Tìm hiểu về tiềm năng và hiện trạng sử dụng năng lượng Biogas tại thị xã Sơn Tây – thành phố Hà Nội

Tìm hiểu về tiềm năng và hiện trạng sử dụng năng lượng Biogas tại thị xã Sơn Tây – thành phố Hà Nội

LỜI MỞ ĐẦU

Năng lượng đóng vai trò rất quan trọng trong việc phát triển kinh tế của mỗiquốc gia Vấn đề an ninh năng lượng hiện đang là vấn đề toàn cầu thu hút sự quantâm của mọi quốc gia trên thế giới Sự phát triển bền vững của nền kinh tế mỗi quốcgia phụ thuộc rất lớn vào việc đảm bảo an ninh năng lượng hay không Trước tìnhtrạng năng lượng ngày càng khan hiếm trên thế giới, đặc biệt là các loại năng lượnghoá thạch như dầu khí và than đá Ngoài ra việc sử dụng quá nhiều nguồn nănglượng hóa thạch - nguồn năng lượng không tái sinh đem lại hậu quả về môi trường

là rất lớn Việt Nam theo đánh giá của Liên Hợp Quốc là một trong những quốc giachịu ảnh hưởng nặng nề của việc biến đổi khí hậu Vì vậy việc tìm ra nguồn nănglượng thay thế để có thể giúp cân bằng giữa phát triển kinh tế, vấn đề năng lượng vàmôi trường là nhiệm vụ của mỗi quốc gia trên thế giới nói chung và của Việt Namnói riêng Và năng lượng tái tạo là một giải pháp cho vấn đề trên

Trong các dạng năng lượng tái tạo, Biogas là một năng lượng mới, thân thiệnvới môi trường Đây là năng lượng có được từ sự phân hủy của các chất hữu cơtrong môi trường không có oxy có thể dùng để đun nấu, sưởi ấm, thắp sáng, tạonguồn phân bón sạch cho cây trồng

Trong quá trình thực tập ở Trung tâm Công nghệ năng lượng và Vật liệu mớithuộc Viện Khoa học năng lượng, Viện nghiên cứu cấp quốc gia trực thuộc Viện

Khoa học và Công nghệ Việt Nam Em đã lựa chọn đề tài “Tìm hiểu về tiềm năng

và hiện trạng sử dụng năng lượng Biogas tại thị xã Sơn Tây – thành phố Hà Nội” làm đề tài báo cáo thực tập của mình.

Nội dung bài báo cáo gồm 3 phần chính sau:

Phần 1: Giới thiệu về đơn vị thực tập

Phần 2: Cơ sở lý thuyết chung về năng lượng Biogas

Phần 3: Tiềm năng và hiện trạng sử dụng năng lượng Biogas tại thị xã SơnTây – Hà Nội

Trong quá trình hoàn thành báo cáo, em không thể tránh khỏi những thiếusót, rất mong sự góp ý của thầy cô giáo

Em xin chân thành cảm ơn Cô giáo Ngô Ánh Tuyết đã hướng dẫn tận tình để

em hoàn thành bản báo cáo của mình Em xin cảm ơn Phó Viện Trưởng Đỗ BìnhYên, cùng các anh, chị trong Trung tâm Công nghệ năng lượng và Vật liệu mới –Viện Khoa học năng lượng đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn em, giúp em có thểhoàn thành tốt nhiệm vụ trong quá trình thực tập tại Viện

Hà Nội, ngày tháng năm 2010

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Lan Hương

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ ĐƠN VỊ THỰC TẬP

1.1 TÌM HIỂU CHUNG VỀ VIỆN KHNL

1.1.1 Quá trình hình thành và phát triển của Viện KHNL

1.1.1.1 Quá trình thành lập Viện KHNL

Năm 1972, TS Nguyễn Hữu Mai cùng nhóm các kỹ sư năng lượng trẻ, đầynhiệt huyết đã đề xuất hướng nghiên cứu các vấn đề vĩ mô về hệ thống năng lượngViệt Nam tại Uỷ ban Khoa học và Kỹ thuật Nhà nước Trong suốt hơn 35 năm qua,

tổ chức Nghiên cứu năng lượng đã nhiều lần đổi tên: Phòng Năng lượng trực thuộcViện Khoa học Việt Nam (1975-1986); Trung tâm Nghiên cứu khoa học kỹ thuậtnăng lượng (1987-1993); Phân Viện Công nghệ năng lượng và Tập thể Khoa học hệthống năng lượng trực thuộc Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia(1994-2004); Trung tâm Nghiên cứu năng lượng trực thuộc Viện Khoa học và Côngnghệ Việt Nam tháng 10/2004 Và đến nay là Viện Khoa học năng lượng ViệnKhoa học năng lượng là Viện nghiên cứu cấp quốc gia trực thuộc Viện Khoa học vàCông nghệ Việt Nam, được thành lập theo Nghị định số 62/2008/NĐ-CP ngày12/05/2008 của Chính phủ Viện hoạt động theo giấy phép hoạt động khoa học côngnghệ số A-321 do Bộ KH&CN cấp và giấy phép hoạt động điện lực số 822/GP-BCN do Bộ Công nghiệp cấp Viện Khoa học năng lượng có chức năng nghiên cứukhoa học, phát triển công nghệ và đào tạo cán bộ trình độ cao về năng lượng

