thiết kế mạch điều khiển và lập trình cho hệ thống dẫn khí BIOGAS vào máy phát điện

GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng - 1 - MỤC LỤC Trang Danh mục hình ảnh 3 Lời cảm ơn 6 Lời nói đầu 7 Chương I: TỔNG QUAN MỘT SỐ DẠNG NĂNG LƯỢNG CHUYỂN HÓA THÀNH ĐIỆN NĂNG 1.1 Nguồn năng lượng từ sức nước ( thủy điện ) 10 1.2 Nguồn năng lượng gió 11 1.3 Nguồn năng lượng mặt trời 13 1.4 Năng lượng sóng biển 15 1.5 Nguồn năng lượng sinh học 17 CHƯƠNG II: THIẾT K Ế HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ KHÍ BIOGAS CHO MÁY PHÁT ĐIỆN 2.1 Giới thiệu tổng quan khí Biogas và mô hình xây dựng hầm chứa 21 2.2 Điều chế sản xuất khí Biogas sạch cho máy phát điện 27 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN KHÍ BIOGAS VÀO MÁY PHÁT ĐIỆN 3.1 Tìm hiểu nguyên lý và một số đặc điểm máy phát 35 3.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống dẫn khí 44 3.3 Thiết kế van điều tiết lượ ng khí Biogas cho máy phát 46 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG DẪN KHÍ BIOGAS VÀO MÁY PHÁT ĐIỆN 4.1 Thiết kế bộ đo tốc độ cho máy phát điện 50 4.2 Thiết kế board mạch điều khiển 52 4.3 Chương trình điều khiển 61 4.4 Tính toán lợi ích sử dụng 66 CHƯƠNG 5: TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THU ĐƯỢC 5.1 Xác định tần số chuẩn của m ạch điện 69 GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng - 2 - 5.2 Tiến hành thực nghiệm thay đổi tải 70 5.3 Hình ảnh thực nghiệm 70 Kết luận 74 Hướng phát triển của đề tài và mặt hạn chế 75 Danh mục từ viết tắt 77 Tài liệu tham khảo 78 GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng - 3 - DANH MỤC HÌNH ẢNH Trang Chương I : TỔNG QUAN MỘT SỐ DẠNG NĂNG LƯỢNG CHUYỂN HÓA THÀNH ĐIỆN NĂNG Hình 1-1 : Sơ đồ đập thủy điện 10 Hình 1-2 : Sơ đồ hệ thống máy phát điện chạy bằng sức gió 12 Hình 1-3 : Sơ đồ hệ thống năng lượng mặt trời 14 Hình 1-4 : Sơ đồ hệ thống máy phát điện cánh ngầm 16 Hình 1-5 : Quá trình tạo ra nhiện liệu sinh học 18 CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ KHÍ BIOGAS CHO MÁY PHÁT ĐIỆN Hình 2-1 : Mô hình xây dựng hầm chứa 23 Hình 2-2 : Hình ảnh túi trữ khí 23 Hình 2-3 : Tháp hấp phụ khí H 2 S 29 Hình 2-4 : Tháp hấp phụ khí CO 2 30 Hình 2-5 : Quy trình hệ thống xử lý khí Biogas 31 Hình 2-6 : Mô hình thiết kế tháp hấp phụ 33 Hình 2-7 : Mô hình thực tế tháp hấp phụ 33 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN KHÍ BIOGAS VÀO MÁY PHÁT ĐIỆN Hình 3-1 : Máy phát dùng trong thí nghiệm 34 Hình 3-2 : Mặt cắt bộ chế hòa khí 37 Hình 3-3 : Dạng kim phun xăng bằng điện tử EFI 38 Hình 3-4 : Bộ chế hòa khí máy phát 40 Hình 3-5 : Bộ chế hòa khí cố định thân máy thông qua 2 thanh ốc 41 Hình 3-6 : Chi tiết gia công kích thước phần dẫn khí Biogas 41 Hình 3-7 : Hình dạng chi tiết cung cấ p khí sau khi hoàn tất 43 Hình 3-8 : Bộ chế hòa khí hoàn chỉnh 43 Hình 3-9 : Sơ đồ bố trí khí vào máy phát 45 GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng - 4 - Hình 3-10 : Hình ảnh mặt cắt động cơ 4 thì 45 Hình 3-11 : Hình ảnh bố trí các van điều tiết khí 47 Hình 3-12 : Van logic mở khí 47 Hình 3-13 : Hình ảnh van tuyến tính 48 Hình 3-14 : Mặt cắt van tuyến tính 48 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG DẪN KHÍ BIOGAS VÀO MÁY PHÁT ĐIỆN Hình 4-1 : Cấu tạo bên trong của Encoder 50 Hình 4-2 : Bộ đo tốc độ 51 Hình 4-3 : Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 52 Hình 4-4 : Khối nguồn nuôi mạch điều khiển 53 Hình 4-5 : Sơ đồ chân 78XX 53 Hình 4-6 : Transistor công suất 53 Hình 4-7 : Kết nối MAX 232 54 Hình 4-8 : Hình ảnh MAX 232 54 Hình 4-9 : Sơ đồ cổng COM 9 chân 54 Hình 4-10 : Khối hiển thị thông số 55 Hình 4-11 : Khối nhận tín