Máy phát điện sử dụng khí Biogas phần 2

Máy phát điện sử dụng khí Biogas

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn 6

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 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 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 lượng 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 mạch điện 69

5.2 Tiến hành thực nghiệm thay đổi tải 70

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 H2S 29

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 cấp 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

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 4-3 : 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 khiển 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

MỞ ĐẦU

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 người 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

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 lượng 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, NOx, SO2, bồ hóng và những chất gây tác động xấu đến môi trường, đặc biệt là CO2, 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 CO2 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 CO2 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]

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 năng 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

DẪN NHẬP

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 cả 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 tiềm 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

1.2./ Nguồn năng lượng gió

Năng lượng gió có thể dùng hữu hiệu nhất để bơm nước: bơm nước uống gia dụng hay cho gia súc, tưới cây và đồng ruộng hay để tích năng trong một hồ thủy điện Nhưng xu hướng hiện nay là dùng những quạt gió khổng lồ để sản xuất điện Một quạt gió sản xuất điện lớn nhất có công suất tới 3 MW và phải dành một khoảng trống 2.000/3.000 mét vuông để có thể chạy một cách tối ưu Ở những địa điểm thuận lợi nhất, một kilô mét vuông với những quạt gió xếp đặt một cách tối ưu thì có thể thu được 20 MWh mỗi năm, nghĩa là 55 kWh/m²/năm [11]

Hiện nay trên thế giới dang phát triển mạnh về nguồn năng lượng này và mang lại nguồn thu lớn cho ngân sách quốc gia Theo tính toán, cả thế giới đã có tổng công suất trên 100.000 MW máy phát điện từ sức gió Trong khu vực, Việt Nam được đánh giá là quốc gia có tiềm năng phát triển điện gió một cách đáng kể Theo dự kiến đến năm 2010, tỷ lệ năng lượng tái tạo ở Việt Nam, chủ yếu là điện gió sẽ chiếm 3% trong tổng công suất điện và sẽ tăng gấp đôi vào năm 2030

Hiện tại, hàng trăm máy phát điện gió quy mô rất nhỏ (từ 50W đến 150W) đã được lắp đặt nhiều nơi trong cả nước Trong đó, turbine gió to nhất công suất 800kW đã được lắp đặt ở đảo Bạch Long Vỹ (Hải Phòng) Theo Bộ Công Nghiệp tổng công suất điện gió được sử dụng hiện nay trên toàn Việt Nam là khoảng 0,2MW, cung cấp điện cho khoảng 1000 hộ tiêu thụ Bộ Công Nghiệp đánh giá các điều kiện gió ở Việt Nam chỉ phù hợp đối với các turbine gió cỡ vừa và nhỏ (không lớn hơn 1MW) Theo Viện Năng Lượng thuộc Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam (EVN), tiềm năng điện gió ở Việt Nam được đánh giá trong khoảng từ 200MW đến 500MW Tuy nhiên, nhiều tổ chức chuyên môn khác cho rằng tiềm năng điện gió của Việt Nam còn cao hơn nhiều [11]

Nguyên tắc chung của máy phát điện năng lượng gió:

- Turbine – 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 xuống bộ trữ năng

- Bộ trữ năng: gồm bộ nạp hạn dòng và hệ thống Accu trữ năng

+ Bộ hạn dòng (regulator): Là hệ thống điện tử hay điện cơ, có tác dụng điều khiển dòng nạp vào hệ thống accu, tránh làm hư hỏng máy phát và Accu, và cũng là cơ chế ổn định khi mà năng lượng gió luôn luôn thiếu sự bình ổn

+ Bộ trữ năng (battery): Là một tổ hợp Accu lớn nhỏ tuỳ theo mục đích chế tạo, năng lượng dự phòng và công năng của hệ thống máy phát điện chạy năng lượng gió Bộ trữ năng accu có độ bền thấp, giá đắt và là một tác nhân gây ô nhiễm môi trường

- Bộ chuyển năng (DC – AC converter) [12]: Là một mạch điện tử công suất lớn, chuyển đổi từ dòng điện một chiều (DC) của bộ Accu thành điện xoay chiều công nghiệp (Sinnoptic AC / 50 – 60 Hz) Đi kèm trong bộ chuyển năng còn có bộ tự động đóng ngắt nạp khi bình đầy, đóng điện từ converter vào mạng điện trong nhà– cắt điện lưới khi mất điện… Bộ này khá phức tạp, giá thành rất cao với những linh kiện chuyên dùng khó kiếm, lại rất dễ hư hỏng khi mất tải đột ngột hay khi ngắn mạch (chập, chạm tải)

Năng lượng gió thích ứng cho những áp dụng cá nhân hay những cộng đồng nhỏ sống ở những nơi hẻo lánh Với công nghệ hiện nay, vì cần nhiều diện tích đất hay mặt biển để vận hành, những vật liệu và thiết bị chịu đựng những xâm phạm của khí quyển, kết cấu có thể chịu được những gió mạnh và những thiết bị sản xuất điện hỗ trợ, phong điện ở quy mô lớn chưa chứng minh được tính khả thi kinh tế

