NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Chương 4 Nhiệt mặt trời

NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 95 Chương 4 Nhiệt mặt trời 4 1 Bức xạ mặt trời Bức xạ mặt trời là dòng vật chất và năng lượng của Mặt Trời phát ra Đây chính là nguồn năng lượng chính cho các quá trình phong hóa, b.

NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Chương Nhiệt mặt trời 4.1 Bức xạ mặt trời Bức xạ mặt trời dòng vật chất lượng Mặt Trời phát Đây nguồn lượng cho trình phong hóa, bóc mịn, vận chuyển, bồi tụ Trái Đất, chiếu sáng sưởi ấm cho hành tinh hệ Mặt Trời Năng lượng xạ Mặt trời thường biểu diễn cal/cm².phút Năng lượng xạ Mặt trời gần Trái Đất vào khoảng cal/cm².phút (hằng số mặt trời), có phổ nằm dải bước sóng 0,17-4 μm với cực đại khoảng 0,475 μm Toàn Trái Đất nhận từ Mặt Trời 2,4.1018 cal/phút, gồm 48% lượng thuộc dải phổ ánh sáng khả kiến (λ = 0,4-0,76 μm), 7% tia cực tím (λ < 0,4 μm) 45% thuộc dải phổ hồng ngoại sóng vơ tuyến (λ > 0,76 μm).Năng lượng mặt trời chia làm loại bản: Nhiệt Quang Các tế bào quang điện (Photovoltaic cells - PV) sử dụng công nghệ bán dẫn để chuyển hóa trực tiếp lượng quang học thành dịng điện, tích trữ vào pin, ắc quy để sử dụng sau Nhiệt sử dụng để sưởi nóng tịa nhà cách thụ động thông qua việc sử dụng số vật liệu thiết kế kiến trúc, sử dụng trực tiếp để đun nóng nước phục vụ cho sinh hoạt hay sản xuất nhiệt điện mặt trời Ở nhiều khu vực khác giới thiết bị đun nước nóng dùng lượng mặt trời (bình nước nóng lượng mặt trời) bổ sung quan trọng hay lựa thay cho thiết bị cung cấp nước nóng thông thường dùng điện gaz 4.2 Các nguyên lý nhiệt động học Các nguyên lý nhiệt động học áp dụng cho nhiều hệ vật lý, cần biết trao đổi lượng với môi trường mà không phụ thuộc vào chi tiết tương tác hệ Albert Einstein dựa vào nhiệt động học để tiên đoán phát xạ tự nhiên Gần cịn có nghiên cứu nhiệt động học hố đen 4.4.4 Nguyên lý thứ nhiệt động lực học (NĐLH) Hình 4.1 Ngun lý nhiệt động học Ngun lí thứ NĐLH vận dụng định luật tồn chuyển hố lượng vào tượng nhiệt Sau nhiều cách phát biểu nguyên lí Độ biến thiên nội hệ tổng công nhiệt lượng mà hệ nhận 95 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO ΔU = A + Q Với quy ước dấu thích hợp, biểu thức dùng để diễn đạt q trình truyền chuyển hoá lượng khác vật truyền nhiệt, vật thực công, vật thu nhiệt thực cơng Có cách quy ước dấu nhiệt lượng công khác Sau quy ước dùng sách Q > 0: Hệ nhận nhiệt lượng; Q < 0: Hệ truyền nhiệt lượng; A > 0: Hệ nhận công; A < 0: Hệ thực công 4.4.4 Nguyên lý thứ nhiệt động lực học Nguyên lí thứ hai NĐLH cho biết chiều mà q trình tự xảy tự xảy Sau hai cách phát biểu đơn giản a) Cách phát biểu Clau-đi-út Nhiệt tự truyền từ vật sang vật nóng Mệnh đề Clausius, nhà vật lí người Đức, phát biểu vào năm 1850, sau coi cách phát biểu nguyên lí thứ hai NĐLH Mệnh đề không phủ nhận khả truyền nhiệt từ vật lạnh sang vật nóng, khẳng định điều tự xảy b) Cách phát biểu