hiệu số vòng quay 55 Hình 4-12 : Khối điều khiển van khí 56 Hình 4-13 : Board mạch thực tế 57 Hình 4-14 : Hình ảnh thực tế IC 89V51 57 Hình 4-15 : Sơ đồ giải thuật 60 CHƯƠNG 5: TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THU ĐƯỢC Hình 5-1 : Khối điều khi ển đưa khí vào máy phát 70 Hình 5-2 : Tải thực nghiệm là các bóng đèn tròn 71 Hình 5-3 : Mô hình sẵn sàng thực nghiệm 71 Hình 5-4 : Board điều khiển hoạt động 72 Hình 5-5 : Đồng hồ đo áp chỉ mức 220V 72 Hình 5-6 : Điện áp ra thắp sáng các bóng đèn 72 GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng - 5 - MỞ ĐẦU GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng - 6 - LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu và các thầy cô Trường Đại Học Lạc Hồng đã chỉ dẫn chúng em trong những năm tháng học tập tại trường. Trong quá trình thực hiện đề tài này chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Vũ Quỳnh, giáo viên trực tiếp hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Cuối cùng là lời cảm ơn chân thành đến gia đình, các thầy cô trong Khoa Cơ Điện và các bạn bè, những ng ười đã động viên giúp đỡ chúng em trong quá trình thực hiện đề tài này. Tuy nhiên, do trình độ còn hạn chế và thời gian có hạn và đây là đề tài đầu tiên thực hiện một cách có hệ thống cho nên chắc chắn trong bài báo cáo này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong nhận được sự thông cảm và đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn để đề tài này được hoàn chỉnh hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn. GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng - 7 - LỜI NÓI ĐẦU Nghiên cứu sử dụng các nguồn năng lượng tái sinh từ lâu đã được các nhà khoa học quan tâm, đặc biệt là từ sau khi xảy ra cuộc khủng hoảng năng lượng dầu mỏ năm 1973. Cuộc khủng hoảng sau đó được khắc phục, tuy nhiên nguy cơ của nó vẫn luôn rập rình. Những năm gần đây, giá dầu thô liên tục gia tăng, có lúc đã vượt ngưỡng 70USD/thùng trong năm 2006. Mặc dù các nước xuất khẩu dầu mỏ đã sử dụng hết công suất hiện có để sản xuất nhưng cũng rất khó khăn mới có thể làm hạ nhiệt cơn sốt giá dầu thô. Với mức khai thác như hiện nay, trữ lượng dầu thô trong lòng đất sẽ cạn kiệt trong tương lai không xa. Việc chuyển dần sang sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống đã trở thành chiến lược trong chính sách năng l ượng của nhiều quốc gia phát triển. Sự gia tăng các nồng độ các chất ô nhiễm trong bầu khí quyển kể từ khi nhân loại bước vào thời kỳ công nghiệp đã đặt ra những vấn đề hết bức xúc về môi trường. Thủ phạm chính gây ra các chất ô nhiễm trong bầu không khí là sản phẩm cháy của nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu mỏ, khí đốt ). Trong khí thải có những chất trực tiếp gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người như CO, HC, NO x , SO 2 , bồ hóng và những chất gây tác động xấu đến môi trường, đặc biệt là CO 2 , chất khí gây hiệu ứng nhà kính làm tăng nhiệt độ trái đất. Nhiều hội nghị cấp cao quốc tế và khu vực đã bàn giải pháp giảm thiểu CO 2 trong sản xuất và đời sống và người ta đã đạt được những thỏa thuận quan trọng trong các công ước quốc tế Kyoto, LaHaye và Việt Nam cũng đã cam kết thực hiện. Theo các Công ước này các quốc gia cần áp dụng các giải pháp rút giảm mức độ phát thải CO 2 bằng cách nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, sử dụng các nguồn năng lượng sạch, sử dụng năng lượng tái sinh. Năng lượng tái sinh có nguồn gốc từ năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng lý tưởng nhất.