Đồ án tốt nghiệp ô tô thiết kế xe ô tô hybrid 2 chỗ ngồi sử dụng năng lượng mặt trời – động cơ nhiệt (thuyết minh + bản vẽ)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI THIẾT KẾ XE Ô TÔ HYBRID 2 CHỖ NGỒI SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI – ĐỘNG CƠ NHIỆT Nhóm sinh viên thực hiện: TẠ NGỌC THIÊN BÌNH HUỲNH KIM TRẠNG PHẠM NGUYÊN SƠN Lớp: 05C4A,B Giáo viên hướng dẫn: TS. DƯƠNG VIỆT DŨNG Giáo viên duyệt: PGS. TS. TRẦN VĂN NAM MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ TÌNH HÌNH GIAO THÔNG HIỆN NAY TẠI VIỆT NAM 1 1.1. Tổng quan về ô nhiễm không khí 1 1.1.1. Ô nhiễm không khí 1 1.1.2. Các nguồn gây ô nhiễm không khí 2 1.1.3.Thành phần khí thải động cơ và tác hại do ô nhiễm khí thải gây ra 3 1.1.4. Thành phần và những tác hại của khí thải động cơ. 7 1.2. Cơ sở hạ tầng và tình hình giao thông đường bộ hiện nay tại Đà Nẵng 10 1.2.1. Cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ tại Đà Nẵng 10 1.2.2. Tình hình giao thông đường bộ hiện nay tại Đà Nẵng 11 CHƯƠNG 2: CÁC NGUỒN NHIÊN LIỆU, NĂNG LƯỢNG THAY THẾ SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ HIỆN NAY TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 13 2.1. Nhiên liệu lỏng 13 2.1.1. Dầu thực vật (Biodiesel) 13 2.1.2. Methanol. 14 2.1.3. Ethanol. 14 2.2. Nhiên liệu khí. 15 2.2.1. Khí hóa lỏng LPG (Liquefied Petroleum Gas) 15 2.2.2. Khí thiên nhiên nén CNG (Compressed Natural Gas) 16 2.3. Các loại nhiên liệu khác 16 2.3.1. Ôtô điện 16 2.3.2. Fuel – cell. 17 2.3.4. Hybrid. 18 2.4. Tiềm năng năng lượng mặt trời và xu hướng khai thác sử dụng nhiên liệu LPG dùng cho động cơ hiện nay và trong tương lai 19 2.4.1. Tiềm năng năng lượng mặt trời 19 2.4.2.Cơ sở và xu hướng khai thác sử dụng nhiên liệu khí LPG Việt Nam 24 CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ VÀ TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG XE NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ NHIÊN LIỆU LPG 26 3.1. Công nghệ và ứng dụng xe năng lượng mặt trời 26 3.1.1. Công nghệ chế tạo tế bào năng lượng mặt trời 26 3.1.2. Các ứng dụng năng lượng mặt trời trong công nghiệp và đời sống 27 3.1.3. Ứng dụng năng lượng mặt trời trên các phương tiện giao thông 30 3.1.4. Giải pháp nạp điện cho các phương tiện giao thông chạy bằng điện 35 3.2. Công nghệ và ứng dụng nhiên liệu LPG 39 3.2.1. Các công nghệ LPG được sử dụng hiện nay 39 3.2.2. Giới thiệu kỹ thuật phun sử dụng kỹ thuật ống Venturi 40 3.2.3. So sánh các hệ thống khác nhau 41 3.2.4. Ứng dụng nhiên liệu LPG trên các phương tiện giao thông 42 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 45 4.1. Phương án thiết kế chế tạo mới toàn bộ 45 4.2. Phương án sử dụng các linh kiện tương đương có sẵn 46 4.3. Phương án thiết kế mới một số hệ thống và chọn các linh phụ kiện có sẵn46 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ TỔNG THỂ VÀ TÍNH TOÁN XE NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI – ĐỘNG CƠ NHIỆT 50 5.1. Thiết kế bố trí chung 50 5.1.1. Các điều kiện kỹ thuật 50 5.1.2. Các thông số ban đầu 50 5.1.3. Thiết kế bố trí tiện nghi trên xe 51 5.2. Tính toán công suất động cơ 55 5.3. Tính toán ổn định 56 5.4. Xác định vận tốc lớn nhất của xe SC4 60 5.5. Khả năng leo dốc của ôtô 61 CHƯƠNG 6: TÍNH CHỌN HỆ THỐNG TREO, HỆ THỐNG PHANH, HỆ THỐNG LÁI 62 6.1. Hệ thống treo 62 6.1.1. Chọn loại hệ thống treo 62 6.2.2. Độ biến dạng và tải trọng tác dụng lên hệ thống treo trước và sau 62 6.2. Hệ thống phanh 64 6.2.1. Xác định mômen phanh yêu cầu ở các cơ cấu phanh 64 6.2.2. Hệ số phân bố lực phanh lên các trục bánh xe 66 6.2.3. Tính toán kiểu cơ cấu phanh đĩa 67 6.3. Hệ thống lái 71 6.3.1. Xác định các thông số cơ bản 71 6.3.2. Xác định mômen cản quay vòng Mcq 72 6.3.3. Xác định lực cần tác dụng lên vô lăng 74 CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ VÀ KIỂM NGHIỆM BỀN KHUNG GẦM (CHASSIS) 77 7.1. Giới thiệu các loại khung gầm (Chassis) 77 7.2. Nghiên cứu về khí động học của ô tô 80 7.3. Xác định loại khung, vỏ thiết kế xe SC4 84 7.4. Đặc điểm, yêu cầu và vật liệu chế tạo khung xe SC4 85 7.4.1. Đặc điểm, yêu cầu của khung xe 85 7.4.2. Chọn vật liệu chế tạo các thanh dầm 87 7.5. Tính toán khối lượng khung 87 7.5.1. Giả thiết về tải trọng và chế độ tĩnh 87 7.5.2. Tính toán khối lượng khung xe SC4 88 7.6. Ứng dụng phần mềm RDM tính toán kiểm nghiệm bền khung xe 89 7.6.1. Giới thiệu phần mềm RDM 89 7.6.2. Kiểm tra bền khung xe 95 CHƯƠNG 8: ĐỘNG CƠ NHIỆT VÀ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC 111 8.1. Động cơ nhiệt 111 8.1.1. Tính chọn loại động cơ nhiệt sử dụng trên xe 111 8.1.2. Xây dựng các đường đặc tính động cơ 112 8.1.3. Lý thuyết bộ chuyển đổi LPG xăng 117 8.2. Tính toán thiết kế hệ thống truyền lực 125 8.2.1. Phương án bố trí 125 8.2.2. Chọn loại truyền lực chính 126 8.2.3.Tính toán truyền lực chính 129 8.2.4. Bán trục 131 8.2.5. Hộp số lùi 139 CHƯƠNG 9: HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN XE Ô TÔ HYBRID HAI CHỖ NGỒI SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘNG CƠ NHIỆT 146 9.1. Giới thiệu về các bộ phận chính về hệ thống điện trên xe 146 9.1.1. Pin năng lượng mặt trời 147 9.1.2. Bộ điều kế (Charge Controlier) 150 9.1.3. Ắcquy 150 9.1.4. Động cơ 155 9.1.5. Thiết kế bàn đạp ga 159 9.1.6. Bộ đổi điện 163 9.1.7. Bộ điều khiển động cơ 163 9.1.8. Bộ nạp điện 166 9.2. Sơ đồ đấu nối và nguyên lý hoạt động 167 9.3. Đặc tính tốc độ của hai động cơ điện 168 9.3.1. Cơ sở để xây dựng đặc tính tốc độ của hai động cơ 168 9.3.2. Phương pháp xây dựng 168 CHƯƠNG 10: HIỆU QUẢ KINH TẾ XÃ HỘI CỦA XE Ô TÔ HYBRID NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI – ĐỘNG CƠ NHIỆT 171 10.1. Tính hiệu quả kinh tế và ô nhiễm môi trường 171 10.2 Hiệu quả xã hội và khả năng thu hồi vốn dự án 173 KẾT LUẬN 175 TÀI LIỆU THAM KHẢO 176

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

-ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀITHIẾT KẾ XE Ô TÔ HYBRID 2 CHỖ NGỒI SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI – ĐỘNG CƠ NHIỆT

Nhóm sinh viên thực hiện: TẠ NGỌC THIÊN BÌNH

HUỲNH KIM TRẠNG PHẠM NGUYÊN SƠN

Giáo viên hướng dẫn: TS DƯƠNG VIỆT DŨNG

Giáo viên duyệt: PGS TS TRẦN VĂN NAM

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ VÀ TÌNH HÌNH

1.1.3.Thành phần khí thải động cơ và tác hại do ô nhiễm khí thải gây ra 31.1.4 Thành phần và những tác hại của khí thải động cơ 7

1.2 Cơ sở hạ tầng và tình hình giao thông đường bộ hiện nay tại Đà Nẵng 10

1.2.1 Cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ tại Đà Nẵng 101.2.2 Tình hình giao thông đường bộ hiện nay tại Đà Nẵng 11

CHƯƠNG 2: CÁC NGUỒN NHIÊN LIỆU, NĂNG LƯỢNG THAY THẾ SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ HIỆN NAY TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 13

2.4.2.Cơ sở và xu hướng khai thác sử dụng nhiên liệu khí LPG Việt Nam 24

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ VÀ TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG XE

3.1 Công nghệ và ứng dụng xe năng lượng mặt trời 26

3.1.1 Công nghệ chế tạo tế bào năng lượng mặt trời 263.1.2 Các ứng dụng năng lượng mặt trời trong công nghiệp và đời sống 273.1.3 Ứng dụng năng lượng mặt trời trên các phương tiện giao thông 303.1.4 Giải pháp nạp điện cho các phương tiện giao thông chạy bằng điện 35

3.2 Công nghệ và ứng dụng nhiên liệu LPG 39

3.2.1 Các công nghệ LPG được sử dụng hiện nay 39

3.2.2 Giới thiệu kỹ thuật phun sử dụng kỹ thuật ống Venturi 40

3.2.4 Ứng dụng nhiên liệu LPG trên các phương tiện giao thông 42

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ 45

4.2 Phương án sử dụng các linh kiện tương đương có sẵn 46 4.3 Phương án thiết kế mới một số hệ thống và chọn các linh phụ kiện có sẵn46 CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ TỔNG THỂ VÀ TÍNH TOÁN XE NĂNG LƯỢNG

CHƯƠNG 6: TÍNH CHỌN HỆ THỐNG TREO, HỆ THỐNG PHANH, HỆ

CHƯƠNG 7: THIẾT KẾ VÀ KIỂM NGHIỆM BỀN KHUNG GẦM

7.4 Đặc điểm, yêu cầu và vật liệu chế tạo khung xe SC4

CHƯƠNG 9: HỆ THỐNG ĐIỆN TRÊN XE Ô TÔ HYBRID HAI CHỖ NGỒI

SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI- ĐỘNG CƠ NHIỆT 146 9.1 Giới thiệu về các bộ phận chính về hệ thống điện trên xe 146

