(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu hệ thống phát điện MHD kết hợp với địa nhiệt điện

TỔNG QUAN

Đặt vấn đề

Cuộc khủng hoảng năng lượng hiện nay đang trở nên nghiêm trọng, không chỉ ảnh hưởng đến tăng trưởng kinh tế toàn cầu mà còn đe dọa hòa bình và an ninh quốc tế Nguồn năng lượng hóa thạch, một tài nguyên quý giá mà thiên nhiên ban tặng, đang dần cạn kiệt.

Hình 1.1:Mức tiêu thụ năng lượng thế giới từ 1970 đến 2025

(đơn vị nghìn triệu triệu Btu)(4)

Nguồn năng lượng nào sẽ thay thế năng lượng hóa thạch đang là vấn đề quan trọng mà cộng đồng quốc tế cần chú ý Mặc dù đã có nhiều phương án và dự án năng lượng mới được triển khai để giải quyết tình trạng thiếu hụt năng lượng, nhưng các giải pháp này vẫn còn nhỏ lẻ và hạn chế ở một số quốc gia Những phương án này thường gặp phải nhược điểm lớn, và nếu áp dụng rộng rãi, có thể dẫn đến những hậu quả khó lường Trong khi đó, một số thế lực vì lợi ích cục bộ vẫn ưu tiên sử dụng vũ lực để chiếm giữ các vùng lãnh thổ giàu tiềm năng, gây ra xung đột và chiến tranh Những "cuộc chiến dầu mỏ" sẽ tiếp tục diễn ra, đe dọa hòa bình và an ninh toàn cầu.

Giải quyết cuộc khủng hoảng năng lượng hiện nay là một thách thức lớn, đòi hỏi chúng ta phải đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thế giới trong khi vẫn đảm bảo các mục tiêu phát triển bền vững Điều này đặc biệt quan trọng để bảo vệ môi trường, đảm bảo an ninh lương thực cho hơn 8 tỷ người và duy trì hòa bình thế giới, vốn đang rất mong manh.

Hình 1.2: Mức tiêu thụ các dạng năng lượng trên thế giới [4]

Giải pháp nào để giải quyết cuộc khủng hoảng?

Trước cuộc khủng hoảng năng lượng toàn cầu, nhiều quốc gia và tổ chức khu vực đã tích cực tìm kiếm giải pháp ứng phó Các nhà phân tích nhận định rằng việc gây áp lực lên OPEC để tăng sản lượng dầu chỉ là biện pháp tạm thời Do đó, các quốc gia đang tìm kiếm nguồn năng lượng mới, khuyến khích tiết kiệm nhiên liệu và giải quyết các xung đột nóng Tuy nhiên, mỗi giải pháp đều có những hạn chế và đòi hỏi thời gian cũng như nguồn lực tài chính.

Giải pháp đa dạng hóa các nguồn cung cấp năng lượng đang được thế giới chú trọng, bao gồm năng lượng hạt nhân, tái sinh và sinh học Mặc dù năng lượng hạt nhân hiện có 32 quốc gia với 441 tổ máy, cung cấp 16,4% sản lượng điện toàn cầu, nhưng vẫn tồn tại nhiều nhược điểm lớn Năng lượng hạt nhân đóng vai trò quan trọng trong chiến lược an ninh năng lượng của nhiều quốc gia, như Pháp (80%), Hàn Quốc (46%), Nhật Bản và Mỹ (25%), và Nga (16%) Tuy nhiên, những rủi ro như sự cố an toàn, khả năng bị khủng bố quốc tế lợi dụng, và yêu cầu về tài chính và công nghệ để xây dựng nhà máy hạt nhân là những thách thức lớn mà các quốc gia phải đối mặt.

Năng lượng tái sinh đang trở thành ưu tiên của nhiều quốc gia, với ít nhất 45 nước hiện đang sử dụng và 60 nước có chương trình phát triển năng lượng tái sinh Đến năm 2010, các quốc gia muốn giảm phụ thuộc vào nguyên liệu hóa thạch dự kiến sẽ nhận được 30% sản lượng điện từ nguồn năng lượng này, trong đó Áo, Thụy Điển và Latvia có tỷ lệ cao hơn mức trung bình toàn cầu Tuy nhiên, năng lượng tái sinh cũng gặp nhiều thách thức, như sự khan hiếm nguồn nước ảnh hưởng đến phát triển thủy điện, và các nguồn năng lượng gió, mặt trời phụ thuộc vào điều kiện thời tiết không ổn định, gây khó khăn trong việc sản xuất điện một cách đồng đều.

Năng lượng sinh học, bao gồm sản xuất ê-ta-nôn và dầu diezen từ dầu cọ và lương thực, được coi là một dạng "năng lượng xanh" Loại năng lượng này ít thải ra khí carbon, giúp giảm thiểu hiệu ứng nhà kính và bảo vệ môi trường.

Giải pháp sản xuất diêzen sinh học đang gặp phải sự phản đối mạnh mẽ từ các nhà khoa học và bảo vệ môi trường, do việc này sẽ chiếm dụng một diện tích đất canh tác đáng kể, dự kiến sẽ tăng từ 1% hiện tại lên 3,5% vào năm 2030, dẫn đến giảm sản lượng lương thực trong bối cảnh khủng hoảng lương thực toàn cầu Trong khi hàng tỉ người đang thiếu đói, việc hàng triệu tấn lương thực được sử dụng làm nhiên liệu là điều không thể chấp nhận Hơn nữa, việc phá rừng để trồng cây nguyên liệu, đặc biệt là cây cọ, gây ra những tác động nghiêm trọng đến môi trường, như ở đảo Bô-rơ-nê-ô (In-đô-nê-xi-a), nơi hàng ngàn héc-ta rừng đã bị tàn phá, làm thay đổi hệ sinh thái và tạo ra khói bụi dày đặc kéo dài hàng tháng Nghiên cứu cho thấy In-đô-nê-xi-a đứng thứ ba thế giới về lượng khí thải carbon, chỉ sau Mỹ và Trung Quốc, dẫn đến việc Ủy ban Nghị viện châu Âu đã kiến nghị cấm tất cả nhiên liệu sinh học làm từ dầu cọ Các nhà hoạt động bảo vệ môi trường quốc tế cũng đã ngăn chặn thành công một dự án trồng cây cọ trị giá 8 tỉ USD tại In-đô-nê-xi-a.

Tiết kiệm năng lượng là một giải pháp ưu tiên hàng đầu, đặc biệt tại Nhật Bản, nhưng không thể giảm thiểu nhu cầu ngày càng tăng về năng lượng toàn cầu Do đó, cần tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế cho dầu lửa, than đá và khí đốt mà không gây tác động tiêu cực đến môi trường và an ninh Giải pháp cho vấn đề này vẫn đang chờ được khám phá.

