Lợi nhuận tiền điện gồm 2 phần, phần lãi do sản lượng điện sinh ra và số tiền bán điện dựa trên chi phí tiền điện cho 1 kWh điện tăng hàng năm, và phần khấu hao do chi phí vốn-lắp đặt, chi phí nhiên liệu tăng hàng năm và chi phí vận hành- quản lý. Như vậy, phương trình lợi nhuận tiền điện ta được như sau:
. E. Von OM. Vh
A Q C t T T t T (4.13)
Trong đó:
A(USD): Lợi nhuận tính theo năm Q(kWh): Sản lượng điện trong 1 năm
CE(USD/kWh): Chi phí tiền điện cho 1 kWh điện t(năm): thời gian hoạt động của nhà máy
TVon (USD): Chi phí vốn-lắp đặt hệ thống TOM: Chi phí nhiên liệu trong 1 năm TVh: Chi phí vận hành-quản lý
Như vậy, dựa trên phương trình lợi nhuận, tác giả sẽ tính tốn lợi nhuận do nhà máy điện sinh khối tạo ra khi kết hợp từ thủy động lực.
4.4. Tính toán lợi nhuận do nhà máy điện sinh khối tạo ra khi kết hợp từ thủy động lực
4.4.1. Tính tốn thơng số nhà máy điện sinh khối có trang bị hệ thống MHD
Khi kết hợp từ thủy động lực vào nhà máy nhiệt điện, hệ thống đã trở thành một hệ thống kết hợp, do đó để tính cơng suất của hệ thống, tác giả sử dụng hiệu suất chu trình kết hợp trong cơng thức :
Luận văn tốt nghiệp
Trang 114
(4.14)
Trong đó 1là hiệu suất của máy phát MHD và 2là hiệu suất của tuabin hơi. Theo bảng số liệu của nhà máy thì hiệu suất lị hơi là 45%.
Theo kết quả nghiên cứu của tác giả Lê Thanh Tuyền trong luận văn cao học “ Phân tích các thơng số vào –ra và tính tốn tỉ suất Enthalpy của máy phát điện từ thủy động lực” có cho biết máy phát dùng đĩa có hiệu suất 35%. Dựa trên 2 thơng số hiệu suất, tác giả đã tính được hiệu suất của cả chu trình như sau:
6425 , 0 ) 35 , 0 1 ( * 45 , 0 35 , 0 net
Cùng với công suất tổ máy từ bảng số liệu, ta tính được cơng suất nhà máy có thể sinh ra khi gắn bộ từ thủy động lực là:
P2 = 0,6425*50/0,45 = 71.39 MW. Và sản lượng điện sinh ra từ hệ thống là:
Q’ = 71390.6500 = 0,46404.109 kWh/năm
Vậy nhà máy điện sinh khối khi kết hợp hệ thống từ thủy động lực sẽ có cơng suất tổ máy là 64,25 MW và sản lượng điện là 0,46404.109kWh/năm.
4.4.2. Tính tốn lợi nhuận thu được của nhà máy điện sinh khối có trang bị hệ thống MHD thống MHD
Khi trang bị cho nhà máy nhiệt điện hệ thống từ thủy động lực, chi phí vốn – lắp đặt và chi phí vận hành-quản lý sẽ tăng lên, tuy nhiên, chi phí thực tế khi trang bị hệ thống từ thủy động lực cho nhà máy là chưa có, do đó, để giảm chi phí thực nghiệm chế tạo hệ thống từ thủy động lực, tác giả đã dùng phương pháp khảo sát trên lý thuyết khả năng sinh lợi nhuận của cả hệ thống trước khi chế tạo hệ thống từ thủy động lực. Nhà máy điện sinh khối kết hợp từ thủy động lực với các thông số sau: Sản lượng điện sinh ra của hệ thống là 150x106kWh, chi phí tiền điện cho 1kWh là 0.05315USD/kWh, chi phí vốn lắp đặt là 45x106USD, chi phí nhiên liệu trong một năm 5687500USD, chi phí vận hành-quản lý bằng 10% chi phí vốn lắp đặt là 45x105USD.
