); tos=1+(1/ns)*(piSA((y-1)/y)-1); 54 p71=p61*piS; p81=p71; p91=p81*piS; p101=p91; %phan tich tuabin %deltaTTDN=50; p21=p11*(1-deltaQTDN*nTDN); pit1=p31/p21; %ty so ap suat - vao tuabin tot=pit1 Λ(et*(y-1)/y); % ty so nhiet vao tuabin T2Al=T21*tot; nt=(1-tot)/(1-pit1 Λ((y-1)/y)); %hieu suat cua tuabin %phan tich nhiet luong G=Qin/(Cp*(T31-T2A1));%luu luong cua chat qua may phat MHD %nhiet luong tai tung nut chu trinh Q11=G*Cp*T11; Q21=G*Cp*T21; Q2A1=G*Cp*T2A1; Q31=G*Cp*T31; Q41=G*Cp*T41; Q51=G*Cp*T51; Q61=G*Cp*T61; PMHD=Q31*nEE; %Dien nang thoat khoi may phat MHD Pc1=N*(T11-T61)*G*Cp; %nang luong ma may nen yeu cau Wion=G/(MassNo*Seed*60220* 1620*12.13); Pion=Wion/nion W11=PMHD-Pc1-Pion W21=Q21-Q2A1 nl=(Wll+W21)/Qin %tinh entropy 55 p2A1=p31; S1=(Cp*log(T31/Tref)-Cp*((y-1)/y)*log(p31/Pref))*G; S31=S1+(Cp*log(T31/T2A1)-Cp*((y-1)/y)*log(p31/p2A1))*G; S41=S31+(Cp*log(T41/T31)-Cp*((y-1)/y)*log(p41/p31))*G; S51=S41+(Cp*log(T51/T41)-Cp*((y-1)/y)*log(p51/p41))*G; S61=S51+(Cp*log(T61/T51)-Cp*((y-1)/y)*log(p61/p51))*G; S71=S61+(Cp*log(T71/T61)-Cp*((y-1)/y)*log(p71/p61))*G; S81=S71+(Cp*log(T81/T71)-Cp*((y-1)/y)*log(p81/p71))*G; S91=S81+(Cp*log(T91/T81)-Cp*((y-1)/y)*log(p91/p81))*G; S101=S91+(Cp*log(T101/T91)-Cp*((y-1)/y)*log(p101/p91))*G; S11=S101+(Cp*log(T11/T101)-Cp*((y-1)/y)*log(p11/p101))*G; S21=S11+(Cp*log(T21/T11)-Cp*((y-1)/y)*log(p21/p11))*G; S2A1=S21+(Cp*log(T2A1/T21)-Cp*((y-1)/y)*log(p2A1/p21))*G; x1=[S31 S41 S51 S61 S71 S81 S91 S101 S11 S21 S2A1 S31]; y1=[T31 T41 T51 T61 T71 T81 T91 T101 T11 T21 T2A1 T31]; %thu nghiem T62 p32=4.00e+005; T32=2400; T62=350; p42=p32*(1 -nEE/nMHD)Λ(y/(y-1)); T42=T32*(1 -nEE-deltaQMHD); %phan tich thiet bi trao doi nhiet %toc=1+(1/ns)*(picΛ((y- 1)/(y*N))-1); T12=T62*toc; T22=(T42-deltaTTDN-T12)*nTDN+T12; T52=T42-((T22-T12)/(1-deltaQTDN)); T72=T12; T82=T62; T92=T12; 56 T102=T62; p52=p42*(1 -deltaQTDN*nTDN); %phan tich thiet bi lam lanh p62=p52*( -deltaQLL*nLL); %phan tich may nen p12=pic*p62; %piS=picA(1/N); %tos=1+(1/ns)*(piSΛ((y- 1)/y)-1); p72=p62*piS; p82=p72; p92=p82*piS; p102=p92; %phan tich tuabin %deltaTTDN=50; p22=p12*(1 -deltaQTDN*nTDN); pit2=p32/p22; %ty so ap suat - vao tuabin tot=pit2Λ(et*(y-1)/y); % ty so nhiet vao tuabin T2A2=T22*tot; nt=(1-tot)/(1-pit2Λ((y-1)/y)); %hieu suat cua tuabin %phan tich nhiet luong G=Qin/(Cp*(T32-T2A2));%luu luong cua chat qua may phat MHD %nhiet luong tai tung nut chu trinh Q12=G*Cp*T12; Q22=G*Cp*T22; Q2A2=G*Cp*T2A2; Q32=G*Cp*T32; Q42=G*Cp*T42; Q52=G*Cp*T52; Q62=G*Cp*T62; 57 PMHD=Q32*nEE; %Dien nang thoat khoi may phat MHD Pc2=N*(T12-T62)*G*Cp; %nang luong ma may nen yeu cau