1.3./ Nguồn năng lượng mặt trời[11]

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng mà con người biết sử dụng từ rất sớm, nhưng ứng dụng năng lượng mặt trời vào các công nghệ sản xuất và trên quy mô rộng thì mới chỉ thực sự vào cuối thế kỷ 18 và cũng chủ yếu ở những nước nhiều năng lượng mặt trời, những vùng sa mạc Từ sau các cuộc khủng hoảng năng lượng thế giới năm 1968 và 1973, năng lượng mặt trời càng được đặc biệt quan tâm Các nước công nghiệp phát triển đã đi tiên phong trong việc

nghiên cứu ứng dụng năng lượng mặt trời

Ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng duy nhất mà con người không phải lo lắng về khả năng khôi phục trong 3 triệu năm trước mắt Và mặc dù việc sử dụng nguồn năng lượng này phụ thuộc vào thời gian trong ngày và mức độ mây che, có thể coi nó là lựa chọn thay thế chủ yếu trong vấn đề năng lượng của

tương lai Dựa trên hiệu ứng quang điện được phát hiện năm 1839

Năng lượng mặt trời là nguồn an toàn nhất Có thể nói, năng lượng mặt trời ít tác động xấu đến môi trường xung quanh nhất so với việc sử dụng các nguồn năng lượng khác Các quạt gió hoạt động gây rung cho đất, ảnh hưởng tiêu cực đến “bộ máy” tiền đình của người và động vật, còn các đập thủy triều dần dần

làm thay đổi hình dạng sinh thái của vùng bờ biển bao quanh chúng

Hệ thống năng lượng mặt trời gồm nhiều bảng nhật năng lượng (solar Panels) được gắn nối tiếp hay song song, những bảng nhật năng này nhận ánh sáng mặt trời tạo ra năng lượng điện một chiều, dòng điện một chiều này được nối liền với bình tụ điện (Battery) qua bộ điều kế (Charge Controller) để điều hòa không hơn không kém năng lượng cho bình tụ điện và cung cấp đủ năng lượng mà bình tụ điện cần Hệ thống năng lượng này cần bộ biến điện (inverter) để đổi dòng điện một chiều ra dòng điện xoay chiều, dòng điện xoay chiều được

ứng dụng cung cấp cho các đồ tiêu dùng đòi hỏi trong nhà của đời sống hàng

ngày cũng như cung cấp đầy đủ năng lượng cho các khu công nghiệp cao

- Bảng nhật năng: là bộ phận chính yếu của hệ thống năng lượng mặt trời Bảng nhật năng được cấu tạo bởi những phân tử, phân tử được gắn nối tiếp hay song song với nhau với vật liệu bán dẫn Năng lượng mặt trời được cấu tạo bởi các phân tử bán dẫn trong bảng nhật năng Công suất được phát ra của bảng nhật năng là sự tổng hợp của mỗi phân tử bán dẫn, cường độ và điện thế của bảng

nhật năng bằng cường 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 thế quá thấp [12]

- Bình tụ điện: bình tụ điện được dùng để chứa điện năng một chiều thông thường là 12VDC Bình tụ điện được thiết kế thu nhận điện năng và cung cấp điện năng nhiều lần trong hệ thống năng lượng mặt trời Cũng như bảng nhật năng, bình tụ điện được thiết kế nối tiếp hay song song để cung cấp nhu cầu điện thế đòi hỏi Bình tụ điện phải có đủ cường độ để cung cấp hiệu quả điện thế trong thời gian không có ánh nắng mặt trời hay cho những ngày nhiều mây

- Bộ biến điện: là bộ phận chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) trong bình tụ điện (battery) ra dòng điện xoay chiều (AC) 120V/240V Phần lớn hệ thống năng lượng mặt trời cung cấp dòng điện một chiều đều chứa trong bình tụ điện (battery) Thông thường bộ biến điện có công suất đủ cung cấp cho các ứng dụng tiêu dùng và không phí phạm công suất Bộ phận này là thành phần của cấu tạo và phối hợp điện tử, nhân dòng điện một chiều (12VDC) trong bình tụ

điện (battery) ra dòng điện xoay chiều (120V/240VAC) [12]

1.4./ Năng lượng sóng biển

Nước ta có trên 3.000 km bờ biển quanh năm sóng vỗ [11] Nếu tận thu được nguồn năng lượng dồi dào từ sóng biển sẽ đem lại hiệu quả kinh tế không

nhỏ Năng lượng sóng biển còn dồi dào hơn năng lượng gió vì gió có lúc lặng nhưng sóng biển thì không lúc nào ngưng Năng lượng sóng tuy phân tán nhưng ổn định hơn năng lượng mặt trời vì năng lượng mặt trời chỉ thu được khi có nắng Sau đây là một dạng máy phát điện bằng sóng biển kiểu chánh ngầm [11]:

Máy phát điện cánh ngầm hoạt động như sau:

Khi sóng biển nâng phao (ký hiệu số 4) lên dây cáp (5) bị căng ra kéo cho tời quấn cáp (2) quay Khi sóng biển hạ phao xuống dây cáp bị chùng xuống và được quấn trở lại tời (Trong tời quấn cáp, ta lắp một lò xo sao cho lò xo này tự động quấn cáp lại mỗi khi nó bị chùng)

Trong tời quấn cáp, ta cũng lắp một hộp dây cót sao cho mỗi khi sóng biển dâng lên kéo cho tời quay thì công năng này làm lên dây cót (giống như ta lên dây cót cho đồng hồ)

Trên sợi cáp ta có thanh hãm (7) để giữ cho cánh ngầm (6) không bị lò xo của tời quấn cáp kéo lại quá gần với phao Cánh ngầm phải được giữ cách phao một cự li nhất định để cánh ngầm không bị dao động lên xuống cùng với sóng

biển Ta biết rằng càng xuống sâu thì ảnh hưởng của sóng biển càng giảm, ở độ sâu trên 10 mét thì nước biển rất ít bị dao động bởi sóng biển

Công năng của dây cót sẽ được xả ra dần dần làm quay máy phát điện (1) Trong tời quấn cáp ta cũng cần lắp một cơ cấu đế có thể tự động cắt kết nối giữa dây cót với tời mỗi khi dây cót đã bị lên quá căng Cánh ngầm cũng nên được chế tạo sao cho chúng ta có thể cụp nó lại mỗi khi có bão tố

Các chi tiết của máy phát điện cũng cần phải được chế tạo bằng những vật liệu nhẹ để tăng hiệu quả của máy phát Để có nguồn điện ổn định, cần trang bị thêm các bình ắc quy để 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 phao tiêu hàng hải Chúng ta có thể kết hợp nhiều máy phát điện cánh ngầm với nhau để tạo ra nguồn điện có công suất đủ lớn để dùng cho các mục đích khác nhau

1.5./ Nguồn năng lượng sinh học [12]

Năng lượng sinh học là năng lượng trích ra từ những vật liệu hữu cơ, chủ yếu từ thực vật Tiềm năng của năng lượng sinh vật chưa được xác định vì có nhiều nguồn và nhiều dạng Những nguồn năng lượng sinh học là những chất đốt rắn tái tạo, rác đô thị, phế liệu hữu cơ của nông nghiệp và công nghiệp và những thực vật đã được cố ý trồng để làm nguồn năng lượng

Những năng lượng đó rất đa dạng: sinh khối cellulo sợi (ligno cellulosic) hay sinh khối rắn, sinh khối có glucid và sinh khối chứa dầu Mỗi dạng cần đến một nguồn cơ bản và một quy trình biến chế thành năng lượng khả dụng khác nhau

Để gia tăng nguồn năng lượng sinh học thì có ba phương pháp:

- Trồng những cây có đường, mía và củ cải ngọt, hay là ngũ cốc, lúa và ngô

- Trồng những cây tự nhiên có dầu như là rong, hoa hướng dương, cây có hai lá mầm (jatropha)

- Trồng rừng những cây mọc mau như là trúc, cây bạch đàn, cây dương, cây thông,

Sinh khối cellulo sợi gồm gỗ, rơm, bã mía, rác đô thị, phụ phẩm và phế liệu chế biến gỗ, phế liệu chế biến thực phẩm, phần hữu cơ của rác đô thị,…

Nhân loại đã biết dùng những nguồn năng lượng này từ thời thượng cổ rồi Tiềm năng năng lượng từ gỗ là 5600 đến 6000 TWh mỗi năm, trong đó 5000 TWh dưới dạng củi gỗ và 400 TWh dưới dạng than củi Vì cung ứng những nguồn năng lượng này ít qua những kênh thương mại nên ước tính tiềm năng của chúng không được chính xác Ngoài việc đốt củi hay than củi để thổi cơm và đun nước sinh khối cellulo sợi được đốt, đơn độc hay phụ trợ cho những năng lượng khác, để sản xuất điện và hơi nước Nhiều đô thị các nước công nghiệp được cung ứng nước nóng gia dụng nhờ những lò đốt rác đô thị IEA ước tính, năm 2005, 135 TWh điện đã được sản xuất từ sinh khối rắn, 23 TWh từ rác đô thị và 25 TWh từ những nguồn sinh khối rắn khác

Sinh khối có glucid gồm những hạt ngũ cốc, củ cải đường, mía đường,…

phân acid (acid hydrolysis) để biến thành khí, chủ yếu khí methan, dùng làm năng lượng Chúng tham gia vào việc cung ứng năng lượng cho gia đình, cho những cộng đồng nhỏ Sau khi được lọc kỹ, khí methan có thể được trộn vào mạng phân phối khí đốt đô thị

