Đồ án công nghệ sản xuất điện

CHƯƠNG 1 : NHIỆT ĐIỆN1.1: Giới thiệu về nhiệt điệnMột nhà máy nhiệt điện than gồm có hai cụm thiết bị chính là cụm lò hơi để sản xuất ra hơi nước và cụm tuabin-máy phát để biến đổi nhiệt năng của dòng hơi thành điện năng. Ngoài ra còn có thêm lò hơi phụ trợ phục vụ cho khởi động nhà máy; hệ thống nước làm mát; hệ thống chuẩn bị nhiên liệu (Kho than, băng chuyền, máy nghiền than), hệ thống sản xuất khí nén; hệ thống thu hồi tro bay, gom xỉ đáy lò, lọc bụi và xử lí khói thải…1.2: Nguyên lí làm việcLò hơi đốt than phun là công nghệ đã rất phát triển và đang là nguồn sản xuất điện năng chủ yếu trên thế giới.Than cục đã qua nghiền thô từ phểu than được máy cấp đến máy nghiền than, ở đây than được sấy nóng và nghiền mịn thành bột có đường kính trung bình từ 40μm đến 90μm. Bột than hỗn hợp với không khí nóng (gió cấp một) phun vào buồng lửa và bốc cháy trong môi trường nhiệt độ cao. Không khí cấp vào lò ngoài gió cấp một còn có thêm gió cấp hai và có thể có thêm gió cấp ba. Nhiệt của quá trình cháy bột than truyền cho các ống sinh hơi đặt xung quanh buồng đốt để hóa hơi dòng nước bên trong ống. Hỗn hợp hơi và nước ra khỏi ống sinh hơi đi vào bao hơi, trong bao hơi có đặt các thiết bị phân ly hơi nhằm đảm bảo

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU……… 2

Chương 1: Nhiệt điện……….3

1.1:Giới thiệu về nhiệt điện……… 3

1.2: Nguyên lí làm việc……… 3

Chương 2: Thủy điện……….4

2.1: Nguyên lí hoạt động của nhà máy thủy điện……….4

2.2: Đặc trưng của nhà máy thủy điện………4

2.3: Các cách tạo ra điện năng……….5

Chương 3: Năng lượng mặt trời……….7

3.1: Tìm hiểu chung……….7

3.2: Chuyển năng lượng Mặt Trời thành điện (quang điện) 7

3.2.1: Phiến pin quang điện (Phôtvoltaic Cell) 8

3.2.2: Hệ thống Pin Quang Điện (Photovoltaic System) 9

3.3: Nhiệt Mặt Trời 10

3.3.1: Chuyển hóa nhiệt Mặt Trời thành điện 10

3.3.2: Các hệ thống thu hội tụ ánh sáng Mặt Trời 10

Chương 4: Năng lượng gió……….12

4.1: Tìm hiểu chung……….12

4.2: Cấu tạo tuabin gió………12

4.3: Các kiểu tuabin gió hiện nay……….13

Chương 5: Năng lượng hạt nhân………14

5.1 Nguyên lý phản ứng phân hạch……….14

5.2 Cấu trúc cơ bản của lò và các vật liệu sử dụng………14

5.3 Phân loại các lò………15

Chương 6: Năng lượng địa nhiệt………18

6.1: Tìm hiểu chung……….18

6.2: Các nguồn địa nhiệt……….18

6.3: Những phương pháp sử dụng năng lượng địa nhiệt……….18

6.4: Nguyên lý hoạt động của các nhà máy điện địa nhiệt……….18

TÀI LIỆU THAM KHẢO……….20

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN………21

LỜI NÓI ĐẦU

Như chúng ta đã biết việc phát minh ra điện năng đã thỏa mãn nhu cầu năng lượng của con người và đưa nền văn minh của nhân loại tiến một bước dài như hiện nay Có nhiều cách để sản xuất ra điện năng như: nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử…Trong ngành điện hiện nay vấn đề sản xuất điện vẫn được các kĩ sư cũng như các nhà khoa học quan tâm và tìm hiểu với mục đích nâng cao sản lượng điện cũng như chế tạo ra các cách cung cấp điện tốt hơn áp ứng nhu cầu cung cấp tốt nhất cho thế giới Sản xuất điện năng là giai đoạn đầu tiên trong quá trình cung cấp điện năng đến người tiêu dùng,các giai đoạn sản xuất điện năng dựa trên nhiều yếu tố tất yếu như truyền truyền tải và phân phối điện năng.Thực chất của sản xuất điện năng là sự biến đổi các dạng năng lượng điện hay điện năng Trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa nước nhà hiện nay ngành công nghiệp điện năng đã thực sự trở thành một ngành công nghiệp mũi nhọn và vai trò của nó đối với các ngành công nghiệp khác ngày càng được khẳng định

