Nghiên cứu điều tra và đề suất khả năng sử dụng năng lượng biogas khu vực trường đại học nông nghiệp hà nội

Đề tài tốt nghiệp KHOA CƠ-ĐIỆN LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần có nhiều đầu tư phủ tổ chức nước ngồi cho dự án sử dụng nhiên liệu sinh học thân thiện với mơi trường thay cho nhiên liệu hóa thạch Mục đích hướng tới mơi trường sống tiện lợi văn minh cho người dân Hầm Biogas giải pháp để tạo điều kiện cho sống them đại hơn,vỡ tụi quan tâm nghiên cứu đề tài lien quan đến hầm biogas quy mô trường Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội,nơi sinh sống học tập ,nhằm đóng góp phần nhỏ bé cơng sức việc giữ gìn mơi trường thêm Trong trình thực đề tài này,tụi nhận giúp đỡ nhiều cá nhân tổ chức Đầu tiên xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn tơi PGS.TS Đặng Tiến Hịa Giảng viên Khoa Cơ Điện trường Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội Thầy nhiệt tình hướng dẫn giải đáp vướng mắc liờn quan đến đề tài Thầy bảo tận tình từ lúc tơi hình thành ý tưởng đến hồn thành đề tài Tơi xin chân thành cám ơn quý thầy cô Khoa Cơ Điện tận tình cung cấp thơng tin đóng góp ý kiến cho đề tài hồn chỉnh May mắn nhận giúp đỡ nhiệt tình bạn bố,cỏc tổ chức có liên quan ln sẵn sang gúp,thu thập thơng tin cần thiết lẫn xin cám ơn chân thành tới tất người tận tụy dìu dắt tơi SV CKĐL52 Nguyễn văn Giang SVTH: Nguyễn Văn Giang -i- CKĐL52-ĐHNNHN Đề tài tốt nghiệp KHOA CƠ-ĐIỆN MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i MỤC LỤC ii A TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU B Nội dung nghiên cứu đề tài Chương I Tổng quan vấn đề nghiên cứu I Khái niệm biogas 2 II Khái quát tình hình phát triển sử dụng khí biogas sản xuất đời sống II.1 Khái quát tình hình phát triển hầm khí biogas II.2 Tình hình sử dụng khí biogas sản xuất đời sống II.2.1 Dùng biogas để đun nấu cho gia đình4 II.2.2 Sản xuất biogas phân hữu cho trang trại II.2.3 Sản xuất biogas phân hữu từ hỗn hợp phân gia súc chất thải hữu khác III.Tiềm nguồn nguyên liệu cho hầm ủ sinh khí biogas ỏ nơng thơn nước ta IV Ưu nhược điểm lượng khí biogas 11 IV.1 Ưu điểm lượng khí biogas 11 IV.2 Nhược điểm lượng khí biogas 12 V Đặc điểm kinh tế xã hội, tự nhiên khu vực ĐHNN cho khả phát triển khí biogas 13 V.1 Đặc điểm kinh tế xã hội 13 V.2 Đặc điểm tự nhiên15 Chương II Điều tra nguồn nguyên liệu trường ĐHNN HÀ NỘI I Nguồn nguyên liệu thực vật 17 I.1 Nguồn nguyên liệu sẵn có trường SVTH: Nguyễn Văn Giang 17 -ii- 17 CKĐL52-ĐHNNHN Đề tài tốt nghiệp I.2 Quy hoạch phát triển KHOA CƠ-ĐIỆN 21 II Nguồn nguyên liệu từ sống dân sinh xã hội 21 III Nguồn nguyên liệu từ nguồn khai thác khác 23 IV Tính tốn tiềm nguồn ngun liệu cho sử dụng biogas IV.1 Các công thức chung tính tốn: 24 24 IV.2 Khối lượng ngun liệu thu lý thuyết25 IV.2.1 Diện tích nguồn nguyên liệu xanh khu vực 25 IV.2.2 Khối lượng nguyên liệu xanh thu theo tháng từ diện tích xanh 27 IV.2.2.1 Khối lượng nguyên liệu thu từ bụi cỏ dại 27 IV.2.2.2 Khối lượng nguyên liệu thu từ loại ăn quả, lâu năm 28 IV.2.2.3 Khối lượng nguyên liệu thu từ quán ăn, khu dân cư 28 IV.3 Khả khai thác lượng biogas thực tế 28 IV.4 Nhận xét khả sử dụng biogas khu