Nghiên cứu và ứng dụng nguồn năng lượng nước công suất nhỏ để làm lạnh

Bài viết trình bày sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh sử dụng sức nước để sản xuất đá viên và bảo quản thực phẩm, các cơ sở lý thuyết, tính toán thiết kế và lựa chọn thiết bị, kết quả lắp đặt hệ thống thiết bị và phân tích hiệu quả kinh tế của dự án ứng dụng năng lượng tái tạo để làm lạnh đã được triển khai ứng dụng thực tế tại Khu Du lịch Sinh thái Lái Thiêu – Đà Nẵng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu và ứng dụng nguồn năng lượng nước công suất nhỏ để làm lạnh ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1 9 NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG NƯỚC CÔNG SUẤT NHỎ ĐỂ LÀM LẠNH STUDYING AND APPLYING WATER ENERGY WITH SMALL CAPACITY TO COOLING Võ Chí Chính1, Vũ Huy Khuê2 Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; vcchinh@dut.udn.vn 2 Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; vukhuebk@gmail.com 1 Tóm tắt - Bài báo trình bày sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh sử dụng sức nước để sản xuất đá viên và bảo quản thực phẩm, các cơ sở lý thuyết, tính toán thiết kế và lựa chọn thiết bị, kết quả lắp đặt hệ thống thiết bị và phân tích hiệu quả kinh tế của dự án ứng dụng năng lượng tái tạo để làm lạnh đã được triển khai ứng dụng thực tế tại Khu Du lịch Sinh thái Lái Thiêu – Đà Nẵng. Từ các kết quả nghiên cứu và đánh giá cho thấy việc ứng dụng sức nước tại các khu du lịch sinh thái là cần thiết, có thể sử dụng vào nhiều mục đích khác nhau và mang lại hiệu quả thiết thực cho chủ đầu tư. Các kết quả nghiên cứu là cơ sở để triển khai các dự án sử dụng nguồn nước tự nhiên công suất nhỏ để làm lạnh. Abstract - This article presents the schematic diagram of the cooling system using water power to produce ice cubes and preserve food, the theoretical basis, the design calculation and the equipment selection, the results of the equipment system installation. The article also analyses the economic efficiency of renewable energy application projects for refrigeration that have been applied to Lai Thieu eco-tourism park of Da Nang city. The research and evaluation results show that the application of water energy to eco-tourism parks is necessary and can be used for many purposes to bring benefits to investors. The research results are the basis for implementing projects using small capacity natural water for cooling. Từ khóa - năng lượng nước; du lịch sinh thái; đá viên; bảo quản thực phẩm; ứng dụng sức nước Key words - water energy; eco-tourism; ice cubes; food preservation; water energy application 1. Đặt vấn đề Khai thác và ứng dụng các nguồn năng lượng tái tạo là một trong những ưu tiên của Đảng và Nhà nước ta trong thời gian qua. Đối với các khu du lịch sinh thái miền núi luôn có sẵn các nguồn năng lượng nước công suất nhỏ có thể khai thác phục vụ cho khu du lịch như cung cấp điện sinh hoạt, sản xuất đá viên và bảo quản thực phẩm. Do công suất của nguồn nhỏ nên việc khai thác hầu như không ảnh hưởng môi trường. Trong bài báo này, nhóm tác giả giới thiệu các kết quả nghiên cứu, thiết kế và triển khai lắp đặt hệ thống lạnh sản xuất đá viên và bảo quản thực phẩm sử dụng sức nước. Điểm đặc