CHƯƠNG 10: HIỆU QUẢ KINH TẾ XÃ HỘI CỦA XE Ô TÔ HYBRID

10.1 Tính hiệu quả kinh tế và ô nhiễm môi trường 171 10.2 Hiệu quả xã hội và khả năng thu hồi vốn dự án 173

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ

VÀ TÌNH HÌNH GIAO THÔNG HIỆN NAY TẠI VIỆT NAM

1.1 Tổng quan về ô nhiễm không khí

1.1.1 Ô nhiễm không khí

Ô nhiễm khí quyển là vấn đề thời sự nóng bỏng của cả thế giới chứ không phảiriêng của một quốc gia nào Môi trường khí quyển đang có nhiều biến đổi rõ rệt và

có ảnh hưởng xấu đến con người và các sinh vật Hàng năm con người khai thác và

sử dụng hàng tỉ tấn than đá, dầu mỏ, khí đốt Đồng thời cũng thải vào môi trườngmột khối lượng lớn các chất thải khác nhau như: chất thải sinh hoạt, chất thải từ cácnhà máy và xí nghiệp làm cho hàm lượng các loại khí độc hại tăng lên nhanh chóng.Theo định nghĩa của các nhà khoa học “ Ô nhiễm không khí là sự có mặt mộtchất lạ hoặc một sự biến đổi quan trọng trong thành phần không khí, làm cho khôngkhí không sạch hoặc gây sự toả mùi, có mùi khó chịu, giảm tầm nhìn xa (do bụi)”.Duới đây là số liệu thống kê hàng năm khối lượng các chất thải có:

 600.000 tấn kẽm (Zn), thuỷ ngân(Hg), hơi chì (Pb) và các chất độc hại khác

Ô nhiễm môi trường khí quyển tạo nên sự ngột ngạt và "sương mù", gây nhiềubệnh tật ở người Nó còn tạo ra mưa axít làm huỷ diệt rừng và các cánh đồng

Điều đáng lo ngại nhất là con người thải vào không khí các loại khí độc như:CO2, NOX, CH4, CFC gây hiệu ứng nhà kính Theo nghiên cứu, chất khí quan

trọng gây hiệu ứng nhà kính là CO 2, nó đóng góp 50% vào việc gây hiệu ứng nhàkính, CH4 là 13%, ozon tầng đối lưu là 7%, nitơ 5%, CFC là 22%, hơi nước ở tầngbình lưu là 3%

Nếu như chúng ta không ngăn chặn được hiện tượng hiệu ứng nhà kính thì trongvòng 30 năm tới mặt nước biển sẽ dâng lên từ 1,5 – 3,5 m (Stepplan Keckes) Nhiệt

độ trung bình của Trái Đất sẽ tăng khoảng 3,60°C (G.I.Plass), và mỗi thập kỷ sẽtăng 0,30°C.

Theo các tài liệu khí hậu quốc tế, trong vòng hơn 130 năm qua nhiệt độ Trái Đấttăng 0,40°C Tại hội nghị khí hậu tại Châu Âu được tổ chức gần đây, các nhà khíhậu học trên thế giới đã đưa ra dự báo rằng đến năm 2050 nhiệt độ của Trái Đất sẽtăng thêm 1,5 – 4,50°C nếu con người không có biện pháp hữu hiệu để khắc phụchiện tượng hiệu ứng nhà kính

Một hậu quả nữa của ô nhiễm khí quyển là hiện tượng lỗ thủng tầng ôzôn gâyhậu quả xấu cho sức khoẻ của con người và các sinh vật sống trên mặt đất

1.1.2 Các nguồn gây ô nhiễm không khí

a Nguồn tự nhiên

Hình 1.1 - Nguồn khí thải do cháy rừng

 Núi lửa: Núi lửa phun ra những nham thạch nóng và nhiều khói bụi giàu

sunfua, mêtan và những loại khí khác

 Cháy rừng: Các đám cháy rừng và đồng cỏ thường lan truyền rộng, phát

thải nhiều bụi và khí

 Bão bụi: gây nên do gió mạnh và bão, mưa bào mòn đất sa mạc, đất trồng và

gió thổi tung lên thành bụi Nước biển bốc hơi và cùng với sóng biển tung bọt mangtheo bụi muối lan truyền vào không khí

 Các quá trình phân huỷ, thối rữa xác động, thực vật tự nhiên: phát thải

nhiều chất khí, các phản ứng hoá học giữa những khí tự nhiên hình thành các khísunfua, nitrit, các loại muối v.v Các loại bụi, khí này đều gây ô nhiễm không khí

b Nguồn nhân tạo

Nguồn gây ô nhiễm nhân tạo rất đa dạng, nhưng chủ yếu là do hoạt động công

Hình 1.2 - Nguồn khí thải từ ô tô

nghiệp, đốt cháy nhiên liệu hoá thạch và hoạt động của các phương tiện giao thông.Nguồn ô nhiễm công nghiệp do hai quá trình sản xuất gây ra:

 Quá trình đốt nhiên liệu: thải ra rất nhiều khí độc đi qua các ống khói của

các nhà máy vào không khí

 Do bốc hơi, rò rỉ, thất thoát: trên dây chuyền sản xuất sản phẩm và trên các

đường ống dẫn tải Nguồn thải của quá trình sản xuất này cũng có thể đượchút và thổi ra ngoài bằng hệ thống thông gió

Các ngành công nghiệp chủ yếu gây ô nhiễm không khí bao gồm: nhiệt điện; vậtliệu xây dựng; hoá chất và phân bón; dệt và giấy; luyện kim; thực phẩm…

1.1.3 Thành phần khí thải động cơ và tác hại do ô nhiễm khí thải gây ra 1.1.3.1 Thành phần khí thải động cơ

Các hợp chất ô nhiễm chính trong khí thải có thể chia làm hai nhóm : khí và hạtrắn Người ta phân biệt các chất ô nhiễm sơ cấp được thải ra từ các nguồn xác định(CO, HC,…) với các chất ô nhiễm thứ cấp (O3, …) được sản sinh ra từ các phảnứng giữa các chất ô nhiễm sơ cấp với nhau dưới tác động của điều kiện môi trườngnhư bức xạ mặt trời

Nhìn chung chất gây ô nhiễm môi trường thải ra từ động cơ gồm các chất sau :

Dioxyde de carbone (CO2), sản phẩm của quá trình oxi hóa hoàn toàn nhiên liệu

Monoxyde de carbone (CO), đến từ quá trình oxi hóa không hoàn toàn nhiên liệu

Oxyde d’azote (NOx), gồm : monoxyde d’azote (NO) và dioxyde d'azote (NO2)

Các hạt rắn, sản phẩm của các quá trình hình thành phức tạp

Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (COV-composés organiques volatils), là các hợpchất hóa học hữu cơ có áp suất hơi đủ cao để dưới các điều kiện bình thường cóthể bay hơi một lượng đáng kể vào không khí Về thành phần COV là sự kết hợpgiữa các hydrocarbure (như alcane, alcène, aromatique, )

Các hợp chất hữu cơ đa vòng (hydrocarbures aromatiques polycycliques – HAP),như benzoapyrene

Dioxyde de sulfure (SO2), hình thành từ lưu huỳnh có sẵn trong nhiên liệu

Các kim loại, có trong dầu và nhiên liệu

a Thành phần khí thải của động cơ Diesel

Động cơ Diesel chuyển đổi năng lượng hóa học (carburant, gazole) thànhnăng lượng cơ học Gazole là hỗn hợp của các hydrocarbure mà trong quá trìnhcháy lý tưởng, nó chỉ sinh ra CO2 và H2O Trong thực tế người ta quan sát thấy mộtvài sản phẩm khí và rắn khác Điều này liên quan một phần đến sự có mặt của cáctạp chất chứa trong các HC (như các hợp chất chứa lưu huỳnh), và mặt khác liênquan đến sự phức tạp của các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình cháy Bảng 1sau giới thiệu thành phần điển hình của khí thải động cơ Diesel:

Bảng 1.1 - Thành phần cơ bản của khí thải động cơ Diesel

b Các thành phần khí thải từ động cơ xăng

 HC (unburned hydro cacbon)

 CO (carbon monoxide)

 NOx (nitơ oxit)

 SOx (oxit lưu huỳnh) sẽ được tạo ra khi lưu huỳnh (S) trong nhiên liệu đượcràng buộc với oxy (O) trong không khí do cháy, nếu nhiên liệu có chứa lưu huỳnh Tuy nhiên, kể từ khi xăng hiện nay là desulfurized gần như hoàn toàn, Sox khôngđược đánh giá là thành phần của lượng phát thải tự động ngay bây giờ

 Đối với bồ hóng, bồ hóng chỉ không mà còn vi hạt (PM), mà thậm chí cònnhỏ hơn bồ hóng, được quy định cho động cơ diesel, tuy nhiên, chúng không quyđịnh cho động cơ xăng Bồ hóng có thể là những thải từ động cơ xăng là tốt, nó làmột trong những thành phần mà không được kiểm soát Ngoài ra, còn có các thànhphần thải từ động cơ xăng

 CO 2 (carbon dioxide) và H 2 O

Ngoài các thành phần quy định trong phát thải tự động như HC, CO, NOx và

PM (cho động cơ diesel), các thành phần nhỏ, mà không được quy định nhưng cóthể có hại cho cơ thể con người Ví dụ, toluen, benzen, formaldehyde,acetaldehyde, 1,3-butadien, SO2, formic acid, N2O, vv Đây sẽ là một tiêu chuẩn

tương ứng với PRTR (Nhật Bản), trong đó có thể điều chỉnh các thành phần phụtrong phát thải tự động trong tương lai.

1.1.3.2 Những tác hại do ô nhiễm khí thải gây ra

a Đối với sức khỏe con người

Không khí ô nhiễm có thể giết chết nhiều cơ thể sống trong đó có con người

Ô nhiễm không khí trong nhà và ngoài môi trường tại Việt Nam là rất cao, điều nàyđược lý giải bằng việc bệnh lý có liên quan đến ô nhiễm không khí ngày càng giatăng Ô nhiễm không khí gây bệnh đường hô hấp, bệnh tim mạch, viêm vùng họng,đau ngực, tức thở Ô nhiễm không khí không những gây nên các bệnh lý ở đường

hô hấp, mà còn ảnh hưởng lên sự phát triển của thai nhi, là nguyên nhân làm chậmphát triển hệ thần kinh, trí não và tâm thần vận động ở trẻ em Đặc biệt, trẻ dưới 5tuổi là đối tượng bị ảnh hưởng nặng nề nhất, bởi cơ thể trẻ đang trong giai đoạntăng trưởng và phát triển, đồng thời ở lứa tuổi này trẻ hoàn toàn bị thụ động trướccác ảnh hưởng có hại của môi trường do người lớn gây ra

