Năng lượng mới sử dụng trên ô tô đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

LỜI CẢM ƠN Nhận phân công từ Khoa Cơ Khí Động Lực thuộc Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đồng ý giảng viên hướng dẫn PGS.TS Lý Vĩnh Đạt, nhóm chúng em thực đề tài “NĂNG LƯỢNG MỚI SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ” Để đề tài nghiên cứu đạt kết tốt nhất, chúng em nhận nhiều hỗ trợ, giúp đỡ từ quý Thầy Khoa Cơ Khí Động Lực đặc biệt Thầy Bộ Môn Động Cơ tận tình bảo giúp đỡ cho nhóm chúng em Với tình cảm chân thành mình, cho phép chúng em gửi đến quý Thầy lời cảm ơn chân thành tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em trình nghiên cứu đề tài Trước hết, chúng em xin gửi lời cám ơn chân thành đến Thầy PGS.TS Lý Vĩnh Đạt Chúng em thật biết ơn thầy nhiều tận tình bảo quan tâm suốt thời gian chúng em thực đề tài Thầy tạo điều kiện hỗ trợ chúng em nhiều sở vật chất lẫn kiến thức, thật giá trị vô chúng em may mắn nhận từ Thầy Thứ đến, chúng em xin gửi đến quý Thầy Khoa Cơ Khí Động Lực lời chúc sức khỏe lời cảm ơn chân thành Trong suốt thời gian thực đồ án, nhóm em khơng thể tránh khỏi thiếu sót nhóm chúng em mong nhận nhận xét, góp ý q Thầy để nhóm hồn thành tốt báo cáo Cuối nhóm xin chân thành cảm ơn gia đình bạn bè, ln tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ động viên chúng em q trình học tập hồn thành đồ án tốt nghiệp Một lần nữa, nhóm chúng em chân thành cảm ơn ! TP Hồ Chí Minh, ngày 02 thàng 08 năm 2021 Nhóm sinh viên thực Nguyễn Việt Phụng Trương Minh Hiếu i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC HÌNH .vii DANH MỤC CÁC BẢNG .xi CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2.1 Các nghiên cứu ứng dụng nước 1.2.2 Các nghiên cứu ứng dụng nước 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Đối tương phạm vi nghiên cứu 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu 1.5 Nội dung đề tài CHƯƠNG KHÁI QUÁT CHUNG VỀ NHIÊN LIỆU HÓA THẠCH 2.1 Giới thiệu khái quát nhiên liệu hóa thạch 2.1.1 Nguồn gốc nhiên liệu hóa thạch 2.1.2 Tầm quan trọng nhiên liệu hóa thạch 2.1.3 Ưu điểm hạn chế nhiên liệu hóa thạch 2.1.3.1 Ưu điểm 2.1.3.2 Hạn chế 2.1.4 2.2 Tình hình sử dụng nguồn lượng hóa thạch 11 Các giải pháp khắc phục ô nhiễm phương tiện giao thông 15 CHƯƠNG NĂNG LƯỢNG TRUYỀN THỐNG SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ 20 3.1 Nhiên liệu xăng 20 3.1.1 Các tính chất nhiên liệu xăng 20 3.1.2 Các yêu cầu nhiên liệu xăng 20 3.1.3 Các tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu xăng 21 ii 3.2 Nhiên liệu diesel 23 3.2.1 Các tính chất nhiên liệu diesel 23 3.2.2 Các yêu cầu nhiên liệu diesel 26 3.2.2 Các tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu diesel 26 CHƯƠNG NĂNG LƯỢNG MỚI SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ 30 4.1 Giới thiệu đời nhiên liệu ô tô 30 4.2 Nhiên liệu khí thiên nhiên nén CNG, hóa lỏng LPG 31 4.2.1 Khái quát CNG, LPG 31 4.2.1.1 Nhiên liệu khí thiên nhiên nén CNG 32 4.2.1.2 Nhiên liệu hóa lỏng LPG 36 4.2.2 Phương pháp sử dụng nhiên liệu CNG/LPG ô tô 39 4.2.2.1 Nghiên cứu động sử dụng nhiên liệu khí hóa lỏng CNG/LPG 39 4.2.2.2 Các phương pháp cải tạo động đốt sang sử dụng nhiên liệu CNG/LPG 40 4.2.2.3 Các phương án cung cấp CNG/LPG cho động 43 4.2.3 Một số ứng dụng nhiên liệu CNG LPG ô tô 43 4.2.3.1 Thiết kế lắp đặt hệ thống CNG động 1TR-FE 43 4.2.3.2 Thiết kế lắp đặt hệ thống LPG động 1TR-FE 45 4.3 Nhiên liệu cồn 47 4.3.1 Giới thiệu chung 47 4.3.2 Tính chất nhiên liệu cồn 48 4.3.3 Những ưu nhược điểm sử dụng nhiên liệu cồn ô tô 48 4.3.3.1 Ưu điểm 48 4.3.3.2 Nhược điểm 49 4.3.4 Phương án sử dụng nhiên liệu cồn ô tô 49 4.3.4.1 Đối với cồn nguyên chất 49 4.3.4.2 Đối với hỗn hợp diesel pha cồn 50 4.3.4.3 Đối với hỗn hợp xăng pha cồn 50 4.3.4.4 Tình hình tơ sử dụng