Nghiên cứu và đánh giá hệ thống máy phát điện sử dụng biogas từ chất thải trang trại heo

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN MINH TIẾN NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG BIOGAS TỪ CHẤT THẢI TRANG TRẠI HEO Chuyên ngành : Kỹ thuật ô tô – máy kéo LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2010 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS HUỲNH THANH CÔNG Cán chấm nhận xét : PGS TS PHẠM XUÂN MAI Cán chấm nhận xét : TS NGUYỄN LÊ DUY KHẢI Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày 23 tháng năm 2010 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS PHẠM XUÂN MAI PGS TS NGUYỄN VĂN PHỤNG TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG TS NGUYỄN LÊ DUY KHẢI TS HUỲNH THANH CƠNG TS TRỊNH VĂN CHÍNH Xác nhận chủ tịch hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm 2009 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN MINH TIẾN Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 03/07/1985 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô – máy kéo MSHV: 01308289 1- TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu đánh giá hệ thống máy phát điện sử dụng biogas từ chất thải trang trại heo” 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nghiên cứu tổng quan tình hình sử dụng khí gas sinh học (biogas) Việt Nam Thế Giới Cơ sở lý thuyết khả ứng dụng bigogas làm nhiên liệu Nghiên cứu đề xuất phương án hợp lý sử dụng biogas làm nhiên liệu động đốt Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống lọc biogas Nghiên cứu thiết kế, chế tạo khảo nghiệm hệ thống điện tử linh hoạt điều tốc động Nghiên cứu thiết kế, chế tạo lắp đặt hệ thống máy phát điện dùng biogas Thực nghiệm đánh giá đặc tính hệ thống phát điện thông số vận hành đặc tính phát thải (cơng suất, nhiễm…) động sử dụng sử dụng biogas 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 22/6/2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 02/7/2010 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS HUỲNH THANH CÔNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS HUỲNH THANH CÔNG PGS TS PHẠM XUÂN MAI Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua Ngày…… tháng…… năm……… TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TẠO – SĐH KHOA QL CHUYÊN NGÀNH TS NGUYỄN HỮU HƯỜNG LỜI CÁM ƠN Để luận văn hoàn thành tiến độ đạt kết tốt, cố gắng thân, em xin chân thành cám ơn tất thầy, cơ, bạn sinh viên Bộ mơn, Phịng thí nghiệm động đốt tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ em thực luận văn Đặc biệt em xin cảm ơn thầy Huỳnh Thanh Công cung cấp tài liệu quan trọng tận tình hướng dẫn em suốt thời gian thực luận văn Em cố gắng để hoàn tất luận văn cách tốt kiến thức kinh nghiệm em hạn chế nên khơng thể tránh khỏi sai sót Em mong nhận đóng góp, chia sẻ ý kiến quý thầy cô bạn để đề tài phát triển mức cao Em xin chân thành cám ơn ! Học viên thực Trần Minh Tiến TÓM TẮT LUẬN VĂN Hiện nay, giới nói chung Việt Nam nói riêng, ba vấn đề lớn đặt cho nhà khoa học như: (1) cạn kiệt nguồn cung cấp tạo lượng truyền thống, (2) phát thải ô nhiễm môi trường từ phương tiện giao thơng, (3) chi phí sử dụng cho lượng gia tăng Trong đó, tốc độ sử dụng lượng có nguồn gốc từ dầu mỏ ngày lớn trữ lượng ngày khan Các nguồn cung cấp dầu thô thu gọn khu vực có tranh chấp quốc gia có trị khơng ổn định Kết chi phí cho sử dụng nhiên liệu gia tăng nhanh chóng Ngồi ra, Việt Nam, chất thải độc hại phát từ động phương tiện tham gia lưu thông động tĩnh có chiều hướng gia tăng giải pháp bền vững nhằm giải vấn đề chưa có chưa triệt để Đây thách thức lớn cho ngành lượng nói chung cho nhà khoa học nghiên cứu động đốt nói riêng; tìm kiếm nguồn lượng mới, sạch, ổn định nhằm thay nguồn lượng truyền thống Trong dạng lượng có khả thay thế, lượng sinh học (hay tái tạo) như: biogas, biodiesel, bioethanol, Trong đó, khí sinh học (biogas) có nhiều khả ứng dụng thực tế làm nhiên liệu cho động đốt nguồn ngun liệu (thơ) cung cấp dồi ổn định; Việt Nam Đề tài nhằm nghiên cứu hệ thống máy phát điện sử dụng biogas tái tạo từ chất thải trang trại heo Biogas sinh từ trình phân hủy yếm khí chất thải trại heo, sau xử lý đưa vào sử dụng cho động đốt Nếu đề tài thành cơng góp phần vào việc tiết kiệm chi phí so với việc sử dụng lượng truyền thống xăng; dầu, đồng thởi giải việc ô nhiễm đất; nước; khơng khí xung quanh khu vực chăn nuôi Hướng phát triển đề tài nghiên cứu động biogas lắp phương tiện giao thông vận tải MỤC LỤC Chƣơng : TỔNG QUAN………………………………………………….… ….1 1.1 Giới thiệu chung…… ………………………………………….….….1 1.1.1 Khí biogas 1.1.2 Động 1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng biogas ………………….2 1.2.1 Thế giới……………………………………………….…… 1.2.2 Việt Nam…………………………………………….……… 1.3 Giới thiệu đề tài nghiên cứu…………………………… …….….18 1.4 Lý thực đề tài……………………………………… ……….19 1.5 Mục tiêu đối tƣợng nghiên cứu………………………….….… 19 1.6 Nội dung nghiên cứu ………………………………….…….……… 20 1.7 Ý nghĩa thực tiễn đề tài……………………………….….… ….23 Chƣơng : CƠ SỞ LÝ THUYẾT……………………………………………….25 2.1 Lý thuyết biogas…………………………………… …………….25 2.1.1 Định nghĩa biogas……………………………………………25 2.1.2 Thành phần biogas……………………………….…… 25 2.1.3 Tính chất biogas………………………… …………… 25 2.1.4 Biogas dùng làm nhiên liệu cho động đốt trong…………30 2.2 Lý thuyết động sử dụng biogas…………………………… …31 2.2.1 Động biogas………………………………………… … 31 2.2.2 Các phận chính……………………………………… … 38 2.2.3 Nghiên cứu chuyển đổi động sang sử dụng biogas…… 41 2.3 Lý thuyết hòa trộn hỗn hợp nhiên liệu……………………………….43 2.3.1 Phương pháp hòa trộn trước…………………………… … 43 2.3.2 Phương pháp hoàn trộn sau…………………………….