W12=PMHD-Pc2-Pion W22=Q22-Q2A2 n2=(W12+W22)/Qin %tinh entropy p2A2=p32; S2=(Cp*log(T32/Tref)-Cp*((y- 1)/y)*log(p32/Pref))*G; S32=S2+(Cp*log(T32/T2A2)-Cp*((y-1)/y)*log(p32/p2A2))*G; S42=S32+(Cp*log(T42/T32)-Cp*((y-1)/y)*log(p42/p32))*G; S52=S42+(Cp*log(T52/T42)-Cp*((y-1)/y)*log(p52/p42))*G; S62=S52+(Cp*log(T62/T52)-Cp*((y-1)/y)*log(p62/p52))*G; S72=S62+(Cp*log(T72/T62)-Cp*((y-1)/y)*log(p72/p62))*G; S82=S72+(Cp*log(T82/T72)-Cp*((y-1)/y)*log(p82/p72))*G; S92=S82+(Cp*log(T92/T82)-Cp*((y-1)/y)*log(p92/p82))*G; S102=S92+(Cp*log(T102/T92)-Cp*((y-1)/y)*log(p102/p92))*G; S12=S102+(Cp*log(T12/T102)-Cp*((y-1)/y)*log(p12/p102))*G; S22=S12+(Cp*log(T22/T12)-Cp*((y- 1)/y)*log(p22/p12))*G; S2A2=S22+(Cp*log(T2A2/T22)-Cp*((y-1)/y)*log(p2A2/p22))*G; x2=[S32 S42 S52 S62 S72 S82 S92 S102 S12 S22 S2A2 S32]; y2=[T32 T42 T52 T62 T72 T82 T92 T102 T12 T22 T2A2 T32]; %thu nghiem T63 p33=4.00e+005; T33=2400; T63=400; p43=p33*(1 -nEE/nMHD)Λ(y/(y-1)); T43=T33*(1 -nEE-deltaQMHD); %phan tich thiet bi trao doi nhiet %toc=1+(1/ns)*(picΛ((y- 1)/(y*N))-1); 58 T13=T63*toc; T23=(T43-deltaTTDN-T13)*nTDN+T13; T53=T43-((T23-T13)/(1-deltaQTDN)); T73=T13; T83=T63; T93=T13; T103=T63; p53=p43*(1-deltaQTDN*nTDN); %phan tich thiet bi lam lanh p63=p53*(1-deltaQLL*nLL); %phan tich may nen p13=pic*p63; piS=picA(1/N); %tos=1+(1/ns)*(piSΛ((y-1)/y)-1); p73=p63*piS; p83=p73; p93=p83*piS; p103=p93; %phan tich tuabin %deltaTTDN=50; p23=p13*(1-deltaQTDN*nTDN); pit3=p33/p23; %ty so ap suat - vao tuabin tot=pit3A(et*(y-1)/y); % ty so nhiet vao tuabin T2A3=T23*tot; nt=(1-tot)/(1-pit3A((y-l)/y)); %hieu suat cua tuabin %phan tich nhiet luong G=Qin/(Cp*(T33-T2A3));%luu luong cua chat qua may phat MHD %nhiet luong tai tung nut chu trinh Q13=G*Cp*T13; 59 Q23=G*Cp*T23; Q2A3=G*Cp*T2A3; Q33=G*Cp*T33; Q43=G*Cp*T43; Q53=G*Cp*T53; Q63=G*Cp*T63; PMHD=Q33*nEE; %Dien nang thoat khoi may phat MHD Pc3=N*(T13-T63)*G*Cp; %nang luong ma may nen yeu cau W13=PMHD-Pc3-Pion W23=Q23-Q2A3 n3=(W13+W23)/Qin %tinh entropy p2A3=p33; S3=(Cp*log(T33/Tref)-Cp*((y-1)/y)*log(p33/Pref))*G; S33=S2+(Cp*log(T33/T2A3)-Cp*((y-1)/y)*log(p33/p2A3))*G; S43=S32+(Cp*log(T43/T33)-Cp*((y-1)/y)*log(p43/p33))*G; S53=S42+(Cp*log(T53/T43)-Cp*((y-1)/y)*log(p53/p43))*G; S63=S52+(Cp*log(T63/T53)-Cp*((y-1)/y)*log(p63/p53))*G; S73=S62+(Cp*log(T73/T63)-Cp*((y-1)/y)*log(p73/p63))*G; S83=S72+(Cp*log(T83/T73)-Cp*((y-1)/y)*log(p83/p73))*G; S93=S82+(Cp*log(T93/T83)-Cp*((y-1)/y)*log(p93/p83))*G; S103=S92+(Cp*log(T103/T93)-Cp*((y-1)/y)*log(p103/p93))*G; S13=S102+(Cp*log(T13/T103)-Cp*((y-1)/y)*log(p13/p103))*G; S23=S12+(Cp*log(T23/T13)-Cp*((y- 1)/y)*log(p23/pl3))*G; S2A3=S22+(Cp*log(T2A3/T23)-Cp*((y-1)/y)*log(p2A3/p23))*G; x3=[S33 S43 S53 S63 S73 S83 S93 S103 S13 S23~ S2A3 S33]; y3=[T33 T43 T53 T63 T73 T83 T93 T103 T13 T23 T2A3 T33]; %h2=plot(x2,y2,'b-*') h1=plot(x1,y1,'m-*',x2,y2,'bp ',x3,y3,'r+-') 60 grid xlabel('Truc Entropy') ylabel('Truc Nhiet Do (K)') bar([T61,T62,T63],[n1,n2,n3],0.2) …………………………… … ………End……….