Năng lượng sinh khối là vật liệu hữu cơ dự trữ ánh sáng mặt trời dưới dạng năng lượng hoá học. Khi được đốt cháy, năng lượng hoá học này được giải phóng dưới dạng nhiệt. Thực tế năng lượng sinh khối là nguồn năng lượng lớn tại các quốc gia đang phát triển.
Chương TỔNG QUAN Mục tiêu chương trình bày tổng quan hướng nghiên cứu, sở khoa học, thực tiễn đề tài, xác định mục tiêu, phạm vi hướng nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu khoa học Nội dung: giới thiệu sơ đồ khối hệ thống đồng phát điện nhiệt nhà máy điện turbine nước sử dụng ngun liệu bã mía đốt lò hơi, nhu cầu lượng giới, phân tích biến đổi khí hậu nguồn tài nguyên gây ra, hệ thống lượng Việt Nam, phân tích tiềm nguồn lượng tái tạo bã mía Việt Nam 1.1 Cơ sở khoa học thực tiễn đề tài Hệ thống đồng phát phát triển mạnh quốc gia châu âu từ năm 1960 với nhà máy nhiệt điện sử dụng nhiên liệu đốt dầu DO, than đá Sau nguồn nhiên liệu hóa thạch dạng cạn kiệt người ta tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay đảm bảo chất thải khí CO 2, NOx, SOx…ra môi trường không gây ô nhiễm Để đáp ứng nhu cầu trên, lượng mặt trời, lượng gió, lượng địa nhiệt, lượng thủy triều, lượng biomass…được sử dụng thay Trong đề tài trình bày hướng nghiên cứu lĩnh vực lượng tái tạo biomass cụ thể nguồn nguyên liệu bã mía, sản phẩm nơng nghiệp có từ nhà máy mía đường, chất thải rắn tái tạo lượng có ích phân hữu làm phân bón cho loại nơng nghiệp, chất thải khí CO khơng gây hiệu ứng nhà kính Một số quốc gia có nhà máy mía đường cơng suất lớn như: Ấn độ, Brazin, Trung quốc, Pháp, Đan mạch, Úc, Thái lan… thành công lĩnh vực Đối với Việt Nam sao? Cả nước có 43 nhà máy mía đường vài nhà máy công suất lớn với công nghệ tiến tiến như: nhà máy đường thô Tây Ninh, nhà máy đường Bourbon Tây Ninh, nhà máy đường Khánh Hòa, nhà máy đường Lam Sơn Quảng Ngãi, nhà máy đường Nghệ An, nhà máy đường Gia Lai…số lại cơng nghệ lạc hậu Đất nước có tiềm nguồn tài nguyên lớn, đầu tư, qui hoạch, phân bố tốt diện tích trồng mía miền: miền bắc, miền trung, miền nam, nhà máy mía đường cung cấp lượng lớn kWh cho hệ thống điện quốc gia Nguồn tài nguyên lượng biomass nhà máy mía đường Việt Nam dồi dào, cung cấp khoảng 200 MW (theo thống kê EVN, 2006) cho hệ thống lượng đất nước Bã mía sản phẩm chất thải rắn nhà máy mía đường, sử dụng làm nhiên liệu đốt lò hơi, cung cấp cho turbine nước kéo máy phát điện, lượng sơ cấp chuyển đổi thành dạng lượng sử dụng hiệu Điện phát sử dụng hệ thống điện nội nhà máy bán điện thương phẩm cho EVN, phần nhiệt sau khỏi turbine sử dụng vào qui trình sản xuất đường điều chế ethanol Tro chất thải bã mía sản xuất thành phân bón hữu phục vụ cho trồng nơng nghiệp công nghiệp Mật sử dụng điều chế ethanol cung cấp làm nhiên liệu cho động ôtô Vì hiệu suất hệ thống đồng phát nhà máy mía đường cao, khơng gây hiệu ứng nhà kính Với nhu cầu sử dụng điện Việt Nam tăng nhanh tương lai, việc đầu tư cải tiến hệ thống đồng phát nhà máy đường, để tăng hiệu suất, cung cấp điện thương phẩm cho lưới quốc gia Bởi cải tiến hệ thống đồng phát nhà máy mía đường tiềm sản xuất lượng điện dư cung cấp cho hệ thống điện quốc gia tương lai Những phân tích lý đề tài chọn 1.2 Mục tiêu đề tài Chứng minh tính khả thi mơ hình hệ thống đồng phát điện nhiệt với bã mía Việt Nam 1.3 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài - Phân tích, kiểm chứng, trình bày mơ hình hệ thống đồng phát điện nhiệt 43 nhà máy mía đường Việt Nam - Phạm vi đề tài nghiên cứu hệ thống đồng phát điện nhiệt nhà mía đường, nhiên liệu đốt lò bã mía Việt Nam - Đề hướng phát triển ứng dụng đề tài với nhà máy giấy, chế biến gỗ, dệt, hóa chất Việt Nam, sử dụng nhiên liệu biomass 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu, đọc tài liệu ngồi nước - Phân tích kỹ thuật, công nghệ nhà máy đường nước - Sử dụng chu trình Rankine biện luận hiệu suất nhà máy điện - Sử dụng định luật nhiệt động lực học, định luật nhiệt động lực học, thành lập phương trình cân lượng khối hệ thống - Sử dụng phần mềm matlab tính tốn, mơ phỏng, phần mềm Microsoft excel vẽ đồ thị, tính tốn bảng tính chương 3, chương 1.5 Nội dung - Chương 1: Tổng quan - Chương 2: Cơ sở lý thuyết - Chương 3: Mô hình hóa mơ hệ thồng đồng phát với bã mía - Chương 4: Ứng dụng hệ thống đồng phát với nhà máy đường thô Tây Ninh thuộc Công ty cổ phần đường Biên Hòa - Chương 5: Kết luận 1.6 Hệ thống đồng phát điện nhiệt (COGEN) Đồng phát hệ thống đồng thời phát liên tục hai dạng lượng hữu ích điện nhiệt từ nhà máy nhất, sử dụng nguồn lượng sơ cấp Hình 1.1 khối lượng sơ cấp (ngõ vào hệ thống) nguồn lượng tái tạo biomass (nhiên liệu bã mía), nhiên liệu nhà máy mía đường Khối lượng chuyển đổi gồm khối con: lò turbine (turbine đối áp, turbine ngưng trích hơi) Khối lượng phân phối gồm khối con: phụ tải điện (máy phát điện không đồng pha), phụ tải nhiệt (thiết bị gia nhiệt nước mía, thiết bị bốc hơi, thiết bị nầu đường, thiết bị điều chế ethanol), khí thải Khối lượng sử dụng gồm khối con: khối điện sử dụng nhà máy, điện thương phẩm, khối qui trình sản xuất đường điều chế ethanol, khối gia nhiệt nước nóng khối hâm nóng khơng khí trước vào lò Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ đồng phát điện nhiệt 1.7 Đặc điểm hệ thống đồng phát Giả sử có hệ thống lượng hình 1.2, gồm máy phát điện (2 máy phát công suất lớn, máy phát (COGEN), trạm phân phối, hệ thống truyền tải, hệ thống phân phối, phụ tải Hình 1.2 so sánh nhà máy điện truyền thống nhà máy điện sử dụng hệ thống đồng phát, vấn đề phân biệt tổng thể , khơng phân tích cụ thể tiêu kỹ thuật, tiêu kinh tế hệ thống điện - Giảm tổn thất điện đường truyền tải, qua tiết kiệm nhiên liệu - Tăng khả sử dụng nguồn nhiên liệu địa phương - Tăng độ linh hoạt hệ thống khả sử dụng nguồn lượng tái tạo sinh khối thu từ phế thải cơng nghiệp nơng nghiệp - Giảm chi phí lượng, tạo