Giáo trình Sử dụng năng lượng hiệu quả (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới và Thủy lợi (Năm 2017)

Chia sẻ: Đàm Tuyết Hạ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:56

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Sử dụng năng lượng hiệu quả (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Trung cấp) được ban hành kèm theo quyết định số 742 ngày 01 tháng 12 năm 2017. Giáo trình kết cấu gồm 5 bài, cung cấp cho học viên những kiến thức về: định mức tiêu hao năng lượng; quản lý sử dụng năng lượng nhiệt; quản lý sử dụng năng lượng điện; bảo dưỡng hệ thống tiêu thụ năng lượng;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Sử dụng năng lượng hiệu quả (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới và Thủy lợi (Năm 2017)

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ GIỚI VÀ THỦY LỢI GIÁO TRÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HIỆUQUẢ NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo quyết định số 742 ngày 01 tháng 12 năm 2017) Năm 2017
Lời nói đầu Các nguồn năng lượng trên thế giới hiện nay chủ yếu được khai thác từ năng lượng truyền thống (năng lượng hoá thạch như dầu mỏ, than đá, khí đốt...) sẽ cạn kiệt trong một tương lai không xa. Bên cạnh đó, chất thải trong quá trình sử dụng năng lượng là tác nhân gây ra các vấn đề về môi trường cũng như sự ấm lên toàn cầu của khí hậu trái đất. Do vậy, sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là vấn đề hết sức cấp bách trong giai đoạn hiện nay góp phần làm bình ổn thị trường năng lượng thế giới nói chung, góp phần đẩy mạnh sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước nói riêng, và cải thiện môi trường sống mà con người phải trực tiếp gánh chịu. Đề cương bài giảng SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HIỆU QUẢ này được biên soạn để làm tài liệu chính thức dùng cho học sinh trường Cao đẳng cơ giới và thủy lợi. Đề cương bài giảng này dựa trên cơ sở Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả (đã được kỳ họp thứ 7, Quốc hội khóa XII thông qua ngày 17/06/2010, và đã được Văn phòng Chủ tịch nước đã tổ chức họp báo công bố Lệnh của Chủ tịch nước về việc công bố Luật ngày 9/7/2010, đầu năm 2011 đã được ban hành). Tuy đã cố gắng nhưng chắc chắn không tránh khỏi một số thiếu sót, rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của quý thầy cô giáo và các học sinh để Đề cương bài giảng ngày càng được hoàn thiện hơn.
Nội dung tổng quát và phân phối thời gian: Thời gian Số Thực hành, TT Tổng Lý thí nghiệm, Kiểm Tên chương, mục số thuyết thảo luận, tra bài tập Bài 1:Giới thiệu chung 2 2 1.1 Ý nghĩa của quản lý sử dụng năng lượng 1 1.2.Các nguyên tắc cơ bản của quản lý sử dụng năng lượng 1.3.Chương trình quản lý sử dụng năng lượng Bài 2:Định mức tiêu hao năng lượng 12 2 10 2.1. Khái niệm 2 2.2.Ý Nghĩa việc định mức tiêu hao năng lượng. 2.3. Các phương pháp định mức tiêu hao năng lượng Bài 3:Quản lý sử dụng năng lượng 11 3 7 1 nhiệt 3.1. Đặc điểm tiêu thụ năng lượng của lò hơi và hệ thống đốt cháy 3 3.2. Cách xác định hiệu suất lò hơi 3. 3.Các cơ hội bảo tồn năng lượng trong hệ thống nhiệt Bài 4:Quản lý sử dụng năng lượng 10 4 6 điện 4 4.1. Sử dụng năng lượng hợp lý trong hệ thống động cơ 4.2. Sử dụng năng lượng hợp lý trong hệ thống chiếu sáng Bài 5:Bảo dưỡng hệ thống tiêu thụ 10 4 5 1 năng lượng 5 5.1. Thiết kế chương trình bảo dưỡng 5.2. Các hoạt động bảo dưỡng chi tiết Cộng 45 15 28 2