1 2 1 1
net
Luận văn tốt nghiệp
Trang 115
Tác giả thực hiện khảo sát thông qua việc sử dụng công suất của nhà máy khi trang bị MHD đồng thời tăng chi phí vốn – lắp đặt và chi phí vận hành-quản lý từ 10% đến 100% nhưng giữ nguyên chi phí bán điện cho 1 kWh, cũng như chi phí nhiên liệu. Sau đây là phương trình lợi nhuận tiền điện:
%) 1 ( 10 45 5687500 %) 1 ( 10 45 0531506 . 0 10 46404 . 0 %) 1 ( %) 1 ( 6 6 9 ' a t a t a T t T a T t C Q A E von OM Vh Trong đó:
a%: phần trăm chi phí vốn tăng (10%-100%)
Q’ (kWh): sản lượng điện nhà máy sinh ra khi kết hợp từ thủy động lực
Hình 4.7: Đồ thị thể hiện lợi nhuận tính theo năm của dự án
Dựa vào phương trình lợi nhuận của dự án tính theo năm dự án, trên cơ sở phần trăm vốn gia tăng, trên đồ thị ta thấy khi phần trăm vốn gia tăng thì giá trị lợi nhuận của dự án giảm đi. Cũng khảo sát trên đồ thị, thời gian thu hồi vốn của dự án từ 6 – 11 năm, phụ thuộc và phần trăm vốn gia tăng. Điều này cũng thể hiện rõ nhà máy hoạt động 1/3 thời tuổi thọ của nhà máy thì hồn vốn. Sau những năm sau, là thời gian nhà máy thu lợi nhuận dương.
Luận văn tốt nghiệp
Trang 116
Chương 5
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
5.1. Kết luận
5.1.1. Kết quả đạt được của đề tài
Sau khoảng thời gian nghiên cứu, luận văn “Nghiên cứu hệ thống từ thủy
động lực sử dụng năng lượng sinh khối” của tác giả dựa vào các định luật, phương
trình nhiệt động lực học và các cơng thức tính tốn, phân tích trình bày ở chương 2, 3 và kết quả tính tốn mơ phỏng ở chương 3 cho ta kết quả cụ thể sau:
- Xây dựng mơ hình dựa trên cơ sở lý thuyết và hệ thống cơng thức tính tốn khơng q phức tạp.
- Thời gian chương trình thực thi rất nhanh và dễ dàng thay đổi thông số thuận lợi cho nghiên cứu. Nhờ việc dễ dàng thay đổi các thông số, tác giả cũng thử mô phỏng với nhiều thông số ban đầu khác nhau và cho ra kết quả rõ ràng, dễ dàng so sánh ưu nhược điểm của thông số ban đầu.
- Trong luận văn, khi sử dụng máy phát MHD thì hiệu suất của chu trình tăng lên 6 % đối với mơ hình điện sinh khối hỗn hợp. Tác giả cũng đã thử chạy mô phỏng đối với mơ hình nhà máy điện sinh khối khi khơng có MHD và kết luận. Cũng qua nghiên cứu với đề tài của tác giả Lý Nhật Minh, tác giả Lý Nhật Minh cũng kết luận khi sử dụng máy phát MHD thì hiệu suất tăng lên 6% và 10% đối với mơ hình LMMHD dùng năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, qua cơ sở nghiên cứu của Lý Nhật Minh thì hiệu suất của chu trình phụ thuộc vào nhiệt lượng cung cấp từ bộ thu năng lượng mặt trời. Do đó sẽ bị chi phối bởi điều kiện thời tiết. Ngoài ra hiệu suất của máy nén ảnh hưởng đáng kể đến chu trình. Trong đề tài này, khi sử dụng nguồn năng lượng sinh khối, thì rõ ràng chúng ta có thể điều chỉnh và ổn định nhiệt lượng cung cấp từ bộ thu và xử lý nguồn năng lượng sinh khối dễ dàng hơn với những nguồn sinh khối cho năng lượng lớn hay có thể kết hợp với than, nhiệt điện duy trì độ ổn định hệ thống.