Cac-nô Chúng ta biết, động nhiệt có phần nhiệt lượng nhiên liệu bị đốt cháy cung cấp chuyển thành cơng học, cịn phần truyền cho mơi trường bên ngồi Cac-nơ (Carnot), nhà vật lí người Pháp, khái qt hố tượng mệnh đề: Động nhiệt khơng thể chuyển hố tất nhiệt lượng nhận thành công học Chú ý: Người ta chứng minh hai cách phái biểu nguyên lí thứ hai NĐLH tương đương 96 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Theo ngun lí II, động nhiệt phải có ba phận là: Nguồn nóng để cung cấp nhiệt lượng (Q1) Bộ phận phát động gồm vật trung gian nhận nhiệt sinh công (A) gọi tác nhân thiết bị phát động Nguồn lạnh để thu nhiệt lượng tác nhân toả (Q2) Khi hiệu suất động nhiệt là: 𝐻= |𝐴| 𝑄1 − 𝑄2 = 93%) tuổi thọ tương đối cao sử dụng cách Giá thành chi phí thay ống rẻ, ống chịu đựng va đập trận mưa đá lớn Lớp hấp thụ ống được sơn cơng nghệ phun mạ tính hấp thụ xạ mặt trời cao dẫn đến hiệu suất thu nhiệt ống tiếp xúc với ánh nắng mặt trời cao (95%), hiệu suất phát xạ nhiệt tiếp xúc với ánh nắng mặt trời thấp 6% Nhược điểm đòi hỏi nguồn nước cung cấp đảm bảo phải liên tục có chất lượng tốt, nhằm tránh gây phá hủy ống thu nhiệt “sốc nhiệt” hay đóng bẩn làm giảm hiệu suất b) Bình bảo ơn: Cấu tạo gồm lớp: Ruột bình, lớp bảo ơn vỏ bình  Ruột bình Được chế tạo thép không gỉ SUS304/2B dùng công nghệ thực phẩm hàn nối phương pháp hàn cao tần đảm bảo thành phần nước sử dụng không bị thay đổi súc tác nhiệt độ  Lớp bảo ôn: Được làm từ hợp chất PolyUrethane bọt PU cách ly 55 mm phun đẩy áp lực cao Trong điều kiện nhiệt độ ổn định cho phép cách nhiệt tốt giữ nhiệt độ lâu (khoảng 72 giờ); khả thất nhiệt khơng đáng kể  Vỏ bình: Làm thép không gỉ, độ dầy tiêu chuẩn mang lại cho bình độ bền, đẹp, sử dụng tốt môi trường khắc nghiệt (vùng ven biển, hải đảo…) 99 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO c) Gía đỡ máy: Làm thép khơng gỉ 1.2mm định hình cao cấp bền-đẹp Gía đỡ thiết kế đặc biệt với góc nghiêng thích hợp giúp hấp thụ nhiệt tốt vị trí lắp đặt 4.3.1.2 Nguyên lý hoặt động máy nước nóng mặt trời Khi ánh sáng chiếu vào phận thu nhiệt, ống thủy tinh chân khơng với tính hấp thụ nhiệt cao, tỷ lệ phát xạ thấp hấp thụ xạ ánh sáng mặt trời chuyển hoá thành nhiệt Lượng nhiệt làm nóng lượng nước có ống thủy tinh chân khơng Với ngun lý: nước nóng có tỷ trọng nhỏ nước lạnh có tỷ trọng lớn hơn, nước lạnh xuống nước nóng lên tạo thành vịng tuần hồn luân chuyển tự nhiên ống thủy tinh bồn chứa nước Quá trình diễn liên tục nước bồn chứa đạt tới nhiệt độ cao (80oC) 4.4 Các loại nhà máy nhiệt điện mặt trời 4.4.4 Hệ thống thu nhiệt dạng máng (Parabolic trough power plants) Giống tên gọi, nhà máy điện dạng hình máng parabol có nhiều gương dạng hình máng tập trung ánh sáng vào điểm trọng tâm Các thu ánh sáng đặt thẳng đứng cạnh theo hàng với chiều dài hàng trăm mét Nhiều hàng lại đặt song song để hình thành nên tồn vùng thu ánh sáng mặt trời Hình 4.3 Hệ thống thu nhiệt dạng máng Các thu ánh sáng đơn lẻ quay theo chiều dọc trục để theo sát di chuyển mặt trời Các gương tập trung ánh sáng lên gấp khoảng 80 lần điểm trung tâm ống hấp thụ Những ống bao bọc lớp kính để hạn chế mát 100 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO nhiệt xảy Một lớp vỏ bọc chọn lựa đặc biệt bao ống hấp thụ để ngăn cản nhiệt tỏa qua bề mặt ống Với hệ thống truyền thống, loại dầu giữ nhiệt đặc biệt chảy ống đó, với tác động ánh sáng nhiệt độ lên đến 400 độ C Lượng nhiệt vận chuyển qua trao đổi nhiệt nơi tạo nhiệt để sử dụng cho chu trình nước Hơi nước quay tuabin chạy máy phát, tạo điện Sau qua tầng tuabin ngưng đọng lại thành nước thơng qua bơm đưa trở lại vịng lặp Nguyên lý sản xuất điện sử dụng nước gọi chu trình Clausius-Rankin Quá trình sử dụng nhà máy điện nước cổ điển nhà máy nhiệt điện Hình 4.4 Nguyên lý hoạt động nhà máy nhiệt điện mặt trời Trong lúc thời tiết xấu hay vào ban đêm buồng đốt sử dụng song song để vận hành chu trình nước Điều ngược lại với hệ thống quang điện, đảm bảo cơng suất đầu suốt ngày, đồng thời tăng hấp dẫn đảm bảo việc lập kế hoạch cung cấp điện cho cộng đồng Về mặt phát thải cacbon, sinh học lượng (cái tạo hydro) sử dụng giống nguồn nguyên liệu bổ trợ buồng đốt nhiên liệu hóa thạch giới hạn hồn toàn Một giải pháp khác đưa sử dụng bồn nhiệt Hệ thống mặt trời hâm nóng bồn nhiệt vào ban ngày lượng nhiệt từ mặt trời dồi Vào ban đêm hay thời tiết xấu bồn chứa nhiệt giúp vận hành chu trình nước Các bồn nhiệt phải thiết kế chịu nhiệt độ lên tới 300 độ C Các muối nóng chảy sử dụng làm môi chất giữ nhiệt bồn 101 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Hình 4.5 Nhà máy điện đảm bảo cung cấp điện ngày với hỗ trợ bồn nhiệt Sự phát triển loại nhà máy năm 1906 Tại Mỹ nhiều vùng Cairo (Ai cập thời kỳ cai trị người Anh) nghiên cứu ứng dụng thực bước đầu thành cơng Nói chung, cấu tạo nguyên lý hoạt động chúng không đổi ngày hôm Mặc dù vậy, vấn đề có liên quan đến vật liệu vấn đề kỹ thuật khác kết thúc nỗ lực loại máy phát với công suất lớn vào năm 1914, trước chiến tranh giới thứ Ngày Mỹ số nước châu Âu đưa nhiều sách hỗ trợ để phát triển loại hình nhà máy Một số nhà máy lớn xây dựng Nevada (Mỹ), Guadix (Tây Ban Nha) Sự phát triển công nghệ giúp tăng hiệu suất giảm giá thành Một lựa chọn hóa trực tiếp nước ánh sáng mặt trời Với loại này, nước bay áp suất cao, nhiệt độ khoảng 500 độ C trước dẫn vào tuabin 4.4.4 Hệ thống thu nhiệt dạng tháp (Solar tower power plant) Với nhà máy điện tháp mặt trời, hàng trăm hay chí hàng nghìn gương lắp đặt xung quanh tháp Được gọi kính định nhật, gương điều khiển riêng biệt máy tính để dõi theo di chuyển mặt trời đồng thời hướng đến đỉnh tháp Chúng phải hướng với độ xác vài phần trăm độ để phản chiếu ánh sáng đến điểm trung tâm (tâm điểm) Một bình chứa đặt với thiết bị thu, mà tác dụng ánh sáng tập trung nung nóng lên đến 102 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO nhiệt độ 1000 độ C Khơng khí hay