Ứng dụng mô hình CAP 2010 đánh giá sự lan truyền ô nhiễm không khí

Ứng dụng mô hình Berliand đánh giá sự lan truyền ô nhiễm không khí Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng, Xã Vĩnh Tân, Huyện Tuy Phong, Tỉnh Bình Thuận” làm bài nghiên cứu ứng dụng mô hình hóa, để từ đây có thể tạo ra một tài liệu trực quan làm tiền đề để tạo nên các mô hình quản lý khí thải từ nhà máy phát thải ra môi trường không khí xung quanh từ đó nhằm nâng cao chất lượng không khí để người dân và thiên nghiên không bị ảnh hưởng bởi khói bụi từ nhà mát nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng.

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH DƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC QUẢN LÍ

TIỂU LUẬN MÔN HỌC BỘ MÔN: THỰC HÀNH MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG

NĂM HỌC 2021 – 2022

Bình Dương, 2021

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH BÌNH DƯƠNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT KHOA KHOA HỌC QUẢN LÍ

Đề tài:

Ứng dụng mô hình CAP 2010 đánh giá sự lan truyền ô nhiễm không khí Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng, Xã Vĩnh

Tân, Huyện Tuy Phong, Tỉnh Bình Thuận

GVHD: ThS Nguyễn Huỳnh Ánh Tuyết SVTH: Nguyễn Lê Trung Dũng

Lớp: D19MTKT01 MSSV: 1924403010190 Email: dungnguyen3301@gmail.com

Bình Dương, 2021

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG iii

DANH MỤC HÌNH iv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về mô hình Gauss 3

1.1.1 Khái niệm 3

1.1.2 Ứng dụng của mô hình Gauss 3

1.1.3 Các thông số trong mô hình Gauss 4

1.2 Phần mềm CAP 3.0 chạy mô hình Gauss 6

1.3 Tổng quan về nhà máy 6

1.3.1 Vị trí địa lý và hiện trạng khu đất 6

1.3.2 Sản phẩm và công suất sản xuất 7

1.3.3 Quy trình sản xuất 8

1.3.4 Nhu cầu nhiên liệu 8

1.3.5 Nhu cầu máy móc thiết bị 8

1.3.6 Tác động môi trường không khí 9

1.3.7 Giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường không khí 9

1.4 Tổng quan về điều kiện khí tượng và môi trường khu vực nghiên cứu 9

1.4.1 Điều kiện khí tượng 9

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11

2.1 Nội dung nghiên cứu 11

2.1.1 Thu thập số liệu 11

2.1.2 Chạy mô hình Cap 2010 12

2.1.3 Đánh giá sự lan truyền chất ô nhiễm trong không khí từ nhà máy 12

2.2 Phương pháp nghiên cứu 12

2.2.1 Phương pháp thu thập số liệu 13

2.2.2 Phương pháp mô hình hóa 13

2.2.3 Phương pháp so sánh 16

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 18

3.1 Kết quả thu thập số liệu 18

3.1.1 Số liệu về nguồn phát thải 18

3.1.2 Số liệu về môi trường 18

3.2 Kết quả chạy mô hình 18

3.2.1 Kết quả tính toán các thông số trung gian của mô hình.18 3.2.2 Kết quả tính toán sự lan truyền các chất ô nhiễm 19

3.3 Đánh giá kết quả chạy mô hình 19

3.4 Thảo luận 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1 Phân cấp độ ẩm ổn định khí quyển theo vận tốc gió và độ bức

xạ nhiệt (ban ngày) và độ mây che phủ (ban đêm) 5

Bảng 1 2 Nhiệt độ không khí xung quanh khu vực nhà máy Đơn vị: oC 10

Bảng 1 3 Chất lượng không khí xung quanh 10

Bảng 2 1 Số liệu về nguồn phát thải của nhà máy 9

Bảng 2 2 Số liệu về thông số phát thải 9

Bảng 2 3 Tải lượng và nồng độ các chất ô nhiễm sau xử lý 9

Bảng 2 4 Đặc điểm gió tại khu vực nhà máy 10

Bảng 2 5 Giá trị giới hạn của các thông số trong không khí xung quanh .13

Bảng 2 6 Nồng độ của các thông số ô nhiễm trong khí thải công nghệp nhiệt điện 14