[1] GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng - 8 - Nước ta là nước có nền nông nghiệp rất phát triển. Hầu như tất cả các vùng trong nước đều có các hộ chăn nuôi gia súc và phong trào xây dựng các hầm khí biogas qui mô gia đình đang rất phát triển. Do đó số lượng khí biogas dư thừa là rất lớn. Có nhiều hộ đã sử dụng rất nhiều trong việc nấu ăn mà vẫn không hết khí và còn thải bớt lên trời vì quá nhiều khí trong bình chứa. Để tận dụng nguồn n ăng lượng sinh học dư thừa này, nhóm chúng em đã chọn đề tài Nghiên cứu thiết kế máy phát điện chạy bằng khí biogas. Từ đó ta có thể dùng điện để chạy các thiết bị điện trong nhà từ nguồn nguyên liệu vô tận tại chỗ, không tốn tiền. Giảm được chi phí điện hàng tháng mà ta phải trả cho ngành điện lực. Những kiến thức năng lực đạt được trong quá trình học tập ở trường sẽ được đánh giá qua đợt báo cáo nghiên cứu khoa học này. Vì vậy chúng em cố gắng tận dụng những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tòi nghiên cứu để có thể hoàn thành tốt bài báo cáo này. Những sản phẩm những kết quả đạt được ngày hôm nay tuy không có gì lớn lao. Nhưng đó là những thành quả của những năm học tập vừa qua, là thành công đầu tiên của chúng em trước khi ra trường. GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng - 9 - DẪN NHẬP GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng - 10 - Chương I: TỔNG QUAN MỘT SỐ DẠNG NĂNG LƯỢNG CHUYỂN HOÁ THÀNH ĐIỆN NĂNG 1.1./ Nguồn năng lượng từ sức nước ( thủy điện ) [11] Là nguồn năng lượng đang được sử dụng rộng rãi và đang có nhiều tiềm năng phát triển. Nhân loại mới chỉ khai triển được một phần tư tiềm năng kinh tế và một phần sáu tiềm năng kỹ thuật của thủy năng. Tuy nhiên các nước có kinh tế phát triển đã huy động tất c ả tiềm năng kinh tế thủy điện của họ rồi và đang khai triển những địa điểm có thể dùng để xây những công trình tích năng. Nhà máy thuỷ điện dùng nguồn năng lượng sơ cấp là sức chảy của sông, suối làm quay một tuabin nước và sinh ra điện năng. Công suất của thuỷ điện phụ thuộc vào lưu lượng nước, chiều cao đầu thượng lưu và dòng chảy nước tại nơi đặt máy. Công suất lớn nhất hiện nay đạt đến 31.512 MW. Một công trình thủy lợi điều tiết lưu lượng nước ở hạ nguồn để có thể cung ứng nước đúng mức đúng lúc cho nông nghiệp, du lịch, giải trí, giao thông vận tải và sản xuất điện. Mỗi chức năng có một giá trị kinh tế. Vì thế mà ti ềm năng kinh tế sản xuất thủy điện chỉ có thể tính một cách cá biệt cho mỗi công trình chứ không thể ước tính chung cho một nước hay cho toàn thế giới. [...]... CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN KHÍ BIOGAS VÀO MÁY PHÁT ĐIỆN 3.1./Tìm hiểu nguyên lý và một số đặc điểm máy phát 3.1.1./Giới thiệu một số chủng loại máy phát Máy phát để sử dụng chạy được khí Biogas thì có rất nhiều loại như máy phát chạy bằng xăng, dầu hay các nhiên liệu hóa lỏng… thì đều được, tùy thuộc vào người thiết kế mong muốn Ở đây máy phát được chọn để làm trong đề tài là loại máy phát chạy... độ và điện thế của mỗi phân tử bán dẫn - Bộ điều kế: bộ điều kế dùng trong hệ thống năng lượng mặt trời được dùng để điều hành và kiểm soát dòng điện một chiều từ bảng năng lượng mặt trời, cung cấp cho bình tụ điện Nếu hệ thống năng lượng mặt trời được thiết kế từ bảng năng lượng mặt trời cho đến bình tụ điện không có bộ điều kế cho dòng điện một chiều (12VDC), bình tụ điện sẽ bị hư vì quá tải hay điện. .. tích trữ điện Chúng ta cũng có thể tích hợp đưa máy phát điện vào trong lõi của tời quấn cáp và cũng có thể kết nối trục tiếp máy phát với tời mà không cần qua trung gian là dây cót Trên đây chỉ là nguyên lý hoạt động cơ bản của máy phát điện cánh ngầm Khi chế tạo, máy phát điện thực sự cần có những thiết kế, tính toán và thử nghiệm cụ thể Máy phát