Nghiên cứu hệ thống phát điện MHD sử dụng năng lượng địa nhiệt

Nội dung text: Nghiên cứu hệ thống phát điện MHD sử dụng năng lượng địa nhiệt

1. NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN MHD SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐỊA NHIỆT Nguyễn Thị Ngọc Giang Trường đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Tóm tắt: Ngày nay, các nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần bị cạn kiệt. Do đó, chúng ta cần tìm các nguồn năng lượng khác để thay thế. Nguồn năng lượng tái tạo đang được xem là giải pháp tốt nhất tại thời điểm này. Trong đó địa nhiệt là nguồn năng lượng vô tận ít chịu ảnh hưởng của thời tiết. Với công nghệ hiện nay con người có thể sử dụng nguồn nhiệt từ các giếng địa nhiệt để tạo ra điện bằng cách sử dụng hơi nóng làm quay tuabin của máy phát. Nhưng hiệu suất các máy phát điện đó không cao do bị tổn thất bởi các thành phần cơ khí chuyển động. Máy phát điện MHD tạo ra điện trực tiếp từ năng lượng nhiệt của plasma (khí ion hóa) khi đi xuyên qua từ trường mạnh mà không cần đến các thành phần cơ khí chuyển động. Đây là một phương pháp có hiệu quả cao và độc đáo để phát điện. Máy phát điện AC MHD sẽ trực tiếp tạo ra dòng điện xoay chiều mà không cần đến biến tần như máy phát điện DC MHD. Do đó, dòng điện sinh ra không bị tổn hao trong quá trình biến đổi cũng như không bị ảnh hưởng bởi các hài bậc cao khi sử dụng biến tần. Bài báo này đề xuất mô hình máy phát điện AC MHD kết hợp năng lượng địa nhiệt sẽ tạo ra hiệu suất phát điện cao hơn các mô hình địa nhiệt điện truyền thống sử dụng tuabin. Từ khóa: MHD, AC MHD, DC MHD, LM MHD, khí ion hóa (plasma), entropy 1. Giới thiệu Ngày nay nguồn năng lượng chúng ta sử dụng hàng ngày phần lớn xuất phát từ các nguồn nhiên liệu hóa thạch. Tuy nhiên, con người cần phải thay thế dần những nguồn nhiên liệu hóa thạch khi chúng đang dần cạn kiệt và không có lợi cho môi trường sống. Bởi vậy, nguồn năng lượng tái tạo đang là xu hướng thiết thực và gần như vô tận đang được xem là giải pháp tốt nhất ở thời điểm này. Trong đó địa nhiệt là nguồn năng lượng vô tận ít chịu ảnh hưởng của thời tiết đã được con người sử dụng từ lâu chủ yếu là sưởi ấm. Với công nghệ hiện nay con người có thể sử dụng nguồn nhiệt từ các giếng địa nhiệt để tạo ra điện bằng cách sử dụng hơi nóng làm quay tuabin của máy phát. Nhưng hiệu suất các máy phát điện đó không cao do bị tổn thất bởi các thành phần cơ khí chuyển động. 1
2. Công nghệ phát điện từ thủy động đã hình thành từ khá lâu, đã được nghiên cứu, thử nghiệm và đưa vào sử dụng ở các quốc gia phát triển trên thế giới. Nó có ưu điểm là phát điện trực tiếp từ năng lượng nhiệt của plasma (khí ion hóa) khi đi xuyên qua từ trường mạnh mà không cần đến các thành phần cơ khí chuyển động. Đây là một phương pháp có hiệu quả cao và độc đáo để phát điện. Máy phát điện từ thủy động gồm DC MHD và AC MHD. Máy phát điện AC MHD sẽ trực tiếp tạo ra dòng điện xoay chiều mà không cần đến biến tần như máy phát điện DC MHD. Do đó, dòng điện sinh ra không bị tổn hao trong quá trình biến đổi cũng như không bị ảnh hưởng bởi các hài bậc cao khi sử dụng biến tần. Máy phát điện MHD có thể sử dụng nguồn nhiệt của nước nóng lấy từ các giếng địa nhiệt để hoạt động. Việc kết hợp máy phát điện AC MHD với năng lượng địa nhiệt hứa hẹn sẽ mang lại nguồn điện bền vững và thân thiện với môi trường. 