Bảng 3 1 Số liệu về nguồn thải 15

Bảng 3 2 Số liệu về hàm lượng ô nhiễm 15

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 1 Sơ đồ mô hình khuếch tán Gauss 4 Hình 1 2 Mô tả thông số đầu vào cho mô hình Gauss 4 Hình 1 3 Bản đồ vệ tinh nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng 7 Hình 1 4 Sơ đồ quy trình sản xuất điện tại nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng 8

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU

Đặt vấn đề

Theo điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011- 2020

có xét đến năm 2030 (Quy hoạch điện VII điều chỉnh), đến năm 2020, tổng công suấtcác nhà máy nhiệt điện than khoảng 26.000 MW (chiếm 42,7% công suất nguồn toàn

hệ thống), sản xuất khoảng 131 tỷ kWh (chiếm 49,3% sản lượng điện) Theo đó, từ

2011, hàng loạt nhà máy nhiệt điện than công suất lớn (600 - 1.200 MW) trên cả nướcliên tục được đưa vào vận hành Nhiệt điện than ngày càng khẳng định vai trò lànguồn điện chủ lực, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia

Cho đến nay, tổng kết năm 2019, tổng công suất điện cả nước đạt 54.880 MW,trong đó nhiệt điện than đạt 20.200 MW chiếm 36,1%, nhưng có giá trị rất cao về sảnxuất ra điện lượng Sản lượng do nhiệt điện than phát ra chiếm 150 tỷ kWh trong tổng

số 231 tỷ kWh điện cả năm của Việt Nam Bởi lẽ, nhiệt điện than là nguồn điện ổnđịnh quanh năm, số giờ lên tới 7.000 giờ/năm, do thiếu điện nên gần đây thườngxuyên vận hành tới 8.000 giờ/năm, hiện chưa có nguồn điện nào đạt được điều kỷ lụcnhư vậy

Để sản xuất đủ điện nhằm đáp ứng nhu cầu của nền kinh tế, Việt Nam hiện vẫndựa nhiều vào các nhà máy nhiệt điện chạy bằng than Cùng với lượng phát thải lớn,các nhà máy nhiệt điện than còn tác động nhiều mặt đến môi trường và sức khỏe conngười, trong đó nguy cơ ô nhiễm không khí đang hiện hữu Nhiều nghiên cứu chothấy, khói thải từ các nhà máy nhiệt điện than có các thành phần bụi rắn, các khí như

CO2, NO, SO2, HCl, NO2, N2O và SO3 và hầu hết đều có hại đối với môi trường Bụiphát thải từ các ống khói thường có kích thước rất nhỏ, phát tán xa hàng chục km, cónguy cơ thâm nhập vào đường hô hấp của con người Trong bụi còn chứa một số kimloại độc hại như chì, asen, đồng, kẽm… Khí thải nhà máy nhiệt điện than cũng chứacác axit như SOx, NOx khí Clo, H2S Các khí này tác dụng với hơi nước có trong khíquyển tạo thành các đám mây axit, ngưng tụ thành mưa axit làm hủy hoại đất đai, mùamàng, các kết cấu kim loại, gây các bệnh ngoài da và bệnh đường hô hấp…Bên cạnh

đó, các khí như CO2, NOx có trong khói thải còn tạo hiệu ứng nhà kính làm nhiệt độtrái đất tăng cao Nhiều nghiên cứu cho rằng hiện tượng trái đất nóng lên do các nhàmáy nhiệt điện than thải ra chiếm tới 20% tổng số lượng CO2 thải vào khí quyển Nếutính thêm sự phát tán khí NOx, CH4 thì sự tác động hiệu ứng nhà kính do sử dụng thanvào khoảng 22%

Từ vấn đề trên, em đã chọn đề tài “Ứng dụng mô hình Berliand đánh giá sự lantruyền ô nhiễm không khí Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng, Xã Vĩnh Tân,Huyện Tuy Phong, Tỉnh Bình Thuận” làm bài nghiên cứu ứng dụng mô hình hóa, để

từ đây có thể tạo ra một tài liệu trực quan làm tiền đề để tạo nên các mô hình quản lýkhí thải từ nhà máy phát thải ra môi trường không khí xung quanh từ đó nhằm nângcao chất lượng không khí để người dân và thiên nghiên không bị ảnh hưởng bởi khóibụi từ nhà mát nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng

Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá sự lan truyền khí thải của nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộngbằng cách ứng dụng mô hình Berliand mô phỏng quá trình lan truyền không khí từ cácnguồn thải xác định

Đối tượng nghiên cứu

Môi trường không khí tại nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng và môitrường không khí xung quanh nhà máy