vực trường 29 Chương III Đề xuất hướng phát triển sử dụng I Lựa chọn mơ hình thiết kế hầm ủ 33 I.1 Khái quát công nghệ Biogas 33 33 I.2 Những yếu tố ảnh hưởng đến sử dụng thiết kế hệ thống hầm ủ Biogas I.3 Một số mơ hình hầm ủ sinh khí biogas thường dùng I.4 Lựa chọn mơ hình thiết kế hầm ủ 34 36 44 I.4.1 Quy trình xây dựng hầm ủ biogas dung tích 24m3 45 I.4.2 Ưu nhược điểm hầm ủ TG-BP 24 m3 47 II Đề suất quy trình sử dụng khí biogas 47 II.1 Đề suất sử dụng máy phát điện công suất 10kW, với đường dây pha II.2 Đề suất giải pháp giúp tăng hiệu sử dụng lượng biogas 47 48 III Tổ chức thực theo hướng quy hoạch, khai thác nguyên liệu trường ĐHNN 49 KẾT LUẬN52 TÀI LIỆU THAM KHẢO SVTH: Nguyễn Văn Giang 54 -iii- CKĐL52-ĐHNNHN Đề tài tốt nghiệp KHOA CƠ-ĐIỆN DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Thành phần chất khí biogas Bảng 1.2 Tiềm biogas Việt nam 10 Bảng 2.1 Diện tích xanh khu thí nghiệm chăn ni: .18 Bảng 2.2 Diện tích đất khu hành học tập viện nghiên cứu: 18 Bảng 2.3Diện tích xanh khu văn hóa thể dục thể thao 19 Bảng 2.4 Diện tích xanh khu vưc ký túc xá: 20 Bảng 2.5 Diện tích xanh diện tích đất mặt nước xanh: 20 Bảng 2.6 Lượng chất thải hữu từ quán ăn dân cư trường ngày năm .24 Bảng 2.7 Tổng diện tích khu vực 27 Bảng 3.1 Khả cho phân thành phần hóa học phân gia sỳc,gia cầm.33 Bảng 3.2 Ảnh hưởng loại phân tới sản lượng thành phần khí thu 34 SVTH: Nguyễn Văn Giang -iv- CKĐL52-ĐHNNHN Đề tài tốt nghiệp KHOA CƠ-ĐIỆN DANH MỤC HèNH Hinh 1.1 hình ảnh cho bếp biogas đơn giản .5 Hinh1.2 Sơ đồ hoạt động hệ thống sản xuất biogas phân hữu trang trại nông nghiệp Hinh 1.3 Sơ đồ hệ thống biogas sử dụng nguyên liệu hỗn hợp Hình 1.4 Hệ thống sản xuất biogas .9 Hình 3.1 Thiết bị sản xuất khí sinh học túi chất dẻo .38 Hình 3.2 Hầm sinh khối nắp cố định 41 Hình 3.3 Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT.1 .41 Hình 3.4 Thiết bị khí sinh học nắp cố định kiểu KT.2 43 Hình 3.5 Sơ đồ hầm ủ TG-BP 24m3 45 Hình 3.6 phần chứa nguyên liệu .45 Hình 3.7 Phần chứa khí biogas 46 Hình 3.8 Bể thải 46 Hình 3.9 máy phát điện biogas công suất 10kW 47 SVTH: Nguyễn Văn Giang -v- CKĐL52-ĐHNNHN Đề tài tốt nghiệp KHOA CƠ-ĐIỆN A TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Cùng với phát triển kinh tế thị trường, khu vực kinh tế nơng thơn có nhiều khởi sắc chuyển biến rõ rệt Cơ cấu kinh tế nơng nghiệp, nơng thơn có nhiều thay đổi, ngành chăn nuôi bước phát triển giữ vị trí quan trọng sản xuất nơng nghiệp Năm 2002, ngành chăn ni Việt Nam có tốc độ phát triển cao với 9,9 % Tăng trưởng chăn nuôi kéo theo vấn đề môi trường, tác hại môi trường chất thải từ gia súc bắt đầu rõ nét số nước phát triển Chất thải từ gia súc có mùi hơi, thối, làm nhiễm khơng khí, nhiễm đất, nhiễm nguồn nước, gõy lờn cỏc bệnh đường hô hấp đường tiờu hoỏ, bệnh ngứa da, ngứa mắt, viêm gan, ảnh hưởng đến sức khoẻ, đời sống nhân dân Việc quản lý chất thải từ gia súc cần tổng hợp biện pháp kỹ thuật, giáo dục, sách mơi trường sách kinh tế Các biện pháp kỹ thuật phổ biến để xử lý chất thải từ gia súc bao gồm hệ thống biogas; bể chứa phân: bón phân xử lý vào đất; sử dụng xanh để hấp thu chất thải sử dụng phân gia súc thành phần thức ăn gia