Thực tế ở Việt Nam đã phát triển ngành công nghiệp sản xuất điện năng là một ngành công nghiệp nền tảng, nó giữ vị trí quan trọng không thể thiếu đem lại lợi ích to lớn cho đất nước Việc nghiên cứu công nghệ sản xuất các nguồn năng lượng cũ và phát triển các nguồn năng lượng mới, những nguồn năng lượng sạch ít tác động tới thiên nhiên và môi trường sống là một điều thiết thực và cần thiết trong thời buổi nhu cầu tiêu thụ năng lượng tăng cao như hiện nay

Chính vì lý do đó, chúng em đã lựa chọn đề tài : “Công nghệ sản xuất điện” làm

đề tài của nhóm mình

Do kiến thức và thời gian nghiên cứu có hạn nên bài đề tài không tránh khỏinhững thiếu sót Kính mong sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn để đề tài củachúng em hoàn thiện hơn

Chúng em xin chân thành cảm ơn !

CHƯƠNG 1 : NHIỆT ĐIỆN

1.1: Giới thiệu về nhiệt điện

Một nhà máy nhiệt điện than gồm có hai cụm thiết bị chính là cụm lò hơi để sảnxuất ra hơi nước và cụm tuabin-máy phát để biến đổi nhiệt năng của dòng hơi thànhđiện năng Ngoài ra còn có thêm lò hơi phụ trợ phục vụ cho khởi động nhà máy; hệthống nước làm mát; hệ thống chuẩn bị nhiên liệu (Kho than, băng chuyền, máy nghiềnthan), hệ thống sản xuất khí nén; hệ thống thu hồi tro bay, gom xỉ đáy lò, lọc bụi và xử líkhói thải…

1.2: Nguyên lí làm việc

Lò hơi đốt than phun là công nghệ đã rất phát triển và đang là nguồn sản xuấtđiện năng chủ yếu trên thế giới.Than cục đã qua nghiền thô từ phểu than được máy cấpđến máy nghiền than, ở đây than được sấy nóng và nghiền mịn thành bột có đường kínhtrung bình từ 40μm đến 90μm Bột than hỗn hợp với không khí nóng (gió cấp một) phunvào buồng lửa và bốc cháy trong môi trường nhiệt độ cao Không khí cấp vào lò ngoàigió cấp một còn có thêm gió cấp hai và có thể có thêm gió cấp ba Nhiệt của quá trìnhcháy bột than truyền cho các ống sinh hơi đặt xung quanh buồng đốt để hóa hơi dòngnước bên trong ống Hỗn hợp hơi và nước ra khỏi ống sinh hơi đi vào bao hơi, trong baohơi có đặt các thiết bị phân ly hơi nhằm đảm bảo tách tối đa các hạt lỏng bị dòng hơi

cuốn theo Hơi bão hòa tiếp tục đi qua bộ quá nhiệt để nâng nhiệt độ đến giá trị mongmuốn trước khi đi vào tuabin Hơi có áp suất và nhiệt độ cao theo ống dẫn hơi đi vàothân cao áp của tuabin, hơi ra khỏi thân cao áp thường được đưa trở về lò hơi để tái sấyđến nhiệt độ hơi mới rồi đi vào thân trung áp, hơi ra khỏi thân trung áp có thể được đưatrở lại lò hơi để tái sấy thêm một lần nữa hoặc đi trực tiếp vào thân hạ áp Việc tái sấyhơi (hồi nhiệt trung gian) một lần hay hai lần nhằm mục đích nâng cao hiệu suất nhiệtcho tuabin.

Thiết bị Tuabin có nhiệm vụ biến nhiệt năng của dòng hơi thành cơ năng trêntrục roto để dẫn động máy phát điện Máy phát điện biến cơ năng thành điện năng vàđược hòa lên lưới điện quốc gia qua máy biến thế Hơi thoát từ thân hạ áp của tuabin đivào bình ngưng nhả nhiệt cho nước làm mát, ngưng tụ thành nước và được bơm trở lại

lò hơi theo một chu trình khép kín Nước làm mát ở đây có thể là nước biển, nước sông,hay nước hồ Đối với nhà máy nhiệt điện than để sản xuất ra 1 kWh điện năng cần 142lít nước làm mát