……… …………………… 61 HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI THỤ ĐỘNG KẾT HỢP VỚI TỪ THỦY ĐỘNG SYSTEM GENERATOR PASSIVE SOLAR ENERGY FROM COMBINED WITH MAGNETOHYDRODYNAMIC Tô Phương Thảo Học viên cao học Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TÓM TẮT Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường, khủng hoảng cung cầu lượng diễn gay gắt khơng Việt Nam mà cịn xuất nhiều quốc gia giới Do việc tìm nguồn lượng mới, lượng tái tạo trở nên vấn đề cấp bách cho người nhiều năm qua Trong năm gần đây, bên cạnh việc nghiên cứu nguồn lượng để sản xuất điện năng, người ta cịn tìm cách nâng cao hiệu suất nhà máy điện Một phương pháp nâng cao hiệu suất nhà máy điện dùng chu trình kết hợp thay cho chu trình đơn phân tích báo cáo nhiều hội thảo Luận văn phân tích chu trình kết hợp gồm máy phát điện từ thủy động lực dạng đĩa (MHD) phát điện W1, nguồn nhiệt lại sau máy phát MHD tiếp tục gia nhiệt hệ thống lượng mặt trời thụ động trước đưa vào tuabin khí phát điện W2 Các kết mô phỏng, tính tốn luận văn cho thấy hiệu suất chu trình kết hợp nâng lên đáng kể so với chu trình đơn, khơng cịn lớn hiệu suất chu trình kết hợp khác nghiên cứu trước Từ khóa: Năng lượng mặt trời thụ động; từ thủy động lực học; máy phát MHD; phát điện năng; chu trình kết hợp ABSTRACT Nowaday, environmental problems, a crisis of supply and demand of energy is very tough not only in Viet Nam but also in many countries around the world Therefore, the finding of new energy sources, as well as renewable energy has become imperativeof mankind over the years In recent years, besides studying new energy sources for power generation, people have sought to improve the efficiency of power plants One of the ways to improve the efficiency of a power plant is to use a combined cycle instead of a single cycle that has been analyzed and reported extensively at conferences This thesis analyzes the combined cycle of MHD which generates W1 power, the remaining heat source behind the MHD generator is further heated by the passive solar power system Before moving the gas turbine and generating W2 power The results of the simulation, calculated in the dissertation, show that the combined cycle efficiency is significantly increased compared to