ưu điểm cạnh tranh cho ngành công nghiệp - Giảm nhập nhiên liệu - Hiệu suất cao, tiết kiệm 25 - 30% lượng - Giảm phát tán khí thải CO2 Hình 1.2 Đồng phát hệ thống điện tập trung 1.8 Nhu cầu lượng giới Hầu hết nhu cầu lượng giới cung cấp nhiên liệu hóa thạch dầu, khí đốt tự nhiên than đá (hình 1.3) Việc cung cấp lượng năm 2006 80%, lượng tái tạo chiếm tỷ lệ nhỏ Nguồn tài nguyên hóa thạch hữu hạn, phân phối không đồng Việc khai thác, sản xuất, chuyển đổi dạng lượng phát thải chất gây ô nhiễm địa phương tạo nên hiệu ứng nhà kính, tác động thay đổi khí hậu tồn cầu Giải vấn đề tính bền vững hữu ích Năm 1987 báo cáo Brundtland Uỷ ban Môi trường giới Phát triển, gọi “ tương lai chúng ta”, cảnh báo giới tính cấp bách việc tiến phát triển kinh tế trì, khơng làm cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên thiệt hại môi trường Báo cáo cung cấp tuyên bố quan trọng phát triển bền vững, xác định "phát triển đáp ứng nhu cầu không ảnh hưởng đến khả hệ tương lai”, Để đáp ứng nhu cầu đó, hệ thống lượng khơng bền vững Chúng góp phần phát triển xã hội sau cách mạng công nghiệp chịu trách nhiệm tiêu chuẩn sống Điều gây suy giảm vài kỷ tới, nguồn tài nguyên quý giá hình thành từ vài triệu năm trước Hình 1.3 Năng lượng giới năm 2006 (nguồn IEA, 2008) Hình 1.4 Nhu cầu lượng giới 1980-2030 (nguồn IEA, 2008) 1.9 Biến đổi khí hậu Hiệu ứng nhà kính kết từ "sự bẩn cửa kính hồng ngoại khơng khí" số dấu vết khí quyển, cho phép xạ mặt trời đến bề mặt trái đất, ngăn cản, hạn chế dòng chảy luồng xạ hồng ngoại từ trái đất bầu khí Những dấu vết chất khí khí hấp thụ xạ gửi đi, có khả lưu trữ số nhiệt khí quyển, sản xuất lưới nóng lên bề mặt Các khí nhà kính quan trọng nước CO2 Hai yếu tố làm thay đổi sống người kỷ 19, trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch lớn, nạn phá rừng liên tục xảy châu lục nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính Hình 1.5 Hiệu ứng nhà kính (nguồn IEA, 2008) Khoảng tỷ năm thời gian cần thiết để tạo nguồn tài nguyên hóa thạch, mà đốt cháy vài kỷ Việc so sánh thời kỳ hình thành cạn kiệt cho thấy tỷ lệ tiêu thụ khoảng 2000000 lần nhanh trình hình thành Nạn phá rừng đốt cháy nhiên liệu hóa thạch gây bề mặt trái đất giảm khả hấp thụ CO2 khí thực vật, mặt khác phát thải lượng lớn carbon mà cố định từ khí hình thức CO Kết nồng độ khí CO2 tăng từ 280 ppm thời kỳ tiền công nghiệp đến 385 ppm năm 2008 Sự gia tăng này, với gia tăng tương tự loại khí khác CH4, N2O, O3 N2O tầng đối lưu, gây hiệu ứng nhà kính tăng, tức gia tăng bắt buộc xạ nhà kính hấp thụ xạ hồng ngoại tăng bề mặt trái đất, trái đất nóng dần lên Nồng độ CO2 dự kiến tăng kỷ 21, dẫn đến tăng nhiệt độ, khí hậu, mơi trường kinh tế, tác động đến đời sống, xã hội Các tượng xảy điều kiện khí hậu biến đổi Tăng mực nước biển toàn cầu, dần sông băng vùng bắc cực Gia tăng lượng mưa trung bình hàng năm tồn cầu Thay đổi thời tiết, khí hậu hàng ngày, biến đổi