……50 Chƣơng : PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƢƠNG ÁN……………………… 52 3.1 Các phƣơng án sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động đốt trong…………………………………………………… 51 3.2 Chọn công suất máy phát điện phù hợp với trang trại… ….………54 3.3 Thơng số đặc tính động thực đề tài ……………… ….59 3.4 Thông số kỹ thuật máy phát điện…………………….……… 61 3.5 Thực chuyển đổi…………………………………………… … 61 3.6 Phƣơng án điều khiển hệ thống nhiên liệu ………………………….62 Chƣơng : NGHIÊN ỨU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN CHẠY BIOGAS……………………………………………… …64 4.1 Chọn trộn biogas…………………………………………… …….64 4.2 Nghiên cứu thiết kế chế tạo điều tốc điện tử ………… ……65 4.2.1 Bộ điều tốc khí……………………………………………65 4.2.2 Bộ điều tốc điện tử………………………….……………… 66 4.2.3 Chọn phương pháp điều khiển………………………………68 4.2.4 Sơ đồ trình xử lý……………………………………… 74 4.2.5 Thuật toán PID……………………………………………….75 4.2.6 Chọn cấu chấp hành…………………………………… 76 4.3 Nghiên cứu thiết kế hệ thống lọc ……………………………… ……79 4.3.1 Những vấn đề trình hoạt động động biogas……………………………………………………… 79 4.3.2 Sự cần thiết hệ thống lọc…………………… …………81 4.3.3 Quá trình xử lý biogas……………………………………….81 4.3.4 Hệ thống lọc sau thiết kế………………………… ……91 4.3.5 Phương pháp cải tiến lưu trữ biogas…………………………92 Chƣơng : THỬ NGHIỆM VÀ ĐƢA VÀO VẬN HÀNH HỆ THỐNG…… 94 5.1 Thiết bị thử nghiệm 94 5.2 Sơ đồ, điều kiện trình tự thử nghiệm…………………………… 99 5.3 Kết thí nghiệm bàn luận kết quả………………….……… 101 5.3.1 Thí nghiệm 1: xác định thay đổi thơng số làm việc đặc tính tải thay đổi ………………………….….…101 5.3.1.1 Ảnh hưởng thay đổi tải đến thơng số làm việc đặc tính động sử dụng biogas……………… 101 5.3.1.2 Xác định đặc tính làm việc máy phát điện …….110 5.3.1.3 Khả đáp ứng điều tốc điện tử……… 111 5.3.2 Thí nghiệm 2: xác định ảnh hưởng thay đổi thời điểm đánh lửa đến phát thải ô nhiễm thông số vận hành động cơ……………………………………………… …….113 5.3.2.1 Ảnh hưởng thời điểm đánh lửa tới nồng độ NOx khí xả theo chế độ tải………………… 113 5.3.2.2 Ảnh hưởng góc đánh lửa tới nồng độ HC .…114 5.3.2.3 Ảnh hưởng góc đánh lửa tới thông số vận hành động cơ……………… …………………… 115 5.3.2.4 Ảnh hưởng thời điểm đánh lửa tới lưu lượng biogas………………………….…………………….116 Chƣơng : KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI … …117 6.1 Kết luận…………………………………………………………….….117 6.2 Hướng phát triển đề tài………………………………… ……….118 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………… ………119 PHỤ LỤC CHƢƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung Nhiên liệu biogas sử dụng rộng rải giới Trung Quốc, Nhật Bản, Đức, Mỹ v.v… Năng lượng nhà nghiên cứu lấy từ chất thải người, động vật rác thải; tạo mơi trường khí cho ta lượng khí biogas Trong hỗn hợp khí này, thành phần CH4 chiếm khối lượng lớn khoảng 60% thể tích Đây nguồn lượng dùng làm chất đốt thay cho nhiên liệu truyền thống; phục vụ cho sinh hoạt người công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải v.v… hiệu giảm chi phí chủ động nguồn nhiên liệu Khí phát thải khơng nhiễm mơi trường nguồn lượng tiềm tương lai Ở Việt Nam, đất đai rộng lớn, khí hậu ơn hồ, lượng lao động đông đảo nhiều nông trang trại chăn nuôi Biogas nước khác đầu tư khai thác phát triển Việt Nam đường thử nghiệm cho động đốt Hiện nay, động cỡ nhỏ sử dụng rộng rãi phục vụ đời sống xã hội nước giới Đặc biệt đời sống vùng nông thôn, động cỡ nhỏ với giá thành thấp, phù hợp với thu nhập nông dân, phù hợp cho nơng trang trại vừa nhỏ Chính yếu tố nên động ngày tiếp cận gần với đời sống nông thôn chọn làm nguồn động lực phục vụ cho việc sản suất nông nghiệp Tại Việt Nam, đặc thù kinh tế nông nghiệp chủ yếu nên động có cơng suất nhỏ sử dụng rộng rãi vùng nơng thơn Đây nguồn động lực cơng cơng nghiệp hóa – đại hóa nơng thơn 1.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng biogas 1.2.1 Thế giới Cộng đồng châu Âu kêu gọi nước khối thực mục tiêu sử dụng 5,75% nhiên liệu sinh học (bao gồm biogas, ethanol, biodiesel) vào năm 2010 Thụy Điển quốc gia châu âu triển khai dự án thí điểm “thành phố biogas” Hiện, nước có khoảng 4.000 phương tiện cơng cộng chạy biogas Tại đây, 10 trạm bơm nhiên liệu thơng thường có trạm biogas Chính phủ Thuỵ Điển đề sách thuế để đảm bảo giá biogas rẻ 30% so với xăng Tại châu Á, Philippines có 653 hệ thống biogas công ty chuyên xây dựng, cung cấp thiết bị biogas Từ biogas, Chính phủ Thái Lan sản xuất 3.000MW điện, đến năm 2011 sản xuất 8% lượng điện quốc gia lượng tái sinh Nepal, Ấn Độ, Trung Quốc quốc gia phát triển hệ thống biogas mạnh [1] Hình 1.1: Một Trạm cung cấp Biogas Thụy Điển  Các nghiên cứu chuyên sâu nhằm đánh giá hiệu lọc hệ thống lọc biogas hiệu tính ổn định hệ thống máy phát điện cần phải nghiên cứu cách khoa học thực nghiệm cụ thể  Chịu ảnh hưởng điều kiện thời tiết nên chất lượng biogas thay đổi Mặc khác thời gian dịch bệnh nên trang trại giảm đàn nên lượng biogas thiếu Để giải điều địi thỏi phải có hệ thống lọc lưu trữ biogas với áp suất phù hợp  Thời điểm đánh lửa dò tay nên chưa tối ưu Trong nghiêng cứu tiếp tục nghiên cứu thời điểm đánh lửa MBT ( Minimum spark advance for the Best Torque) cho hệ thống động – máy phát điện xài biogas  Hệ thống nhiên liệu nhiều hạn chế : o Định lượng nhiên liệu chưa xác o Khi trời lạnh khó khởi động o Đường ống nạp chưa tối ưu với nhiên liệu thay  Trong nghiên cứu tới nghiên cứu phương pháp phun biogas vào đường ống nạp động với lượng xác  Kết cấu hệ thống động – máy phát đề tài phức tạp Chúng tơi tìm cách tối ưu hóa kết cấu hệ thống cho thân thiện với người sử dụng đề đưa vào thương mại hóa  Các kiến nghị sách hỗ trợ kinh phí, cơng nghệ, phí môi trường,… nhà nước cần phải xem xét để đề tài nhân rộng nhằm tận dụng hiệu nguồn lượng tái tạo gần vô tận (từ chất thải trang