2. Sơ lược về nguồn năng lượng địa nhiệt và máy phát điện AC MHD 2.1. Năng lượng địa nhiệt Địa nhiệt là nguồn nhiệt năng có sẵn trong lòng đất. Cụ thể hơn, nguồn năng lượng nhiệt này tập trung ở khoảng vài km dưới bề mặt Trái Đất, phần trên cùng của vỏ Trái Đất. Cùng với sự tăng nhiệt độ khi đi sâu vào vỏ Trái Đất cứ xuống sâu 36 mét thì tăng 1 độ, nguồn nhiệt lượng liên tục từ lòng đất này được ước đoán tương đương với với một khoảng năng lượng cỡ 42 triệu MW [1]. Năng lượng địa nhiệt là dạng năng lượng tồn tại trong lòng đất ở dưới dạng nhiệt năng. Năng lượng địa nhiệt, dạng nhiệt năng tự nhiên ở sâu trong lòng trái đất, phát sinh từ nguồn nhiệt sơ khai trong lòng trái đất, từ nhiệt ma sát do các phiến lục địa trượt lên nhau, và từ sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ tồn tại tự nhiên với một lượng nhỏ trong đá. Hình 1. Cấu tạo và nhiệt độ từng lớp vỏ Trái Đất. [1] 2
3. 2.2. Máy phát điện đĩa AC MHD [13] 2.2.1. Mô hình phân tích Sơ đồ một phần của máy phát điện đĩa AC MHD được hiển thị trong hình 2. Cấu hình của kênh đĩa là đối xứng. Ngoài ra, phần bên phải của kênh đĩa được nghiên cứu và áp dụng để làm mô hình máy phát điện AC MHD. Các khu vực của kim loại lỏng (I), tường kênh (II) và stator (III) được thiết kế theo hệ tọa độ trụ. Các kim loại lỏng chảy dọc theo một hướng r với vận tốc không đổi (Uf). Bên cạnh đó, độ dẫn điện và độ thẩm thấu tương ứng được thay thế bằng độ dẫn điện σ = σf và độ thẩm thấu μ = μf. Các bức tường kênh hoạt động như chất cách điện tách các kim loại lỏng và stator. Ngoài ra, độ dẫn điện và độ thẩm thấu tương ứng được thay thế bằng độ dẫn điện σ = σi và độ thẩm thấu μ = μi. Độ dẫn điện và độ thẩm thấu của stator tương ứng được xác định bởi σ = σc và μ = μc. Điểm đầu cuộn dây stato được kết nối với hệ thống ba pha trong đó tạo ra sóng có vận tốc (US) cùng hướng r. Trong bài báo này, điểm đầu dây quấn stato được thay thế bởi mật độ dòng điện bề mặt. Mặt khác, năng lượng từ sự tương tác giữa từ trường và kim loại lỏng được truyền cho phụ tải điện bởi cuộn dây cảm ứng được đặt vào đáy stator. Hình 2. Cấu hình của máy phát điện đĩa AC MHD [13] 2.2.2. Nguyên tắc hoạt động Nguyên tắc hoạt động của một máy phát điện AC MHD là giống như một máy phát điện cảm ứng nhiều pha. Trong một máy phát điện cảm ứng, từ trường quay (B) được tạo ra bởi một cuộn dây nhiều pha phân tán. Từ trường quay cảm ứng nên một điện áp (E) trong dây dẫn gắn ở bên ngoài rôto hình trụ. Do đó, mật độ dòng điện trong chất dẫn điện phụ thuộc vào độ dẫn điện (σ) của chất dẫn điện trong thời hạn σE. Ngoài ra, điện áp cảm ứng trong chất dẫn điện có thể được thay đổi với tốc 3