Bài 1:GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.Ý nghĩa và tầm quan trọng của việc SDNL &HQ a.Tầm quan trọng của việc SDNL &HQ Năng lượng là nguồn động lực duy trì sự tồn tại và phát triển của tất cả các ngành kinh tế trong một quốc gia. Do đó, năng lượng có vai trò đặc biệt quan trọng trong đời sống chúng ta và quá trình sản xuất, sự khan hiếm và thiếu hụt năng lượng là một trong những nguyên nhân lớn làm hạn chế việc nâng cao chất lượng cuộc sống và kìm hãm sự phát triển kinh tế xã hội. b.Ý nghĩa của việc SDNL &HQ Sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả là một trong các giải pháp thiết thực và tối ưu đối với hoàn cảnh của đất nước ta hiện nay Hiện nay việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả chính là sự quan tâm không chỉ của một cá nhân, một tổ chức, một quốc gia mà là của toàn thế giới. 1.2.Các nguyên tắc cơ bản của quản lý sử dụng năng lượng Sự thiếu hiểu biết về năng lượng và tầm quan trọng của việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả của con người là một trong những các nguyên nhân chính gây nên sự cạn kiệt của các nguồn tài nguyên năng lượng và huỷ hoại môi trường sinh thái.
Do vậy, cần phải giáo dục cho mọi người biết và hiểu về năng lượng, tầm quan trọng của việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong sự phát triển bền vững 1.2.1Giáo dục sử dụng năng lượng và hiệu quả Làm cho các cá nhân và cộng đồng hiểu được tầm quan trọng của năng lượng và của việc sử dụng tiết kiệm, hiệu quả nguồn năng lượng; đem lại cho người học kiến thức, nhận thức về giá trị, thái độ và kĩ năng thực hành để người học tham gia một cách có trách nhiệm và hiệu quả trong phòng ngừa và giải quyết các vấn đề năng lượng 1.2.2Khái niệm SDNL&HQ a.Khái niệm về SDNL tiết kiệm Sử dụng năng lượng tiết kiệm: sử dụng hợp lí, giảm hao phí năng lượng trong quá trình sử dụng. b.Khái niệm về SDNL hiệu quả: Sử dụng năng lượng hiệu quả: đảm bảo thực hiện được các hoạt động cần thiết với mức tiêu phí năng lượng thấp nhất. c.Khái niệm về SDNL &HQ: Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là sử dụng năng lượng một cách hợp lí, nhằm giảm mức tiêu thụ năng lượng, giảm chi phí năng lượng cho hoạt động của các phương tiện, thiết bị mà vẫn đảm bảo nhu cầu năng lượng cần thiết cho các quá trình sản xuất, dịch vụ và sinh hoạt. 1.3.Chương trình quản lý sử dụng năng lượng a.Sự cần thiết phải SDNL &HQ -Do nguồn năng lượng truyền thống (năng lượng hoá thạch) ngày càng cạn kiệt. -Do ảnh hưởng tiêu cực đối với môi trường của việc sử dụng các nguồn năng lượng phục vụ đời sống con người. -Sức ép dân số và phát triển kinh tế ngày càng gia tăng trong khi các nguồn tài nguyên, nhiên liệu có hạn đang cạn kiệt dần Giải quyết vấn đề năng lượng đòi hỏi chúng ta không chỉ ưu tiên cho việc phát triển các nguồn năng lượng thay thế mới mà còn cần chú ý đến khía cạnh bảo tồn. Tiết kiệm năng lượng sẽ đem lại cho chúng ta những ích lợi đáng kể về kinh tế, giảm thiểu suy thoái do việc khai thác và "để dành" được những tài nguyên quý giá cho mai sau. Đó cũng là một thái độ sống có trách nhiệm với cộng động và với thế hệ tương lai. b.Vai trò:Việc gia tăng khai thác và sử dụng các nguồn tài nguyên năng lượng như hiện nay trên thế giới cũng như Việt Nam đã dẫn đến nguồn tài nguyên năng lượng không tái sinh như than, dầu lửa, khí đốt đang bị cạn kiệt. Ví dụ một số hình ảnh minh họa lấy từ nguồn Internet ô nhiễm môi trường *Khai thác gây ô nhiễm,ảnh hưởng sinh thái,môi trường,hiệu ứng nhà kính
Khai thác than gây ô nhiễm Hình:1.1 Hình :1.2
Hình :1.3 Rác thải không đúng nơi qui định Hình :1.4
Hình:1.5 Hình:1.6
Hình:1.7 Hình:1.8
Hình:1.9 Hình:1.10
Hình:1.11 Hình:1.12
Hình:1.13 CÂU HỎI ÔN TẬP BÀI 1: Câu 1: Giáo dục sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là gì? Câu 2: Mục đích của việc giáo dục sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả?
