Tính toán chi phí phát điện của nhà máy nhiệt điện có kết hợp từ thủy động lực (MHD)

Nội dung text: Tính toán chi phí phát điện của nhà máy nhiệt điện có kết hợp từ thủy động lực (MHD)

1. TÍNH TOÁN CHI PHÍ PHÁT ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN CÓ KẾT HỢP TỪ THỦY ĐỘNG LỰC (MHD) Phan Minh Hiển1 Email: Tóm tắt: Trong báo cáo này, chi phí điện năng của nhà máy nhiệt điện sẽ được khảo sát, và qua đó tác giả đưa ra phương trình tính toán chi phí phát điện. Dựa trên phương trình, tác giả tính toán chi phí điên năng của nhà máy không có và có kết hợp từ thủy động lực ở tại nhà máy và ở trên thanh góp với các điều kiện thay đổi về vốn, về chi phí nhiên liệu của một nhà máy nhiệt điện có số liệu cụ thể và kết quả được biểu điện thông qua đồ thị thực nghiệm và thông số xác định. Từ khóa: chi phí điện năng, MHD, nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện. Abstract: In this paper, the cost of the power plant in the thermal power plant is discuss and the author give the equation for calculating the cost of the power plant. Following the equation, the author calculate the cost of the power plant in the thermal power plant using magnetohydrodynamic (MHD) and the plant not using MHD at the plant and at the busbars in the condition to having the changes in capital and in material cost at the certain power plant and the results is described in practical graph and specified parameters. Keyword: cost of the power plant, MHD, thermal power plant, the power plant. I. GIỚI THIỆU Trong những năm gần đây cùng với sự tăng trưởng về kinh tế, nhu cầu về năng lượng cũng tăng rất đáng kể trong khi nguồn tài nguyên năng lượng đang sử dụng ngày
2. càng cạn kiệt. Trước hoàn cảnh đó, các nhà khoa học đã không ngừng chạy đua trong lĩnh vực giải quyết các vấn đề về năng lượng, trong các xu hướng thì tác giả nhận thấy xu hướng nâng cao hiệu suất hệ thống phát điện là có triển vọng và một trong những phương pháp nâng cao hiệu suất đó là dùng hệ thống phát điện sử dụng nguyên lý Từ thủy động lực MHD (MagnetoHydroDynamic). Đây là một dạng phát điện trực tiếp với nguồn nhiệt sử dụng ở nhiệt độ cao có thể trên 20000K nên được kỳ vọng cho hiệu suất lớn hơn nhiều so với các hệ thống phát điện kiểu truyền thống trước giờ. Hệ thống MHD hoạt động theo nguyên tắc: năng lượng từ trường + động năng của chất lưu chuyển động biến trực tiếp thành năng lượng điện nên hình thức phát điện MHD cũng được gọi là phát điện trực tiếp. Sự biến đổi năng lượng từ thủy động lực là một dạng khác của sự biến đổi năng lượng trực tiếp mà trong đó điện được sản xuất từ nhiên liệu hóa thạch mà không cần năng lượng cơ. Như vậy, khi kết hợp MHD vào nhà máy nhiệt điện, MHD chỉ lấy năng lượng đang có của nhà máy để thông qua đó kết hợp với công suất nhà máy nhiệt điện và làm tăng công suất nhà máy. Tuy nhiên, khi kết hợp MHD vào nhà máy nhiệt điện sẽ phát sinh chi phí về vốn, nhiên liệu, công lắp đặt, đồng thời khả năng sinh lợi nhuận củ nhà máy nhiệt điện sẽ thay đổi theo các yếu tố trên và đây là vấn đề trong báo cáo này. II. PHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN LỢI NHUẬN TIỀN ĐIỆN 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:
3. A QC t T T t T E Von OM Vh 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 Tuy nhiên trong phương trình trên, ta có chi phí tiền điện cho 1 KWh điện được tính như sau: CCCCE CI OM F Với: CCI: Chi phí vốn-lắp đặt cho 1 kWh điện được trả trong 10 năm T C .R P FC CCI KC .8760 Trong đó: 11 R 0.1 FC N 10 RFC -Hệ số trả góp G TC (USD)-Chi phí vốn -lắp đặt P (kW) -Công suất nhà máy
4. 6500 KC KC -Hệ số công suất hệ thống 8760 COM: Chi phí nhiên liệu cho 1 kWh 1 CF: Chi phí vận hành –quản lý cho 1 kWhCCF . CI 10 III. LỢI NHUẬN DO NHÀ MÁY NHIỆT TẠO RA Một nhà máy nhiệt điện đạt hiệu quả tốt nhất với chu kỳ làm việc là 25 năm, do đó, tác giả chỉ khảo sát trong vòng đời 25 năm của nhà máy: III. 1. Tại nhà máy nhiệt điện (toàn phần): Đồ thị lợi nhuận nhà máy khi kết hợp từ thủy động lực
5. Sau đây là bảng lợi nhuận thu được ứng với tăng tỉ lệ phần trăm vốn – lắp đặt nhà máy có MHD sau 25 năm ( và khi không có đầu tư MHD): Tỉ lệ Không 10% 20% 30% 40% 50% MHD Lợi nhuận 1,1514 1,9265 1,8498 1,7730 1,6962 1,6195 .108 Tỉ lệ 60% 70% 80% 90% 100% Lợi nhuận 1,5427 1,4660 1.3892 1.3125 1.2357 .108 Bảng Lợi nhuận nhà máy nhiệt điện Yên Thế khi có MHD Dựa trên đồ thị tổng hợp và bảng số liệu, khi trang bị hệ thống từ thủy động lực với chi phí lắp đặt và vận hành tăng gấp đôi, hệ thống vẫn sinh lợi nhuận lớn hơn so với khi không có MHD, đây chính là lợi ích thực tế mà MHD mang lại. III.2. Trên thanh góp:
6. Đồ thị thể hiện lợi nhuận trên thanh góp có kết hợp MHD Sau đây là bảng số liệu lợi nhuận thu được sau 25 năm trên thanh góp khi chi phí vốn-lắp đặt tăng 100%: Tỉ lệ Không 10% 20% 30% 40% 50% MHD Lợi nhuận 0,83838 1,5307 1,4540 1,3772 1,3004 1,2237 .108 Tỉ lệ 60% 70% 80% 90% 100% Lợi nhuận 1,1469 1,0702 0,9934 0,91665 0.83989 .108 Bảng Lợi nhuận sau 25 năm trên thanh góp khi kết hợp MHD Từ đồ thị, lợi nhuận thu được trên thanh góp khi trang bị hệ thống MHD tăng 100% vẫn cao hơn khi không trang bị hệ thống MHD, tuy nhiên, lợi nhuận thu được thấp
7. hơn so với dự tính ban đầu do sự tự dùng của hệ thống, đây là kết quả tất yếu, nhưng, lợi nhuận thu được vẫn ở mức cao, tiêu biểu là 83,989triệu USD khi chi phí đầu tư tăng 100%. Đây chính là lợi ích mà hệ thống MHD mang lại. Từ phương trình lợi nhuận tác giả đưa ra chỉ số phần trăm khi tăng chi phí vốn và vận hành thì hết vòng đời của nhà máy, hệ thống bắt đầu không sinh lợi nhuận: QQC' . .25.10 a 22E max 11.TVon Trong đó: a: Tỉ lệ tăng chi phí vốn III.3. Khi có sự thay đổi giá nhiên liệu và chi phí vốn Trong trường hợp này để đánh giá đạt hiệu quả, tác giả sử dụng công suất sinh ra trên thanh góp, tác giả chọn chi phí nhiên liệu tăng từ 10-70% là khi không có MHD nhà máy nhiệt điện sẽ hoàn vốn sau 25 năm ở 66,55%. III.3.1. Khi chi phí vốn tăng 10% và chi phí nhiên liệu tăng 10-70%: Đồ thị lợi nhuận nhà máy có MHD với giá nhiên liệu tăngtừ 10% đến 70% khi chi phi đầu tư tăng 10%