muối nóng chảy vận chuyển nhiệt Tuabin khí hay điều khiển máy phát để biến đổi nhiệt thành lượng điện Có hai loại nhà máy điện tháp, loại bình chứa thể tích khơng áp suất loại bình chứa có áp suất Với loại bình chứa thể tích khơng áp suất, khơng khí từ mơi trường chuyển đến bình chứa (nơi nhận tia sáng phản xạ từ gương) quạt gió Bình chứa nung nóng tia xạ mặt trời chuyển nhiệt độ qua cho khơng khí xung quanh (ở bình chứa) Khơng khí trước vào bình chứa có nhiệt độ thấp Nhiệt độ cao đạt bình chứa Loại nhà máy giảm mát nhiệt phát xạ Khơng khí tăng nhiệt độ lên từ 650 độ C đến 850 độ C, trước đưa vào lò để làm bay nước, điều khiển chu trình tuabin Trong trường hợp địi hỏi, kết hợp với loại nhà máy điện khác Hình 4.6 Loại bình chứa không áp suất Loại thứ hai nhà máy điện tháp mặt trời với bình chứa có áp suất Loại cho thấy nhiều tương lai hứa hẹn ánh sáng tập trung để đốt nóng khơng khí bình chứa có áp suất khoảng 15 bar nhiệt độ lên tới 1100 độ C Khơng khí nóng sử dụng để chạy tuabin Khơng khí nóng sau sử dụng lần tuabin lại tái sử dụng để tạo nóng cho chu trình khác Với loại nhà máy này, hiệu suất tăng từ 35% đến 50% 103 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Hình 4.7 Nhà máy điện với bình chứa áp suất Trái với nhà máy điện hình máng parabol, khơng có nhiều kinh nghiệm loại nhà máy thị trường Mặc dù vậy, nghiên cứu ứng dụng để tối ưu hóa thành phần cấu tạo hay kiểm tra chúng tiến hành Almeria (Tây Ban Nha), Daggett (Mỹ), Rehovot (Israel) Nhà máy điện tháp xây dựng có công suất 11 MW Seville, Tây Ban Nha năm 2006 Mặc dù vậy, thay đốt nóng khơng khí bình chứa nhà máy lại làm bay nước Do nhiệt độ thấp, hiệu suất tương đối thấp Năm 2006 người ta khởi động việc xây dựng nhà máy có cơng suất 20 MW gần Seville nhà máy khác giai đoạn thiết kế 104 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO o Lựa chọn móng: tùy vào khí hậu, đất, nước ngầm o Dung tích hầm: dựa vào lượng khí cần cho việc tiêu thụ khí dùng Đảm bảo 1,5-2m3 / người o Tính tốn – Thiết kế Ngồi ra, thiết kế cịn phải ý đến yếu tố sau ảnh hưởng đến q trình lên men sau: • Nhiệt độ • Độ pH • Tỷ lệ Carbon / Nitơ • Tỷ lệ pha lỗng • Đặc tính ngun liệu • Tốc độ bổ sung ngun liệu • Có mặt khơng khí độc tố Ví dụ : Lựa chọn cỡ cơng trình KT2 cho gia đình Bình Định thường xuyên nuôi lợn nái 200 kg/con 10 lợn thịt (giữ lợn lại để ni) Lợn nái trung bình đẻ lứa 10 Trọng lượng lợn xuất chuồng trung bình 20kg/con Trọng lượng lợn thịt xuất chuồng trung bình 70kg/con Chuồng lợn lát gạch có rãnh thu nước tiểu phân để nạp Tỷ lệ pha loãng 1/1 Biết lượng chất thải lợn theo % khối lượng thể 5% Giải: Lượng chất thải nạp hàng ngày: (phân + nước tiểu) Từ nái: 200 × 5% × = 20 kg/ngày Từ 10 lợn con: 20 × 5% × 10 = 10 kg/ngày Từ 10 lợn thịt: 70 × 5% × 15 = 35 kg/ngày Tổng: = 65 kg/ngày Tra bảng 4c tiêu chuẩn -> chọn cỡ 7,6m3 tương ứng với lượng chất thải nạp hàng ngày 75 kg/ngày (> 65 kg/ngày) tỷ lệ pha loãng 1/1 6.5 Các