Thế giới hiện đang đối mặt với những thách thức năng lượng ngày càng nghiêm trọng, với tình trạng cạn kiệt trữ lượng dầu, khí đốt và than đá dễ khai thác dưới lòng đất Những vấn đề này không chỉ trở nên cấp bách trên bề mặt trái đất mà còn ảnh hưởng sâu sắc đến nguồn tài nguyên thiên nhiên của chúng ta.

Trên toàn cầu, những sai lầm trong tính toán của con người và các yếu tố địa chính trị đang làm hạn chế sản xuất và khả năng cung ứng năng lượng Với những vấn đề ngày càng trầm trọng hơn cả trên mặt đất lẫn dưới lòng đất, triển vọng năng lượng trở nên ngày càng u ám.

Cuộc khủng hoảng năng lượng đang trở nên nghiêm trọng, đòi hỏi chúng ta phải nhận thức rằng việc giữ nguyên sản lượng năng lượng không phải là giải pháp khả thi Để đáp ứng nhu cầu khổng lồ từ các cường quốc công nghiệp như Hoa Kỳ và sự khát dầu của các nền kinh tế đang phát triển như Trung Quốc, sản lượng dầu khí toàn cầu cần phải tăng trưởng đáng kể hàng năm Theo dự báo của Bộ Năng Lượng Hoa Kỳ (DOE), sản lượng toàn cầu sẽ phải được điều chỉnh để phù hợp với mức tiêu thụ ngày càng tăng.

Đến năm 2025, nhu cầu năng lượng toàn cầu dự kiến sẽ tăng trưởng 29% lên 640 triệu tỉ BTU (640 quadrillion British thermal units) Đây là điều kiện quan trọng ảnh hưởng đến kinh tế thế giới hiện tại và trong tương lai.

Kể từ năm 2011 nhân loại đang đứng trước ba vấn đề lớn về năng lượng:

- Năng lƣợng hạt nhân đang trên đà tuột dốc

Năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng địa nhiệt, được xem là cứu cánh cho tương lai của con người Với tiềm năng phát triển lớn, năng lượng địa nhiệt không chỉ hiệu quả về kinh tế mà còn thân thiện với môi trường Mặc dù trước đây bị hạn chế về mặt địa lý, các tiến bộ khoa học kỹ thuật đã mở rộng khả năng khai thác nguồn năng lượng này Địa nhiệt, với hơn 70 năm lịch sử khai thác, đã đạt công suất hàng trăm MW trong sản xuất điện và sử dụng trực tiếp trong suốt 4 thập kỷ qua Tính đến năm 2000, năng lượng địa nhiệt đã được áp dụng tại 58 quốc gia, sản xuất 49 TWh điện và 51 TWh cho mục đích sử dụng trực tiếp mỗi năm.

Hình 1.3:Tình hình khai thác địa nhiệt trên thế giới hiện nay (nguồn WEC 2012)[4]

Báo cáo của Hettrer cho thấy công suất lắp đặt địa nhiệt điện đã tăng trưởng 43% từ năm 2000 đến 2005 Nếu tốc độ tăng trưởng này duy trì ở mức 20% mỗi 5 năm, sản lượng địa nhiệt điện có thể đạt 80 TWh vào năm 2010 và 120 TWh vào năm 2020 Đối với sản lượng sử dụng trực tiếp địa nhiệt, với tốc độ tăng trưởng 44% như giai đoạn 1995-2000, sản lượng này dự kiến sẽ đạt 100 TWh vào năm 2010 và 200 TWh vào năm 2020 Sự phát triển gần đây của ứng dụng bơm địa nhiệt từ lòng đất mở ra cơ hội mới trong việc tận dụng nhiệt từ trái đất, cho thấy tiềm năng tăng trưởng cao trong ứng dụng địa nhiệt trực tiếp.

Tổng quan về MHD và các kết quả đã nghiên cứu

Máy phát điện MHD là một hệ thống chuyển đổi nhiệt năng và động năng thành điện năng dựa trên nguyên lý thủy động học Điểm mạnh của MHD là khả năng hoạt động ở nhiệt độ cao mà không cần các chi tiết bôi trơn Khí thải từ hệ thống MHD thường là plasma nóng, có thể tái sử dụng cho các hệ thống nhiệt điện truyền thống như tuabin khí và tuabin hơi nước Hơn nữa, MHD cũng có thể hoạt động hiệu quả với nguồn nhiệt cấp thấp khi sử dụng kim loại lỏng để phát điện.

Công nghệ MHD đang phát triển mạnh mẽ tại Nhật Bản, Mỹ và Pháp, nơi có nền khoa học kỹ thuật tiên tiến và các nhà máy điện hạt nhân phù hợp để áp dụng công nghệ này Trong khi đó, nghiên cứu về máy phát MHD ở Việt Nam vẫn còn ở giai đoạn sơ khai, chủ yếu dựa trên lý thuyết Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu kết hợp máy phát MHD với các chu trình nhà máy điện đã được thực hiện nhằm nâng cao hiệu suất Một số công trình kỹ thuật giá trị bao gồm nâng cao hiệu suất MHD trong nhà máy nhiệt điện, kết hợp MHD với năng lượng mặt trời, nghiên cứu MHD cho động cơ đẩy tàu thuyền và bơm vi điện cơ MHD.

Mặc dù máy phát MHD có nhiều ưu điểm, nhưng vẫn chưa được áp dụng rộng rãi trong sản xuất điện năng quy mô lớn do các vấn đề kỹ thuật và chi phí cao hơn so với tuabin khí Máy phát MHD chu trình hở thường sử dụng nguyên liệu hóa thạch và kết hợp với tuabin hơi, được nghiên cứu từ những năm 60 Trong khi đó, máy phát MHD chu trình kín hoạt động với nguồn nhiên liệu từ phản ứng hạt nhân Với khả năng hoạt động ở nhiệt độ rất cao, MHD có tiềm năng trở thành chu trình tối ưu để nâng cao hiệu suất cho các tuabin khí, đặc biệt trong các hệ thống chu trình kết hợp.

Dưới đây là một số báo cáo khoa học tiêu biểu đã được công bố, tạo cơ sở vững chắc cho việc thực hiện đề tài này.

