nang luong mat troi

Ô Tô Sử Dụng Năng Lượng Mới GVHD: Võ Đắc Thịnh Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG I. NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG Có vai trò quan trọng thiết yếu trong đời sống và xã hội, là nguồn gốc của mọi sự chuyển động. Nó đóng vai trò đặt biệt không thể thiếu trong sự phát triển, nhu cầu trong việt vận chuyển giao lưu hàng hóa… Các nguồn năng lượng được khai thác chủ yếu: - Động thực vật tự nhiên và tự tạo (gỗ (củi), rơm rạ, trấu, dầu thực vật, mỡ, cồn, biofuel) - Từ nguồn gốc hóa thạch (than đá, dầu mỏ, khí…); - Năng lượng thủy (chủ yếu là thủy điện); - Năng lượng mặt trời; - Gió, sóng biển, địa nhiệt; - Hạt nhân. (Gần 90% năng lượng đang sử dụng l năng lượng từ các buồng đốt nhiệt) Nguồn: BP Amoco, Trung tâm Autogas Việt Nam, tháng 10/1999 II . LỊCH SỬ NGUỒN GÓC HÌNH THÀNH XE ÔTÔ - Sự mong ước của con người từ thời xưa và hiện nay. - Đòn bẩy thúc đẩy phát triển kinh tế- xã hội. SVTH: Tấn Học, Văn Hiếu, Gia Long, Vũ Quang Trang 1 Ô Tô Sử Dụng Năng Lượng Mới GVHD: Võ Đắc Thịnh - Trong xã hội công nghiệp, nhu cầu vận chuyển lưu thông hàng hóa càng nhiều hơn, nhanh hơn, xa hơn. - Tại các thành phố nhu cầu giải trí, du lịch tăng cao đòi hỏi phương tiện giao thông đa dạng, tiện nghi và an toàn. - Từ khi người thời cổ sống trong các hang hố tới khi các nhà bác học phát minh ra pin nguyên tử, trải qua 500 thế kỷ, con người đã chế ngự dần dần được năng lượng. Nhờ trí tưởng tượng và tài khéo léo, con người đã nghĩ ra được nhiều cách làm giảm bớt các công việc nặng nhọc. - Khởi đầu với các dụng cụ thô sơ, con người tìm cách lấy lửa, gieo hạt giống, nuôi gia súc, chế tạo đồ kim loại, dùng sức lực của trâu bò lừa ngựa, rồi tới sức gió và sức nước, nhưng chỉ vào thời điểm máy hơi nước ra đời, con người mới thực sự có được một công cụ mới. Nhờ máy hơi nước, những cơ xưởng được dần dần thiết lập và Cuộc Cách Mạng Kỹ Nghệ thành công. Thêm vào đó, sự tiến bộ của Khoa Học, nhất là trên phạm vi Kỹ Thuật về Điện Lực và Xe Hơi, đã làm biến đổi bộ mặt của xã hội. Riêng đối với xã hội Hoa Kỳ, xe hơi đã trở nên thành phần hết sức quan trọng cho cuộc sống. Người ta tính rằng vào năm 1960, Hoa Kỳ có 6 tỉ 250 triệu mã lực thì 92 % tức là 5,730,000 mã lực thuộc các xe hơi, xe kéo, xe vận tải và xe buýt. (www.Google.com) III. NĂNG LƯỢNG TRUYỀN THỐNG CỦA XE Ô TÔ a. Nhiên liệu truyền thống Nhiên liệu truyền thống sử dụng trên ôtô là năng lượng nhiệt độ đốt cháy nhiên liệu lỏng có nguồn gốc từ dầu mỏ: Xăng và Diesel… Và trong tương lai sẽ là nhiên liệu khí (CNG và LPG). Dầu khí: là tên gọi của dầu mỏ (dầu thô) và hỗn hợp khí thiên nhiên. SVTH: Tấn Học, Văn Hiếu, Gia Long, Vũ Quang Trang 2 Ô Tô Sử Dụng Năng Lượng Mới GVHD: Võ Đắc Thịnh Dầu khí là một nguồn khoáng sản lớn và quý của con người. Dầu khí cung cấp: - 60 ÷ 65% năng lượng tiêu thụ trên thế giới. - 90% các sản phẩm của ngành công nghiệp hóa dầu (hàng nghìn loại sản phẩm của công nghiệp hóa dầu). b. Xe ôtô chạy bằng nhiên liệu truyền thống có những ưu điểm sau: - Hiệu suất sử dụng nhiên liệu tương đối cao; - Độ ổn định và độ tin cậy làm việc cao; - Động cơ xe có đường đặc tính công suất và mômen rất thích hợp với sử dụng thực tế, đáp ứng linh hoạt các chế độ hoạt động thường xuyên thay đổi