CHƯƠNG 2 : THỦY ĐIỆN

2.1: Nguyên lí hoạt động của nhà máy thủy điện

Thủy điện là phương thức phát điện bằng cách sử dụng năng lượng nước Dòngnước chảy từ trên cao xuống nơi thấp hơn sẽ làm quay tuabin nước, các tuabin nàyđược nối trực tiếp với máy phát điện để tạo ra dòng điện Hình bên dưới là một ví dụ về

mô hình nhà máy thủy điện Nhà máy này được vận hành theo phương thức sử dụng đậpnước để phát điện vào ban ngày khi nhu cầu tăng cao và sẽ dự trữ nước vào ban đêm

Số vòng quay của máy phát điện khác nhau theo chủng loại, dao động từ 100vòng/phút tới 1200 vòng/phút Điện áp phát ra vào khoảng từ 400 ~ 4000 Vôn Dòngđiện này có thể được tăng thành dòng cao áp (6000 ~ 500 000 Vôn) nhờ các thiết bị tăng

áp tại nhà máy phát điện trước khi được chuyển tới nơi tiêu thụ

Hình 1: Nguyên lí làm việc làm của nhà máy thủy điện

2.2:Đặc trưng của nhà máy thủy điện:

Dễ dàng đối ứng với nhu cầu về điện: Khi các nhà máy nhiệt điện, thủy điện,nhà máy điện hạt nhân cùng hoạt động liên tục sẽ đáp ứng được phần lớn nhu cầu vềđiện Tuy nhiên, nhà máy thủy điện với phương thức bơm và trữ nước có thể đối ứngđược với những biến động về nhu cầu điện Việc dễ dàng tăng hoặc giảm lượng điệnphát ra chính là đặc trưng của thủy điện Do đó, thủy điện có thể linh hoạt cung cấp điện

kể cả vào thời gian cao điểm trong mùa hè

Hiệu suất biến đổi năng lượng cao: Trong trường hợp phát điện sử dụng khí gathiên nhiên, chỉ có 55% năng lượng do đốt khí ga chuyển thành năng lượng điện Đốivới các nhà máy thủy điện, có thể biến 80% năng lượng nước chảy từ trên cao xuốngthành năng lượng điện

2.3: Các cách tạo ra điện năng:

Đây là phương thức tạo đập nhỏ trên thượng nguồn và dẫn nước chảy vào Dòngnước sẽ được dẫn đến nơi có sự chênh lệch độ cao nhất định để phát điện

Hình 2: Phương thức tạo dòng chảy

Là phương thức xây đập tại nơi có mặt cắt hẹp và cao của sông Nước sẽ đượcchặn lại và tạo thành hồ chứa nước nhân tạo Sau đó sử dụng sự chênh lệch độ cao đểphát điện

Hình 3: Phương thức dùng đập

Đây là phương thức kết hợp cả 2 phương thức đã nêu ở trên Phương thức nàyvừa dùng đập để tích nước, vừa sử dụng sự chênh lệch độ cao lớn để phát điện Đây làphương thức phát huy tối đa được năng lượng dòng chảy

Hình 4: Phương thức kết hợp tạo dòng chảy và dùng đập

CHƯƠNG 3 : NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

3.1: Tìm hiểu chung

Năng lượng tái tạo là năng lượng từ các nguồn tài nguyên được bổ sung liên tục

và không thể bị cạn kiệt, chẳng hạn như năng lượng mặt trời, thủy điện, gió, địa nhiệt,đại dương và sinh học Chúng là một nguồn năng lượng sạch, không gây ô nhiễm khôngkhí, và không đóng góp vào sự nóng lên của khí hậu toàn cầu, hiệu ứng nhà kính Vìcác nguồn năng lượng này là tự nhiên nên chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp Tuynhiên, một hạn chế chung cho tất cả các nguồn năng lượng tái tạo là rất khó khăn đểsản xuất ra một sản lượng điện lớn, đồng thời là công nghệ mới nên chi phí đầu tư banđầu là rất lớn

Hai phương pháp phổ biến dùng để thu nhận và trữ năng lượng Mặt Trời(NLMT) là phương pháp thụ động nhưng cũng là phương pháp chủ động Phương phápthụ động sử dụng các nguyên tắc thu giữ nhiệt trong cấu trúc và vật liệu của các côngtrình xây dựng Phương pháp chủ động sử dụng các thiết bị đặc biệt để thu bức xạ nhiệt

và sử dụng các hệ thống quạt và máy bơm để phân phối nhiệt Phương pháp thụ động có

lịch sử phát triển dài hơn hẳn, trong khi phương pháp chủ động chỉ mới được phát triểnchủ yếu trong thế kỷ 20.