Luận văn tốt nghiệp
Trang 117
- Trong luận văn, tác giả cũng đã so sánh đầy đủ ưu nhược điểm khi xây dựng nhà máy điện sử dụng nguồn năng lượng sinh khối làm nhiên liệu so với một số nguồn năng lượng khác.
- Ngoài ra, trong chương 4, tác giả đã tính tốn sơ bộ giá trị lợi nhuận từ nhà máy điện sinh khối khi kết hợp MHD. Qua cơ sở đó, chúng ta có thể xem xét để có thể đầu tư vào lĩnh vực này.
Tuy nhiên, luận văn cũng cịn hạn chế khi nghiên cứu và phân tích dựa trên các định luật và tính tốn mơ phỏng mà chưa có điều kiện thực nghiệm.
5.1.2. Kiến nghị vị trí đặt nhà máy
Việt Nam có tổng diện tích đất tự nhiên khoảng 330.095 km2, trong đó, đất sản xuất nông nghiệp chiếm 31% và đất lâm nghiệp chiếm 45%. Do vậy, nông nghiệp là một ngành kinh tế chính của Việt Nam, với 70% dân số làm nghề nơng. Năm 2012, ngành nơng nghiệp có tỷ lệ tăng trưởng 2,86% và đóng góp 19,67% vào tổng sản phẩm quốc nội. Chiến lược phát triển kinh tế xã hội 2011-2012 đã đánh giá cao tầm quan trọng của nông nghiệp, và hướng sự phát triển nông nghiệp theo hướng hiện đại hóa, nâng cao sản lượng và phát triển bền vững để có được nhiều các sản phẩm có giá trị cao. Do đó, nơng nghiệp đang và sẽ vẫn là một ngành quan trọng. Chính vì vậy, các phụ phẩm từ nơng nghiệp cũng là một nguồn năng lượng bền vững quan trọng. Ước tính hiện tại khoảng 90% tiêu thụ năng lượng cho sinh hoạt ở nông thôn là từ sinh khối, như củi đun, sản phẩm phụ nông nghiệp (như rơm rạ và trấu) và than củi. Một lợi thế của nguồn năng lượng này là chúng có ngay tại địa phương vì đất nơng nghiệp và lâm nghiệp phân bố khắp nơi (Hình 5.1). Theo Niên giám thống kê 2012, hầu hết các tỉnh/thành phố đều có diện tích rừng và sản xuất nơng nghiệp chiếm hơn 50% tổng diện tích tự nhiên.
Luận văn tốt nghiệp
Trang 118
Hình 5.1: Sử dụng đất ở Việt Nam
Tuy nhiên, theo nghiên cứu của tác giả, qua nhiều bài báo phân tích tình hình năng lượng sinh khối, phân tích về nơng lâm nghiệp và các chỉ tiêu về kinh tế, chính trị, thì về cơ bản các nhà máy năng lượng sinh khối nên tập trung tại các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long. Tại khu vực này, hàng năm sản lượng rơm rạ rất lớn, đặc biệt là mùa thu hoạch lúa. Đồng thời, lượng trấu từ vùng này theo thống kê chiếm tới 55% tổng lượng trấu trên cả nước [21]. Và tại khu vực đồng bằng sơng Cửu Long, cũng là vùng có thời tiết thuận lợi, cơ sở hạ tầng, vật chất thuận tiện cho việc luân chuyển nhiên liệu và vận hành, điều phối điện hòa lưới. Và quan trọng hơn, vùng này thuộc vùng miền Tây Nam Bộ, gần vùng kinh tế trọng điểm của cả nước, nên
Luận văn tốt nghiệp
Trang 119
khi đặt nhà máy tại đây, phục vụ tốt cho nhu cầu cấp bách về năng lượng cho nền kinh tế.