- CO: Monoxyde carbon là sản phẩm khí không màu, không mùi, không vị,

sinh ra do ô xy hoá không hoàn toàn carbon trong nhiên liệu trong điềukiện thiếu oxy CO ngăn cản sự dịch chuyển của hồng cầu trong máu làm cho các

bộ phận của cơ thể bị thiếu oxy Nạn nhân bị tử vong khi 70% số hồng cầu bị khốngchế (khi nồng độ CO trong không khí lớn hơn 1000ppm) Ở nồng độ thấp hơn, COcũng có thể gây nguy hiểm lâu dài đối với con người: khi 20% hồng cầu bị khốngchế, nạn nhân bị nhức đầu, chóng mặt, buồn nôn và khi tỉ số này lên đến 50%, não

bộ con người bắt đầu bị ảnh hưởng mạnh

- NO x: NOx là họ các oxyde nitơ, trong đó NO chiếm đại bộ phận NOx đượchình thành do N2 tác dụng với O2 ở điều kiện nhiệt độ cao (vượt quá 11000C).Monoxyde nitơ (x=1) không nguy hiểm mấy, nhưng nó là cơ sở để tạo ra dioxydenitơ (x=2) NO2 là chất khí màu hơi hồng, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khinồng độ của nó trong không khí đạt khoảng 0,12ppm NO2 là chất khó hòa tan, do

đó nó có thể theo đường hô hấp đi sâu vào phổi gây viêm và làm hủy hoại các tếbào của cơ quan hô hấp Nạn nhân bị mất ngủ, ho, khó thở Protoxyde nitơ N2O làchất cơ sở tạo ra ozone ở hạ tầng khí quyển

- Hydocarbure: Hydrocarbure (HC) có mặt trong khí thải do quá trình cháy

không hoàn toàn khi hỗn hợp giàu, hoặc do hiện tượng cháy không bình thường.Chúng gây tác hại đến sức khỏe con người chủ yếu là do các hydrocarbure thơm

Từ lâu người ta đã xác định được vai trò của benzen trong căn bệnh ung thư máu(leucémie) khi nồng độ của nó lớn hơn 40ppm hoặc gây rối loạn hệ thần kinh khinồng độ lớn hơn 1g/m3, đôi khi nó là nguyên nhân gây các bệnh về gan

- SO 2: Oxyde lưu huỳnh là một chất háu nước, vì vậy nó rất dễ hòa tan vàonước mũi, bị oxy hóa thành H2SO4 và muối amonium rồi đi theo đường hô hấp vàosâu trong phổi Mặt khác, SO2 làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăngcường độ tác hại của các chất ô nhiễm khác đối với nạn nhân.

- Bồ hóng: Bồ hóng là chất ô nhiễm đặc biệt quan trọng trong khí xả động cơ

Diesel Nó tồn tại dưới dạng những hạt rắn có đường kính trung bình khoảng0,3mm nên rất dễ xâm nhập sâu vào phổi Sự nguy hiểm của bồ hóng, ngoài việcgây trở ngại cho cơ quan hô hấp như bất kì một tạp chất cơ học nào khác có mặttrong không khí, nó còn là nguyên nhân gây ra bệnh ung thư do các hydrocarburethơm mạch vòng (HAP) hấp thụ trên bề mặt của chúng trong qua trình hình thành

- Chì: Chì có mặt trong khí xả do Thétraétyl chì Pb(C2H5)4 được pha vào xăng

để tăng tính chống kích nổ của nhiên liệu Sự pha trộn chất phụ gia này vào xănghiện nay vẫn còn là đề tài bàn cãi của giới khoa học Chì trong khí xả động cơ tồntại dưới dạng những hạt có đường kính cực bé nên rất dễ xâm nhập vào cơ thể qua

da hoặc theo đường hô hấp Khi đã vào được trong cơ thể, khoảng từ 30% đến 40%lượng chì này đi vào máu Sự hiện hiện của chì gây xáo trộn sự trao đổi ion ở não,gây trở ngại cho sự tổng hợp enzyme để hình thành hồng cầu, và đặc biệt hơn nữa,

nó tác động lên hệ thần kinh làm trẻ em chậm phát triển trí tuệ Chì gây nguy hiểmđối với con người khi nồng độ của nó trong máu vượt quá 200 đến 250mg/lít

b Đối với môi trường

Hình 1.3 - Dị thường nhiệt độ mặt đất trung bình thời gian 1999-2008

so với nhiệt độ trung bình 1940-1980

Thay đổi nhiệt độ khí quyển: Sự hiện diện của các chất ô nhiễm, đặc biệt là

những chất khí gây hiệu ứng nhà kính, trong không khí trước hết ảnh hưởng đếnquá trình cân bằng nhiệt của bầu khí quyển Trong số những chất khí gây hiệu ứngnhà kính, người ta quan tâm đến khí carbonic CO2 vì nó là thành phần chính trongsản phẩm cháy của nhiên liệu có chứa thành phần carbon

Ảnh hưởng đến sinh thái: Sự gia tăng của NOx, đặc biệt là protoxyde nitơ

N2O có nguy cơ làm gia tăng sự hủy hoại lớp Ozone ở thượng tầng khí quyển, lớp

khí cần thiết để lọc tia cực tím phát xạ từ mặt trời Tia cực tím gây ung thư da vàgây đột biến sinh học, đặc biệt là đột biến sinh ra các vi trùng có khả năng làm lâylan các bệnh lạ dẫn tới hủy hoại sự sống Mặt khác, các chất khí có tính acide nhưSO2, NO2, bị oxy hóa thành acide sulfuric, acide nitric hòa tan trong mưa, trongtuyết, trong sương mù làm hủy hoại thảm thực vật trên mặt đất (mưa acide), gây

ăn mòn các công trình kim loại

1.1.4 Thành phần và những tác hại của khí thải động cơ

1.1.4.1 Giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường do khí xả động cơ gây ra

a Hạn chế mức ô nhiễm ngay từ nguồn

Hiện nay, có rất nhiều biện pháp công nghệ góp phần cải tiến làm giảm nồng

độ khí thải các thất ô nhiễm do động cơ gây ra Sau đây là một số giải pháp

Hệ thống tuần hoàn khí thải EGR ((Exhaust Gas Recirculation): EGR đưa

một phần khí thải ngược trở lại để hòa với khí nạp nhằm mục đích giảm nồng độchất gây ô nhiễm môi trường NOx Giảm nồng độ khí độc NOx trong khí thải lànhiệm vụ cơ bản của bất cứ nhà sản xuất ôtô nào Khi bộ trung hòa khí thải bằngxúc tác chưa khai sinh, các kỹ sư thường sử dụng một kỹ thuật tuần hoàn khí thải cótên gọi EGR Ngày nay, EGR không còn phổ biến như bộ trung hòa khí thải bằngxúc tác, nhưng trên các mẫu xe diesel hay xe đời cũ, nó vẫn là công nghệ có tácdụng tốt

Hình 1.4 - Nguyên lý hoạt động cơ EGR

Các hệ thống lọc khí thải:

Một trong những biện pháp rất hiệu quả giảm thiểu sự độc hại của khí thảiđộng cơ là việc chế tạo và sử dụng hệ thống phin lọc Ví dụ như hệ thống CRT(Continously Regenerating Trap) của hãng Volvo Trucks cho phép giảm 80-90% tỷ

lệ CO, HC, NO và các phần tử cứng trong khí thải

- Hoàn thiện quá trình đốt nhiên liệu trong xi-lanh cũng là một biện pháp rấthiệu quả làm giảm khí thải độc hại Xu hướng này được Đức và Nhật đặc biệt chútrọng Đây là biện pháp đồng thời cắt giảm khí thải và tiết kiệm nhiên liệu Hiện

nay, Bosch đã cho ra mắt loại cảm biến Lambda dùng trên động cơ diesel, sau đóchế tạo thành công hệ thống điện tử điều khiển động cơ diesel EDS (ElectronicDiesel Control) Thiết bị này giúp cho dòng máy dầu đáp ứng được tiêu chuẩn bảo

vệ môi trường Euro 4 - chuẩn bảo vệ môi trường châu Âu áp dụng vào năm 2005

Hãng Toyota lại hoàn thiện quá trình làm việc của động cơ diesel theo mộthướng khác Trong thiết kế của họ, khi tải trọng của động cơ nhỏ, nhiên liệu đượcphun sớm hơn, hệ thống tuần hoàn sẽ hướng phần lớn lượng khí thải quay lại xi-lanh để được đốt cháy một lần nữa Nhờ nhiệt độ cao ở đường xả, phin lọc hỗn hợp

- xúc tác sẽ trung hòa hết các chất CO, HC, NO và giữ lại những phần tử muội

Bảng 1.2 - Tiêu chuẩn bảo vệ môi trường Euro đối với các loại động cơ đốt trong

Tiêu chuẩn Thời hạn áp dụng Nồng độ khí thải (g/KW, độ tỏa khói m-1)

Bộ xử lí khí thải (AIS : Air Induction System): Trong khí thải của động cơ

do việc cháy không hoàn toàn làm sinh ra một số hợp chất như : CO, HC, NOx Đó

là các chất khí độc hại, nên hiện nay trên thế giới và ở VN, một số lọai xe hơi và xegắn máy đời mới được lắp đặt một bộ xử lý khí thải CATALYZER có chức năngbiến đổi khí độc hại trong khí thải thành các khí không độc, giảm tối đa việc thảicác hợp chất độc hại này ra môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe của cộng đồng

Bộ xử lí khí thải 3 thành phần: Đây là bộ xúc tác có cấu trúc dạng tổ ong,

với tiết diện dạng tam giác hay vuông Xương ống được làm từ hợp kim tốt nhưinox hoặc làm từ hợp kim gốm sứ.Trong bộ xúc tác sử dụng các kim loại quý nhưRodi (Rh), bạch kim (Pt), paladi (Pd) đều là những chất xúc tác rất tốt trong khảnăng kiểm soát khí xả Rodi có khả năng khử tốt NOx, trong khi bạch kim và paladithì giúp quá trình ôxi hóa CO và HC dễ dàng hơn

Để xử lí thật triệt để, thật sạch các chất độc, nhiệt độ chất xúc tác phải trên

400oC Ở nhiệt độ đó các chất xúc tác được kích hoạt hoàn toàn, thúc đẩy quá trìnhphản ứng hoá học, đưa ba loại chất thải có độc tố cao thành các chất không độc

Các phương trình phản ứng hoá học:

NOx→ N2 + O2

O2 + CO→ CO2O2 + HC → H2O + CO2Đối với động cơ diesel, các thành phần độc hại nư NOx, CO, HC đều thấphơn so với động cơ xăng nhưng vấn đề của động cơ diesel là các hạt bụi từ khí thải.

Vì vậy, cấu tạo bộ xúc tác về cơ bản là giống động cơ xăng Tuy nhiên, cần đặttrước bộ xúc tác trên động cơ diesel một bộ lọc để hấp thụ hạt bụi từ khí thải động

cơ Sau đó các hạt bụi này được đốt cháy một lần nữa

Hình 1.5 - Bộ xúc tác 3 thành phần của động cơ xăng và diesel

b Sử dụng năng lượng thay thế

Hiện nay vấn đề các nước trên thế giới quan tâm hàng đầu là ô nhiễm khôngkhí và sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu truyền thống Giải pháp cấp bách là phải tìm ranguồn nhiên liệu thay thế với giá thành rẻ hơn và sạch hơn là ưu tiên hàng đầu

Có rất nhiều loại phương tiện giao thông cũng như các công nghệ ứng dụngnăng lượng thay thế đã và đang được phát triển rộng khắp, như việc : Hãng TeslaRoadster đã thiết kế ra chiếc ô tô điện kiểu dáng James Bond Năng lượng để chạy

xe lấy từ hàng ngàn pin Li-Ion Xe có thể tăng tốc từ 0 đến 60 dặm một giờ chỉtrong vài giây Chiếc xe ô tô điện này không gây ô nhiễm trên đường, và tất nhiên làsản xuất ra ít khí thải hiệu ứng nhà kính hơn bất cứ chiếc ô tô chạy bằng xăng nào.Hay với áp lực gần đây về nhiên liệu thay thế, ngày càng nhiều phương tiện chạybằng năng lượng mặt trời đã, đang và sẽ xuất hiện trên thị trường Các sản phẩmkhá đa dạng như tàu thuyền, xe hơi, xe đạp, xe golf Tuy tốc độ chưa được caonhưng có được cảm giác sạch sẽ, tính thẩm mỹ cao,vẻ độc đáo và tính tiết kiệm

Ngoài ra, còn có sự phát triển của các loại ô tô năng lượng sạch sử dụng cácnhiên liệu từ thiên nhiên như : Nhiên liệu Bio Diesel, Xenluloza Ethanol, Ethanol từcây ngô, Dầu tảo, Dầu mía, Butanol sinh học,… đã và đang chứng tỏ những ưuđiểm về giảm phát thải khí ô nhiễm môi trường do động cơ gây ra so với các loạinhiên liệu hóa thạch truyền thống

1.2 Cơ sở hạ tầng và tình hình giao thông đường bộ hiện nay tại Đà Nẵng 1.2.1 Cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ tại Đà Nẵng

Trên địa bàn thành phố Đà Nẵng hiện có đủ 4 loại đường giao thông thông

dụng là: đường bộ, đường sắt, đường biển và đường hàng không.

Trong đó, giao thông đường bộ có tổng số km đường trên địa bàn thành phố(không kể các hẻm, kiệt và đường đất) là 382,583 km Trong đó: quốc lộ 70,865km; tỉnh lộ 99,716 km; đường huyện 67 km; đường nội thị 181,672 km Chiều rộngtrung bình của mặt đường là 8m Mật độ đường bộ phân bố không đều, ở trung tâm

là 3 km/km2, ngoại thành là 0,33 km/km2.Trong số 77 cây cầu hiện có trên địa bànthành phố, có 34 cầu vĩnh cửu và 43 cầu tạm

Về vận chuyển khách du lịch: thành phố Đà Nẵng có trên 300 đầu xe đờimới, đầy đủ tiện nghi, đạt tiêu chuẩn về thẩm mỹ cũng như về kỹ thuật, được cơquan quản lý du lịch và giao thông công chính kiểm tra chất lượng định kỳ trước khicấp phép

Về vận chuyển hành khách công cộng: do Xí nghiệp liên hiệp vận tải khách

và dịch vụ thương mại Đà Nẵng đảm nhận Xí nghiệp có 3 bến xe tải ở số 31, 33 và

35 đường Điện Biên Phủ, quận Thanh Khê, thành phố Đà Nẵng

Xe buýt: với số lượng 30 chiếc, hệ thống xe buýt tại Đà Nẵng hoạt độngkhắp nội thành, đến vùng ngoại ô và một số địa phương ở tỉnh Quảng Nam như Hội

An, Tam Kỳ, Nam Phước, Ái Nghĩa

Xe taxi: cả thành phố hiện có hơn 8 công ty taxi đang hoạt động 24/24 giờ.Các xe này tương đối tốt, đầy đủ tiện nghi, giá cước dao động từ 6.000 đồng/km đến7.000 đồng/km tuỳ theo từng hãng xe

Xe honda ôm, xe xích lô: Tại một số khu vực khách sạn và tuyến đường cóđông khách du lịch, chính quyền địa phương lập một số tổ tự quản xe xích lô và độixích lô du lịch để làm nhiệm vụ điều phối, thông báo giá dịch vụ xe, giữ gìn anninh, trật tự

1.2.2 Tình hình giao thông đường bộ hiện nay tại Đà Nẵng

Trong thời gian gần đây, với sự phát triển của kinh tế, đời sống người dânđược cải thiện và Đà Nẵng đang là thành phố thu hút nhiều nhà đầu tư, doanhnghiệp đến làm việc và định cư nên các loại phương tiện giao thông ở thành phố

Đà Nẵng cũng ngày càng đa dạng, phong phú và đó cũng là nguyên nhanh chínhgây ra nhiều vấn đề giao thông tại Đà Nẵng cụ thể như sau:

Ngã ba Huế, ngã tư Ông Ích Khiêm – Đống Đa, nút giao thông phía Tây cầuSông Hàn… thời gian qua luôn là điểm nóng về ùn tắc giao thông trong giờ caođiểm Ngoài ra còn có hàng chục điểm ùn tắc giao thông rải rác ở các nút giaothông: Hùng Vương – Triệu Nữ Vương, Hùng Vương - Hoàng Hoa Thám, Điện

Biên Phủ - Hải Phòng, Nguyễn Văn Linh – Hoàng Diệu… và trước các cổngtrường, chợ.

Theo ông Nguyễn Hữu Cường – Chánh Văn phòng Ban ATGT thành phố, sở

dĩ nút giao thông đầu phía Tây cầu Sông Hàn thường xuyên bị ùn tắc do đây làđầu mối giao thông huyết mạch, nối liền các quận trung tâm Hải Châu, Thanh Khê

và các quận Sơn Trà, Ngũ Hành Sơn, nên vào các giờ cao điểm, mật độ tập trungphương tiện giao thông quá lớn Riêng nút giao thông Đống Đa – Ông Ích Khiêm,tuy đã đưa vào sử dụng đường nhánh một chiều từ nút giao thông này đến đườngHải Phòng từ tháng 9-2008, nhưng được một thời gian thì ùn tắc trở lại Để giảiquyết tình trạng ùn tắc cục bộ tại nút giao thông này, UBND thành phố vừa cóCông văn số 6779 chỉ đạo tổ chức giao thông một chiều trên đoạn đường Đống Đatheo hướng cấm đi từ nút giao thông Đống Đa - Quang Trung đến nút giao thôngĐống Đa -Ông Ích Khiêm

Mới đây, nhằm giảm thiểu tình trạng ùn tắc tại nút giao thông ngã ba Huế,UBND thành phố vừa có Công văn số 7017 đề nghị Bộ Giao thông-Vận tải đầu tưxây dựng cầu vượt qua đường sắt tại Km793+460 (ngã ba Huế), để các phươngtiện giao thông đường bộ và đường sắt không gây trở ngại lẫn nhau Song trongkhi các cơ quan chức năng và lãnh đạo thành phố đang cố gắng giải bài toán khó

về chống ùn tắc giao thông thì số lượng xe cộ đăng ký mới ngày càng tăng

Theo Phòng CSGT - Công an thành phố, trong tháng 10-2009 đã tiếp nhậnđăng ký mới 4.994 xe mô-tô và 368 ô-tô, nâng tổng số phương tiện giao thôngquản lý lên đến 456.990 mô-tô và 25.896 ô-tô, chưa kể hàng vạn mô-tô, ô-tô ở cáctỉnh, thành khác đến Đà Nẵng công tác, làm ăn… Đây thực sự là mối quan ngạilớn về vấn nạn ùn tắc, nhất là đối với xe ô-tô, nếu không sớm giải quyết tốt về tổchức giao thông, quy hoạch, xây dựng đường sá, bãi đậu đỗ thì dễ xảy ra tình trạngtắc đường, kẹt xe kéo dài như ở TP Hồ Chí Minh và Hà Nội

Một thực trạng bức xúc gần đây là việc xe ô-tô đậu đỗ vô tội vạ giữa lòngđường; trong khi đó, các xe khách quần đảo đón khách ngoài bến vẫn ngang nhiêntồn tại “Ăn theo” tình trạng trên là nạn cò mồi tranh giành khách và đội quân xe

ôm hàng chục chiếc rượt đuổi theo các xe khách để kiếm khách tại ngã ba Huế,trước cổng bến xe… làm phức tạp trật tự ATGT, dễ gây tai nạn

Nhận xét: Dự trên những cơ sở về tình hình giao thông tại Đà Nẵng trên ta

có thể thấy tình trạng ách tắc giao thông do các phương tiện giao thông đang ngàycàng nghiêm trọng, đồng thời phương tiện chủ yếu mà người dân sử dụng là ô tô,

xe gắn máy,…đây là loại phương tiện gây ô nhiêm môi trường nhiều nhất Do đó,cần có những phương tiện sử dụng các loại năng lượng sạch và gọn nhằm hạn chế

tình trạng ách tắc giao thông và ô nhiễm môi trường tại Đà Nẵng Ngoài ra, nó cònlàm tăng thêm sự văn minh của thành phố Đà Nẵng trong con mắt bè bạn quốc tế.

CHƯƠNG 2

CÁC NGUỒN NHIÊN LIỆU, NĂNG LƯỢNG THAY THẾ

SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ HIỆN NAY TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 2.1 Nhiên liệu lỏng

2.1.1 Dầu thực vật (Biodiesel)

a Đặc điểm

Dầu thực vật có nguồn gốc từ tất cả các hạt, quả của các cây cối Nhưng từdầu thực vật dùng để chỉ các loại cây chứa một lượng dầu với chiết suất lớn như dừa(60%), cọ (50%), dầu thực vật cũng có thể sản xuất từ các hạt của cây lấy dầu như :cải dầu, đậu phộng, đậu nành, hạt hướng dương …

b Tính chất

Tính chất lí hóa của một số dầu thực vật tham khảo:

Bảng 2.1 - Một số tính chất cơ bản của các loại dầu thực vật.

Loại dầu Khối lượng (g/cm3) Độ nhớt

(cst)

Nhiệt trị(Mj/kg) Chỉ số êtanDầu phộng

8577

30 - 3773

95 - 106

58 - 63

3 - 6

39,3337.4037,1036,7836,9237,3043,80

38 - 4138

Biodiesel oxy hóa nhanh do đặc điểm thành phần hóa học Do đó, khó có thểtích trữ loại nhiên liệu này lâu, cần phải có thêm các chất phụ gia để lưu giữ nhiênliệu được lâu hơn và Biodiesel nguyên chất dễ bị đóng băng hay đặc lại trongthời tiết lạnh (Ở Việt Nam dùng biodiesel có lẽ sẽ không gặp tình trạng này).Ngoài ra, việc sử dụng nhiên liệu chứa nhiều hơn 5% biodiesel có thể gây các vấn

đề sau: ăn mòn các chi tiết của động cơ và tạo cặn trong bình chứa nhiên liệu do

tính dễ bị oxy hóa của biodiesel; làm hư hại nhanh các vòng đệm cao su do sựkhông tương thích của biodiesel với chất liệu làm vòng đệm Ngày nay, việc sảnxuất biodiesel còn gặp nhiều khó khăn do giá thành các sản phẩm nông nghiệp chếbiến biodiesel cao, không lợi về mặt kinh tế.