1.1.1.2 Quá trình phát triển của Viện KHNL

Hiện nay, Viện Khoa học năng lượng có đội ngũ cán bộ trên 100 người gồm

GS, TS, các nhà khoa học và chuyên gia trình độ chuyên môn cao, nhiều kinhnghiệm nghiên cứu khoa học, phát triển công nghệ và ứng dụng triển khai trong lĩnhvực năng lượng trên mọi miền của đất nước Viện hiện có quan hệ hợp tác với cácViện nghiên cứu, các Trường đại học, các Tập đoàn điện lực, Tổng công ty, Công tytrong lĩnh vực năng lượng ở trong nước cũng như quốc tế như: Liên bang Nga,Cộng hòa Belarus, Trung Quốc, Nhật Bản, Cộng hòa Pháp, Thái Lan… Viện mongmuốn và hy vọng được hợp tác với nhiều cá nhân, tổ chức trong và ngoài nướctrong lĩnh vực nghiên cứu khoa học, phát triển công nghệ và ứng dụng triển khaitrong lĩnh vực năng lượng theo nguyên tắc bình đẳng, các bên cùng có lợi

1.1.2 Chức năng và nhiệm vụ của Viện KHNL

 Nghiên cứu tổng hợp các nguồn tài nguyên năng lượng, điều kiện tự nhiên,kinh tế-xã hội và môi trường để cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng chínhsách, chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển hệ thống năng lượng và an ninhnăng lượng quốc gia

 Điều tra, đánh giá tiềm năng, nghiên cứu công nghệ khai thác và sử dụngcác nguồn năng lượng mới và tái tạo ở Việt Nam

 Nghiên cứu phát triển công nghệ khai thác, biến đổi, truyền tải, phân phối và

sử dụng hiệu quả, tiết kiệm nhiên liệu-năng lượng

 Nghiên cứu chế tạo các thiết bị và vật liệu mới trong năng lượng; tổ chứcsản xuất, kinh doanh, xuất nhập khẩu thiết bị, công nghệ và đầu tư trong lĩnh vựcnăng lượng.

 Triển khai, ứng dụng và chuyển giao các kết quả nghiên cứu khoa học vàcông nghệ mới; tổ chức sản xuất, kinh doanh, tư vấn dịch vụ trong điều tra, khảosát, lập quy hoạch, thiết kế và giám sát đầu tư xây dựng các công trình năng lượng

và cơ sở hạ tầng có liên quan

 Thẩm định trình độ công nghệ, thẩm định đầu tư các công trình năng lượng

 Tổ chức đào tạo sau đại học và đào tạo về chuyên môn, nghiệp vụ trong lĩnhvực năng lượng

 Thực hiện hợp tác quốc tế về nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệnăng lượng

1.1.3 Cơ cấu tổ chức bộ máy quản lý của Viện KHNL

1.1.3.1 Sơ đồ tổ chức cơ cấu bộ máy quản lý

1.1.3.2 Cơ cấu tổ chức bộ máy quản lý

Phòng Quản lý tổng hợp

Chức vụ Họ và tên

Phó Viện trưởng ThS Đoàn Văn Bình

Phó Viện trưởng KS Đỗ Bình Yên

Phó Viện trưởng KS Hoàng Hồng Việt

 Thường trực Hội đồng khoa học

- Trung tâm Nghiên cứu Hệ thống năng lượng

- Trung tâm Công nghệ năng lượng và vật liệu mới

- Trung tâm Tư vấn và Phát triển năng lượng

- Trung tâm Năng lượng mới và tái tạo

- Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng và Triển khai công nghệ

1.2 TÌM HIỂU VỀ TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG VÀ VẬT LIỆU MỚI

1.2.1 Quá trình thành lập và cơ cấu tổ chức

Trung tâm Công nghệ năng lượng và Vật liệu mới là đơn vị trực thuộc ViệnKhoa học năng lượng ( tương đương cấp Phòng của Viện nghiên cứu khoa họcthuộc Chính Phủ ) trên cơ sở sắp xếp lại Phòng Biến đổi năng lượng và vật liệu mới,Phòng Công nghệ tiết kiệm năng lượng theo quyết định số 137/QĐ-VKHNL ngày

14 tháng 7 năm 2008 của Viện Khoa học năng lượng

Hiện nay, Trung tâm gồm có 14 cán bộ nghiên cứu, do TS Nguyễn ĐìnhQuang là giám đốc, KSC Trương Quốc Thành là Phó Giám đốc Phó Viện trưởng

Đỗ Bình Yên được giao nhiệm vụ theo dõi hoạt động của Trung tâm và phụ tráchhướng nghiên cứu, phát triển công nghệ sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quảcủa Viện Khoa học năng lượng

 Triển khai ứng dụng các kết quả nghiên cứu khoa học và công nghệ vàothực tiễn sản xuất; Thực hiện công tác đánh giá, thẩm định và chuyển giao côngnghệ tiên tiến sử dụng hiệu quả, tiết kiệm năng lượng vào Việt Nam Tổ chức sảnxuất và thử nghiệm thiết bị, vật liệu mới trong năng lượng.

 Thực hiện công tác đào tạo và hợp tác quốc tế trong lĩnh vực nghiên cứuđược giao

1.2.3 Năng lực sở trường

 Chuyên nghiên cứu về Vật liệu kỹ thuật điện như vật liệu cách điện, vật liệu

có điện dung lớn, varistor và thiết bị chống sét

 Nghiên cứu công nghệ sử dụng tiết kiệm năng lượng

 Qui hoạch, thiết kế, tư vấn các công trình điện

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ NĂNG LƯỢNG

BIOGAS – KHÍ SINH HỌC

2.1 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

2.1.1 Khái niệm

Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồnliên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn

Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách một phầnnăng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa vào trongcác sử dụng kỹ thuật Các quy trình này thường được thúc đẩy đặc biệt là từ MặtTrời

2.1.2 Phân loại

Phân loại năng lượng tái tạo theo nguồn gốc hình thành :

 Nguồn gốc từ bức xạ mặt trời : mặt trời, gió, thủy điện, sóng…

 Nguồn gốc từ nhiệt năng trái đất : địa nhiệt

 Nguồn gốc từ động năng hệ Trái đất – Mặt trăng : thủy triều

 Các nguồn năng lượng tái tạo nhỏ khác

2.1.3 Tiềm năng năng lượng tái tạo ở Việt Nam

Bảng 2.1 : Tiềm năng năng lượng tái tạo ở Việt Nam

(Nguồn: Bài giảng NLTT- Trường ĐH SP kĩ thuật TP.HCM)

- Năng lượng gió

Nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với hơn 3000km bờ biển, ViệtNam được đánh giá là nước có tiềm năng năng lượng gió tốt

Kết quả điều tra sơ bộ của Bộ Công Thương cho thấy, 8,6% diện tích đất củaViệt Nam được đánh giá là những vùng có tiềm năng lớn để phát triển năng lượnggió, nhất là các tỉnh phía Nam, ước tính sản lượng vào khoảng 1.800 MW Riêng tạiNinh Thuận, Bình Thuận, Trà Vinh và Sóc Trăng, tổng công suất khai thác ước tính

có thể lên tới 800MW

Theo đánh giá của các nhà khoa học, tiềm năng gió của Việt Nam (trên độcao 65 m) rất khả quan, ước đạt 513.360 MW, lớn hơn 200 lần công suất nhà máythủy điện Sơn La và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm

2020 Tuy nhiên, đây mới chỉ là tiềm năng lý thuyết, trên thực tế sản lượng có thểkhai thác được sẽ ít hơn nhiều.

Nhưng đây cũng sẽ là nguồn năng lượng đáng kể có thể khai thác bổ sungcho nguồn điện quốc gia, thay thế các nguồn năng lượng ngày càng cạn kiệt Hiện

đã có nhiều nhà đầu tư trong và ngoài nước đang nghiên cứu triển khai dự án

- Thủy điện nhỏ

Với lợi thế nằm trong khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa, mật độ sôngsuối dày đặc, phân bố tương đối đồng đều lại bị phân cách mạnh tạo độ dốc lớn nênViệt Nam được đánh giá có tiềm năng lớn về thủy điện vừa và nhỏ Tiềm năng thuỷđiện tập trung ở 10 hệ thống lưu vực sông Đà, sông Lô-Gâm-Chảy, sông Mã-Chu,

Cả, sông Vu Gia-Thu Bồn, sông Trà Khúc-Hương, sông Sê San, sông Ba, sôngSerepok và hệ thống sông Đồng Nai Trong đó, các lưu vực sông có tiềm năng thuỷđiện lớn nhất như sông Đà, sông Lô, sông Sê San và sông Đồng Nai chiếm khoảng75% tiềm năng cả nước

Theo ước tính của Viện Năng lượng, hệ thống sông ngòi Việt Nam có tiềmnăng khoảng 300 tỷ KW/h Trong khi đó, tiềm năng kinh tế kỹ thuật có thể khaithác được ước tính vào khoảng 80 tỷ KW/h, hiện mới chỉ được khai thác khoảng15% trữ lượng này, và hầu hết là ở các nhà máy thủy điện vừa và lớn như: HoàBình, Thác Bà, Sông Hinh…

Hiện nay, thủy điện nhỏ cũng mới chỉ khai thác được 300MW/4000MW tiềmnăng

- Năng lượng sinh khối

Tiềm năng sinh khối trong phát triển năng lượng bền vững ở Việt Nam cũngkhá lớn Nguồn sinh khối ở Việt Nam chủ yếu là trấu, bã mía, sắn, ngô, sản phẩm códầu, gỗ, phân động vật, rác sinh học đô thị và các phụ phẩm nông nghiệp

Tiềm năng năng lượng sinh khối của Việt Nam khoảng 43 - 46 triệuTOE/năm, trong đó khoảng 60% là năng lượng gỗ củi (26 - 27 triệu TOE) và 40%năng lượng rơm rác, phụ phẩm nông nghiệp (17 - 19 triệu TOE) Riêng năng lượngkhí sinh học, tiềm năng lý thuyết được đánh giá sơ bộ khoảng 0,4 triệu TOE/năm,nhưng tiềm năng có thể khai thác được chỉ khoảng 10%

Theo nghiên cứu của Bộ Công Nghiệp, tiềm năng sinh khối từ mía, bã mía

là 200 – 250MW, trong khi trấu có tiềm năng tối đa là 100MW Ngoại trừ míađường, các nguồn sinh khối khác vẫn chưa được khai thác để sản xuất điện

- Địa nhiệt

Với khoảng trên 200 nguồn nước nóng có nhiệt độ từ 40-100oC, năng lượngđịa nhiệt được nhận định là một trong những nguồn năng lượng tái tạo đầy tiềmnăng của nước ta

Những nơi có nguồn địa nhiệt lớn : Tu Bông (Khánh Hoà), Phú Sen ( Phú

Yên), Hội Vân (Bình Định), Nghĩa Thuận (Quảng Ngãi) và Kon Du (Kon Tum),Tây Bắc, Đông Bắc, Bắc Bộ….Đây là những vùng các dự án địa nhiệt có tính khảthi rất cao Theo đánh giá của các chuyên gia, các nguồn nhiệt này có khả năng xâydựng các nhà máy điện có công suất từ 3 đến 30MW Riêng khu vực miền Trung từQuảng Bình đến Khánh Hòa, nơi có các nguồn địa nhiệt với nhiệt độ từ 70-150oC,được xem là có tiềm năng lớn để khai thác và xây dựng các nhà máy điện địa nhiệtvới tổng công suất khoảng 200MW.