trại chăn nuôi) 118 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.kinhtenongthon.com.vn/ [2] http://bkeps.com/new/ [3]http://www.laodong.com.vn [4]http://www.baodatviet.vn [5] http://www2.hcmuaf.edu.vn [6] [7] http://www.vast.ac.vn [8] http://tonto.eia.doe.gov [9] V D Duong, T V Duong and D L Le, “Calculate-Simulation Mixture Process in Biogas Supplying System for RV125-2 Diesel Engine,” Conference for Science and Technology at DaNang University, 2010 [10] Biogas Digest Basic vol 1, 2, 3, 4Ts-3 modification and tuning of diesel bus engine for biogas electricity production [12] V G Bui et al., “Optimization of Supplying System for Dual Fuel Biogas-Diesel Stationary Engine,” Journal for Science and Technology, DaNang University, Vol 5, 2008 Critical phenomena in a mixture of methane, carbon dioxide and hydrogen sulfide [13]V G Bui et al., “Optimization of Supplying System for Dual Fuel Biogas-Diesel Stationary Engine,” Biogas book, Engines for biogas [14] V G Bui, B T Le,Transportation Journal, Vol (2008) 119 Situation and development trend of biodigester in Vietnam [15] PID controler http://en.wikipedia.org/wiki/File:Pid-feedback-nct-int-correct.png [16] Anaerobic digestion of semi-solid organic waste_ biogas production and its purification [17] A H2S reactive adsorption process for the purification of biogas prior to its use as a bioenergy vector [18] V G Bui, V N Tran, B T Le, The 6th Seminar on Environment Science and Technology Issues Related to Climate Change Mitigation Japan-Vietnam Core University Program, Osaka, Japan, 26-28 November 2008, pp 243-250 120 BẢNG PHỤ LỤC Phụ lục 1: Bài báo hội nghị khoa khọc 11 / 2009 Phụ lục 2: IFOST 2010 :A Study on Power Generation System Using Biogas Generated from the Waste of Pig Farm Phụ lục 3: Bảng vẽ hệ thống lọc Phụ lục 4: Bảng vẻ nguyên lý sơ đồ hệ thống NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG BIOGAS TÁI TẠO TỪ CHẤT THẢI CỦA CÁC TRANG TRẠI HEO POWER GENERATION SYSTEM BY INTERNAL COMBUSTION ENGINE USING BIOGAS GENERATED FROM MANURE FROM PIG FARMING Phạm Xuân Mai1), Nguyễn Đình Hùng1), Hồng Đức Thông1), Huỳnh Thanh Công1)* Trần Minh Tiến 2), Lê Đình Hưng3), Dương Đặng Thế Vinh3) 1) Bộ mơn Ơ tơ – Máy động lực, khoa Kỹ thuật Giao thông 2) Học viên Cao học, khoa Kỹ thuật Giao thơng 3) Sinh viên Đại học, Bộ mơn Ơ tô – Máy động lực, khoa KT Giao thông Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh, Việt Nam *Email : htcong@hcmut.edu.vn TÓM TẮT Bài báo thực nằm khuôn khổ Dự án JICA (giai đoạn 2) nhằm nghiên cứu phát triển hệ thống máy phát điện sử dụng nhiên liệu biogas tái sinh từ chất thải trang trại nuôi heo tỉnh Bình Dương Hệ thống máy phát điện thiết kế cải tiến dựa thiết bị như: động xăng 4-kỳ, xy-lanh, 70 kW đầu phát điện 20 KVA Nghiên cứu phát triển cơng nghệ nhằm cung cấp khí biogas sạch, đáp ứng tỉ lệ hịa trộn thích hợp biogas - khơng khí theo chế độ tải ổn định điện áp đầu Ngoài ra, phương pháp kỹ thuật thích hợp nghiên cứu nhằm nâng cao khả lưu trữ loại bỏ thành phần tạp chất có hại biogas CO2, H2S, nước Từ khóa: Hệ thống máy phát điện, động biogas, hệ thống lọc lưu trữ, trang trại heo ABSTRACT This paper is carried out accordance with the program of JICA project (phase II) to develop a power generation system by internal combustion engine using biogas generated from manure from pig farming in Binh Duong province This system is designed with the main components such as: a 4-cycles 4-cylinder engine with around 70 kW and a generator 20 KVA In this study, the base technologies are developed in order to provide the clean biogas, the appropriate ratio for biogas – air as a function of load conditions, and to stabilize the output voltage In addition, the appropriate techniques is studied to enhance the refinery capacity and to remove the poisonous components in biogas which are harmful to human being such as: CO2, H2S, water vapor,… Keywords: Power generation system, biogas engine, refinery & storage system, pig farm GIỚI THIỆU thống, (2) phát thải ô nhiễm môi trường từ phương tiện giao thông, (3) chi phí sử dụng cho lượng gia tăng Trong đó, tốc độ sử dụng lượng có nguồn gốc từ dầu mỏ ngày lớn trữ lượng ngày khan Các nguồn cung cấp dầu thô thu Hiện nay, giới nói chung Việt Nam nói riêng, ba vấn đề lớn đặt cho nhà khoa học như: (1) cạn kiệt nguồn cung cấp tạo lượng truyền -1- gọn khu vực có tranh chấp quốc gia có trị khơng ổn định Kết chi phí cho sử dụng nhiên liệu gia tăng nhanh chóng Ngồi ra, Việt Nam, chất thải độc hại phát từ động phương tiện tham gia lưu thông động tĩnh có chiều hướng gia tăng giải pháp bền vững nhằm giải vấn đề chưa có chưa triệt để Đây thách thức lớn cho ngành lượng nói chung cho nhà khoa học nghiên cứu động đốt nói riêng; tìm kiếm nguồn lượng mới, sạch, ổn định nhằm thay nguồn lượng truyền thống Trong dạng lượng có khả thay thế, lượng sinh học (hay tái tạo) như: biogas, biodiesel, bioethanol, Trong đó, khí sinh học (biogas) có nhiều khả ứng dụng thực tế làm nhiên liệu cho động đốt nguồn nguyên liệu (thô) cung cấp dồi ổn định; Việt Nam triệt để nguồn nhiên liệu này; gây lãng phí lớn; đặc biệt chất thải từ trang trại nuôi heo, không qua xử lý, thải trực tiếp môi trường nguồn ô nhiểm đáng lo ngại cho môi trường đất, nước, khơng khí xung quanh trang trại Bài báo nghiên cứu giải pháp khả thi nhằm giải phần vấn đề nêu Trong nghiên cứu, tác giả phát triển công nghệ cho hệ thống máy phát điện phù hợp sử dụng nhiên liệu biogas tái sinh từ nguồn chất thải trang trại heo tỉnh Bình Dương, năm tỉnh tổ chức JICA lựa chọn thí điểm Ngồi ra, tác giả cịn đề xuất nghiên cứu hệ thống lọc lưu trữ thích hợp nhằm cung