2.1.2 Methanol.

a Đặc điểm

Rượu có thể được sử dụng như là 1 nhiên liệu động cơ, đó là metanol hoặc cồn

từ gỗ (wood alcohol) Nhiên liệu này là chất có tính độc và tính ăn mòn cao.Khoảng 1 nửa năng lượng của nó chứa xăng (15900 KJ cho mỗi lít [kJ/l] được

so sánh với 32300 kJ/l ) Tỷ số hỗn hợp khí thiên nhiên đối với metanolđồng đẳng

là 6,4 :1

b Tính chất

Metanol có tính ăn mòn cao, nó ăn mòn nhôm, hợp kim, nhựa và các vật liệukhác, Để ngăn chặn hư hỏng, các bộ phận hệ thống nhiên liệu phải làm bằng thépkhông gỉ hoặc các kim loại khác để chống sự ăn mòn này

Metanol không dễ dàng bay hơi như xăng Việc thêm 1 số xăng làm cho sựbốc hơi khởi động lạnh dễ dàng hơn và cải thiện sự ấm lên của động cơ Một hỗnhợp tiêu biểu được gọi là M85 gồm 85% metanol và 15% xăng Việc thêm xăng vàocũng làm cho hỗn hợp an toàn hơn vì xăng bay hơi dễ dàng hơn Metanol tinh khiếtđốt cháy bằng 1 ngọn lửa vô hình Việc thêm xăng vào, làm cho ngọn lửa có màu.Điều này quan trọng trong trường hợp hoả hoạn Một sự bất tiện khác là metanolhút nước Sử dụng metanol có thể chế tạo từ than, dầu đá phiến, gỗ, phân bón, rác

và các chất hữu cơ khác Nó được sử dụng trong nhiều năm như là nhiên liệu chocác xe đua Metanol là nhiên liệu lỏng có thể chứa đựng dễ dàng và sạch duy nhất

mà chúng ta biết cách chế tạo từ than

2.1.3 Ethanol.

a Đặc điểm

Ethanol là nhiên liệu dạng cồn, được sản xuất bằng phương pháp lênmen và chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành đườngđơn như ngô, lúa mạch, lúa mì, củ cải đường, củ sắn … Ethanol còn được sản xuất

từ các loại cây cỏ có chứa cellulose

Nếu pha ethanol vào xăng, tùy theo độ tinh khiết của chúng có thể giảm lượngxăng khoảng 10 – 15% mà công suất, hiệu suất, độ mài mòn động cơ hầu nhưkhông đổi

Xu hướng cồn hiện nay là pha với xăng, tỷ lệ khoảng 5 – 10%, nếu có hơn10% etanol được thêm vào xăng thì hệ thống nhiên liệu phải được điều chỉnh để

cung ncấp nhiên liệu giàu hơn Đồng đẳng của etanol yêu cầu tỷ lệ khí hỗn hợp là9:1, trong khí đó tỷ lệ khí lý tưởng cho xăng là 14,7:1.

Khi sử dụng Methanol sẽ mang lại nhều ưu điểm về nức độ gây ô nhiễm củacồn thấp, đặc biệt là hàm lượng muội than, SOx giảm đáng kể so với nhiên liệu dầu

mỏ do cồn chứa ít lưu huỳnh, nó đồng chất hơn xăng, quá trình cháy ít mãnh liệthơn và ít bay hơi hơn xăng Ngoài ra cồn còn được pha với xăng nồng độ 5% tạohỗn hợp xăng pha cồn có nhiều ưu điểm: tiêu thụ nhiên liệu giảm: cụ thể vớixăng pha 5% cồn, tiết kiệm được khoảng 5% nhiên liệu, công suất động cơ có cảithiện, nhìn chung lượng khí thải độc giảm nhiều và khả năng tăng tốc xe tốt hơn

Nhưng nó vẫn có nhiều nhược điểm do cồn có chứa lượng tạp chất nhất định,trong đó có axit axetic, andehic… Axit axetic trong cồn làm ăn mòn da, đặc biệt là

ăn mòn kim loại màu rất mạnh Và so với xăng thì sử dụng nhiên liệu cồn tiêu tốnhơn nhiều, 1,5 lít cồn tương đương với 1 lít xăng Dẫn đến giá thành sử dụng hiệnnay của cồn cao hơn xăng và diesel, đồng thời xe khó khởi động khi trời lạnh donhiệt hóa hơi của cồn cao

b Tính chất

LPG bay hơi ở nhiệt độ và áp suất bình thường Với lý do này, LPG được giữtrong những bình thép áp lực Để cho phép dãn nở của chất lỏng, những bình naykhông được làm đầy hoàn toàn mà chúng được làm đầy vào khoảng 80% đến 85%thể tích của chúng Tỷ số giữa thể tích khí bay hơi và khí lỏng phụ thuộc vào thànhphần cấu tạo, nhiệt độ và áp suất Tuy nhiên nó vào khoảng 250:1 Áp suất bay hơi

ở nhiệt độ 30oC của propan thương mại là từ 1 đến 1,2 MPa, của butan thương mại

là 0,2 đến 0,4 Mpa Áp suất bay hơi của butan thương mại quá thấp nên người taphải dùng đến bộ hóa hơi và bơm để làm tăng khả năng bay hơi của nó

Hiện thời, các hãng sản xuất ô tô như Citroen, Deawoo, Fiat, Ford, Hyundai,Opel/Vauxhall, Peugoet, Renault, Saab, Toyota và Volvo đã có những mẫu xe chạyhai nhiên liệu là LPG và xăng Ở đó, xăng và LPG có thể dùng thay phiên nhau

2.2.2 Khí thiên nhiên nén CNG (Compressed Natural Gas).

a Đặc điểm

Khí thiên nhiên là khí được khai thác từ các mỏ khí có sẵn trong tựnhiên.Thành phần chủ yếu: Metan (CH4) chiếm khoảng 80 – 90% tùy thuộc vàonguồn khai thác, còn lại là các hidrocacbon khác như Etan, propan…

Khí thiên nhiên nén ( CNG): Khí thiên nhiên được nén ở áp suất cao, các ápsuất thường sử dụng là 165,5 bar (2400 psi), 206,9 bar (3000 psi), 248,2 bar (3600psi) chứa trong các bình chứa cao áp mắc song song Cùng một năng lượng nhưnhau, khí thiên nhiên hóa lỏng LNG có thể tích và khối lượng bình chứa nhỏ hơnkhi nó ở dạng khí CNG (thường tỷ lệ 1:3 đối với thể tích và 1:3,7 với khối lượng).CNG có thể sử dụng trên động cơ đốt trong (ĐCĐT) thay cho nhiên liệu xăng

và diesel, có thể sử dụng độc lập hay hỗn hợp đa nhiên liệu trên ĐCĐT Trong thực

tế, các động cơ đốt trong hiện nay đều được thiết kế sử dụng nhiên liệu xăng haydiesel, do đó việc sử dụng nhiên liệu CNG cho ĐCĐT thì không phù hợp

b Đặc điểm chuyển đổi động cơ dùng CNG

Động cơ diesel chuyển sang sử dụng hỗn hợp nhiên liệu khí thiên nhiên

và diesel: đốt cháy hỗn hợp bằng sự tự cháy của lượng nhiên liệu diesel phun mồi(từ 5% đến 25% lượng nhiên liệu định mức)

CNG có nhiệt trị cao (50,5 MJ/kg), áp suất nén cao (200kG/cm2) nên bìnhchứa gọn, quãng đường chạy một lần nạp nhiên liệu lớn Tỷ trọng của CH4 nhỏbằng ½ không khí Do đó, khi bị xì hơi CH4, không đọng lại trên mặt đất mà sẽbay trong không khí

2.3 Các loại nhiên liệu khác

Hình 2.1 - Sự phát triển của ôtô điện tại Mỹ, Châu Âu và Nhật.

Nhật Mỹ

Châu Âu

Về mặt kỹ thuật hiên nay, ôtô điện có 2 nhược điểm quan trọng đó là

năng lượng dữ trự thấp ( thấp hơn 100 lần so với ôtô truyền thống ) có giá trị ban đầu cao hơn 30% Ngoài ra còn có những vấn đề quan trọng khác cần giải quyết khi ứng dụng sử dụng ôtô điện là : khả năng tăng tốc, thời gian nạp điện, vấn đề sưởi & điều hòa không khí

Những tiến bộ gần đây về tính năng kỹ thuật của bình điện có nhiều hứa hẹn

sẽ ứng dụng nhiều hơn trong những năm tới Khả năng chứa điện tăng từ 35-50Wh/

kg đối với bình điện chì – axit hay Nikel – Cadium tăng đến 70Wh/kg đối với bình

điện Ni-MH ( hydure kim loại ) và tăng 160 Wh/kg đối với bình Lithium dạng ion

Về phương diện ô nhiễm ôtô chạy bằng điện rất lý tưởng về mức độ gây tiếng

ồn, cũng như không phát sinh chất gây ô nhiễm

Về phương diện phát sinh chất khí gây hiệu ứng nhà kính, ôtô điện đương

nhiên có lợi thế hơn các ôtô sử dụng động cơ nhiệt Tuy nhiên lợi thế này phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng trong sản suất điện năng So với nhiên liệu truyền thống, mức độ có lợi ( tính theo CO2 trên 1 km ) lên khoảng 90% đối với điện sản suất bằng năng lượng nguyên tử, khoảng 20% khi sản suất điện bằng nhiên liệu và gần như không có lợi gì khi sản suất điện bằng than.

Hiện tại ô tô dùng năng lượng mặt trời chưa được sử dụng phổ biến và nhưng

nó đang được chú trọng nghiên cứu đối với các nhà nghiên cứu Năng lượng mặttrời được sử dụng dưới dạng năng lượng điện thông qua các bộ chuyển đổi như cácpin quang áp, bộ chuyển đổi nhiệt điện mặt trời, bộ chuyển đổi quang, quy trìnhquang sinh học Với việc không gây ra chất khí gây ô nhiễm, năng lượng mặt trờiđược xem là năng lượng lí tưởng cho việc sử dụng các thiết bị, phương tiện giaothông trong tương lai

2.3.2 Fuel – cell.

Pin nhiên liệu hoạt động giống như pin thông thường: Khí H2thổi vào pin, khi

đó khí H kết hợp với khí O2 tạo ra H2O , quá trình này sinh ra dòng điện Chất thải duy nhất là hơi nước sạch.

Phản ứng hoá học xảy ra như sau:

2 H2 + O2= 2H2ONăng lượng mà mỗi pin nhiên liệu này tạo ra phù thuộc vào luồng khí cung

cấp bao gồm khí hydro và oxy Mỗi tế bào tạo ra dòng điện 1 chiều từ 0,6→0,8V.

Do đó người ta kết hợp nhiều fuel cell lai với nhau tạo nguồn năng lượng cung

cấp cho xe hoạt động.Khí H2có thể sản suất từ các mỏ khí thiên nhiên hoặc cũng có thể điện ly nước thành khí H2 và O2 Khí H2được hóa lỏng và làm lạnh ở nhiệt độ

thấp Sau đó được vận chuyển đến các trạm bơm Tại đây xe bus sẽ nạp khí vào các xylanh áp suất đặt ở mỗi xe.