Năng lượng địa nhiệt mới chỉ được điều tra, thăm dò Do đó, để ứng dụngcần phải khảo sát, đánh giá chính xác trước khi xây dựng dự án Tuy nhiên, với sốliệu hiện có nên tập trung phát triển địa nhiệt ở miền Trung với công nghệ nhiệt độthấp

- Năng lượng mặt trời

Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái tạo vô cùnglớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời Trải dài từ vĩ độ 8027’Bắc đến 23023’Bắc, ViệtNam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao

Cường độ bức xạ mặt trời đạt trung bình từ 4 – 5 kwh/m2 mỗi ngày, bìnhquân năm là 1346,8 - 2153,5 kWh/m2/năm, số giờ nắng trung bình năm là 1600 -

2720 h/năm Tuy nhiên lượng bức xạ mặt trời trên mặt đất tùy thuộc vào lượng mây

và thành phần khí quyển của từng địa phương Giữa các địa phương nước ta cóchênh lệch đáng kể về bức xạ mặt trời Cường độ bức xạ ở phía Nam thường caohơn phía Bắc

Nơi có tiềm năng tốt: Tây Bắc và từ miền trung trở xuống phía Nam

ở Việt Nam, xác định cơ chế tài chính, chính sách hỗ trợ, đảm bảo cho các hoạtđộng khai thác, sử dụng các nguồn năng lượng mới và tái tạo ở Việt Nam

2.2 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG BIOGAS

2.2.1 Khái niệm về biogas

Biogas hay khí sinh học là sản phẩm khí sinh ra từ quá trình phân hủy củacác chất hữu cơ như phân người và động vật, bèo, rơm rạ, lá cây…trong môitrường không có oxy

Trong tự nhiên biogas sinh ra ở đầm lầy, đáy hồ ao tù đọng hay trong bộmáy tiêu hóa của động vật.

2.2.2 Thành phần và nguyên liệu để sản xuất biogas

Ở áp suất khí quyển, metan hóa lỏng ở nhiệt độ -161,50C Khi metan cháy sẽ tạongọn lửa màu lơ nhạt và tỏa nhiều nhiệt lượng:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 882 kJ

- 3 tháng ) và tổng lượng khí thu được từ 1kg phân là không lớn Phân trâu, bò, lợnphân hủy nhanh hơn Phân người và phân gà vịt phân hủy chậm hơn nhưng chonăng suất cao hơn

- Nguyên liệu có nguồn gốc thực vật: Các nguyên liệu thực vật gồm phụphẩm cây trồng như rơm rạ, thân lá ngô, khoai, đậu…và loại cây xanh hoang dạinhư: bèo, các cây cỏ sống ở dưới nước…Các nguyên liệu thực vật có lớp vỏ cứngrất khó bị phân huỷ Vì vậy nguyên liệu càng già càng khó phân huỷ Để cho quátrình phân huỷ được thuận lợi, những nguyên liệu thực vật cần được xử lý trước(chặt, băm, đạp nhỏ và ủ sơ bộ ) để phá vỡ lớp vỏ cứng và tăng diện tích bề mặtcho vi khuẩn tấn công Quá trình phân huỷ của nguyên liệu thực vật dài hơn so vớiphân (có thể tới hàng năm) Do vậy nguyên liệu thực vật nên sử dụng theo cách nạptừng mẻ nhỏ, mỗi mẻ kéo dài từ 3 – 6 tháng

2.2.3 Bản chất của phương pháp kỵ khí và cơ chế tạo thành khí metan

2.2.3.1 Bản chất của phương pháp kỵ khí

Là các chất thải được phân hủy nhờ các vi sinh vật (VSV) trong điều kiện

hoàn toàn không có Oxi Quá trình này được phân chia làm 2 giai đoạn:

- Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ cao phân tử được vi sinh vật chuyển thànhcác chất có trọng lượng thấp hơn axit hữu cơ, đường glyxerin ( được gọi chung làhydratcacbon)

- Giai đoạn 2: Là giai đoạn phát triển mạnh các loại vi khuẩn metan đểchuyển hầu như toàn bộ các chất hydrat cacbon thành CH4, CO2

Đầu tiên là sự tạo thành các axit hữu cơ nên pH giảm xuống rõ rệt ( lên menaxit) Các axit hữu cơ và hợp chất chứa nito tiếp tục phân hủy tạo thành các hợpchất khác nhau và các chất khí như CO2, N2, H2 và cả CH4 ( bắt đầu lên menmetan) Các VSV kỵ khí phát triển mạnh còn các VSV hiếu khí bị tiêu diệt Các vikhuẩn metan phát triển rất mạnh và chuyển hóa rất nhanh để tạo thành CO2 và CH4( giai đoạn lên men metan)