the single cycle, not only that it is greater than the efficiency of the other combined cycle studied former Keywords: passive solar power system; magnetohydrodynamic; magnetohydrodynamic power generation; generating power; combined cycle Nob Harada, Le Chi Kien, Hishikawa đại học Nagaoka Niigata Nhật Bản vấn đề MHD kín báo cáo với tổng hiệu suất dự kiến đạt 55,2% Nghiên cứu cho thấy MHD kín phù hợp với lò phản ứng hạt nhân GIỚI THIỆU VỀ CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ Trong năm đầu kỉ XXI chu trình MHD kín (MHD plasma) có nghiên cứu phát triển Các nghiên cứu 62 nhiệt độ cao, không gây ô nhiễm môi trường - Động cơ: nhận lượng từ điều phối lượng có nhiệm vụ kéo máy nén tuabin hoạt động Với thiết bị ta có chu trình kết hợp xây dựng sau: Qin NGUỒN NHIỆT W1 ION ĐIỀU PHỐI MHD 2A TRAO ĐỔI NHIỆT LÀM LẠNH M W2 Hình Chu trình phát điện dùng đĩa MHD kết hợp với lượng hạt nhân TUABIN KHÍ ĐỘNG CƠ MÁY NÉN CHU TRÌNH MHD – TUABIN KHÍ Hình Chu trình MHD –tuabin khí chưa có kết hợp với hệ thống phát điện lượng mặt trời thụ động 2.1 Trường hợp 1: Chu trình MHD – Tuabin khí chưa có kết hợp với hệ thống phát điện lượng mặt trời thụ động 2.1.1 2.1.2 Xây dựng chu trình Dữ liệu tính tốn Chu trình Hình tính tốn với liệu sau: Trường hợp 1, chu trình phát điện kết hợp máy phát từ thủy động lực (MHD) tuabin khí chu trình kín hoạt động dựa chu trình Brayton bao gồm: Bảng Dữ liệu tính tốn trường hợp Dữ liệu đầu - Nguồn nhiệt: cung cấp nhiệt lượng cho chu trình hoạt động (Qin) với nhiệt độ chất khí từ 18000K đến 25000K vào - Máy phát MHD: sử dụng máy phát dạng đĩa có hiệu suất ηEE từ 35% đến 46% phát trao đổi làm MHD lạnh nhiệt ηEE = ηTDN =1 Qin = - Thiết bị trao đổi nhiệt: nhận nhiệt lượng lại sau máy phát MHD với nhiệt độ cao sau thực q trình trao đổi nhiệt cung cấp mơi chất có nhiệt độ thấp trước vào thiết bị làm lạnh Máy Thiết bị Thiết bị nén Tuabin ηLL= N = et = 0.87 Thơng số chất khí CP= 100MW 0,35 △ QTDN 0.85 Πc = T3 = ηMHD= = 0.01 △QLL ηs = K 18000K 0,8 △TTDN = 0.01 0.93 γ = 1,6667 ec = MassNo = T6 = 3000K △QMHD =50 P3 = 4.10 Pa = 0.005 Tref = - Thiết bị làm lạnh: làm lạnh môi chất trước vào máy nén để nén lên áp suất cao Máy 0.88 5196,5J/kg 0.004 Seed = 2980K' 0.0001 Pref = ηion = 0,5 1,03.105 - Máy nén khí: sử dụng máy nén đa tầng để nâng áp suất chất khí trước vào tuabin khí phát điện Trong Tref nhiệt độ môi trường (25 0C) Pref áp suất khí quyển, thơng số liệu đầu vào tham khảo [1],[2] [3] - Tuabin khí: nhận lượng vào với áp suất cao sau biến nhiệt thành điện phát lên lưới điện W2 2.1.3 63 Kết tính tốn 2.1.3.1 Thơng số nút Sau lập trình tính