Sử dụng dầu truyền nhiệt để tích trữ năng lượng mặt trời bằng bộ thu parabol

Năng lượng mặt trời được sử dụng ngày càng nhiều và thay thế dần các nguồn năng lượng truyền thống. Bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu một hệ thống tích trữ năng lượng mặt trời thu được vào ban ngày như một nguồn nhiệt để cung cấp cho quá trình làm lạnh, sấy nóng hoặc cho các ứng dụng khác, năng lượng tập trung qua bộ thu parabol và được gia nhiệt cho chất lỏng bên trong là dầu Shell Thermia B.

Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh HNKH-07 SỬ DỤNG DẦU TRUYỀN NHIỆT ĐỂ TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI BẰNG BỘ THU PARABOL NGUYỄN VĂN TUẤN Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh, Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh nguyenvantuan@iuh.edu.vn Tóm tắt Năng lượng mặt trời sử dụng ngày nhiều thay dần nguồn lượng truyền thống Bài báo trình bày kết nghiên cứu hệ thống tích trữ lượng mặt trời thu vào ban ngày nguồn nhiệt để cung cấp cho trình làm lạnh, sấy nóng cho ứng dụng khác, lượng tập trung qua thu parabol gia nhiệt cho chất lỏng bên dầu Shell Thermia B Các thực nghiệm thực ngày nắng thời gian từ đến 17 , kết đạt nhiệt độ dầu bình tích trữ khoảng 200 0C Từ khóa: Năng lượng mặt trời, Bộ thu barabol, tích trữ lượng, ứng dụng lượng mặt trời USING HEAT TRANSMISSION OIL TO STORAGE SOLAR ENERGY WITH PARABOL COLLECTORS Abstract Solar energy is used more and more and gradually replaces traditional energy sources This paper presents the research results of a system to store solar energy collected during the day as a heat source to provide cooling, heating or other applications The energy is concentrated through the parabolic collector and heated to the liquid inside is Shell Thermia B oil These experiments were carried out on sunny days from am to 17 pm, resulting in an oil temperature at the storage tank of about approximately 200 0C Keywords: Solar energy, Parabolic collector, energy storage, solar applications GIỚI THIỆU Hiện nay, lượng, môi trường phát triển bền vững mối quan tâm lớn quốc gia giới Việc sử dụng lâu dài nguồn nhiên liệu hóa thạch than đá, dầu mỏ khí đốt tự nhiên gây ô nhiễm môi trường hiệu ứng nhà kính Hậu biến đổi khí hậu tồn cầu cạn kiệt tài ngun đe dọa đến tồn phát triển người Các nguồn lượng tái tạo, bao gồm lượng mặt trời [1] ngày hấp dẫn nhiều quốc gia coi nguồn lượng tái tạo hứa hẹn Tuy nhiên thay đổi liên tục xạ mặt trời làm cho hệ thống sử dụng lượng mặt trời dao động không ổn định, điều đặt nhu cầu mạnh mẽ tích trữ lượng hệ thống lượng mặt trời Để tích trữ lượng mặt trời hiệu tiết kiệm, nhiều công nghệ tích trữ đề xuất [2] Trong tất phương pháp tích trữ tích trữ dạng nhiệt hệ thống tiết kiệm ứng dụng thực tế [3], áp dụng lĩnh vực làm lạnh, sấy khô, sưởi ấm, v.v Mục đích báo tính tốn thiết kế, thực nghiệm hệ thống tích trữ lượng mặt trời thu parabol sử dụng chất lỏng, nhiệt độ thu bình tích trữ 200 0C để cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT 2.1 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động thu parabol Dầu truyền nhiệt nhiệt độ ban đầu tban dầu= tf = t0 chứa bình chứa đưa vào hệ thống ống lồng ống đặt