2.2.3.2 Cơ chế của sự tạo thành khí metan

- Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ phân hủy thành các axit hữu cơ, CO2, H2 vàcác sản phẩm khác dưới tác dụng của enzym cellulosase:

CxHyOz → các axit hữu cơ, CO2, H2

- Giai đoạn 2: Các axit hữu cơ, CO2, H2 tiếp tục bị tác động bởi các vikhuẩn metan:

CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O

CO + 3H2 → CH4 + H2O4CO + 2H2 → CH4 + 3CO24HCOOH → CH4 + 3CO2 + 3H2O4CH3OH → 3CH4 + 2H2O + CO2CH3COOH → CH4 + H2O

Như vậy biogas được hình thành trong môi trường kỵ khí dưới tác dụng củaenzym cellulosase và nhóm vi khuẩn metan, trong đó vai trò của enzym cellulosase

là phân hủy các chất hữu cơ thành các chất có phân tử thấp hơn, các chất này nhờnhóm vi khuẩn metan tác dụng với nhau tạo thành khí metan có khả năng đốt cháysinh năng lượng

2.2.4 Lợi ích của biogas

Việc sản xuất biogas tạo ra rất nhiều thuận lợi cho người dân nhất là nôngdân, giải quyết được một số vấn đề năng lượng cho địa phương và ngay cả trênbình diện quốc gia, chính quyền trung ương có thể quân bình được cán cân phânphối và quân bình năng lượng và giảm thiểu được ngoại tệ do nhập cảng xăng dầu

Do đó, hai lĩnh vực môi trường và kinh tế có được nhiều lợi ích nhất

- Về lợi ích môi trường, khí methane sinh học (biomethane) là một loạinăng lượng sạch nhất tính đến ngày hôm nay Methane là khí tạo ra ảnh hưởng nhàkính gấp 21 lần khí carbonic Nếu methane không được thu hồi từ các bãi rác, cácđầm, phế thải… sẽ là một nguồn ô nhiễm ảnh hưởng đến hiệu ứng nhà kính nhiềunhất

Môi trường không còn mùi hôi thối, ruồi nhặng Giảm lượng khí CO2 thải ramôi trường do quá trình phân hủy chất thải của động vật Theo ước tính của BộNăng lượng Hoa Kỳ, nếu sử dụng tất cả nguồn nguyên liệu có thể tạo ra khí sinhhọc để dùng trong vận chuyển thì lượng năng lượng này có thể làm giảm 500 triệutấn khí carbonic hàng năm

Và một lợi ích không nhỏ cho môi trường nữa là, hệ thống sinh khí sẽ giảitoả được diện tích phế thải và tạo thêm nguồn thu nhập mới cho nông dân

Ngoài ra, hầm biogas còn có thể sử dụng kết hợp làm nhà cầu vệ sinh, giúpcải thiện môi trường và văn hóa ở nông thôn văn minh hơn Biogas cũng góp phầnlàm giảm nạn phá rừng ở các nước đang phát triển

- Đứng về phương diện kinh tế, biogas ngày càng tăng trưởng sẽ giúp chonhu cầu sử dụng năng lượng trong nước ổn định hơn và dần dần thay thế một sốlượng không nhỏ các loại năng lượng hoá thạch đang dùng Kỹ thuật sản xuấtkhông phức tạp do đó có thể trải rộng khắp nông thôn Đặc biệt nông dân có thểdùng biogas trong phạm vi gia đình để có được độc lập về khí đốt và phụ phẩm củaviệc chuyển đổi phân chuồng thành khí sẽ là một nguồn phân bón hữu cơ rất thíchhợp trong việc trồng trọt Phụ phẩm khí sinh học có 2 dạng: nước thải lỏng gồm cácchất hòa tan, lơ lửng dùng để bón thúc và phụ phẩm đặc là phần lắng đọng ở đáythiết bị khí sinh học chủ yếu dùng để bón lót

Mỗi năm chỉ tính riêng cho việc sử dụng khí đốt biogas và điện thắp sáng,mỗi hộ gia đình nông thôn chỉ cần nuôi thường xuyên với qui mô 10 ÷ 15 con lợn(heo) thịt là có đủ lượng nguyên liệu để cung cấp khí gas sử dụng đun nấu và thắpsáng thoải mái (theo nghiên cứu ở Việt Nam thì lượng khí mêtan sinh ra từ 1 kgnguyên liệu phân và nước tiểu lợn là 40 ÷ 60 lít, trung bình mỗi ngày lượng phân vànước tiểu thải ra từ 1 con lợn là 3,7 – 5 kg) và có thể tiết kiệm được từ 3 ÷ 5 triệuđồng mỗi năm Có thể lắp thêm các thiết bị phụ khác để sử dụng hết hiệu suất sinhkhí như: Đèn thắp sáng, bình nóng lạnh dùng khí biogas, đèn sưởi ấm cho lợn, máyphát điện dùng gas … Với cùng hiệu suất sử dụng có giá thành rẻ hơn, an toàn hơn,bền hơn, lượng khí nhiều hơn Sử dụng chung với bể tự hoại gia đình Không chỉtiết kiệm được tiền điện để đun nấu, việc lấy nước tưới chảy ra từ hầm Biogas đểtưới cho cỏ cũng tiết kiệm được số tiền mua phân bón Dùng biogas để chạy máyphát điện, mỗi tháng có thể tiết kiệm được 7- 8 triệu tiền điện sinh hoạt cho cả trangtrại, tận dụng làm chất đốt phục vụ sinh hoạt hàng ngày, thậm chí còn dư thừa nữa