cấp biogas cho hệ thống máy phát điện ổn định chế độ hoạt động động đốt MỤC TIÊU VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Dự án tài trợ tổ chức JICA thực năm (8/2009 – 7/2010) gọi tắt SUPREM-HCMUT (giai đoạn II), khn khổ kết hợp chương trình giáo dục theo phương pháp nghiên cứu (Research-Based -Education) dành cho học viên cao học nhằm mục đích: (1) nâng cao khả nghiên cứu cán giảng dạy sinh viên Bộ môn ô tô – máy động lực, khoa Kỹ thuật Giao thông (2) nhằm giải vấn đề kỹ thuật địa phương (tỉnh Bình Dương) gặp phải Tại nông trại chăn nuôi heo tỉnh Bình Dương, vấn đề kỹ thuật phát sinh sử dụng biogas làm nhiên liệu cho hệ thống máy phát điện Điều gây giảm tính hiệu việc sử dụng nguồn khí biogas làm ảnh hưởng đến tuổi thọ thiết bị sử dụng biogas sức khỏe người dân Vì vậy, mục tiêu nghiên cứu sau: (1) thiết kế chế tạo hệ thống máy phát điện thích hợp đáp ứng chế độ tải, (2) phát triển thiết bị điều khiển chế độ hoạt động động (thiết bị điều tốc), (3) thiết kế chế tạo hệ thống lọc lưu trữ phù hợp nhằm cung cấp biogas “sạch”, (4) đánh giá mức độ ảnh hưởng biogas đến đặc tính động Đối tượng nghiên cứu hệ thống máy phát điện sử dụng nhiên liệu biogas, hệ thống lọc biogas loại bỏ thành phần có hại hệ thống lưu trữ biogas áp suất phù hợp NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Như biết nghiên cứu trước [1,2], khí sinh học (biogas) dạng lượng tái sinh nhận từ trình phân hủy chất hữu mơi trường khí (thiếu khơng khí) Trong đó, nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất biogas chất thải rác sinh hoạt, chất thải q trình sản xuất nơng nghiệp, chăn ni, xử lý nước Vì vậy, phát triển biogas làm nhiên liệu chạy máy phát điện ứng dụng xa cho ngành giao thơng khơng gặp vấn đề an ninh lương thực so với loại nhiên liệu sinh học tái tạo khác ethanol, methanol, Biogas chứa thành phần CH4 tạp chất CO2, H2S [3-5] (Bảng 1) Bảng Thành phần biogas Thành phần Thể tích (%) CH4 50-70 CO2 30-40 H2S 0-1 Hơi nước 0-5 Thành phần khác 0-1 Việt Nam nước phát triển, phát triển mạnh chăn nuôi trồng trọt nên nguồn nhiên liệu tái sinh biogas dồi Tuy nhiên, chưa sử dụng -2- VẤN ĐỀ VÀ GIẢI PHÁP 4.1 Xác định vấn đề Hệ thống lƣu trữ Qua khảo sát khuôn khổ Dự án với chuyên gia JICA số trang trại nuôi heo có sử dụng hầm biogas tỉnh Bình Dương, chúng tơi nhận thấy nhận thấy tình hình chăn ni gia súc phát triển; đặc biệt trang trại heo với số lượng lớn Chất thải từ trang trại ngày nhiều với trữ lượng đáng kể Hiện nay, chất thải thải trực tiếp hầm chứa xung quanh trang trại tận dụng để tạo hầm sinh khí biogas Nguồn biogas tái sinh dùng để nấu bếp làm nhiên liệu chạy máy phát điện cung cấp điện cho trang trại Một hệ thống dùng biogas chạy máy phát điện tổng quát trang trại khảo sát mơ tả Hình Hình trình bày cụm máy phát điện – động đốt dùng biogas trang trại nuôi heo Tuy nhiên, việc sử dụng biogas để làm nhiên liệu chạy máy phát điện với công nghệ tự chế chưa qua nghiên cứu phát sinh vấn đề kỹ thuật mà người nông dân giải sau: Hệ thống lọc Hệ thống máy phát điện Hầm ủ Chất thải từ nơng trại Hình Sơ đồ nguyên lý sử dụng biogas cho hệ thống máy phát điện (1) Điện áp đầu máy phát không ổn định: Hầu hết loại máy phát điện qua khảo sát sử dụng điều tốc khí (Hình 3) Do thời gian tác động chậm nên khả đáp ứng tải động không linh hoạt Vì vậy, điện áp đầu máy phát khơng ổn định có thay đổi nhiên liệu áp suất bình chứa biogas giảm Hình Tổ máy phát điện - động đốt sử dụng nhiên liệu biogas 2) Vấn đề lọc xử lý biogas: hệ thống lọc chưa hồn thiện (Hình 4) chưa có Vì vậy, biogas sử dụng chưa loại bỏ hoàn toàn hợp chất gây hại cho thiết bị (động đốt trong, bếp gas, ) sức khỏe người như: H2S, CO2, nước… (3) Vấn đề lƣu trữ biogas: Do có H2S nước thành phần nên biogas có tính ăn mịn kim loại Vì vậy, biogas khơng thể lưu trữ bình chứa kim loại với áp suất nén cao Hiện nay, hầu hết trang trại sử dụng thiệt bị lưu trữ đơn giản thơ sơ (như túi ni-lơng Hình 5) nên khả lưu trữ thấp áp suất lưu trữ thấp, thể tích lưu trữ lớn độ an tồn khơng cao Bộ điều tốc khí Hình Hệ thống điều tốc khí -3- Bảng Thông số động Chủng loại SI, kỳ, 4xy-lanh thẳng hàng, làm mát nước Đường kính 91 mm Hành trình 86 mm Cơng suất / tốc độ 68 kw/4200 v/p Mô-men / tốc độ 175 Nm/2800 v/p Bình lọc chứa biogas kim loại Hình Một hệ thống lọc biogas hữu trang trại Túi ni-lông (1)Động cơ, (2)Hệ thống lọc, (3)Máy phát điện Hình Hệ thống máy phát điện đề xuất nghiên cứu Hình Thiết bị lƣu trữ biogas trang trại xy-lanh khoảng 70 kW thiết kế chuyển đổi phù hợp cho việc sử dụng biogas thơng qua hịa trộn Một đầu phát điện thương mại công suất 20KVA kết nối trực tiếp với trục động bánh đà khớp nối tùy động cân chỉnh độ đồng tâm Thiết bị điều khiển động (điều tốc) nghiên cứu chế tạo nhằm kiểm soát hoạt động động nâng cao khả đáp ứng điện áp đầu theo chế độ tải khác Các thông số khác động đốt sử dụng nghiên cứu thể Bảng Để đáp ứng ứng dụng tương lai (bên cạnh sử dụng Biogas cho máy phát điện) cho phương tiện vận tải, biogas phải chứa bình chứa áp suất lớn độ an tồn cao Vì vậy, cơng nghệ lưu trữ thích hợp cần phải nghiên cứu 4.2 Giải pháp đề xuất Trong nghiên cứu này, đề xuất giải pháp nghiên cứu công nghệ phù hợp nhằm giải vấn đề nêu Đầu tiên, hệ thống máy phát điện bao gồm động đốt đầu phát dùng kết nối các-đăng truyền động đai thay khớp nối trực tiếp tùy động Điều nhằm nâng cao khả thích ứng máy phát điện điều kiện tải cao tốc độ động lớn ; đồng thời tránh rung (dao) động lớn chế độ tải cao Hình mô tả hệ thống máy phát điện – động đốt đề xuất nghiên cứu Hệ thống bao gồm: động xăng kỳ, (1) Nghiên cứu cải tiến hệ thống điều khiển động - máy phát: Một hệ thống điều khiển