Trong bối cảnh toàn cầu đang hướng tới mục tiêu phát triển bền vững và giảm thiểu ô nhiễm môi trường, việc tìm kiếm và ứng dụng các nguồn nhiên liệu sạch thay thế cho các loại nhiên liệu hóa thạch truyền thống trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Sự gia tăng không ngừng của các phương tiện giao thông đã đặt ra thách thức lớn về chất lượng không khí tại các đô thị. Chính vì lẽ đó, nhiên liệu thể khí đang nổi lên như một giải pháp tiềm năng và ngày càng được ứng dụng phổ biến, đặc biệt là trong lĩnh vực vận tải công cộng. Tuy nhiên, như bất kỳ công nghệ mới nào, nhiên liệu thể khí cũng có những ưu điểm vượt trội và cả những hạn chế cần được cân nhắc kỹ lưỡng khi so sánh với hai loại nhiên liệu đã thống trị ngành vận tải hàng thế kỷ qua là Xăng và Diesel truyền thống. chính vì thế nhóm em chọn đề tài “ Nhiên liệu thể khí ngày càng được sử dụng phổ, đặc biệt trên các phương tiện vận tải công cộng. Các em hãy nêu các ưu khuyết điểm của dạng nhiên liệu này so với nhiên liệu Xăng và Diesel truyền thống? ”. Đề tài này sẽ tập trung vào việc phân tích chuyên sâu các khía cạnh này, giúp hiểu rõ hơn về ưu điểm và khuyết điểm của nhiên liệu thể khí, từ đó đánh giá được vai trò và tiềm năng phát triển của nó trong tương lai của ngành giao thông vận tải. Nhóm em hy vọng rằng bài báo cáo này sẽ giúp mọi người hiểu rõ hơn về nhiên liệu khí, các ưu nhược điểm của các loại nhiên liệu được sử dụng ngày nay.
Trang 1BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HỒ CHÍ MINH
Khoa Công nghệ Động lực
THUYẾT MINH MÔN: NGUYÊN LÝ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
Đề tài: Nhiên liệu thể khí ngày càng được sử dụng phổ, đặc biệt trên các phương tiện vận tải công cộng Các em hãy nêu các ưu khuyết điểm của dạng
nhiên liệu này so với nhiên liệu Xăng và Diesel truyền thống?
Trang 2DANH SÁCH THÀNH VIÊN NHÓM
ngành
Đánh giá của giảng viên
Sv
ký tên
Ghi chú
Trang 3LỜI MỞ ĐẦU
Trong bối cảnh toàn cầu đang hướng tới mục tiêu phát triển bền vững và giảm thiểu ô nhiễm môi trường, việc tìm kiếm và ứng dụng các nguồn nhiên liệu sạch thay thế cho các loại nhiên liệu hóa thạch truyền thống trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết Sự gia tăng không ngừng của các phương tiện giao thông đã đặt ra thách thức lớn về chất lượng không khí tại các đô thị Chính vì lẽ đó, nhiên liệu thể khí đang nổi lên như một giải pháp tiềm năng và ngày càng được ứng dụng phổ biến, đặc biệt là trong lĩnh vực vận tải công cộng Tuy nhiên, như bất kỳ công nghệ mới nào, nhiên liệu thể khí cũng có những ưu điểm vượt trội và cả những hạn chế cần được cân nhắc kỹ lưỡng khi so sánh với hai loại nhiên liệu đã thống trị ngành vận tải hàng thế kỷ qua là Xăng và Diesel truyền thống chính vì thế nhóm em chọn đề tài “ Nhiên liệu thể khí ngày càng được sử dụng phổ, đặc biệt trên các phương tiện vận tải công cộng Các em hãy nêu các ưu
khuyết điểm của dạng nhiên liệu này so với nhiên liệu Xăng và Diesel truyền thống? ”
Đề tài này sẽ tập trung vào việc phân tích chuyên sâu các khía cạnh này, giúp hiểu rõ hơn về ưu điểm và khuyết điểm của nhiên liệu thể khí, từ đó đánh giá được vai trò và tiềm năng phát triển của nó trong tương lai của ngành giao thông vận tải Nhóm em hy vọng rằng bài báo cáo này sẽ giúp mọi người hiểu rõ hơn về nhiên liệu khí, các ưu nhược điểm của các loại nhiên liệu được sử dụng ngày nay