nhiên liệu cồn giới 52 iii 4.3.5 Quy trình sản xuất nhiên liệu cồn 53 4.3.5.1 Sản xuất Metanol 53 4.3.5.2 Sản xuất Etanol 54 4.4 Nhiên liệu dầu thực vật – Biodiesel 55 4.4.1 Giới thiệu 55 4.4.1.1 Quá trình hình thành 55 4.4.1.2 Đặc điểm, tính chất dầu thực vật – Biodiesel 56 4.4.1.3 Quy trình sản xuất dầu thực vật – Biodiesel 58 4.4.1.4 Ưu điểm nhược điểm nhiên liệu dầu thực vật – Biodiesel 61 4.4.2 Tình hình sản suất sử dụng Biodiesel 62 4.4.2.1 Trên giới 62 4.4.2.2 Tình hình nước 63 4.4.3 Khả ứng dụng nhiên liệu dầu thực vật - Biodiesel ô tô 64 4.4.3.1 Nghiên cứu động sử dụng dầu thực vật 64 4.4.3.2 Nghiên cứu động sử dụng Biodiesel 65 4.5 Pin lượng mặt trời 66 4.5.1 Khái quát pin lượng mặt trời 66 4.5.1.1 Sư hình thành phát triển Pin lượng mặt trời 66 4.5.1.2 Các loại pin lượng mặt trời 66 4.5.1.3 Ưu nhược điểm pin lượng mặt trời 66 4.5.1.3.1 Ưu điểm 66 4.5.1.3.2 Nhược điểm 68 4.5.1.4 Hiệu suất loại pin lượng mặt trời 69 4.5.1.5 Sự khác giá loại pin lượng mặt trời 70 4.5.1.6 Các ứng dụng pin mặt trời 71 4.5.2 Khả ứng dụng pin lượng mặt trời ô tô 72 4.5.2.1 Ơ tơ lượng mặt trời Immortus 72 4.5.2.2 Ô tô lượng mặt trời Lightyear One 73 4.6 Xe Hybrid (HEV) 74 iv 4.6.1 Khái quát xe Hybrid 74 4.6.1.1 Sự đời phát triển xe Hybrid 74 4.6.1.2 Cấu tạo chế độ làm việc xe Hybrid 75 4.6.1.3 Ưu điểm nhược điểm xe Hybrid 81 4.6.2 Các tảng xe Hybrid phổ biến 81 4.6.2.1 Hybird nối tiếp (Series Hybird) 82 4.6.2.2 Hybrid song song (Parallel Hybrid) 82 4.6.2.3 Hybrid song song kết hợp (Mid Parallel Hybrid) 83 4.6.2.4 Hybrid nối tiếp-song song (Series-Parallel Hybrid) 83 4.6.2.5 Xe điện Hybrid (Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 85 4.6.3 Tìm hiểu ắc-quy Hybrid tính tốn hệ thống cung cấp điện xe Hybrid 85 4.6.3.1 Các loại ắc-quy Hybrid 86 4.6.3.2 Tính tốn chọn hệ thống cung cấp điện xe Hybrid cụ thể 87 4.6.4 Các hãng xe Hybrid phát triển 89 4.6.4.1 Dòng xe Toyota Prius 89 4.6.4.2 Dòng xe Lexus ES 300h 90 4.7 Xe điện ( EV) 91 4.7.1 Khái quát xe ôtô điện 91 4.7.1.1 Sự hình thành phát triển xe ôtô điện 92 4.7.1.2 Cấu tạo phân loại xe ôtô điện 96 4.7.1.3 Ưu nhược điểm xe ôtô điện 101 4.7.2 Tính tốn mức tiêu thụ lượng tơ điện 102 4.7.2.1 Tính toán tiêu thụ lượng kéo 102 4.7.2.2 Tính tốn mực tiêu thụ lượng thành phần hệ thống phụ trợ ô tô điện 104 4.7.2.3 Tổng tiêu thụ lượng 105 4.7.2.4 Dung lượng pin 105 4.7.3 Các dòng xe điện phát triển tốt 106 4.8 Fuel cell (Pin nhiên liệu ) 109 v 4.8.1 Khái quát pin nhiên liệu 109 4.8.2 Cấu tạo chung nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu 110 4.8.2.1 Cấu tạo chung pin nhiên liệu đơn giản 110 4.8.2.2 Nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu 112 4.8.3 Ưu, nhược điểm pin nhiên liệu 113 4.8.4 Phân loại pin nhiên liệu 113 4.8.5 Ứng dụng pin nhiên liệu ô tô 114 4.8.5.1 Khái quát ôtô pin nhiên liệu 115 4.8.5.2 Phân loại ô tô pin nhiên liệu 117 4.8.5.3 Giới thiệu số ô tô pin nhiên liệu 117 4.9 Tình hình sử dụng xu hướng phát triển tương lai việc sử dụng nhiên liệu ô tô 119 4.9.1 Tình hình sử dụng 119 4.9.2 Xu hướng phát triển tương lai 121 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 123 5.1 Kết luận 123 5.2 Đề nghị 123 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 125 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU AFC: Alkaline fuel cell ASTM: American Society for Testing and Materials BEV: Battery Electric Vehicle CIGS: Copper indium gallium selenide CNG: Compressed Natural Gas EV: Electric Vehicle vi GDP: Gross Domestic Product HEV: Hybrid Electric Vehicle LPG: Liquified Petroleum Gas MCFC: Molten carbonate fuel cell MON: Mortor Octane Number NEDO: New Energy and Industrial Technology Development PAFC: Phosphoric acid fuel cell PEMFC: Polymer electrolyte membrane fuel cell PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle RON: Research Octane Number RPM: Revolutions Per Minute SOFC: Solid oxide fuel cell VG: Viscosity Gravity Number ZEV: Zero Emission Vehicle DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1: Sự hình thành nhiên liệu hóa thạch Hình 2: Than đá, lượng hóa thạch có vai trị quan trọng phát triển nhân loại Hình 3: Số năm dự trữ nhiên liệu hóa thạch lại[ Nguồn: Đánh giá thống kê BP lượng giới 2016] Hình 4: Sử dụng lượng hóa thạch làm phát thải lượng lớn khí nhà kính, nguyên nhân gây biến đổi khí hậu Hình 5: Hoạt động đốt nhiên liệu hóa thạch nhà máy gây nhiểm khơng khí 10 Hình 6: Tràn dầu gây ô nhiễm biển 11 vii Hình 7: Tiêu thụ hóa thạch tồn cầu 12 Hình 8: Mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch năm 2019 13 Hình 9: Mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch đầu người , năm 2019 14 Hình 10: Mức tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch theo loại 15 Hình 11: Kết cấu động có hiệu ứng xốy lốc xi lanh 16 Hình 12: Cơng nghệ xử lý khí thải SCR tơ 18 Hình 13: Hệ thống ln hồi khí xả tơ EGR 18 Hình 14: Nhiên liệu sinh học 19 Hình 1: Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu xăng 22 Hình 2: Chỉ tiêu chất lượng nhiên liệu diesel 29 Hình 1: Sơ đồ nhiên liệu sử dụng ô tô 30 Hình 2: Cấu trúc phân tử CH4 (85%-95%) 32 Hình 3: Cấu trúc phân tử C2H6 (5% -15%) 33 Hình 4: Giá nhiên liệu bình quân Mỹ giai đoạn 2000 đến 35 Hình 5: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động Diesel chuyển đổi sang sử dụng CNG, LPG đốt cháy cưỡng 41 Hình 6: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động xăng chuyển đổi sang phun trực tiếp LPG 42 Hình 7: Sơ đồ bố trí hệ thống cung cấp CNG cho động 1TR-FE 43 Hình 8: Sơ đồ bố trí hệ thống cung cấp LPG cho động 1TR-FE 45 Hình 9: Ơ tơ chạy nhiên liệu cồn 47 Hình 10: Xăng sinh học sử dụng rỗng rãi 51 Hình 11: Lượng tiêu thụ xăng sinh học E10 Mỹ giai đoạn 2014-2025 52 Hình 12: Giản đồ quy trình sản xuất metanol 54 Hình 13: Quy trình sản xuất Etanol 55 Hình 14: Nhiên liệu biodiesel sử dụng ô tô 56 Hình 15: Quy trình sản xuất Biodiesel 60 Hình 16: Năng lượng mặt trời vô tận, dư thừa để đáp ứng nhu cầu lượng nhân loại 67 viii Hình 17: Chi phí để sản xuất lắp đặt ban đầu hệ thống pin lượng mặt trời cao 68 Hình 18: Mẫu tô chạy lượng mặt trời Immotus 73 Hình 19: Mẫu tô chạy lượng mặt trời Lightyear One 74 Hình 20: Cấu tạo xe Hybrid 76 Hình 21: Động đốt (khung đỏ) Mô-tơ động Hybrid (khung xanh) 77 Hình 22: Khi xe tô Hybrid khởi động 78 Hình 23: Khi xe Hybrid tăng tốc 79 Hình 24: Khi xe di chuyển tốc độ ổn định 80 Hình 25: Khi xe giảm tốc 80 Hình 26: Mơ hình truyền lực Hybrid nối tiếp 82 Hình 27: Mơ hình truyền lực Hybrid song song 83 Hình 28: Mơ hình truyền lực Hybrid nối tiếp – song song 84 Hình 29: Mơ hình truyền lực Plug-in Hybrid 85 Hình 30: Lắp đặt hệ thống pin Hybrid 87 Hình 31: Toyota Prius 90 Hình 32: Chiếc Hybird - Lexus ES300H 91 Hình 33: Chiếc xe điện chỗ ngồi nhà phát minh William Morrision 92 Hình 34: Mẫu xe điện có thiết kế hình tên lửa Jamais Contente 93 Hình 35: Mẫu xe hybrid đình đám Toyota Prius đời lần vào năm 1997 94 Hình 36: Mẫu Tesla Roadster 95 Hình 37: Ơ tơ điện VFE34 VinFast 96 Hình 38: Cấu tạo ô tô điện 97 Hình 39: Phân loại xe ô tô điện 98 Hình 40: Xe Tesla nạp nạp DC 99 Hình 41: Audi E-tron GT concept 100 Hình 42: Toyota Prius 101 Hình 43: MATLAB Simulink để tính toán mức tiêu thụ lượng 104 Hình 44: Tesla Model S mẫu xe tô điện tốt 106 ix Hình 45: Kia Soul EV - Xe ô tô điện Hàn Quốc 107 Hình 46: Xe tô điện Vinfast - VF e34 108 Hình 47: Cấu tạo pin nhiên liệu đơn giản 111 Hình 48: Sơ đồ mô tả nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu 112 Hình 49: Một ô tô sử dụng pin nhiên liệu hãng Honda 115 Hình 50: Sơ đồ bố trí phận tơ pin nhiên liệu điển hình 116 Hình 51: Chiếc Electrovan – Chiếc xe pin nhiên liệu GM 118 Hình 52: GM HydroGen1 118 Hình 53: Nạp nhiên liệu khí Hydro 120 x Hình 47: Cấu tạo pin nhiên liệu đơn giản Hai cực làm từ chất dẫn điện ( kim loại, carbon ) Nhiên liệu ( hydro nhiên liệu giàu hydro) cung cấp đến anode oxy ( thường oxy từ không khí) cung cấp đến cathode Các phản ứng tạo dòng điện xảy hai điện cực Tùy thuộc vào loại pin nhiên liệu mà chất điện phân thể rắn thể lỏng có cấu trúc màng Nó cho phép ion thích hợp qua anode cathode pin nhiên liệu không cho electron di chuyển qua Ngồi ra, để thúc đẩy phản ứng hóa học xảy ra, người ta cịn bổ sung chất xúc tác vào điện cực chất điện phân nhiều cách khác tùy theo loại pin nhiên liệu Ở số laoij pin nhiên liệu, chất xúc tác vật liệu điện cực, số loại pin khác chất xúc tác chất khác đặt tiếp xúc điện cực lớp điện phân phủ trực tiếp lên chất điện phân Mặc dù chất xúc tác loại pin nhiên liệu khác vật liệu cấu tạo, chúng có chung cơng dụng thúc đẩy phản ứng xảy điện cực Chất xúc tác làm thay đổi trạng thái hóa học chất khác thân chúng không bị thay đổi Chất xúc tác dùng pin nhiên liệu kim loại quý platin 111 4.8.2.2 Nguyên lý hoạt động pin nhiên liệu Hình 48: Sơ đồ mơ tả ngun lý hoạt động pin nhiên liệu Về phương diện hóa học tế bào nhiên liệu phản ứng ngược lại điện phân Trong trình điện phân nước bị tách thành khí hiđrơ khí ơxy nhờ vào lượng điện Tế bào lượng lấy hai chất biến đổi chúng thành nước Qua đó, lý thuyết, phần lượng điện đưa vào giải phóng thật thất qua q trình hóa học vật lý lượng thu Các loại tế bào nhiên liệu chung nguyên tắc mô tả dựa vào tế bào nhiên liệu PEM (Proton Exchange Membrane - tế bào nhiên liệu màng trao đổi proton) sau: Ở bề mặt cực dương khí hiđrơ bị ơxy hóa hóa điện: 2H2 → 4H+ + 4eCác điện tử giải phóng từ cực dương qua mạch điện bên cực âm Các proton H+ di chuyển chất điện phân xuyên qua màng có khả cho proton qua cực âm kết hợp với khí ơxy có sẵn khơng khí (nồng độ 21%) điện tử tạo thành nước: 112 O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O Tổng quát: 2H2 + O2 → 2H2O + điện + nhiệt 4.8.3 Ưu, nhược điểm pin nhiên liệu • Ưu điểm: - Hiệu suất cao - Dường khơng có nhiễm mơi trường - Động điện sử dụng FC có hiệu suất cao, khơng có tiếng ồn, có đường đặt tính tốt so với động đốt trong, bảo trì, bảo dưỡng, dễ sửa chữa - Hydro điều chế từ nước - So với bình điện (ắcquy) pin nhiên có khối lượng thể tích nhỏ • Nhược điểm: - Chi phí đầu tư ban đầu cho tơ FC cao - Hydro không tồn trạng thái đơn chất, điều chế, sản xuất Hydro khó khăn tốn đơi dẫn đến nhiễm mơi trường - u cầu kỹ thuật bình chứa nhiên liệu khắt khe - Cơ sở hạ tầng cho Hydro chưa có, thói quen sử dụng Hydro cịn hạn chế 4.8.4 Phân loại pin nhiên liệu Hiện nay, có nhiều kiểu pin nhiên liệu, khác chúng chủ yếu chất điện phân, loại nhiên liệu mà chúng sử dụng, nhiệt độ vận hành chúng Tuy nhiên người ta thường dựa vào chất điện phân để phân loại cho chúng Theo cách phân loại này, pin nhiên liệu có loại sau: - Pin nhiên liệu dùng màng polymer rắn làm chất điện giải (PEMFC): PEMFC sử dụng màng polymer rắn làm chất điện giải nên giảm ăn mòn dễ bảo dưỡng Nhiệt độ hoạt động 50oC- 80oC Loại pin sản xuất nhiều để sử dụng cho phương tiện vận tải cơng suất lớn, nhiệt độ vận hành thấp ổn định Tuy nhiên, sản phẩm tham gia phản ứng phải có độ tinh khiết cao 113 - Pin nhiên liệu dùng axit phosphoric (PAFC): Loại pin nhiên liệu dùng acid phosphoric, có nhiều hứa hẹn thành cơng thị trường nhỏ máy phát điện tư nhân Loại hoạt động với nhiệt độ 150oC- 200oC cao PEMFC phải tốn nhiều thời gian hâm nóng Vì vậy, sử dụng nhiều nhiên liệu đưa vào thị trường xe ô tô - Pin nhiên liệu oxit rắn (SOFC): Năng suất SOFC tương đối cao, sử dụng nước với sức ép cao nạp vào turbin sản xuất thêm điện SOFC không bị nhiễm độc CO không sử dụng