Bài giảng Cơ sở nguồn và công nghệ năng lượng: Chương 1 - PGS. TS. Phạm Hoàng Lương

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Cơ sở nguồn và công nghệ năng lượng - Chương 1: Giới thiệu chung về năng lượng, được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Khái niệm năng lượng; Các dạng năng lượng; Biến đổi năng lượng; Năng lượng và công suất; Các nguồn/dạng năng lượng; Các thuật ngữ về năng lượng; Dòng năng lượng; Đơn vị - thứ nguyên của năng lượng; Tổn thất năng lượng và hiệu suất năng lượng; Các giá trị tương đương. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Cơ sở nguồn và công nghệ năng lượng: Chương 1 - PGS. TS. Phạm Hoàng Lương

HE4171 CƠ SỞ NGUỒN VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG ENERGY RESOURCE AND TECHNOLOGY BASICS 2(2-1-0-4) PGS. TS. PHẠM HOÀNG LƯƠNG Email: luong.phamhoang@hust.edu.vn Cell phone: 0904277121 1
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NĂNG LƯỢNG 1.1 Khái niệm năng lượng 1.2 Các dạng năng lượng 1.3 Biến đổi năng lượng 1.4 Năng lượng và công suất 1.5 Các nguồn / dạng năng lượng 1.6 Các thuật ngữ về năng lượng 1.7 Dòng năng lượng 1.8 Đơn vị - thứ nguyên của năng lượng 1.9 Tổn thất năng lượng và hiệu suất năng lượng 1.10. Các giá trị tương đương và thay thế của năng lượng 1.11 Thống kê năng lượng 2
1.1. Khái niệm năng lượng (https://vi.wikipedia.org/wiki/N%C4%83ng_l%C6%B0%E1%BB%A3ng) • Năng lượng: là khả năng làm thay đổi trạng thái hoặc thực hiện công năng lên một vật thể / một hệ vật chất. 1.2. Các dạng năng lượng • Động năng: năng lượng của một vật thể chuyển động. Tốc độ và khối lượng của vật thể quyết định độ lớn về động năng của nó; • Thế năng: năng lượng của vật thể có được do ở vị trí cao hơn bề mặt trái đất; • Nhiệt năng: một dạng của động năng, có được do sự chuyển động của các nguyên tử / phân tử của chất rắn / lỏng hoặc khí; • Hóa năng: một dạng năng lượng được tàng trữ trong nguyên tử hoặc phân tử của vật chất. Năng lượng này thông thường được chuyển đổi dưới dạng nhiệt (trong quá trình cháy nhiên liệu) hoặc dưới dạng điện năng (trong pin / ắc quy điện) • Điện năng: đây là dạng năng lượng phổ biến nhất, là sự chuyển động có hướng của các điện tích trong vật liệu (thông thường là The Sun is the principal source of energy input to dây dẫn kim loại) biological systems. The Earth receives 2 main types of • Năng lượng điện từ (bức xạ): là một dạng năng lượng do một vật energy from the Sun: light (solar) and heat. / hệ vật chất phát ra dưới dạng sóng điện từ (ví dụ song vi-ba Photosynthetic plants and some bacteria can trap light trong lò vi sóng, tia X, bức xạ gama) energy and convert it into chemical energy • Cơ năng: năng lượng của vật thể quay / trục quay (http://igbiologyy.blogspot.com/2014/03/106-energy- flow-energy-loss.html) 3
