“Hệ thống đồng phát (CHP) qui mô công nghiệp có thể giúp chúng ta tiết kiếm từ 30-50% năng lượng bị thất thoát ra khỏi nhà máy”
HỆ ĐỒNG PHÁT NHIỆT – ĐIỆN (CHP)
Tối ưu hóa hiệu suất năng lượng cho nhà máy
GIỚI THIỆU
Tổng quan và khái niệm
Hệ đồng phát, còn được gọi là hệ thống kết hợp nhiệt và điện (CHP – Combined Heat and Power), còn được gọi là Co-generation là công nghệ sử dụng động cơ nhiệt hoặc máy điện để sản xuất đồng thời điện năng và nhiệt năng hữu ích từ một nguồn nhiên liệu duy nhất.
Nguyên lý hoạt động
Trong các nhà máy điện thông thường, nhiệt lượng phát ra trong quá trình sản xuất điện thường bị lãng phí qua ống khói, tháp làm mát hoặc thoát ra môi trường. Hệ thống CHP sẽ tận dụng nhiệt thải này để sản xuất nhiệt hữu ích. Cơ bản nhất, CHP thường dùng để sưởi ấm hoặc biến nhiệt này để phục vụ sản xuất công nghiệp. Qua đó CHP giúp đạt được hiệu quả sử dụng năng lượng cao hơn, có thể lên đến 80%.
Ví dụ: Ở Mỹ, hệ thống hơi nước tại Manhattan cung cấp nhiệt từ các nhà máy đồng phát cho hơn 100.000 tòa nhà mỗi năm. Trong đó Recycled Energy Development được xem là doanh nghiệp đi đầu trong việc tái chế năng lượng. (Tái chế năng lượng là biến năng lượng lãng phí thành năng lượng có ích).
PHÂN LOẠI HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT
Large CHP Systems: Hệ thống lớn
Hệ CHP này dùng cho các khu đô thị hoặc công nghiệp lớn, cung cấp năng lượng qui mô lớn. Ví dụ: hệ đồng phát tận dụng nhiệt năng từ nhà máy điện hạt nhân hoặc nhà máy nhiệt điện có công suất lớn được xem là một hệ thống lớn.
Small and Micro-CHP: Hệ thống nhỏ và vi mô
Hệ thống nhỏ thường ứng dụng trong các tòa nhà thương mại, bệnh viện hoặc các khu dân cư lớn. Còn hệ thống vi mô thích hợp cho các hộ gia đình, thường có công suất dưới 5kW. Hai hệ thống này sử dụng các công nghệ như: tua-bin vi mô, động cơ đốt trong, động cơ Stirling, động cơ hơi nước chu trình khép kín và pin nhiên liệu. Trong đó CHP vi mô dựa trên động cơ Stirling có chi phí phát điện hiệu quả nhất.
Trigeneration: Hệ thống tam phát
Còn được gọi là “CCHP” (kết hợp làm mát, sưởi ấm và điện năng). Hệ thống này đề cập đến việc phát ra đồng thời điện năng, sưởi ấm hữu ích và làm mát hữu ích từ cùng một nguồn nhiệt ban đầu như nhiên liệu hoặc năng lượng mặt trời.
CẤU TRÚC KỸ THUẬT HỆ THỐNG ĐỒNG PHÁT
Hệ thống đồng phát (CHP) qui mô công nghiệp có thể được thiết kế theo nhiều kiểu khác nhau:
- Hệ thống sử dụng tua-bin khí: tận dụng khí thải nóng từ tua-bin khí để sản xuất điện hoặc sưởi ấm.
- Hệ thống sử dụng động cơ đốt trong: chạy xăng hoặc diesel, phổ biến ở các hệ CHP nhỏ.
- Hệ thống sử dụng tua-bin hơi: thường dùng nhiên liệu sinh khối hoặc than kết hợp để làm nóng nước sinh hơi, đồng thời một phần hơi được trích ra để quay tua-bine hơi nhằm phát điện.
- Hệ thống sử dụng nhiệt điện hạt nhân: ngoài chu trình chính sản xuất điện từ phản ứng hạt nhân, nhà máy còn dùng hơi nước thải ra để cấp nhiệt sưởi ấm hoặc đun sôi nước cho các cư dân xung quanh nhà máy.