Sinh khối chứa dầu gồm cây cải dầu, dừa dầu, hoa hướng dương,… Dầu của những thực vật này được ép và lọc để biến thành nhiên liệu lỏng Nhiên liệu lỏng này có thể được dùng nguyên chất hay pha trộn với sản phẩm dầu trong ngành giao thông vận tải

Qua các dạng năng lượng trên thì mỗi dạng năng lượng đều có một sự khác biệt riêng Chẳng hạn như năng lượng từ sức nước thì cần có diện tích rộng, gần sông ,suối năng lượng gió cũng cần có diện tích rộng và nơi đó phải có gió… năng lượng mặt trời thì phụ thuộc ánh sáng mặt trời…Để phục vụ cho đề tài của mình, nhóm chúng em chọn dạng năng lượng sinh khối (biomass) hay còn gọi là năng lượng vi sinh (biogas) Đây là một loại năng lượng tái tạo đặc biệt vì loại năng lượng này có thể sản xuất trực tiếp ra khí đốt Nước ta là nước phát triển mạnh về nông nghiệp, vì vậy hầu như vùng nào cũng có các hộ dân chăn nuôi gia súc Quá trình chăn nuôi sẽ thải ra một lượng lớn chất thải gây ô nhiễm môi trường và là trở ngại lớn cho ngành chăn nuôi Tuy nhiên, ta có thể tận dụng các nguồn chất thải này để sản xuất năng lượng thông qua quá trình sản xuất khí sinh học (khí biogas) Khí này sản xuất ra hơi nóng sau khi đốt và hơi nóng sẽ chạy qua một turbine và máy phát điện để cải biến thành điện năng

Trên cơ sở các dạng năng lượng đã nghiên cứu trên, ứng 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

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ KHÍ BIOGAS

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 hoạt, các chất thải của quá trình sản xuất nông nghiệp, chăn nuôi, xử lý nước là nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất biogas Theo ước tính của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, nếu sử dụng tất cả nguồn nguyên liệu có thể tạo ra khí sinh học để dùng trong vận chuyển thì lượng năng lượng này có thể làm giảm 500 triệu tấn khí cacbonic hàng năm, tương đương với với số lượng 90 triệu xe dùng trong một năm [6]

Về thành phần chính: Thành phần chính của Biogas là CH4(50¸60%) và CO2 (»30%) còn lại là các chất khác như N2, O2, H2S, CO…CH4 tạo ra sự cháy khi tiếp xúc với ôxi do đó có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ và chạy máy phát Để sử dụng biogas làm nhiên liệu thì phải xử lý biogas trước khi sử dụng vì H2S là một khí rất độc tạo nên hỗn hợp nổ với không khí [1] Khí H2S có thể ăn mòn các chi tiết trong động cơ và làm ô nhiễm môi trường không khí, sản phẩm của nó là SOx cũng là một khí rất độc Hơi nước có hàm lượng nhỏ nhưng ảnh hưởng đáng kế đến nhiệt độ ngọn lửa, giới hạn cháy, nhiệt trị thấp và tỷ lệ không khí/nhiên liệu của Biogas

Do đó để có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu, việc đầu tiên là phải lọc các tạp chất có hại Sử dụng biogas nói riêng và các nguồn năng lượng tái sinh có nguồn gốc từ năng lượng mặt trời nói chung không làm tăng nồng độ CO2 trong bầu khí quyển

2.1.2/Tình hình phát triển khí Biogas ở nước ta hiện nay

Trong những năm gần đây, người dân ở nông thôn nước ta đã bắt đầu quen dần với việc sử dụng Biogas làm chất đốt Phong trào xây dựng các hầm khí Biogas qui mô gia đình và ở các hộ chăn nuôi gia súc ở nước ta cũng đã được phát triển Các hầm Biogas này một mặt, cung cấp chất đốt cho người dân

và mặt khác, giúp người dân xử lý các chất thải từ chăn nuôi và các hoạt động sản xuất khác, kết quả đem lại rất tích cực cả về hiệu quả kinh tế lẫn bảo vệ môi trường [6] Tuy nhiên việc sử dụng Biogas để đun nấu chỉ mới đáp ứng được một phần tiện ích vì người dân cần nhiều năng lượng hơn để chạy các máy công tác phục vụ sản xuất Khó khăn trong khai thác Biogas của chúng ta là nguồn nguyên liệu không tập trung và quy mô không đồng đều Những nơi có sản lượng Biogas lớn như các bãi chôn lấp rác, các trạm xử lý nước thải… có thể sử dụng động cơ cỡ lớn để kéo máy phát điện Các trại chăn nuôi trung bình và nhỏ, nếu sử dụng động cơ cỡ lớn thì không đủ Biogas để chạy liên tục, nếu dùng động cơ cỡ nhỏ thì không đảm bảo được công suất cần thiết cho sản xuất Vì vậy trong thực tế hiện nay, phần lớn các hầm Biogas ở nước ta chỉ dùng cho việc phục vụ đun nấu Việc sử dụng Biogas để chạy động cơ đốt trong sẽ góp phần đáng kể vào việc cải thiện đời sống của người dân ở nông thôn