Câu 3: Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là gì? Câu 4: Vì sao phải sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả? Câu 5: Vai trò của việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đối với đời sống con người?
Bài 2:ĐỊNH MỨC TIÊU HAO NĂNG LƯỢNG 2.1 Khái niệm năng lượng Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công. Có nhiều dạng năng lượng khác nhau như: điện năng, quang năng, cơ năng, hoá năng, nhiệt năng… Trong xã hội văn minh ngày nay, con người không thể sống thiếu năng lượng. Nhưng do nguồn năng lượng là hữu hạn nên nhân loại phải sử dụng năng lượng một cách hiệu quả không lãng phí. 2.1.1 Năng lượng sơ cấp Năng lượng sơ cấp: tạm hiểu là nguồn năng lượng "thô" có sẵn ngoài thiên nhiên, muốn sử dụng, cần qua một giai đoạn gọi là chuyển hoá năng lượng để trở thành điện năng, nhiệt năng, công năng. 2.1.2 Năng lượng thứ cấp Năng lượng thứ cấp là những năng lượng được sinh ra trong quá trình chuyển hoá những năng lượng thô như nêu trên 2.2 Ý Nghĩa việc định mức tiêu hao năng lượng. Có nhiều loại năng lượng như năng lượng mặt trời tồn tại ở các dạng chính: bức xạ mặt trời, năng lượng sinh học (sinh khối động thực vật), hay năng lượng chuyển động của khí quyển và thuỷ quyển (gió, sóng, các dòng hải lưu, thuỷ triều, dòng chảy sông...), hoặc năng lượng hoá thạch (than, dầu, khí đốt, đá dầu), còn năng lượng lòng đất gồm nhiệt lòng đất biểu hiện ở các các nguồn địa nhiệt, núi lửa và năng lượng phóng xạ tập trung ở các nguyên tố như U, Th, Po,… Chính vì vậy mà năng lượng được phân thành nhiều loại và ó nhiều cách phân loại năng lượng như: dựa theo nguồn gốc của nhiên liệu, phân loại theo mức độ ô nhiễm, phân loại theo trình tự sử dụng… Ở tài liệu này, giới thiệu hai cách phân loại chủ yếu: phân loại theo nguồn gốc vật chất của năng lượng và phân loại theo mức độ ô nhiễm.[5] 2.2.1.Phân loại theo nguồn gốc vật chất của năng lượng Phân loại theo nguồn gốc vật chất của năng lượng, có thể chia năng lượng thành hai loại là năng lượng vật chất chuyển hoá toàn phần và năng lượng tái tạo: 2.2.2.Năng lượng vật chất chuyển hoá toàn phần Đây là dạng năng lượng mà nhiên liệu sản sinh ra nó không có khả năng tái sinh và mất đi vĩnh viễn. Thành phần chủ yếu của nhóm năng lượng này là các dạng nhiên liệu hoá thạch (than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên). Các loại nhiên liệu này được hình thành thông qua sự hoá thạch của động, thực vật trong một thời gian rất dài, tính tới hàng triệu năm. Năng lượng vật chất chuyển hoá toàn phần là nguồn cung cấp chủ yếu năng lượng cho các hoạt động sản xuất và đời sống của con người. Tính đến những năm đầu thế kỉ XXI, năng lượng hoá thạch cung cấp hơn 85 % tổng năng lượng tiêu thụ toàn cầu, và cung cấp 2/3 nguồn năng lượng tiêu thụ tại Mỹ. Tuy nhiên đây cũng là tác nhân chính làm ô nhiễm môi trường và làm tăng nhiệt độ trái đất. Theo thống kê của Cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ, việc sử dụng các nguồn nhiên liệu hoá thạch
