Tối Ưu Hóa Cấu Hình Organic Rankine Cycle (ORC) Kết Hợp Nhiệt Thải Công Nghiệp Biến Đổi: Phương Pháp Đa Mục Tiêu Sử Dụng Simcenter Amesim

Tối Ưu Hóa Cấu Hình Organic Rankine Cycle (ORC) Kết Hợp Nhiệt Thải Công Nghiệp Biến Đổi: Phương Pháp Đa Mục Tiêu Sử Dụng Simcenter Amesim

Những Thách Thức Đối Với Ngành Công Nghiệp Nhiệt Thải

Với sự gia tăng nhận thức về biến đổi khí hậu và tầm quan trọng của việc giảm phát thải CO₂, các ngành công nghiệp nhiệt thải đang đối mặt với một thách thức lớn: làm sao tận dụng hiệu quả nhiệt thải để sản xuất năng lượng mà không ảnh hưởng đến chi phí và hiệu quả vận hành. Đây là một vấn đề quan trọng, đặc biệt trong các ngành công nghiệp tiêu thụ nhiệt cao như sản xuất thép, xi măng, hoặc hóa chất.

Câu hỏi đặt ra là: Làm thế nào để tối ưu hóa việc sử dụng nhiệt thải từ các quá trình công nghiệp mà vẫn duy trì được hiệu quả năng lượng cao và giảm thiểu tác động môi trường?

Organic Rankine Cycle (ORC) đã nổi lên như một giải pháp hiệu quả để tận dụng nhiệt thải công nghiệp ở nhiệt độ trung bình đến thấp, giúp chuyển đổi năng lượng thải thành điện năng hoặc nhiệt kết hợp với năng lượng. Tuy nhiên, câu hỏi vẫn là: Làm thế nào để tối ưu hóa các cấu hình ORC, đặc biệt khi nhiệt thải thay đổi theo thời gian?

Đây là nơi mà Simcenter Amesim, công cụ mô phỏng hệ thống mạnh mẽ, đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết vấn đề này.

Cấu Hình ORC Và Công Nghệ Tối Ưu Hóa

Bài nghiên cứu này đã thực hiện mô phỏng và tối ưu hóa mười cấu hình ORC khác nhau sử dụng công cụ Simcenter Amesim. Các cấu hình này sử dụng những phương pháp cải tiến hiệu suất như lưu trữ nhiệt, hồi phục nhiệt trực tiếp, tái sinh và kết hợp các phương pháp này để tối đa hóa hiệu suất của chu trình ORC.

Một trong những điểm mạnh của công cụ Simcenter Amesim là khả năng mô phỏng và tạo ra digital twin (bản sao số) của hệ thống, giúp thử nghiệm và đánh giá hiệu suất của các cấu hình ORC khác nhau trong các điều kiện vận hành thực tế. Điều này giúp các kỹ sư và nhà quản lý năng lượng có thể tối ưu hóa hệ thống ORC trước khi thực hiện triển khai thực tế.

Các Phương Pháp Tối Ưu Hóa Hiệu Suất

Dưới đây là một số phương pháp tối ưu hóa đã được áp dụng trong nghiên cứu này:

  • Hồi phục nhiệt (Heat Recuperation): Đây là một phương pháp tái sử dụng nhiệt từ khí xả của chu trình để gia tăng hiệu suất nhiệt. Kết hợp hồi phục nhiệt vào trong chu trình ORC có thể làm tăng hiệu suất nhiệt động cơ.
  • Tái sinh (Regeneration): Quá trình tái sinh giúp cải thiện hiệu suất của chu trình ORC bằng cách tăng nhiệt độ của chất lỏng tuần hoàn, qua đó nâng cao khả năng chuyển hóa nhiệt thành năng lượng.
  • Lưu trữ nhiệt (Heat Storage): Lưu trữ nhiệt giúp điều chỉnh việc sử dụng nhiệt thải theo thời gian và đảm bảo rằng năng lượng luôn có sẵn khi cần thiết.
Tối Ưu Hóa Cấu Hình Organic Rankine Cycle (ORC) Kết Hợp Nhiệt Thải Công Nghiệp Biến Đổi: Phương Pháp Đa Mục Tiêu Sử Dụng Simcenter Amesim
Tối Ưu Hóa Cấu Hình Organic Rankine Cycle (ORC) Kết Hợp Nhiệt Thải Công Nghiệp Biến Đổi: Phương Pháp Đa Mục Tiêu Sử Dụng Simcenter Amesim

