CHIA SẺ KIẾN THỨC KỸ THUẬT

Oct 6, 2017

Tìm hiểu chung về công nghệ đồng phát nhiệt điện (Combined heat and power generation – CHP)


Công nghệ đồng phát nhiệt-điện là gì ? Công nghệ đồng phát điện và nhiệt là công nghệ vừa sản xuất điện và vừa sản xuất nhiệt kết hợp (Combined heat and power generation – CHP). Công nghệ này thường có công suất cỡ trung và cỡ nhỏ đã được nhiều nước trên thế giới áp dụng trong các nhà máy công nghiệp nhẹ, công nghiệp thực phẩm từ những năm 1950.

Về thực chất, đó là công nghệ biến đổi năng lượng từ các nguồn phế thải sinh khối như bã mía, trấu, mùn cưa, gỗ vụn… để cung cấp năng lượng chạy lò hơi, sau đó hơi nước từ lò hơi được dùng chạy turbin phát điện (thường là turbin đối áp, nhưng hiện nay công nghệ này đã được cải tiến để có thể dùng với cả turbin trích hơi và turbin ngưng hơi). Phần hơi nước sau khi ra khỏi turbine phát điện vẫn còn một phần nhiệt năng sẽ được dùng để cấp cho các hộ tiêu thụ nhiệt như: lò nấu, lò sưởi… để phục vụ mục đích công nghiệp.



Qua vận hành một số dự án đã thấy cứ trung bình một tấn lúa sinh ra 220 kg trấu, có thể sản sinh ra lượng điện tương đương với 60 lít dầu DO tức là 100 kWh điện, cứ 1m3 gỗ phế thải có thể sản xuất 300 kWh điện. Một điều cần lưu ý là, ở đồng bằng sông Cửu Long hàng năm có hàng triệu tấn trấu bị sử dụng một cách lãng phí.
Ở quy mô lớn hơn, công nghệ đồng phát nhiệt-điện đã phát triển mạnh trong công nghiệp năng lượng. Nó sử dụng năng lượng sơ cấp như than, dầu, khí để phát điện, phần nhiệt thừa sau khi phát điện cũng được dùng để cung cấp nhiệt năng cho các hộ tiêu thụ nhiệt, các nhà máy áp dụng công nghệ này được gọi là các trung tâm nhiệt điện.

1. Ưu điểm của công nghệ đồng phát nhiệt-điện:



- Công nghệ đồng phát nhiệt-điện có hiệu suất sử dụng năng lượng rất cao, có thể lên tới 80 - 85%, trong khi đó công nghệ phát điện truyền thống chỉ có hiệu suất vào khoảng 50 - 60%.
- Công nghệ đồng phát nhiệt-điện thải lượng khí thải ít hơn, do vậy làm ô nhiễm nhiệt ít hơn và giảm thiểu hiệu ứng nhà kính. Công nghệ đồng phát nhiệt-điện thải lượng CO2 bằng 1/2 so với các công nghệ nhiệt điện truyền thống.
- Trong một số trường hợp, nhiên liệu sinh khối và một số nguyên liệu thải khác như khí, quy trình hoặc rác thải nông nghiệp (phân huỷ yếm khí hoặc khí hoá), được sử dụng. Những chất này đóng vai trò là nhiên liệu cho hệ thống đồng phát, tăng hiệu quả chi phí và giảm nhu cầu thải rác.
- Là giải pháp giúp triển khai các phương thức phân quyền trong phát điện, ở các nhà máy được thiết kế nhằm đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng tại địa phương, mang lại hiệu suất cao, tránh được các tổn thất truyền tải và tăng sự linh hoạt trong việc sử dụng hệ thống. Điều này đặc biệt đúng với trường hợp khí tự nhiên là chất mang năng lượng.

2. Các loại hệ thống đồng phát nhiệt điện.

a) Hệ thống đồng phát tuabin hơi.