- Phát triển khả thi trong chuyển đổi năng lượng sử dụng máy phát từ thủy động lực học kim loại

Raj Kumar Kapooria from the National Institute of Technology Kurukshetra and the Department of Mechanical Engineering at Brcm C.E.T has conducted a study on energy conversion using liquid metal magnetohydrodynamics (LM MHD) The research focuses on the application of LM MHD generators powered by low-grade thermal energy sources, including waste heat and geothermal energy Utilizing the OMACON LM MHD model in conjunction with a closed-loop Rankine cycle, the analysis reveals promising results in terms of energy efficiency.

- Hiệu suất nhà máy địa nhiệt: đánh giá toàn cầu

Hyungsul Moon and Sadiq J Zarrouk “Efficiency of geothermal power plants: a worldwide review“Department of Engineering Science, University of Auckland, New Zealand

Bài viết đánh giá hiệu suất của các mô hình phát điện địa nhiệt hiện có, thông qua các phép tính về hiệu quả năng lượng của từng loại mô hình Kết quả cho thấy tính khả thi của các mô hình này là rất cao, đặc biệt là đối với các quốc gia đang phát triển.

Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu mô hình máy phát MHD và chu trình địa nhiệt điện

Nghiên cứu hệ thống kết hợp máy phát MHD phát điện sử dụng nguồn nhiệt từ năng lƣợng địa nhiệt.

Nhiệm vụ của đề tài

Đề xuất mô hình kết hợp máy phát MHD phát điện sử dụng nguồn nhiệt từ địa nhiệt để tạo thêm nguồn năng lƣợng cho cuộc sống

Phân tích hiệu suất mô hình kết hợp từ đó so sánh mô hình hiện có thể hiện tính tối ƣu của hệ thống nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu

- Đọc, nghiên cứu các tài liệu

Do tình hình nghiên cứu hệ thống phát điện ở nước ta vẫn còn ở giai đoạn sơ khai và chưa đủ điều kiện thực nghiệm, tác giả đã lựa chọn phương pháp nghiên cứu cấu trúc và mô phỏng Phân tích quá trình cân bằng nhiệt được thực hiện dựa trên các mô hình toán học, từ đó rút ra những kết luận quan trọng.

- Sử dụng phần mềm MATLAB để mô phỏng và biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số trong sơ đồ phân tích.

Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về MHD

- Khảo sát hệ thống địa nhiệt truyền thống và hệ thống LMMHD sử dụng năng lƣợng địa nhiệt.

Giới hạn của đề tài

- Không phân tích cấu tạo máy phát MHD

- Không phân tích sâu hệ thống địa nhiệt điện

- Không phân tích lưu chất làm việc của MHD

- Không có điều kiện để thực nghiệm nên chủ yếu dựa trên phân tích quá trình nhiệt động lực học.

Điểm mới của đề tài

- Kết hợp hệ thống địa nhiệt với máy phát MHD để phát điện

Phân tích T-S giúp xác định năng lượng các khối trong chu trình, từ đó tính toán hiệu suất của nhà máy điện địa nhiệt Dựa trên kết quả phân tích, có thể đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao hiệu suất hoạt động của nhà máy.

Giá trị thực tiễn

Đề tài “Nghiên cứu hệ thống phát điện MHD kết hợp với địa nhiệt điện” nhằm tạo cơ sở cho việc lập kế hoạch xây dựng nhà máy địa nhiệt điện hiệu suất cao, phù hợp với điều kiện địa lý, nguồn nhân lực và tiềm lực kinh tế của đất nước.

- Tạo ra mô hình nhà máy điện mới sử dụng năng lƣợng địa nhiệt điện với hiệu suất cao góp phần cải thiện môi trường thiên nhiên.

Bố cục

Luận văn bao gồm 5 chương cụ thể như sau

Khủng hoảng năng lượng đang trở thành một thách thức lớn trong tương lai gần, đòi hỏi các giải pháp bền vững Nguồn năng lượng địa nhiệt được xem là một lựa chọn khả thi, với tiềm năng kết hợp hiệu quả cùng máy phát MHD để tối ưu hóa sản xuất điện Nghiên cứu này nhằm mục đích phân tích và đánh giá ý nghĩa của năng lượng địa nhiệt trong bối cảnh khủng hoảng năng lượng, đồng thời chỉ ra những giới hạn và bố cục của đề tài để cung cấp cái nhìn toàn diện về vấn đề này.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Tổng quan về năng lượng địa nhiệt và các phương pháp khai thác sử dụng

Năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng được khai thác từ nhiệt độ bên trong lòng Trái Đất, phát sinh từ quá trình hình thành hành tinh, sự phân hủy phóng xạ của khoáng vật và năng lượng mặt trời hấp thụ tại bề mặt.

Hình 2.1:Hệ thống địa nhiệt lý tưởng [1]

Năng lượng địa nhiệt, đã được sử dụng từ thời La Mã cổ đại cho mục đích nung và tắm, hiện nay chủ yếu được ứng dụng trong sản xuất điện Đến năm 2007, thế giới đã lắp đặt khoảng 10 GW công suất điện địa nhiệt, đáp ứng 0,3% nhu cầu điện toàn cầu Ngoài ra, có thêm 28 GW công suất nhiệt địa nhiệt trực tiếp được sử dụng cho các mục đích như sưởi ấm, spa, quy trình công nghiệp, lọc nước biển và nông nghiệp tại một số khu vực.

Năng lượng địa nhiệt là nguồn năng lượng hiệu quả về kinh tế, khả thi và thân thiện với môi trường, mặc dù trước đây bị giới hạn về mặt địa lý gần các ranh giới kiến tạo mảng Tuy nhiên, nhờ vào các tiến bộ khoa học kỹ thuật gần đây, phạm vi và quy mô của các tài nguyên này đã được mở rộng, đặc biệt trong các ứng dụng trực tiếp như sưởi ấm cho hộ gia đình Các giếng địa nhiệt thường thải ra khí nhà kính từ dưới lòng đất, nhưng mức phát thải này thấp hơn nhiều so với việc đốt nhiên liệu hóa thạch truyền thống Công nghệ này có tiềm năng giảm thiểu sự nóng lên toàn cầu nếu được triển khai rộng rãi.

Năng lượng địa nhiệt được hình thành từ các phản ứng phóng xạ hạt nhân của các nguyên tố phóng xạ nặng như thorium (Th), protactinium (Pa) và uranium (U) trong lòng đất Đây chính là nguồn nhiệt chủ yếu của năng lượng địa nhiệt.

Nhiệt năng trên Trái Đất được tích tụ thông qua việc hấp thụ năng lượng mặt trời bởi lớp vỏ trái đất Ngoài ra, năng lượng địa nhiệt còn phát sinh từ ma sát giữa hai mảnh vỏ Trái Đất khi chúng dịch chuyển, với một mảnh trượt trên mảnh kia.