1.3. Biến đổi năng lượng • Năng lượng có thể biến đổi từ dạng này sang dạng khác, hoặc chuyển đổi từ mức cao xuống mức thấp hơn mà khong biến đổi dạng thức năng lượng (ví dụ truyền nhiệt từ vật có nhiệt độ cao đến vật có nhiệt đọ thấp hơn). Biến đổi hoặc chuyển đổi năng lượng luôn tuân thử định luật nhiệt động 1 & 2. • “Sử dụng” năng lượng: để gia nhiệt, chúng ta sử dụng năng lượng bằng cách biến đổi hóa năng có trong gỗ củi thành nhiệt năng thông qua quá trình cháy củi; • “Sản xuất" năng lượng: mọt hệ thống động cơ đốt trong và máy phát điện sản xuất năng lượng bằng cách biến đổi hóa năng của dầu đốt thành điện. 1.4. Năng lượng và công suất • Năng lượng và công suất có quan hệ với nhau • Công suất là một đại lượng cho biết công được thực hiện ΔW hay năng lượng biến đổi ΔE trong một khoảng thời gian T = Δt. energy = power x time Source: https://keydifferences.com/difference-between-energy-and-power.html 4
1.5. Các nguồn năng lượng Các thuật ngữ phân loại khác nhau đối với các nguồn năng lượng • Nhiên liệu hóa thạch: than, dầu, khí thiên nhiên; Familiarity Reproducibility Monetisation • Năng lượng mặt trời Resource Conventional Traditional Non- Renewable Non- Commercial Non- • Năng lượng gió Conventional Renewable Commercial • Năng lượng sinh khối (cây cối, cây trồng nông nghiệp, chất thải từ động Large scale hydropower    vật nuôi) Coal    • Năng lượng nước (từ hồ chứa, dòng Oil and gas    chảy) • Năng lượng địa nhiệt Nuclear    Fuelwood      1.6. Thuật ngữ về nguồn năng Agricultural residue     lượng Animal dung      • Nguồn NL sơ cấp ≠ NL thứ cấp • Nguồn NL tái tạo (không bị suy giảm Animal labour      theo thời gian khai thác/sử dụng) ≠ NL Industrial waste     không tái tạo / hóa thạch (suy giảm/tổn Solar thermal      hao theo thời gian khai thác/sử dụng) • Nguồn NL truyền thống ≠ NL không Solar photovoltaic    truyền thống Wind      • Nguồn NL thương phẩm ≠ NL không Small-scale hydropower      thương phẩm Biogas    5
1.7. Dòng năng lượng • Biến đổi năng lượng từ dạng thức ban đầu đến dạng thức hữu ích thường trải qua nhiều bước biến đổi trung gian. Natural resources Mining, drilling, Losses harvesting, collecting Primary energy Processing, conversion, Losses tranformation Secondary energy Transportation, transmission, Losses storage. distribution Final energy energy supply energy demand Losses End-use device Useful energy Chuỗi năng lượng điển hình của củi đun Dòng / chuỗi năng lượng 6
1.8. Đơn vị và thứ nguyên của năng lượng Đơn vị cơ sở của Hệ SI Dimension Basic unit Symbol Length meter m Mass kilogram kg Các đơn vị dẫn xuất của Hệ SI Time Second s Electric current ampere A Dimension Unit Symbol Temperature kelvin °K Area square meter m² Volume cubic meter m³ Tiền tố SI Speed meter per second m/s exa E 1018 Acceleration meter per second m/s² peta P 1015 Pressure pascal Pa (=N/m) tera T 1012 Volume flow cubic meter per second m ³/s giga G 109 (= 1,000,000,000) Mass flow kilogram per second kg/s mega M 106 (= million) Density kilogram per cubic meter kg/m³ kilo k 103 (= thousand) Force newton (*) N(=kg.m/s²) hecto h 102 (= hundred) Energy joule (**) J(=N.m) deca da 101 (= ten) Power watt W (=J/s) deci d 10-1 (= a tenth) Energy flux watt per square meter W/m² centi c 10 (= a hundredth) Calorific value joule per kilogram J/kg milli m 10-3 etc.... Specific heat joule per kilogram kelvin J/kg.K micro u 10-6 Voltage volt V (=W/A) nano n 10-9 pico P 10-12 femto f 10-15 atto a 10-18 7