Trang 4LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong những năm gần đây, vấn đề ô nhiễm môi trường và nhu cầu tiết kiệm năng lượng đang trở thành mối quan tâm lớn của xã hội Ngành giao thông vận tải – lĩnh vực tiêu thụ nhiên liệu lớn và phát thải nhiều – buộc phải tìm kiếm các giải pháp thay thế thân thiện hơn Trong bối cảnh đó, nhiên liệu thể khí như CNG, LPG hay LNG ngày càng được đưa vào sử dụng, đặc biệt trên các phương tiện vận tải công cộng
Việc nhiên liệu khí trở nên phổ biến đặt ra nhiều câu hỏi “Vì sao loại nhiên liệu này được lựa chọn thay thế xăng và diesel? Nó có những ưu điểm nổi bật nào và còn tồn tại hạn chế gì?” Những vấn đề này không chỉ mang ý nghĩa lý thuyết mà còn có giá trị thực tiễn đối với định hướng phát triển giao thông bền vững
Chính vì vậy, chúng em chọn đề tài “ Nhiên liệu thể khí ngày càng được sử dụng phổ, đặc biệt trên các phương tiện vận tải công cộng Các em hãy nêu các ưu khuyết điểm của dạng nhiên liệu này so với nhiên liệu Xăng và Diesel truyền thống?” nhằm hiểu rõ hơn bản chất của loại nhiên liệu này, đánh giá khách quan các lợi ích – hạn chế của nó, đồng thời góp phần nâng cao nhận thức về việc sử dụng nhiên liệu sạch để hướng đến một môi trường sống an toàn và bền vững hơn
Trang 5LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện bài báo cáo với đề tài “ Nhiên liệu thể khí ngày càng
được sử dụng phổ, đặc biệt trên các phương tiện vận tải công cộng Các em hãy nêu các
ưu khuyết điểm của dạng nhiên liệu này so với nhiên liệu Xăng và Diesel truyền thống?”,
nhóm chúng em đã nhận được rất nhiều sự hướng dẫn, giúp đỡ và động viên quý báu từ thầy và các bạn sinh viên Với lòng biết ơn chân thành, nhóm xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả những người đã hỗ trợ nhóm trong suốt quá trình học tập và hoàn
thành bài báo cáo này
Trước hết, nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy Lương Huỳnh Giang, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và góp ý cho nhóm trong suốt quá trình thực hiện
đề tài Những ý kiến và định hướng quý báu của thầy đã giúp nhóm hoàn thiện bài báo cáo một cách khoa học và thực tế hơn
Nhóm cũng xin trân trọng cảm ơn quý thầy, cô Khoa Công nghệ Động lực– Trường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh, những người đã truyền đạt cho nhóm nền tảng kiến thức quý giá trong suốt quá trình học tập, là cơ sở để nhóm hoàn thành tốt đề tài này Bên cạnh đó, nhóm xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên đã tham gia khảo sát, chia
sẻ ý kiến và hỗ trợ nhóm trong quá trình thu thập thông tin, cũng như toàn thể các thành viên trong nhóm đã làm việc chăm chỉ, đoàn kết và có tinh thần trách nhiệm cao để cùng nhau hoàn thành báo cáo đúng tiến độ
Do thời gian và kinh nghiệm thực tế còn hạn chế, bài báo cáo của nhóm chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót Nhóm em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ thầy để bài làm được hoàn thiện hơn
Nhóm em xin chân thành cảm ơn!