Một phần lớn nhiệt lượng trong lòng Trái Đất được hình thành cách đây 4,5 tỷ năm từ quá trình tạo thành hành tinh, khi Trái Đất bắt đầu từ một khối cầu vật chất nóng chảy và nguội dần Phần còn lại của nhiệt lượng này là do sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ trong lõi Trái Đất Theo nguyên lý tuần hoàn nhiệt, dòng nhiệt di chuyển từ lõi ra ngoài vỏ, từ nơi có nhiệt độ cao đến nơi có nhiệt độ thấp.

Quá trình kiến tạo mảng đã chia vỏ Trái Đất thành 12 mảng lớn, di chuyển với tốc độ vài cm/năm Khi các mảng va chạm, một mảng có thể chìm xuống mảng khác, tạo ra trũng đại dương và gây ra động đất Tại các đới hội tụ, nhiệt độ tăng cao đủ để nung chảy đất đá, hình thành magma Magma với mật độ thấp hơn sẽ di chuyển lên trên, mang theo nhiệt lượng Đôi khi, magma phun trào qua các điểm yếu của vỏ Trái Đất, tạo ra lava tại miệng núi lửa, nhưng phần lớn magma vẫn được giữ lại trong vỏ, làm nóng đất đá và nước ngầm.

Hình 2.2:Nhà máy trong tổ hợp Điện địa nhiệt Geysers, California, Mỹ [5]

2.1.2 Các phương pháp khai thác, sử dụng năng lượng địa nhiệt a Sử dụng trực tiếp

Khai thác địa nhiệt tầng nông là quá trình sử dụng nhiệt từ đất ở độ sâu từ 1 đến 150m dưới bề mặt Với sự hỗ trợ của công nghệ tiên tiến như máy bơm nhiệt, máy thu tích nhiệt, và giếng nước ngầm, nhiệt độ tầng nông, mặc dù chênh lệch không lớn so với nhiệt độ không khí, vẫn có thể được khai thác hiệu quả Điều này giúp cung cấp sưởi ấm vào mùa đông và làm mát vào mùa hè cho các công trình như văn phòng, trường học, nhà trẻ, trạm y tế và siêu thị.

Gần 80% nhiệt lượng cho sưởi ấm và làm mát tòa nhà được khai thác từ nguồn năng lượng trong lòng đất, giúp giảm thiểu khí thải CO2 và không ảnh hưởng đến khí hậu toàn cầu Bài báo cáo này sẽ giới thiệu công nghệ bơm địa nhiệt, phân tích khía cạnh kinh tế và tác động môi trường, cũng như xu thế phát triển Bơm địa nhiệt, hay bơm nhiệt từ lòng đất, là một kỹ thuật năng lượng hiệu suất cao, ngày càng phổ biến trong hộ gia đình và công sở, với khả năng điều hòa nhiệt độ và cung cấp nước nóng Lợi ích lớn nhất của kỹ thuật này là khả năng tận dụng nhiệt từ thiên nhiên thay vì tạo nhiệt từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch, góp phần bảo vệ môi trường.

Bước 1 : Xác định nguồn địa nhiệt đáp ứng yêu cầu sản xuất

Bước 2 : Tạo các giếng khoan, bơm nước lạnh xuống và đưa nước nóng, hơi nước lên để cung cấp năng lượng nhiệt

Bước 3 : Dẫn nước nóng và hơi nước qua bộ phận tách hơi nước

Bước 4 : Hơi nước làm quay tuabin, máy phát điện sinh ra dòng điện

Bước 5 : Lưu trữ và truyền tải điện năng

Bước 6 : Dẫn nước lạnh trở lại chu trình hoạt động ban đầu

Hiện nay có hai hướng khai thác:

Khai thác năng lượng địa nhiệt bằng cách lấy hơi nước và nước nóng từ các hồ nằm sâu dưới lòng đất là một phương pháp hiệu quả Quá trình này bao gồm việc khoan và tạo ra các giếng để bơm hơi nước và nước nóng lên bề mặt, từ đó sản xuất điện năng.

Các chuyên gia nghiên cứu và xác định các khu vực có lớp đất đá tích tụ nhiệt cao để phát triển điện năng từ hồ địa nhiệt Sau khi tìm thấy lớp đất đá thích hợp ở độ sâu 5.000-10.000 feet (1,5 – 3 km), họ tiến hành khoan và tạo ra các vết nứt bằng áp lực lớn Nước lạnh sau đó được bơm xuống, làm nóng nhờ lớp đá, và cuối cùng được bơm lên qua cột khoan để sản xuất điện năng.

2.1.3 Phân loại các nguồn năng lương địa nhiệt

Có 4 loại nguồn địa nhiệt chính sau: a Nguồn nước nóng

Nguồn nước nóng là nước bị nung nóng dưới áp suất cao, thường xuất hiện trong các tầng đá xốp hoặc khe nứt của đá, được giữ lại bởi lớp đá đặc kín không thấm Những nguồn nước nóng chất lượng cao chủ yếu chứa hơi nước, có thể lẫn một ít nước, hoặc hoàn toàn là hơi với nhiệt độ vượt quá 240°C Nguồn áp suất địa nhiệt là một phần quan trọng trong hệ thống này.

Các nguồn nước muối chứa khí metan (CH4) hòa tan được hình thành dưới áp suất cao trong các tầng trầm tích sâu, được bao bọc bởi lớp đất sét và trầm tích không thấm nước Áp suất tại các nguồn này dao động từ 34MPa đến 140MPa, với độ sâu từ 1500m đến 15000m Nhiệt độ của các nguồn áp suất địa nhiệt thường nằm trong khoảng 90 đến 200°C.

Năng lượng địa nhiệt từ các khối đá nóng có nhiệt độ từ 90°C đến 650°C thường chứa ít hoặc không có nước nóng do có thể bị nứt gãy Để khai thác nguồn năng lượng này, người ta khoan sâu vào tầng đá và tạo ra các nứt gãy nhân tạo, sau đó sử dụng chất lỏng làm chất vận chuyển nhiệt để thu nhiệt Tuy nhiên, việc khai thác năng lượng địa nhiệt từ các nguồn đá nóng khô gặp nhiều khó khăn và hiệu quả kinh tế không cao so với các nguồn địa nhiệt khác.

Máy phát điện từ thủy động lực (MHD)

2.2.1 Nguyên lý làm việc của máy phát điện MHD

Máy phát điện từ thủy động lực học (máy phát MHD) chuyển đổi nhiệt năng và động năng trực tiếp thành điện năng dựa trên nguyên lý từ thủy động học Hệ thống này hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ cao và không yêu cầu bôi trơn các chi tiết Khí thải từ máy phát MHD thường là plasma nóng, có thể tái sử dụng để cung cấp nhiệt cho các hệ thống nhiệt điện truyền thống như máy phát điện hơi nước.