2.2.5 Tiềm năng sản xuất biogas - khí sinh học ở Việt Nam

Nguồn khí sinh học (biogas) từ bãi rác chôn lấp, phân động vật, phụ phẩmnông nghiệp hiện mới chỉ được ứng dụng trong đun nấu, do đây là nguồn nănglượng phân tán, khó sản xuất điện Ước tính, cả nước có khoảng 35.000 hầm khíbiogas phục vụ đun nấu gia đình với sản lượng 500-1.000 m3 khí/năm cho mỗi hầm.Hiện tại, đang có một số thử nghiệm dùng biogas để phát điện.

Bảng 2.2: Tiềm năng sản xuất khí sinh học sau năm 2010

Nguyên liệu

Tiềm năng (triệu tấn/năm)

Tốc độ sản sinh khí sinh học (m 3 /tấn)

Sản lượng khí sinh học (triệu

m 3 /năm)

Sản lượng khí sinh học (kTOE/năm)

( Nguồn: Viện Năng Lượng)

Chất thải chăn nuôi, rác thải đô thị và một số loại phế thải nông nghiệp cóthể sử dụng để sản xuất khí sinh học Tổng sản lượng khí sinh học sẽ là 6.658 triệu

m3/năm, trong đó 3.408 triệu m3/năm (51,2%) được sản xuất từ chất thải chăn nuôi,2.960 triệu m3/năm (44,5%) từ phế thải nông nghiệp và 290 triệu m3/năm (4,3%) từrác thải đô thị

Năng lượng khí sinh học – biogas chưa đóng góp được nhiều cho nhu cầunăng lượng của nước ta Tuy nhiên chúng ta cũng cần triển khai những hầm ủ khísinh học vì công nghệ đó đơn giản và góp phần hữu hiệu trong việc giải quyết vấn

đề ô nhiễm rác và những chất thải nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm gây ra

2.2.6 Công nghệ biogas ở Việt Nam hiện nay

Qua tình hình nghiên cứu và phát triển năng lượng Biogas trên thế giới trongnhững năm qua, hiện trạng các hệ thống công nghệ năng lượng Biogas trên thế giớicũng như ở Việt Nam được phát triển theo mô hình VACB và ba xu hướng pháttriển công nghệ năng lượng Biogas chính như sau:

1 Xu hướng thứ nhất ở các nước công nghiệp phát triển phần lớn các cơ sởsản xuất khí sinh học triển khai trên quy mô công nghiệp (ở các nhà máy sản xuấtkhí sinh học cỡ lớn) Nguồn nguyên liệu chính được sử dụng là chất thải của cácthành phố, các khu công nghiệp và cả các phế liệu nông nghiệp Khí sinh học từ cácnhà máy này được sử dụng làm nguyên liệu cung cấp cho các nhà máy hóa chất,hoặc được sử dụng làm chất đốt phục vụ sinh hoạt.

2 Xu hướng thứ hai phát triển trên quy mô bán công nhiệp (ở những bể sảnxuất khí sinh học cỡ vừa) Các bể này phần lớn sử dụng các chất thải của các xínghiệp thực phẩm làm nguyên liệu Khí sản xuất ra được dùng trực tiếp để cung cấpnăng lượng điện (cho các động cơ đốt trong), làm chất đốt sinh hoạt, chế biến nôngsản, làm nhiên liệu chạy các động cơ máy nông nghiệp Đại diện cho xu hướng này

Hầm khí sinh học là thiết bị thực hiện quá trình biến đổi sinh khối thành khísinh học Một trong các yêu cầu quan trọng nhất đối với hầm khí sinh học là phảikín để các chủng vi khuẩn kỵ khí hoạt động bình thường tạo ra metan

Từ khi bắt đầu tìm ra khí sinh học đưa vào ứng dụng cho tới nay các mô hìnhbiogas đã không ngừng thay đổi nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượngbiogas đã được nhiều quốc gia trên thế giới áp dụng, và cải tiến Hiện nay, trên thếgiới cũng như ở Việt Nam đang sử dụng các loại hầm sinh khí có nắp đậy di động,loại hầm sinh khí kiểu vòm cố định và loại hầm sinh khí kiểu túi đều có cấu tạo gồmcác thành phần chính là:

- Bộ phận phân huỷ: là nơi chứa nguyên liệu đảm bảo những điều kiệnthuận lợi cho quá trình phân huỷ kỵ khí sinh ra Đây là bộ phận chủ yếu của thiết bị

- Bộ phận chứa khí: khí sinh ra từ bộ phận phân huỷ được thu và chứa ởđây Yêu cầu cơ bản của bộ phận chứa khí là phải kín khí

- Lối vào: Là nơi nạp nguyên liệu bổ sung vào bộ phận phân hủy

- Lối ra: Nguyên liệu sau khi phân huỷ được lấy ra qua đây để nhường chỗcho nguyên liệu mới bổ sung vào