chất xúc tác Pt Ở nhiệt độ cao, trình tách hydro khỏi nhiên liệu xảy dễ dàng Yêu cầu tinh khiết nhiên liệu thấp Loại pin nhiên liệu thích hợp cho công nghệ lớn nhà máy phát điện - Pin nhiên liệu cacbonat nóng chảy (MCFC): Loại pin nhiên liệu giống SOFC, hoạt động nhiệt độ cao, khoảng 600oC – 650oC MCFC thích hợp cho cơng nghệ lớn nhà máy phát điện, sử dụng nước để chạy turbin Với tầm hoạt động nhiệt độ tương đối thấp, MCFC sử dụng chất liệu hóa học khác lạ giá thiết kế thấp SOFC - Pin nhiên liệu kiềm (AFC): Đây loại pin nhiên liệu sử dụng chất điện giải kiềm dùng chương trình Khơng Gian Hoa Kỳ (NASA) từ năm 1960 Năng suất AFC bị ảnh hưởng nhiều ô nhiễm Do đó, AFC cần phải có hydro oxy tinh khiết Nhiệt độ hoạt động 60oC – 90oC Ngoài ra, thiết kế loại pin tốn tung thị trường cạnh tranh với loại pin nhiên liệu khác Hiệu suất pin cao Ngồi pin nhiên liệu trên, cịn có loại pin nhiên liệu ứng dụng rộng rãi, đặc biệt thiết bị nhỏ gọn điện thoại di động, máy tính xách tay pin nhiên liệu dùng methanol trực tiếp, viết tắt DMFC ( Direct methanol fuel cell) Loại pin có cấu tạo tương tự PEMFC xem dạng đặc biệt PEMFC , điểm khác biệt so với PEMFC thông thường loại pin sử dụng nhiên liệu methanol trực tiếp mà khơng cần chuyển hóa thành hydro từ bên ngồi 4.8.5 Ứng dụng pin nhiên liệu ô tô 114 4.8.5.1 Khái quát ôtô pin nhiên liệu Gần đây, thị trường ô tô xuất nhiều loại xe sử dụng lượng điện Loại xe sử dụng nguồn điện accu để vận hành motor điện nhằm dẫn động bánh xe Ơtơ sử dụng lượng điện mang lại nhiều lợi ích khơng gây nhiễm phát tiếng ồn thấp hoạt động Tuy nhiên, nhược điểm lớn ô tô sử dụng lượng điện từ accu phải nạp lại điện cho accu sau thời gian sử dụng Cũng giống ô tô sử dụng nhiên liệu điện từ accu, ôtô pin nhiên liệu dùng motor điện để vận hành bánh xe Do hai loại tơ thiết kế với đặc tính hoạt động giống Tuy nhiên, pin nhiên liệu ôtô pin nhiên liệu phát dòng điện từ hydro nhiên liệu giàu hydro, thời gian nạp nhiên liệu so với thời gian nạp điện cho accu Hình 49: Một tơ sử dụng pin nhiên liệu hãng Honda Ơtơ pin nhiên liệu có phạm vi hoạt động (quãng đường chạy hai lần tiếp nhiên liệu) dài nhiều so với ô tô chạy accu giới hạn dung lượng accu (ôtô chạy accu có phạm vi hoạt động khoảng 80-160 km) Tuy nhiên hai loại ô tô cần phải nâng cao khoảng cách quãng đường chạy để so sánh ô tô xăng diesel (480640 km) Một ưu điểm khác ô tô chạy pin nhiên liệu so với ô tô chạy accu hệ thống phân phối nhiên liệu lỏng dễ dàng thiết lập nhờ vào trạm xăng Các trạm 115 xăng chuyển đổi sang nhiên liệu giàu hydro cung cấp cho pin nhiên liệu, đó, trạm nạp điện cho accu phải xây dựng từ đầu chạy ô tô điện Việc sử dung pin nhiên liệu để tạo dòng điện cung cấp cho động điện ô tô bước phát triển cho công nghệ ô tô điện Tuy nhiên, ô tô trang bị pin nhiên liệu cách đơn độc có nhược điểm cồng kềnh, thời gian khởi động dài, khả tăng tốc kém… Vì vậy, loại tơ sử dụng cơng nghệ lai hóa hai nguồn lượng Sự lai hệ thống pin nhiên liệu với nguồn lượng khác xem cách có hiệu việc khắc phục bất lợi xe trang bị pin nhiên liệu Thông thường người ta thường sử dụng accu siêu tụ điện để kết hợp với pin nhiên liệu để làm nguồn lượng cho ô tô Cấu hình cho phép tận dụng ưu điểm hai nguồn lượng gây nhiễm mơi trường Hình 50: Sơ đồ bố trí phận ô tô pin nhiên liệu điển hình Accu siêu tụ dùng loại tơ gọi chung nguồn công suất cực đại (peaking power source , viết tắt PPS ) chúng hỗ trợ tơ cần đạt công suất cực đại Nguồn công suất cực đại dùng để hỗ trợ pin nhiên liệu xe khởi động tăng tốc Trong số trường hợp, nguồn cơng suất cực đại tự vận hành xe lúc pin nhiên liệu đóng vai trị máy sạc điện cho nguồn công suất cực đại 116 4.8.5.2 Phân loại ô tô pin nhiên liệu Hiện có nhiều cách phân loại ô tô pin nhiên liệu, chủ yếu phân loại theo nhiên liệu cung cấp cho pin