động đốt điện áp đầu máy phát điện tử nghiên cứu nhằm nâng cao khả đáp ứng hệ thống máy phát điện điều kiện tải thay đổi; đặc biệt lúc khởi động động lúc kéo tải Hệ thống điều khiển có khả kiểm sốt ổn định số vòng quay động điện áp phát cách linh hoạt Hình trình bày sơ đồ phương pháp điều khiển động -4- Trên Hình 7, vị trí bướm ga trộn biogas điều khiển động bước cung cấp tỉ lệ hịa trộn biogaskhơng khí thích hợp vào động Các tác giả đề xuất thiết kế chế tạo mạch điện tử điều khiển có khả lập trình để điều khiển động bước Mạch điều khiển nhận tín hiệu số vịng quay động cơ, thu từ hệ thống đánh lửa Mạch điều khiển thiết kế để điều khiển tốc độ động đốt 1500 vòng/phút, tương ứng máy phát điện ổn định mức điện áp 220V Khi điều kiện tải thay đổi, tốc độ động đốt thay đổi, mạch điều khiển dựa tín hiệu (NE), thơng qua động bước, điều khiển vị trí bướm ga trộn phù hợp nhằm ổn định điện áp đầu (2) Phát triển hệ thống lọc biogas phù hợp: Như đề cập trên, ngồi thành phần metan (CH4) đốt cháy động đốt trong, biogas chứa thành phần có hại cho thiết bị sức khỏe người như: H2S, CO2, nước… Vị trí bƣớm ga Điều khiển bƣớm ga Động bƣớc Động Vì vậy, để ứng dụng biogas sinh hoạt công nghiệp; đặc biệt động đốt trong, thành phần cần phải loại bỏ Nghiên cứu đề xuất phương pháp xử lý hóa học để tách thành phần có hại Sơ đồ hệ thống lọc biogas trình bày Hình Hệ thống lọc biogas cải tiến nghiên cứu hấp thụ biogas thô từ hầm ủ qua giai đoạn bao gồm: biogas từ hầm ủ  (1) loại bỏ nước  (2) loại bỏ H2S qua bước  (3) loại bỏ CO2  khử mùi biogas biogas (a) Giai đoạn – Tách nƣớc: nước hấp thụ than hoạt tính bình số (b) Giai đoạn - Tách H2S: Trong bình số 1, phơi sắt (Fe2O3) lắp vào để hấp thụ phần H2S theo phương trình sau : Fe2O3 + 3H2S = Fe2S3 + 3H2O (1) (c) Giai đoạn – Tách H2S CO2: Một phần H2S lại chưa hấp thụ phôi sắt CO2 dẫn qua dung dịch NaOH bình số Tại đây, chất hấp thụ theo phản ứng hóa học (2) (3) sau : HT đánh lửa Mạch điều khiển 2NaOH + H2S = Na2S + 2H2O (2) CO2 + NaOH = Na2CO3 + H2O (3) Tín hiệu NE (d) Khử mùi biogas: biogas sau loại bỏ phần H2S CO2 khử mùi long nảo bình số nhằm loại bỏ mùi khó chịu (có thể H2S dư) để thu biogas Hình Sơ đồ phƣơng pháp điều khiển hệ thống động (3) Cải tiến lƣu trữ biogas bình chứa phù hợp: Nhằm có ứng dụng xa công nghiệp giao thơng vận tải, khí biogas cần phải lưu trữ bình chứa với áp suất cao với cơng nghệ phù hợp nhằm thuận tiện việc lắp đặt di chuyển Hiện nay, Việt Nam, việc nghiên cứu nén khí biogas vào bình chứa kim loại với áp suất cao gặp nhiều khó khăn cơng nghệ thấp thành phần ăn mịn kim loại biogas H2S nước Như nói trên, việc chi phí đầu tư cơng nghệ nén biogas cao nên hầu hết trang trại (qua khảo sát) sử dụng túi ni-lông để chứa biogas với áp suất thấp Vì vậy, nghiên cứu này, cơng nghệ lưu trữ biogas bình chứa với áp suất cao phù hợp nghiên cứu Hình Sơ đồ hệ thống lọc biogas -5- sở ứng dụng khí biogas công nghiệp giao thông vận tải công nghệ lưu trữ khí biogas phát triển 2.3 Kế hoạch thực Đề tài thực thời gian năm, phần đề tài nghiên cứu phân chia mô tả sau: (1) Khảo sát tình hình nghiên cứu sử dụng biogas Việt Nam Thế giới (2) Xác định vấn đề địa phương đề xuất phương án giải (3) Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống máy phát điện chạy biogas (4) Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống lọc lưu trữ khí biogas (5) Nghiên cứu thiết kế chế tạo điều khiển (điều tốc) điện tử cho động (6) Thử nghiệm đánh giá kết Đại học Bách khoa Tp.HCM (7) Chuyển giao, lắp đặt, chạy thử nghiệm hệ thống máy phát điện nghiên cứu địa phương (8) Phân tích đánh giá kết đạt (9) Chuyển giao công nghệ cho địa phương (10) Báo cáo tổng kết Các kết chi tiết nhóm nghiên cứu trình bày báo báo cáo dự án hoàn thành vào tháng 3/2010 CÁM ƠN Đề tài nhóm nghiên cứu thực với tài trợ tài Tổ chức JICA khuôn khổ Dự án “Nâng cao khả Trường Đại học Bách khoa Tp HCM & Tăng cường liên kết đại học cộng đồng“ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Văn Ga, Ngơ Văn Lành, Ngơ Kim Phụng, Thử nghiệm khí biogas xe gắn máy, Đại học Đà nẵng, 2009 [2] Duong Nguyen Khang, Le Minh Tuan and T R Preston, The effect of fibre level in feedstock, loading rate and retention time on the rate of biogas production in plug-flow and liquid displacement biodigesters, Department of Animal Physiology and Chemistry, Faculty of Animal Husbandry and Veterinary Medicine, University of Agriculture and Forestry, Biogas centre, University of Agriculture and Forestry 2004 [3] E T R Bajracharya and co-workers, Purification and compression of biogas: a research experience, Journal of the Institute of Engineering, Vol 7, No 1, pp 1-9 [4] Klaus von Mitzlaff, Engine for biogas, GmbH,1998 [5] Nguyễn Đình Hùng, Nguyễn Hữu Hường, Đoàn Thanh Anh Vũ, Vũ Việt Thắng, Ứng dụng biogas chạy máy phát điện cỡ nhỏ nơng thơn việt nam, Hội nghị Cơ học tồn quốc, 2008 [6] J.Honlfiel, Production and utilization of biogas in rural areas of industrialized an developing contries, GTZ, Eschoborn FRG 1986 [7] Cao Zexi, Application of Biogas on Farm Internal Combustion Engines”, Reasearch Institute of Sichuan , China 1982 [8] N Mustafi, R R Raine and P K Bansal, Biogas Fuel For Internal Combustion Engines, Department of Mechanical Engineering The University of Auckland,2001 [9] Phan Minh Duc, Kanit Wattanavichien , Study on biogas premixed charge diesel dual fuelled engine, Energy Conversion and Management Vol 48 , pp 2286–2308, 2007 KẾT LUẬN Dự án nghiên cứu hệ thống máy phát điện sử dụng nhiên liệu biogas tái sinh từ chất thải trang trại ni heo Bình Dương, báo có kết luận sơ sau: (1) Sử dụng biogas làm nhiên liệu chạy máy phát điện