Phạm vị nghiên cứu

Địa điểm: Nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng, Xã Vĩnh Tân, Huyện TuyPhong, Tỉnh Bình Thuận

Thời gian: 2014-2015

Ý nghĩa nghiên cứu

Mô hình được sự lan truyền các chất ô nhiễm do các ống khói thải tại nhà máynhiệt điện Vĩnh Tân 4 gây ra

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về mô hình Gauss

1.1.1 Khái

niệm

Mô hình vệt khói Gauss là một trong số những mô hình được sử dụng rộng rãitrên thế giới hiện nay Mô hình này được áp dụng cho các nguồn thải điểm Cơ sở của

mô hình này là biểu thức đối với phân bố chuẩn hay còn gọi là phân bố Gauss các chất

ô nhiễm trong khí quyển

Mô hình Gauss phản ánh đầy đủ hiện tượng lan truyền các chất ô nhiễm từ mộtnguồn thải ra môi trường xung quanh

Nguyên lý cơ bản của mô hình Gauss là tác động ô nhiễm từ một nguồn thảiđược biểu diễn bằng sự phân bố nồng độ các chất trong không gian 3 chiều ( x, y, z ) ,nồng độ ô nhiễm phân bố trên mặt cắt đứng theo hàm Gauss và đối xứng trục nguồnphát thải Phương trình khuếch tán Gauss phụ thuộc vào cường độ thải các nguồn , tácđộng gió, chiều cao và đặc biệt là điều kiện khí quyển

1.1.2 Ứng

dụng của mô hình Gauss

Mô hình dạng này thích hợp cả đối với những dự báo ngắn hạn lẫn dài hạn Các

dự báo ngắn hạn được thực hiện với sự trợ giúp của các mô hình tính toán vẽ bản đồ ônhiễm của vùng đối với một giai đoạn tương ứng với các điều kiện tương đối ổn định

Mô hình này cũng có thể sử dụng cho dự báo dài hạn nếu khoảng thời gian dự báo cóthể được chia ra thành các khoảng thời gian tựa dừng (gắn với điều kiện dừng) củađiều kiện khí tượng Phương pháp tiếp cận như vậy là cần thiết để đánh giá nồng độtrung bình năm cho một số lượng lớn các nguồn phân tán

Mô hình Gauss dung để:

+ Tính toán tải lượng phát thải khí phát sinh từ hoạt động giao thông

+ Đánh giá sự lan truyền khí thải của các nhà máy

+ Đánh giá sự ô nhiễm không khí từ các nguồn riêng lẻ

+ Đánh giá sự khuếch tán chất ô nhiễm mà không cần đo đạc

+ Tính toán nồng độ chất ô nhiễm trên bề mặt trái đất và dọc theo trục gió hay ở

độ cao h

Hình 1 1 Sơ đồ mô hình khuếch tán Gauss

1.1.3 Các

thông số trong mô hình Gauss

Thông số đầu vào cần thiết cho mô hình:

 Ưu điểm của mô hình:

+ Đơn giản, dễ thực hiện

+ Kết quả mô hình có thể được hiển thị dưới dạng đồ họa dễ quan sát và nhậnđịnh

Nội suy không gian

Bản đồ

ô nhiễm

Hình 1 2 Mô tả thông số đầu vào cho mô hình Gauss

 Nhược điểm của mô hình:

+ Ứng dụng cho bề mặt phẳng và mở

+ Rất khó lưu ý tới yếu tố cản

+ Áp dụng đối với khí có mật độ gần với không khí

+ Áp dụng cho các trường hợp vận tốc gió trung bình u > 1m/s

Độ ổn định khí quyển

Độ ổn định khí quyển là khuynh hướng của khí quyển cản trở sự hình thànhchuyển động theo phương thẳng đứng hay ngăn chặn sự hình thành chuyển động rối.Khuynh hướng này ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng khuếch tán chất ô nhiễm phátthải vào khíquyển

Độ ổn định của khí quyển được chia làm 6 lớp từ A đến F, trong đó:

A: cấp độ không bền vững mạnh (strong unstable)

B: cấp độ không bền vững vừa(moderatelyunstable)

C: cấp độ không bền vững nhẹ (slightly unstable)

D: cấp độ khí quyển trung tính (neutral)

E: cấp độ bền vững nhẹ (slightly stable)

F: cấp độ bền vững vừa (moderately stable)

Độ bền vững của khí quyển được xác định theo:

Gradient nhiệt độ theo chiều cao

Nếu tốc độ giảm nhiệt độ theo chiều cao: 0.980 C/100m là loại D

Nếu tốc độ giảm nhiệt độ theo chiều cao > 0.980C/100m là loại A, B, C

Nếu tốc độ giảm nhiệt độ theo chiều cao < 0.980C/100m là loại E, F

Vận tốc gió và độ bức xạ nhiệt (ban ngày) và độ mây che phủ (ban đêm)

Bảng 1 1 Phân cấp độ ẩm ổn định khí quyển theo vận tốc gió và độ bức xạ

nhiệt (ban ngày) và độ mây che phủ (ban đêm)

Vận tốc gió ở

độ cao 10m

(m/s)

Bức xạ mặt trời ban ngày Độ mây che phủ ban đêm

Mạnh Vừa Nhẹ Mây che phủ

mỏng ≥ 4/8

Trời quang mây hay

độ che phủ ≥ 3/8

-2 – 3 A –B B C E F

Chế độ mây: Trời ít mây, trong xanh và gió nhẹ: loại A, B, C

Trời nhiều mây, gió mạnh: loại E, F

1.2 Phần mềm CAP 3.0 chạy mô hình Gauss

- Phần mềm CAP (Computing Air Pollution) phiên bản đầu tiên được thực hiệnnăm 1995 do TSKH Bùi Tá Long chủ trì thực hiện CAP có những chức năng khácnhau nhằm mục đích tự động hoá tính toán ô nhiễm không khí theo mô hình Gauss –Pasquill Ở đây có các công cụ tính toán phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo chiều giótrong các điều kiện nông thôn và thành thị do một và nhiều nguồn thải (ống khói) gâyra; sự phụ thuộc của nồng độ cực đại một chất ô nhiễm và khoảng cách đạt giá trị cựcđại này (tính từ nguồn thải theo chiều gió) vào tốc độ gió Phần mềm này dễ sử dụng,

có hướng dẫn sử dụng, tính nhanh, kết quả tính toán được thể hiện trên màn hình dướidạng đồ thị và văn bản, có thể in ấn các kết quả này

- Tới năm 1998 CAP được tích hợp mô hình toán Berliand để tính cho trườnghợp lặng gió

- Phiên bản CAP 3.0 vào tháng 9/2006 Từ năm 2008 trở đi CAP được đặt têntheo năm và sẽ được tác giả cập nhật thường xuyên

- Các chức năng chính của CAP là:

+Tính sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất theo 2 nhóm kịch bản khácnhau là khí tượng và khí thải

+Tính toán ô nhiễm trung bình theo ngày

+ Vẽ các vùng ảnh hưởng khác nhau

+So sánh kết quả tính toán với tiêu chuẩn Việt Nam

+Thực hiện các báo cáo tự động, chuyển file kết quả qua E-maiL

Tọa độ đại lý tương đối:

Kinh độ: 108048’00’’

Vĩ độ: 11020’00’’

b Hiện trạng khu đất

Phạm vi dự án có nền địa hình thoải dần về phía bờ biển theo hướng Đông Bắc,hướng Nam – Đông Nam giáp biển Đông, hướng Tây Bắc giáp đường QL 1A, hướngTây Nam giáp xã Vĩnh Hào, Tuy Phong, Bình Thuận và hướng Đông Bắc giáp xãPhước Diêm, Ninh Phước, Ninh Thuận

1.3.2 Sản phẩm và công suất sản xuất

Sản phẩm tại nhà máy: điện

Công suất sản xuất: 1x600 MW

Sản lượng điện sản xuất khoảng 3,9 tỷ kWh/năm

Ngày 22/4/2019, Dự án Nhà máy Nhiệt điện Vĩnh Tân 4 MR đã thực hiện hòalưới điện lần đầu thành công Trong năm 2021, nhà máy đội ngũ các kỹ sư và côngnhân của nhà máy đã thực hiện công tác quản lý, vận hành tối ưu 3 tổ máy với côngsuất cao, kết hợp với công tác bảo dưỡng, sửa chữa kịp thời các hư hỏng phát sinh nêncác tổ máy luôn trong trạng thái khả dụng tốt, vận hành an toàn, liên tục Qua đó, sảnlượng điện tăng cao, hiệu quả trong sản xuất điện, đáp ứng nhu cầu phụ tải của hệthống lưới điện quốc gia, nhất là trong các tháng mùa khô Đồng thời, đơn vị cũng đãtriển khai thực hiện tốt công tác bảo vệ môi trường, các chỉ số phát thải như: bụi, khói,nước thải đều thấp hơn chỉ tiêu cho phép trong đánh giá tác động môi trường…

