Saturday, February 12, 2005

Sản xuất điện từ nhiệt của khói thải nhà máy





Hệ thống khai thác nhiệt ống khói thành điện năng, sử dụng 2 tuabin. Dòng đỏ là hơi, dòng xanh là dịch lỏng.
Các nhà khoa học Mỹ đã thiết kế ra một hệ thống có thể tận dụng nhiệt thải từ các ống khói công nghiệp biến thành điện năng. Thiết bị này sẽ làm tăng hiệu quả của các nhà máy điện, giảm phát thải carbon, đồng thời giảm các chất ô nhiễm đang được xả lên bầu trời.

Chìa khóa trong hệ thống tận dụng nhiệt này là nó sử dụng hơi propane chứ không phải hơi nước để quay tuabin và làm chạy máy phát điện. Điều đó cho phép hệ thống có thể hoạt động ngay cả với luồng khí thải có nhiệt độ thấp.

Thông thường, khi sử dụng hơi nước để chạy máy phát điện, người ta phải nén và nâng nhiệt độ của nó lên khoảng 650 độ C. Dưới 450 độ C, áp suất hơi nước quá thấp và quá trình phát điện không hiệu quả. Điều này có nghĩa là nếu hơi ống khói có nhiệt thấp hơn 450 độ C, nó không thể dùng để phát điện, và sẽ bị thất thoát vào khí quyển. Đây là một trong những lý do vì sao các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch thường có hiệu suất chỉ khoảng 35%. Rất nhiều quá trình công nghiệp khác, như các nhà máy hóa chất và tinh lọc dầu cũng lãng phí một lượng lớn nhiệt.

Khác với nước, propane có đặc tính phù hợp hơn trong việc sản xuất điện ở nhiệt độ thấp. Sau khi được nén thành thể lỏng, điểm sôi của propane hạ thấp hơn - nghĩa là nó có thể bốc hơi ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ bốc hơi của nước. Tuy nhiên, nhược điểm của propane là nó vẫn giữ lại một lượng lớn nhiệt có ích sau khi đi qua tuabin, khiến cho nhiều nhiệt bị thất thoát.

Mới đây, Daniel Stinger, một kỹ sư tuabin và Farouk Mian, một kỹ sư dầu mỏ, đã nghĩ ra một cách rất đơn giản để khai thác tối đa lượng nhiệt thải này. Họ tính toán rằng một chiếc tuabin thứ hai, sử dụng ngay nhiệt thải của tuabin thứ nhất, sẽ giữ lại phần lớn năng lượng của luồng hơi. Luồng hơi khi đi qua cả hệ thống đã nguội xuống còn 55 độ C.

Sự thành công của ý tưởng này sẽ cho phép ngành công nghiệp tận dụng các nguồn nhiệt thải thấp hơn 450 độ C - chiếm phần lớn trong số nhiệt thải ra từ lĩnh vực này. Tính toán của nhóm nghiên cứu cũng cho biết các nhà máy điện mắc tuabin kép có thể nâng hiệu suất từ 35% lên gần 60%.

Chỉ cần tận dụng được 20% nhiệt thải công nghiệp theo cách trên, Stinger dự đoán một mình nước Mỹ đã có thể có thêm hơn 200 gigawatt điện năng, bằng khoảng 20% nhu cầu về điện ở nước này.

Một ưu điểm nữa của phương pháp là nhiệt thoát ra sau hệ thống chỉ 55 độ C, do đó các chất ô nhiễm trước đây bị bay vào khí quyển như ôxit thủy ngân, oxi cadmi... thì nay sẽ ngưng tụ lại và được thu gom an toàn.

B.H. (theo NewScientist)

Sản xuất điện từ nhiệt của khói thải nhà máy

Các khói nhà máy với lượng nhiệt và khí thải khổng lồ thải vào không khí mỗi ngày là vấn đề đau đầu cho tất cả các nhà hoạch định chính sách phát triển công nghiệp.


Trong khi đó, mọi chính phủ đều phải để ra một khoản ngân sách không nhỏ để xây dựng mới, duy trì và bảo dưỡng các nhà máy điện phục vụ cho nhu cầu năng lượng quốc gia. Theo ước tính, nếu có thể biến 20% lượng nhiệt thải công nghiệp thành điện năng thì Mỹ, quốc gia có nhu cầu sử dụng năng lượng lớn nhất thế giới, sẽ có thêm 20% nhu cầu điện năng cần thiết.