giảm chi phí đáng để so với sử dụng lượng truyền thống (2) Chủ động nguồn nguyên liệu ổn định để tạo biogas địa phương (3) Biogas tái tạo từ chất thải trại chăn ni nên góp phần làm giảm nhiễm mơi trường đất, nước khơng khí quanh khu vực chăn nuôi (4) Nâng cao hiệu sử dụng biogas làm nhiên liệu máy phát điện (5) Đề xuất giải pháp hữu ích cung cấp nguồn biogas sạch, thông qua hệ thống lọc nghiên cứu, góp phần nâng cao tuổi thọ thiết bị sử dụng biogas sức khỏe người (6) Dự án thành cơng góp phần nâng cao nhận thức người dân việc sử dụng lượng tái sinh Đồng thời, nghiên cứu -6- A Study on Power Generation System Using Biogas Generated from the Waste of Pig Farm Tran Minh Tien, Pham Xuan Mai, Nguyen Dinh Hung, Huynh Thanh Cong Faculty of Transportation Engineering HoChiMinh City University of Technology HoChiMinh City, Vietnam Email: htcong@hcmut.edu.vn Abstract—to verify the possibility of a power generation system using biogas from the waste of pig farm for rural electric production, a SI gasoline engine is modified to use biogas fuel and installed in a 20 KVA power generation system An electronic speed regulation unit is developed to keep the system speed at 1500 rpm Experimental investigations have been carried out to examine the performance characteristics of power generation system (such as: system frequency, phase output voltage,) In addition, the operating parameters and output emissions (NOx, HC, and CO2) of biogas-fueled engine are preliminary evaluated and analyzed for the change of system load Results indicated that the researched power generation system shows a high stability of output voltage and frequency with help of speed regulator Biogas fuel (mainly CH4 and CO2) has an environmental impact and potential as a green alternative fuel for SI engine and they would not require significant modification of existing engine hardware Output emissions of biogas-fueled engine are found to be relative low NOx emission increases with the increase of output electric power of the power generation system Keywords- biogas-fueled engine; power generation system; performance characteristics I Biogas has a wide variety of applications with many different purposes In small scale installations the gas is primarily utilized for heating and cooking (e.g., gas cookers/stoves) for and lighting (e.g., biogas lamps), and using as a potential fuel of a burning system for tea processing, fruit storing, hatching chickens, household energy In larger units CHP’s are fueled with biogas In any case, the driving force for the gas utilization was to economies fossil fuels or wood as in developing countries In production and living activities in rural areas, the electrical energy is needed to reduce In previous works, the basic technologies were studied to use biogas as fuel for the stationary engines can generate electricity [4] These help the engine-generator combination replacing the use of available gasoline by dual fuel of biogas/gas or biogas/diesel The solution helps farmers save the production costs significantly, especially when the gasoline and electricity price keep rising up [3], [5] However, the output power of generation system is changed with the variation of biogas flow rate and pressure that is conducted from the anaerobic digesters This leads to damage the electric-used equipments in the farm Thus, studying the characteristics of power generation system using biogas fuel with help of speed regulator is highly demanded INTRODUCTION The resource limitation of fossil fuels and the problems of air pollution arising from their combustion have led to widespread research on the accessibility of new and renewable energy resources Solar, wind, thermal and hydro sources, and finally biogas are among these renewable energy resources As it is well-known, the biogas could be produced from the wastes (manure and water) of pig farms with the help of the anaerobic digesters shown in Figure For these biogas systems, treatment basements are built by concrete and covered by HDPE plastic on the lid The product of anaerobic digestion is a mixed gas primarily composed of methane and carbon dioxide which commonly is called biogas Biogas is a gas mixture comprising methane (CH4) and carbon dioxide (CO2) that is formed when organic materials, such as livestock’s’ dung or vegetable matter are broken down by microbiological activity in the absence of air, at slightly elevated temperatures (most effective between 30 - 60°C) Figure HDPE anaerobic digester installed at Binh Duong Province Engine Biogas Ignition system Mixer Control of valve Alternator Engine speed signal Digital signal Step motor Speed regulator Figure Power generation system using biogas fuel for this research in the program of JICA – SUPREM project In this paper, we present the research results of the characteristics of power generation system using biogas fuel, the properties of speed regulator, and the operating parameters of biogas-fueled SI engine with change of electric system load II POWER GENERATION SYSTEM A power generation system is developed in this work shown in Figure This system includes a biogas-fueled engine coupled with a commercial alternator The engine under study is a commercial 2.0 liter LPG (Liquefied Petroleum Gas) engine coupled to a 3-phase 4-pole alternator to produce electricity at 220V~50Hz The engine is modified by an addition of biogas mixer for air-fuel mixing and a modification of spark ignition system so the spark timing can be adjusted An engine speed regulator is properly designed for estimating the stability of power output