Ưu thế nổi bật của hydro là khi cháy trong động cơ chỉ phát thải NOx Chỉ có

một lượng rất nhỏ CO và HC trong khí xả là do sự cháy của dầu bôi trơn Trong

thành phần khí xả chỉ có hơi nước là sản phẩm cháy chính, không có CO2, bồ hóng,SO2, chì, benzen, aldehyte và các chất gây hiệu ứng nhà kính khác Nguồn sản xuất

hydro lại dồi dào và có khả năng tái tạo được: đó là nước Khi tách hydro trong nước, sản phẩm thứ 2 là oxy – một chất cần thiết cho công nghiệp, y học và

đặc biệt là rất cần thiết đối với các sinh vật trên trái đất này

Tuy nhiên, khi sử dụng nhiên liệu khí hydro cũng gặp 2 khó khăn lớn đó là

sản xuất hydro và chứa hydro trong bình dự trữ trên xe Việc tách hydro từ nước đòi hỏi tốn nhiều năng lượng, bởi vì liên kết O – H trong phân tử nước là liên kết cộng

hoá trị rất bền vững

Với trình độ khoa học kỹ thuật của nước ta hiện nay, khả năng ứng dụng nhiênliệu khí hydro trong giao thông là rất khó

2.3.4 Hybrid

Những chiếc xe petrol-electric hybrid chạy bằng sự kết hợp giữa một động

cơ xăng truyền thống và một mô-tơ điện được điều khiển bằng một thiết bị chứa năng lượng như một bộ pin Ở những điều kiện đơn giản, chúng hoạt động dựa trên nguyên tắc: một mô-tơ điện cung cấp năng lượng ở tốc độ thấp như khi lái

xe trong thành thị, và chuyển sang dùng xăng khi lái ở những vận tốc cao hơn.

Các công nghệ hybrid cải thiện hiệu quả nhiên liệu và vì thế tiết kiệm nhiênliệu đáng kể so với một chiếc xe chạy bằng xăng thông thường, cũng như thải ra ítcarbon hơn

2.4 Tiềm năng năng lượng mặt trời và xu hướng khai thác sử dụng nhiên liệu LPG dùng cho động cơ hiện nay và trong tương lai.

2.4.1 Tiềm năng năng lượng mặt trời

a Sự phát triển năng lượng mặt trời tại Việt Nam

Việt Nam có tiềm năng lớn về nguồn năng lượng tái tạo song cho tới naynguồn này chỉ chiếm 1% tổng công suất điện cả nước ( chừng 12.000MW) Pháttriển mạnh năng lượng tái tạo sẽ góp phần đa dạng hoá nguồn điện, đảm bảo an ninhnăng lượng trong tương lai, nhận định của PGS.TS Nguyễn Tiến Nguyên, chuyênviên cao cấp Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng và Môi trường

Về năng lượng điện mặt trời, Việt Nam đã phát triển nguồn năng lượng này

từ những năm 1960 song cho tới nay vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi Theo đánhgiá của các chuyên gia thì hiệu quả nhất của năng lượng mặt trời là đun nước nóng

Bức xạ nắng mặt trời sau khi đi qua tấm kính có thể đun nóng nước tới 800C vànước được nối qua bình nóng lạnh để tắm rửa hoặc đun nấu Pin mặt trời hiện chỉđược dùng ở vùng sâu vùng xa, phục vụ sinh hoạt, thông tin và liên lạc tàu bè.

Việt Nam hiện có trên 100 trạm quan trắc toàn quốc để theo dõi dữ liệu vềnăng lượng mặt trời Trung bình toàn quốc thì năng lượng bức xạ mặt trời là 4-5kWh/m2 mỗi ngày Tiềm năng điện mặt trời là tốt nhất ở các vùng từ Thừa ThiênHuế trở vào miền Nam và vùng Tây Bắc Vùng Đông Bắc trong đó có Đồng bằngsông Hồng có tiềm năng kém nhất

b Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam

Phần lớn các số liệu về bức xạ mặt Trời được đo ở trên mặt nằm ngang ởcác trạm Khí tượng thủy văn Đặc trưng của bức xạ mặt trời truyền trong khônggian bên ngoài mặt trời là một phổ rộng trong đó cực đại của cường độ bức xạ nằmtrong dải 10-1 – 10 µm và hầu như một nửa tổng năng lượng mặt trời tập trungtrong khoảng bước sóng 0,38 – 0,78 µm đó là vùng nhìn thấy của phổ

Hình 2.2 - Dải bước sóng điện từ

Hình 2.3 - Thành phần tổng xạ và nhiễu xạ trong 1 ngày trong sáng.

Qua hình vẽ này ta thấy rằng, sự biến đổi của bức xạ mặt Trời là khá trơn

tru và có một cực đại lân cận giữa trưa Đối với các ngày mây mù các đườngcong trên sẽ biến đổi phức tạp với rất nhiều cực đại và cực tiểu phụ

Có hai đại lượng chính để đánh giá bức xạ mặt Trời ở một địa phương nào

đó, đó là mật độ năng lượng mặt Trời trung bình ngày và số giờ nắng trung bìnhtháng trong năm và cả năm

Bảng 2.2 - Lượng tổng bức xạ mặt Trời trung bình ngày của các tháng trong năm ở

một số địa phương Việt Nam, (đơn vị MJ/m 2 ngày)

TT Địa phương Tổng bức xạ mặt Trời các tháng trong năm (MJ/m2.ngày)1 2 3 4 5 6

của các tháng trong năm tại Đà Nẵng (đơn vị MJ/m 2 ngày)

Nhận xét: Số liệu về lượng tổng bức xạ mặt trời trên cho thấy, Đà Nẵng là

một trong những thành phố có lượng bức xạ mặt trời cao nhất nước, đặt biệt là vàocác tháng 6, 7, 8 thuộc vào kì hè, có lượng nắng cao Do đó, đây là cơ sở khoa họcchứng tỏ Đà Nẵng có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng năng lượng mặt trời và sựphát triển ô tô năng lượng mặt trời tại Đà Nẵng là điều rất cần thiết, một mặt làmgiảm khí thải ô nhiễm, bảo vệ môi trường, mặt khác tại ra một Đà Nẵng văn minh,hiện đại và thu hút khách du lịch trong tương lai

Thực tế cho thấy tại Đà Nẵng hiện nay đang có áp dụng năng lượng mặt trờicho các trụ đèn báo giao thông, và con số này sẽ ngày càng tăng trong thời gian tới

 Hằng số và năng lượng bức xạ mặt trời ở Việt Nam

Hằng số mặt Trời ISC được định nghĩa là cường độ bức xạ đo được trongkhông gian nằm ngoài lớp khí quyển bao quanh trái Đất, trong một đơn vị thờigian, trên một đơn vị diện tích bề mặt đặt vuông góc với tia bức xạ Người ta đã

xác định được hằng số mặt Trời có giá trị bằng I SC =1.353W/m 2 , tương đương

1940 Cal/cm2/phút, hay 4.871 kJ/m2/h (số liệu này do cơ quan vũ trụ NASA của

Mỹ công bố năm 1971) Tuy nhiên, khi đến mặt đất cường độ bức xạ giảm đi đáng

kể do nó hấp thụ và tán xạ bởi các phân tử khí : CO2, O3, CH4, H2O, cũng như cáchạt bụi lơ lửng trong không khí…

Theo kết quả nghiên cứu của đề tài cấp nhà nước mang mã số 01a đã tiến hành xử lý số liệu quan trắc của 112 trạm Khí tượng thủy văn trên toànquốc về bức xạ mặt Trời và thời gian nắng, thu thập liên tục với thời gian 18 ÷19năm, mỗi ngày tiến hành 5 lần quang trắc vào các giờ 6h30;9h30;12h30;15h30; và18h30

52C-01-Giá trị cường độ tổng xạ trung bình ngày được tính theo công thức:

lan k k n

i i

i moc

i d

Q Q Q Q

Q

2

) 2 2

Q - cường độ tổng xạ trung bình ở kỳ quan trắc cuối có giá trị Q > 0

τmoc - khoảng thời gian giữa lúc mặt trời mọc và kỳ quan trắc đầu có Q > 0. τlan - khoảng thời gian giữa lúc mặt trời lặn và kỳ quan trắc cuối có Q > 0.Giá trị cường độ tổng xạ trung bình cả năm (kWh/m2/năm) hay (kWh/

Qi - cường độ bức xạ trung bình trong nhiều năm tại trạm quan trắc thứ i.

Si - diện tích của địa phương có đặt trạm quan trắc thứ i.

S i - tổng diện tích của nhóm địa phương hoặc tất cả các địa phương

trong toàn quốc (theo số liệu thống kê năm 1989)

Số giờ nắng được đo bằng nhật quang ký Cambell-Stocker, trong đó có một

số rất ít trạm dùng nhật quang ký Jordan, nhưng sự khác nhau giữa hai loại này là

không đáng kể Các giờ nắng được tính khi cường độ bức xạ có giá trị Q ≥140W/

m2, đã để lại vết cháy trên giấy giản đồ Dựa vào số liệu đo được của 112 trạm đểtính số giờ nắng trung bình trong vùng và lãnh thổ

Bảng 2.3 - Cường độ bức xạ trung bình tại các khu vực ở Việt Nam

3 Thừa Thiên - Huế, ven biển từ Đà Nẵng

đến Phú Yên, Kom Tum, Gia Lai, các

tỉnh miền Đông Nam Bộ, TP Hồ Chí

Minh, các tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu

Long

4 Đắk Lăk, Lâm Đồng, Khánh Hoà, Ninh

Thuận, Bình Thuận, Bà Rịa Vũng Tàu

có khai thác một cách kinh tế, thì dầu khí cũng chỉ đủ dùng trong vòng 30 - 40năm, than còn có khả năng sử dụng trong vòng hơn 60 năm

Nhưng bù lại, Việt Nam có bức xạ mặt trời vào loại cao trên thế giới, với

số giờ nắng dao động từ 1600 - 2600 giờ/năm, (trung bình xấp xỉ 5 kwh/m2/ngày),được đánh giá là khu vực có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời, đặc biệt làtại khu vực miền Trung và miền Nam Không những thế, theo các nhà chuyênmôn thì trong tương lai, nhu cầu sử dụng các thiết bị chạy bằng năng lượng mặttrời ở nước ta là rất lớn, kể cả khu vực thành thị cũng như khu vực nông thôn

Hiện nay, ở Việt Nam đang thực hiện một số dự án lớn như: Chương trìnhhành động năng lượng mới, xây dựng kế hoạch phát triển ứng dụng năng lượngmới & tái tạo do Ngân hàng thế giới tài trợ; Dự án cung cấp điện bằng hệ thốngpin mặt trời cho 300 trung tâm xã thuộc các khu vực miền núi đặc biệt khó khăn

Tại Việt Nam, từ năm 1989 điện mặt trời đã được ứng dụng và phát triểnmột cách rộng rãi Điện mặt trời gia đình bắt đầu được ứng dụng rộng rãi tạiViệt Nam từ năm 1989, đã có hơn 3.000 hộ dân vùng sâu, vùng xa được điện khíhóa bằng hệ điện mặt trời gia đình, 8.500 hộ sử dụng điện mặt trời qua các trạmsạc ắc quy và hàng trăm làng, nhà văn hóa, điện mặt trời ra đời…

Sở Khoa học công nghệ TP.HCM tài trợ 9 tỷ đồng triển khai lắp đặt

“Công trình cung cấp điện bằng năng lượng mặt trời và năng lượng gió” tại đảoTrường Sa

Hình 2.5 - Dàn pin mặt Trời trên đảo Trường Sa

Năm 2010, nhà máy sản xuất pin sử dụng năng lượng mặt trời đầu tiên tạiViệt Nam chính thức đưa vào sử dụng Công trình cho ra đời những sản phẩm cógiá thành thấp hơn pin nhập khẩu từ 15% đến 20% Công trình xây dựng tại cụmcông nghiệp nhựa Hòa Đức, tỉnh Long An, là dự án phối hợp đầu tư giữa Trungtâm Tiết kiệm năng lượng TP HCM và Công ty cổ phần năng lượng Mặt Trời Đỏ

2.4.2 Cơ sở và xu hướng khai thác sử dụng nhiên liệu khí LPG Việt Nam

Nguồn khí bao gồm khí đồng hành và khí thiên nhiên Khí đồng hành lấyđược từ các mỏ dầu, trung bình một tấn dầu khai thác có thể lấy được từ 150 - 250

m3 khí Tuy nhiên, khí đồng hành cần có kế hoạch sử dụng đồng thời với việc khaithác dầu, nếu không sẽ phải đốt bỏ đi, như mỏ Bạch Hổ đốt bỏ đi từ năm 1986 khi

bắt đầu khai thác dầu cho đến năm 1995 mới đưa vào sử dụng.