4. độ khác nhau (U) của dây dẫn. Do đó, điện áp cảm ứng trong dây dẫn được giải thích bởi vận tốc của sản phẩm đi ngang qua của rotor và mật độ từ thông (U × B). Mật độ dòng điện trong chất dẫn điện được đặt trong điều kiện của σ (U × B). Do đó, điện áp cảm ứng trong dây dẫn là do sự di chuyển của chất dẫn điện trong thời gian khác nhau trong từ trường được thay thế bởi Eind = E + U × B. Mật độ dòng trong chất dẫn điện được giải thích bởi định luật Ohm trong điều kiện của Jind = σ(E + U × B). Năng lượng trong các chất dẫn điện được chuyển vào tải điện bằng cách kết nối với dây dẫn. Hình 3. Điện trường cảm ứng sinh ra bởi máy phát AC MHD [13] Hình 3 cho thấy máy phát điện AC MHD tuyến tính cơ bản. Stato của máy phát điện AC MHD hoạt động tương tự như trong các máy phát điện cảm ứng nói chung. Tuy nhiên, các cuộn dây của nó được phân phối trong một cấu trúc từ phẳng. Do đó, chuyển động của từ trường này là một đường thẳng chứ không phải lặp đi lặp lại như trong một máy phát điện. Roto được thay thế bởi một lớp chất lỏng kim loại bị giới hạn trong một phong bì của mặt cắt ngang hình chữ nhật của kênh. Dòng điện cảm ứng trong kim loại lỏng phụ thuộc vào mật độ dòng điện có công thức Jind = σ (E + U × B). Do đó, dòng điện cảm ứng tạo ra từ trường trong điều kiện hàm thời gian của sóng hài. Ngoài ra, năng lượng từ sự tương tác giữa từ trường và kim loại lỏng có thể được lấy ra bởi cuộn dây cảm ứng. 3. Xây dựng mô hình và tính toán, mô phỏng máy phát điện AC MHD kết hợp năng lượng địa nhiệt trên phần mềm Matlab 3.1. Mô phỏng máy phát AC MHD bằng phương pháp giải tích 4
5. Xét một máy phát có các thông số như bảng 4.1 [13] Bảng 1. Dữ liệu tính toán cho mô hình máy phát AC MHD Thông số cấu hình máy phát AC MHD Ký hiệu Giá trị Đơn vị Tần số của nguồn điện kích từ f 50 Hz Chiều dài của kênh MHD l 0,154 m Chiều rộng của kênh MHD w 0,01 m Chiều cao của kênh MHD c 0,004 m Hệ số từ thẩm của lưu chất trong kênh -7 μf 4π.10 H/m MHD -7 Hệ số từ thẩm của Stator μc 8000π.10 H/m -7 Hệ số từ thẩm của tường kênh MHD μi 4π.10 H/m Vận tốc sóng Us 7,7 m/s Chiều dài sóng λ 0,154 m Bảng 2. Dữ liệu đầu vào 1 Tham số đầu vào của máy phát Ký hiệu Giá trị Đơn vị 6 jωt 2 Mật độ dòng kích từ Jkt 31,8.10 e A/m Tiết diện dây kích từ S 3,14.10-6 m2 Độ dẫn điện của lưu chất làm 7 σf 0.5x10 S/m việc Vận tốc lưu chất làm việc Uf 23,1 m/s Hệ số trượt s -2 Hiệu suất phát điện ηe1 = 0.33 hay 33% Bảng 3. Dữ liệu đầu vào 2 Ký Tham số đầu vào của máy phát Giá trị Đơn vị hiệu 5
6. 6 jωt 2 Mật độ dòng kích từ Jkt 31,8.10 e A/m Tiết diện dây kích từ S 3,14.10-6 m2 7 Độ dẫn điện của lưu chất làm việc σf 10 S/m Vận tốc lưu chất làm việc Uf 38,5 m/s Hệ số trượt s -4 Hiệu suất phát điện ηe2 = 0,2 hay 20% Bảng 4. Dữ liệu đầu vào 3 Tham số đầu vào của máy Ký hiệu Giá trị Đơn vị phát 6 jωt 2 Mật độ dòng kích từ Jkt 31,8.10 e A/m Tiết diện dây kích từ S 3,14.10-6 m2 Độ dẫn điện của lưu chất làm 6 σf 10 S/m việc Vận tốc lưu chất làm việc Uf 42,35 m/s Hệ số trượt s -4,5 Hiệu suất phát điện ηe3 = 0,1818 hay 18,18% Hình 4. Dạng sóng dòng điện trong các trường hợp đang xét 6