Hệ thống sử dụng hơi prôpan chuyển hóa nhiệt thải từ ống khói công nghiệp thành điện vừa được các nhà khoa học Mỹ chế tạo hoàn thiện có thể là giải pháp cho bài toán trên. Không những tạo ra một nguồn điện năng đáng kể, hệ thống này còn giúp giảm lượng khí cacbonic và các chất gây ô nhiễm khác từ ống khói nhà máy thải vào không khí. Ưu việt của hệ thống ở chỗ nó sử dụng hơi prôban thay cho hơi nước để làm quay tuabin và chạy máy phát điện. Điều này cho phép hệ thống vận hành bình thường ngay cả với những luồng nhiệt thải có nhiệt độ thấp.

Hơi nước sử dụng để chạy máy phát điện phải được nén và làm nóng tới nhiệt độ khoảng 650oC. Nếu vì một nguyên nhân nào đó, nhiệt độ bị hạ xuống thấp hơn 450oC, máy phát điện sẽ hoạt động không hiệu quả vì áp suất nước yếu. Như vậy, khí thải ở các ống khói có nhiệt độ thấp hơn 450oC không thể dùng để chạy máy phát điện và sẽ bị phân tán vào không khí. Đây là một trong những lý do giải thích tại sao các nhà máy điện dùng dầu mỏ hoặc than đá thường có tổng hiệu suất thực tế chỉ vào khoảng 35%. Nhiều quá trình sản xuất công nghiệp khác như nhà máy hóa chất hoặc lọc dầu cũng thường để lãng phí một nguồn nhiệt năng khá lớn.

Không giống như hơi nước, prôpan có những đặc tính phù hợp hơn với ứng dụng chạy máy phát đến ở nhiệt độ thấp. Sau khi được nén thành dạng lỏng prôpan có điểm sôi thấp hơn, do đó nó có thể bốc hơi ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nước. Tuy nhiên, khi dùng prôpan, sau khi qua tuabin vẫn còn lại một lượng nhiệt hữu ích tương đối lớn. Nếu không tận dụng được lượng nhiệt này thì quả là một sự lãng phí lớn. Hơn nữa, nếu chỉ dừng lại ở đây thì hiệu suất máy phát điện tăng lên nhờ sử dụng prôpan vẫn còn chưa tương xứng với chi phí đầu tư phải bỏ ra cho việc thay thế nước bằng prôpan.

Một giải pháp đơn giản đến mức đáng kinh ngạc do Daniel Stinger, kỹ sư tuabin và Farouk Mian, kỹ sư dầu khí người Mỹ vừa công bố sẽ giải quyết được vấn đề này. Để khai thác triệt để lượng nhiệt thải cho sản xuất điện, họ đã cho lắp đặt thêm một tuabin thứ hai. Tuabin này sẽ vận hành nhờ nhiệt thải ra từ tuabin thứ nhất và có thể hấp thụ phần lớn nhiệt năng còn lại. Theo tính toán, nhiệt độ của luồng hơi từ ống khói sau khi qua cả hai tuabin sẽ chỉ còn khoảng 55oC.

Giải pháp của Stinger và Mian sẽ cho phép các ngành sản xuất công nghiệp tận dụng được hết nguồn nhiệt thải từ ống khói nhà máy có nhiệt độ thấp hơn 450oC. Loại chiếm phần lớn lượng nhiệt thải trong khu vực này. Các nhà máy điện sử dụng hệ thống tuabin kép như trên có thể tăng hiệu suất từ 35% lên mức tiềm năng 60%. Những kết quả đáng ghi nhận này đã khiến ý tưởng của nhóm Stinger được rất nhiều hãng công nghiệp lớn như BP và Chevron Texaco quan tâm.

Thực ra, sản xuất điện bằng tuabin, ép sử dụng prôban sẽ không cho một nguồn năng lương điện rẻ hơn. Giá thành một megawatt điện sản xuất bằng phương pháp này có thể ngang bằng một megawatt điện sản xuất bằng phương pháp thông thường sử dụng sức nước. Tuy nhiên, lợi ích to lớn không thể phủ nhận là càng có nhiều điện được sản xuất từ khói thải bằng cách này sẽ càng ít khí CO2 bị giải phóng vào khí quyển.

Tuy chưa được các cơ quan có thẩm quyền kiểm chứng để chính thức công nhận, nhưng công nghệ của Stinger và Mian, được biết đến với tên gọi Chu trình đóng phân tầng (CCLC) đã nhận được nhiều nhận xét tích cực từ phía các nhà chuyên môn. CCLC còn có một thế mạnh tiềm năng khác: vì khí thải sau khi ra khỏi hệ thống đã được làm lạnh xuống 55oC nên rất nhiều các chất gây ô nhiễm hiện nay vẫn xả thẳng vào không khí như ôxít thủy ngân, xít catmi sẽ được ngưng tụ lại trong ống khói và sau đó sẽ được thu gom một cách an toàn bằng các phương pháp xử lý hóa chất.

THU THỦY (KH&ĐS)