Tua bin hơi là một trong những công nghệ động cơ sơ cấp linh hoạt và lâu đời nhất trong sản xuất chung. Hệ thống phát nhiệt điện tua bin hơi đã được áp dụng hơn 100 năm qua, khi chúng thay thế động cơ hơi pittông nhờ hiệu suất cao và chi phí thấp. Công suất của tua bin hơi dao động từ 50 kW đến hàng trăm MW ở các nhà máy sản xuất điện lớn. Các tua bin hơi được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng nhiệt-điện kết hợp (CHP). Chu kỳ nhiệt động lực học cho tua bin hơi là chu kỳ Rankine. Chu kỳ này là cơ sở cho các trạm phát điện truyền thống và bao gồm một bộ phận cung cấp nhiệt (lò hơi) giúp chuyển hoá nước thành hơi áp suất cao. Trong chu kỳ hơi, nước được bơm lên ở áp suất trung bình và áp suất cao. Sau đó nước được đun nóng đến nhiệt độ sôi tuỳ theo áp suất, nước sôi (đun để chuyển từ dạng lỏng thành hơi), và
thường là quá nhiệt (đun tới nhiệt độ cao hơn độ nhiệt độ sôi), một tua binh đa cấp làm giãn nở hơi sẽ làm giảm áp suất và hơi được đưa tới bình ngưng ở điều kiện chân không hoặc được đưa vào hệ thống phân phối hơi nhiệt độ trung gian giúp đưa hơi đến những nơi sử dụng cho mục đích thương mại hoặc công nghiệp. Nước ngưng từ bình ngưng hoặc hệ thống sử dụng hơi sẽ quay trở lại bơm nước cấp để tiếp tục chu trình.

Hai kiểu tua bin hơi được sửdụng rộng rãi nhất là tua bin đối áp và các tua bin ngưng - trích hơi. Việc lựa chọn tua bin đối áp và tua bin trích hơi phụ thuộc chủ yếu vào số lượng hơi và nhiệt, chất lượng nhiệt và các yếu tố kinh tế. Có thể trích hơi không hay chỉ một điểm trong tua bin, tuỳ theo mức nhiệt độ mà quy trình cần.



Ở trên hình là sơ đồ Tua bin ngưng trích hơi. Ở hệ thống này, hơi sử dụng cho tải nhiệt có thể đạt được nhờ trích hơi từ một hoặc hai cấp trung áp với áp suất và nhiệt độ phù hợp. Hơi còn lại được xả tới áp suất của bình ngưng, có thể ở mức thấp khoảng 0,05 bar với nhiệt độ ngưng tương ứng khoảng 33°C. Rất khó có thể sử dụng nhiệt ở mức nhiệt độ thấp như vậy trong các ứng dụng hữu ích. Vì vậy, nhiệt được thải ra môi trường. So với hệ thống đối áp, tua bin ngưng trích hơi có chi phí vốn cao, và thường là hiệu suất toàn phần thấp hơn. Tuy nhiên, về một mặt nào đó, nó có thể kiểm soát được công suất điện không phụ thuộc vào tải nhiệt nhờ điều chỉnh chính xác tốc độ lưu lượng hơi qua tua bin.

b) Hệ thống đồng phát tuabin khí.

Hệ thống đồng phát tua bin khí hoạt động theo chu kỳ nhiệt động lực học có tên gọi là chu trình Brayton. Ở chu trình này, không khí khí quyển được nén, gia nhiệt và giãn nở, với phần công suất dư do tua bin hoặc bộ giãn nở tạo ra được máy nén sử dụng để phát điện.
Hệ thống đồng phát tua bin khí có thể đáp ứng một phần hoặc toàn bộ nhu cầu năng lượng của nhà máy, và năng lượng được giải phóng ở nhiệt độ cao trong khí xả có thể được thu hồi để sử dụng cho các thiết bị ứng dụng làm mát hoặc gia nhiệt (xem hình bên dưới).



Dù khí tự nhiên được sử dụng phổ biến nhất, các loại nhiên liệu khác như dầu nhẹ hoặc diezen cũng có thể được sửdụng. Giải công suất điển hình của tua bin khí dao động từ một phần mấy MW tới khoảng 100 MW.
Trong những năm gần đây, hệ thống đồng phát tua bin khí được sử dụng với tốc độ ngày càng nhiều do sự sẵn có của các nguyên liệu khí tự nhiên, tiến bộ công nghệnhanh, giảm chi phí lắp đặt đáng kể và mang lại hiệu quả môi trường cao. Ngoài ra, thời kỳ chuẩn bị triển khai dự án sẽ ngắn hơn và có thể chuyển giao thiết bị thuận tiện.
Thời gian khởi động của tua bin khí ngắn, vận hành gián đoạn linh hoạt. Dù tua bin loại này cung cấp nhiệt để chuyển hoá thành điện thấp, có thể thu hồi được nhiệt nhiều hơn ở nhiệt độ cao hơn. Nếu sản lượng nhiệt ít hơn mức người sử dụng cần, có thể bổ sung thêm lượng khí đốt tự nhiên bằng cách trộn chất phụ gia với khí thải giàu oxy để tăng thêm sản lượng nhiệt.