Máy phát điện MHD sử dụng chuyển động của dòng chất lỏng dẫn điện hoặc plasma để tạo ra điện năng, hoạt động dựa trên định luật Lorentz.

Máy phát MHD hoạt động theo nguyên lý mà điện tử di chuyển từ lưu chất ở một vách của điện cực đến tải mạch ngoài, rồi trở lại điện cực ở vách đối diện, tạo thành một mạch điện kín Do đó, dòng điện trong máy phát từ thủy động lực học là dòng một chiều, có khả năng cung cấp trực tiếp cho tải ngoài hoặc kết nối với biến tần để chuyển đổi thành dòng điện xoay chiều.

Hiệu ứng nhiệt động lực học có thể được tạo ra từ các điện tử trong kim loại lỏng như thủy ngân hoặc natri, cũng như từ khí nóng chứa các ion và điện tử tự do.

Trong cả hai trường hợp, điện tử có tính lưu động cao, cho phép các nguyên tử và ion di chuyển trong khi vẫn duy trì tổng lượng điện tích trung hòa Sự cân bằng này được thiết lập nhờ vào lực tĩnh điện.

Các máy phát điện hoạt động theo chu trình Brayton, có hiệu suất tương đương với chu trình Carnot trong điều kiện lý tưởng Hiệu suất này phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ giữa nguồn nóng và nguồn lạnh Đặc biệt, các máy phát từ thủy động học có khả năng hoạt động ở nhiệt độ nguồn nóng rất cao.

Hình 2.4:So sánh hoạt động máy phát điện từ thủy động lực học (B) với máy phát điện truyền thống (A) [6]

Để tối ưu hóa hoạt động của các mô hình điều khiển máy tính tại nhà máy điện quy mô lớn, cần tăng tính dẫn điện của chất dẫn điện bằng cách điều chỉnh nhiệt độ khí đến trạng thái plasma hoặc bổ sung các chất dễ ion hóa như muối kim loại kiềm Việc triển khai máy phát từ thủy động lực học cần xem xét các yếu tố như hiệu suất, tính kinh tế và sản phẩm phụ không độc hại, tất cả đều phụ thuộc vào sự lựa chọn giữa bốn thiết kế máy phát điện: máy phát điện Faraday, máy phát điện Hall, máy phát điện cực chéo và máy phát đĩa.

Các phương trình cơ bản của máy phát MHD [6]

Phương trình động lực học: du dp 0 u JB dx dx

Phương trình tính liên tục:

Mật độ dòng đƣợc đƣa ra bởi định luật Ohm khi áp dụng cho một máy phát MHD:

Máy phát điện Faraday, được đặt theo tên Michael Faraday, người đầu tiên khám phá các hiệu ứng điện từ, hoạt động dựa trên nguyên lý dòng điện trong từ trường Thiết bị này thường bao gồm một ống hình chữ V làm từ vật liệu không dẫn điện, nơi chất lỏng dẫn điện chảy qua Khi chất lỏng này di chuyển trong một từ trường vuông góc đáng kể, nó tạo ra một khoản hao phí, từ đó có thể sinh ra năng lượng điện bằng cách đặt các điện cực ở hai bên, vuông góc với đường sức từ trường Tuy nhiên, việc sử dụng máy phát điện Faraday có một số hạn chế về mật độ và loại hình trường từ.

Lượng điện năng khai thác tỷ lệ thuận với diện tích mặt cắt ngang của ống và tốc độ dòng chảy Quá trình này cũng làm lạnh và làm chậm chất dẫn điện Máy phát thường giảm nhiệt độ của chất dẫn điện từ nhiệt độ plasma xuống chỉ còn hơn 1000°C.

Hình 2.5:Máy phát Faraday điện cực phân đoạn [6]

Một trong những giải pháp phổ biến để tạo ra dòng chảy trong chất lỏng là sử dụng hiệu ứng Hall Thông thường, các mảng điện ngắn được đặt dọc theo hai bên ống, với các điện cực đầu tiên và cuối cùng nằm trong ống dẫn tải Mỗi điện cực được đặt đối diện nhau, giúp hạn chế dòng điện của máy phát Faraday, từ đó tạo ra một từ trường mạnh mẽ trong chất lỏng Trường cảm ứng thứ cấp này làm cho dòng chảy điện hình thành một hình dạng vồng giữa các điện cực đầu tiên và cuối cùng.

Máy phát điện này tiêu thụ ít năng lượng hơn so với máy phát điện Faraday và cung cấp điện áp cao hơn nhờ vào việc giảm thiểu hiện tượng ngắn mạch của dòng điện Tuy nhiên, thiết kế của nó gặp khó khăn do tốc độ dòng nguyên liệu yêu cầu các điện cực ở giữa phải được điều chỉnh để "bắt" các dòng Faraday Khi tải thay đổi, tốc độ dòng chảy cũng thay đổi, dẫn đến sự lệch hướng của dòng điện Faraday so với vị trí điện cực dự kiến, làm giảm hiệu suất của máy phát điện và khiến nó trở nên nhạy cảm với thay đổi tải.

2.2.4 Máy phát điện cực nối chéo

Gần đây, cấu hình máy phát đã chuyển sang cách nối chéo các điện cực dọc theo các mặt đẳng thế với góc nghiêng tan  E y / E x , trong khoảng /20 so với vectơ uxB Nếu cấu hình này lý tưởng, dòng điện Hall sẽ bằng 0 và điện áp giữa các cặp điện cực đối diện sẽ tương tự như của máy phát Faraday Với sự kết nối chéo, toàn bộ mạch là sự kết nối nối tiếp của nhiều điện cực của máy phát Faraday, với điện áp đầu ra tương đối cao được lấy từ cực đầu tiên và cuối cùng của dãy nối tiếp Đặc tính của máy phát nối chéo nằm giữa máy phát Hall và máy phát Faraday.

Hình 2.7:Máy phát điện cực chéo [6]

Hiện nay, máy phát đĩa hiệu ứng Hall là thiết kế hiệu quả nhất, mang lại hiệu suất và mật độ năng lượng cao cho các máy phát từ thủy động lực học Thiết kế này bao gồm một đĩa với chất lỏng chảy qua trung tâm và một ống bọc quanh các cạnh Lĩnh vực kích thích từ tính được tạo ra bởi cặp cuộn dây Helmholtz đặt ở trên và dưới đĩa Dòng điện Faraday được triệt tiêu hoàn toàn xung quanh chu vi của đĩa, trong khi hiệu ứng dòng điện Hall được quan sát giữa các điện cực vòng gần trung tâm và điện cực vòng gần ngoại vi.