của xe. - Kích thước, khuôn khổ và trọng lượng tương đối nhỏ nên dễ dàng bố trí, lắp đặt trên xe, góp phần làm giảm trọng lượng bản thân của xe và như vậy sẽ làm tăng được tải trọng có ích của xe. - Dễ sử dụng và đã được sử dụng trong một thời gian dài nên đã tạo ra “thói quen” cho người sử dụng. - Nạp nhiên liệu nhanh và an toàn, lưu trữ và bảo quản đơn giản. Xe ôtô chạy bằng nhiên liệu truyền thống có những ưu việt sau: - Chi phí sử dụng thấp do: + Giá thành động cơ thấp; + Giá nhiên liệu thấp; + Mạng lưới phân phối rộng khắp. - Dễ bảo trì sửa chữa và có giá thành bảo trì sửa chữa thấp vì nó quá thông dụng. SVTH: Tấn Học, Văn Hiếu, Gia Long, Vũ Quang Trang 3 Ô Tô Sử Dụng Năng Lượng Mới GVHD: Võ Đắc Thịnh Do những lợi điểm trên mà động cơ đốt trong chạy bằng nhiên liệu lỏng truyền thống vẫn là nguồn động lực chính cho ôtô. Hàng năm thế giới sử dụng khoảng 5 tỷ tấn dầu và khí - Mỹ: khoảng 800 triệu tấn - Trung quốc: khoảng 700 triệu tấn - Việt Nam: khoảng 15 triệu tấn dự báo khoảng 17 triệu tấn năm khoảng 26 triệu tấn năm 2020 Theo Viện chiến lược thuộc Bộ Kế hoạch-Đầu tư. c. Các nhược điểm của nhiên liệu truyền thống - Quá trình cháy không hòan toàn, tạo ra các sản phẩm cháy: CO, CO 2 , HC, NOx, SOx, … gây ô nhiễm môi trường và mất cân bằng tự nhiên; - Nhiên liệu sử dụng không tái tạo được; - Nguồn nhiên liệu ngày càng cạn dần. Là 3 lý do tìm kiếm nhiên liệu thay thế Bị lệ thuộc hòan toàn vào nhiên liệu lỏng - Ở mức độ quốc gia, đối với các quốc gia không sản xuất năng lượng, thì phương tiện vận chuyển hòan toàn phụ thuộc vào sự độc quyền nhiên liệu, bị ảnh hưởng bởi giá nhiên liệu và sự đảm bảo lượng năng lượng dự trữ trên thị trường quốc tế. SVTH: Tấn Học, Văn Hiếu, Gia Long, Vũ Quang Trang 4 Ô Tô Sử Dụng Năng Lượng Mới GVHD: Võ Đắc Thịnh - Ở mức độ toàn cầu, trong khoảng thời gian dài sau này, nguồn nhiên liệu để chạy động cơ nhiệt sẽ bị hạn chế. Sự cạn kiệt không thể tránh của nguồn tài nguyên này do việc tìm kiếm và khai thác các mỏ dầu, mỏ khí mới ngày càng khó khăn. IV. GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ XE ÔTÔ Xe ô tô có thể được phân loại thành các dạng sau tùy theo nguồn năng lượng chuyển động. Xe sử dụng động cơ xăng: Loại xe này hoạt động bằng động cơ sử dụng nhiên liệu xăng Xe sử dụng động cơ diesel: Loại xe này hoạt động bằng động cơ sử dụng nhiên liệu diesel Xe sử dụng động cơ lai: Loại xe này được trang bị với những nguồn năng lượng khác nhau. Xe sử dụng năng lượng điện: Loại xe này sử dụng nguồn điện của ắcquy để vận hành mô tơ điện. Xe sử dụng động cơ lai loại tế bào nhiên liệu Loại xe này sử dụng năng lượng điện tạo ra khi nhiên liệu hyđrô phản ứng với ôxy trong không khí sinh ra nước. - Động cơ đốt trong là loại động cơ sử dụng lực đẩy do nhiên liệu cháy nổ để đẩy Pittông bên trong xi – lanh, chuyển động tịnh tiến của Pittông làm quay trục cơ sau đó làm bánh xe chuyển động nhờ xích tải hoặc trục chuyển động. Các loại nhiên liệu phổ biến nhất cho ôtô là xăng và dầu hỏa. - Một trong những thiết kế quan trọng nhất là của Nicolas August Otto, ông đã sáng chế động cơ chạy xăng có hiệu suất cao vào năm 1876. Otto tạo ra loại động cơ đốt trong 4 kỳ thường được gọi là “Động cơ chu kỳ Otto” và ngay sau khi thành công với động cơ này ông đã đưa