Vào tháng 3/2002, Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn Việt Nam đã ban hành tiêu chuẩn ngành về công trình khí sinh học nhỏ, dự án “ Hỗ trợ chương trình khí sinh học cho ngành chăn nuôi ở một số tỉnh của Việt Nam” được triển khai ở 12 tỉnh thành, do chính phủ Hà Lan tài trợ không hoàn lại với tổng giá trị 2 triệu USD Đây là dự án lớn nhất trong số các dự án đầu tư cùng loại được triển khai (2/2003-1/2006) Dự án được triển khai một cách khoa học tổ chức nhiều lớp tập huấn cho kỹ thuật viên và thợ xây dựng về công nghệ khí sinh học

Đặc biệt ở Đồng Nai phong trào xây hầm khí sinh học (Biogas) đang phát triển nhanh trong các cộng đồng dân cư Vì nhận thấy được hiệu quả kinh tế và bảo vệ môi trường bền vững cho chính mình (vừa xử lý phân rác, không gây ô nhiễm, vừa có khí đốt, điện thắp sáng cho các trang trại), nên các hộ chăn nuôi ở Đồng Nai đã xây dựng được gần 10.000 hầm và túi ủ Biogas, trong đó phần lớn là các hộ dân tự làm với sự hướng dẫn kỹ thuật của Trung tâm nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn tỉnh.[8]

2.1.3./Mô hình xây dựng hầm chứa

Cấu tạo hầm chứa khí Biogas bao gồm:

¾ Đường ống dẫn các chất thải động vật, hay các chất thải hữu cơ

¾ Bể chứa kín để lên men quá trình phân hủy ¾ Đường ống dẫn đến nơi tiêu thụ

¾ Túi trữ khí

Nguyên lý làm việc của bể sinh khí Biogas

Chất thải động vật, hay chất thải các chất hữu cơ và nước được đưa vào bộ phận nạp liệu, ở đây chúng được hoà trộn cho đều rồi pha loãng với chất khô

và nước tạo thành hỗn hợp nguyên liệu đưa vào bộ phận phân huỷ thông qua ống dẫn liệu vào Trong bộ phận phân huỷ, do hoạt động của các vi sinh vật lên men kỵ khí các chất hữu cơ tạo ra sản phẩm cuối cùng là khí sinh vật Các hợp chất hữu cơ còn lại trong chất liệu nhão là một thứ phân có chất lượng rất cao Khí mêtan được sinh ra tụ lại trong một bộ phận chứa khí, từ đó được dẫn đến nơi tiêu thụ với các mục đích khác nhau.[8]

Tuy nhiên chất lượng khí Biogas cũng bị ảnh hường do các yếu tố [8]

y Do nhiệt độ môi trường

Trong điều kiện tự nhiên, nhiệt độ thích hợp nhất đối với chúng là 400C Nhiệt độ thấp hoặc thay đổi đột ngột đều làm cho quá trình sinh khí mêtan yếu đi Nhiệt độ môi trường xuống dưới 100C thì quá trình phân hủy gần như ngừng hẳn Vì vậy tại những vùng lạnh cần bảo đảm cách nhiệt tốt để giữ ấm

30-cho thiết bị

y Mức độ kỵ khí

Khí sinh vật được sinh ra do hoạt động của rất nhiều vi sinh vật, trong đó các vi khuẩn metan là quan trọng nhất Những vi khuẩn này chỉ sống trong môi trường tuyệt đối không có oxy Vì vậy đảm bảo cho môi trường tuyệt đối kỵ khí là yếu tố quan trọng đầu tiên

y Hàm lượng chất khô

Khi ta sấy khô nguyên liệu, nước sẽ bay hơi hết và còn lại là phần chất khô của nguyên liệu Hàm lượng chất khô là tỉ lệ giữa trọng lượng chất khô và tổng trọng lượng của nguyên liệu, thường được biểu thị bằng phần trăm

y Thời gian lưu

Thời gian lưu là thời gian nguyên liệu nằm trong bể phân hủy của thiết bị khí biogas Chính trong thời gian này nguyên liệu bị phân hủy kị khí và sinh ra khí biogas

y Tỷ lệ cacbon và nitơ

Các chất hữu cơ gồm các nguyên tố hóa học, chủ yếu là cacbon(C), hydro(H2), oxy (O2), lưu huỳnh (S), photpho (P) và nitơ (N2) Tỷ lệ giữa trọng

lượng của cacbon và nitơ (C/N) có trong thành phần nguyên liệu là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá khả năng phân hủy của nó

y Các độc tố

Hoạt động của vi khuẩn chịu ảnh hưởng của một số hóa chất Khi hàm lượng của những chất này vượt quá một thời hạn nhất định, các vi khuẩn có thể

bị tiêu diệt

2.1.4./Một số hình ảnh xây dựng hầm chứa thành công [11]