Hình 2.6 - Sơ đồ các mỏ khí tại phía Nam Việt Nam

Nguồn khí thiên nhiên đã và đang được tìm nhiều nơi ở thềm lục địa nước ta:

 Mỏ Lan Tây - Lan Đỏ: thuộc lô 06.1, bể Nam Côn Sơn với trữ lượng đã

được đánh giá chắc chắn và được cấp chứng chỉ là 57 tỷ m3, trữ lượng có thểkhai thác là 44 tỷ m3 Một số lô khác đã phát hiện khí thiên nhiên cũng thuộc

bể Nam Côn Sơn như mỏ Hải Thanh được đánh giá là mỏ lớn nhất được pháthiện cho tới nay ở bể Nam Côn Sơn; mỏ Mộc Tinh lô 5.3…đang tiếp tục thẩmlượng Dự báo tổng trữ lượng khí thiên nhiên ở Nam Côn Sơn khoảng 500 tỷ

m3 (mức dự báo cơ sở)

 Bể Malai - Thổ Chu: phát hiện khí thiên nhiên với trữ lượng dự báo

khoảng vài chục tỷ m3, và đang tiếp tục thăm dò Tiềm năng khí nước ta khálớn, với tổng trữ lượng khoảng 1.200 tỷ m3 (tương đương 1.200 triệu tấn dầu),trong khi trữ lượng dầu nước ta được đáng giá khoảng 700 triệu tấn Trong sốnày, chỉ mới phát hiện 400 tỷ m3, trữ lượng đã phát hiện chắc chắn là trên 150

tỷ m3 (gồm khí đồng hành ở bể Cửu Long và khí thiên nhiên thuộc bể NamCôn Sơn)

Khí là loại nhiên, nguyên liệu có nhiều ưu việt: là nhiên liệu tốt cho phát điện,sản xuất đạm, luyện kim…và dùng thay thế các loại nhiên liệu hiện có trong lĩnhvực giao thông; là nhiên liệu sạch, không gây ô nhiễm môi trường; rẻ hơn dầu và lànguyên liệu quý cho các ngành công nghiệp hoá dầu Việc sử dụng khí đã tăng rấtnhanh ở các nước trong khu vực Nhiều nước đang có kế hoạch nhập khẩu khí từcác nước lân cận và khí được coi là tác nhân kích thích phát triển kinh tế Trongnhững năm tới, khí ở nước ta sẽ đáp ứng nhu cầu phát triển của các ngành sau đây:

- Khí sử dụng cho phát điện

- Khí sử dụng cho sản xuất phân đạm

- Khí dùng trong các lĩnh vực giao thông và trong sinh hoạt dân cư.

Nhận xét: Từ các số liệu trên cho thấy, tiềm năng khí thiên nhiên, đặc biệt là

khí gas hóa lỏng LPG ở Việt Nam là rất lớn, nó không chỉ được sử dụng cho đờisống, sinh hoạt, công nghiệp mà còn có khả năng ứng dụng trên các phương tiệngiao thông trong tương lai nhằm cải thiện tình trạng ô nhiễm môi trường cho nhiênliệu hóa thạc truyền thống gây ra Qua đó,chứng tỏ đây sẽ là nguồn nhiên liệu tươnglai thay thế cho các loại nhiên liệu truyền thống đang dần cạn kiệt Cơ sở này sẽgiúp cho Việt Nam có sự phát triển kinh tế và mang lại những sản phẩm thân thiệnmôi trường trong tương lai bằng việc sử dụng nhiên liệu khí thiên nhiên Ngoài ra,

sử dụng nhiên liệu khí gas hóa lỏng LPG giúp con người bảo vệ sức khỏe do không

có nhiều khí thải độc hại

Việc khuyến khích sử dụng vì những ưu điểm vượt trội của nó Chi phí sảnxuất thấp hơn xăng và diesel, chi phí sử dụng nhiên liệu khí thấp Vừa ít ô nhiễmmôi trường, bảo vệ sức khỏe người dân, giảm được sự phụ thuộc vào nhiên liệutruyền thống, chủ động nhiên liệu

`CHƯƠNG 3

TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ VÀ TÌNH HÌNH ỨNG DỤNG

XE NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ NHIÊN LIỆU LPG

Năng lượng mặt trời đóng một vai trò quan trọng trong đời sống, sản xuấtngày nay Hiện đã có rất nhiều thành tựu, cộng nghệ sản xuất và kết quả từ việcnghiên cứu sử dụng năng lượng mặt trời để thay thế cho các nhiên liệu truyền thốngđang ngày càng cạn kiệt và giảm thiểu mức ô nhiễm môi trường Ngoài ra, nhiênliệu LPG cũng là nhiêu liệu có nhiều ứng dụng vào đời sống hiện nay Nội dung củachương sẽ giới thiệu các công nghệ chế tạo, ứng dụng năng lượng mặt trời và côngnghệ sử dụng nhiên liệu LPG cho đời sống và sản xuất

3.1 Công nghệ và ứng dụng xe năng lượng mặt trời

3.1.1 Công nghệ chế tạo tế bào năng lượng mặt trời

Theo tìm hiểu hiện giờ phổ biến 3 loại sau: Crystalline silicon solar cell,CIGS solar cell và CdTe Photovoltaic Cell

Crystalline Silicon Solar Cell CIGS Solar Cell CdTe Photovoltaic Cell

Bảng 3.1 - So sánh ưu nhược điểm các loại pin mặt trời

Crystalline Silicon

Solar Cell

Hiệu quả chuyển hóa NLMTthành điện cao hơn nhiều sovới 2 loại còn lại

Tính bền không cao, nhậycảm với nhiệt độ và điềukiện ánh sáng; Giá thànhtương đối đắt

Giá thành sản xuất rẻ hơnsilicon nhưng đắt hơn CdTe

Scalability: Hiệu quảchuyển hóa NLMT khi sảnxuất các tấm pin mặt trờiqui mô lớn không đạt nhưkết quả trong phòng thínghiệm

CdTe Photovoltaic

Cell

Giá thành sản xuất rẻ hơn hailoại trên; Robustness: cao hơnnhiều, hoạt động trong cácđiều kiện nhiệt độ và ánh sángkhác nhau bao gồm cả nhữnglúc nhập nhoạng tối;

Scalabitity: dễ dàng triển khaicác tấm pin mặt trời qui môlớn mà không ảnh hưởngnhiều đến hiệu quả sản xuất

Hiểu quả chuyển hóaNLMT thành điện thấp hơn

so với 2 loại trên

3.1.2 Các ứng dụng năng lượng mặt trời trong công nghiệp và đời sống

a Sử dụng năng lượng mặt trời trong công nghiệp

Hình 3.1 - Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời

và sơ đồ điển hình lắp đặt hệ thống điện pin mặt trời nối lưới

- Nhà máy điện bằng năng lượng mặt trời: Điện năng còn có thể tạo ra từ

NLMT dựa trên nguyên tắc tạo nhiệt độ cao bằng một hệ thống gương phản chiếu

và hội tụ để gia nhiệt cho môi chất làm việc truyền động cho máy phát điện Hiệnnay trong các nhà máy nhiệt điện sử dụng NLMT có các loại hệ thống bộ thu chủyếu sau đây:

 Hệ thống dùng parabol trụ để tập trung tia bức xạ mặt trời vào một ốngmôi chất đặt dọc theo đường hội tụ của bộ thu, nhiệt độ có thể đạt tới

400oC

 Hệ thống nhận nhiệt trung tâm bằng cách sử dụng các gương phản xạ cóđịnh vị theo phương mặt trời để tập trung NLMT đến bộ thu đặt trên đỉnh

tháp cao, nhiệt độ có thể đạt tới trên 1500oC.

Hình 3.2 - Tháp năng lượng Mặt trời

 Hệ thống sử dụng gương parabol tròn xoay định vị theo phương mặttrời để tập trung NLMT vào một bộ thu đặt ở tiêu điểm của gương,nhiệt độ có thể đạt trên 15000C

Australia đang tiến hành dự án xây dựng một tháp năng lượng mặt trời cao1km với 32 tuốc bin khí tổng công suất 200 MW Đến năm 2006 tháp năng lượngmặt trời này cung cấp điện mỗi năm 650GWh cho 200.000 hộ gia đình ở miền tâynam Australia, giảm được 700.000 tấn khí gây hiệu ứng nhà kính mỗi năm

- Thiết bị sấy năng lượng mặt trời: NLMT được ứng dụng khá phổ biến

trong lĩnh vực nông nghiệp để sấy các sản phẩm như ngũ cốc, thực phẩm nhằmgiảm tỷ lệ hao hụt và tăng chất lượng sản phẩm Ngoài mục đích để sấy các loạinông sản, NLMT còn được dùng để sấy các loại vật liệu như gỗ

Hình 3.3 - Thiết bị sấy khô dùng năng lượng mặt trời

b Sử dụng năng lượng mặt trời trong sinh hoạt đời sống

- Thiết bị chưng cất nước dùng năng lượng mặt trời

Hình 3.5 - Thiết bị chưng cất nước dùng NLMT

Ở Việt Nam đã có đề tài nghiên cứu triển khai ứng dụng thiết bị chưng cấtnước NLMT để chưng cất nước ngọt từ nước biển và cung cấp nước sạch dùngcho sinh hoạt ở những vùng có nguồn nước ô nhiễm với thiết bị chưng cất nướcNLMT có gương phản xạ đạt hiệu suất cao

- Động cơ Stirling chạy bằng năng lượng mặt trời

Hình 3.6 - Động cơ Stirling dùng NLMT

Ứng dụng NLMT để chạy các động cơ nhiệt - động cơ Stirling ngày càngđược nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi dùng để bơm nước sinh hoạt hay tưới cây ởcác nông trại Ở Việt Nam động cơ Stirling chạy bằng NLMT cũng đã đượcnghiên cứu chế tạo để triển khai ứng dụng vào thực tế Như động cơ Stirling, bơmnước dùng năng lượng mặt trời