Kết Quả Đạt Được: Hiệu Suất Nâng Cao và Lợi Ích Kinh Tế

Sau khi thực hiện tối ưu hóa các cấu hình ORC, nghiên cứu chỉ ra rằng các cấu hình tối ưu đã mang lại những kết quả ấn tượng:

  1. Tăng hiệu suất tua-bin: Các cấu hình tối ưu đã giúp cải thiện hiệu suất của tua-bin lên tới 12.57%. Điều này có nghĩa là các hệ thống ORC được tối ưu hóa có thể tạo ra nhiều năng lượng hơn với cùng một lượng nhiệt thải, giúp giảm chi phí vận hành.
  2. Kết hợp tái sinh và hồi phục nhiệt: Việc kết hợp hai phương pháp này giúp tăng cường khả năng siêu hóa (superheating) lên tới 32%, từ đó nâng cao hiệu suất tổng thể của chu trình ORC.
  3. Chu trình không khí preheater tối ưu: Khi áp dụng chu trình không khí preheater được tối ưu hóa, kết quả cho thấy 64.2% cải thiện về mục tiêu tổng thể so với chu trình trước khi tối ưu. Điều này dẫn đến một khoảng thời gian thu hồi vốn (payback period) chỉ 1.72 năm, điều này rất khả thi đối với các nhà đầu tư trong ngành.

Ứng Dụng Simcenter Amesim: Mô Phỏng Và Digital Twin

Simcenter Amesim không chỉ giúp tối ưu hóa các chu trình ORC mà còn là công cụ mạnh mẽ để mô phỏng các quá trình phức tạp và đánh giá các hệ thống năng lượng trong điều kiện vận hành thực tế. Bằng cách sử dụng mô phỏng, các nhà kỹ thuật có thể dự đoán hiệu suất của chu trình ORC trong nhiều điều kiện khác nhau và lựa chọn cấu hình tối ưu nhất.

Một lợi ích lớn của việc sử dụng Simcenter Amesim là khả năng tạo ra digital twin (bản sao số) của hệ thống. Điều này cho phép theo dõi và phân tích các thay đổi trong hệ thống theo thời gian thực, giúp cải thiện việc bảo trì và điều chỉnh hiệu suất mà không cần phải dừng hoạt động thực tế của hệ thống.

Suy Nghĩ Của Tôi

Để giải quyết các thách thức về biến đổi khí hậu và giảm thiểu lượng phát thải CO₂, các công nghệ tái sử dụng nhiệt thải như Organic Rankine Cycle (ORC) có thể đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển hóa năng lượng từ nguồn nhiệt thải thành điện năng hoặc nhiệt kết hợp. Việc tối ưu hóa các chu trình ORC bằng các phương pháp như hồi phục nhiệt, tái sinh, và lưu trữ nhiệt không chỉ nâng cao hiệu quả năng lượng mà còn mang lại lợi ích kinh tế rõ rệt.

Sử dụng Simcenter Amesim để mô phỏng và tối ưu hóa các chu trình ORC là một bước đi đúng đắn trong việc đạt được các mục tiêu này. Các công ty trong ngành công nghiệp nhiệt thải cần tích cực áp dụng các giải pháp này để không chỉ giảm chi phí mà còn góp phần vào mục tiêu phát triển bền vững và giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu.

Lời Kêu Gọi Hành Động (CTA):

 

Disclaimer: I am the author at PLM ECOSYSTEM, focusing on developing digital-thread platforms with capabilities across HIS, RIS/PACS, LIS, and IT systems to manage the product data lifecycle and connect various medical imaging. My opinions may be biased. Articles and thoughts on PLMES represent solely the author's views and not necessarily those of the company. Reviews and mentions do not imply endorsement or recommendations for purchase.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *