Tài liệu Nghiên cứu xây dựng thư viện phần mềm đối tượng phục vụ điều khiển tự động nhà máy nhiệt điện than

BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA XWY ZXW BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NCKH&PTCN CẤP BỘ NĂM 2011 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THƯ VIỆN PHẦN MỀM ĐỐI TƯỢNG PHỤC VỤ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN Cơ quan chủ trì: VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA Chủ nhiệm đề tài: TRỊNH HẢI THÁI 9170 HÀ NỘI – 2011 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA XWY ZXW BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NCKH&PTCN CẤP BỘ NĂM 2011 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THƯ VIỆN PHẦN MỀM ĐỐI TƯỢNG PHỤC VỤ ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN CƠ QUAN CHỦ TRÌ VIỆN TRƯỞNG CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI Nguyễn Thế Truyện Trịnh Hải Thái MỤC LỤC CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI..................................................................................... 5 1.1 CƠ SỞ PHÁP LÝ/XUẤT XỨ ĐỀ TÀI ........................................................................... 5 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI ......................................................................................................... 5 1.3 TÍNH CẤP THIẾT ........................................................................................................... 5 1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC ............................................................... 6 1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC ............................................................ 11 1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................................................. 12 1.7 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU........................................................................................... 13 CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ................................................ 14 2.1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN ................................................. 14 2.1.1 Lò hơi tầng sôi tuần hoàn........................................................................................... 15 2.1.2 Lò hơi đốt than phun .................................................................................................. 16 2.1.3 Các hệ khác ................................................................................................................ 17 2.2 HỆ THỐNG SẢN XUẤT HYDRO (Electrolytic Hydrogen Plant) ........................... 19 2.3 HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THÔ (Raw Water Treatment System)........................ 27 2.4 HỆ THỐNG KHỬ KHOÁNG (Demineralization System) ....................................... 29 2.5 HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI (Waste Water Treatment Plant)....................... 37 CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG THƯ VIỆN PHẦN MỀM ....................................................... 42 3.1 ĐỐI TƯỢNG BÌNH ĐIỆN PHÂN: G_ELECTROLYZER ....................................... 42 3.1.1 Mô tả đối tượng thực.................................................................................................. 42 3.1.2 Hàm đối tượng ........................................................................................................... 46 3.2 ĐỐI TƯỢNG MÁY NÉN: G_COMPRESSOR........................................................... 52 3.2.1 Mô tả đối tượng thực.................................................................................................. 52 1    3.2.2 Hàm đối tượng ........................................................................................................... 53 3.3 ĐỐI TƯỢNG BỘ CHỈNH LƯU CẦU 3 PHA: G_RECTIFIER................................ 56 3.3.1 Mô tả đối tượng thực.................................................................................................. 56 3.3.2 Hàm đối tượng ........................................................................................................... 58 3.4 ĐỐI TƯỢNG BÌNH GASHOLDER: G_GASHOLDER............................................ 58 3.4.1 Mô tả đối tượng thực.................................................................................................. 58 3.4.2 Hàm đối tượng ........................................................................................................... 62 3.5 ĐỐI TƯỢNG VALVE CÓ ĐIỀU KHIỂN: G_SGL_COIL_VALVE ....................... 64 3.5.1 Mô tả đối tượng thực.................................................................................................. 64 3.5.2 Hàm đối tượng ........................................................................................................... 65 3.6 ĐỐI TƯỢNG BÌNH LƯU : G_GAS_STOR_TANK .................................................. 67 3.6.1 Mô tả đối tượng thực.................................................................................................. 67 3.6.2 Hàm đối tượng ........................................................................................................... 70 3.7 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN RECTIFIER:G_CTRL_RECTIFIER ........................ 72 3.7.1 Mô tả bộ điều khiển.................................................................................................... 72 3.7.2 Hàm đối tượng ........................................................................................................... 73 3.8 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN MÁY NÉN KHÍ:G_CTRL_COMPRESSOR ............ 79 3.8.1 Mô tả bộ điều khiển.................................................................................................... 79 3.8.2 Hàm đối tượng ........................................................................................................... 80 3.9 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN MÁY SẤY KHÔ: G_CTRL_DRYER ........................ 85 3.9.1 Mô tả bộ điều khiển: .................................................................................................. 85 3.9.2 Hàm đối tượng ........................................................................................................... 86 3.10 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN DÒNG ĐIỆN CHỈNH LƯU: G_CTRL_DC_CURRENT_REC........................................................................................ 90 3.10.1 Mô tả bộ điều khiển.................................................................................................. 90 3.10.2 Hàm đối tượng ......................................................................................................... 90 3.11 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HAI MÁY :G_CTRL_2_MACHINE........................ 92 3.11.1 Mô tả bộ điều khiển.................................................................................................. 92 3.11.2 Hàm đối tượng ......................................................................................................... 92 3.12 ĐỐI TƯỢNG BÌNH LỌC GRAVITYFILTER : G_GRAVITYFIL_TANK ......... 94 3.12.1 Mô tả đối tượng thực................................................................................................ 94 3.12.2 Hàm đối tượng ......................................................................................................... 95 2    3.13 ĐỐI TƯỢNG BÌNH LỌC TRỌNG LỰC: G_CLARIFIER_TANK....................... 95 3.13.1 Mô tả đối tượng thực................................................................................................ 95 3.13.2 Hàm đối tượng ......................................................................................................... 96 3.14 ĐỐI TƯỢNG BƠM ĐƠN: G_PUMP ......................................................................... 97 3.14.1 Mô tả đối tượng thực................................................................................................ 97 3.14.2 Hàm đối tượng ......................................................................................................... 99 3.15 ĐỐI TƯỢNG pH ........................................................................................................ 103 3.15.1 Bài toán và phương pháp giải ................................................................................ 103 3.15.2 Hàm đối tượng ....................................................................................................... 103 3.16 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN BƠM ĐƠN:G_CTRL_SGL_PUMP ....................... 103 3.16.1 Mô tả bộ điều khiển................................................................................................ 103 3.16.2 Hàm đối tượng ....................................................................................................... 104 3.17 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN HAI BƠM LUÂN PHIÊN: G_CTRL_TIME_ON_PUMP............................................................................................ 105 3.17.1 Mô tả bộ điều khiển................................................................................................ 105 3.17.2 Hàm đối tượng ....................................................................................................... 105 3.18 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN VAN: G_CTRL_VALVE......................................... 107 3.18.1 Mô phỏng đối tượng............................................................................................... 107 3.18.2 Hàm điều khiển ...................................................................................................... 107 3.19 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN MÁY KHUẤY :G_CTRL_MIXER ........................ 110 3.19.1 Mô tả bộ điều khiển................................................................................................ 110 3.19.2 Hàm đối tượng ....................................................................................................... 110 3.20 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN KHỬ KHOÁNG: G_STEP_CTRL_CARBON ..... 111 3.20.1 Mô tả bộ điều khiển................................................................................................ 111 3.20.2 Hàm đối tượng ....................................................................................................... 111 3.21 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN TRAO ĐỔI ANION: G_STEP_CTRL_ANION.... 113 3.21.1 Mô tả bộ điều khiển................................................................................................ 113 3.21.2 Hàm đối tượng ....................................................................................................... 114 3.22 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN TRAO ĐỔI CATION: G_STEP_CTRL_CATION .............................................................................................................................................. 115 3.22.1 Mô tả hàm đối tượng.............................................................................................. 115 3.22.2 Hàm đối tượng ....................................................................................................... 117 3    3.23 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN BÌNH LỌC HỖN HỢP :G_STEP_CTRL_MIXED .............................................................................................................................................. 118 3.23.1 Mô tả đối tượng thực.............................................................................................. 118 3.23.2 Hàm đối tượng ....................................................................................................... 119 3.24 ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN pH: G_CTRL_pH..................................................... 120 3.24.1 Mô tả đối tượng thực.............................................................................................. 120 3.24.2 Hàm đối tượng ....................................................................................................... 121 CHƯƠNG 4 THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ................................................................. 122 4.1 PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM .............................................................................. 122 4.2 KẾT LUẬN ................................................................................................................... 122 4    CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 CƠ SỞ PHÁP LÝ/XUẤT XỨ ĐỀ TÀI Đề tài “Nghiên cứu xây dựng thư viện phần mềm đối tượng phục vụ điều khiển tự động nhà máy nhiệt điện than” được thực hiện theo Hợp đồng nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ số 130.11.RD/HĐ-KHCN giữa Bộ Công Thương (Bên A) và Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin Học, Tự động hóa (Bên B) ký ngày 08 tháng 04 năm 2011. 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI -Xây dựng được thư viện phần mềm các đối tượng cơ sở phục vụ điều khiển một số hệ thống trong nhà máy nhiệt điện than để góp phần tiến tới làm chủ thiết kế, xây dựng nhà máy nhiệt điện than tại Việt Nam. -Góp phần giảm giá thành các hệ thống điều khiển tự động trong nhà máy nhiệt điện, tiết kiệm cho đất nước. -Đào tạo các cán bộ chuyên môn trong lĩnh vực nhiệt điện.    1.3 TÍNH CẤP THIẾT Tốc độ tiêu thụ điện năng của Việt Nam có xu hướng tăng gấp đôi tốc độ GDP trong điều kiện nguồn cung sản xuất thủy điện và nhiệt điện không đáp ứng đủ đang tạo áp lực cho ngành Điện Việt Nam cần có chiến lược phát triển dài hạn: Theo quyết định số 110/2007/QĐ-TTg của thủ tướng chính phủ kí ngày 18 tháng 07 năm 2007 “Đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế- xã hội của cả nước với mức tăng GDP khoảng 8,5%-9% năm giai đoạn 2006-2010 và cao hơn ,dự báo nhu cầu điện nước ta tăng ở mức 17% năm (phương án cơ sở), 20% (phương án cao) trong giai đoạn 2006-2015”. Một nền kinh tế phát triển phải gắn với sự phát triển của ngành năng lượng quốc gia, nhằm đảm bảo cung cấp đủ nguồn điện cho các hoạt động sản xuất, kinh doanh và phát triển kinh tế. Việt Nam cũng không nằm ngoài quy luật đó, khi ngành điện luôn được coi là một ngành then chốt, trọng điểm và nhận được rất nhiều sự quan tâm của nhà Nước. Số liệu theo báo cáo của Tập đoàn Điện lực Việt Nam( EVN) , tổng điện thương phẩm cả nước năm 2010 đạt 85,59 tỷ kWh, tăng 14,4% so với năm 2009.Trong khi đó tổng công suất khả dụng của nguồn điện trong năm 2010 dao động trong khoảng 15.000-17.600MW. Tình hình cung ứng điện năm 2010 đã gặp rất nhiều khó khăn, đặc biệt, ở các tháng mùa khô, do tình hình hạn hán nghiêm trọng kéo dài làm suy giảm công suất và sản lượng các nhà máy thuỷ điện, nhu cầu điện tăng cao do nắng nóng, một số nhà máy nhiệt điện than mới (Hải Phòng, Quảng Ninh, Uông Bí 2, Phả Lại 2, Cẩm Phả và Sơn Động) vận hành không ổn định thường xảy ra sự cố, dẫn đến hệ thống điện quốc gia bị mất cân đối cung cầu về điện. Để đảm bảo an ninh vận hành hệ thống điện, việc cắt giảm phụ tải điện đã phải thực hiện với tổng sản lượng điện cắt giảm vào mùa khô 2010 ước tính khoảng 1,4 tỷ kWh. Tổng nhu cầu điện sản xuất toàn quốc năm 2011 là 117,63 tỷ kWh, tăng 17,63% so với tổng sản lượng điện thực hiện năm 2010 (100,1 tỷ kWh), trong đó tổng nhu cầu điện sản xuất 6 tháng mùa khô 2011 là 56,14 tỷ kWh tăng 18,3% so với thực hiện 6 tháng mùa khô 2010, tổng nhu cầu điện sản xuất 6 tháng cuối năm 2011 là 61,49 tỷ kWh tăng 16,8% so với thực hiện 6 tháng cuối năm 2010. 5    Theo quyết định số 0152/QĐ-BCT phê duyệt Kế hoạch cung cấp điện và vận hành hệ thống điện năm 2011 làm cơ sở pháp lý cho điều hành cung ứng điện, tính toán với khả năng phát điện tối đa các nhà máy điện trong hệ thống, tổng điện năng sản xuất và nhập khẩu của hệ thống điện quốc gia năm 2011 sẽ ở mức 115,56 tỷ kWh, trong đó mùa khô là 54,06 tỷ kWh. Theo ông Phạm Lê Thanh, Tổng Giám đốc Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) từ nay đến 2020, EVN sẽ phải gấp rút xây dựng thêm 44 nhà máy nữa. Dự kiến, tổng lượng vốn đầu tư cho 44 nhà máy này là 690.000 tỷ đồng (tương đương 40 tỷ USD). Nếu ta có thể nội địa hóa được 30% tức khoảng 12 tỷ USD thì sẽ tạo ra rất nhiều công ăn việc làm cho lao động trong nước đồng thời đào tạo được đội ngũ cán bộ kỹ thuật giỏi trong lĩnh vực này. Do vậy việc nội địa hóa mang tính cấp thiết, cần phải làm và làm bắt đầu từ phần dễ là các subsystem. Hiện nay các dự án xây dựng nhà máy nhiệt điện phần lớn do nước ngoài tổng thầu ( ví dụ như: Nhà máy nhiệt điện Mạo Khê do Trung Quốc tổng thầu, nhà máy nhiệt điện than Mông Dương 2 có công suất 1.200MW do tập đoàn AES(tập đoàn chuyên đầu tư phát triển các nguồn điện và phân phối điện của Mỹ) ,nhà máy Điện 1 –Hải Phòng với công suất 600MW do tổ hợp nhà thầu Trung Quốc và Nhật Bản làm tổng thầu) trong chuỗi công việc: Thiết kế - Cung cấp lắp đặt cơ khí – Cung cấp lắp đặt thiết bị công nghệ - Cung cấp lắp đặt hệ thống điều khiển (bao gồm phần cứng và phần mềm), ta chủ yếu làm các công việc cơ khí, còn phần mềm và điều khiển chủ yếu của nước ngoài. Thực tế ta có thể chủ động phần thiết kế, lắp đặt cơ khí; thiết bị công nghệ và phần cứng điều khiển mua sẵn còn phần mềm có thể tự viết.  1.4 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NGOÀI NƯỚC Xu hướng lập trình phần mềm điều khiển các hệ thống tự động hóa hiện nay đã chuyển sang sử dụng phương pháp hướng đối tượng, phương pháp này được cụ thể hóa rõ nhất trong phần mềm (engineering software/tools) của các hệ điều khiển phân tán (DCS). Có hai phương pháp lập trình: phương pháp hướng chức năng và phương pháp hướng đối tượng (object-oriented programming viết tắt là OPP). Phương pháp hướng chức năng là lối tiếp cận truyền thống trong lĩnh vực công nghệ thông tin. Theo lối tiếp cận này, ta quan tâm chủ yếu tới những thông tin mà hệ thống sẽ lưu giữ. Ta hỏi xem người dùng cần những thông tin nào, rồi thiết kế cơ sở dữ liệu để chứa những thông tin đó, cung cấp biểu mẫu (forms) để nhập thông tin và in báo cáo để trình bày các thông tin. Nói một cách khác, chúng ta tập trung vào thông tin và không mấy để ý đến những gì có thể xảy ra với những hệ thống đó và cách hoạt động (ứng xử) của hệ thống. Đây là lối tiếp cận xoay quanh dữ liệu và đã được áp dụng để tạo nên hàng ngàn hệ thống trong suốt nhiều năm qua. Lối tiếp cận xoay quanh dữ liệu là phương pháp tốt cho việc thiết kế cơ sở dữ liệu và nắm bắt thông tin, nhưng nếu áp dụng cho việc thiết kế ứng dụng lại có thể khiến phát sinh nhiều khó khăn. Một trong những thách thức lớn là yêu cầu đối với các hệ thống thường xuyên thay đổi. Một hệ thống xoay quanh dữ liệu có thể dể dàng xử lý việc thay đổi cơ sở dữ liệu, nhưng lại khó thực thi những thay đổi trong nguyên tắc nghiệp vụ hay cách hoạt động của hệ thống. Trong lĩnh vực tự động hóa, ngoài các hệ DCS (đã có sẵn thư viện các hàm đối tượng điều khiển) phương pháp hướng chức năng vẫn được áp dụng phổ biến. Nguyên do có thể là ứng dụng quá đơn giản hoặc người lập trình điều khiển thường tập trung chủ yếu vào 6    logic thực thi các chức năng mà công nghệ đòi hỏi nên ít quan tâm đến phương pháp lập trình. Mặt khác ngôn ngữ viết chương trình điều khiển không phải là ngôn ngữ hướng đối tượng nên ý tưởng lập trình hướng đối tượng ít được chú ý. Theo phương pháp hướng chức năng, mỗi một chức năng thường được đóng gói thành các hàm (function/subroutine), trong đó cấu trúc phần cứng hệ thống công nghệ, đặc điểm điều khiển của các thiết bị (van, bơm, quạt, bình chứa,...) và sự liên kết/tương tác giữa các đối tượng vật lý không thể hiện một cách rõ ràng và tách biệt trong logic điều khiển nên phương pháp này sẽ gặp nhiều khó khăn trong xử lý lỗi hay khi cần sửa đổi/nâng cấp công nghệ, thay đổi chủng loại thiết bị,..và không tận dụng được đặc điểm điều khiển giống nhau của nhiều đối tượng trong hệ thống để nhân bản/kế thừa. Phương pháp hướng đối tượng sẽ giải quyết được vấn đề đó. Tiếp cận hướng đối tượng là một lối tư duy về vấn đề theo cách ánh xạ các thành phần trong bài toán vào các đối tượng ngoài đời thực. Với lối tiếp cận này, chúng ta chia ứng dụng thành các thành phần nhỏ, gọi là các đối tượng, chúng tương đối độc lập với nhau. Sau đó ta có thể xây dựng ứng dụng bằng cách chắp các đối tượng đó lại với nhau. Xét ví dụ: một hệ thống khử khoáng trong nhà máy nhiệt điện gồm các loại đối tượng sau: valve, bơm, bình lọc thô, bình lọc cacbon, công tắc báo mức, thiết bị đo pH, độ dẫn, mức,....Đối với mỗi loại hoặc một nhóm loại đối tượng có đặc điểm giống nhau (xét từ góc nhìn của điều khiển) ta sẽ xây dựng một hàm đối tượng điều khiển tương ứng và sau đó ghép chúng lại thành hệ thống điều khiển tổng thể hoàn chỉnh. Nếu theo phương pháp hướng chức năng thì thông thường người lập trình sẽ phân tách theo công đoạn điều khiển như: lắng trọng lực, cấp hóa chất, lọc carbon, lọc cation, lọc anion,...và tập trung vào nghiên cứu, phân tích logic điều khiển trong mỗi công đoạn để lập trình. Trong lĩnh vực công nghệ thông tin, khái niệm về các đối tượng và thực thể trong khoa học máy tính được nhiều người biết đến từ hệ thống PDP-1 của đại học MIT. Một bằng chứng sớm khác của OOP được tìm thấy qua Sketchpad viết bởi Ivan Sutherland trong năm 1963, tuy nhiên, đây chỉ là một ứng dụng chứ không là một mẫu hình lập trình. Ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng đầu tiên là Simula, ngôn ngữ này được thiết kế để dùng trong các việc mô phỏng, được sáng tạo bởi Ole-Johan Dahl và Kristen Nygaard thuộc Trung tâm Máy tính Na Uy ở Oslo. Các kiến thức trong ngôn ngữ này sau đó đã được dùng trong nhiều ngôn ngữ khác, bắt đầu từ Lisp và Pascal cho đến họ ngôn ngữ Smalltalk. Lập trình hướng đối tượng đã được phát triển như là phương pháp lập trình chủ đạo từ giữa thập niên 1980 nguyên do đáng kể là việc ảnh hưởng của C++, một ngôn ngữ mở rộng của C. Địa vị thống trị của OOP đã được củng cố vững chắc bởi sự phổ biến của các GUI dành cho ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng ngày càng tiện lợi. Một thí dụ về quan hệ gần gũi của thư viện GUI động và ngôn ngữ OOP là phần mềm Cocoa, nó là khung cơ sở của Mac OS X dược viết bằng Objective C (Objective C là một loại ngôn ngữ hướng đối tượng mở rộng của C với việc thông báo động). Công cụ cho OOP cũng được nâng cao phần "lập trình điều khiển theo sự kiện" (mặc dù khái niệm này không chỉ dành cho OOP). Trong lĩnh vực tự động hóa không có ngôn ngữ lập trình điều khiển hướng đối tượng, tuy nhiên ta hoàn toàn có thể áp dụng ý tưởng hướng đối tượng trong lập trình điều khiển hệ thống tự động hóa. Trên thế giới việc tính toán, thiết kế, chế tạo nhà máy nhiệt điện đã đạt đến đỉnh cao về kỹ thuật và công nghệ. Một số hãng nổi tiếng trong lĩnh vực này có thể kể đến như: 7    Marubeni, Sumimoto, Deawoo, Alstom, Invelt, Metso, Power Machine, Harbin ....Chương trình điều khiển cho nhà máy nhiệt điện phức tạp, số lượng biến đến hàng chục ngàn, công việc kiểm tra, sửa lỗi, thay đổi chương trình và bảo trì sẽ khó hơn rất nhiều so với trường hợp số lượng biến ít. Câu hỏi đặt ra là dùng phương pháp gì để thiết kế và xây dựng chương trình điều khiển lớn như vậy? Các hãng tự động hoá nổi tiếng như ABB, SIEMENS, YOKOGAWA, EMERSON ... đã sử dụng phương pháp hướng đối tượng. Mỗi một hãng đưa ra các hàm điều khiển đối tượng trong đó “nhúng” sẵn các hiểu biết/kinh nghiệm (know-how) của mình về điều khiển đối tượng đó. Các thư viện đối tượng (object libraries) giá cao, không mở và chủ yếu bán kèm theo các hệ DCS giá vài trăm ngàn đến hàng triệu USD. Những phần mềm điều khiển hiện đại đang được ứng dụng trong các nhà máy nhiệt điện có thể kể tới như: COMPOSER (ABB), CENTUM (YOKOGAWA), OVATION (EMERSON), PCS7 (SIEMENS),.....Các hàm đối tượng điều khiển có sẵn được phân loại như sau: • Các khối điều khiển điều chỉnh (Regulatory Control Blocks): Các khối này chủ yếu sử dụng cho điều khiển quá trình liên tục. • Các khối trình tự (Sequence Blocks): Các khối này chủ yếu dùng cho khóa liên động và điều khiển theo mẻ. • Các khối tính toán (Calculation Blocks): Sử dụng cho các phép tính toán. • Các khối bản mặt (Faceplate Blocks): Sử dụng cho giao diện người máy. • Các khối điều khiển thiết bị chuyển mạch và động cơ ( MC/Switch Instrument Blocks): Các khối này bao gồm điều khiển và liên động điều khiển ON/OFF, điều khiển động cơ, thiết bị chuyển mạch, ... • Các khối điều khiển đối tượng chuyên dụng cho một lĩnh vực cụ thể như nhiệt điện, xi măng, dầu khí, hóa chất, cán thép, chế biến,.... • Các khối điều khiển truyền thông (Communication Blocks): Thực hiện truyền thông trên các giao thức khác nhau. • Các khối khác: Tùy theo từng hãng cụ thể. Các đối tượng đóng gói kín nên ta không thể sửa đổi mã, nâng cấp, cải tiến cho phù hợp với ứng dụng cụ thể của mình được. Thông thường mỗi hàm đối tượng chiếm hàng kylobytes bộ nhớ, do đó đòi hỏi cấu hình phần cứng phải mạnh (hầu hết phải sử dụng các dòng sản phẩm có cấu hình mạnh nhất của hãng) thì mới đủ tài nguyên để chạy chương trình. Điều này làm giảm khả năng tùy chọn cấu hình phù hợp với yêu cầu từng ứng dụng cụ thể tại Việt Nam. Tại Việt Nam phần lớn hệ thống tự động hóa sử dụng cấu hình phần cứng ở mức thấp và trung bình. Ngoài ra, các đối tượng mà hãng cung cấp có rất nhiều I/O để người sử dụng có thể tùy chọn, thiết kế tương đối tổng quát này cho phép ứng dụng được trong nhiều trường hợp khác nhau nhưng đôi khi lại thừa quá nhiều I/O cho một ứng dụng cụ thể nào đó, điều này dẫn đến chương trình sẽ “nặng hơn” và người sử dụng khó dùng hơn do phải hiểu ý nghĩa của quá nhiều I/O. Có thể lấy ví dụ như sau một hàm đối tượng điều khiển valve (VALVE_CONTROL) của PCS7 có 62 I/O và cần 3kbytes bộ nhớ, trong khi trong ứng dụng xử lý nước khử khoáng của nhà máy nhiệt điện hàm đối tượng điều khiển valve chỉ cần 16 I/O với đòi hỏi bộ nhớ vài trăm bytes là đủ. Một số ví dụ các hàm đối tượng trong thư viện phần mềm của PC S7 Đối tượng Motor 8    Hình 1: Các giao diện INPUT của đối tượng Motor Hình 2: Các giao diện OUTPUT của đối tượng Motor 9        Hình 3: : Các giao diện IN_OUT của đối tượng Motor   Đối tượng Valve Hình 4: Các giao diện IN của đối tượng valve 10      Hình 5: Các giao diện OUTPUT của đối tượng valve   Hình 6: Các giao diện IN_OUT của đối tượng valve 1.5 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC Trong 5-10 năm lại đây ngành năng lượng được đầu tư phát triển với tăng trưởng 12%15%/năm. Nhiệt điện than luôn chiếm 40% tổng công suất nguồn điện quốc gia. Các nhà máy nhiệt điện than đang liên tục được xây dựng như: Nhiệt điện Hải Phòng; Quảng Ninh; Mông Dương 1,2; Vũng Áng 1; Thăng Long; Ninh Bình mở rộng 1; Uông Bí mở rộng 2; …. Trong các công trình này hệ thống điều khiển tự động hầu hết do nước ngoài cung cấp 11    hoặc công ty trong nước tích hợp dựa trên phần cứng và phần mềm của nước ngoài. Nếu chỉ tính riêng phần cứng điều khiển (PLCs, HMI devices) và phần mềm điều khiển (engineering software/tools, HMI software/tools, control programs, HMI programs) trong hệ thống tự động hóa thì phần mềm chiếm giá trị khoảng 60-70%, thậm chí lớn hơn. Phần mềm điều khiển có giá trị gia tăng cao, tuy nhiên các đơn vị trong nước chưa tập trung nghiên cứu xây dựng các module phần mềm cho hệ thống điều khiển tự động. Mảng thị trường này có thể coi còn bỏ ngỏ và có tiềm năng lớn. Các công ty trong nước còn đang trong giai đoạn nghiên cứu thiết kế chế tạo, thử nghiệm ứng dụng từng phần của nhà máy nhiệt điện than. Có một số hệ điều khiển do đơn vị trong nước thiết kế chế tạo đã đưa vào sử dụng nhưng bộc lộ nhiều nhược điểm: hoạt động kém ổn định, khó bảo trì, nâng cấp .Chương trình điều khiển tự động xây dựng theo phương pháp hướng chức năng nên khó bảo trì, nâng cấp, sửa lỗi; ít khả năng thương mại hoá. Các thư viện phần mềm đối tượng điều khiển đã làm đơn giản hoá quá trình xây dựng chương trình điều khiển các hệ thống phức tạp trong nhà máy nhiệt điện. Thiết kế hướng đối tượng là xu hướng mới trong lĩnh vực tự động hoá trên thế giới nhưng ít được áp dụng tại Việt Nam . Chưa có đơn vị nào nghiên cứu xây dựng thư viện thư viện phần mềm đối tượng phục vụ điều khiển tự động nhà máy nhiệt điện than. Để tiến đến mục tiêu lâu dài là làm chủ công nghệ thiết kế chế tạo các nhà máy nhiệt điện thì không thể không tự xây dựng chương trình điều khiển trên cơ sở thư viện đối tượng do các chuyên gia trong nước thiết kế, lập trình. Thư viện của nước ngoài giá cao, không thể cải tiến chỉnh sửa cho phù hợp với ứng dụng cụ thể. Chủ động trong việc xây dựng phần mềm điều khiển là bước đầu tiến tới làm chủ công nghệ điều khiển các nhà máy nhiệt điện tại Việt Nam. Điều này có ý nghĩa rất lớn về mặt kinh tế- xã hội, an ninh –quốc phòng của đất nước. 1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trước hết nhóm thực hiện sẽ khảo sát thực tế các hệ thống điều khiển sau: Hệ thống điều khiển tự động sản xuất hydro (Electrolytic Hydrogen Plant) Hệ thống điều khiển tự động khử khoáng (Demineralization System) Hệ thống điều khiển tự động xử lý nước thô (Raw Water Treatment System) Hệ thống điều khiển tự động xử lý nước thải (Waste Water Treatment Plant) Các hệ thống trên sẽ được khảo sát tại một trong những công trình hiện đại, mới xây dựng tại Việt Nam. Nhóm sẽ nghiên cứu tìm hiểu công nghệ điều khiển từng hệ thống, tìm hiểu các chương trình điều khiển từng hệ thống. Trên cơ sở khảo sát, nhóm sẽ thống kê các đối tượng điều khiển, phân tích các đặc trưng của đối tượng trong sự tương tác với môi trường bên ngoài, từ đó thiết kế các giao diện của đối tượng. Sau đó nhóm sẽ lập trình, tối ưu thuật toán điều khiển từng đối tượng và test chúng. Các đối tượng sẽ được xây dựng trên cơ sở ngôn ngữ bậc thấp để tăng hiệu năng thực hiện và có tính khả chuyển cao giữa các hệ thống phần cứng khác nhau. Mã code có thể dễ dàng chuyển sang platform vi điều khiển, PLC (Omron, ABB, Rockwell, Siemens,..), PAC, PC. Cuối cùng nhóm sẽ ghép nối các đối tượng theo yêu cầu công nghệ điều khiển và kiểm tra các chức năng làm việc của từng đối tượng trong liên động điều khiển chung. 12    1.7 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nội dung 1: Nghiên cứu, khảo sát công nghệ điều khiển một số hệ thống trong nhà máy nhiệt điện than sau đây: Hệ thống điều khiển tự động sản xuất hydro (Electrolytic Hydrogen Plant) Hệ thống điều khiển tự động khử khoáng (Demineralization System) Hệ thống điều khiển tự động xử lý nước thô (Raw Water Treatment System) Hệ thống điều khiển tự động xử lý nước thải (Waste Water Treatment Plant) Nội dung 2: Thiết kế xây dựng thư viện phần mềm các đối tượng cơ sở phục vụ điều khiển các hệ thống trong nhà máy nhiệt điện than sau : Hệ thống điều khiển tự động sản xuất hydro (Electrolytic Hydrogen Plant) Hệ thống điều khiển tự động khử khoáng (Demineralization System) Hệ thống điều khiển tự động xử lý nước thô (Raw Water Treatment System) Hệ thống điều khiển tự động xử lý nước thải (Waste Water Treatment Plant) Nội dung 3: Thử nghiệm và đánh giá Nội dung 4: Viết báo cáo tổng kết KHKT và báo cáo nghiệm thu đề tài. 13    CHƯƠNG 2 KHẢO SÁT NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ 2.1 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THAN Sản xuất điện năng là một ngành quan trọng trong nền kinh tế quốc dân. Nó phản ánh tình trạng chung của sức sản xuất của một quốc gia.Trên thế giới phần lớn điện năng được sản xuất ra ở các nhà máy nhiệt điện . Ở nước ta trong gian đoạn đổi mới hiện nay đang cần phát triển mạnh các nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu hữu cơ (than đá, dầu khí….). Việt Nam có nguồn nhiên liệu truyền thống là than. Nguồn nhiên liệu than ở nước ta là rất dồi dào.Nguồn nhiên liệu này nằm rải rác ở các nơi .Trữ lượng than ở Quảng Ninh ước chừng chiếm khoảng trên 10 tỷ tấn, phẩm chất tốt, đa số là các loại than như than antraxit có nhiệt trị cao vào khoảng 7000Kcal/kg, độ tro bình quân từ 14/15%, chất bốc 4.5%/9%. Hình 7: Các công đoạn chính nhà máy nhiệt điện than Nhiên liệu chính để sản xuất điện là than. Một số nguyên liệu khác được sử dụng là nước đã khử khoáng và một số phụ gia cần thiết như hygen và chất tẩy gỉ. Nước khử khoáng được đốt nóng ở nhiệt độ cao trở thành hơi nước áp suất cao, sau đó hơi nóng chuyển động sẽ đẩy tua bin máy phát điện quay đạt vận tốc xác định. Điện năng sẽ được cấp vào lưới điện 220KV nối với các trạm biến thế sau đó tải vào đường dây 22KV để cung cấp điện cho các nhà máy. 14    Hình 8: Sơ đồ nhà máy nhiệt điện than Hiện nay trên thế giới chủ yếu sử dụng những công nghệ sau: 2.1.1 Lò hơi tầng sôi tuần hoàn Lò hơi tầng sôi tuần hoàn CFB (Circulating Fluidizing Bed ) : - Lò CFB cho phép đốt được các loại nhiên liệu khó cháy, thành phần nhiên liệu có thể thay đổi trong dải rất rộng, hàm lượng lưu huỳnh trong than cao mà vẫn đảm bảo được các Tiêu chuẩn về môi trường( than nâu, than antraxit, than non, cốc dầu, vỏ trấu, gỗ vụn, phế thải nhà máy giấy, nhà máy đường, rác thải, lốp ô tô…) - Than không cần có độ mịn cao như lò than phun. - Công nghệ đốt phù hợp với cả loại than xấu có nhiệt trị thấp, hàm lượng chất bốc thấp, phù hợp với đặc tính của than antraxit. - Nhiệt độ trong buồng đốt thấp và được kiểm tra chặt chẽ nên ngăn cản được quá trình tạo xỉ và liên kết tro. - Lò có dải điều chỉnh phụ tải rộng từ 50 đến 100% mà không cần phải sử dụng dầu đốt kèm. - Lò tầng sôi tuần hoàn than cháy kiệt hơn nên hàm lượng các bon trong tro thấp hơn lò than phun Vì lò hơi đốt các nhiên liệu ở nhiệt độ dưới 925 0C, do vậy lượng phát thải NOx do nhiệt rất thấp, cùng với công nghệ sử lý SOx bằng đá vôi được đốt cùng do vậy các nhà máy nhiệt điện đốt than nếu dung lò hơi CFB không cần hệ thống khử lưu huỳnh (FGD) trong khói thải. Lò hơi tầng sôi tuần hoàn (CFB) được chia ra làm 2 loại chính 1. Lò hơi có bộ phân ly bên trong (Compact) 2. Lò hơi có bộ phân ly ngoài (Separator Cyclone) 15    Với lò hơi phân ly ngoài có 2 loại cấu trúc: a. Lò hơi có bộ phân ly nóng (Hot cyclone Separator) b. Lò hơi làm mát bộ phân ly bằng nước (water cool cyclone separator) Nguyên lý làm việc - Quạt gió cấp 1 của lò sẽ đưa gió vào lò để làm tầng liệu ban đầu sôi lên (Fluidizing) hệ thống đốt dầu được đốt trước, đến một nhiệt độ và áp suất nhất định trong buồng đốt, chúng ta phun than vào, kích thước các hạt than từ 0-12mm (tùy vào các loại than và các loại nhiên liệu đốt kèm) - Khi các hạt than cháy và tỏa nhiệt làm cho nước ở các vách lò hóa hơi, các hạt than cháy sẽ mất dần khối lượng để bay lên cùng với khói thải, đến bộ phân ly, những hạt nặng hơn sẽ được bộ phân ly tách xuống, những hạt nhẹ không được tách thì theo khói thoát khỏi buồng đốt. - Các hạt nặng được tách bởi bộ phân lý rơi xuống dưới và được cấp thêm gió để bay trở lại buồng đốt để đốt lại Phản ứng khử SOx Bước 1: S cháy trong buồng đốt tạo ra SO2 S + O2 ----- > SO2 (Với nhiệt độ cao cần đủ) Bước 2: Các Phản ứng khử SO2 CaCO3 (Đá vôi) -----> CaO (Vôi sống) + CO2 SO2 + 1/2 O2 + CaO -----> CaSO4 2.1.2 Lò hơi đốt than phun Lò hơi đốt than phun là công nghệ đã rất phát triển và đang là nguồn sản xuất điện năng chủ yếu trên thế giới. Than được nghiền mịn và được đốt cháy trong buồng lửa lò hơi. Nhiệt từ quá trình đốt cháy sẽ gia nhiệt cho nước và hơi trong các dàn ống và thiết bị bố trí trong lò hơi. Công nghệ này trong tương lai vẫn sẽ là một lựa chọn ưu thế cho các nhà máy điện. Hiệu suất phát điện dự kiến khoảng 50-53% vào năm 2020 và 55% vào năm 2050. Các nhà máy nhiệt điện đốt than phun phổ biến với thông số cận tới hạn và thông số trên tới hạn. Thông số hơi sẽ quyết định hiệu suất sản xuất điện năng của nhà máy. Nhiệt độ và áp suất hơi càng cao thì hiệu suất nhà máy càng cao. Do đó, hiệu suất của nhà máy đốt than dưới tới hạn sẽ không thể nâng cao hơn nữa ngoại trừ các cải tiến nhằm hoàn thiện quá trình chuyển hóa năng lượng. Xu hướng áp dụng thông số hơi trên tới hạn đang chiếm ưu thế vì có thể nâng cao nhiệt độ và áp suất hơi nhờ những tiến bộ trong công nghệ vật liệu. Vấn đề cơ bản là khi tăng nhiệt độ và áp suất, lò hơi phải sử dụng kim loại chịu nhiệt đặc biệt có chi phí cao. Trong tương lai, sự phát triển của ngành luyện kim sẽ cho phép thông số hơi tăng hơn nữa đồng thời giá thành cũng sẽ giảm, tạo điều kiện thuận lợi để nâng cao hiệu suất các nhà máy điện. Như vậy, để nâng cao hiệu suất nhà máy, tăng hiệu quả kinh tế đồng thời đảm bảo các tiêu chuẩn môi trường ngày càng nghiêm ngặt, lò hơi đốt than phun vẫn sẽ là lựa chọn hiệu quả khi xây dựng nhà máy nhiệt điện đốt than ở Việt Nam. Công nghệ lò hơi tầng sôi gần như công nghệ đốt than phun. Sự khác biệt là than đốt trong lò tầng sôi có kích thước lớn hơn và được đốt cùng chất hấp thụ lưu huỳnh (đá vôi) trong buồng lửa, hạt than được tuần hoàn trong buồng lửa cho tới khi đủ nhỏ. Công nghệ này cho phép đốt các nhiên liệu xấu có chất lượng thay đổi trong khoảng rộng, nhiên liệu 16    có hàm lượng lưu huỳnh cao. Các lò hơi tầng sôi tuần hoàn hiện nay có công suất dưới 300 MW. Than antraxit sau sàng tuyển có phụ phẩm chất lượng xấu, tính thương mại thấp, nhưng hoàn toàn có thể sử dụng trong lò hơi tuần hoàn tầng sôi. Do vậy, với lò hơi loại này, sẽ tận dụng được các phụ phẩm cấp thấp cho cung cấp điện, mà vẫn đảm bảo các yếu tố môi trường. 2.1.3 Các hệ khác ¾ Hệ thống sản xuất Hydro: Có ba phương pháp cơ bản để sản xuất hydro) - Sản xuất Hydro bằng phương pháp chuyển hóa hydrocacrbon ( nhiên liệu hóa thạch, sinh khối) bằng nhiệt - Sản xuất hydro bằng phương pháp điện phân nước (Electrolysis) - Sản xuất hydro bằng phương pháp sinh học (Biological method) Trong nhà máy nhiệt điện hiện nay thường dùng phương pháp sản xuất Hydro bằng điện phân nước,và dùng hydro để làm mát máy phát. a) Hóa nhiệt nhiên liệu hydrocarbon: • Hóa nhiệt khí thiên nhiên với hơi nước (Natural gas steam reforming) Quá trình này gồm hai bước chính: Trước hết, khí thiên nhiên (với thành phần chủ yếu là methane) được tách carbon và chuyển hóa thành hydrogennhờ hơi nước dạng siêu nhiệt dưới áp suất cao, xúc tác thích hợp ở nhiệt độ khoảng 900°C. CH4 + H2O => CO + 3 H2 Carbon mono-oxide sinh ra lại tiếp tục được phản ứng với hơi nước và xúc tác chuyển hóa thành khí carbonic và tạo ra thêm khí hydrogen. CO + H2O => CO2 + H2 Đây là phương pháp công nghiệp phổ biến hiện nay để sản xuất hydrogen. Tuy nhiên phương pháp này không được áp dụng để tạo một nguồn năng lượng mà chỉ để cung cấp nguyên liệu cho các ngành hóa chất, phân bón, tinh lọc dầu mỏ v.v. • Khí hóa hydrocarbon nặng (Gasification heavy hydrocarbon) Thuật ngữ hydrocarbon nặng là để nói đến dầu mỏ và than đá. Than đá trước khi khí hóa phải được nghiền thành dạng bột rồi hòa trộn với nước. Thông thường, nhiên liệu được hóa nhiệt ở khoảng 1400 0C với oxygen hay không khí (oxygen hóa không hoàn toàn), tạo ra hỗn hợp gồm hydrogen, carbon mono oxide (CO) và vài sản phẩm phụ. CO sinh ra lại tiếp tục được phản ứng với hơi nước và xúc tác chuyển hóa thành khí carbonic và tạo ra thêm khí hydrogen, tương tự như bước thứ hai của quá trình hóa nhiệt khí thiên nhiên. Rõ ràng đây không phải là phương pháp tối ưu. Bất lợi lớn nhất của nó là sử dụng nhiên liệu hóa thạch làm nguyên liệu và đồng thời cũng làm nhiên liệu cung cấp nhiệt lượng cho quá trình. Nhiên liệu hóa thạch là nguồn tài nguyên hữu hạn, thêm vào đó, việc đốt chúng tạo ra khí carbonic gây hiệu ứng nhà kính. Do đó phương pháp này xét về lâu dài không bền vững. Tuy vậy, phương pháp sản xuất khí hydrogen từ nhiên liệu hóa thạch đã và sẽ còn chiếm ưu thế trong tương lai gần. Lý do chính yếu là do trữ lượng nhiên liệu hóa thạch còn tương đối dồi dào, nhất là đối với khí thiên nhiên. Hơn nữa, những công nghệ này (phương pháp sản xuất hydrogen công nghiệp từ khí thiên nhiên nói riêng và nhiên liệu hóa thạch nói chung) đã khá quen thuộc trong công nghiệp hóa chất, trong khi cơ sở hạ tầng cho việc phát triển sản xuất hydrogen từ các nguồn khác còn thiếu thốn. Vì vậy, một khi nhiên liệu hóa 17    thạch vẫn còn rẻ thì phương pháp này vẫn có chi phí thấp nhất. Thêm vào đó, để hạn chế mặt tiêu cực này của nhiên liệu hóa thạch, ta có thể dùng công nghệ tách khí carbonic rồi thu hồi và chôn lấp chúng . • Quy trình hiện đại tạo ra hydrogen từ khí thiên nhiên mà không thải ra CO2 Từ những năm 1980, Kværner - một tập đoàn dầu khí của Na Uy đã phát triển công nghệ mang tên "Kværner Carbon Black and Hydrogen Process" (KCB&H). Nhà máy đầu tiên dựa trên quy trình Kværner hiện đại này đặt ở Canada và bắt đầu sản xuất vào tháng 6 năm 1999. Quy trình cung plasma - Kværner ở nhiệt độ cao (1600 0C) tách hydrogen và than hoạt tính từ hợp chất hydrocarbon như dầu mỏ hay khí thiên nhiên mà không thải ra CO2. Than đen tinh khiết này được dùng trong sản xuất vỏ xe hơi và dùng như chất khử trong công nghiệp luyện kim. Nhờ một số tính chất đặc biệt mà chúng còn có thể dùng để lưu trữ hydrogen (ống carbonnano). • Khí hóa sinh khối và nhiệt phân (biomass gasification and pyrolysis) Sinh khối có thể được sử dụng để sản xuất hydrogen. Đầu tiên, sinh khối được chuyển thành dạng khí qua quá trình khí hóa ở nhiệt độ cao có tạo ra hơi nước. Hơi nước chứa hydrogen được ngưng tụ trong các dầu nhiệt phân và sau đó có thể được hóa nhiệt để sinh ra hydrogen. Quá trình này thường tạo ra sản lượng hydrogen khoảng từ 12%-17% trọng lượng hydrogen của sinh khối. Nguyên liệu cho phương pháp này có thể gồm các loại mảnh gỗ bào vụn, sinh khối thực vật, rác thải nông nghiệp và đô thị v.v. Do các chất thải sinh học được sử dụng làm nguyên liệu như vậy, phương pháp sản xuất hydrogen này hoàn toàn tái tạo được (renewable) và bền vững. b) Phương pháp sinh học Một số tảo và vi khuẩn chuyên biệt có thể sản sinh ra hydrogen như là sản phẩm phụ trong quá trình trao đổi chất của chúng. Các sinh vật này thường sống trong nước, phân tách nước thành khí hydrogenvà oxygen. Hiện tại, phương pháp này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu. Ví dụ của phương pháp này là việc ứng dụng một loại tảo đơn bào có tên Chlamydomonas reinhardtii. Các nghiên cứu cho thấy loại tảo này chứa enzyme hydrogenase có khả năng tách nước thành hai thành phần hydrogen và oxygen. Các nhà khoa học đã xác định được cơ chế quá trình, điều này có thể giúp mang lại một phương pháp gần như vô hạn để sản xuất hydrogen sạch và tái sinh. Cơ chế này đã phát triển qua hàng triệu năm tiến hóa giúp tảo tồn tại trong môi trường không có oxygen. Một khi ở trong chu trình này, tảo "thở" bằng oxygen lấy từ nước và giải phóng ra khí hydrogen. 18