3.2: Chuyển năng lượng Mặt Trời thành điện (QUANG ĐIỆN)

Các tấm pin Mặt Trời chuyển đổi trực tiếp ánh sáng thành điện năng, nhưthường được thấy trong các máy tính cầm tay hay đồng hồ đeo tay Chúng được làm từcác vật liệu bán dẫn tương tự như trong các con bộ điện tử trong máy tính Một khi ánhsáng Mặt Trời được hấp thụ bởi các vật liệu này, năng lượng Mặt Trời sẽ đánh bật cáchạt điện tích electron năng lượng thấp trong nguyên tử của vật liệu bán dẫn, cho phépcác hạt tích điện này di chuyển trong vật liệu và tạo thành điện Quá trình chuyển đổiphoton thành điện này này gọi là hiệu ứng quang điện

Các pin Mặt Trời thông thường được lắp thành một module khoảng 40 phiếnpin, và 10 module sẽ được lắp gộp lại thành chuỗi Quang điện có thể dài vài mét Cácchuỗi Pin Mặt Trời dạng phẳng này được lắp ở một góc cố định hướng về phía Nam,hoặc được lắp trên một hệ thống hiệu chỉnh hướng nắng để luôn bắt được nắng theo sựthay đổi quĩ đạo của nắng Mặt Trời Qui mô hệ thống quang điện có thể từ mức 10-20chuỗi quang điện cho các ứng dụng dân sự, cho đến hệ thống lớn bao gồm hàng trămchuỗi quang điện kết nối với nhau để cung cấp cho các cơ sở sản xuất điện hay trong cácứng dụng công nghiệp

Một số dạng pin Mặt Trời được thiết kế để vận hành trong điều kiện ánh sángMặt Trời hội tụ Các Pin Mặt Trời này được lắp đặt thành các collector tập trung ánhsáng Mặt Trời sử dụng các lăng kính hội tụ ánh sáng Phương pháp này có mặt thuật lợi

và bất lợi so với mạng Pin Mặt Trời dạng phẳng (flat-plate PV) Thuận lợi ở điểm là sửdụng rất ít các vật liệu Pin Mặt Trời bán dẫn đắt tiền trong khi đó hấp tối đa ánh sángMặt Trời Mặt bất lợi là các lăng kính hội tụ phải được hướng thẳng đến Mặt Trời, do đóviệc sử dụng các hệ hấp thu tập trung chỉ khai triển ở những khu vực có nắng nhiềunhất, đa số đòi hỏi việc sử dụng các thiết bị hiệu chỉnh hướng nằng tối tân, kỹ thuật cao

3.2.1: Phiến pin quang điện (Phôtvoltaic Cell)

từ các lớp phẳng và mỏng của các vật liệu đặc biệt gọi là bán dẫn xếp chồng lên nhau

Hình 5: Hiệu ứng Quang Điện và ứng dụng trong công nghệ Điện Mặt Trời

Có 3 lớp vật liệu chính: lớp trên cùng gọi là silicon loại n (n: negative, âm), vậtliệu này có khả năng “phóng thích” các hạt tích điện âm gọi là electron một khi đượcđưa ra ngoài ánh sáng mặt trời Lớp dưới cùng gọi là lớp p, tích điện dương khi tiếp xúcvới bức xạ Mặt Trời (p: positive, dương) Lớp vật liệu ở giữa gọi là lớp chèn (junction),lớp này có vai trò như một lớp phân cách (insulator) giữa lớp n và lớp p Các eletronđược phóng thích từ lớp n sẽ di chuyển theo đường ít bị cản trở nhất, tức là di chuyển từlớp n tích điện âm ở bên trên về lớp p tích điện dương ở bên dưới Như vậy, nếu vùng p

và vùng n được nối bởi một mạch điện tạo bởi các dây dẫn mỏng, dòng electron sẽ dichuyển trong mạch điện này

Vật liệu bán dẫn cơ bản và được sử dụng rộng rãi nhất trong tế bào quang điện làsilicon đơn tinh thể Các tế bào silicon đơn tinh thể cũng có hiệu suất cao hơn cả, thôngthường có thể chuyển đổi đến 23% năng lượng Mặt Trời thu nhận được thành điện Các

tế bào này cũng rất bền và có tuổi thọ sử dụng cao Vấn đề chủ yếu là giá thành sản

xuất Tạo nên silicon tinh thể lớn và cắt chúng thanh những miếng nhỏ và mỏng (0,1-0,3mm) là rất tốn thời gian và chi phí cao Do lý do này, để giảm giá thành sản xuất, người

ta phát triển nghiên cứu các vật liệu thay thế cho tế bào silicon đơn tinh thế, ví dụ như tếbào silicon đa tinh thể, các pin quang điện công nghệ “màng mỏng”, và các tổ hợp tậptrung

3.2.2: Hệ thống Pin Quang Điện (Photovoltaic System)

Cơ chế quang điện cho thấy cường độ dòng quang điện tỷ lệ thuận với cường độánh sáng Mặt Trời Dòng điện sinh ra truyền qua chuỗi các tế bào quang điện, hay còngọi là module quang điện, có thể cung cấp điện ở bất cứ qui mô nào, từ vài miliwatt(MW) như trong máy tính bỏ túi cho đến vài MW như qui mô các nhà máy điện Dòngquang điện một chiều có thể được nạp vào bình acqui để dự trữ cho các sinh hoạt về banđêm hoặc vào những ngày không có nắng Một bộ điều khiển thường được cài giữamodule và bình ắc qui như một dạng ốn áp, giúp tránh trường hợp ắc qui bị sạc quá tải.Toàn bộ các thiết bị này liên kết lại thành hệ thống Quang Điện sản xuất điện một chiều

có điện thế do động từ 12 đến 24 volt Điện một chiều có thể được chuyển đổi thànhđiện xoay chiều thông qua bộ biến điện Bộ biến điện DC/AC ngày nay có công suất từ100-20,000 W và hiệu suất đạt tới 90%

Các module có thể được lắp nối với nhau một cách dễ dàng tạo thành chuỗi module cócông suất đáp ứng với nhu cầu điện đặt ra Một khi được lắp đặt, thì chi phí bảo trì chomodule gần như không đáng kể

Hình 6: Cấu trúc của pin Mặt Trời silicon và cơ chế tạo ra dòng điện

3.3 Nhiệt Mặt Trời

3.3.1: Chuyển hóa nhiệt Mặt Trời thành điện

Năng lượng nhiệt Mặt Trời là nhiệt năng hấp thụ bởi hệ thống thu bắt nhiệt từánh sáng Mặt Trời, sử dụng để đun nóng nước (hoặc một số dung dịch khác) hoặc để tạohơi nước Khác với các hệ nhiệt Mặt Trời công suất nhỏ sử dụng chảo thu mặt phẳng đểthu nhiệt từ ánh sáng Mặt Trời, các nhà máy nhiệt Mặt Trời công suất lớn sử dụng cácthiết bị thu hội tụ ánh sáng Mặt Trời và từ đó đạt nhiệt độ cao cần thiết để tạo hơi nướcquay tuabin trung năng lượng Mặt Trời tạo nhiệt đun là: trũng parabol, đĩa quay và thápnăng lượng

3.3.2: Các hệ thống thu hội tụ ánh sáng Mặt Trời

hội tụ ánh sáng Mặt Trời vào một dĩa thu duy nhất lắp trên đỉnh một tháp trung tâm.Bức xạ nhiệt của ánh sáng Mặt Trời sẽ làm nóng chảy muối bên trong chảo thâu, vànhiệt lượng của muối nóng chảy này sẽ được sử dụng để tạo điện thông quan các máyphát dạng hơi thông thường Nước hoặc dung dịch đun được bơm vào tháp sẽ được đunnóng để sử dụng trực tiếp hoặc chuyển thành hơi để quay turbine Các gương này có khảnăng theo dõi và quay theo sự thay đổi của hướng nắng, từ đó luôn đảm bảo sự hội tụ tối

đa của ánh sáng Mặt Trời trên dĩa thu Mặt thuận lợi của hệ thống này là muối nóngchảy có khả năng giữ nhiệt rất hiệu quả, có thể kéo dài đến vài ngày trước khi được sửdụng để chuyển thành điện

Hình 7: Tháp điện mặt trời ở Tây Ban Nha

Một dạng thiết bị thu nhiệt Mặt Trời thứ hai là hệ thống hình đĩa (rất giống dạng đĩathâu tín hiệu vệ tinh trong viễn thông) Hệ thống này sử dụng đĩa phản chiếu hìnhparabol để hội tụ ánh sáng vào tâm thu ở tại tiêu điểm của đĩa Dung dịch đun đượctruyền vào đĩa thu để hấp thu nhiệt tại đó Nhiệt khi cho dung dịch đang dãn nở ra làmđẩy piston và từ đó quay tuabin

Hình 8: Dạng thu nhiệt Mặt Trời dạng đĩa