ứng dụng biogas 129 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 6.5.1 Bếp sử dụng biogas Sử dụng khí sinh học làm chất đốt tiện lợi: sẽ, dễ sử dụng,… Mỗi gia đình cần xây dựng cỡ nhỏ 3-5𝑚3 với 15- 20 kg nguyên liệu nạp ngày thu 5001000 lít khí đốt Bếp khí sinh học thường tiêu thụ 200 lít khí/ 6.5.2 Đèn sử dụng khí biogas Khí sinh học cháy cho lửa xanh lơ nên phát sáng yếu Để thắp đèn người ta dùng đèn măng xông Đèn măng xông tiêu thụ 40- 80 lít khí/giờ cho ánh sáng sáng bóng đèn điện 25w Ở Trung Quốc người ta dùng đèn khí sinh học để ni tằm chúng địi hỏi ánh sáng nhiệt độ thích hợp 6.5.3 Máy phát điện chạy biogas Các loại động đốt chạy xăng, dầu cải tạo để dùng khí sinh học thay thế, đồng thời chạy với xăng dầu cũ 6.5.4 Một số loại hầm Biogas phổ biến Việt Nam a Hầm Biogas sử dụng bạt chống thấm HDPE Đặc điểm: Chi phí cho 1m3 thấp so với công nghệ khác (100.000đ/m3300.000đ/m3) - Thi cơng nhanh - Ít cố vận hành 130 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Hình 6.6 Hầm Biogas sử dụng bạt chống thấm HDPE - Hiệu xử lý chất thải cao - Độ bền cao: Độ bền bạt HDPE 70 năm (Do có hợp chất chống tia UV, axit,…) - Rất phù hợp khí hậu Việt Nam Lĩnh vực áp dụng: - Xử lý chất thải nhà máy tinh bột mì (tinh bột sắn) - Trại chăn ni: heo, bị, gà - Nhà máy giết mổ, chế biến thịt (Lò mổ) - Nhà máy cồn, Nhà máy bia - Đập thuỷ điện, thùng đựng hoá chất - Bãi rác tập trung (Xử lý rác) b Hầm Biogas sử dụng Composite Đặc điểm: - Có độ kín khí tuyệt đối, cho lượng Gas (khí sinh học) cao bể xây gạch xi măng, tự động phá váng bẩn tự động đẩy bã phân khỏi bể - Hầm biogas Composite trang bị hệ thống khử mùi nên loại bỏ khí gây mùi khó chịu 131 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Ưu điểm: Hình 6.7 Hầm Biogas sử dụng Composite Vật liệu có độ chống thấm cao (hệ số thẩm thấu K= 0,004, vật liệu truyền thống gạch, vơi, cát, xi men có K= 10) có độ bền uốn bền kéo cao nhiều so với vật liệu thông thường Dùng hầm biogas composite chiếm diện tích dễ vận hành bảo trì phù hợp quy mơ nhỏ hộ gia đình sử dụng mơ hình vườn-ao-chuồng Lưu ý: Khi sử dụng hầm biogas vật liệu nhựa composite tuyệt đối khơng cho vơi, xà phịng,thuốc sát trùng, chất tẩy rửa xuống bể chất tiêu diệt vi khuẩn phân hủy phân bể dẫn đến lượng gas bể giảm c Hầm Biogas làm Betong Đặc điểm: - Dễ bị lún, nứt, dễ bị dị khí ngồi khơng khắc phục - Dùng thời gian nhiệt độ nóng nên bị axít ăn mịn bề mặt bê tơng bị nhũn thành bùn, làm cho bể bị dị khí ngồi - Rất khó bảo trì, bảo dưỡng Chi phi phí cao Thậm chí khơng thể bảo trì - Đòi hỏi phải nạp nguyên liệu nhiều thường xuyên - Không tự động phá váng được, lên men kỵ khí khơng đạt tối ưu - Thời gian lên Gas lâu 132 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO - Khơng có khả tự động phá váng Độ an tồn khơng cao, nguy hiểm Hình 6.8 Hầm Biogas làm Betong 133 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Chương biên soạn nhằm cung cấp cho sinh viên: o Nguyên lý hình thành khí sinh học o Tình hình phát triển khí sinh học Việt Nam o Cấu tạo hầm khí sinh học o Một số ứng dụng khí sinh học Câu hỏi chương 6: Khí sinh học gì? Ngun lý hình thành khí sinh học? Tình hình phát triển khí sinh học Việt Nam? Một số ứng dụng khí sinh học? 134 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Chương 7: Nhiên liệu sinh học 7.1 Nhiên liệu sinh học gì? Là dạng lượng tái tạo, hình thành từ hợp chất hữu có nguồn gốc từ thực vật, động vật (sinh vật) như: tinh bột ngũ cốc (gạo, mì, ngơ, khoai, sắn…), dầu mỡ động thực vật, phế thải nông nghiệp (rơm, rạ, phân), phế thải công nghiệp (mùn cưa, vỏ bào…) Nó tơn vinh nhiên liệu xanh, tính chất ưu việt: thân thiện với môi trường nguồn nhiên liệu vô tận Điều khác với nhiên liệu truyền thống (dầu mỏ, khí thiên nhiên, than đá) vốn có hạn, sử dụng phát thải khí dioxyt cacbon (CO2) gây hiệu ứng nhà kính, làm trái đất nóng lên, biến đổi khí hậu Để sản xuất nhiên liệu sinh học, nguyên liệu phải có ethanol sinh học Những năm cuối kỉ XX, tất nước giới ạt sử dụng loại lương thực thực phẩm để sản xuất ethanol Ở Brazin, ethanol sinh học sản xuất từ mía; Mỹ Nam Phi từ ngô; Thái Lan, Philippin từ sắn, cơm dừa… Tuy nhiên, lợi bất cập hại Việc sử dụng lương thực, thực phẩm để sản xuất nhiên liệu sinh học đẩy giá lương thực, thực phẩm lên cao, gây tình trạng thiếu hụt lương thực, thực phẩm phục vụ người gia súc, đồng thời ảnh hưởng đến an ninh lương thực toàn giới Bởi nay, nhiều nước đình việc sản xuất Ethanol sinh học từ lương thực, thực phẩm Hiện tại, Mỹ nước châu Âu sản xuất diesel sinh học từ loại đậu tương biến đổi gen, chưa phép dùng cho người gia súc Từ thập kỷ 70 kỷ trước, người dân Thái Lan coi sắn “cây thần kỳ”, “cây giảm nghèo” Thái Lan trở thành nước xuất sắn đứng đầu giới với triệu sắn lát/năm sản phẩm chế biến từ sắn 100 nước giới Tuy nhiên năm trở lại đây, suất sản lượng sắn Thái lan giảm sút nhiều điều kiện khí hậu khơng thuận lợi, dịch bệnh hoành hành, đất trồng sắn bị tàn phá bạc màu Ở nhiều vùng quê, nông dân bỏ sắn để trồng có giá trị kinh tế cao (mía, cao su, măng cụt…) Gần đây, nhu cầu giới sắn để sản xuất nhiên liệu sinh học tăng cao nên nguồn sắn Thái Lan lại bị giảm sút nghiêm trọng Ngay nước, nhà máy chế biến liên quan đến sắn tình trạng thiếu nguyên liệu khoảng 10 triệu tấn/năm, phải chờ nhập Thái Lan phát triển hàng loạt nhà máy sản xuất ethanol từ sắn thiếu ngun liệu nên khơng thể hoạt 135 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO động Nhà máy ethanol NPK lớn Thái Lan đặt NaKhon Ratche Sima khởi công năm đứng trước nguy ngừng sản xuất thiếu nguyên liệu Vì vậy, xu thế giới nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học xóa bỏ nguyên liệu lương thực, thực phẩm chuyển sang sử dụng nguyên liệu phi lương thực chất xơ xenlulo gồm: xác thân mía, rơm rạ lúa mì, phế phẩm nông lâm nghiệp, chăn nuôi, công nghiệp vải sợi, loại hạt có dầu (khơng phải lương