tốn Matlab cho kết phân tích thơng số (áp suất, nhiệt độ, lượng, entropy) nút chu trình sau: Bảng Thơng số nút trường hợp Nhiệt độ Tên Ap suất (Pa) Nút (0K) Năng lượng (W) Entropy 6.5225e+005 395.5591 4.6019e+007 2.2581e+004 6.4572e+005 2A 4.00e+005 1111 1.2925e+008 1.4319e+005 Hình Đồ thị T-s trường hợp 940.4435 1.0941e+008 1.4609e+005 4.00e+005 1800 2.0941e+008 2.2162e+005 9.4926e+004 1161 1.3507e+008 2.3754e+005 9.3977e+004 438.3324 5.0995e+007 1.2469e+005 9.3178e+004 1.7824e+005 395.5591 8.2952e+004 1.7824e+005 5.0783e+004 3.4097e+005 395.5591 10 3.4097e+005 300 Đồ thị T –S (hình 4.2) diễn tả mối quan hệ nhiệt độ entropy 11 vị trí tương ứng với nút chu trình chu trình MHD – tuabin khí chưa kết hợp với hệ thống phát điện lượng mặt trời giai đoạn máy nén khí (3 tầng nén) Theo đồ thị chu trình có hai giai đoạn thỏa điều kiện nhiệt độ giảm mà entropy tăng lên hai giai đoạn tương ứng với trình phát điện năng: giai đoạn – giai đoạn – 2A 3.4902e+007 8.0968e+004 300 300 2.2 Trường hợp 2: Chu trình MHD – Tuabin khí có kết hợp với hệ thống phát điện lượng mặt trời thụ động 5.2767e+004 2.2.1 2.0597e+004 Xây dựng chu trình Trong trường hợp 2, chu trình phát điện MHD – Tuabin khí kết hợp với hệ thống lượng mặt trời thụ động chu trình kín dựa chu trình Brayton bao gồm: - Điện MHD phát ra: W1 = 39.94 MW - Điện Tuabin khí phát ra: - Nguồn nhiệt: Nguồn nhiệt cung cấp nhiệt lượng cho chu trình hoạt động (Qin1) với nhiệt độ chất khí giả định trường hợp 18000K Ngồi cịn có nguồn nhiệt hệ thống lượng mặt trời thụ động cung cấp cho chu trình (Qin2) giả định 4000K, áp suất với áp suất hệ thống sau khỏi máy nén W2 = 19,84 MW 2.1.3.2 Hiệu suất chu trình Hiệu suất chu trình tỉ số điện thu chu trình phát điện (điện đưa lên lưới điện) lượng cung cấp cho chu trình hoạt động (Qin) Hiệu suất tính tốn thơng qua việc phân tích cân nhiệt chu trình - Máy phát MHD: sử dụng máy phát dạng đĩa có hiệu suất ηEE từ 35% đến 46% Hiệu suất chu trình: - Các thiết bị khác chu trình Thiết bị trao đổi nhiệt, Thiết bị làm lạnh, Máy nén khí, Tuabin khí, Động cơ: sử dụng tương tự trường hợp chu trình MHD – Tua bin khí 39,94  19,84   59,78 % 100 2.1.3.3 Đồ thị T-s 64 Với thiết bị trên, ta có chu trình phát điện MHD – Tuabin khí kết hợp với hệ thống lượng mặt trời thụ động xây dựng sau: Qin NGUỒN NHIỆT Trong Tref nhiệt độ mơi trường (25 0C) Pref áp suất khí quyển, thông số liệu đầu vào tham khảo [1],[2] [3] 2.2.3 ION MHD HỆ THỐNG NLMT THỤ ĐỘNG 2A 2.2.3.1 W1 Bảng Thông số nút trường hợp LÀM LẠNH Tên Ap suất (Pa) Nút M W2 ĐỘNG CƠ TUABIN KHÍ MÁY NÉN Hình Chu trình MHD –tuabin khí có kết hợp với hệ thống phát điện lượng mặt trời thụ động Trong trường hợp 2, tiến hành phân tích trường hợp giữ nguyên nhiệt độ vào mát phát MHD T3 = 18000K kết nối hệ thống phát điện lượng mặt trời vào sau thiết bị trao đổi nhiệt Các thông số khác chu trình giữ Trường hợp để xem xét hiệu suất chu trình thay đổi Cũng Trường hợp 1, trước tính tốn ta có liệu đầu vào trình bày Bảng 2.2.2 Thơng số nút Sau lập trình tính tốn Matlab cho kết phân tích thông số (áp suất, nhiệt độ, lượng, entropy) nút chu trình sau: ĐIỀU PHỐI TRAO ĐỔI NHIỆT 1A Kết tính tốn Nhiệt độ ( K) Năng lượng Entropy (W) 6.5225e+005 395.5591 4.1622e+007 1.9951e+004 1A 6.5225e+005 400 4.2089e+007 2.0047e+004 6.4572e+005 1240 1.3048e+008 1.4060e+005 2A 4.00e+005 1049 1.1045e+008 1.4322e+005 4.00e+005 1800 2.1045e+008 2.1106e+005 9.4926e+004 1290 1.3574e+008 2.2546e+005 9.3977e+004 437.0294 4.5986e+007 1.1199e+005 9.3178e+004 300 3.1567e+007 7.2760e+004 1.7824e+005 395.5591 7.4554e+004 1.7824e+005 300 4.5458e+004 3.4097e+005 395.5591 4.7253e+004 10 3.4097e+005 300 1.8157e+004 Dữ liệu tính tốn Chu trình Hình tính tốn với liệu sau: Bảng Dữ liệu tính tốn trường hợp Dữ liệu đầu vào Máy Thiết bị HT Thiết Thông Máy Tuabin số chất phát trao đổi lượng bị làm nén MHD nhiệt mặt trời lạnh khí Qin = 100MW ηEE = 0,35 T3 = 18000K ηMHD= △ QTDN 0,8 = 0.01 ηTDN = T7 = △QMHD △TTDN 2500K = 0.005 = 50 P3 = 4.10 Pa T1A = 4000K ηLL= N = 0.85 Πc = △QLL ηs = =0.01 0.93 ec = 0.88 et = 0.87 - Điện MHD phát ra: W1 = 43,49 MW - Điện Tuabin khí phát ra: CP= 5196,5 W2 = 20,03 MW J/kgK 2.2.3.2 γ= 1,6667 Hiệu suất chu trình: MassNo = 0.004 Tref = 2980K' Seed = 0.0001 Pref = 1,03.105 ηion = 0,5 Hiệu suất chu trình  2.2.3.3 65 43,49  20,03  63,52 % 100 Đồ thị T-s hợp lý, đặc biệt có khả tham gia phát điện vào ban đêm lựa chọn tốt so với hệ thống Pin quang điện 1600 1400 KẾT LUẬN 1200 3.1 1000 Ưu điểm Đề xuất giải pháp “Hệ thống phát điện lượng mặt trời thụ động kết hợp với từ thủy động” dựa vào định luật, phương trình nhiệt động lực học sau tính tốn kết hợp mơ chương trình Matlab, nhận thấy ưu điểm sau: 800 600 400 200 - Xây dựng chu trình kết hợp, cơng thức tính tốn đơn giản hiệu Hình Đồ thị T-s trường hợp - Thời gian thực thi chương trình nhanh, thuận lợi cho việc nghiên cứu thay đổi thơng số dễ dàng 2.3 Nhận xét, so sánh kết tính toán hai trường hợp 2.3.1 Về mặt kỹ thuật: - Kết tính tốn cho thấy hiệu suất chu trình phát điện cải thiện đáng kể có kết hợp với hệ thống phát điện lượng mặt trời (63,52% so với 59,78%) Đặc biệt so sánh với chu trình đơn khơng kết hợp hiệu suất tăng lên đáng kể (63,52% so với 55,2%) theo kết phân tích [6] tác