trục gương parabol trụ, dầu hấp thu lượng mặt trời phản xạ gương parabol trụ -68- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh làm cho nhiệt độ dầu tăng lên tiếp tục vào bình tích trữ để thực trình cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ Nước nhiệt độ ban đầu tf = t0 đưa đến bình trữ nhiệt thực trình nhận nhiệt nước khỏi bình cấp nhiệt có nhiệt độ ổn định 90 0C đảm bảo lưu lượng yêu cầu máy lạnh hấp thụ Các trình thu trữ, cấp nhiệt thu parabol trụ mô tả đồ thị bên Trong đó: t0 = tf nhiệt độ môi trường đồng thời nhiệt độ ban đầu dầu bình chứa 1, tn nhiệt độ trung bình mơi chất đạt trược ngày thu, tmax nhiệt độ tối đa môi chất đạt q trình gia nhiệt Ngồi ra, ta có giá trị nhiệt độ tc nhiệt độ mong muốn đạt với chất cách nhiệt tính tốn Giá trị nhiệt độ tùy vào chọn lựa để tính tốn vật liệu cách nhiệt cho bình trữ dầu sau này, C1; C2 thời điểm môi chất thực trình cấp nhiệt cho nước gia nhiệt bình hấp thụ Hình Sơ đồ ngun lý hệ thống tích trữ lượng mặt trời thu parabol t 0C tmax tn t0 = tf Giờ lý thuyết  18 h 24 12 Giờ thực tế Hình Đồ thị hàm t() mơi chất thu parabol 2.2 Mơ tả q trình thu – trữ - cấp nhiệt Quá trình thu nhiệt mặt trời gia nhiệt dầu, với thời gian   [012] h; khoảng thời gian nhiệt độ t 0C dầu tăng lên từ (t0 = tf) ban đầu đến nhiệt độ cực đại tm sau hạ xuống nhiệt độ tích trữ khơng tải tc Trong khoảng thời gian  =12h (thời gian ngày nắng), môi chất đạt nhiệt độ trung bình tn Quá trình trữ nhiệt không tải làm nhiệt độ dầu giảm khoảng [t n tC] với thời gian  = n Trong đó, tC lựa chọn cho: [Nhiệt độ nước cần cấp cho máy lạnh hấp thụ] < tC < tn Mục đích q trình giúp tính tốn lựa chọn cách nhiệt cho bình trữ dầu hệ thống tích trữ NLMT dùng gương parabol trụ -69- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Quá trình cấp nhiệt cho máy lạnh hấp thụ nước ban đầu có nhiệt độ t0 = tf vào bình trữ dầu gia nhiệt tăng lên đến nhiệt độ yêu cầu máy lạnh hấp thụ t nc = 90 0C cấp cho máy lạnh hấp thụ Khi đó, nhiệt độ dầu bình thực trình trữ nhiệt có tải theo đường cong từ C1 đến t 0C tn tc t = 90 C tf B C A T Giờ lý thuyết 12 Giờ thực tế 18 Tc1 Tc2 ………1 trữ nhiệt không tải 24 h ………2 trữ nhiệt có tải Hình Đồ thị đặc tuyến thu trữ, cấp nhiệt môi chất hệ thống tích trữ nhiệt mặt trời NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1 Số liệu thiết kế - Theo [5] cần cấp 4,56kW nhiệt cho bình sinh máy lạnh hấp thụ có cơng suất 9000 Btu/h Vậy với máy lạnh hấp thụ có cơng suất 770 Btu/h cần lượng nhiệt tương ứng 390 W để cấp cho bình sinh - Căn vào hai thơng số: nhiệt độ nước nóng 90 0C công suất nhiệt yêu cầu 390 W để thiết kế tính tốn modun thực nghiệm - Cường độ xạ trung bình ngày nắng Thành phố Hồ Chí Minh vào khoảng 820 W/m2, với cơng suất nhiệt 390W cần diện tích hứng nắng 0,48 m2 Chọn kích thước mặt phẳng hứng nắng tối thiểu gồm chiều rộng chiều dài 0,8m 0,6m 3.2 kích thước thu Sau tính tốn ta xác định kích thước gương phản xạ parabol trụ bảng Bảng Kích thước gương phản xạ kiểu parabol trụ STT Đại lượng Chiều rộng parabol Chiều dài parabol Chiều cao parabol Độ dài tiêu cự Hệ số phản xạ Ký hiệu 2r L h f R Đơn vị m m m m Giá trị 0.8 0.6 0.2 0.14 0.2 600 Φ10 Φ36 Hình Kích thước ống