Mô hình xây dựng ở Đồng Nai

Mô hình xây dựng ở Tiền Giang

Mô hình xây dựng ở Đà Nẵng

Mô hình ở Thanh Hóa

™ Bảng thời gian máy phát có thể hoạt động trong ngày:

Nếu khí biogas được sản xuất nguồn chính từ chất thải chăn nuôi nông nghiệp, thời gian máy phát có thể hoạt động được liên tục trong ngày sẽ phụ thuộc vào số lượng đàn heo, công suất hoạt động của máy và được thể hiện trong bảng sau [11]:

Với: Công suất điện được tính bằng KW, thời gian hoạt động của máy tính theo giờ (số in nghiêng)

2.2./ Điều chế sản xuất khí Biogas sạch cho máy phát điện

Khí Biogas là hợp chất khí bao gồm: khí mêtan chiếm khoảng 60-70%, khí CO2 chiếm lớn hơn 30% và một số tạp chất khí khác như: H2S, N, Khí CH4 sản sinh ra sự cháy, CO2 làm giảm khả năng đốt cháy của khí, khí H2S làm gây tắt thở khi hít phải và khi đốt cháy nó sinh ra lượng axit H2SO4 làm ăn mòn kim loại Để có thể sử dụng Biogas làm nhiên liệu, việc đầu tiên là phải lọc các tạp chất có hại [1]

Do đó ta phải tìm cách loại bỏ các khí này khi đưa vào máy phát điện

Số lượng lợn trong trang trại (con) Công

suất điện (kW)

hấp phụ Phương pháp này được dùng phổ biến nhất trong việc thu hồi các nguyên tử kim loại quí để sử dụng lại trong công nghiệp hóa chất

Trong kĩ thuật xử lý ô nhiễm không khí, phương pháp hấp phụ được dùng để thu hồi và sử dụng lại hơi của các chất hữu cơ, khử mùi thải ra của các nhà máy sản xuất thực phẩm, thuộc da, nhuộm, chế biến khí tự nhiên,công nghệ tổng hợp hữu cơ….[8]

Trong các thành phần trên, H2S dù chỉ chiếm một tỉ lệ rất nhỏ, nhưng là khí có hại nhất Khi sử dụng để nấu bếp, H2S gây ăn mòn các ống dẫn, bếp nấu, và làm cho Biogas có mùi hôi khó chịu H2S khi cháy tạo thành SO2 cũng là khí độc hại đối với sức khỏe con người Khi sử dụng cho động cơ, H2S gây ăn mòn các chi tiết của đường ống nạp-thải và buồng cháy, làm giảm tuổi thọ của động cơ.[5]

™ Xây dựng tháp hấp phụ khí tách khí H2S

Trong nghiên cứu này sử dụng phoi sắt để tách H2S.Chất này được EPA (Cục bảo vệ môi trường Mỹ) chứng nhận không gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và có thể thải trực tiếp ra các bãi rác.Trước khi sử dụng, phoi sắt được oxy hóa để tạo thành một lớp oxyt sắt trên bề mặt Quá trình này có thể thực hiện một cách tự nhiên bằng cách phơi phoi sắt ngoài không khí một thời gian hoặc đốt để tăng tốc độ oxy hóa Phản ứng oxy hóa phoi sắt diễn ra như sau :

Fe + 1/2 O2 Æ FeO 2Fe + 3/2O2 Æ Fe2O3 3Fe + 2O2 Æ Fe3O4

Oxyt sắt tạo thành là hỗn hợp của các oxyt FeO, Fe2O3, Fe3O4 Các phản ứng trên có thể được xúc tiến nhanh hơn bằng cách tưới nước trên phoi sắt Quá trình oxy hóa sắt đạt yêu cầu khi bề mặt phoi sắt chuyển từ màu xám sang màu vàng xốp, hoặc đỏ xốp

Khi khí Biogas đi qua thiết bị lọc chứa oxyt sắt, H2S được tách ra theo các phản ứng sau:

Fe2O3 + 3H2S Æ Fe2S3 + 3H2O Fe3O4 + 4H2S Æ FeS+Fe2S3 + 4H2O FeO + H2S Æ FeS + H2O

Khi hiệu suất của thiết bị giảm thấp, chúng ta có thể tái sinh lõi lọc bằng cách phơi phoi sắt ngoài không khí Để gia tốc quá trình tái sinh, chúng ta có thể đốt phoi sắt đã sử dụng trong 15 phút Tuy nhiên quá trình này tạo ra chất khí ô nhiễm SO2:

Fe2S3 + 9/2O2 Æ Fe2O3 + 3SO2 FeS + 3/2O2 Æ FeO + SO2

Phoi sắt có thể được tái sử dụng từ 3-5 lần Phoi sắt sau khi đốt được trộn với vỏ bào cưa với tỉ lệ 1:1 về thể tích, sau đó được cho vào thiết bị lọc.[5] , [8]