7. Ta thấy rằng hệ số trượt càng nhỏ và vận tốc lưu chất làm việc càng lớn so với vận tốc sóng từ trường của dây quấn kích từ thì hiệu suất càng giảm, dạng sóng dòng điện với Uf = 3 Us (đường màu đỏ) và Uf = 5 Us (đường màu xanh dương) ít bị méo dạng hơn dạng sóng dòng điện đường màu xanh lá với Uf = 5,5 Us. Theo một nghiên cứu trong bài báo [12] với hệ số trượt của máy phát AC MHD là s=-0,6 cho một hiệu suất phát điện khá cao cùng với các mô phỏng trong 3 trường hợp trên em sẽ chọn máy phát với các thông số sau Bảng 5. Dữ liệu đầu vào của máy phát AC MHD sử dụng trong mô hình nghiên cứu Tham số đầu vào của máy Ký hiệu Giá trị Đơn vị phát 6 jωt 2 Mật độ dòng kích từ Jkt 31,8.10 e A/m Tiết diện dây kích từ S 3,14.10-6 m2 Độ dẫn điện của lưu chất làm 7 σf 10 S/m việc Vận tốc lưu chất làm việc Uf 12,32 m/s Hệ số trượt s -0,6 Hiệu suất phát điện ηechon = 0,625 hay 62,5% Hình 5. Dạng sóng dòng điện của máy phát AC MHD được chọn so với các trường hợp khác 7
8. Ta thấy máy phát được chọn có hiệu suất phát điện cao và dạng sóng dòng điện hầu như không bị méo dạng. 3.2. Mô hình nhà máy địa nhiệt truyền thống Van bi một Van điều Bộ điều phối chiều khiển 3 Tua bin Máy phát Bộ tách 2 4 Tháp làm mát Bộ ngưng tụ 1 Van tổng Bơm Hình 6. Mô hình địa nhiệt truyền thống Nguồn năng lượng cung cấp cho hệ thống là nguồn nước nóng địa nhiệt. Ta sẽ xem xét chu trình năng lượng Rankine để tính hiệu suất nhiệt của mô hình. Nguồn nhiệt hoạt động: nguồn nước nóng lấy từ lòng đất cung cấp một nhiệt lượng khoảng 4000C Máy tách kiểu xoáy: tách hơi và nước nóng ra hai phần, phần hơi nước được chuyển đi quay tuabin, phần nước không bốc hơi được ngưng tụ và bơm trở lại vào lòng đất. Tuabin: chuyển năng lượng của hơi nước thành điện năng Bộ ngưng tụ: ngưng tụ hơi nước thành chất lỏng Tháp làm mát: làm mát nước nóng Bơm: đưa nước từ tháp làm mát trở về lòng đất để tiếp tục chu trình Bộ điều phối: chuyển tải năng lượng lên lưới và cấp nguồn cho các thiết bị trong sơ đồ hoạt động. Hệ thống sẽ gồm chu trình tuabin hơi nước 1 – 2 – 3 – 4 và chu trình sẽ được đơn giản hóa như sau: 8
9. Bộ trao đổi nhiệt 3 WH WT Tuabin 2 4 Bơm Bình ngưng Wp 1 WL Hình 7. Sơ đồ đơn giản của chu trình tuabin hơi nước [7] Bảng 6. Dữ liệu tính toán của chu trình địa nhiệt truyền thống Dữ liệu Tua bin Bơm đầu vào 0 T3= 627 K 0 T1=333 K P1 = 10 KPa P2 = P3 = 400 KPa h3 = 3273,41 KJ/Kg s = 7,8984KJ/Kg.K 3 h1 = 191,8 KJ/Kg 3 v1 = 0,00101 m /Kg Hiệu suất của chu trình: ηHT =0,2495 hay 24,95% 9