hấp thụ Kích thước thơng số thu mô tả bảng -70- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh Bảng Thông số kích thước thu STT Đại lượng Đường kính ống hấp thụ Hệ số hấp thụ Đường kính ống kính Chiều dày ống kính Hệ số dẫn nhiệt Độ kính Ký hiệu d ε d1 δ1 λ D Đơn vị m m m W/mK Giá trị 0.01 0.95 0.036 0.002 0.8 0.95 Thông số môi chất mô tả bảng Bảng Thông số môi chất STT Đại lượng Hệ số dẫn nhiệt khơng khí Khối lượng riêng dầu Nhiệt độ ban đầu dầu Nhiệt độ dầu Lưu lượng dầu qua ống Nhiệt dung riêng dầu Ký hiệu λkk ρ t0 t1 G Cp Đơn vị W/mK Kg/m3 C C kg/s J/kgK 3.3 Hình ảnh chế tạo thiết bị thực nghiệm Hình Hình dáng bên hệ thống -71- Giá trị 0.0265 778 32 300 0.002 2355 Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh KẾT QUẢ THỰC NGHIÊM Nhiệt độ dầu bình trữ (0C) 250 200 150 100 50 0 10 15 20 Hình Đồ thị nhiệt độ dầu bình tích trữ Hình cho thấy Nhiệt độ cao môi chất dầu đạt bình tích trữ 198 0C, Nhận xét: Theo tính tốn, mơi chất đạt nhiệt độ cao 300 0C vào khoảng thời gian từ 12h đến gần 13h Tuy nhiên thực nghiệm môi chất đạt nhiệt độ 198 0C bình trữ nhiệt, tức khoảng 250 C hấp thụ vào lúc 13h đến 14 chiều Điều việc lắp đặt thiết bị khơng hồn tồn xác, thời điểm thực nghiệm trời nắng có mây nên thời điểm môi chất đạt nhiệt độ kéo dài so với tính tốn Trong q trình thực nghiệm trời có gió nên làm ảnh hưởng đến nhiệt độ tmax môi chất, dẫn đến môi chất không đạt nhiệt độ tính tốn lý thuyết KẾT LUẬN Sau nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm khẳng định mặt kỹ thuật đơn giản thuận lợi cho việc chế tạo sử dụng, phù hợp cho việc phổ biến thiết bị Mô hình thực nghiệm chứng minh trình thu trữ lượng mặt trời phục vụ cho công tác cấp nước nóng chạy máy lạnh hấp thụ việc làm hữu ích, cần nghiên cứu chuyên sâu để phục vụ đời sống xã hội TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Aneke M, Wang M Energy storage technologies and real life applications — A state of the art review Applied Energy 2016;179:350-377 [2] Amrouche So, Rekioua D, Rekioua T, Bacha S, Overview of energy storage in renewable energy sysems International journal of hydrogen Energy, 2016;41(45):20914-20927 [3] Zhang H, Baeyens J, Caceres G, Degreve J, Lv Y Thermal energy storage: Recent developments and practical aspects Progress in Energy and Combustion Science 2016;53:1-40 [4] Nguyễn Bốn, Hoàng Dương Hùng (2000), Năng lượng mặt trời-lý thuyết ứng dụng, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng [5] Đặng Trần Thọ, Đặng Thế Hùng (2012) Nghiên cứu chế tạo máy lạnh hấp thụ dùng nhiệt thải lượng mặt trời Tạp chí NLN-104 số 3/2012 -72- ... thị hàm t() môi chất thu parabol 2.2 Mô tả trình thu – trữ - cấp nhiệt Quá trình thu nhiệt mặt trời gia nhiệt dầu, với thời gian   [012] h; khoảng thời gian nhiệt độ t 0C dầu tăng lên từ (t0... B C A T Giờ lý thuyết 12 Giờ thực tế 18 Tc1 Tc2 ………1 trữ nhiệt khơng tải 24 h ………2 trữ nhiệt có tải Hình Đồ thị đặc tuyến thu trữ, cấp nhiệt mơi chất hệ thống tích trữ nhiệt mặt trời NGHIÊN CỨU... t0 đưa đến bình trữ nhiệt thực trình nhận nhiệt nước khỏi bình cấp nhiệt có nhiệt độ ổn định 90 0C đảm bảo lưu lượng yêu cầu máy lạnh hấp thụ Các trình thu trữ, cấp nhiệt thu parabol trụ mô tả