Ngoài ra còn có hệ thống phát điện chu trình hỗn hợp (Combined Cycle). Hệ thống này tận dụng nhiệt từ tua-bin khí (gas turbine) để đun nước/dầu và tạo hơi để quay tua-bin hơi (steam turbine). Việc kết hợp hai tua-bin giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng nhiệt.
Hình 5 – Một hệ thống Co-gen kết hợp giữa tua-bin khí và tua-bin hơi
HIỆU QUẢ NHIỆT
Trạm chuyển đổi nhiệt điện thông thường chỉ có khoảng 33% năng lượng nhiên liệu thành điện năng. Phần còn lại là bị mất trong các hình thức nhiệt. Một phương pháp để sản xuất điện hiệu quả hơn là đồng phát (CHP) hoặc tam phát (CCHP) làm mát nhiệt và năng lượng, nơi hơn 80% năng lượng của nhiên liệu được chuyển đổi thành năng lượng có thể sử dụng, kết quả là lợi ích cả về tài chính và môi trường.
Hiệu quả nhiệt (hiệu suất chuyển đổi) trong một hệ thống đồng phát hoặc tam phát được định nghĩa là:
- ηth = Wout / Qin
Trong đó:
- ηth = Hiệu quả nhiệt
- Wout = Tổng công ra khỏi hệ thống
- Qin = Tổng nhiệt năng đi vào hệ thống
ƯU ĐIỂM CỦA HỆ ĐỒNG PHÁT
Hiệu suất năng lượng cao
Nhờ hệ thống đồng phát hoặc tam phát mà phân bố năng lượng đầu vào được phân phát lại ở đầu ra, giúp đạt hiệu suất cao hơn, gồm:
- Điện = 45%
- Nhiệt + làm mát = 40%
- Tổn thất nhiệt = 13%
- Tổn thất điện = 2%
Như vậy tổng hiệu suất sử dụng năng lượng hữu ích đạt được 85% và chỉ còn 15% là tổn thất vô ích.
Giảm khí thải
Ít phát thải CO₂ hơn so với sản xuất điện và nhiệt riêng biệt.
Lợi ích kinh tế
Tiết kiệm chi phí năng lượng trong dài hạn.
* Nhìn chung, liên minh châu Âu tạo ra 11% lượng điện sử dụng đồng phát, tiết kiệm cho châu Âu 35 MTOE mỗi năm (MTOE đơn vị năng lượng ước tính đốt 1 triệu tấn dầu). Châu Âu có 3 nước có nền kinh tế đồng phát nhiều nhất thế giới là: Đan Mạch, Hà Lan và Phần Lan.
ỨNG DỤNG THỰC TIỄN
Công nghiệp
Hệ thống đồng phát thường dùng khí thải và nhiệt năng từ các chu trình chính của nhà máy sản xuất xi măng, nhà máy lọc dầu hoặc các ngành khác. Các hệ CHP này tận dụng nhiệt năng này để đun nóng nước hoặc sản xuất điện năng.
Thương mại và dân cư
CHP áp dụng cho nhà máy điện để hỗ trợ cấp nhiệt cho hệ thống sưởi ấm tại các bệnh viện, khách sạn và khu dân cư lớn.
Lĩnh vực nông nghiệp
CHP qui mô nhỏ tại các vùng quê ngoài cấp điện cho hộ gia đình còn dùng sưởi ấm.
Ví dụ: Tại Đan Mạch, nhà máy CHP đốt rơm không chỉ sản xuất điện mà còn dùng sưởi ấm. Đan Mạch có thể tái chế năng lượng tích cực nhất. Theo số liệu năm 2019, nước này có khoảng 55% năng lượng từ đồng phát và thu hồi nhiệt thải.
KẾT LUẬN
Tóm lại, hệ thống đồng phát (CHP) mang lại nhiều ưu điểm vượt trội như tối ưu hóa hiệu suất năng lượng, giảm chi phí vận hành và hạn chế tác động môi trường. Với các ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp, từ sản xuất thực phẩm, dệt may đến hóa chất, CHP đang trở thành giải pháp chiến lược. Tiềm năng của hệ thống này còn mở ra cơ hội phát triển bền vững và tiết kiệm năng lượng lâu dài.”
-> Để cải tiến hiệu suất hệ thống đồng phát, xem bài viết.
-> Để kiểm soát độ bền, xem bài viết.
Về trang chủ: nangluongthanhcong.com