8. Dưới đây là bảng số liệu lợi nhuận sau 25 năm khi có MHD với giá nhiên liệu tăng từ 10% đến 70% và chi phí đầu tư gấp 10%: Tỉ lệ 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% Lợi nhuận .107 14,047 12,787 11,528 10,268 9,0080 7,7482 6,4884 Bảng lợi nhuận nhà máy có MHD với giá nhiên liệu tăngtừ 10% đến 70% khi chi phi đầu tư tăng 10% III.3.2. Khi chi phí vốn tăng 70% và chi phí nhiên liệu tăng 10-70%: Đồ thị lợi nhuận nhà máy có MHD với giá nhiên liệu tăng từ 10% đến 70% khi chi phi đầu tư tăng 70% Dưới đây là bảng số liệu lợi nhuận sau 25 năm khi có MHD với giá nhiên liệu tăng từ 10% đến 70% và chi phí đầu tư gấp 70%:
9. Tỉ lệ 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% Lợi nhuận .107 9,4418 8,1820 6,9222 5,6623 4,4025 3,1427 1,8829 Bảng lợi nhuận nhà máy có MHD với giá nhiên liệu tăng từ 10% đến 70% khi chi phi đầu tư tăng 70% III.3.3. Khi chi phí đầu tư tăng 100% và chi phí nhiên liệu tăng 10-70%: Đồ thị lợi nhuận nhà máy có MHD với giá nhiên liệu tăng từ 10% đến 70% khi chi phi đầu tư tăng 100% Dưới đây là bảng số liệu lợi nhuận sau 25 năm khi có MHD với giá nhiên liệu tăng từ 10% đến 70% và chi phí đầu tư gấp 100%
10. Tỉ lệ 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% Lợi nhuận .107 7,1391 5,8792 4,6194 3,3596 2,0998 0,83997 -0,41985 Bảng lợi nhuận nhà máy có MHD với giá nhiên liệu tăng từ 10% đến 70% khi chi phi đầu tư tăng 100% Như vậy, khi chi phí nhiên liệu tăng trên 70% thì nhà máy không có lợi nhuận và nhà máy chỉ hoàn vốn khi phần trăm chi phí nhiên liệu a 66,67% Một lợi ích thiết thực khi sử dụng hệ thống MHD so với đầu tư thêm 1 tổ máy phát nhiệt điện hoặc nhà máy mới là không cần tốn thêm chi phí nhiên liệu. IV. KẾT LUẬN Sau khi khảo sát nhà máy có hệ thống từ thủy động lực, chi phí đầu tư ban đầu tăng 100%, nhà máy vẫn sinh lợi nhuận, đây là lợi ích thiết thực từ nhà máy có trang bị hệ thống MHD, tuy nhiên, khi chí phí đầu tư ban đầu càng cao thì thời gian hoàn vốn lâu đồng thời lợi nhuận càng lâu. Ngoài ra, cùng với việc tăng giá nhiên liệu, tác giả đã chứng tỏ lợi ích to lớn do MHD mang lại là chi phí đầu tư tăng 100% nhưng khi giá nhiên liệu tăng hơn 66,67 thì nhà máy vẫn có lợi nhuận so với nhà máy không có MHD thì giá nhiên liệu tăng khoảng 66,55% là đã hoàn vốn. Khi hệ thống từ thủy động lực được trang bị với chi phí càng thấp thì lợi nhuận càng lớn. Tuy nhiên, khi chi phí lắp đặt, vận hành càng tăng thì thời gian thu hồi vốn chậm và thời gian sinh lợi càng ngắn, thậm chí là rất lâu sinh lợi.