súc Trong đó, xây dựng hệ thống biogas giải pháp xử lý chất thải từ chăn nuụi,cỏc nguồn thực vật tốt hiệu Biogas biến đổi chất thải từ gia sỳc,cỏc nguồng thực vật thành nguồn lượng dùng để đun nấu, sưởi ấm, thắp sáng, tạo nguồn phân bón cho trồng làm mơi trường.Biogas ưa chuộng khả làm giảm mùi hôi phân gia súc phân huỷ xảy điều kiện yếm khí nguồn lượng rẻ Hiện nay, nước ta áp dụng số mơ hình biogas nước ấn Độ, Trung Quốc, Colombia có hiệu bà nông dân ủng hộ Tuy nhiên trình xây dựng phát triển hệ thống biogas gặp phải khơng khó khăn nên tốc độ mở rộng quy mơ cịn chậm Để mở rộng quy mơ phạm vi áp dụng mơ hình biogas có hiệu cơng việc nghiên cứu biogas ngành khác có liên quan quan trọng Vì việc nghiên cứu, điều tra đề suất khả sử dụng lượng biogas khu vực trường đại học nông nghiệp Hà Nội cần thiết SVTH: Nguyễn Văn Giang -1- CKĐL52-ĐHNNHN Đề tài tốt nghiệp KHOA CƠ-ĐIỆN B Nội dung nghiên cứu đề tài Chương I Tổng quan vấn đề nghiên cứu I Khái niệm biogas Biogas hay khí sinh học sản phẩm trình lên men phân động vật chế thải hữu khác Thành phần chủ yếu biogas gồm khoảng 50-70% Meetan khoảng 30-40% CO2 phần nhỏ chất lưu huỳnh Tỷ lệ chất hỗn hợp phụ thuộc vào loại nhiên liệu diễn biến trình sinh học Bảng 1.1 Thành phần chất khí biogas Loại khí Tỷ lệ (%) CH4 50-70 CO2 30-45 N2 0-3 H2 0-3 O2 0-3 H2S 0-3 Cơ sở lý thuyết công nghệ biogas : dựa vào vi khuẩn yếm khí để lên men phân huỷ kỵ khớ cỏc chất hữu sinh hỗn hợp khí cháy : H2, H2S, NH3, CH4, C2H2 CH4 sản phẩm khí chủ yếu (nen cịn gọi trình lên men tạo Metan) Quá trình lên men me tan có giai đoạn: giai đoạn biến đổi chất hữu phức tạp thành chất hữu đơn giản, giai đoạn hình thành axit, giai đoạn hình thành khí metan SVTH: Nguyễn Văn Giang -2- CKĐL52-ĐHNNHN Đề tài tốt nghiệp KHOA CƠ-ĐIỆN II Khái qt tình hình phát triển sử dụng khí biogas sản xuất đời sống II.1 Khái quát tình hình phát triển hầm khí biogas Trong năm gần ủõy sản phẩm khí sinh học Biogas nhờ sử dụng chất thải động vật có khả phân giải mặt sinh học đề xuất ứng dụng phần mơ hình VAC, nhằm xử lý chất thải chăn ni, tạo khí đốt phục vụ bảo vệ môi trường, giải pháp kỹ thuật công nghệ giới công bố cải tiến tổ chức nước có quan tâm đến lĩnh vực áp dụng cỏc vùng nơng thơn nước ta giúp bà nơng dân Việt Nam bước đầu có điều kiện thuận lợi việc tiếp cận mơ hình cơng nghệ đa mục tiêu, mang lại hiệu Từ năm 1960 đến dạng hầm Biogas khác hầm Biogas xõy chỡm lịng đất có nắp hình vịm Trung Quốc, ấn Độ; Mơ hình túi Biogas ủ vật liệu chất dẻo Cụ-lụm-bia giới thiệu vào Việt Nam qua nhiều kênh chương trình khác tổ chức VACVINA địa bàn toàn quốc với vai trị tiên phong thực có hoạt ủộng tích cực việc phổ biến loại hình cơng nghệ Biogas thông qua nội dung: tập huấn chuyển giao công nghệ đào tạo ủội ngũ cán kỹ thuật cho địa phương; xõy dựng mơ hình trình diễn để nhân rộng; thực chiến dịch tuyên truyền, phổ biến kỹ thuật để nâng cao nhận thức cho hội viên thông qua phương tiện truyền thanh, truyền hình Tuy nhiên, theo phản ánh hộ nơng dân kết thu từ mơ hình Biogas khác cịn nhiều hạn chế nên phát triển nhận rộng mơ hình Biogas gặp nhiều khó khăn Những vấn đề tồn khiến chương trình phát triển cơng nghệ Biogas phải