10. Hình 8. Đồ thị T – s của chu trình địa nhiệt truyền thống Đồ thị T – s biểu thị sự thay đổi của hệ số entropy theo nhiệt độ trong từng quá trình nén, gia nhiệt, giãn nở và ngưng tụ. Khi nhiệt độ tăng thì hệ số entropy tăng và ngược lại. Nếu nhiệt độ đầu vào cao thì hệ số entropy cao làm hiệu suất hệ thống tăng. 3.3. Mô hình nhà máy địa nhiệt tuabin 2 cấp Van bi một Van điều Bộ điều phối chiều khiển 3 Máy phát Tua bin áp Tua bin áp suất cao suất thấp Bộ tách 4 5 2 6 Tháp làm mát Bộ ngưng tụ 1 Van tổng Bơm Hình 9. Mô hình nhà máy địa nhiệt tuabin 2 cấp Mô hình nhà máy địa nhiệt tuabin 2 cấp giống với mô hình nhà máy địa nhiệt truyền thống chỉ khác ở chỗ mô hình này sử dụng 2 tuabin áp suất cao và áp suất thấp như hình 6. Mô hình này có lợi thế là cho hiệu suất cao hơn và hạn chế lượng nước đọng lại trong tuabin. Mô hình sẽ được đơn giản hóa như sau: 10
11. Bộ trao Tuabin áp đổi nhiệt 3 suất thấp WH Tuabin áp WT suất cao 4 5 6 2 Bơm Bình ngưng Wp 1 WL Hình 10. Sơ đồ đơn giản của chu trình tuabin 2 cấp [7] Bảng 7. Dữ liệu tính toán của chu trình địa nhiệt tuabin 2 cấp Tuabin áp suất Dữ liệu đầu vào Tuabin áp suất thấp Bơm cao 0 T3= 673 K 0 T1=333 K P2 = P3 = 400 KPa P4 = P5 = 200 KPa P1=P6=10 Kpa h3 = 3273,41 KJ/Kg s3 = 7,8984 KJ/Kg.K h1 = 191,8 KJ/Kg 3 v1 = 0,00101 m /Kg h5 = 3276,55 KJ/Kg s5 = 8,2217 KJ/Kg.K h4s=504,68 KJ/Kg Hiệu suất của chu trình: ηHT =0,2683 hay 26,83% 11
12. Hình 11. Đồ thị T – s của chu trình địa nhiệt tuabin 2 cấp Đồ thị T – s biểu thị sự thay đổi của hệ số entropy theo nhiệt độ trong từng quá trình nén, gia nhiệt, giãn nở qua tuabin áp suất cao, gia nhiệt, giãn nở qua tuabin áp suất thấp và ngưng tụ. Khi hơi nước giãn nở qua tuabin áp suất cao hệ số entropy giảm và khi được gia nhiệt lại thì hệ số entropy tăng. Do quá trình gia nhiệt lại sau khi hơi nước giãn nở qua tuabin áp suất cao làm cho hiệu suất hệ thống tăng. 3.4. Mô hình nhà máy địa nhiệt sử dụng máy phát điện AC MHD Từ mô hình truyền thống ta xây dựng mô hình nhà máy địa nhiệt điện kết hợp máy phát điện AC MHD như sau: Bộ điều phối 3' Máy phát 4' Bộ trộn Bộ tách AC MHD 2' Bơm điện tử Bộ trao đổi nhiệt 1 Bộ trao đổi Bơm nhiệt 2 1' 5' Tháp làm mát Van tổng Bơm Hình 12. Mô hình nhà máy địa nhiệt điện kết hợp máy phát điện AC MHD 12
13. Nguồn nhiệt hoạt động: nguồn nước nóng lấy từ lòng đất cung cấp một nhiệt lượng khoảng 6730K. Máy tách kiểu xoáy: tách hơi và nước nóng ra hai phần, phần hơi nước được chuyển đi quay tuabin, phần nước được dùng để gia nhiệt cho kim loại lỏng của chu trình LM MHD Máy phát AC MHD: Sử dụng loại máy phát đĩa trực tiếp tạo ra dòng điện xoay chiều có hiệu suất khoảng 62,5% Bộ trộn: trộn kim loại lỏng và khí đưa vào máy phát AC MHD Bộ tách: Tách hỗn hợp kim loại lỏng và khí ra hai phần riêng biệt Bộ trao đổi nhiệt 1: Nhận nhiệt lượng từ nước nóng gia nhiệt cho kim loại lỏng Bộ trao đổi nhiệt 2: Nhận nhiệt lượng từ nước nóng gia nhiệt cho khí trong chu trình LM MHD Tháp làm mát: làm mát nước nóng Bơm: đưa nước từ tháp làm mát trở về lòng đất để tiếp tục chu trình Bộ điều phối: chuyển tải năng lượng lên lưới và cấp nguồn cho các thiết bị trong sơ đồ hoạt động Máy phát điện MHD cũng có thể sử dụng kim loại lỏng để làm