Có 2 phương pháp:
- Phương pháp hóa sinh (biochemical): dùng phương pháp hóa sinh để biến đổi sinh khối (Biomass) thành khí sinh học làm nhiên liệu cho các động cơ đốt trong kéo máy phát điện.
- Phương pháp nhiệt hóa học (Thermochemical): đốt nhiên liệu sinh khối
dạng rắn, nhiệt lượng tỏa ra làm hóa hơi các lò hơi quay các tua bin hơi phát điện.
Sinh Khối
Hóa Sinh Nhiệt Hóa
Lên Men Tiêu hóa Kỵ khí Đốt Khí Hóa Nhiệt Phân Ethanol Khí Sinh Học Khí Dầu Nhiệt Phân
Luận văn tốt nghiệp
Trang 65
Hình 2.17: Những phương pháp biến đổi sinh khối 2.3.1. Phương pháp nhiệt hóa học (Thermochemical)
2.3.1.1. Cơng nghệ đốt sinh khối
Phương pháp tạo điện từ việc đốt sinh khối là hình thức chung nhất. Phương pháp này có phạm vi áp dụng rộng từ các nhà máy vài MW đến 100 MW hoặc hơn. Trên toàn thế giới, hơn 90% sinh khối được sử dụng để sản xuất điện là bằng phương pháp này. Chi phí và sự dồi dào của nguyên liệu ảnh hưởng mạnh mẽ tới quy mơ và tính kinh tế của dự án.
Có hai thành phần chính trong một nhà máy điện đốt sinh khối: buồng đốt sinh khối để tạo hơi nước, và tua-bin hơi để tạo ra điện.
Hơi nước tạo ra trong buồng đốt được tống vào tua-bin hơi. Điều này chuyển nhiệt chứa trong hơi nước thành cơ năng, làm quay máy phát điện.
Luận văn tốt nghiệp
Trang 66
2.3.1.2. Cơng nghệ khí hóa sinh khối
Khí hóa sinh khối là chuyển sinh khối dạng rắn thành dạng khí, được gọi là khí tổng hợp (syngas). Khí này có thể đốt cháy trong các tua-bin đơn hoặc các tua- bin chu kỳ liên hợp (CCGT) ở hiệu suất cao hơn việc đốt sinh khối để quay tua-bin hơi. Hiệu suất của những hệ thống dạng này có thể lên đến 60%.
Khí hóa sinh khối có hai quy trình:
- Quy trình 1: Nhiệt phân. Nhiệt độ của quy trình này khoảng 500oC. Ở quy trình này, 75% - 90% nguyên liệu dễ bay hơi chuyển thành thể lỏng hoặc khí. Các sản phẩm khó bay hơi cịn lại gọi là than.
- Quy trình 2: Khí hóa. Nhiệt độ của quy trình này khoảng 1000oC. Ở quy trình này, các hydrocarbon khơng bền và than sẽ được chuyển thành CO, H2 và CO2. Tuy nhiên, cho đến nay, q trình khí hóa vẫn chưa được ứng dụng rộng trong thực tế mà chỉ vẫn đang ở giai đoạn thử nghiệm kỹ thuật. Các lò chuyển đổi sinh khối rắn thành khí đốt nóng sinh khối ở một mơi trường mà tại đó sinh khối rắn phân hủy chuyển thành khí dễ cháy. Q trình này có thuận lợi hơn so với việc đốt trực tiếp. Khí sinh học có thể được làm sạch và lọc để phân loại và tách các hợp chất hóa học có thể có hại.
2.3.1.3. Công nghệ nhiệt phân
Nhiệt phân là quá trình đốt sinh khối ở nhiệt độ rất cao (khoảng 500oC) và sinh khối phân rã trong môi trường thiếu khí oxy. Vấn đề trở ngại ở đây là rất khó tạo ra một mơi trường hồn tồn khơng có oxy. Thơng thường, một lượng nhỏ oxy hóa vẫn diễn ra và có thể tạo ra một số sản phẩm phụ khơng mong muốn. Ngồi ra, cơng nghệ này địi hỏi một nguồn thu nhiệt lượng cao và do đó vẫn cịn rất tốn kém. Q trình đốt sinh khối tạo ra dầu nhiệt phân (pyrolysis oil), than hoặc khí tổng hợp (char & syngas). Các sản phẩm này có thể được sử dụng tương tự như dầu khí để tạo điện năng. Như vậy, q trình nhiệt phân không tạo ra tro hoặc năng lượng một cách trực tiếp, mà nó chuyển sinh khối thành các nhiên liệu có chất lượng cao hơn. Tiến trình này bắt đầu từ việc hun khô sinh khối để tăng tối đa hiệu suất đốt, tương tự như trong quá trình đốt trực tiếp.