When the alternator is synchronized to power grid, the operating speed of engine is about 1500 rpm When the biogas flow rate and/or biogas supplying pressure has changed, the engine speed is changed and so the frequency of power generation system To manage the engine speed, a speed regulator was developed and shown in Figure The speed regulator realize the changing signal of engine speed and will control the step motor changing the engine load or biogas valve installing in the engine intake system III EXPERIMENTAL SETUP Material As above remain, biogas conducted from the anaerobic digesters has the typical components was listed in the Table I To use the biogas as fuel, it is necessary to eliminate H2S and reduce CO2 to increase heat capacity of the fuel and to remove Figure Schematic of speed regulator for stability of system Other poisonous components which are harmful to human beings and to materials However, as the preliminary steps of this project, the biogas is supplied directly from anaerobic digesters to the intake system of SI engine without filtration system TABLE I COMPOSITION OF ORIGINAL BIOGAS Matter Volume (%) Methane, CH4 50 – 75 Carbon dioxide, CO2 25 - 50 Hydrogen sulfide, H2S 0–3 Water vapor, H2O 0-5 Testing procedure To investigate the impacts of biogas on the SI engine, the operating conditions (intake temperature, exhaust temperature, intake air flow, biogas flow) and the engine emissions (CO2, HC, NOx) were conducted for the change of system load To determine the characteristics of power generation system, the stability of output voltage and frequency was estimated by using of speed regulator Testing conditions and equipments The engine speed is set at 1500 rpm The cooling temperature is kept between 70 and 90C Spark timing is set at 14bTDC The intake and exhaust temperature is measured directly by the temperature sensor with thermocouple type and installed in the intake and exhaust system, respectively The engine emissions are measured by Hesbon HG-520 5Gas (Korea) The system load (or output electric power) is determined by a simulated system and is developed by us 80 Intake air flow is measured by AVL Sensyflow system and monitored by a display ABB system IV RESULTS AND DISCUSSION 4.1 Stability of power generation system using biogas fuel The speed regulator: the response capacity of the speed regulator was checked in the different operating conditions of system load Figure shows the variation of system load consumption from the power generation system When the system load is increased suddenly, the brake power is increased and so the engine speed is reduced lower than a normal level 1500 rpm To keep the engine speed remaining at about 1500 rpm (respect to ~ 50Hz or 220V output voltage), the speed regulator will control the step motor to open the throttle position (biogas valve) more Throttle position, % 70 60 50 40 30 20 10 0 To check the change of frequency for three phases of power generation system, Figure presents the output voltage with change of system load The figure shows that output voltage of three phases changes between 220 and 230 voltage This means 10 12 14 System load, kW Figure Effects of system load on throttle position that the change of system load has a small effect on the voltage Here, system load is defined as the consumption of output power that is determined by simulated equipment Engine speed, rpm Load, kW Engine speed: 1500 rpm SA: 14 bTDC Throttle position Figure shows the change of throttle position with system load at engine speed of 1500 rpm It is found that when the system load increases, the throttle position (or biogas valve) increases linearly The reason for the results is due to the increase of biogas flow rate with larger throttle position to generate more output power and remain the speed at 1500 rpm Load change 4.2 Effects of system load on engine operating conditions and engine emissions Engine speed The experiments were conducted to estimate the effects of system load on engine working conditions such as: intake temperature, exhaust temperature, intake air flow,… Time, s Figure The variation of engine speed and throttle position with respect to load change from the power generation system 300 100 280 90 260 80 240 70 220 60 200 50 180 40 160 30 280 Engine speed: 1500 rpm SA: 14 bTDC Phase Output voltage, V 260 Phase 250 240 230 220 210 140 20 Exhaust temperature 200 120 10 Intake temperature 190 100 0 180 -2 10 12 14 16 10 12 14 System load, kW System load, kW Figure Effects of system load on intake /exhaust temperature Figure Effects of system load on output voltage Intake temperature,  C Phase Exhaust temperature,  C 270 80 100 700 NOx 90 70 HC 600 80 60 40 50 40 30 Emissions, ppm 70 50 Biogas flow, l/h Intake air flow, kg/h 60 30 500 400 300 200 20 20 Biogas 10 100 10 Intake air 0 10 12 14 System load, kW Figure presents the variation of engine emissions (NOx and HC) as a function of system load Increasing the system load increases significantly NOx emission, but small increase in HC emission As shown in the figure, for example, when the system load from to 14 kW, the NOx increases about 21 times while the HC emission increase around 10% higher This is due to increase of combustion temperature at higher system load conditions that generates NOx (NO, NO2) formation In addition, the typical compositions of biogas are CH4 and CO2 Therefore, the combustion of biogas did not generate too high HC emissions and its’ emissions seems to close the combustion of CNG (Compressed Natural Gas, mainly CH4) To evaluate the effects of spark timings