- Lối lấy khí: khí được trích từ bộ tích khí tới nơi sử dụng qua lối lấy khínày

Hình 2.1: Loại hầm sinh khí kiểu túi

Hình 2.2: Loại hầm sinh khí có nắp đậy di động

Hình 2.3: Loại hầm sinh khí kiểu vòm cố định 2.2.6.1 Hầm ủ nắp vòm cố định

Loại hầm này có phần chứa khí được xây dựng ngay trên phần ủ phân Do

đó, thể tích của hầm ủ bằng tổng thể tích của 2 phần này Hầm ủ có dạng bán cầuđược chôn hoàn toàn dưới đất để tiết kiệm diện tích và ổn định nhiệt độ Phần chứakhí được tô bằng nhiều lớp vữa để bảo đảm yêu cầu kín khí Ở phần trên có một nắpđậy được hàn kín bằng đất sét, phần nắp này giúp cho thao tác làm sạch hầm ủ khicác chất rắn lắng đầy hầm Loại hầm ủ này rất phổ biến ở Trung Quốc, nhưng cónhược điểm là phần chứa khí rất khó xây dựng và bảo đảm độ kín khí do đó hiệusuất của hầm ủ thấp

Hiện nay, Viện năng lượng và trường Đại học Cần Thơ đã nghiên cứu vàthiết kế công trình xây dựng theo kiểu vòm cầu Hầm nắp cố định vòm cầu KT.1 vàKT.2 là 2 thiết kế mẫu được xây dựng theo tiêu chuẩn ngành do Bộ Nông nghiệp &PTNT ban hành

Hình 2.4: Hầm nắp cố định vòm cầu kiểu KT.1

Kiểu KT.1 được thiết kế trên cơ sở kiểu thiết bị nắp cố định vòm cầu do ViệnNăng lượng nghiên cứu thiết kế, thử nghiệm từ 1984 trong khuôn khổ một đề tàinghiên cứu cấp nhà nước đã được giám định năm 1990 và tiếp tục cải tiến cho đếnnay Kiểu KT.1 được áp dụng trong trường hợp có nền đất tốt, có thể đào sâu được,diện tích mặt bằng hẹp

Hình 2.5: Hầm nắp cố định vòm cầu kiểu KT.2

Kiểu KT.2 được thiết kế trên cơ sở kiểu TG – BP được phổ biến ở Thái Lantrong khuôn khổ dự án hợp tác giữa Thái Lan và Đức và được Đại học Cần Thơ ứngdụng ở phía nam trong nhiều năm nay Kiểu KT.2 thì ngược lại, nó được áp dụngcho những địa bàn có nền đất yếu, nước ngầm nhiều, khó đào sâu, diện tích mặtbằng rộng

- Không có góc cạnh nên dễ xử lý kín nước, kín khí

- Lực tác động lên mọi điểm trên vòm bể là như nhau nên ít khi xảy ra nứtcông trình khi đi vào sử dụng

- Sinh khí tốt vì mọi nơi trong hầm đều tham gia tạo khí

- Ít tạo váng trên bề mặt nguyên liệu

- Có bản vẽ thiết kế chính xác

Nhược điểm

- Kiểu mới lạ, thiết kế phức tạp nên khi thi công đòi hỏi thợ xây phải đượcđào tạo

- Giá thành cao ( 5 – 10 triệu đồng/hầm)

Nguyên lý hoạt động của hầm khí sinh học nắp cố định

- Giai đoạn 1: Giai đoạn tích trữ khí

Ở trạng thái ban đầu chưa có khí, bề mặt dịch phân hủy ngang bằng với đáy

bể điều áp (đây được gọi là mức số không) Khi khí sinh ra tích lại trên bề mặt dịchphân hủy, lượng khí càng ngày càng nhiều đẩy dịch phân hủy tràn ra ngoài và đượctích lại ở bể điều áp Bề mặt dịch phân hủy ở bể phân hủy hạ dần xuống, đồng thời

bề mặt dịch phân hủy ở bể điều áp dâng dần lên Độ chênh giữa 2 bề mặt này thểhiện áp suất khí Khí càng sinh ra nhiều thì áp suất càng tăng Cuối cùng mực chấtlỏng ở bể điều áp dâng lên tới mức cao nhất là mức xả tràn và mực chất lỏng trong

bể phân hủy hạ xuống mức thấp nhất Lúc này áp suất khí đạt giá trị lớn nhất ( P = Pmax)

- Giai đoạn 2: Giai đoạn xả khí

Khi lấy khí ra sử dụng, chất lỏng từ bể điều áp lại dồn về bể phân hủy Bềmặt dịch phân hủy ở bể điều áp hạ dần xuống, đồng thời bề mặt dịch phân hủy ở bểphân hủy nâng dần lên Độ chênh giữa hai bề mặt này giảm dần và do đó áp suất khícũng giảm dần Cuối cùng khi độ chênh giữa 2 bề mặt dịch phân hủy bằng không,thiết bị trở lại trạng thái ban đầu của chu trình hoạt động, áp suất khí bằng 0 ( P = 0)

và dòng khí chảy ra nơi sử dụng ngừng lại

2.2.6.2 Hầm ủ nắp trôi nổi

Loại hầm này rất phổ biến ở Ấn Độ, còn gọi là hầm ủ kiểu KVIC ( được thiết kế bởi Khadi and Village Industries Commission) Gồm có một phần hầm hìnhtrụ xây bằng gạch hoặc bêtông lưới thép và một chuông chứa khí trôi nổi trên mặtcủa hầm ủ Chuông chứa khí thường được làm bằng thép tấm, bêtông lưới thép,bêtông cốt tre, chất dẻo hoặc sợi thủy tinh