11. PHỤ LỤC Các chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế chính của nhà máy cụ thể (nhiệt điện Yên Thế) STT Tên chỉ tiêu Đơn vị Số lượng Ghi chú 1 Công suất đặt nhà máy MW 50 2 Số tổ máy Tổ 1 3 Số giờ sử dụng công suất đặt giờ/năm 6500 4 Sản lượng điện kWh/năm 0,325.109 5 Tỷ lệ điện tự dùng % 9,82 6 Lượng điện tự dùng kWh/năm 0,0319.109 7 Sản lượng điện phát lên thanh cái kWh/năm 0,293.109 8 Lượng than tiêu thụ hàng năm tấn/năm 197.288 9 Nhiệt trị cao qui đổi của than Qtlv kcal/kg 3.417 10 Suất tiêu hao than tự nhiên Kg/kWh 0,607 11 Giá than bình quân cho dự án USD/tấn 23,70 12 Suất tiêu hao dầu FO Kg/kWh 0,0015 13 Lượng dầu FO tiêu thụ hàng năm Tấn/năm 488 14 Giá dầu FO USD/tấn 660 15 Hiệu suất lò hơi theo HHV % 84,04 16 Hiệu suất tua bin-máy phát % 45 17 Hiệu suất truyền tải nhiệt % 99,5
12. 18 Hiệu suất thô nhà máy % 37,61 19 Lượng đá vôi tiêu thụ tấn/năm 6911 20 Suất tiêu hao đá vôi tự nhiên Kg/kWh 0.021 21 Giá đá vôi (theo dự toán IPC) USD/tấn 6 22 Tro xỉ tấn/năm 94.644 Nguồn : Báo cáo DAĐT xây dựng công trình NMNĐ Yên Thế TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT 1. Nguyễn Công Hân, Nhà máy nhiệt điện, NXB Khoa học và kỹ thuật, 2002, 200 trang. 2. TS. Hoàng Tiến Dũng, DTM Nhà máy nhiệt điện Yên Thế 50MW Bắc Giang, Viện Năng lượng, 2008, 119 trang 3. Phòng nghiên cứu, Cty cổ phần chứng khoán Phú Gia, Báo cáo nghiên cứu ngành điện, 2011, 34 trang. 4. TS. Lê Chí Kiên, Chi phí phát điện MHD, Đề tài cấp bộ, 2011, 60 trang. 5. ThS. Lê Thanh Tuyền, phân tích các thông số vào- ra và tính toán tỉ suất enthalpy của máy phát điện từ thủy động lực, Đề tài tốt nghiệp, 2010, 56 trang. 6. Th.S Nguyễn Công Thông, Thẩm định dự án nhiệt điện Yên Thế, Đề tài tốt nghiệp, 2010, 72 trang. 7. Bộ công nghiệp (2007). Quyết định 2014/QĐ-BCN v/v Quy định tạm thời nội dung tính toán, phân tích kinh tế tài chính đầu tư và khung giá mua bán điện các dự án nguồn điện.
13. 8. Bộ công thương (2010). Thông tư số 08/2010/TT-BTC v/v Quy định giá bán điện 2010 và hướng dẫn thực hiện. TIẾNG NƯỚC NGOÀI 9. Kenneth C. Weston ,Energy Conversion, the University of Tulsa, 2000. 10. M. Mitchner, Charles H. Kurger, Jr, Partially Ionized Gas, Stanford University, 1992, 495 trang. 11. M. S. Tillack and N. B. Morley – Magnetohydrodynamics, McGraw Hill, 14th Edition, 1998, 88 trang. 12. Richard J. Rosa, Magnetohydrodynamics Energy Conversion, McGraw Hill, 1968, 234 trang. 13. Reiner Decher, Direct energy conversion, Oxford University press, 1997, 258 trang. WEB: 14. 15. áy_phát_điện_từ_thủy_động_lực_học
14. 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 Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.