So với một số vùng khác như khu vực miền Trung, về nguồn năng lượng như bã mía, gỗ nhiên liệu thì những khu vực này rất dồi dào. Tuy nhiên, về điều kiện thiên nhiên cũng như các yếu tố khác thì khơng được thuận tiện so với khu vực ĐBSCL như nêu trên. Bên cạnh đó, qua sự khảo sát từ các bài báo về các dự án khác tại những khu vực khác, tác giả nhận thấy bất kỳ một quốc gia nào cũng khó có thể thành cơng trong việc phát triển năng lượng sinh khối tại khu vực như miền Trung nếu khơng có sự hỗ trợ của chính phủ tại những khu vực đó. Chính vì vậy, việc đầu tư tại một số khu vực đó dù nhiều cơ hội để phát triển NLSK thì hầu hết là có quy mơ nhỏ và những người hưởng lợi không thuộc diện vùng kinh tế phát triển. Do đó, nếu các đầu tư tư nhân thì tự mình làm khó có thể thành cơng. Phát triển NLTT ở những vùng này khơng chỉ là cung cấp năng lượng mà cịn liên quan đến các vấn đề xã hội lớn hơn như tạo công ăn việc làm và cải thiện thu nhập. Nếu đầu tư dưới dạng cơ chế hỗ trợ phát triển lưới điện từ Chính phủ tại những vùng này thì cần phải xét nhiều đến những yếu tố khác như vừa nêu. Vì vậy, tại các khu vực này, cần phải có sự hỗ trợ mạnh mẽ của Chính phủ để hấp dẫn các đầu tư vào NLSK.
Dựa vào những kết quả phân tích trên, tác giả kiến nghị đặt nhà máy NLSK nghiên cứu trong đề tài tại khu vực gần đồng bằng sông Cửu Long. Việt Nam có tiềm năng lớn để xây dựng các nhà máy điện dựa vào năng lượng sinh học tại các tỉnh trồng lúa phổ biến như An Giang, Đồng Tháp, Tiền Giang, Long An, Kiên Giang và Cần Thơ. Theo nghiên cứu thì năng lượng sinh khối dồi dào tại khu vực có thể xây dựng được 100 nhà máy sản xuất điện từ trấu với công suất từ 500 kW tới 20 MW.
5.2. Hướng phát triển đề tài
Sau khoảng thời gian thực hiện đề tài, tác giả nhận thấy còn một số điểm cần phát triển để đề tài có tính ứng dụng cao trong thực tiễn như sau:
Luận văn tốt nghiệp
Trang 120
- Kết hợp hệ thống nhà máy điện sinh khối vận hành song song với các hệ thống nhà máy nhiệt điện tại các khu vực gần nhà máy nhiệt điện để từ đó đảm bảo hệ thống tối hóa chi phí và tiết kiệm nguồn nhiên liệu.
- Phát triển đề tài theo hướng thực nghiệm.
- Kết quả của đề tài có thể được dùng làm tài liệu tham khảo khi nghiên cứu về máy phát MHD, tuabin, thiết bị trao đổi nhiệt.
- Tạo cơ sở nghiên cứu để xây dựng nhà máy điện năng lượng sinh khối có hiệu suất cao hơn phù hợp với tiềm năng kinh tế của đất nước.
Luận văn tốt nghiệp
Trang 121
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Thị Quỳnh, Nghiên cứu đánh giá tiềm năng và phương án công nghệ sử dụng năng lượng sinh khối các phụ phẩm nông nghiệp Hải Dương, Luận văn thạc sỹ khoa học, 2009, 75 trang.