Phần lớn các hệ thống tua bin khí hiện có, ứng dụng trong bất kỳ ngành nào đều vận hành theo chu trình Brayton mở (còn được gọi là chu trình Joule, ở chu trình này tính không thuận nghịch không được tính tới). Ở chu trình này, máy nén lấy không khí từ khí quyển và đưa vào buồng đốt với áp suất cao hơn. Nhiệt độ không khí cũng tăng do quá trình nén. Các thiết bị cũ và nhỏ hơn vận hành với tỷ lệ áp suất trong khoảng 15:1, còn những thiết bị mới hơn và lớn hơn vận hành ở tỷ lệ áp suất khoảng 30:1.

Không khí được đưa qua thiết bị khuyếch tán vào buồng đốt áp suất không đổi trong đó có nhiên liệu được bơm vào và đốt cháy. Thiết bị khuyếch tán giúp giảm vận tốc không khí xuống mức phù hợp với buồng đốt. Mức sụt áp qua buồng đốt trong khoảng 1,2%. Quá trình cháy diễn ra với mức khí dư cao. Khí thải thoát ra khỏi buồng đốt ở nhiệt độ cao với nồng độ oxy lên tới 15-16%. Nhiệt độ cao nhất của chu kỳ đạt được tại điểm này; nhiệt độ càng cao, hiệu suất quy trình càng cao. Cận trên được thiết lập ở nhiệt độ mà nguyên liệu của tua bin khí có thể chịu được, và do hiệu suất của cánh làm mát quy định. Với công nghệ hiện có, mức này ở vào khoảng 1300°C.
Áp suất và khí thải nhiệt độ cao đi vào tua bin khí sẽ sinh ra công cơ học để chạy máy nén và tải (v.d máy phát điện). Khí thải từ tua bin ở nhiệt độ khá cao (450 - 600°C), vì vậy khả năng thu hồi nhiệt ở nhiệt độ cao là khả thi. Điều này bị ảnh hưởng bởi lò hơi thu hồi nhiệt áp suất đơn hoặc đôi, để có thể thu hồi nhiệt hiệu quả hơn. Hơi được tạo thành có thể ở nhiệt độ và áp suất cao, có thể sử dụng cho không chỉ các quy trình nhiệt mà còn để chạy tua bin hơi, tạo ra thêm điện.

c) Hệ thống đồng phát động cơ piston.

Các động cơ pittông rất thích hợp với các ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau, công nghiệp, thương mại và các cơ quan tổ chức để phát điện và đồng phát nhiệt-điện. Động cơ pitttông khởi động nhanh, công suất lớn, có hiệu suất tải từng phần phù hợp và nhìn chung có độ tin cậy cao. Trong rất nhiều trường hợp, các thiết bị sử dụng động cơ pittông đa cấp giúp tăng công suất toàn phần của nhà máy.
Động cơ pittông có hiệu suất điện cao hơn tua bin khí cùng kích thước, vì vậy giúp giảm chi phí nhiên liệu vận hành. Chi phí ban đầu của bộ động cơpittông thường thấp hơn tua bin khí lên tới 3-5 MW về kích thước. Chi phí bảo trì động cơ pittông cao hơn tua bin khí nhưng việc bảo hành có thể được thực hiện bởi các nhân viên của nhà máy hoặc các cơ sở tại địa phương.
Năng lượng phát ra từ động cơpittông được sử dụng cho các ứng dụng bao gồm thời gian chờ, hỗ trợ lưới và các ứng dụng CHP. Ứng dụng CHP cần sử dụng nước nóng, hơi áp suất thấp hoặc thiết bị làm lạnh hấp thụn hiệt đốt cháy. Các động cơ pittông cũng được sử dụng rỗng rãi làm bộ điều khiển cơ học cho những thiết bị ứng dụng như bơm nước, nén khí và làm lạnh.