Trang 6MỤC LỤC
Phần I Giới thiệu tổng quan về nhiên liệu khí-xăng-Diesel 1
1 Giới thiệu về nhiên liệu khí 1
2 Giới thiệu về nhiên liệu xăng-Diesel 1
Phần II Phân tích các dạng năng lượng khí phổ biến-xăng-Diesel 1
1 Phân tích các nhiên liệu khí phổ biến 1
1.1 Khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG) 1
1.1.1 Tính chất đặc trưng của LPG 2
1.1.2 Ứng dụng rộng rãi của LPG 2
1.2 Khí thiên nhiên nén CNG 2
1.2.1.Tính đặc trưng của CNG 2
1.2.2.Ứng dụng rộng rãi của CNG 2
1.3 Khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG) 3
1.3.1 Tính đặc trưng của LNG 3
1.3.2 Ứng dụng rộng rãi của LNG 3
2 Phân tích nhiên liệu xăng-Diesel 3
2.1 Nhiên liệu xăng 3
2.2 Nhiên liệu diesel 3
Phần III Ưu nhược điểm nhiên liệu thể khí-xăng và diesel 4
1 Ưu – Nhược Điểm Nhiên Liệu Thể Khí 4
1.1 Khí dầu mỏ hoá lỏng ( LPG ) 4
1.2 Khí Thiên nhiên Nén (CNG) 4
1.3 Khí Thiên nhiên Hóa lỏng (LNG) 4
2 Ưu – Nhược Điểm Nhiên LIệu Xăng, Dầu Diesel 5
2.1 Nhiên Liệu Xăng 5
2.2 Nhiên Liệu Diesel 6
Phần IV So sánh nhiên liệu thể khí với nhiên liệu xăng-diesel 7
1 Kỹ Thuật & Hiệu Suất 7
1.1 Nhiệt trị: 7
1.2 Tỷ số nén tối đa: 7
1.3 Mô-men xoắn: 8
1.4 Nhiệt lượng sinh ra, Hiệu suất nhiệt động: 8
1.5 Hiệu suất động cơ thực tế: 8
1.6 Hiệu suất năng lượng trên thể tích: 8
1.7 Hiệu suất kinh tế: 9
Trang 72 Kinh Tế & Cơ Sở Hạ Tầng 9
2.1 Giá nhiên liệu: 9
2.2 Hiệu quả nhiên liệu: 9
2.3 Chi phí đầu tư và bảo dưỡng: 9
2.4 Trạm tiếp nhiên liệu: 9
2.5 Lưu trữ và vận chuyển: 10
3 Khí Thải Và Tác Động Môi Trường 10
3.1 Thành phần khí thải chính: 10
3.2 Khí thải và tác động theo nhiên liệu: 10
3.3 Phát thải CO₂ và hiệu ứng nhà kính: 10
3.4 Ảnh hưởng sức khỏe: 11
4 An Toàn- Rủi Ro- Biện Pháp 11
4.1 Rủi Ro: 11
4.2 Biện Pháp: 11
Phần V Thách thức của nhiên liệu khí 12
1 CNG (Compressed Natural Gas) 12
1.1 Áp suất cao, lưu trữ khó khăn: 12
1.2 an toàn khi rò rỉ: 12
1.3 Hạn tầng trạm nạp: 12
1.4 Chi phí vận hành và bảo trì: 13
1.5 Hạn chế về môi trường: 13
2 LPG (Liquefied Petroleum Gas) 13
2.1 An toàn khi rò rỉ khí: 13
2.2 Nguồn cung khan hiếm: 13
2.3 Hiệu suất nặng lượng và chi phí: 13
2.4 khí thải và môi trường: 14
2.5 hạ tầng kỹ thuật: 14
3 LNG (Liquefied Natural Gas) 14
3.1 Yêu cầu kỹ thuật cao & chi phí hạ tầng lớn: 14
3.2 An toàn và rủi ro vận hành: 14
3.3 Biến động nguồn cung và chi phí: 14
3.4 Chu kỳ biến đổi nhiên liệu & phát thải: 15
3.5 Quy định pháp lý & tiêu chuẩn kỹ thuật: 15
Phần VI Kết luận 15
Tài liệu tham khảo 16
Trang 8MỤC LỤC HÌNH ẢNH
Hình 1: Thùng chứa nhiên liệu LPG 1
Hình 2: Trạm cung cấp nhiên liệu CNG 2