giả Motoo Ishikawa Khi chu trình có kết hợp với hệ thống phát điện lượng mặt trời dẫn đến thay đổi nhiệt độ đầu vào trao đổi nhiệt (sau khỏi máy nén) nhiệt độ sau khỏi MHD thay đổi theo So sánh Bảng Bảng 4., ta thấy lượng vào tuabin khí lượng sau khỏi MHD bị thay đổi theo chiều hướng tăng lên; điều có nghĩa lượng điện lên lưới sau điều phối lượng điện lên lưới tuabin khí tăng lên dẫn đến làm tăng hiệu suất chu trình phát điện 3.2 Tồn tại, hạn chế Bên cạnh ưu điểm đạt thân nhận thấy nghiên cứu số khuyết điểm sau: Hiệu suất tồn chu trình tăng tỷ lệ thuận với lượng đầu hệ thống phát điện lượng mặt trời Tuy nhiên so với lượng toàn hệ thống lượng hệ thống phát điện lượng mặt trời cung cấp chiếm tỷ lệ thấp Việc tăng dung lượng hệ thống phát điện lượng mặt trời mang lại hiệu mặt kỹ thuật cần phải xét đến yếu tố chi phí đầu tư - Hiệu suất chu trình phụ thuộc đáng kể vào nhiệt độ lưu chất vào máy phát MHD phụ thuộc lớn vào nhiệt độ lưu chất trước vào máy nén Ngồi cịn bị chi phối áp suất nhiệt độ hệ thống phát điện lượng mặt trời thụ động - Việc nghiên cứu phân tích dựa vào định luật tính tốn mơ chưa đủ điều kiện thực nghiệm 2.3.2 Về mặt kinh tế: 3.3 Từ kết phân tích ta nhận thấy giải pháp đề xuất đề tài làm tăng hiệu suất phát điện tồn chu trình lên 3,74% tương ứng với 3,74MW Đây cải thiện đáng kể mặt kỹ thuật mà cịn có ý nghĩa mặt kinh tế đáng để quan tâm đầu tư Bên cạnh đó, hệ thống phát điện lượng mặt trời thụ động với khả hoạt động tin cậy, chi phí đầu tư Hướng phát triển nghiên cứu Kết bước đầu nghiên cứu làm sở để hướng đến nghiên cứu cách thức kết hợp khác hệ thống phát điện lượng mặt trời nhà máy nhiệt điện nhằm cải thiện nâng cao hiệu suất phát điện Thông qua kết đạt bước đầu vấn đề đề xuất, từ góp phần vào 66 việc ứng dụng lượng sạch, lượng tái tạo để giải toán lượng tương lai bên cạnh nghiên cứu tìm nguồn lượng thay khác LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn PGS TS Lê Chí Kiên, cảm ơn TS Nguyễn Thị Mi Sa hỗ trợ, giúp đỡ tơi hồn thành nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Jack D.Mattingly, Elements of Gas Turbine Propulsion, 960 pages, McGraw-Hill Higher Education, 1996 [2] Richard J Rosa, Magnetohydrodynamic energy conversion, 234 pages, Hemisphere Publishing; Revised edition, 1997 [3] Ron J Litchford and Nobuhiro Harada, 2011, Multi-MW Closed Cycle MHD Nuclear Space Power Via Nonequilibrium He/Xe Working Plasma, 99 pages, Proceedings of Nuclear and Emerging Technologies for Space, 2011 [4] N Harada, Improvement of Enthalpy Extraction over 30% using a Disk MHD Generator with Inlet Swirl, Energy Conversion and