ra nó vào sử dụng cho xe gắn máy. Cống hiến của Otto trong lịch sử được phát triển sử dụng rộng rãi cho đến tận ngày nay cho tất cả các xe chạy nhiên liệu lỏng. SVTH: Tấn Học, Văn Hiếu, Gia Long, Vũ Quang Trang 5 Ô Tô Sử Dụng Năng Lượng Mới GVHD: Võ Đắc Thịnh - Động cơ hơi nước không phải là loại động cơ duy nhất cho những chiếc xe tự vận hành trong thời kỹ đầu tiên. Trong thời kỳ này các loại xe với động cơ điện cũng đã ra đời. (www.Google.com) V. GIỚI THIỆU MỘT SỐ NGUỒN NĂNG LƯỢNG • DẦU MỎ : 1. Nguồn gốc dầu mỏ Theo lý thuyết tổng hợp sinh học được nhiều nhà khoa học đồng ý: Dầu mỏ phát sinh từ những xác chết của các sinh vật ở đáy biển, hay từ các thực vật bị chôn trong đất. Khi thiếu khí ôxy, bị đè nén dưới áp suất và ở nhiệt độ cao các chất hữu cơ trong các sinh vật này được chuyển hóa thành các hợp chất tạo nên dầu Dầu tích tụ trong các lớp đất đá xốp, do nhẹ hơn nước nên dầu di chuyển dần dần lên trên cho đến khi gặp phải các lớp đất đá không thẩm thấu thì tích tụ lại ở đấy và tạo thành một mỏ dầu. a. Định nghĩa dầu mỏ Dầu mỏ là một trong các chất hữu cơ hóa thạch (than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên), là một hỗn hợp phức tạp của nhiều loại hydrocacbon (CnHm), có cấu trúc hóa học khác nhau và có các tính chất dị biệt. b. Thành phần nguyên tố chủ yếu tạo nên các hợp phần của dầu mỏ Cacbon (C): 83,5 ÷ 87% Hydro ( H): 11,5 ÷ 14% • XĂNG a. Định nghĩa SVTH: Tấn Học, Văn Hiếu, Gia Long, Vũ Quang Trang 6 Ô Tô Sử Dụng Năng Lượng Mới GVHD: Võ Đắc Thịnh Xăng là một trong nhiều sản phẩm của dầu mỏ, là loại nhiên liệu nhẹ, tồn tại dưới dạng lỏng, có nhiệt độ bốc hơi trong khoảng từ (30÷40) 0 C đến (180÷220) 0 C, có khối lượng riêng ở 15 0 C là ρ = 0,65÷0,80 g/cm 3 . Trong xăng thường chứa các HC từ C6 đến C11. Xăng chứa khoảng 80 ÷90% cacbuahydro nhóm alkan và cycloalkan. Thành phần tốt nhất của xăng là parafin đồng vị (Iso-alkan) và cacbuahydro thơm vì có kết cấu phân tử bền vững. Xăng có nhiều các thành phần nêu trên sẽ có đặc tính chống kích nổ cao cho phép tăng tỷ số nén ε của động cơ, kết quả tăng công suất. • DẦU DIESEL a. Đặc điểm của động cơ sử dụng nhiên liệu Diesel Tỷ số nén cao, ε = 13 ÷ 23; Số vòng quay thấp, n = 1000 ÷ 3500 vòng/phút. Đối với động cơ dùng nhiên liệu nặng (FO - Fuel Diesel) thì số vòng quay còn < 1000 vòng/phút; Hòa khí (nhiên liệu + không khí) hình thành bên trong xy lanh với đặc điểm: Nhiên liệu được phun vào môi trường không khí nén trong xy lanh (gần cuối quá trình nén tương ứng với góc phun sớm); Thời gian hình thành hỗn hợp công tác rất ngắn; • NĂNG LƯỢNG ĐIỆN VÀ NĂMG LƯỢNG MẶT TRỜI - Tấm năng lượng mặt trời là thiết bị để thu nhận năng lượng từ ánh sáng mặt trời. Thuật ngữ này được sử dụng để chỉ chung cả các tấm năng lượng mặt trời để nung nước nóng (cung cấp nước nóng dùng trong nhà) hay tấm quang điện (cung cấp điện năng). - Khi ánh sáng chạm vào thanh bán dẫn, các phân tử electron được tách rời ra khỏi các nguyên tử trong chất liệu tạo ra dòng điện. * Dây điện được nối vào mặt âm và mặt dương để đưa điện từ tề bào đến những máy móc đang cần năng lượng kích hoạt. - pin mặt trời là khi các electron nhận năng lượng ánh sáng để nhảy lên mức năng lượng cao hơn đồng thời tạo ra các lỗ trống, các electron và lỗ trống thường