[2] Nguyễn Ngọc Hoàng, Báo cáo ngành điện, FPT Securities, 2015, 143 trang. [3] Lý Nhật Minh, Nghiên cứu hệ thống từ thủy động lực sử dụng năng lượng mặt trời, Luận văn thạc sỹ khoa học, 2014, 91 trang.
[4] Richard J. Rosa “Magnetohydrodynamic Energy Conversion” copyright 1987 by hemisphere publishing coporation, Printed in USA, 234 pages.
[5] Jack D.Mattingly “ Elements of Gas Turbine Propulsion” copyright 1996 by McGraw-Hill, Inc, Printed in Singapore, 960 pages.
[6] Nob. Harada, Le Chi Kien, and M.Hishikawa ” Basic Studied on Closed Cycle MHD Power Generation System for Space Application” AIAA 2004-2365.
[7] Le Chi Kien “ Analyses of the Thermal Efficiency and the Output Power in A Joule – Brayton” Science & Technology Development, Vol 12, No.04 - 2009.
[8] S. C. Kaushik, S. S. Verma and A. ChanDra “ Solar- assisted liquid metal MHD
power generation: a state of the art study” Centre for Energy Studies, Indian
Institute of Technology Delhi, Hauz Khas, New Delhi 110 012, India.
[9] Abraham Kribus “A high-efficiency triple cycle for solar power generation” Solar Energy Vol. 72, No. 1, pp. 1–11, 2002 2002 Published by Elsevier Science Ltd ,Printed in Great Britain 0038-092X/02/$ - see front matter.
[10] Naoyuki Kayukawa “Open-cycle magnetohydrodynamic electrical power
generation: a review and future perspectives” Progress in Energy and Combustion
Science 30 (2004) 33–60
[11] David Barlev, Ruxandra Vidu, Pieter Stroeve “Innovation in concentrated
solar power” Solar Energy Materials & Solar Cells 95 (2011) 2703–2725, Received
30 October 2010, Accepted 12 May 2011.
[12] Jackson W.D, Integration of MHD plants into Electric Utility System, IEEE
Luận văn tốt nghiệp
Trang 122
[13] Gora S. and Kapron.H, Economic Aspects of operation of MHD Electrical power plant in power system, Ninth International conference on MHD Electrical
Power Generation. Vol. 1. November 1986, Tsukuba, Ibaraki, Japan.
[14] Stanley W.Angrist, Direct Energy Conversion, Fourth Edition, Carnegie- Mellon University, 468 pages.
[15] P.A. Davidson, An Introduction to Magnetohydrodynamics, Cambridge University Press 2001, 431 pages.
[16] Asuncion V. Lemoff, Abraham P. Lee, An AC magnetohydrodynamic micropump, Lawrence Livermore National Laboratory, Center for Microtechnology, 7000 East Ave. L-223, Livermore, CA 94550 USA, 8 pages. [17] Shinji Takeshita, Chainarong Buttapeng, Nob. Harada, Characteristics of plasma produced by MHD technology and its application to propulsion systems,
Department of Electrical Engineering, Nagaoka University of Technology, 1603-1, Kamitomioka, Nagaoka 940-2188, Japan, 4 pages.
[18] Volker Quaschning, Solar thermal power plant, Renewable Energy, Received 22 October 2010, Accepted 15 May 2010.
[19] Nguyễn Bá Sang, Nghiên cứu hệ thống phát điện MHD kết hợp với địa nhiệt, Luận văn thạc sỹ khoa học, 2015, 67 trang.
[20] Lê Kim Long, Mô phỏng hệ thống phát điện tuabin kết hợp với năng lượng nhiệt hạch, Luận văn thạc sỹ khoa học, 2014, 84 trang.
[21] Nguyễn Quốc Khánh (Biên tập), Tóm tắt nghiên cứu về cơ chế hỗ trợ năng lượng sinh học nối lưới tại Việt Nam, Bộ công thương, 2014, 31 trang.