môi chất phát điện. Sử dụng nguồn địa nhiệt để gia nhiệt làm tăng động năng di chuyển phát điện. Nguồn nước nóng được đưa qua 2 bộ trao đổi nhiệt để cung cấp nhiệt lượng cho chu trình LM MHD hoạt động. Sau khi đi qua 2 bộ trao đổi nhiệt nguồn nước nóng sẽ được làm mát tại tháp giải nhiệt trước khi được bơm trả về lòng đất. Bảng 8. Dữ liệu tính toán của chu trình địa nhiệt – AC MHD Dữ liệu Bộ trộn Bộ tách Máy phát AC MHD đầu vào Qin=3,5kW ∆Ttron=5 ∆Ttach=5 ηEE=0,625 0 T2= 673 K Пtron=3,5 Пtron=2,5 ηACMHD=0,8 5 P2= 4.10 Pa ∆QACMHD=0,005 0 Tref=298 K 5 Pref=1,03x10 Pa Bơm Bơm điện từ Tháp giải nhiệt Kim loại lỏng Пbom=4 Пbomdt = 2,5 Пgiainhiet = 2,5 Cp=0,27 J/kgK τc=1.25 τc=1,2 γ=1,6667 13
14. Hiệu suất của chu trình: ηHT =0,3249 hay 32,49% Hình 13. Đồ thị T – s của chu trình địa nhiệt – AC MHD Đồ thị T – s biểu thị sự thay đổi của hệ số entropy theo nhiệt độ trong từng quá trình nén, gia nhiệt, trộn, chảy qua máy phát MHD và ngưng tụ. Ta thấy rằng nhiệt độ giảm nhưng hệ số entropy tăng làm cho hiệu suất của hệ thống LM MHD cao hơn so với các máy phát điện truyền thống sử dụng tuabin hơi. 3.5. So sánh chu trình địa nhiệt – AC MHD với chu trình địa nhiệt – DC MHD đã được công bố Xét chu trình địa nhiệt – AC MHD kết hợp tuabin hơi nước như sau: Van bi một Van điều Bộ điều phối chiều khiển 3 Máy phát Tua bin Máy tách 4 3' Máy phát 4' Bộ trộn Bộ tách AC MHD 2' Bơm điện tử Bộ trao đổi nhiệt 1 Bộ trao đổi 2 Bơm nhiệt 2 1' 5' Tháp làm mát Van tổng 1 Bơm Hình 14. Mô hình địa nhiệt – AC MHD kết hợp tubin hơi nước 14
15. Các dữ liệu bài toán được tham khảo trong [4] như bảng 9. Bảng 9. Dữ liệu tính toán của chu trình địa nhiệt – AC MHD kết hợp tubin hơi nước Dữ liệu Bộ trộn Bộ tách Máy phát AC MHD đầu vào Qin=10kW ∆Ttron=5 ∆Ttach=5 ηEE=0.625 0 T2= 340 K Пtron=3.5 Пtron=2.5 ηACMHD=0.8 4 P2= 5.10 Pa ∆QACMHD=0.005 0 Tref=298 K 5 Pref=1.03x10 Pa Bơm Bơm điện từ Tháp giải nhiệt Kim loại lỏng Пbom=4 Пbomdt = 2.5 Пgiainhiet = 2.5 Cp=0.27 J/kgK τc=1.25 τc=1.2 γ=1.6667 Hiệu suất của hệ thống: ηDNACMHD-TUABIN=0,1756 hay 17,56% Ta có mô hình địa nhiệt – DC MHD kết hợp tuabin hơi nước đã được công bố trong [4] như sau: Hình 15. Mô hình địa nhiệt – DC MHD kết hợp tubin hơi nước Hiệu suất của hệ thống: ηDNDCMHD-TUABIN=0,1436 hay 14,36% 15
16. 4. Kết luận Bài báo “Nghiên cứu hệ thống phát điện MHD sử dụng năng lượng địa nhiệt” nghiên cứu về máy phát điện AC MHD, kết hợp nó với năng lượng địa nhiệt và tính toán trên phần mềm Matlab. Kết quả sau khi nghiên cứu: - Chọn được máy phát điện AC MHD có hiệu suất phát điện cao 62,5% và dạng sóng dòng điện ngõ ra hầu như không bị méo dạng (hình 4.2). - Tính toán được hiệu suất phát điện của chu trình kết hợp địa nhiệt – AC MHD là 32,49%. - Tính toán được hiệu suất phát điện của chu trình địa nhiệt truyền thống là 24,95%. - Tính toán được hiệu suất phát điện của chu trình địa nhiệt tuabin 2 cấp là 26,83%. - Tính toán được hiệu suất phát điện của chu trình kết hợp địa nhiệt – AC MHD kết hợp tuabin hơi nước theo dữ liệu bài toán trong [4] là 17,56%. - So sánh hiệu suất phát điện của chu trình kết hợp địa nhiệt – AC MHD kết hợp tuabin hơi nước (17,56%) với hiệu suất chu trình kết hợp địa nhiệt – DC MHD kết hợp tuabin hơi nước (14,36%) đã được công bố. Với kết quả nghiên cứu trên ta thấy rằng: - Khi sử dụng máy phát điện AC MHD sẽ cho hiệu suất cao hơn các máy phát điện thông thường và không cần dùng đến bộ chuyển đổi DC – AC như máy phát điện DC MHD. Do đó, hệ thống sẽ giảm được một phần chi phí, giảm được sự tổn thất năng lượng và giảm được sử ảnh hưởng của sóng hài khi sử dụng bộ chuyển đổi DC – AC. - Hiệu suất của hệ thống kết hợp địa nhiệt – AC MHD cao hơn hệ thống địa nhiệt truyền thống là 7,54%, hệ thống địa nhiệt tuabin 2 cấp là 5,66%. - Hiệu suất hệ thống địa nhiệt – AC MHD cao hơn hệ thống địa nhiệt – DC MHD là 3,2% theo các dữ liệu tính toán trong [4]. 16
17. RESEARCH MHD GENERATOR SYSTEM USING GEOTHERMAL ENERGY Nguyen Thi Ngoc Giang Ho Chi Minh City of University Technical Education Abstract: Today, fossil fuel resources are being depleted. Therefore, we need to find alternative energy sources to replace. Renewable energy sources are being considered as the best solution at this time. In which geothermal energy is inexhaustible less influenced by weather. Now people can use heat from geothermal wells to generate electricity by using steam that turns a turbine's generator. But the efficiency of the turbine generator is not higher due to losses by the moving mechanical components. MHD generators generate electricity directly from the thermal energy of the plasma (ionized gas) when passing through a strong magnetic field without the moving mechanical components. This is a highly effective method and unique for power generation. AC MHD generator will directly produce alternating current without inverter such as DC MHD generator. Therefore, the current emitted without loss in the transformation process and is not affected by the high harmonic generated by inverter. This article proposed model combines AC MHD generator - geothermal energy will create higher power generation efficiency models traditional geothermal plants use turbines. Key words: MHD, AC MHD, DC MHD, LM MHD, ionized gas (plasma), entropy TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Đỗ Văn Chương, Chuyên đề năng lượng – VNGG, chương 9, 5 – 5 – 2016. [2] Trần Huyên, Năng lượng và năng lượng địa nhiệt ở Việt Nam, Hội dầu khí Việt Nam, 5 – 5 – 2016. [3] Đoàn Văn Tiến, Đinh Văn Toàn, Trịnh Việt Bắc, Nghiên cứu nguồn địa nhiệt cho phát triển năng lượng sạch ở Việt Nam, Tạp chí các khoa học về trái đất, 2008. [4] Nguyễn Bá Sang, luận văn thạc sĩ nghiên cứu hệ thống phát điện MHD kết hợp với địa nhiệt điện, 2013 Tiếng Anh: [5] Fridleifsson, Ingvar B; Bertani, Ruggero; Huenges, Ernst; Lund, John W; Ragnarsson, Arni; Rybach, Ladislaus (ngày 11 tháng 2 năm 2008). O. Hohmeyer và T. Trittin, biên tập. The possible role and 17