thực, thực phẩm) Đồng thời, trọng trồng loại hoang dại, chi phí trồng trọt thấp phát triển nhanh chóng, sản lượng lớn, khơng cạnh tranh với đất đai sản xuất nông nghiệp cọc rào (cây bã đậu Jatropha) để lấy dầu, nho Kudzu (nhập từ Nhật Bản), Purple loosestrigle (một loại hoang dại nhập từ châu Âu ) sinh sản nhanh, mọc tràn lan, phủ kín đầm lầy mênh mơng Mỹ Canada Đi xa hơn, nhà khoa học tiến tới nghiên cứu sản xuất (đã có thành cơng bước đầu) nhiên liệu sinh học tiên tiến (advanced - biofueles), có nhiên liệu sinh học từ sinh khối tảo biển 7.2 Phân loại nhiên liệu sinh học Có loại phân loại nhiên liệu sinh học Thế hệ đầu tiên, thứ hai thứ ba loại nguyên liệu sử dụng để sản xuất nhiên liệu Thế hệ 1: sản xuất từ đường (mía, củ cải đường) tinh bột nơng phẩm (hạt bắp, lúa mì, lúa, hay từ củ khoai tây, khoai mì,…) để tạo cồn sinh học; hay từ dầu (hạt dừa-dầu, đậu nành, đậu phộng, …) để tạo dầu sinh học Kỹ thuật đơn giản kinh tế Thế hệ 2: sản xuất từ cellulose, chất xơ dư thừa thực vật (rơm, rạ, thân bắp, gỗ, mạt cưa, bã mía,…), hay thực-vật (cỏ voi, lục bình) Kỹ thuật chưa hồn hảo, hiệu kém, men chưa hữu hiệu giá đắt, phần cellulose lignin biến thành ethanol, nên giá thành sản xuất cao Thế hệ 3: sản xuất từ tảo, kỹ thuật phát triển 7.3 Cồn sinh học (bio-ethanol) Cồn sinh học loại nhiên liệu thay dạng cồn, sản xuất phương pháp lên men chưng cất loại ngũ cốc chứa tinh bột bắp, lúa mì, lúa mạch Hoặc sản xuất từ cây, cỏ có chứa cellulose 136 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Cồn sinh học chất phụ gia để tăng trị số Octane (trị số đo khả kích nổ) giảm khí thải độc hại xăng Trong sách lượng mình, từ khối EU đến Mỹ, Trung Quốc, Australia, Nhật Bản… trọng đến ứng dụng ethanol Ưu nhược điểm cồn sinh học: Ưu điểm: • Chỉ số Octan cao xăng, cháy hơn, phát thải CO giảm đáng kể lượng buội than, SOx • Nhiệt ẩn hóa cao nên có tượng làm mát bên điều cho phép xylanh nạp đầy • Khơng cần thay đổi nhiều kết cấu phương tiện dùng nhiên liệu cồn • Động xăng sử dụng hỗn hợp xăng _cồn với hàm lượng nhỏ 20%, khơng cần thiết cải tạo lại động cũ • Cồn kết hợp với 10% nhiên liệu diesel Mức độ phát thải ô nhiễm NOx, HC giảm đáng kể dùng nhiên liệu diesel pha cồn Nhược điểm: • Cồn có chứa axít axêtic gây ăn mòn kim loại, ăn mòn chi tiết máy động làm giảm thời gian sử dụng động • Nhiệt trị cồn thấp, thùng nhiên liệu lớn • Đầu tư ban đầu cao • Ngọn lửa nhiên liệu cồn cháy khơng có màu, gây khó khăn việc nghiên cứu trình cháy nhiên liệu cồn • Các độc chất tiềm ẩn nhiên liệu cồn trình nghiên cứu 7.4 Dầu sinh học (bio-diesel) Dầu sinh học loại nhiên liệu có tính chất tương đương với nhiên liệu dầu diesel sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động vật 137 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Dầu sinh học nói riêng, hay nhiên liệu sinh học nói chung, loại lượng tái tạo Nhìn theo phương diện hóa học dầu sinh học methyl este axít béo Ưu nhược điểm dầu sinh học: - Ưu điểm: o Có số cetan cao diesel o Có điểm chớp cháy cao diesel o Có tính bôi trơn tốt o Sử dụng không cần cải thiện chi tiết động o Giải ô nhiễm môi trường o Đồng thời đa dạng hố nơng nghiệp tăng thu nhập vùng miền nông thôn o Hạn chế nhập nhiên liệu diesel - Nhược điểm: o Phải trồng trồng luân canh, tăng sản xuất nguyên liệu việc khó khăn o Việc sản xuất diesel sinh học từ thực vật cần dùng nhiều lượng cho phân bón xử lý tiêu hủy phần lớn tiềm tiết kiệm lượng 7.5 Công nghệ sản xuất cồn sinh học dầu sinh học 7.5.1 Công nghệ sản xuất cồn sinh học Công nghệ sản xuất cồn sinh học gồm cơng nghệ sau: • Cơng nghệ chế biến cồn sinh học từ nhiên liệu chứa tinh bột 138 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Hình 7.1 Quy trình sản xuất ethanol từ tinh bột • Cơng nghệ chế biến cồn sinh học từ nhiên liệu chứa rỉ đường Hình 7.2 Quy trình sản xuất cồn từ rỉ đường 139 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO • Cơng nghệ chế biến cồn sinh học từ nhiên liệu chứa chất xơ Hình 7.3 Quy trình sản xuất ethanol từ chất xơ 7.5.1 Cơng nghệ sản xuất dầu sinh học Hình 7.4 140 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Hình 7.5 Quy trình sản xuất dầu sinh học 141 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Chương biên soạn nhằm cung cấp cho sinh viên: o Khái niệm nhiên liệu sinh học o Các loại nhiên liệu sinh học o Công nghệ sản xuất cồn, dầu sinh học Câu hỏi chương 7: Nhiên liệu sinh học gì? Các loại nhiên liệu sinh học? Cách sản xuất cồn, dầu sinh học nào? 142 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ts Hoàng Dương Hùng, Năng lượng mặt trời lý thuyết ứng dụng, Nxb Đà Nẵng, 2010 [2] Đặng Đình Thống, Pin mặt trời ứng dụng,Nxb Khoa học kỹ thuật, 2005 [3] Nguyên Ngọc, Điện gió,Nxb Lao động, 2012 [4] Nguyễn Quang Khải – Nguyễn Gia Lượng, Cơng nghệ khí sinh học chun khảo, Nxb Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 2010 [5] Lê Văn Doanh, Sử dụng lượng tiết kiệm hiệu ĐH Bách Khoa HN, 2010 [6] TS Võ Viết Cường, Bài giảng Năng Lượng Tái Tạo ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, 2010 [7] Sorensen, Bent Renewable energy conversion, transmission, and storage Academic press, 2007 [8] Frank Kreith, D Yogi Goswami, Handbook of Energy Effciency and Renewable Energy, CRC press, 2007 143 ... khiển máy phát tạo điện Hình 4. 10 Nhà máy điện mặt trời có thống thu nhiệt dạng ống khói 106 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Mặt đất mái kính dự trữ nhiệt nên nhà máy điện tạo ta điện chí mặt trời lặn Nếu ống... dụng lượng mặt trời nguyên lý chuyển lượng ánh sáng mặt trời( quang năng) thành nhiệt (nước nóng) để phục vụ cho sống Sử dụng nước nóng lượng mặt trời phá bỏ quan điểm sử dụng nước nóng tiền, tạo. .. khoảng 1 346 ,8 2153,5kWh/m2/năm số nắng trung bình từ 1.600 - 2.720h/năm, thuận lợi cho việc phát triển sử dụng lượng mặt trời 4. 4 .4 Nguyên lý hoạt động máy nước nóng mặt trời 4. 3.1.1 Cấu tạo máy