Hình 3: Tàu vận chuyện khí LNG 3
Hình 4: Vụ nổ thiết bị chịu áp lực 12
Hình 5: Vụ nổ đám mây hơi/Quả cầu lửa 12
Hình 6: Các triệu chứng ngộ độc khí CO 13
Hình 7: Nhà máy LPC 14
Trang 9Phần I Giới thiệu tổng quan về nhiên liệu khí-xăng-Diesel
1 Giới thiệu về nhiên liệu khí
Nhiên liệu khí là nhiên liệu tồn tại ở trạng thái khí, nó được sử dụng rộng rãi trong đời sống và các lĩnh vực công nghiệp, năng lượng, giao thông vận tải Khác với các nhiên liệu hóa thạch dạng lỏng như xăng hay diesel, nhiên liệu khí có đặc điểm nổi bật
là cháy sạch hơn, hiệu suất nhiệt cao và lượng phát thải độc hại thấp
Có các loại nhiên liệu phổ biến ở hiện nay gồm: khí thiên nhiên (Natural Gas – CNG/LNG), khí dầu mỏ hóa lỏng (LPG), khí hydro, biogas, và khí tổng hợp (syngas) Nguồn gốc của các loại khí này có thể đến từ tự nhiên (mỏ khí, quá trình phân hủy sinh học) hoặc từ các quá trình chuyển hóa công nghiệp Với sự phát triển của công nghệ lưu trữ và vận chuyển, nhiên liệu khí ngày nay được ứng dụng mạnh mẽ trong sản xuất điện, công nghiệp chế biến, nấu nướng, sưởi ấm và đặc biệt là trong lĩnh vực giao thông nhằm thay thế một phần nhiên liệu truyền thống
2 Giới thiệu về nhiên liệu xăng-Diesel
Xăng và diesel là hai loại nhiên liệu lỏng phổ biến nhất hiện nay, được sử dụng rộng rãi trong các động cơ đốt trong, đặc biệt là trong giao thông vận tải và các thiết bị công nghiệp Cả hai đều được sản xuất từ dầu mỏ thô thông qua quá trình lọc – hóa dầu, nhưng chúng có đặc tính vật lý và hóa học khác nhau, dẫn đến sự khác biệt trong hiệu suất và ứng dụng Và Trong nhiều thập kỷ, xăng và diesel là hai nhiên liệu có vai trò chủ đạo trong hệ thống năng lượng và giao thông
Phần II Phân tích các dạng năng lượng khí phổ biến-xăng-Diesel
1 Phân tích các nhiên liệu khí phổ biến
Trang 101.1.1 Tính chất đặc trưng của LPG
Dễ hóa lỏng: chỉ cần nén ở áp suất thấp (khoảng 6–8 bar)
Nhiệt trị cao: 46–50 MJ/kg, cao hơn nhiều so với than và tương đương xăng
Không màu, không mùi tự nhiên: mùi đặc trưng hiện nay do chất ethyl mercaptan
được bổ sung để phát hiện rò rỉ
Cháy sạch: ít khói, ít SO₂, ít NOx
Tỷ trọng nặng hơn không khí: làm LPG khi rò rỉ dễ tích tụ dưới thấp → tiềm ẩn nguy cơ cháy
CNG (Compressed Natural Gas) là khí thiên nhiên nén, thành phần chủ yếu là
methane (CH₄) được lấy từ những mỏ khí thiên nhiên Do không có benzene và
hydrocarbon kèm theo, nên loại nhiên liệu này khi đốt không giải phóng nhiều khí độc như NO₂ và CO, và hầu như không phát sinh bụi [2] Khí CNG chứa đến 85–98% là
methane (CH₄) còn lại là ethane, propane và một lượng rất nhỏ tạp chất
