Phân tích 4E (Energy, Exergy, Economic, Environment) hệ thống nhiệt

Trong bài viết này, các chỉ tiêu phân tích hệ thống nhiệt gồm năng lượng (Energy), exergy, kinh tế (Economic) và môi trường (Environment) được trình bày để đánh giá tổng thể và tối ưu hóa. Mô hình toán học cho các chỉ tiêu được trình bày. Các hệ thống tiêu biểu đã áp dụng các chỉ tiêu phân tích này như turbine khí, Kalina, máy lạnh hấp thụ, máy lạnh ejector, máy lạnh nén hơi, được trình bày và phân tích.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích 4E (Energy, Exergy, Economic, Environment) hệ thống nhiệt Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnh HNKH-13 PHÂN TÍCH 4E (ENERGY, EXERGY, ECONOMIC, ENVIRONMENT) HỆ THỐNG NHIỆT NGUYỄN MINH PHÚ 1, ĐOÀN THỊ HỒNG HẢI 1, HỒ THỊ KHÁNH PHƯỢNG 1, NGUYỄN VĂN DŨNG 1, ĐINH NHO ANH 1, VÕ LONG HẢI 1, TRƯƠNG QUANG TRÚC 1, 1 Khoa Công nghệ nhiệt lạnh, Trường Đại học Công nghiệp TP. Hồ Chí Minh; nguyenminhphu@iuh.edu.vnTóm tắt. Trong bài báo này, các chỉ tiêu phân tích hệ thống nhiệt gồm năng lượng (Energy), exergy, kinhtế (Economic) và môi trường (Environment) được trình bày để đánh giá tổng thể và tối ưu hóa. Mô hìnhtoán học cho các chỉ tiêu được trình bày. Các hệ thống tiêu biểu đã áp dụng các chỉ tiêu phân tích này nhưturbine khí, Kalina, máy lạnh hấp thụ, máy lạnh ejector, máy lạnh nén hơi, được trình bày và phân tích. Kếtquả cho thấy phân tích 4E là công cụ mạnh và không thể thiếu khi xem xét và đánh giá một hệ thống nhiệt.Kết hợp với các phương pháp tối ưu đa mục tiêu như tổng có trọng, thuật toán di truyền, kỹ thuật ra quyếtđịnh TOPSIS, phương pháp chỉ số chọn lọc thích hợp, … sẽ xác định chính xác các thông số thiết kế vàvận hành tối ưu.Từ khóa. Phân tích 4E, máy lạnh hấp thụ, máy lạnh ejector, động cơ turbine khí, hệ thống Kalina. 4E (ENERGY, EXERGY, ECONOMIC, ENVIRONMENT) ANALYSIS OF A THERMAL SYSTEMAbstract. In this paper, the thermal system analysis criteria including energy (Energy), exergy, economy(Economic) and environment (Environment) are presented for overall evaluation and optimization.Mathematical models for the indicators are presented. Typical systems that have applied these analysiscriteria such as gas turbines, Kalina power cycle, absorption chillers, ejector refrigeration system, vaporcompression chillers, are presented and analyzed. The results show that 4E analysis is a powerful andindispensable tool when considering and evaluating a thermal system. Combined with multi-objectiveoptimization methods such as weighted sums, genetic algorithms, TOPSIS decision-making techniques,preference selection index methods, etc., the design and operation parameters will be accurately determined.Keywords. 4E analysis, absorption chiller, ejector refrigeration system, gas turbine engine, Kalina system.GIỚI THIỆU Khủng hoảng năng lượng sâu rộng đặt ra thách thức cho toàn thế giới để giải quyết bài toán năng lượng.Trong đó năng lượng hóa thạch ngày càng cạn dần do phần lớn sự đốt nhiên liệu trong các nhà máy nhiệtđiện [1]. Phần lớn các nhà máy nhiệt điện trên thế giới sử dụng chu trình kết hợp khí hơi để phát điện [2]gây quan ngại cho nhân loại cả về năng lượng lẫn môi trường [3]. Một khía cạnh nữa cần đánh giá cácthermal plant là tiềm năng sinh công của nguồn nhiệt và tính không thuận nghịch của từng thiết bị trongchu trình thông qua phân tích exergy [4, 5]. Lee [6] đã phân tích một chu trình tuabin khí bằng cách áp dụngcác phương pháp tiếp cận năng lượng và exergy (2E). Hiệu suất exergy là 51% và bình ngưng có tính khôngthuận nghịch lớn nhất đã được báo cáo. Ahmadi và cộng sự. [7] đã thực hiện phân tích 3E (Năng lượng,Exergy và Môi trường) cho nhà máy nhiệt và điện kết hợp (CHP). Nhà máy được đề xuất có thể đạt hiệusuất lên đến 56,8%. Hơn nữa, khía cạnh kinh tế gắn với chi phí vốn và chi phí hoạt động nên được coi làmột tiêu chí đánh giá [8]. Rad và Najafabadi [9] đã cố gắng tối ưu hóa chu trình tuabin khí đốt sinh khối vàkhí đốt tự nhiên sử dụng cơ sở phân tích 4E, tức là năng lượng, exergy, kinh tế và môi trường. Nồng độ -121- Hội thảo CÁC NGHIÊN CỨU TIÊN TIẾN TRONG KHOA HỌC NHIỆT VÀ LƯU CHẤT Khoa Công nghệ Nhiệt Lạnhthích hợp của nhiên liệu đã được suy ra để giảm thiểu hàm mục tiêu giá cả. Moghimi và cộng sự [10] đãnghiên cứu một hệ thống kết hợp làm mát, sưởi ấm và điện (CCHP) bằng phân tích 4E. Hiệu quả làm mátđược cung cấp bởi một chu trình làm lạnh ejector. Chu trình CCHP mang lại hiệu suất exergy và năng lượngcao hơn so với chu trình truyền thống. Gần đây, Roy và Mandal [11] đã thực hiện phân tích 4E cho mộtchu trình làm lạnh ghép tầng với các chất làm lạnh khác nhau. Một cặp tác nhân lạnh nhất định đã được tìmthấy để tối đa hóa hiệu suất exergy và giảm thiểu chi phí nhà máy hàng năm. Gần đây hơn, Moghadam vàcộng sự [12] đã đánh giá hiệu suất 4E của một nhà máy CCHP nơi sản xuất lạnh bằng chu trình Kalina. Họđã chứng minh rằng chu trình Kalina có khả năng phá hủy exergy thấp. Từ sự phân tích ở trên có thể thấy tầm quan trọng của việc thermo-economic analysis (2E đến 4E) các hệthống năng lượng tích hợp. Nghiên cứu hiện tại thực hiện đánh giá tổng quan các chỉ tiêu đánh giá và trìnhbày ...