1.3.3 Quy trình sản xuất

Hình 1 3 Bản đồ vệ tinh nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở

rộng Hình 1 3 Bản đồ vệ tinh nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở

rộng

1.3.4 Nhu cầu nhiên liệu

- Than bituminous/sub- bituminous nhập khẩu

- Dầu DO Dùng để mồi lò và đốt hỗ trợ 9000 tấn/năm – 1,38tấn/h

1.3.5 Nhu cầu máy móc thiết bị

a Lò hơi

Lò hơi thông số trên tới hạn (SC), tái sấy một lần, đốt than phun, gió-khói cânbằng

Công suất tối thiểu của lò đốt than không đốt dầu hỗ trợ: 30-40%

Công suất tối đa của lò khi đốt dầu: 30%

Hiệu suất lò hơi: 86,7%

Tân 4 mở rộng

Máy phát điện phải được kết nối trực tiếp với trục turbine, là loại nằm ngang,đồng bộ, 3 pha, hệ thống làm mát bằng nước và hydro.

- Bãi thải xỉ: chứa được lượng tro xỉ trong 5 năm

1.3.6 Tác động môi trường không khí

- Khí thải từ ống khói nhà máy: nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng sử dụngthan nhập khẩu từ Indonesia hoặc Úc làm nhiên liệu đốt chính Tong quá trìnhvận hành sẽ phát sinh các chất gây ô nhiễm không khí bao gồm bụi, SO2, NOx

- Ngoài sử dụng than Bituminous và Sub- Bituminous làm nhiên liệu đốt chính,nhà máy nhiệt điện Vĩnh Tân 4 mở rộng còn sử dụng nhiên liệu lỏng DO làmnhiên liệu phụ để khởi động lò đốt và đốt hỗ trợ ở phụ tải thấp <30% Sau khi

tổ hợp máy đã khởi động động và hòa lưới, lò hơi sẽ vận hành bằng than bột

mà không cần đốt hỗ trợ bằng dầu

1.3.7 Giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường không khí

Thiết bị kiểm soát khí thải: lọc bụi trong khí thải (ESP) với hiệu suất 99,13%,các biện pháp đốt giảm phát thải NOx, lắp đặt bộ khử NOx (SCR) với hiệu suất 65%,khử lưu huỳnh bằng nước biển (SW-FGD) với hiệu suất 90%

- Đối với khí SO2: lắp đặt hệ thống khử FGD (flue gas desulphurisation)

- Đối với khí NOx: lắp đặt hệ thống khử SCR (selective catalyst redution)

- Đối với bụi: lọc bụi tĩnh điện ESP

1.4 Tổng quan về điều kiện khí tượng và môi trường khu vực

nghiên cứu

1.4.1 Điều

kiện khí tượng

a Nhiệt độ không khí

- Nhiệt độ trung bình năm: 27,1oC

- Giá trị nhiệt độ lớn nhất tính đến năm 2014: 39,4oC

- Giá trị nhiệt độ nhỏ nhất tính đến năm 2014: 16,1oC

- Chế độ nhiệt giữa các tháng trong năm không có sự khác biệtnhiều

Bảng 1 2 Nhiệt độ không khí xung quanh khu vực nhà máy Đơn

vị: o C

Thán 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Năm

TB 24,8 24,9 26,6 29,2 28,7 28,5 28,4 27,6 26,9 26,1 25,2 27,9 27,1Max 33,1 33,8 36,5 37,4 39,4 38,8 37,6 38,6 37,0 34,7 33,9 32,7 39,4Min 17,0 17,6 18,1 21,0 22,1 22,6 23,2 21,0 22,0 21,0 27,8 16,1 16,1

d Gió

- Hướng gió chia 2 mùa rõ rệt: tháng 4-9 hướng gió là gió mùa TâyNam và Đông Nam Tháng 10-3 năm sau hướng gió là gió mùaĐông Bắc và gió Bắc

- Tốc độ gió lớn nhất thường do các cơn bão biển gây ra Vị trícông trình tuy nằm sát bờ biển nhưng các trận bão đổ bộ trực tiếp

ít xuất hiện, chủ yếu chịu ảnh hưởng bởi hoàn lưu bão và áp thấpnhiệt đới

e Chất lượng môi trường không khí xung quanh

Bảng 1 3 Chất lượng không khí xung quanh