ở cùng SVTH: Tấn Học, Văn Hiếu, Gia Long, Vũ Quang Trang 7 Ô Tô Sử Dụng Năng Lượng Mới GVHD: Võ Đắc Thịnh một vùng, cho nên chúng có xu hướng dễ tái hợp với nhau. Đặc điểm đó là tốt đối với những thiết bị bán dẫn phát quang như LED hay LASER nhưng lại không tốt đối với các thiết bị tạo điện năng như pin mặt trời. Một loại pin mặt trời tốt là nó phải có đặc tính cách li các electron khỏi các lỗ trống một cách hiệu quả để có thể sử dụng chúng tạo thành dòng điện. - Pin nhiên liệu là một pin tạo ra dòng điện trực tiếp từ một phản ứng hoá học. Giống như một ắcquy, nhưng khác nhau ở chỗ là pin nhiên liệu được thiết kế sao cho chất phản ứng được cung cấp liên tục cho đến hết; nó tạo ra điện từ nguồn nhiên liệu cung cấp bên ngoài và oxy ngược lại khả năng tích trữ năng lượng bên trong giới hạn của ắcquy. Hơn nữa, trong khi điện tích bên trong ắcquy phản ứng và thay đổi như là một ắcquy tích hoặc phóng điện, điện tích của pin nhiên liệu thì xúc tác và tương đối ổn định. - Trong khi các dạng năng lượng truyền thống đang ngày một cạn kiệt, thì ánh sáng mặt trời được coi là một trong những kho năng lượng quý giá có thể thay thế được. So với các dạng năng lượng khác, năng lượng mặt trời có ưu thế hơn là vừa sạch, vừa rẻ, lại gần như vô tận. Bởi thế, nó đã sớm được con người nghĩ đến và tìm cách khai thác. ở nước ta, từ hơn hai mươi năm trở lại đây đã sử dụng nhiều loại thiết bị thu hứng ánh sáng mặt trời để phục vụ cho quá trình sản xuất như: thiết bị sấy, thiết bị đun nước nóng, thiết bị chưng cất nước và dàn pin mặt trời. Các thiết bị này nhìn chung phù hợp với điều kiện khí hậu và đặc điểm địa lí nước ta. Thiết bị sấy dùng để làm khô các loại nông sản, hải sản hoặc dược liệu; thiết bị đun nóng được(www.Google.com) Chương II: NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI I. KHÁI NIỆM 1. Năng lượng mặt trời ( Quang năng ) - Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng tự nhiên không gây ô nhiễm và vô cùng dồi dào. Nguồn quang năng này có thể được sử dụng để sưởi ấm các tòa nhà, đun nóng nước hoặc sản sinh ra điện năng. Tuy nhiên, hạn chế của nó là sự khó khăn trong việc thu thập ánh sáng mặt trời vào những ngày thời tiết mây mù, và bên cạnh đó là chi phí sản xuất còn khá cao. Có hai loại hệ thống máy năng lượng mặt trời, đó là hệ thống chủ động và hệ thống SVTH: Tấn Học, Văn Hiếu, Gia Long, Vũ Quang Trang 8 Ô Tô Sử Dụng Năng Lượng Mới GVHD: Võ Đắc Thịnh thụ động. Hệ thống thụ động thu thập và lưu giữ năng lượng mặt trời vì chính vật liệu, cấu trúc thiết kế của nó. Một ví dụ điển hình cho hệ thống kiểu này là những tòa cao ốc với mặt ngoài hoàn toàn bằng kính, giúp cho ánh nắng được hấp thụ và bên trong là những bức tường dày, nhằm lưu lại nhiệt năng và giải phóng lượng năng lượng đó về đêm. Hệ thống máy năng lượng mặt trời chủ động sử dụng quạt hoặc máy bơm để luân chuyển nhiệt năng mà bộ phận thu quang năng lấy được. Bộ phận thu quang năng này có chức năng hấp thụ năng lượng mặt trời và chuyển nó thành nhiệt năng đi sưởi ấm các tòa nhà cũng như làm nóng nước. Bộ phận này thường có dạng tấm phẳng, gắn trên nóc công trình và được làm từ vật liệu hấp thụ nhiệt như đồng hoặc nhôm, được bao ngoài bởi chất dẻo hay kính. Nước hoặc không khí luân chuyển trong hệ thống