1.9. Tổn thất và hiệu suất năng lượng Hiệu suất biến đổi điển hình của một số công nghệ biến đổi năng lượng khác nhau • Luôn tồn tại tổn thất năng lượng trong các quá trình biến đổi năng lượng (định luật nhiệt động 2) • Hiệu suất của một thiết bị/hệ thống biến đổi năng lượng là tỷ Converter Form of Form of Typical efficiency số giữa lượng năng lượng hữu ích đầu ra của thiết bị/hệ thống input energy output energy với tổng năng lượng cung cấp tại đầu vào của thiết bị/hệ thống petrol engine chemical mechanical 20-25 % đó. diesel engine chemical mechanical 30-45 % • Hiệu suất được ký hiệu là  và có thứ nguyên là phần trăm, %. electric motor electrical mechanical 80-95 % boiler and turbine thermal mechanical 7-40 % hydraulic pump mechanical potential 40-80 % hydro turbine potential mechanical 70-99 % hydro turbine kinetic mechanical 30-70 % generator mechanical electrical 80-95 % battery chemical electrical 80-90 % solar cell light electrical 8-15 % solar collector light thermal 25-65 % electric lamp electrical light 5% water pump mechanical potential 60 % water heater electrical thermal 90-92 % LPG stove chemical thermal 60-70 % wood stove chemical thermal 12-30 % charcoal stove chemical thermal 20-30 % charcoal kiln chemical chemical 25-40 % 8
1.10. Các giá trị tương đương và thay thế của các dạng năng lượng Unit abbreviation kilocalorie megajoule kilowatt hour British horsepo-wer Metric ton Metric ton of Thermal Unit hour of oil coal equivalent kcal MJ kWh BTU hp.h equivalent mtce* mtoe* kcal 1 4.2x10-3 1.2x10-3 3.968 1.6x10-3 100.3x10-9 144.3x10-9 MJ 239 1 0.2887 947.8 0.3725 23.88x10-6 31.42x10-6 kWh 860.4 3.6 1 3,414 1.341 85.98x10-6 122.8x10-6 BTU 0.252 1.1x10-3 2.9x10-4 1 3.9x10-4 26.27x10-9 37.53x10-9 hp.h 641.6 2.685 0.7457 2,546 1 64.13x10-6 91.61x10-6 mtoe* 9.969x106 41,868 11,630 38.062x106 15,593 1 1.428 mtce* 6.979x106 29,310 8,142 26.645x106 10,916 0.7001 1 *Các tỷ số biến đổi này dựa trên Tiêu chuẩn của Cộng đồng Châu Âu với 1 tấn than quy chuẩn có nhiệt trị là 29,31 GJ và 1 tấn dầu quy chuẩn có nhiệt trị là 41,868 GJ. Các tỷ số biến đổi do Liên hợp Quốc (UN) sử dụng có khác đôi chút. Thực tế, nhiệt trị của than và dầu thay đổi rất đáng kể. 9
11. Thống kê năng lượng • Các giá trị tương đương Giá trị năng lượng tương đương của một số nhiên liệu chính fuel unita tonnes of coal tonnes of oil barrels of oil GJa equivalent b equivalentb equivalentc (tce) (toe) (boe) coal tonne 1.00 0.70 5.05 29.3 firewoodd (air dried) tonne 0.46 0.32 2.34 13.6 kerosene tonne 1.47 1.03 7.43 43.1 natural gas 1,000 m3 1.19 0.83 6.00 34.8 gasoline (petrol) barrelc 0.18 0.12 0.90 5.2 gas oil/diesel barrelc 0.20 0.14 1.00 5.7 aGJ/tấn tương đương với MJ/kg bNhiệt trị của 1 tấn than quy chuẩn (tiêu chuẩn Cộng đồng châu Âu): 29,31 x 109 J, nhiệt trị của 1 tấn dầu quy chuẩn: 41,868 x 109 J c 1 thùng dầu: 42 US gallons = 0.158987 m3 dNăng lượng tương đương của gỗ thay đổi trong khoảng rộng ( từ 1 đến 3 lần), phụ thuộc vào độ ẩm của gỗ, loại gỗ và hàm lượng tro. 10