đối mặt với thách thức lớn có thời điểm mang dấu hiệu ngừng trệ Trước khó khăn hạn chế công nghệ Biogas xúc cần ủược giải sớm nhằm hỗ trợ cho bà nông dân đẩy mạnh phát SVTH: Nguyễn Văn Giang -3- CKĐL52-ĐHNNHN Đề tài tốt nghiệp KHOA CƠ-ĐIỆN triển chăn nuôi, giải khắc phục tình trạng nhiễm mơi trường, trung ương hội VACVINA thiết kế mơ hình “Biogas VACVINA cải tiến” Hầm Biogas cải tiến mơ hình đảm bảo phát triển bền vững cho vùng nông thôn Việt Nam đến nay, cơng nghệ khí sinh học phát triển rộng lớn Việt Nam, ước tính có khoảng 30.000 cơng trình sinh học xây dựng, lắp đặt đa số loại túi nilong Nhiều tổ chức tham gia phát triển công nghệ nhờ nguồn tài trợ khác Hiện nay, có khoảng 10 kiểu thiết bị khí sinh học áp dụng Việt Nam Số lượng mô hình Biogas tăng nhanh, đặc biệt Thành phố Hải Phũng, Thỏi Nguyờn, Vĩnh Phúc, Cao Bằng, Ngoại Thành Hà Nội II.2 Tình hình sử dụng khí biogas sản xuất đời sống Trong năm gần khí biogas sủ dụng rộng dãi nông thơn tính kinh tế mang lại Biogas sản xuất sử dụng làm nhiên liệu phục vụ sản xuất đời sống Tùy theo qui mô thiết bị sản xuất mà sản lượng cung cấp phương thức sử dụng khác Đơn giản sử dụng trực tiếp biogas từ hầm phản ứng để đun nấu gia đình Phức tap cung cấp biogas cho mạng lưới sử dụng nhiên liệu khí phục vụ sinh hoạt khu trung cư hay khu vực đó, để chạy máy phát điện cung cấp điện nhiệt cho đơn vị sản xuất Trong sản xuất nông nghiệp, thiết bị thiết kế hợp lý vừa sản xuất biogas làm nhiên liệu lại vừa sản xuất phân hữu bón ruộng II.2.1 Dùng biogas để đun nấu cho gia đình Để sử dụng biogas trực tiếp từ hầm sản xuất gia đình cần có bếp đun dùng biogas Loại bếp có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo Dưới giới thiệu loại bếp đơn giản có suất tiêu thụ biogas 380-450 l/h với hiệu suất nhiệt 50-55% SVTH: Nguyễn Văn Giang -4- CKĐL52-ĐHNNHN Đề tài tốt nghiệp KHOA CƠ-ĐIỆN Hinh 1.1 hình ảnh cho bếp biogas đơn giản Các thông số bếp biogas đơn giản: ─ Đường kính vịi phun khí: 2,25 mm ─ Diện tích vịi phun: 3,98 mm2 ─ Đường kính vòi lửa: mm ─ Số vòi lửa: 20 ─ Tổng diện tích vịi lửa: 565 mm2 ─ Chiều dài ống trộn khí: 200 mm ─ Đường kính ống trộn khí: 20 mm Bếp thiết kế cho biogas trộn lẫn với khơng khí ống trộn trước đến với vòi lửa với tỉ lệ đủ lớn để đảm bảo khơng có mùi lạ, lửa có màu xanh Tổng diện tích cỏc vũi lửa lớn diện tích miệng vịi phun khoảng 80-200 lần Khoảng cách từ vòi lửa đến đáy nồi cần cao khoảng 2,5 cm để tạo điều kiện cho khơng khí xung quanh tràn vào đảm bảo cháy hết biogas SVTH: Nguyễn Văn Giang -5- CKĐL52-ĐHNNHN ... Lâm nghiệp, năm 1967 trường? ?Đại học Nông nghiệp? ?đổi tên thành? ?Trường Đại học Nông nghiệp I, và? ?Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội? ?(từ 2008) Trường Ðại học Nông nghiệp Hà Nội đến 2011 trải qua... áp dụng mơ hình biogas có hiệu cơng việc nghiên cứu biogas ngành khác có liên quan quan trọng Vì việc nghiên cứu, điều tra đề suất khả sử dụng lượng biogas khu vực trường đại học nông nghiệp Hà. .. tên gọi? ?Trường Đại học Nông Lâm (từ 1956), năm 1958 trường đổi tên thành? ?Học viện Nông Lâm, năm 1963 trường Học viện Nông Lâm tách thành hai trường? ?Đại học Nông nghiệp? ?và? ?Đại học Lâm nghiệp,