nhiên liệu Theo cách phân loại này, ô tô pin nhiên liệu có hai loại: tơ pin nhiên liệu sử dụng nhiên liệu thứ cấp ô tô pin nhiên liệu sử dụng hydro trực tiếp • Ơ tơ pin nhiên liệu sử dụng nhiên liệu thứ cấp: Trong loại này, nhiên liệu thứ cấp hệ thống biến đổi xe biến đổi thành hydro, sau hydro đưa đến điện cực pin nhiên liệu Sử dụng nhiên liệu hydrocacbon có ưu điểm tơ sử dụng trạm nhiên liệu có, nhược điểm địi hỏi phải phát triển hệ thống tinh chế nhỏ gọn, hiệu suất cao xử lý nhiên liệu hydrocacbon xe Điều làm tăng tính phức tạp chi phí chế tạo tăng theo • Ơ tơ pin nhiên liệu sử dụng hydro trực tiếp: Trong loại này, ô tô sử dụng hydro cung cấp trực tiếp cho pin nhiên liệu mà không thông qua chuyển đổi nhiên liệu Ơ tơ pin nhiên liệu cung cấp nhiên liệu hydro trực tiếp cần phải có trạm nạp nhiên liệu hydro đặc biệt thay cho trạm nhiên liệu truyền thống Ngồi ra, chúng cịn cần kỹ thuật nhằm dự trữ lượng lớn hydro xe để chạy quãng đường dài 4.8.5.3 Giới thiệu số ô tô pin nhiên liệu Ô tô pin nhiên liệu General Motors (GM) Từ 1964, GM xây dựng chương trình phát triển xe điện với mục điện tìm kiếm phát triển hệ thống truyền động như: motor điều khiển nó, nguồn cơng suất….Một nguồn cơng suất lựa chọn pin nhiên liệu Và vào năm 1966, GM cho đời xe pin nhiên liệu đầu tiên, Electrovan 117 Hình 51: Chiếc Electrovan – Chiếc xe pin nhiên liệu GM Vào tháng năm 2000, General Motors cho đời HydroGen1, pin nhiên liệu PEM có cơng suất 75kW với 200 pin nhiên liệu đơn, sử dụng nhiên liệu hydro lỏng, motor điện xoay chiều có cơng suất tối đa 60 kW, tốc độ tối đa xe 140km/h, phạm vi hoạt động khoảng 400 km Xe có trọng lượng 1575 kg, thời gian tăng tốc từ đến 100 km/h 16 giây Kích thước xe 4317 mm (dài) x 1742 mm (rộng) x 1684 mm (cao) Hình 52: GM HydroGen1 118 Đến năm 2001, General Motors cải tiến HydroGen1 thành HydroGen3 pin nhiên liệu PEM 94 kW Hiện GM có tơ pin nhiên liệu tiếng HydroGen4(2007), Provoq (năm 2008), Equinox FCEV ( năm 2006), Sequel ( năm 2005)…… 4.9 Tình hình sử dụng xu hướng phát triển tương lai việc sử dụng nhiên liệu ô tô 4.9.1 Tình hình sử dụng Hiện nay, loại nhiên liệu hay lượng tái tạo đem lại nhiều lợi ích việc bảo vệ mơi trường tiết kiệm chi phí Các hãng xe tập trung để sản xuất hàng loạt dòng xe điện phát triển mạnh mẽ, dòng xe điện phát triển thành cơng dịng xe tesla Khi Tesla xuất hiện, thứ bắt đầu thay đổi, ngành công nghiệp ôtô thức tỉnh để bước vào đua xe điện, để thích ứng dần cho kỷ ngun khơng nhiên liệu hóa thạch Gần đây, Mercedes dự kiến mắt mẫu EQS vào năm 2021, limousine bốn cửa chế tạo dựa tảng xe điện chuyên dụng, với phạm vi hoạt động 700km Một phiên Mercedes S-Class, có hệ thống truyền động đốt hybrid, với hệ thống hỗ trợ lái bán tự động, mắt năm Tương lai xe gần định đoạt phát triển xe điện Loại trừ hãng xe có quy mơ nhỏ, tất hãng xe truyền thống bước vào đua "không phát thải" cho thập kỷ tới Nếu ngày tương lai thành phố khơng cịn nhiều khói bụi, người ta ln nhắc cơng ty tiên phong, có Tesla Bên cạnh phát triển xe điện, loại nhiên liệu đem lại hiệu vơ to lớn nhiên liệu khí hydro Ơ tô chạy hydro thách thức với ô tô chạy điện đua giao thông xanh Các tập đồn tơ lớn giới đầu tư lớn cho chương trình phát triển xe chạy hydro cho biết, tương lai sản phẩm sáng sủa 119 Hình 53: Nạp nhiên liệu khí Hydro Để ô tô sử dụng hydro vận hành, phải có pin nhiên liệu Pin nhiên liệu hay cịn gọi tế bào nhiên liệu (fuel cell), giúp biến đổi hydro thành lượng điện, để vận hành xe Với cơng nghệ này, hydro bơm vào bình chứa ô tô truyền vào cụm pin nhiên liệu, kết hợp với oxy, tạo thành phản ứng hóa học giúp tạo lượng Nếu pin hay ắc quy truyền thống phải nạp điện điện hết dần sử dụng, pin nhiên liệu khơng có khả tích điện hết điện Nó hoạt động liên tục nhiên liệu (hydro) chất ôxi hóa (oxy) đưa từ ngồi vào Tức là, pin nhiêu liệu liên tục sản sinh điện, chừng hydro oxy cịn Do khơng xảy phản ứng đốt cháy nhiên liệu, không gây tiếng ồn trình sản sinh điện, nên pin nhiên liệu có mức phát thải 0, thân thiện với mơi trường Nói cách ngắn gọn, pin nhiên liệu đóng vai trị “nhà máy” sản xuất điện, với nguyên liệu đầu vào hydro oxy Chất lỏng thải nước nước chảy từ vòi rửa nhà Lý mà nhà sản xuất ô tô muốn phát triển xe chạy hydro, ngồi mục đích bảo vệ môi trường, hiệu sinh lượng cao gấp 2-3 lần động đốt động điện Hơn nữa, cần tiếp nhiên liệu (hydro), tốn thời gian nạp điện ô tô chạy điện Công nghệ sản xuất 120 hydro dễ dàng Bằng cách điện phân nước, hydro oxy, không làm ô nhiễm mơi trường Toyota tập đồn đầu việc phát triển xe chạy hydro Nhận thấy hydro nguồn lương sạch, Toyota tích cực phát triển sản xuất xe sử dụng pin nhiên liệu (FCV) Toyota Mirai mẫu xe chạy hydro đầu tiên, thức bán thị trường từ tháng 4/2015 Tại Nhật Bản Mỹ, Mirai có giá khoảng 68.690 USD, tương đương khoảng 1,6 tỷ đồng Hiện có khoảng 4.300 ô tô sử dụng hydro Toyota sản xuất chạy đường, chiếm đa số mẫu Mirai Những xe vận hành tối đa khoảng 500 km, với thời gian nạp nhiên liệu phút, thời gian đổ xăng cho xe thông thường 4.9.2 Xu hướng phát triển tương lai Với hãng xe, việc phát triển xe điện trở thành tầm nhìn chiến lược, đáp ứng nhu cầu thị trường gia tăng thị phần Toyota - hãng xe hàng đầu Nhật Bản tun bố kế hoạch điện hóa hồn tồn dịng xe hãng vào năm 2025 Trong đó, General Motors “ông lớn” ngành công nghiệp ô tô toàn cầu tuyên bố cho đời 20 mẫu xe điện từ tới năm 2023 Cam kết mạnh mẽ hơn, Volvo - hãng xe lâu đời Thụy Điển tuyên bố kể từ 2019, tất mẫu xe xe điện xe chạy lai-ghép (hybrid) Để đáp ứng phát triển mạnh xe điện, cần sớm phát triển kết cấu hạ tầng kèm, cụ thể hệ thống trạm sạc Tập đoàn Engie (Pháp) mua lại EV-Box, công ty khởi nghiệp Hà Lan cung cấp công nghệ hạ tầng sạc cho xe điện Tập đoàn Enel (Italia) - đơn vị chuyên cung cấp lượng toàn cầu - vừa mua lại EMotorWerks, công ty hàng đầu giới trạm sạc lưới điện thông minh EmotorWerks sở hữu 30.000 trạm sạc, cung cấp dịch vụ cân lưới điện cho công ty điện lực, đồng thời giúp tài xế sạc điện từ nguồn lượng tái tạo với giá rẻ Đáng ý, hãng dầu khí quốc tế Shell tham gia vào lĩnh vực việc tuyên bố kế hoạch cung cấp trạm sạc nhanh phút với 80 trạm sạc toàn nước Mỹ Hãng Shell 121 mua lại New Motion, công ty Hà Lan chuyên quản lý trạm sạc Tây Âu, đồng thời tiếp tục phát triển trạm sạc điểm bán hàng Shell Bên cạnh phát triển xe điện, nhiên liệu hydro lựa chọn tốt phát triển tương lai Giám đốc điều hành Airbus, Guillaume Faury chia sẻ với truyền thông: “Những ý tưởng tiết lộ cho thấy tham vọng Airbus việc hướng đến tương lai với chuyến bay không phát thải Tôi thực tin nhiên liệu hydro có khả làm giảm đáng kể tác động ngành hàng khơng tới khí hậu Nếu trở thành thực, chuyển đổi quan trọng mà hàng không giới chứng kiến” Cũng theo Faury, thời điểm cất cánh (năm 2035), mẫu thứ hãng chở tối đa 200 hành khách tầm bay khoảng 3.700km nạp đầy nhiên liệu Máy bay sử dụng thiết kế động phản lực cánh quạt bao gồm turbine khí chạy hydro Các thùng chứa nhiên liệu đặt phía sau vách ngăn chịu áp suất đuôi máy bay Mẫu thứ hai sử dụng động phản lực cánh quạt kích thước máy bay nhỏ hơn, chở 100 hành khách tầm bay nửa mẫu Với mẫu thứ ba, máy bay có thân “đặc biệt rộng” (nguyên văn), nhờ có nhiều lựa chọn cho việc bố trí cabin thùng hydro Quan trọng hơn, mẫu chở nhiều hành khách tầm bay xa Airbus không quên lưu ý: Dù kế hoạch lên phải cần năm để hồn thiện cơng nghệ trước bắt đầu sản xuất Việc sử dụng hydro địi hỏi khơng thay đổi thiết kế khơng gian cần để chứa hydro lớn gấp lần so với nhiên liệu hóa thạch mức lượng Theo báo cáo Cơ quan Năng lượng Quốc tế (IEA) tháng 6/2020, nhu cầu sử dụng nhiên liệu