- Sử dụng năng NLMT trong gia đình

Trong số những ứng dụng của NLMT thì làm lạnh và điều hoà không khí làứng dụng hấp dẫn nhất vì nơi nào khí hậu nóng nhất thì nơi đó có nhu cầu về làmlạnh lớn nhất, đặc biệt là ở những vùng xa xôi héo lánh thuộc các nước đang pháttriển không có lưới điện quốc gia và giá nhiên liệu quá đắt so với thu nhập trungbình của người dân

3.1.3 Ứng dụng năng lượng mặt trời trên các phương tiện giao thông

a Các phương tiện giao thông sử dụng năng lượng mặt trời

Công nghệ chuyển hóa năng lượng mặt trời thành điện năng ngày càng phổbiến Năng lượng mặt trời trở thành nguồn năng lượng sạch, thông dụng trong thịtrường sản xuất các phương tiện đi lại Trong khi đó các nghiên cứu về lĩnh vựcnày ngày càng tiến xa hơn & đạt được những thành tựu vượt bậc, do vậy mà cácnhà thiết kế luôn bận rộn trong việc thử nghiệm, thay đổi mẫu mã các sản phẩm -

cụ thể ở đây là các phương tiện giao thông Sau đây là một số thiết kế mới nhất củadòng sản phẩm này

- Xe đạp, xe ba bánh, scooter

Hình 3.9 - ‘solarcab / rickshaw’ thiết kế bởi solarlab, 2008

Thiết kế này giành cho xe taxi và hiện nay vẫn còn nhược điểm là ban đầu tài

xế vẫn phải đạp xe để khởi động Bộ chuyển hóa năng lượng mặt trời đã có thể cungcấp 75% năng lượng cần thiết cho chiếc taxi này Vận tốc xe có thể đạt đến khoảng30km/h và được đưa ra thị trường vào cuối năm 2009

- Mẫu thiết kế xe đạp điện của Larry Chen

Hình 3.10 - ‘Xe đạp điện’ thiết kế bởi larry chen, 2008

Thiết kế này nổi bật với các pin chuyển hóa năng lượng mặt trời được lắp ởđầu xe, có thể điều chỉnh sao cho khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời là lớn nhất,còn các phần còn lại như cấu tạo của 1 chiếc xe đạp điện Larry Chen đã chiếnthắng trong cuộc thi quốc tế về thiết kế xe đạp lần thứ 12, được tổ chức hàng năm

Thiết kế đầy sáng tạo của hãng sunRED

Hình 3.11 - Chiếc xe “Sức mạnh của ánh sáng” do sunRED thiết kế năm 2007

Đặc điểm nổi bật là lớp vỏ cứng bảo vệ, thiết kế này tận dụng các tấm pinnăng lượng mặt trời, vừa có tác dụng hấp thụ ánh sáng, chuyển hóa thành điện năng,vừa có tác dụng bảo vệ người lái xe Chiếc xe này có để đạt đến tốc độ 50km/h, cònnếu chỉ chạy bằng năng lượng mặt trời thì có thể chạy ở vận tốc 20km/h

Các tấm pin được thiết kế bố trí đóng mở theo vỏ xe với một thiết kế tối ưu,tận dụng mọi vị trí để đặt pin, do đó, chiếc xe này có khả năng thu năng lượng mặttrời cao hơn so với các loại xe khác và nhanh hơn.

- Mẫu xe đạp thiết kế bởi Electrobike

Chiếc xe này kết hợp cả sức người & năng lượng mặt trời Bộ sạc điện cho

xe đơn giản,mỏng, nhẹ & có thể gấp gọn lại dễ dàng Sau khi sạc 2.5 giờ, xe có thểchạy khoảng 40km, vận tốc cao nhất có thể đạt được là 32km/h Bạn cũng có thểdùng xe này như 1 chiếc xe đạp bình thường

Hình 3.12 - ‘pi’ thiết kế bởi Electrobike, 2007

Ưu điểm của chiếu xe đạp này là thiết kế gọn nhẹ, tấm thu năng lượng được cuộn lại và cất gọn gàng phía sau yên xe, nhưng nó lại có một nhược điểm là không thể vừa đi vừa sạc để thu thêm năng lượng cho xe

- Mẫu solartrike của Larry Defoose

Hình 3.13 - ‘solartrike’ thiết kế bởi larry delfoose, 2006

Mỗi lần sạc, chiếc xe ba bánh này có thể chạy với vận tốc 40km/h trên quãngđường khoảng 16km Tuy nhiên xe thiết kế không được gọn, và chỉ có 1 người sửdụng được Tấm pin mặt trời đặt trước quá cồng kềnh cho việc sử dụng

- Phà chạy bằng năng lượng mặt trời: Chiếc phà mang tên Solarshuttle

chở được 42 hành khách, không gây tiếng ồn, lướt nhẹ nhàng trên mặt nước với vậntốc 8km/giờ Phà Solarshuttle dài gần 15m, được cấu tạo từ các loại thép không gỉ,

chịu bền cao Trên nắp phà có gắn 27 tấm thu nguồn năng lượng từ mặt trời Mỗi

km, loại phương tiện này sẽ tiết kiệm được một vài USD nhiên liệu so với loại phàcùng kích cỡ Đặc biệt, dù trời mưa hay râm mát, thì nguồn năng lượng mặt trời dựtrữ vẫn đủ để cho phà này hoạt động, dù vận tốc có chậm hơn Hiện chiếc phàSolarshuttle mới đi được khoảng 132km

Hình 3.14 - Phà chạy bằng năng lượng mặt trời

b Đặc điểm một số loại ô tô sử dụng năng lượng mặt trời

- “Sunmobile” Chiếc xe ô tô năng lượng mặt trời đầu tiên được chế tạo:

Người đầu tiên chế tạo xe ô tô năng lượng mặt trời là ông Kelly Hart với tên chiếc

xe của ông là “Sunmobile”, sử dụng cả 2 nguồn năng lượng là năng lượng mặt trời

Hình 3.15 - Hộp đựng pin sau ghế, sau đó là thùng đựng đồ và bánh xe dự trữ

Xe sân golf sử dụng năng lượng mặt trời của hãng SunGo: Sử dụng năng

lượng mặt trời cho xe sân golf có thể tiết kiệm khoảng chừng 190kg than đá choviệc sản xuất điện năng, và giảm phát thải 500kg CO2/ 1 năm trong không khí.Nhằm mục đích giảm thiểu khí thải ô nhiễm, giảm chi phí điện năng, tăng tuổi thọ

pin, giảm giá thành khoảng 30% so với xe thông thường, hãng SunGo đã chế tạo rachiếc xe sân golf sử dụng năng lượng mặt trời

Hãng SunGo đã sử dụng tấm thu Sharp 187W được lắp trên trần, với hệthống điều khiển thông minh, phần khung được thiết kế bằng nhôm nên giảm đượctrọng lượng của xe, dễ lắp đặt và sửa chữa Ngoài ra, xe sử dụng sạc 48V, với tiêuchuẩn sản xuất theo ISO 9001, có 2 ghế ngồi và có thể tăng thêm lên 4 chỗ ngồi

Kích thước: dài 58.7", rộng 39.1", và cao 2.3" và giá bán ra 1995 USD

Hình 3.16 - Xe sân golf năng lượng mặt trời của hãng SunGo

Xe đua năng lượng mặt trời M-Pulse: đạt tốc độ tối đa 88km/h, ở điều kiện

bình thường, tế bào quang điện sản xuất ra khoảng chừng 1200 W, thỉnh thoảng có khả năng lên đến 1600W

Hình 3.17 - Các thành viên nhóm với xe đua M-Pulse

- Xe năng lượng mặt trời của sinh viên Đại Học Cần Thơ: Xe được thiết kế

theo kiểu 4 bánh khá gọn nhẹ Với công suất động cơ 2 x 250W, vận tốc 25km/giờ,

xe chở được 2 người (kể cả người lái) Trên mui xe có gắn 3 tấm pin mặt trời Pinnày sẽ hấp thu năng lượng mặt trời, đưa qua bộ điều khiển và chuyển thành điệnmột chiều vận hành xe hoạt động

Hình 3.18 - Sinh viên Đại Học Cần Thơ cùng chiếc xe năng lượng mặt trời

3.1.4 Giải pháp nạp điện cho các phương tiện giao thông chạy bằng điện

Hình 3.19 - Các thiết kế trạm nạp điện bằng năng lượng mặt trời

Nhu cầu sử dụng năng lượng mặt trời cùng với sự phát triển nhanh chóng củacác thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời, xe đạp điện dùng pin năng lượng mặt trời

đã nảy sinh nhu cầu “làm thế nào để sạc điện cho chúng nếu bạn không ở nhà”Gần đây, hãng Sanyo tại Nhật

Bản đã tuyên bố rằng, họ sẽ lắp đặt 1

trạm để xe năng lượng mặt trời tại

Tokushima, quận trung tâm của Nhật

Bản Mục tiêu của dự án này trước

tiên là để kiểm thử 2 sản phẩm mới

của hãng, đó là loại linh kiện có chức

năng chuyển hóa năng lượng mặt trời

thành điện năng (solar cell) và 1 loại

pin có thế sạc lại được Hãng dự định sẽ lắp đặt 3 tấm pin hấp thụ năng lượng mặttrời thuộc dòng sản phẩm 210W HIT, kèm theo đó là bộ phận Pin lion Ước tính củahãng cho thấy, trạm này có khả năng sản xuất khoảng 690kWh /năm, ngòai ra,

“eneloop bike”, mẫu xe đạp mới của hãng sẽ được sử dụng làm phương tiện đi lạichính của các nhân viên công vụ trong văn phòng chính phủ

Hình 3.20 - Trạm nạp điện năng lượng mặt trời

‘Solar-shell’ thiết kế bởi 21 wheels

là 1 trạm sạc điện trong đó tích hợpluôn các tấm pin năng lượng mặttrời, kèm theo đó là các thiết bị biến

áp & các dây cắm thích hợp cho việcsạc lại pin Các góc tạo bởi các tấmpanel cũng được tối ưu hóa sao chohiệu suất hấp thụ & chuyển hóa nănglượng là cao nhất Vỏ ngòai làmbằng sợi thủy tinh siêu bền, nhằmtránh sự hư hại do va chạm, trầy xước hoặc ăn mòn của môi trường

Có 1 trạm để xe khác cũng tích hợp sử dụng năng lượng mặt trời, được gọi là

“bike tree” Ngoài việc để xe ở đây để sạc pin cho nó, trạm này cũng đãm bảo việc

sẽ trông xe cho bạn 1 cách rất an toàn bằng cách đưa xe lên độ cao 5m Chỉ có chủemới có thể đưa xe xuống bằng cách sử dụng thẻ Smart Card như mẫu thiết kế hìnhdưới

Hình 3.22 - ‘Ubi-cycle’ thiết kế bởi jung tak cũng áp dụng ý tưởng giống bike-tree.

Hình 3.21 - Trạm nạp sạc có biến áp