biệt ở đây là nguồn nước được sử dụng trực tiếp để chạy máy lạnh mà không thông qua điện năng. Giải pháp này một mặt làm giảm chi phí đầu tư máy phát điện và tránh được tổn thất năng lượng ở máy phát điện. Mặt khác, trong quá trình vận hành, khi lưu lượng nước thay đổi theo mùa, hệ thống vẫn hoạt động bình thường không hề bị ảnh hưởng như trường hợp sử dụng mô tơ điện, chỉ khác là thời gian làm lạnh có thể thay đổi. 2. Khảo sát nhu cầu sử dụng đá viên và bảo quản thực phẩm của các khu du lịch sinh thái tại miền Trung Khu vực miền Trung và Tây Nguyên có rất nhiều khu du lịch sinh thái. Qua khảo sát lượng du khách tham quan các cơ sở hằng năm trên các website và ước tính nhu cầu về sử dụng đá viên, thực phẩm theo số lượng khách du lịch hằng năm, nhóm tác giả đã xác lập được các kết quả ước tính như Bảng 1 dưới đây. 2 Nghệ An 1,0 500 3 Hà Tĩnh 0,6 300 600 4 Quảng Bình 3 1.500 3.000 5 Quảng Trị 0,2 100 200 6 Thừa Thiên – Huế 2 1.000 2.000 7 Đà Nẵng 2,5 1.250 2.500 8 Quảng Nam 1,2 600 1.200 9 Quảng Ngãi 0,2 100 200 10 Bình Định 0,7 350 700 11 Phú Yên 0,2 100 200 12 Khánh Hòa 1,0 500 1.000 13 Ninh Thuận 0,4 200 400 14 Bình Thuận 0,9 450 900 15 Kon Tum 0,1 50 100 16 Gia Lai 0,3 150 300 17 Đắk Lắk 0,3 150 300 18 Đắc Nông 0,1 50 100 19 Lâm Đồng 2 1.000 2.000 7.501 15.003 TỔNG 3. Sơ đồ nguyên lý Bảng 1. Ước tính nhu cầu sử dụng đá viên và thực phẩm tại các khu du lịch sinh thái các tỉnh miền Trung – Tây Nguyên TT 1 Tỉnh, thành Thanh Hóa Nhu cầu (tấn/năm) Du khách (triệu người/năm) Đá viên TP 0,8 400 800 Hình 1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống lạnh 1.000 Võ Chí Chính, Vũ Huy Khuê 10 Hệ thống sử dụng 01 máy nén lạnh kiểu hở chạy cho 03 phụ tải gồm: máy đá viên 1.000 kg/ngày, kho lạnh bảo quản đá kích thước 15 m3, nhiệt độ -15°C, kho lạnh bảo quản rau quả 20 m3, nhiệt độ 5°C. Máy nén lạnh được dẫn động trực tiếp bằng một tua bin gáo. Nguồn nước có độ cao chừng 100m và lưu lượng cực đại có thể khai thác chừng 100 kg/s. 4. Tính toán công suất hệ thống thiết bị 4.1. Các thông số đầu thiết kế - Máy đá viên năng suất: 1.000 kg/ngày; - Kích cỡ đá viên: 38x38 mm; - Thời gian làm đá của mỗi mẻ: 45 phút; - Khối lượng mỗi mẻ : 50 kg/mẻ; - Kho bảo quản đá: -15°C, 15 m3; - Kho bảo quản thực phẩm (rau quả): 5°C, 20 m3. 4.2. Xác định phụ tải nhiệt máy đá viên - Dòng nhiệt tổn thất do truyền nhiệt tại cối đá: Q11 = k1 .F1 .t1 N= (1) t1: Độ chênh nhiệt độ bên trong và ngoài cối đá, K. - Dòng nhiệt do nước làm đá tỏa ra: = Gd G q o = d (Cpn .t n + r + Cpd t d )   Gd (4186.tn + 333600 + 2090. t d )  (2) : Thời gian sản xuất một mẻ đá, giây. tn, td: Nhiệt độ nước vào làm đá và nhiệt độ đá thành phẩm, °C; Cpn, Cpd: Nhiệt dung riêng của nước và đá, J/kg.K; R: Nhiệt hóa rắn nước đá, J/kg. Trong một ngày máy sẽ chạy 20 mẻ, nên khối lượng một mẻ sẽ là G d = 1.000 / 20 = 50 kg/mẻ. Trong cối đá viên vẫn còn một số dòng nhiệt tổn thất như: tổn thất nhiệt trên đường ống gas, tổn thất nhiệt do mở cửa v.v... Tuy nhiên các tổn thất nhiệt này nhỏ, khó tính toán nên được đưa vào trong hệ số dự trữ. 4.3. Xác định phụ tải kho lạnh - Dòng nhiệt tổn thất truyền nhiệt qua kết cấu kho lạnh: : Hệ số lạnh chu trình máy lạnh. - Lưu lượng và cột áp yêu cầu của nguồn nước: 2 2 G ...