Lưu chất cho máy phát điện MHD hoạt động

Ion hóa là quá trình mà các nguyên tử hoặc phân tử trung hòa về điện nhận thêm hoặc mất đi electron, tạo thành các ion âm hoặc dương Ion dương hình thành khi nguyên tử hấp thụ năng lượng đủ lớn để giải phóng electron, những electron này được gọi là electron tự do.

Năng lượng ion hóa là năng lượng cần thiết để tạo ra ion âm khi một electron tự do va chạm với nguyên tử trung hòa Khi electron bị giữ lại bởi nguyên tử, nó không còn đủ năng lượng để thoát ra, dẫn đến sự hình thành ion âm Trong điều kiện bình thường, không khí chứa các nguyên tử và phân tử trung hòa, do đó được coi là chất điện môi Tuy nhiên, khi không khí bị đốt nóng, nó trở nên dẫn điện do sự xuất hiện của các hạt mang điện như ion dương và ion âm Năng lượng ion hóa trong trường hợp này chính là nhiệt năng, có thể được tạo ra từ nhiều nguồn như phản ứng hạt nhân, đốt than, hoặc tập trung ánh sáng mặt trời Để cải thiện độ dẫn điện của không khí, người ta thường bổ sung các khí như Argon và Helium.

2.3.2 Kim loại lỏng (Liquid Metal)

Kim loại lỏng là tên gọi của một nhóm hợp kim vô định hình được phát triển bởi nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ California (Caltech) và được tiếp thị thông qua công nghệ kim loại lỏng.

Hình 2.9: Kim loại lỏng NaK ở nhiệt độ phòng [7]

Hợp kim kim loại lỏng sở hữu nhiều tính năng vật liệu ưu việt, bao gồm sức mạnh liên kết cao, khả năng chống ăn mòn xuất sắc, độ phục hồi vượt trội và đặc tính chống mài mòn tốt Nhờ vào những đặc điểm này, hợp kim kim loại lỏng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như sản xuất đồng hồ và điện thoại cảm ứng.

Trong máy phát điện MHD, kim loại lỏng NaK, hợp kim của natri và kali, thường ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ phòng NaK là một hóa chất công nghiệp phản ứng mạnh với nước và có nguy cơ cháy khi tiếp xúc với không khí, do đó cần được xử lý cẩn thận So với khí ion hóa, kim loại lỏng NaK có ưu điểm là dẫn điện tốt hơn và hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ thấp hơn trong chu trình MHD Ngoài ra, khả năng kết hợp với năng lượng địa nhiệt để phát điện cũng cho thấy tiềm năng lớn.

2.3.3 Máy phát MHD sử dụng kim loại lỏng

Những nỗ lực đã được thực hiện để thay thế nhiên liệu đốt khí trong máy phát điện MHD bằng kim loại lỏng (Liquid Metal - LM), dẫn đến chế độ MHD kim loại lỏng (LMMHD) Kim loại lỏng, với đặc tính không nén, có độ dẫn điện cao gấp khoảng 10^6 lần so với khí ion hóa ở nhiệt độ thấp Việc sử dụng kim loại lỏng thích hợp cho phép sản xuất điện năng hiệu quả, đồng thời tránh được những vấn đề liên quan đến việc yêu cầu vận tốc khí, nhiệt độ cao, áp suất và lưu lượng cho khí ion hóa trong quá trình sản xuất điện MHD.

Nghiên cứu và phát triển hệ thống chuyển đổi năng lượng LMMHD bắt đầu từ những năm 1960, dẫn đến việc phát triển nhiều khái niệm và xây dựng thử nghiệm một số hệ thống Trong các máy phát điện LMMHD, kim loại lỏng được sử dụng như một chất lỏng làm việc, được làm nóng trực tiếp hoặc gián tiếp để lưu thông qua các kênh MHD.

Hình 2.10: Cấu hình hệ thống phát điện LMMHD EC OMACON [7]

Hệ thống LMMHD cơ bản gồm hai ống kết nối tạo thành hệ thống kín, với máy trộn ở dưới cùng ống dẫn lên và máy phát điện MHD một chiều tại vị trí ống dẫn xuống Chất lỏng hơi hoặc khí được đưa vào máy trộn ở nhiệt độ và áp suất thích hợp, tạo ra chất lỏng hai pha với nồng độ thấp hơn Chất lỏng này tạo dòng chảy, tách khí qua quá trình giãn nở từ áp lực cao trong máy trộn sang áp suất thấp trong thiết bị tách, thúc đẩy chuyển động chất lỏng và giảm nồng độ Dòng khí được thu hồi từ thiết bị tách, tạo ra dòng chảy LM trở lại ống dẫn xuống Sự chênh lệch áp suất và mật độ giữa hai ống dẫn làm cho LM di chuyển qua máy phát điện MHD, tạo ra điện Tốc độ dòng chảy tự điều chỉnh để cân bằng chênh lệch mật độ và tổn thất ma sát, đảm bảo hiệu suất của máy phát MHD.

LMMHD có khả năng tận dụng nguồn nhiệt từ địa nhiệt và chất thải hạt nhân, chuyển đổi nhiệt năng thành động năng cho các LM Điều này tạo ra nhiều chu kỳ làm việc liên quan đến cả một pha và hai pha dòng chảy chất lỏng.

Tiềm năng địa nhiệt điện ở Việt Nam

Ở Việt Nam, theo khảo sát và đánh giá của các nhà khoa học, hiện có khoảng

Việt Nam có 264 nguồn suối nước nóng phân bố đều trên toàn quốc, như Kim Bôi-Hòa Bình, Thạch Bích-Quảng Ngãi, và Bình Châu-Bà Rịa-Vũng Tàu, với nhiệt độ trung bình từ 70-100°C ở độ sâu 3km Ông Tạ Hường, Phó Chủ tịch Hội Nhiệt Việt Nam, cho biết nước ta có tiềm năng địa nhiệt trung bình so với thế giới Nguồn năng lượng này có ưu điểm phân bố rộng rãi, cho phép sử dụng ở nhiều địa phương như Phú Thọ, Quảng Bình và Quảng Trị.

Chính phủ đã phê duyệt cấp phép đầu tư cho việc xây dựng Nhà máy Điện địa nhiệt đầu tiên tại Đakrông, Quảng Trị, với công suất dự kiến 25MW và tổng vốn đầu tư khoảng 50 triệu đô la Mỹ Dự án này không chỉ khai thác nguồn tiềm năng từ mỏ nước nóng tại địa phương mà còn góp phần nâng cao đời sống của cộng đồng dân tộc Vân Kiều Ngoài ra, Nhà máy Điện địa nhiệt còn hứa hẹn cải thiện môi trường xung quanh và tạo cơ hội phát triển bền vững cho khu vực.