Là chất khí không cháy, không màu, không mùi Nặng gấp 1.5 lần không khí Nếu khí này chiếm tỉ lệ cao trong khí sinh học sẽ làm cho chất lượng khí sinh học kém đi Khí CO2 tuy không gây

ăn mòn như H2S, nhưng sự hiện diện của nó với hàm lượng lớn làm giảm nhiệt trị của nhiên liệu Thành phần hơi nước cũng gây ảnh hưởng tương tự như CO2

Nhiệt Độ (T0C) Than hoạt tính Trung Quốc (Hiệu suất-%)

Than hoạt tính gáo dừa (Hiệu suất-%)

™ Ảnh hưởng của chiều cao tháp, vật liệu, nhiệt độ môi trường đến

Từ bảng kết quả ta có thể so sánh được rằng:

y Nhiệt độ càng tăng thì khả năng hấp phụ của than hoạt tính càng giảm y Mặt khác vì chiều cao lớp vật liệu hấp phụ tăng thì thời gian tiếp xúc giữa dòng khí và vật liệu hấp phụ tăng do vậy hiệu suất hấp phụ cũng tăng theo chiều cao

y Ở nhiệt độ môi trường 300C là nhiệt độ tốt nhất để để than hấp phụ

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 xử lý có thể được giải thích

Khí Biogas từ hầm chứa được dẫn đến tháp hấp phụ bằng đường ống dẫn kín, ở đầu vào tháp sẽ có đồng hồ đo áp suất khí nhằm hiễn thị lượng khí hiện tại có thể cung cấp cho máy phát Khí được đi qua tháp hấp phụ thứ nhất (4) có chứa các phoi sắt, H2S bị phoi sắt tác dụng phân hủy và giữ lại bên trong ống Lượng khí sẽ tiếp tục đi qua tháp hấp phụ thứ hai (5) có chứa than hoạt tính, dưới tác dụng của các đặc tính hóa học, khí CO2 bị giữ lại, và ở đầu ra (7) ta thu được lượng khí Biogas với lượng tạp chất là bé nhất

Lượng khí sau khi ra ta có thể kiểm tra bằng nhiều cách, để dễ dàng nhất thì ta thực nghiệm 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

THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN KHÍ BIOGAS VÀ

MẠCH ĐIỀU KHIỂN

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 phát3.1.1./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 thuần túy bằng xăng được bán rộng rãi trên thị 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)

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 động chính sẽ có sự khác biệt về kích thước, đường kính và lỗ chân không của họng khí, nhưng tất cả đều nhằm mục đích hoà trộn tỷ lệ khí thiên nhiên và khí Biogas có tỷ lệ thích hợp nhất trước khi đưa vào buồng đốt

™ Đặc điểm chủng loại máy phát được chọn

Trong đề tài này nhóm chọn loại máy phát dành cho gia đình có công suất cỡ nhỏ 550W và được thể hiện ở hình 3-1 Máy phát hiệu Honda của Nhật Bản, máy ban đầu chạy bằng xăng sau đó mới cải 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 động theo nguyên tắc hoàn toàn cơ học Nếu tỉ lệ nhiên liệu và gió được điều chỉnh không chuẩn sẽ dẫn đến hiện tượng khó khởi động cho máy hoạt động

Sau đây là hình vẽ cơ cấu bộ chế hoà khí:

Bộ chế hoà khí máy phát, động cơ nổ, hay các xe máy hiện nay về nguyên lý hoạt động và cơ cấu của nó đều có điểm tương đồng như nhau Về Nguyên lý cơ bản giải thích như sau [9]:

Đầu tiên, xăng được chuyển vào buồng phao (float chamber) thông qua ống dẫn đầu vào (feed pipe)và đường dẫn nhiên liệu (fuel inlet) Khi khoang chứa đã nạp đầy đến một mức độ nhất định, phao và kim chỉ van nâng lên và việc nạp nhiên liệu được ngưng lại Khi piston chuyển động xuống dưới xi lanh, áp suất trong xi lanh giảm xuống Áp suất của khí quyển sẽ đẩy không khí vào trong bộ chế hòa khí Đó là nơi mà không khí sẽ được trộn với một lượng xăng thích hợp từ buồng phao để tạo ra hổn hợp xăng + không khí, tỷ lệ xăng/không khí thông thường vào khoảng 1g xăng/14,7g không khí Nếu lượng xăng> 1g/14,7g không khí hỗn hợp được gọi là hỗn hợp giàu, được dùng khi máy phát hay động cơ khởi động hoặc đang tăng ga, tăng tải Nếu động cơ hay máy phát luôn hoạt động trong trạng thái hỗn hợp giàu sẽ sinh ra hiện tượng đống muội đen trong buồng đốt, bugi và ống xả, hiệu suất sử dụng nhiên liệu giảm, "ăn xăng" Nếu lượng xăng< 1g/14,7g không khí hỗn hợp được gọi là hỗn hợp nghèo, sinh ra do điều chỉnh các thông số bị sai lệch, các đường nạp xăng bị bẩn hoặc tắt Nếu động cơ hay máy phát hoạt động trong trạng thái hỗn hợp nghèo

công suất giảm, lực moment giảm (động cơ bị yếu) sinh ra hiện tượng đóng trắng trong buồng đốt và bugi