on NOx emissions, the change of spark timing in a wide change is checked and Figure 10 indicates the variation of NOx as a function of spark timings Here, the spark timing is adjusted for a wide range 10 12 14 Figure Effects of system load on engine emissions 800 System load 700 2kW 4kW Spark timing, bTDC To understand the relation of biogas flow rate and the system load, Figure shows the change of biogas flow as a function of system load at engine speed of 1500 rpm It indicates that when the system load increases, both intake air flow and biogas flow increase The biogas flow at system load of 14 kW is around 2.8 times higher than that of kW The reason of this is caused by the increase of volumetric efficiency with higher system load and so it is needed to intake more biogas The speed regulator will control the throttle position to open more to keep the engine speed being constant at 1500 rpm or 50 Hz frequency System load, kW Figure Effects of system load on intake air / biogas flow Figure shows the change of system load with intake temperature and exhaust temperature It is found that the change of system load has a large effect on exhaust temperature and small effect on intake temperature When the system load increases from to 14 kW, the exhaust temperature is increased about 50C This may be caused by the higher biogas flow rate and so higher combustion temperature inside the combustion chamber with increase of system load The exhaust temperature is higher 600 5kW 8kW 500 10kW 12kW 400 300 200 100 -5 10 15 20 25 Spark timing, bTDC Figure 10 Effects of spark timing on NOx emissions from TDC (Top Dead Center) to 20 degree crank angle before TDC The system load is increased from to 12 kW For each value of spark timing, NOx emission is measured for each value of system load The obtained results show that there is a small change in NOx emissions at the low system load conditions At higher system load, NOx emission increases with increase of spark timings and/or system load conditions For the system load of 12 kW, increase of NOx is significantly with the advance of spark timing When the spark timing is adjusted from 14 to 22 bTDC, the NOx emission increases about times The results of this tendency are caused by higher combustion temperature and faster combustion flame velocity of biogas – air mixtures at higher load condition and advanced spark timings V CONCLUSIONS Following are the conclusions based on the experimental results obtained while operating the power generation system using biogas fuel generated from the waste of pig farm The preliminary findings are as follows:     Biogas fuel can be directly used in the SI engines without any large engine modifications, but it should be refined and upgraded to eliminate the harmful to human health and engine components Power generation system using biogas fuel shows the high stability of voltage output when the system load changes due to the developed electric speed regulator Properties and compositions of biogas fuel have small influenced the engine emission characteristics The output emissions exhausted from the SI engine was found to be low relatively when operating in biogas fuel Increases of system load will increase NOx emissions Good stability and lower smoke emission are the key factors for good power generation system using biogas generated from the waste of pig farm These factors are highly influenced by power consumption and the composition of biogas For biogas as a fuel, these factors are mainly decided by the effectiveness of filtration system To apply biogas as a fuel for further researches, the composition of clean biogas through filtration system should be studied to provide a useful substitute for gasoline and/or diesel thereby promoting our economy ACKNOWLEDGMENT The authors of the paper would like to thank to the program of project JICA-SUPREM-HCMUT at HoChiMinh City University of Technology for the research fund Also, the full support of Mr Nguyen Huu Nhiem and his pig farm for biogas supplying system from the anaerobic digesters is appreciated truly REFERENCES [1] [2] [3] [4] [5] [6] V D Duong, T V Duong and D L Le, “Calculate-Simulation Mixture Process in Biogas Supplying System for RV125-2 Diesel Engine,” Conference for Science and Technology at DaNang University, 2010 V G Bui et al., “Optimization of Supplying System for Dual Fuel Biogas-Diesel Stationary Engine,” Journal for Science and Technology, DaNang University, Vol 5, 2008 V G Bui, V N Tran, B T Le, The 6th Seminar on Environment Science and Technology Issues Related to Climate Change Mitigation Japan-Vietnam Core University Program, Osaka, Japan, 26-28 November 2008, pp 243-250 V G Bui, B T Le,Transportation Journal, Vol (2008), pp 23-26 V G Bui, M T Le, V D Nguyen, Review Science and Technology, The University of Danang, No 1(30)(2009), pp 7-13 V G Bui et al., “Optimization of Supplying System for Dual Fuel Biogas-Diesel Stationary Engine,” ... tô – máy kéo MSHV: 01308289 1- TÊN ĐỀ TÀI: ? ?Nghiên cứu đánh giá hệ thống máy phát điện sử dụng biogas từ chất thải trang trại heo? ?? 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Nghiên cứu tổng quan tình hình sử dụng. .. tạo hệ thống lọc lưu trữ phù hợp nhằm cung cấp biogas sạch, (4) đánh giá mức độ ảnh hưởng biogas đến đặc tính động Đối tượng nghiên cứu hệ thống máy phát điện sử dụng nhiên liệu biogas, hệ thống. .. mức phát thải ô nhiễm cao Sự phát triển trang trại chăn nuôi heo Chất thải từ trang trại thải trực tiếp ngồi mơi trường gây nhiễm mơi trường đất, nước khơng khí Nguồn chất thải sử dụng để tạo biogas