Quyết định này đánh thức tiềm năng lớn về nguồn năng lượng sạch của Việt Nam, mở ra triển vọng khai thác và ứng dụng rộng rãi nguồn năng lượng này trong đời sống kinh tế xã hội Điều này không chỉ giải quyết bài toán kinh tế mà còn đảm bảo tính thân thiện với môi trường.

Việt Nam có sự phân bố vùng miền đa dạng, tuy nhiên, nhiệt độ ở đây không cao như ở nhiều khu vực khác, chủ yếu tập trung ở miền Trung.

Hình 2.11:Sơ đồ phân bố vị trí địa nhiệt ở miền Trung Bộ và Tây Nguyên [1]

Vị trí QN là các lỗ khoang thủy văn

Tại Việt Nam, địa nhiệt đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển, với nhà máy địa nhiệt điện đầu tiên được triển khai tại Hội Văn, Bình Định Theo kế hoạch phát triển nguồn điện từ nay đến năm 2020, tổng công suất lắp đặt địa nhiệt điện ước tính đạt 100 MW, chiếm 0,3% tổng công suất lắp đặt của cả nước.

Hình 2.12:Kết quả xác định các giá trị dòng nhiệt ở Trung bộ và Tây Nguyên [1]

XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỊA NHIỆT MHD

Các nhà máy địa nhiệt điển hình

Nhà máy điện địa nhiệt sử dụng hơi nước từ các hồ chứa nước nóng dưới bề mặt Trái đất để sản xuất điện Hơi nước này quay turbine, kích hoạt máy phát điện và tạo ra điện năng Có ba loại nhà máy địa nhiệt điện: hơi khô, hơi hóa nhiệt và chu kỳ phân chia.

Nhà máy điện hơi khô sử dụng nguồn nước ngầm để sản xuất hơi nước, được dẫn trực tiếp từ giếng ngầm vào tuabin phát điện Tại Hoa Kỳ, chỉ có hai nguồn tài nguyên hơi nước dưới lòng đất là The Geysers ở Bắc California và Công viên quốc gia Yellowstone ở Wyoming, nơi nổi tiếng với Geyser Old Faithful Do Yellowstone được bảo vệ khỏi sự phát triển, hiện nay các nhà máy điện hơi khô chỉ có mặt tại The Geysers.

Hình 3.1:Sơ đồ nhà máy địa nhiệt hơi khô [6]

3.1.2 Hơi hóa nhiệt (Flash steam)

Nhà máy điện hơi giãn sử dụng hồ chứa địa nhiệt với nhiệt độ trên 360°F (182°C), nơi nước nóng chảy lên qua giếng dưới áp lực Khi nước di chuyển lên, áp lực giảm khiến một phần nước sôi thành hơi nước Hơi nước này được tách ra và sử dụng để quay tuabin máy phát điện Nước còn lại và hơi nước ngưng tụ được bơm trở lại hồ chứa, tạo ra nguồn tài nguyên nước bền vững.

Hình 3.2:Sơ đồ nhà máy địa nhiệt hơi hóa nhiệt [6]

Nhà máy điện chu trình nhị phân hoạt động ở nhiệt độ thấp từ 225 - 360°F (107° - 182°C) bằng cách sử dụng nhiệt từ nước nóng để đun sôi một chất lỏng làm việc, thường là hợp chất hữu cơ có điểm sôi thấp Chất lỏng này được bay hơi trong bộ trao đổi nhiệt và quay tuabin, trong khi nước sau đó được tiêm trở lại vào lòng đất để được hâm nóng Quá trình này giữ cho nước và chất lỏng làm việc tách biệt, dẫn đến rất ít hoặc không có khí thải phát sinh.

Hiệu suất nhà máy địa nhiệt điện

Sản lượng điện cho một tua bin hơi nước được tính toán bằng cách sử dụng phương trình sau

Công suất tuabin hơi (W ST) được tính bằng công thức W st = η t × η g × m s × Δh, trong đó η t là hiệu suất tuabin, η g là hiệu suất máy phát điện, m s là tổng khối lượng hơi nước (kg/s) và Δh là sự khác biệt enthalpy giữa đầu vào và đầu ra (kJ/kg) Hiệu suất chuyển đổi cao nhất được ghi nhận là khoảng 21% tại hệ thống hơi Darajat, trong khi hiệu suất trung bình toàn cầu chỉ đạt khoảng 12% Sự áp dụng của cây nhị phân trong các nguồn tài nguyên có enthalpy thấp đã cho phép khai thác năng lượng từ chất lỏng với enthalpy thấp như 306 kJ/kg, dẫn đến hiệu suất chuyển đổi ròng khoảng 1%.

Xây dựng mô hình địa nhiệt điện truyền thống

Nước nóng địa nhiệt được xem là nguồn năng lượng tái tạo lý tưởng, trong đó chu trình Rankine là một hệ thống năng lượng quan trọng cần được chú ý Chúng ta sẽ tiến hành tính toán hiệu suất nhiệt của chu trình này để đánh giá khả năng sử dụng của nó.

- Nguồn nhiệt hoạt động: Được lấy từ nguồn nước nóng trong lòng đất cung cấp nhiệt cho chu trình với nhiệt độ từ 300 0 K đến 550 0 K

- Máy tách kiểu xoáy: Tách hơi và nước nóng ra hai phần, phần hơi được chuyển đi quay tuabin

- Tuabin hơi: Chuyển năng lượng của hơi nước thành điện năng

- Tháp làm mát: Giảm nhiệt độ của dòng nước sau khi qua tuabin hơi nước

- Bơm: Nhận năng lượng từ bộ điều phối năng lượng có nhiệm vụ đưa nước từ tháp giải nhiệt trở về lòng đất tiếp tục chu trình

- Bộ điều phối: Chuyển tải năng lượng lên lưới và cấp nguồn cho các thiết bị trong chu trình hoạt động

Từ các thiết bị trên ta có chu trình nhƣ sau:

Mô hình địa nhiệt truyền thống

Hình 3.4:Mô hình địa nhiệt truyền thống

Ta xem như quá trình đưa nước về đất gia nhiệt lại giống như đưa nước qua bộ trao đổi nhiệt để nhận năng lƣợng.