• Cân bằng năng lượng ✓ Là một bảng / biểu tính / sơ đồ của tất các các dạng năng lượng được sản xuất và sử dụng / tiêu thụ trong một “hệ thống” năng lượng trong một khoảng thời gian xác định; ✓ “Hệ thống” có thể là toàn bộ một quốc gia, một khu vực, hoặc đơn giản là một quá trình công nghệ của một nhà máy; ✓ Cân bằng NL thường được xây dựng cho một năm, song cũng có thể xây dựng trong các năm nối tiếp nhau để biểu thị xu hướng thay đổi đổi việc cung cấp và tiêu thụ năng lượng theo thời gian. 11
BIỂU THỨC CƠ SỞ CỦA CÂN BẰNG NĂNG LƯỢNG CẤP QUỐC GIA Bảng cân bằng năng lượng quốc gia Sản xuất trong nước + Nhập khẩu = Xuất khẩu + Thay đổi dự trữ + Sử dụng Supply and consumption Coal Other Crude Petroleum Gas Hydro Biomass Total + Tổn thất solid oil products fuel • SX trong nước: than, dầu, khí TN, thủy năng, sinh khối, thủy năng, v.v National production • Nhập khẩu: NL nhập từ bên ngoài • Thay đổi dự trữ: tăng / giảm Imports • Xuất khẩu: NL xuất đi các quốc gia khác Stock changes • Sử dụng: cần được phân loại theo khu vực/lĩnh vực, hoặc theo dạng năng Exports lượng sử dụng hoặc theo hộ sử dụng cuối cùng Total primary supply • Tổn thất: Energy transformations ✓ Tổn thất kỹ thuật: xuất hiện trong quá trình biến đổi/vận chuyển/truyền -Sectors own uses tải NL; Losses ✓ Tổn thất quản lý hành chính: một số hộ tiêu thụ NL không đăng Final energy production ký/không được ghi chép. Total final consumption • Industry sector → Cân bằng NL là công cụ để phân tích hiện trạng và xu hướng sản xuất / • Transport sector tiêu thụ năng lượng nhằm quản lý tốt nguồn tài nguyên, đề xuất các giải • Agriculture sector pháp sử dụng năng lượng hiệu quả, hoạch định các chính sách phân bổ lại • Commercial sector NL → Số liệu NL cần được hiển thị dưới các thứ nguyên / thuật ngữ kinh tế để • Residential phân tích, cùng với các tác động văn hóa-xã hội và môi trường của việc sử • Energy industry dụng NL. 12
gồm: Xăng ô tô; xăng máy bay; dầu hỏa; dầu (*) Bao DO; dầu FO; LPG; nhựa đường; dầu nhờn và các sản phẩm dầu khác (*)Includingmotor gasoline; jet fuel; kerosene; diesel oil; fuel oil; LPG; bitumen; lubricant and other oil products. Ghi chú: TOE là đơn vị năng lượng chung, được sử dụng để quy đổi các dạng năng lượng khác nhau về chung một đơn vị tính. 1 TOE tương đương với nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hêt 1 tấn dầu. Note: TOE (Tonne of Oil Equivalent) is a general unit of energy, used to convert different types of energy into a general unit. 1 TOE is aquivalent to the amount of energy by burning one tonne of crude oil. 13
Tài liệu tham khảo 1. Bùi Đức Hùng, Lê Văn Doanh, Phạm Hoàng Lương, Nguyễn Việt Dũng, Bùi Thanh Hùng. Quản lý và sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả. Chương 1. Năng lượng và sử dụng hiệu quả năng lượng. Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội, 2018. 2. https://vi.wikipedia.org/wiki/N%C4%83ng_l%C6%B0%E1%BB%A3ng 3. https://en.wikipedia.org/wiki/Energy 4. https://vi.wikipedia.org/wiki/Công_suất 5. Hoang-Luong PHAM. Wood Energy Basics. Technical Document FAO/RWEDP, Bangkok, Thailand. 1998 6. Thierry Lefevre. Energy balance and introduction to sectoral energy account (Part 1), Lecture notes of ED 07.11 course, Asian Institute of Technology, Thailand, 1997. 14