hấp thụ nhiệt và được chuyển tới bộ phận lưu giữ nhiệt năng, sau đó, nhờ hệ thống quạt hoặc máy bơm để thổi khí hoặc bơm nước nóng tới các phòng cần được sưởi ấm. Với những nơi sử dụng hệ thống máy năng lượng mặt trời, sẽ phải có một hệ thống làm nóng thông thường khác chạy dự phòng vào những ngày khó thu thập ánh sáng. Hiện nay, ánh sáng mặt trời còn được hấp thụ và chuyển trực tiếp thành điện năng nhờ sự ra đời của pin mặt trời ( Hai hệ thống trước chuyển quang năng thành nhiệt năng, sau đó mới có thể thành điện năng ). Pin mặt trời là một pin nhạy sáng hay sự kết hợp của các pin được thiết kế để tạo ra một điện áp nhờ sự chuyển đổi trực tiếp từ ánh sáng thành điện khi tiếp xúc với nguồn sáng. Pin mặt trời được sử dụng trong vệ tinh vũ trụ để cung cấp điện, hay trong đồng hồ đeo tay hoặc máy tính bỏ túi. Những tấm bảng gồm nhiều pin mặt trời hiện cũng đã được lắp đặt tại những ngọn hải đăng, thuyền bè hay những ngôi nhà ở các vùng hẻo lánh mà lưới điện khó có thể vươn tới được. Nhà máy điện từ năng lượng mặt trời, sử dụng quang năng để sản sinh ra hơi quay tuốc bin, là một giải pháp tiềm năng thay thế cho nhà máy điện chạy bằng nhiên liệu hóa thạch với nhiều ưu điểm nổi bật như thân thiện với môi trường…. Tại California, công trình nhà máy điện từ năng lượng mặt trời, sử dụng bộ thu làm bằng những tấm kính lớn có gắn động cơ, chuyển động theo hướng mặt trời đang cung cấp điện bổ sung cho nhu cầu điện năng của Los Angeles.(www.Google.com) SVTH: Tấn Học, Văn Hiếu, Gia Long, Vũ Quang Trang 9 Ô Tô Sử Dụng Năng Lượng Mới GVHD: Võ Đắc Thịnh Công cuộc nghiên cứu hệ thống điện mặt trời trên vũ trụ (SSP) bắt đầu từ sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ giữa những năm 70. Hệ thống SSP ứng dụng những nguyên tắc vật lý đã được hiểu biết rất rõ, đó là sự biến đổi ánh sáng thành dòng điện nhờ tế bào quang điện (PV). Để thu được điện trên vũ trụ có thể đặt hàng loạt tế bào quang điện ở trên quỹ đạo địa tĩnh của Trái đất hoặc trên Mặt trăng. Hệ thống này thu lấy năng lượng mặt trời trong vũ trụ, biến thành sóng vi ba và truyền bức xạ vi ba về Trái đất, nơi có đặt những trạm an ten để thu và biến thành điện. (www.Google.com) 2. ưu điểm điểm của năng lượng mặt trời - Mặt trời và các ngôi sao trong vũ trụ bắt nguồn từ năng lượng sinh ra do phản ứng tổng hợp các hạt hay còn gọi là phản ứng hợp hạch (hoặc nhiệt hạch). Có lẽ không phải ai cũng biết rằng hành tinh Mặt trời có một lò phản ứng tổng hợp hạt nhân ở lõi. Dưới áp lực lớn với nhiệt độ 16 triệu °C, các hạt nhân nguyên tử hợp nhất và giải phóng năng lượng nguồn năng lượng dồi dào. - Hệ thống điện đặt trong vũ trụ sẽ cung cấp một lượng điện vô tận, không có phát thải và rất ít ảnh hưởng tới môi trường. Theo Marzwell, giá điện từ vũ trụ hiện nay là 50-80 cent/kwh, có tính đến chi phí xây dựng hệ thống. Ông tin rằng sau 15-20 năm nữa, con số này sẽ giảm còn 7-10 cent (giá điện trên thị trường hiện nay là 5-6 cent). - năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (thí dụ như năng lượng Mặt Trời) hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (thí dụ như năng lượng sinh khối) trong các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất. (www.Google.com) SVTH: Tấn Học, Văn Hiếu, Gia Long, Vũ Quang Trang 10