Luận văn tốt nghiệp
Trang 67
2.3.2. Phương pháp hóa sinh (biochemical)
2.3.2.1. Tiêu hóa kỵ khí
Đây là q trình sinh học trong đó khí methane được thải ra từ sự phân hủy các vật chất hữu cơ của các vi sinh vật trong môi trường khơng có oxy. Khí methane này có thể được thu hồi và sử dụng để tạo ra năng lượng. Q trình tiêu hóa yếm khí sử dụng các chất thải sinh học như phân hữu cơ và các chất thải rắn đơ thị. Phân hoặc chất thải được đóng gói và phân hủy bởi vi sinh vật và nước. Q trình này thải ra khí methane trong gói, và khí này được dẫn vào một gói chứa khí khác. Từ đó, khí methane được dùng để cung cấp năng lượng cho tua-bin và tạo ra điện.
Hình 2.18: Tiêu hóa kỵ khí
Sự sinh trưởng của vi sinh vật và sản xuất khí sinh học là rất chậm ở nhiệt độ bình thường. Q trình phân hủy yếm khí thường xảy ra một cách tự nhiên khi nồng độ của các vất chất hữu cơ ẩm cao trong mơi trường khơng có oxy, thường là ở đáy ao hồ, đầm lầy, bãi than bùn, ruột động vật và các khu vực yếm khí của các bãi chơn lấp. Năng suất của q trình này phụ thuộc vào thành phần và khả năng có thề phân hủy được của các nguyên liêu chất thải. Tuy nhiên, tốc độ của quá trình này phụ thuộc vào mật độ của các vi sinh vật, các điều kiện sinh trưởng của chúng và nhiệt độ của quá trình lên men.
Luận văn tốt nghiệp
Trang 68
Khi được sử dùng như một quá trình xử lý chất thải, tốc độ phân hủy tăng khá cao trong khoảng nhiệt độ 20-40oC. Đối với các chất thải rắn đơ thị, tốc độ phân hủy có thể được tăng cao ở nhiệt độ cao hơn như 50-60oC.
Các vi sinh vật phân hủy yếm khí được bán trên thị trường với các giá khá cạnh tranh, chúng được dùng trong các trang trại mặc dù ở quy mô nhỏ. Việc sử dụng methane bằng cách này có thể giúp giảm thiểu các mùi hôi thối và ngăn chặn chúng phát tán vào khơng khí, làm tăng các khí nhà kính và gây ra sương mù.
2.3.2.2. Khí chơn (Landfill Gas)
Khí chơn sử dụng kỹ thuật tương tự như tiêu hóa kỵ khí và có những thuận lợi tương tự. Khí chơn là sản phẩm phụ của q trình phân rã chất thải dạng rắn, với thành phần bao gồm 50% khí methane, 45% CO2 và 4% Nitơ. Hơn nữa, đây cũng là một biện pháp tích cực giúp giảm tỷ lệ sử dụng đất chứa rác thải, qua việc chôn rác để chuyển thành điện.
Có hai cách để thu khí chơn:
- Khoan thông thường: đây là phương pháp truyền thống. Trước khi bơm thu hồi, người ta lập bản đồ cấu trúc ba chiều của bể chơn rác để xác định các vị trí tụ khí và vị trí tối ưu để bơm. Các ống dẫn có thể được lắp đặt thẳng đứng để thuận lợi cho việc thu hồi khí tiện lợi và nhanh chóng.
Hình 2.19: Sử dụng khí chơn để tạo điện
- Phương pháp thu đẩy: sử dụng bản đồ 3 chiều để tìm các giếng khí và có thể được sử dụng cho các vị trí khoan riêng biệt nếu cần thiết.
Luận văn tốt nghiệp
Trang 69
Chương 3
TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG HỆ THỐNG TỪ THỦY ĐỘNG LỰC KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI
Trong phần này, tác giả tiến hành phân tích các chu trình và xây dựng mơ hình hệ thống từ thủy động lực kết hợp năng lượng sinh khối. Tác giả sử dụng phần mềm Matlab Simulink tiến hành xây dựng sơ đồ khối hệ thống máy phát điện từ thủy động lực sử dụng năng lượng sinh khối. Nhiệt độ máy phát MHD được tác giả giả định trên cơ sở các nghiên cứu trước đây là T3=15000K.