trong hơn 150 năm qua đã khiến trái đất phải hứng chịu khoảng 245 tỉ tấn cacbon điôxít (các tên gọi khác là anhiđrít cacbonic, khí cacbonic, hay gọi theo công thức hóa học là CO2). - Việc tái tạo loại nhiên liệu hoá thạch phải mất tới hàng triệu năm, vì vậy đây là nguồn nhiên liệu được coi là không thể phục hồi, đến một ngày nào đó nó sẽ biến mất khỏi trái đất. 2.2.3 Năng lượng thay thế (hay năng lượng tái tạo) - Năng lượng thay thế là năng lượng thu được từ những nguồn ngoài 3 dạng nhiên liệu hoá thạch đã đề cập ở trên, đó là: năng lượng hạt nhân, năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sinh khối, năng lượng nước…. Những nguồn năng lượng mới, tái sinh và không ô nhiễm, dù hiện tại hiệu suất còn chưa cao nhưng hy vọng rằng, trong tương lai, với những tiến bộ khoa học, chúng sẽ được sử dụng rộng rãi hơn. Hình 2.1; Năng lượng tái tạo ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ biến (Tổng hợp nhiều hình từ trang mạng http://www.google.com/ với từ khóa” Năng Lượng Thay Thế”)  Năng lượng hạt nhân
- Năng lượng hạt nhân là năng lượng có được bằng một trong hai cách: Phân rã hạt nhân các nguyên tử, hoặc kết hợp hạt nhân các nguyên tử. Việc phân rã hạt nhân, hoặc kết hợp hạt nhân nói trên mang lại một nguồn năng lượng khổng lồ. Năng lượng hạt nhân có đặc điểm là một nguồn năng lượng lớn (tính đến năm 2000, Mỹ có 110 nhà máy điện nguyên tử; 70% lượng điện tiêu thụ ở Pháp là từ năng lượng hạt nhân). - NLHN liên quan đến những thay đổi trong hạt nhân nguyên tử, sự liên kết hay phá vỡ lực hạt nhân giữa các nuclon (proton, neutron). Lực hạt nhân này rất lớn, muốn tách một nuclon ra khỏi hạt nhân phải tiêu tốn một năng lượng lớn gấp 1 triệu lần năng lượng cần thiết để bứt một electron ra khỏi lớp vỏ nguyên tử. - Các phản ứng hạt nhân dựa trên sự khai thác thế năng tiềm tàng trong khối lượng các hạt nhân. Có hai phản ứng khác nhau giải phóng ra NLHN: phân hạch và tổng hợp (nhiệt hạch) : + Phản ứng phân hạch: Hạt nhân nặng bị phá vỡ thành các hạt nhân trung bình. + Phản ứng nhiệt hạch: Các hạt nhân nhẹ kết hợp để tạo nên hạt nhân nặng hơn. Hình 2.2:Phản ứng phân hạch (http://thaithanhhoa.edu.vn/vl/index.php?language=vi&nv=news&op=Tu- Lieu-Vat-ly/Phan-ung-hat-nhan-Nang-luong-hat-nhan-32) - Các phản ứng hạt sinh ra năng lượng gấp hàng trăm đến hàng triệu lần năng lượng các phản ứng hoá học thông thường. Năng lượng này lại được giải phóng cùng một lúc, tạo ra lượng nhiệt khổng lồ tiêu hủy tất cả mọi thứ quanh nó.