18. contribution of geothermal energy to the mitigation of climate change . Luebeck, Germany. tr. 59–80. Truy cập ngày 5 tháng 5 năm 2016. [6] Copy Editor: Michelle Kubik, Design and Layout: Ink Design, Production Supervision/Management: Gwen Wilcox, MIT, The Future of Geothermal Energy, Geothermal Program, MS 3830, Renewable Energy and Power Department, Idaho National Laboratory, PO Box 1625, Idaho Falls, ID 83415-3830. [7] Claus Borgnakke, Richard E. Sonntag, University of Michigan, Fundamentals of thermodynamics, Don Fowley and Dan Sayre, 2009. [8] Hyungsul Moon and Sadiq J. Zarrouk, Efficiency of geothermal power plants: a worldwide review, Deparment of Engineering Science, University of Auckland, New Zealand, 2012. [9] Sudhir Patel and Gangadharaiah Y. H, Department of Mathematics, New Horizon College of Engineering, Bangalore, India, Review Note on Magnetohydrodynimics Power Generator, International Journal of Trend in Research and Development, Volume 3(1), ISSN: 2394-9333 www.ijtrd.com, 2016 [10] Ajith Krishnan R, Jinshah B S, Magnetohydrodynamic Power Generation, International Journal of Scientific and Research Publications, Volume 3, Issue 6, June 2013 , ISSN 2250-3153. [11] Reshmi Banerjee, Importance of Magneto Hydro Dynamic Generation, International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, Vol. 4, Issue 7, July 2015. [12] John W. Lund, Geothermal energy, 5 – 5 – 2016. [13] Pattana Intani, Toru Sasaki, Takashi Kikuchi and Nob.Harada, Analysis of Disk AC MHD Generator Performance by Finite Element Method, Department of Electrical Engineering, Nagaoka University of Technology, 1603-1, Kamitomiokamachi, Nagaoka, Niigata 940-2188, Japan, 2010. [14] Bilal Masood, Malik Husnain Riaz and M. Yasir, Integration of Magnetohydrodynamics (MHD) Power Generating Technology with Thermal Power Plants for Efficiency Improvement, World Applied Sciences Journal 32 (7): 1356-1363, 2014, ISSN 1818-4952, © IDOSI Publications, 2014, DOI: 10.5829/idosi.wasj.2014.32.07.503 [15] plants/ [16] S. J. Dudzinsky and T. C. Wang, MHD Induction Generator, Proceedings of IEEE, Vol. 56, No.9, pp. 1420-1431 (1968) Thông tin liên hệ tác giả: Xác nhận của GVHD Họ và tên: Nguyễn Thị Ngọc Giang Điện thoại: 01679.266.687 Email: tieulonggiangspkt@gmail.com 18
19. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn B n ti ng Vi t ©, T NG I H C S PH M K THU T TP. H CHÍ MINH và TÁC GI Bản quếy n táệc ph mRƯ ãỜ cĐ bẠ o hỌ b Ưi Lu tẠ xu t Ỹb n vàẬ Lu t S hỒ u trí tu Vi t Nam. NgẢhiêm c m m i hình th c xu t b n, sao ch p, phát tán n i dung khi c a có s ng ý c a tác gi và ả ng ề i h ẩ pđh đưm ợK thuả tộ TP.ở H ậChí Mấinh.ả ậ ở ữ ệ ệ ấ ọ ứ ấ ả ụ ộ hư ự đồ ủ ả Trườ Đạ ọCcÓ Sư BÀI BạÁO KHỹ OA ậH C T ồT, C N CHUNG TAY B O V TÁC QUY N! ĐỂ Ọ Ố Ầ Ả Ệ Ề Th c hi n theo MTCL & KHTHMTCL h c 2017-2018 c a T vi n ng i h c S ph m K thu t Tp. H Chí Minh. ự ệ Năm ọ ủ hư ệ Trườ Đạ ọ ư ạ ỹ ậ ồ