Hình 2: Trạm cung cấp nhiên liệu CNG 1.2.1 Tính đặc trưng của CNG
Ở điều kiện bình thường: khí không màu, không mùi, nhẹ hơn không khí CNG
được nén ở áp suất rất cao (200–250 bar) để giảm thể tích[3] Lưu trữ trong bình thép hoặc composite chịu áp lực, có van an toàn và hệ thống xả áp Nhiệt trị cao: ~35–40
MJ/m³ Nhẹ hơn không khí
1.2.2 Ứng dụng rộng rãi của CNG
Trong sinh hoạt: Nấu ăn (bếp CNG), sưởi ấm, sử dụng cho hệ thống máy phát điện dân dụng,
Trong công nghiệp: Nồi hơi (boiler), Lò sấy, lò hơi, lò nung
Trong giao thông vận tải: Xe buýt CNG, Taxi CNG, Xe tải nhẹ và xe vận chuyển trong nhà máy
Trang 111.3 Khí thiên nhiên hóa lỏng (LNG)
LNG (Liquefied Natural Gas) là khí thiên nhiên được làm lạnh sâu đến –160°C
để chuyển từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng thể tích của LNG giảm khoảng 600 lần
so với khí tự nhiên Thành phần chính là Methane (CH₄) 90–98%
2 Phân tích nhiên liệu xăng-Diesel
2.1 Nhiên liệu xăng
Xăng (Gasoline hoặc Petrol) là một loại nhiên liệu lỏng dễ bay hơi, được chưng
cất và pha chế từ dầu mỏ thô, chủ yếu gồm hỗn hợp các hydrocarbon có từ 5 đến 12
nguyên tử carbon (C5–C12) Ở trạng thái lỏng, dễ bay hơi Tỷ trọng: 0.7 – 0.78 kg/l Được ứng dụng rãi trong giao thông vận tải (xe máy, ô tô, tàu nhỏ), Máy móc nhỏ trong
nông nghiệp – công nghiệp, Máy phát điện dân dụng
2.2 Nhiên liệu diesel
Diesel là một loại nhiên liệu lỏng được sản xuất từ dầu mỏ thông qua quá trình
chưng cất phân đoạn, có dãy hydrocarbon chủ yếu từ C8 – C21 Diesel được sử dụng
cho động cơ đốt trong kiểu cháy do nén (Compression Ignition – CI), tức là không dùng bugi mà đốt cháy nhiên liệu bằng nhiệt độ cao của khí nén Ít bay hơi, độ nhớt cao hơn
xăng Tỷ trọng: 0.82 – 0.88 kg/l Được ứng dụng rãi trong giao thông vận tải (xe tải
nặng, xe bus, tàu thủy tàu cá, ), trong công nghiệp (máy phát điện công suất lớn, máy nén khí, máy công nghiệp hạng nặng, )
Trang 12Phần III Ưu nhược điểm nhiên liệu thể khí-xăng và diesel
1 Ưu – Nhược Điểm Nhiên Liệu Thể Khí
Môi trường và An toàn: Sạch hơn xăng/diesel (giảm khí thải Nox và muội than PM)
Ứng dụng và Pháp lý: Dễ dàng chuyển đổi và sử dụng song song với xăng fuel)
(Bi- Nhược điểm:
Đặc tính Kỹ thuật và hiệu suất : Giảm công suất và mô-men xoắn của động cơ đáng kể hơn (thường từ 5% - 10%) so với xăng Khởi động lạnh kém hơn nếu Butane cao
Kinh tế và Hạ tầng: Giá nhiên liệu biến động theo thị trường dầu mỏ
Môi trường và An toàn: Nguy cơ an toàn cao nhất Khí nặng hơn không khí, tích
tụ dưới hầm, gây cháy nổ hoặc rồ rỉ hóa chất Phát thải CO2 cao hơn CNG/LNG