hóa thạch (gốc dầu mỏ than) đến năm 2050 giảm cịn 20%, nhu cầu điện tăng gấp hai lên tới 40% nhu cầu nhiên liệu thân thiện khí tự nhiên LNG, nhiên liệu sinh học hydro đạt tỷ lệ gần 40% Tuy sau Airbus Boeing (cũng nhà sản xuất máy bay hàng đầu giới) đưa lộ trình cơng nghệ hãng: Trong vịng 30 năm thay hồn tồn nhiên liệu máy bay nhiên liệu hydro tổng hợp 122 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 5.1 Kết luận Dưới hướng dẫn nhiệt tình, quan tâm giúp đỡ thầy hướng dẫn PGS.TS Lý Vĩnh Đạt, sau thời gian nỗ lực, chúng em hoàn thành đồ án tốt nghiệp theo nhiệm vụ đặt Sau thời gian nghiên cứu thực đồ án tốt nghiệp, chúng em trình bày kiến thức nguồn nhiên liệu sử dụng ô tô Đề tài đem lại ý nghĩa định với kết đạt được: • Nắm q trình hình thành nhiên liệu hóa thạch, ưu nhược điểm tầm quan trọng nhiên liệu hóa thạch ngành tơ • Biết đặc điểm, tính chất nhiên liệu truyền thống tiêu chí đánh giá chất lượng nhiên liệu xăng diesel • Hiểu rõ nguồn nhiên liệu thay nhiên liệu truyền thống sử dụng tơ: q trình sản xuất, đặc điểm, tính chất nhiên liệu khả ứng dụng ô tô Đề tài tài liệu để học sinh, sinh viên tham khảo tìm hiểu tổng quan nguồn lượng sử dụng ô tơ Hoặc đề tài hỗ trợ việc biên soạn tài liệu, giáo trình chuyên ngành ô tô Tuy nhiên, hạn chế thời gian ngắn, nội dung đề tài cần điều chỉnh, cập nhật thêm để hDoàn thiện hơn, đầy đủ 5.2 Đề nghị Qua thời gian nghiên cứu tổng hợp hệ thống tư liệu liên quan đến đề tài chúng em có kiến nghị sau: • Từ sở lý thuyết xây dựng mơ hình thực tế để hiểu sâu cấu tạo cách thức hoạt động hệ thống loại ô tô nhiên liệu mới, từ mô hình tiếp tục cải tiến, khắc phục thiếu xót đưa lý thuyết tiếp tục nghiên cứu sâu rộng ô tô lượng nhằm bắt kịp xu hướng giới 123 • Cần có nhiều nguồn tài liệu tiếng Việt cần người sử dụng thường xuyên cập nhật xu hướng phát triển ô tô lượng Tuy nhiên, Việt Nam, nguồn tài liệu tham khảo tiếng Việt hạn chế tài liệu tiếng Anh mang tính khái qt • Cần tạo hội, điều kiện để chúng em tìm hiểu, nghiên cứu trực tiếp bên ngồi thực tiễn thông qua loại ô tô lượng ô tô điện, ô tô lượng mặt trời… • Tăng thời gian thực đồ án chúng em thực đồ án sớm nhằm có nhiều thời gian nghiên cứu 124 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Olga Gamayunova and Kirill Kulakov, “Using alternative fuels to increase energy efficiency in the transport sector” “Nghiên cứu khả ứng dụng nhiên liệu lượng ô tô Việt Nam”, Khoa Kỹ Thuật Giao Thông, Đại học Bách Khoa TP HCM, Việt Nam Alternative Fuels for Automobiles Interactive Qualifying Project Report completed in partial fulfillment of the Bachelor of Science degree at Worcester Polytechnic Institute, Worcester, MA Robert Curley, Fossil Fuels (Energy: Past, Present, and Future) Tài liệu online: https://vn1lib.org/ https://sinhvienoto.com/xe-hybrid/ https://kimsen.vn/danh-gia-chi-tiet-ve-uu-nhuoc-diem-cua-he-thong-pin-nangluong-mat-troi-n196.html https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1878029615006313 https://devi-renewable.com/ https://news.oto-hui.com/ https://www.arnoldclark.com/newsroom/347-can-cars-run-on-alcohol https://ourworldindata.org/fossil-fuels 125 ... liệu diesel 29 CHƯƠNG NĂNG LƯỢNG MỚI SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ 4.1 Giới thiệu đời nguồn lượng ô tô NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG TRÊN Ơ TƠ NHIÊN LIỆU MỚI Hình 1: Sơ đồ nhiên liệu sử dụng ô tơ Để hạn chế khí thải... lịch sử giới Tuy ô tô sử dụng động sử dụng rộng rãi mang đến mối nguy hại không nhỏ cho môi trường sức khỏe người Vấn đề khí thải tơ sử dụng động đốt ngày nghiêm trọng Sự ô nhiễm độc tố ô tô thải... diesel 26 3.2.2 Các tiêu đánh giá chất lượng nhiên liệu diesel 26 CHƯƠNG NĂNG LƯỢNG MỚI SỬ DỤNG TRÊN Ô TÔ 30 4.1 Giới thiệu đời nhiên liệu ô tô 30 4.2 Nhiên liệu khí thiên