Đó là nguyên lý hoạt động chính của bộ chế hoà khí hoạt động hoàn toàn bằng cơ học Ngoài ra với tốc độ phát triễn các vi mạch hiện nay, một bộ điều chế hoà khí bằng điện tử đã ra đời [13](máy chạy bằng xăng)

Loại phun xăng bằng điện tử EFI đang có xu hướng phát triển mạnh những năm gần đây Ưu điểm lớn nhất của phun xăng điện tử là tạo nên hòa khí có tỷ lệ lý tưởng ở tất cả các xi-lanh với mục tiêu của tất cả các chế hòa khí là tạo nên một hòa khí có tỷ lệ khối lượng tối ưu giữa không khí và nhiên liệu là 14,7:1 Với những hòa khí đạt tỷ lệ trên, nó sẽ cháy hoàn toàn Một hỗn hợp nào đó có tỷ lệ thấp hơn được gọi là "giàu" do có quá nhiều nhiên liệu so với không khí Ngược lại, hỗn hợp đó được coi là "nghèo"

Hỗn hợp giàu sẽ không cháy hết do thừa nhiên liệu và gây hao xăng Trong khi đó, hỗn hợp nghèo không sinh ra công tối đa, khiến động cơ làm việc yếu và thiếu ổn định Để thực hiện điều này, bộ chế hòa khí phải kiểm soát được lượng không khí đi vào động cơ và thông qua đó cung cấp một lượng nhiên liệu phù hợp Do vận hành tự động nên hệ thống EFI cần có các thông số để điều khiển kim phun đóng mở trong khoảng thời gian sao cho lượng nhiên liệu vừa đủ để tạo nên hỗn hợp lý tưởng Các thông số cần thiết để EFI hoạt động ổn định

là góc quay và tốc độ trục khuỷu, lưu lượng khí nạp, nhiệt độ khí nạp, nhiệt độ nước làm mát, tỷ lệ hỗn hợp, nồng độ oxy ở khí thải Những số liệu này được thu thập từ các cảm biến đặt khắp nơi trong động cơ.[13]

Ưu nhược điểm phổ biến của phun xăng điện tử EFI đã chứng tỏ ưu điểm lớn của nó Khác với chế hòa khí, EFI mà đặc biệt là loại đa điểm MFI có thể tạo nên những hòa khí có tỷ lệ gần ngưỡng lý tưởng ở tất cả các xilanh, tùy theo điều kiện vận hành của chúng Điều này có nghĩa hòa khí ở các buồng đốt đều cháy hết, qua đó sinh công tối đa trong khi lượng nhiên liệu tiêu thụ ở mức vừa đủ

Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm khi hỏng hóc, người vận hành phải đem đến nơi chuyên môn để xác định nguyên nhân và nếu hoạt động với xăng kém chất lượng sẽ làm ảnh hưởng đến đầu kim phun xăng

Trên cơ sở nguyên lý hoạt động của bộ chế hoà khí chạy bằng xăng, ta cũng có thể hiểu được rằng trước khi nhiên liệu vào buồng cháy của động cơ thì tỷ lệ khí thiên nhiên và nhiên liệu đốt phải được hoà trộn với tỷ lệ thích hợp

3.1.3/Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy phát

Để đưa được khí Biogas vào buồng cháy của máy phát ta có thể thực hiện bằng nhiều cách khác nhau, có thể thay bộ chế hoà khí cũ bằng một bộ chế hoà khí khác dành riêng cho nguyên liệu Biogas hoặc ta có thể giữ nguyên bộ chế hoà khí cũ, thiết kế thêm 1 số chi tiết để đưa lượng khí vào phù hợp hoặc ta có thể sử dụng bộ phụ kiện chuyển đổi nhiên liệu LPG/xăng có trên thị trường [3] Để đơn giản hoá nhóm đã chọn phương án giữ nguyên bộ chế hoà khí của máy phát cũ, thiết kế thêm 1 chi tiết để đưa lượng khí Biogas vào họng máy, đường cung cấp xăng và các lỗ thông hơi cũ không cần thiết được bit kín nhằm giảm bớt lượng không khí thiên nhiên không cần thiết khi hoạt động đưa vào máy phát đồng thời tạo ra được áp suất mạnh hơn trong xylanh, và cho bướm ga điều khiển bằng cơ ban đầu mở cố định là tối đa Với phương pháp này ta cũng có thể dễ dàng chuyển máy về chạy bằng xăng khi lượng khí Biogas ngặt nghèo

™ Đặc điểm cung cấp nhiên liệu cho máy phát