- NLHN có nhiều ưu điểm như: là nguồn năng lượng sạch, rẻ và tương đối an toàn, không phát thải CO2, SOx, NOx gây ô nhiễm không khí. Các nước cung cấp Uranium, nhiên liệu cho điện nguyên tử chủ yếu là Canada, Australia đều là những nước có tình hình chính trị ổn định và có thể cung cấp ổn định. Hơn nữa, vì Uranium có thể phát điện chỉ với một lượng rất nhỏ so với dầu nên có ưu điểm là dễ vận chuyển và bảo quản. Ví dụ, để vận hành nhà máy điện công suất 1000 MW trong vòng một năm thì phải cần tới hơn một triệu tấn dầu, trong khi đó đối với nhiên liệu Uranium thì chỉ cần vài chục tấn. Trong các nhà máy điện nguyên tử, khi nạp nhiên liệu vào lò phản ứng là có thể liên tục phát điện trong vòng 1 năm mà không cần phải thay thế nhiên liệu. Lượng chất thải phóng xạ phát sinh trong nhà máy điện nguyên tử rất ít so với lượng chất thải công nghiệp thông thường, do vậy có thể quản lý được một cách chặt chẽ, cất giữ và bảo quản an toàn. Hình 2.3: Nhà máy điện hạt nhân Gundremmingen (http://www.khoahoc.com.vn/doisong/moi-truong/giai-phap/28097_Nha-may-dien- hat-nhan-dau-tien-cua-Viet-Nam-se-do-Nga-xay-dung.aspx) - Tuy vậy, việc xử lý chất thải hạt nhân và an toàn trong vận hành nhà máy điện nguyên tử vẫn đang là mối quan tâm hàng đầu của nhân loại. Việc đổ bỏ an toàn các chất phóng xạ hạt nhân là một trong những vấn đề gay go, các chất phóng xạ mức cao phải được cô lập ở những nơi mà khả năng nó nhiễm ra môi trường là thấp nhất. Vị trí bãi đổ cũng phải ổn định về địa chất và không có hoặc có ít dòng chảy có thể lan truyền chúng.
- Ứng dụng phản ứng hạt nhân đã mang lại một nguồn năng lượng to lớn khác cho nhân loại, tuy nhiên, nó không thể là giải pháp tối ưu bởi những hậu quả môi trường có khi dài đến hàng thế kỷ mà nó gây ra.  Năng lượng mặt trời. - Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng năng lượng lý tưởng, vô tận và không sản sinh ra chất thải gây ô nhiễm môi trường, sẵn có khắp mọi nơi. Năng lượng mặt trời sẽ ngày càng quan trọng trong tương lai. Năng lượng khổng lồ của mặt trời được sinh ra từ phản ứng nhiệt hạch trong nhân, ở nhiệt độ lên đến 15 triệu độ. Phần lớn năng lượng mặt trời bị phân tán vào vũ trụ, chỉ một phần rất nhỏ của nó đến được trái đất, nhưng "lượng nhỏ" đó cũng đã lên đến 1,73.1014 (10 lũy thừa mũ 14) kW. Cường độ bức xạ mặt trời (BXMT) thay đổi theo vĩ độ, mùa, giờ trong ngày và độ mây che phủ. Vùng vĩ độ thấp, gần xích đạo, nhận được nhiều bức xạ mặt trời hơn vùng vĩ độ cao, gần hai cực. BXMT mùa hè nhiều hơn mùa đông. BXMT có cường độ cao vào buổi trưa và thấp hơn vào bình minh hay hoàng hôn do mây hấp thu một ít NLMT, vì vậy làm giảm cường độ bức xạ. Hình 2.4: Biểu đổ năng lượng mặt trời được sử dụng ngày càng phổ biến ở Thái Lan (http://devi-renewable.com/2011/04/23/thailand-4300mw-nang-luong-tai-tao-nho- bieu-gia-fit/) - Sử dụng NLMT về lâu dài sẽ kinh tế và sự tiến bộ của KHKT đang ngày càng nâng cao hiệu suất thu thập NLMT. NLMT được sử dụng theo 2 hướng chính: sưởi ấm nhà cửa bằng hiệu ứng nhà kính và phát điện. NLMT còn là nguồn năng lượng vô hạn và không gây ô nhiễm môi trường.