theo mùa hàng năm, thay đổi tần số, cường độ thời gian vật, tượng Thay đổi sinh thái, tăng nguy tuyệt chủng số cá thể đại dương Có khả thay đổi đột ngột hệ thống vật lý sinh học Tóm lại, biến đổi khí hậu tăng mối đe dọa đến sức khỏe loài người, đặc biệt quần thể động thực vật 1.10 Hệ thống lượng việt nam Hệ thống điện, truyền tải phân phối Việt Nam chủ yếu cung cấp Điện lực Việt Nam (EVN), độc quyền nhà nước quản lý Thành lập vào tháng 10 năm 1994 theo Bộ Công nghiệp.Vào cuối năm 2005 công suất hệ thống điện 11340 MW, điện lực Việt Nam chiếm khoảng 78%, số lại doanh nghiệp tư nhân nước sản xuất điện độc lập Các hệ thống điện Việt Nam bao gồm: lượng khí đốt dựa nhà máy nhiệt điện (39%), nhà máy thủy điện (37%), nhà máy nhiệt điện đốt than Truyền tải phân phối điện Việt Nam tổn thất cao, giảm mạnh từ 22% 1995, 12% vào năm 2005 EVN phát triển kế hoạch để giảm tổn thất truyền tải phân phối điện đến 8% vào năm 2025 (nguồn EVN 2006) Sự phát triển ngành lượng điện Việt Nam quản lý cách sử dụng điện quy hoạch phát triển, ước tính nhu cầu điện kế hoạch tổng thể phát triển ngành điện khoảng thời gian 10 năm, có tính đến 10 năm Quy hoạch phát triển điện chấp thuận Thủ tướng Chính phủ vào tháng năm 2007 Dự án bổ sung công suất thêm 10000 MW yêu cầu năm 2005 2010 để đáp ứng ngày tăng nhanh nhu cầu cho phụ tải điện Hình 1.5 trình bày lịch sử dự báo nhu cầu lượng điện Việt Nam từ năm 1990, Chính phủ Việt Nam phát động cải cách toàn diện Cải cách giúp cải thiện đời sống nhân dân, thúc đẩy phát triển kinh tế quốc gia Giá trị sản xuất nước (GDP) Việt Nam trải qua tốc độ tăng trưởng 8,2%/năm 1991 - 1995, tốc độ tăng trưởng kinh tế mạnh Hình 1.6 Lịch sử dự báo lượng điện, nhu cầu tiêu thụ điện, phụ tải đỉnh Việt Nam 1995 - 2030 (nguồn từ quan lượng 2006) Vì lý nhu cầu điện tăng 13,5% so với kỳ Sau nhu cầu tăng trưởng nhanh hơn, 14%, giai đoạn 1995 - 2005, với phát triển kinh tế Quy hoạch xây dựng dựa bối cảnh phát triển vùng, phân tích ngành kinh tế khác nhau, so sánh cách sử dụng dự báo ba phương pháp: hồi quy, độ đàn hồi cường độ Theo kế hoạch này, nhu cầu điện dự kiến tăng 15%/năm bối cảnh nhu cầu thấp, 18% /năm bối cảnh nhu cầu cao giai đoạn 2010 - 2030 1.11 Nhu cầu lượng tái tạo việt nam Tiềm năng lượng tái tạo phân loại khác nhau: lý thuyết, kỹ thuật, kinh tế Tiềm lý thuyết định nghĩa lượng tối đa, mà khai thác vùng xem xét hạn chế nhiệt động lực học Tiềm kỹ thuật xác định lượng, mang lại sử dụng cơng nghệ có, phụ thuộc vào thời gian đánh giá Tiềm kinh tế xác định lượng mang lại cách qui hoạch nhu cầu lượng khả thi Cơ sở hạ tầng, kỹ thuật khía cạnh kinh tế (chi phí nguồn lượng thay cạnh tranh) xác định giới hạn tiềm kinh tế Bảng 1.1 minh họa tổng quan Việt Nam có nhiều nguồn lượng tái tạo chưa khai thác đầy đủ Bảng 1.1 Đánh giá tiềm năng lượng tái tạo Việt Nam (nguồn EVN 2006) Nguồn lượng Tiềm kinh Thủy điện Thủy điện lớn (>30 MW) Thủy điện nhỏ (