- Loại hầm ủ này bị ảnh hưởng nhiều bởi các nhân tố môi trường như nhiệt

độ Nắp hầm ủ dễ bị ăn mòn (trong trường hợp làm bằng sắt tấm), hoặc bị lão hóa(trong trường hợp làm bằng chất dẻo)

- Áp suất gas thấp do đó bất tiện trong việc thắp sáng, đun nấu để khắcphục nhược điểm này người ta thường treo thêm vật nặng vào nắp hầm ủ

2.2.6.3 Túi biogas bằng nylon polyethylene (PE)

Ưu điểm

- Đơn giản trong lắp đặt

- Vận hành đơn giản

- Sửa chữa dễ dàng, không cần tay nghề cao

- Giá thành thấp ( trên dưới 2 triệu đồng/túi)

Nhược điểm

- Phải tránh nắng và tác động cơ học làm

rách

Hình 2.6: Túi biogas bằng PE 2.2.6.4 Hầm biogas phủ bạt nhựa HDPE

Các công nghệ biogas đã nêu chỉ thích hợp cho các cơ sở sản xuất, chăn nuôinhỏ và vừa với số lượng chất thải ít Ở các cơ sở sản xuất lớn, chăn nuôi tập trung

dẻo như HDPE làm bạt phủ để thu biogas và xử lý chất thải làm giảm ô nhiễm môitrường Kết quả đã cho thấy thành công cao và có nhiều triển vọng cho các trangtrại với số đầu gia súc lớn có hàng ngàn gia súc, các nhà máy chế biến có lượngnước thải hàng ngàn khối Loại nhựa này có tuổi thọ và độ bền cao (10-15 năm).Tuy đầu tư tốn kém, nhưng giá thành tính trên đơn vị thể tích hố ga lại rất rẻ.

Hình 2.7: Hầm biogas phủ bạt nhựa HDPE

Ưu điểm

- Vận hành đơn giản

- Bảo trì dễ

- Dễ thay thế, sửa chữa

- Cung cấp lượng gas lớn cho vận hành máy phát điện

Nhược điểm

- Đầu tư lớn

- Hiệu suất sinh gas kém

CHƯƠNG III: TIỀM NĂNG VÀ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG NĂNG

LƯỢNG BIOGAS Ở THỊ XÃ SƠN TÂY – HÀ NỘI

3.1 THÔNG TIN CHUNG VỀ THỊ XÃ SƠN TÂY

3.1.1 Điều kiện tự nhiên

Thị xã Sơn Tây nằm ở phía Tây Bắc của tỉnh Hà Tây cũ, nên còn được gọi là

xứ Đoài Phía Bắc giáp sông Hồng, ngăn cách với tỉnh Vĩnh Phúc Phía Nam giáphuyện Ba Vì Phía Đông giáp các huyện Phúc Thọ và Thạch Thất

Địa giới của thị xã gồm 15 đơn vị hành chính, trong đó có 9 phường là:Quang Trung, Lê Lợi, Ngô Quyền, Sơn Lộc, Xuân Khanh, Phú Thịnh, Trung Hưng,Trung Sơn Trầm, Viên Sơn và 6 xã là: Đường Lâm, Thanh Mỹ, Xuân Sơn, KimSơn, Sơn Đông và Cổ Đông

Diện tích tự nhiên của thị xã là 113,47 km2 Dân số toàn thị xã là 125986người Mật độ dân số là 1110 người/km2

3.1.2 Điều kiện kinh tế

Nằm ở vị trí địa lí tương đối thuận lợi với hai tuyến đường chạy qua là quốc

lộ 21A nối Sơn Tây với Hà Nội và các huyện, thị; quốc lộ 32 nối Sơn Tây với cáctỉnh phía Bắc, có bến cảng Sơn Tây thuận lợi cho giao thông đường sông, lại cótiềm năng lớn về phát triển du lịch - thương mại, mảnh đất Sơn Tây được đánh giá

có nhiều lợi thế để phát triển nền kinh tế đa dạng

Trong những năm gần đây, thị xã Sơn Tây là một trong những vùng có sựphát triển vượt bậc trên tất cả các lĩnh vực Tốc độ phát triển kinh tế cao kéo theomức tăng trưởng bình quân đạt 15%/năm, cơ cấu chuyển dịch kinh tế có sự chuyểnbiến nhanh, đáp ứng nhu cầu phát triển, cụ thể là: công nghiệp - xây dựng chiếm48%, thương mại - dịch vụ chiếm 39,4%, nông - lâm nghiệp chiếm 12,6%

Thu nhập bình quân đầu người đạt 11,2 triệu đồng/năm Năm 2008, tốc độtăng trưởng GDP của thị xã Sơn Tây đạt xấp xỉ 16%

Công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp - xây dựng: Bình quân trong 5 năm

(2004-2008) tăng 13,86%; 3 năm gần đây, tăng trưởng bình quân đạt 17,6%, ngành cơ khí,sản xuất nguyên vật liệu tăng 18-25% Hiện thị xã Sơn Tây có 90 dự án với tổngvốn đăng ký đầu tư 1.000 tỷ đồng, trong đó có 42 dự án đi vào hoạt động thu hútgần 4000 lao động địa phương

Thương mại - dịch vụ: Tốc độ tăng trưởng bình quân 17,5%; trong 3 năm gần

đây tăng 20,3% Hiện nay, trên địa bàn thị xã Sơn Tây có hơn 208 doanh nghiệp, tổchức tham gia hoạt động kinh doanh