Hình 2.5:Các tấm pin năng lượng mặt trời có trục xoay (http://www.khoahoc.com.vn/congnghemoi/phat-minh/31006_Nhung-cong-nghe-doc- lam-thay-doi-cuoc-song.aspx) - Tuy nhiên, hạn chế của nó là sự khó khăn trong thu thập ánh sáng mặt trời vào những ngày thời tiết mây mù, mặt khác, chi phí sản xuất còn khá cao. Các công nghệ NLMT hiện nay vẫn chưa phổ biến rộng rãi, phần lớn vì chi phí ban đầu cho việc chuyển hóa năng lượng còn cao và hiệu suất thu thập còn thấp.  Năng lượng nước. - Năng lượng dòng nước chảy là năng lượng được sinh ra nhờ sức nước, ví dụ như để chạy máy phát điện (thế năng của nước ở một độ cao nhất định được giữ lại nhờ đập và chuyển thành động năng khi nước chảy qua rãnh tràn (spill way), làm quay tuabin, phát ra điện, hay các "bánh xe nước" đã được sử dụng cách đây hàng ngàn năm, ngoài ra ở một số nơi, người ta cũng đã lợi dụng sức nước để vận chuyển gỗ xuống hạ lưu. - Hiện nay, thủy điện chiếm 6-7% sản lượng điện trên thế giới. Các nước phát triển đã xây dựng đập thủy điện ở hầu hết các vị trí có thể. Thụy Sĩ, Nhật, Canada, Pháp...tiềm lực thủy năng đã cạn. Châu Phi và nam Mỹ có tiềm năng thủy điện lớn nhất nhưng mới chỉ phát triển khoảng 1%.
Hình 2.6: Đập thủy điện Hòa Bình – Việt Nam (http://www.vinabooking.vn/kham-pha-du-lich/thong-tin/du-ngoan-tren-thuy-dien- hoa-binh-336) - Nước là nguồn tài nguyên phục hồi được, là nguồn năng lượng sạch, hiệu quả và có tiềm năng to lớn, cũng vậy, thủy điện là nguồn năng lượng tương đối sạch và rẻ. Đây Hiện nay, Canada, Mĩ và Brazil là 3 quốc gia đang đứng đầu thế giới về sản lượng điện từ thuỷ năng. - Tuy nhiên, việc xây đập thuỷ điện lại ảnh hưởng sâu sắc tới môi trường xung quanh, làm thay đổi rất lớn hệ sinh thái của thượng nguồn và hạ nguồn. Đập làm thay đổi dòng chảy tự nhiên của con sông, có thể gây ngập trên diện rộng, phá hủy nơi cư trú của động thực vật, ảnh hưởng đến vẻ đẹp cảnh quan xung quanh. -Môi trường nước và đất dưới đập biến đổi theo hướng xấu đi, mặn hóa, chua hóa tăng. Dòng sau đập chỉ còn chảy từ từ, sông không còn lưu thông dễ dàng như trước : độ phì, độ bẩn, kim loại nặng và các chất độc tích tụ, hàm lượng oxy hòa tan giảm, đa dạng sinh học giảm. Nếu vỡ đập thì dân cư và tài sản dưới hạ lưu sẽ rất nguy hiểm.