Có bốn nguồn nhiệt thải từ động cơ pittông có thể sửdụng: khí thải, nước làm mát động cơ, nước làm mát dầu bôi trơn, và làm mát bộ nạp của tua bin. Nhiệt thu hồi được thường ở dạng nước nóng hoặc hơi hạ áp (<30 psig). Khí thải ở nhiệt độ cao hơn có thể tạo thành hơi trung áp (lên tới 150 psig), nhưng khí thải nóng chỉ chứa khoảng 1/2 nhiệt năng hiện có của một động cơpittông. Một số nhà máy CHP công nghiệp sử dụng khí thải động cơ trực tiếp để sấy trong quy trình. Thông thường, nước nóng và hơi hạ áp do hệ thống CHP sử dụng động cơpittông thích hợp với các nhu cầu quy trình đòi hỏi nhiệt độ thấp, gia nhiệt không gian, hâm nóng nước uống và để chạy thiết bị làm lạnh để cung cấp nước lạnh, điều hoà không khí hoặc làm
lạnh.

Dưới đây là Bảng "Các thông số vận hành hệ thống đồng phát nhiệt - điện điển hình (nguồn: Uỷ ban năng lượng California, 1982).



3. Bảng tính toán hệ thống đồng phát nhiệt - điện.

Bao gồm có các bảng tính sau:
- Hoạt động hệ thống đồng phát tua bin hơi.
- Hoạt động hệ thống đồng phát tua bin khí.

Bảng tính 1: Hoạt động hệ thống đồng phát tua bin hơi 



Bảng tính 2: Hoạt động đồng phát tua bin khí



4. Khả năng phát triển công nghệ đồng phát nhiệt - điện tại Việt Nam.

Khả năng phát triển công nghệ đồng phát nhiệt-điện tại Việt Nam rất có triển vọng vì những lí do sau:
- Công nghệ đồng phát nhiệt-điện phát triển rất mạnh tại các nước châu Âu, đặc biệt là các nước như Hà Lan, Phần Lan, Đanh Mạch… Quan hệ giữa Việt Nam và các nước trong khối EU ngày càng được cải thiện, nên có thể nhập công nghệ này với vốn đầu tư ban đầu không cao.
- Nguồn phế thải công nghiệp ở nông thôn còn chưa sử dụng nhiều. Nếu với sản lượng lúa hàng năm khoảng vài ba chục triệu tấn thì lượng trấu thải ra từ các nhà máy xay xát có thể dùng phát điện lên tới 757.200 tấn, có thể dùng để sản xuất ra 380x100 kWh điện. Trong chiến lược phát triển ngành đường dự kiến có khoảng 20 nhà máy có công suất trên 1.400 tấn mía cây/ngày, dự kiến khả năng phát điện tại chỗ bằng bã mía là 300 kWh/ngày tương đương với công suất đặt một nguồn điện 80 MW, góp phần giảm sự thiếu điện ở các vùng nông thôn xa xôi.
- Việt Nam có nguồn năng lượng sơ cấp tiềm tàng, với các mỏ dầu, khí, than có trữ lượng lớn.

So sánh thải khí CO2 của công nghệ đồng phát điện và hơi với công nghệ truyền thống.


5. Các bạn có thể tham khảo thêm các video bên dưới.











Chúc các bạn thành công!

NGUỒN BÀI VIẾT: (THAM KHẢO VÀ TỔNG HỢP BỞI EBOOKBKMT)

1. Tài liệu Hướng dẫn sử dụng năng lượng hiệu quả trong ngành công nghiệp Châu Á.
http://www.ebookbkmt.com/2017/09/tron-bo-tai-lieu-huong-dan-su-dung-nang.html

2. Công nghệ đồng phát nhiệt-điện tại Việt Nam - Khoa học phổ thông, số 736, ngày 13-19/10/2004 - Tác giả bài viết: KS.Lý Ngọc Minh.

3. Internet.

Loading...

DMCA.com Protection Status

Loading...

0 nhận xét:

Post a Comment

 
All Rights Reserved by EBOOKBKMT © 2015 - 2017