1.2 Khí Thiên nhiên Nén (CNG)
Ưu điểm:
Đặc tính Kỹ thuật: Hoạt động ở nhiệt độ môi trường (không cần làm lạnh sâu như LNG) Có chỉ số Octane cao khoảng 120 Cho phép thiết kế động cơ với tỷ số nén cao để tăng hiệu suất
Kinh tế & Hạ tầng: Chi phí nhiên liệu vận hành thấp nhất và ổn định nhất Môi trường & An toàn: An toàn vật lý cao nhất: Khí CH4 nhẹ hơn không khí, nhanh chóng bay lên và phân tán khi rò rỉ
Ứng dụng: Phù hợp cho đội xe buýt và xe đội tàu có tuyến đường cố định
Trang 13Đặc tính Kỹ thuật: Mật độ năng lượng thể tích cao nhất trong 3 loại khí Cung cấp tầm hoạt động xa nhất cho xe tải nặng
Kinh tế & Hạ tầng: Chi phí nhiên liệu vận hành thấp, nhờ hiệu suất cao và giá khí cạnh tranh Phù hợp cho vận tải đường dài
Môi trường & An toàn: Sạch nhất phát thải muội than PM và SOx gần như bằng
0 Giảm CO2 cao nhất
Ứng dụng: Lý tưởng cho việc giảm phát thải trong vận tải hàng hải và đường sắt
Ứng dụng: Không khả thi cho việc chuyển đổi xe ô tô cá nhân/nhẹ
2 Ưu – Nhược Điểm Nhiên LIệu Xăng, Dầu Diesel
2.1 Nhiên Liệu Xăng
Ưu điểm
Đặc Tính Kỹ Thuật: Xăng dễ bay hơi → Tạo hòa khí dễ dàng Xăng có áp suất hơi cao, chỉ cần nhiệt độ môi trường là đủ để bốc hơi Hòa khí “xăng – không khí” được tạo nhanh, đều → quá trình đốt cháy diễn ra tối ưu
Hiệu suất: Đáp ứng tải nhanh, tăng tốc nhạy, Xăng cháy nhanh → công suất sinh
ra ngay khi đạp ga Động cơ xăng có thể đạt vòng tua cao (6000 – 9000 vòng/phút) Kinh Tế : Xe xăng giá rẻ hơn xe diesel Động cơ xăng ít chi tiết chịu tải nặng → vật liệu rẻ hơn Công nghệ lâu đời, sản xuất hàng loạt → giảm chi phí Bảo dưỡng
rẻ, dễ sửa Các bộ phận rẻ: bugi, lọc gió, kim phun Thợ sửa nhiều, phụ tùng phổ biến → giá dịch vụ thấp
Hạ Tầng: Mạng lưới cây xăng phủ rộng Hầu như nơi nào cũng có trạm xăng Hệ thống sửa chữa – dịch vụ rất mạnhCó ở mọi nơi → tiết kiệm thời gian, chi phí Môi Trường: Công nghệ xăng sạch giảm ô nhiễm Xăng Euro 4–5 giảm lưu huỳnh
→ khí thải sạch hơn.Bộ xúc tác ba thành phần (TWC) xử lý CO, HC, NOx khá hiệu quả
An Toàn : Dễ đốt trong động cơ Bugi dễ kiểm soát → hệ thống đánh lửa an toàn trong điều kiện vận hành
Ứng Dụng: Phù hợp xe nhỏ, xe cá nhân Động cơ nhẹ, nhỏ gọn, dễ lắp đặt
Nhược điểm
Đặc Tính Kỹ Thuật: Điểm chớp cháy thấp → Nguy cơ cháy nổ lớn Ở nhiệt độ dưới 0°C, hơi xăng đã có thể bắt lửa Chỉ cần một tia lửa nhỏ, thậm chí điện tĩnh → cháy ngay
Hiệu suất: Hiệu suất nhiệt thấp do cấu tạo kỹ thuật Tỷ số nén thấp hơn diesel (8:1 – 12:1 so với 14:1 – 22:1) Tổn thất nhiệt nhiều → chỉ 25–30% năng lượng biến thành công hữu ích