điện cánh ngầm có thể dùng để cung cấp điện cho các... quạt gió: một hệ thống cánh quạt, hứng lấy năng lượng chuyển động của không khí và biến thành chuyển động quay ở trục của cánh quạt gió này Hệ thống còn có má phanh (hãm) để giới hạn tốc độ phòng ngừa hư hỏng cơ khí và bộ hạn dòng nạp của máy phát - Máy phát điện: năng lượng gió từ turbine gió truyền vào một máy phát điện qua bộ chuyển tốc, làm máy phát quay phát ra điện Đện tạo ra theo dây dẫn truyền... THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ KHÍ BIOGAS - 20 - GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ KHÍ BIOGAS CHO MÁY PHÁT ĐIỆN 2.1./ Giới thiệu tổng quan khí Biogas và mô hình xây dựng hầm chứa 2.1.1./ Tìm hiểu khái quát về khí Biogas Biogas là năng lượng tái sinh nhận được từ quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong môi trường thiếu không khí Rác thải sinh... trường Máy phát điện sách tay loại công suất nhỏ Máy phát điện công suất cỡ trung bình Máy phát điện công suất lớn (công nghiệp) - 35 - GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng Tất cả các chủng loại công suất máy phát như trên đều có thể hoạt động chính bằng khí Biogas để sản sinh ra điện năng Tuỳ thuộc vào hãng sản xuất hoặc công suất của máy mà cơ cấu để đưa nguồn khí Biogas vào hoạt... với điều kiện môi trường, khí hậu, ảnh hưởng của khí thải ra bên ngoài gây hiệu ứng nhà kính đồng thời phù hợp với các hộ chăn nuôi ở Việt Nam hiện nay, nên nhóm đã quyết định tìm hiểu và nghiên cứu hệ thống má phát điện chạy bằng khí Biogas Sau đây là toàn văn phần trình bày về nghiên cứu máy phát điện chạy bằng khí Biogas - 19 - GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng THIẾT KẾ HỆ THỐNG... 2.2.4./Quy trình hệ thống xử lý khí H2S và khí CO2 Trên cơ sở lý thuyết [8], ta có thể hình thành dạng mô hình tháp hấp phụ như sau: Về quy trình xử lý công nghệ bao gồm: 1 Đường khí từ hầm chứa đi vào tháp - 31 - GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng 2 Đồng hồ đo áp suất khí 3 Lưu lượng kế 4 Tháp hấp phụ khí H2S 5 Tháp hấp phụ khí CO2 6 Lưới đỡ vật liệu 7 Đường ống dẫn đến máy phát Quy trình. .. bằng cách đốt cháy khí, ta sẽ dễ dàng nhận biết được thông qua ngọn lửa đốt cháy Ngọn lửa có màu xanh đặc trưng và khi nung nóng kim loại không tạo thành vết đen thì ngọn lửa này được xem là lượng khí Biogas đạt tiêu chuẩn sau khi lọc có khả năng đưa vào buồng cháy máy phát - 33 - GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN KHÍ BIOGAS VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN - 34 - GVHD... tạo chuyển sang chạy bằng khí Biogas Điện áp ra là 220V và tần số là 50Hz, tốc độ làm việc ổn định của máy phát là 1500V/phút Trước tiên ta sẽ tìm hiểu về cơ cấu chế hoà khí của máy phát chạy ban đầu bằng xăng 3.1.2./Tìm hiểu hoạt động bộ chế hoà khí máy phát điện Bộ chế hòa khí máy phát có nhiệm vụ trộn không khí với nhiên liệu theo một tỉ lệ thích hợp và cung cấp hỗn hợp này cho động cơ đốt trong, hoạt . khí Biogas cho máy phát 46 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH CHO HỆ THỐNG DẪN KHÍ BIOGAS VÀO MÁY PHÁT ĐIỆN 4.1 Thiết kế bộ đo tốc độ cho máy phát điện 50 4.2 Thiết kế board mạch. 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN KHÍ BIOGAS VÀO MÁY PHÁT ĐIỆN 3.1 Tìm hiểu nguyên lý và một số đặc điểm máy phát 35 3.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống dẫn khí 44 3.3 Thiết kế van điều tiết lượ ng khí. CHƯƠNG II: THIẾT K Ế HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ KHÍ BIOGAS CHO MÁY PHÁT ĐIỆN 2.1 Giới thiệu tổng quan khí Biogas và mô hình xây dựng hầm chứa 21 2.2 Điều chế sản xuất khí Biogas sạch cho máy phát điện 27