Phân tích các khối trong chu trình địa nhiệt truyền thống

3.4.1 Phân tích máy tách kiểu xoáy

Hình 3.5:Máy tách kiểu xoáy [12]

Máy tách kiểu xoáy có chức năng tách nước siêu lỏng thành hai phần hơi và lỏng riêng biệt Hơi nước với áp suất nhất định được sử dụng để quay tuabin phát điện Tuy nhiên, quá trình này có thể gây ra tổn thất về áp suất và nhiệt độ của hơi bão hòa khô khi đi qua máy tách xoáy.

Tháp giải nhiệt là thiết bị hiệu quả giúp giảm nhiệt độ nước bằng cách trích nhiệt và thải ra khí quyển thông qua quá trình bay hơi Nhờ vào sự bay hơi này, nước được làm mát đáng kể, mang lại hiệu quả năng lượng và chi phí cao hơn so với các thiết bị chỉ sử dụng không khí như bộ tản nhiệt ô tô.

Ta đơn giản hóa mô hình nhƣ sau:

Hình 3.7:Mô hình chu trình phát điện hơi nước

Nhiệt độ nước khi qua tháp sẽ giảm xuống bằng nhiệt độ môi trường do đó năng lƣợng thoát ra

Q L  h h với h 4 , h 1 là entropy tại nút 4 và 1

Q H là nhiệt lượng thu được qua bộ trao đổi nhiệt với nguồn nước nóng địa nhiệt

Q L là nhiệt lượng thải ra từ bộ ngưng tụ

W P là công của bơm nén

W T là công sinh ra (điện năng)

Ta phân tích entropy các nút trong chu trình:

Thông số bài toán tham khảo trong:

Fundamential of Thermoldynamic của VAN WYLEN

Với 1 Pa = 1 N/m 2 = 10 −5 bar = 10,197×10 −6 at = 9,8692×10 −6 atm h 3 = 184.36 Btu/lbm, s 3 = 0.402 Btu/lbm h 1 = 108.86 Btu/lbm, ν 1 = 0.01387 ft 3 /lbm

 Nồi hơi (bộ trao đổi nhiệt)

Năng lƣợng tuabin sinh ra:

Năng lƣợng mà ta thu đƣợc:

 Nhiệt độ tại các nút

Phân tích ta sẽ tìm đƣợc hiệu suất của chu trình.

TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG CÁC CHU TRÌNH

Chu trình địa nhiệt truyền thống

Thông số đầu vào của chu trình

Với 1 Pa = 1 N/m 2 = 10 −5 bar = 10,197×10 −6 at = 9,8692×10 −6 atm h 3 = 184.36 Btu/lbm, s 3 = 0.402 Btu/lbm h 1 = 108.86 Btu/lbm, ν 1 = 0.01387 ft 3 /lbm

 Nhiệt độ tại các nút

Kết quả sau khi tính toán bằng Matlab ta đƣợc :

WT = 8.2813 Btu/lbm , Wnet = 7.6100 Btu/lbm ,

1Btu xấp xỉ 1060 J /s mà ta có 1W=1J/s

 ht = 0.1017 hay 10,17% Đồ thị Ts

Hình 4.1:Đồ thị Ts của mô hình địa nhiệt truyền thống

Mô hình địa nhiệt điện kết hợp MHD

Bộ trộn Bộ tách Máy phát MHD

P ref =1,03.10 5 Pa ΔT tron =5 Πtron=3.5 ΔT tach =5 ΔTTDN 50 Π tach =2.5 η EE =0.3 ηMHD=0.8 ΔQ MHD =0.005

Bảng 4.1 Dữ liệu đầu vào các thiết bị

Thông số của tháp giải nhiệt

Thông số của kim loại lỏng Πbom=4 τc=1.25 Πbom dt=2.5 τc=1.2 Πgiainhiet=2.5 Cp=0,27 J/kgK γ=1.6667

Bảng 4.2 Thông số cài đặt các thiết bị

 Các thông số chu trình LMMHD

 Thông số máy phát MHD ηEE=0.3, ηMHD=0.8, ΔQMHD= 0.005

 Bộ ngƣng (trao đổi nhiệt):∆TngungP, ∆Qngung=0.01,ηTngung=1

Với W h = = 79318,5 W là năng lƣợng thu từ nguồn địa nhiệt

 ht = 0,1436 hay 14,36% Đồ thị Ts

Mối quan hệ giữa nhiệt độ với công suất, hiệu suất của chu trình

Nhiệt độ để địa nhiệt điện có thể sản xuất điện năng dao động trong khoảng 150-260 0 C Khoảng 324 0 K-534 0 K Ta cho dãy nhiệt độ dao động từ 330 0 K đến

530 0 K đƣa vào mô hình ta tính toán ta đƣợc công suất đầu ra và hiệu suất của từng chu trình nhƣ sau:

4.3.1 Mối quan hệ giữa nhiệt độ đầu vào với công suất của hai mô hình

Khi thay đổi nhiệt độ đầu vào ở cả hai mô hình, ta nhận thấy rằng công suất đầu ra của hệ thống địa nhiệt truyền thống cũng thay đổi tương ứng, như được minh họa trong sơ đồ dưới đây.

Hình 4.3:So sánh công suất giữa hai mô hình

Mức công suất địa nhiệt truyền thống dao động từ 5663W đến 9096W tùy thuộc vào từng mức nhiệt độ Trong khi đó, chu trình địa nhiệt MHD cho thấy công suất tăng lên theo nhiệt độ, với giá trị từ 11359W đến 11792W.

Theo sơ đồ, chu trình địa nhiệt kết hợp MHD có công suất lớn hơn chu trình địa nhiệt truyền thống khi sử dụng cùng nhiệt độ đầu vào, nhờ vào sự hỗ trợ của máy phát MHD.

4.3.2 Mối quan hệ giữa nhiệt độ đầu vào với hiệu suất của hai mô hình

Bằng cách điều chỉnh nhiệt độ, chúng ta có thể xác định hiệu suất của hai chu trình: chu trình địa nhiệt truyền thống và chu trình địa nhiệt kết hợp LMMHD Kết quả thu được từ việc so sánh hai chu trình này cho thấy sự khác biệt rõ rệt trong hiệu suất hoạt động của chúng.

Hình 4.4:So sánh hiệu suất giữa hai mô hình

Với cùng mức tăng nhiệt độ thì hiệu suất hai chu trình cũng tăng theo

Hiệu suất chu trình địa nhiệt truyền thống tăng (7.14% đến 11.46%)

Hiệu suất chu trình địa nhiệt MHD tăng(14,32% đến 14,87%)

Qua sơ đồ trên thấy hiệu suất chu trình địa nhiệt MHD cao hơn chu trình địa nhiệt truyền thống khi có sự tham gia của máy phát MHD.