Management, vol 36, no.5, pp 355-364, 1995 [5] Nobuhiro Harada, Magnetohydrodynamics For Advanced Power Generation System, The International Conference on Electrical Engineering, No.0-043, 2008 [6] Motoo Ishikawa, Susumu Takebe, Fukasi Kumura Yoshitaka Inui and Juro Umoto Application of MHD - Brayton cycle to fusion reactors vol4cap36, pp 1324-1331, 1992 [7] Carlo A Borghi and Motoo Ishikawa, New concepts of MHD power generation, Proceedings of Nuclear and Emerging Technologies for Space, 2011 [8] S M.Ferdous, Enaiyat Ghani Ovy, Md Rezaul Hasan, Walid Bin Khaled, Md Nayeemul Hasan, An Overview of Technical and Economical Feasibility of Retrofitted MHD Power Plants from the Perspective of Bangladesh, Multidisciplinary Journals in Science and Technology, Journal of Selected Areas in Renewable and Sustainable Energy (JRSE), May Edition, 2011 [9] Andrea Lazzaretto and Andrea Toffolo, Analytical and Neural Network Models for Gas Turbine Design and Off-Design Simulatio, Vol.4, (No.4), pp.173-182, December-2001 [10] Y Okuno, T Okamura, T Suekane, H Yamasaki, S Kabashima, and S Shioda, Magnetohydrodynamic Power Generation Experiments with Fuji-1 Blowdown Facility, Vol 19, No 5, September-October 2003 [11] Samim Anghaie and Angelo Ferrari, Nuclear Activation Enhanced MHD and MPD Thruster, IEPC-2007-357 [12] Nob Harada, Le Chi Kien, and M Hishikawa, Basic Studies on Closed Cycle MHD Power Generation System for Space Application, AIAA 2004-2365 [13] Kazumi Tsunoda and Motofumi Tanaka, numerical prediction of unsteady plasma flow in closed cycle disk MHD generators, vol2cap26, 1996 [14] K yoshikawa and S shioda, S Tsujiguchi and K Furuya, Inert gas MHD triple combined cycle, vol1cap22, 1989 [15] Le Chi Kien, Analyses of the Thermal Efficiency and the Output Power in A Joule – Brayton, Science & Technology Development, Vol 12, No.04 - 2009 67 Tác giả chịu trách nhiệm viết: Họ tên: Tô Phương Thảo Đơn vị: Trường Trung cấp nghề Ayun Pa Điện thoại: 0978111388 Email: thaoelectric@gmail.com 68 ... kết hợp với hệ thống lượng mặt trời thụ động 3.2.1 Xây Dựng Chu Trình MHD – Tuabin khí kết hợp với hệ thống lượng mặt trời thụ động Chu trình phát điện MHD – Tuabin khí kết hợp với hệ thống lượng. .. dạng tháp lượng Hình 2.2 Mơ hình hệ thống phát điện lượng mặt trời thụ động 11 2.1.3 So sánh hệ thống phát điện dùng lượng mặt trời chủ động hệ thống phát điện dùng lượng mặt trời thụ động 2.1.3.1... 2.1 Hệ thống phát điện dùng lượng mặt trời 2.1.1 Hệ thống phát điện dùng lượng mặt trời chủ động 2.1.2 Hệ thống phát điện dùng lượng mặt trời thụ động 11 2.1.3 So sánh hệ thống phát