Nhom 8 nang luong sinh khoi

Đồ án môn năng lượng tái tạo. Phần năng lượng sinh khối. Đồ án môn năng lượng tái tạo. Phần năng lượng sinh khối. Đồ án môn năng lượng tái tạo. Phần năng lượng sinh khối. Đồ án môn năng lượng tái tạo. Phần năng lượng sinh khối.

ĐỀ SỐ 8:

NĂNG LƯỢNG SINH KHỐI

GVHD: Ths Ngô Hoàng Tuấn

TẬP ĐOÀN ĐIỆN LỰC VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG ĐIỆN LỰC TP HỒ CHÍ MINH

LỚP 12D7H7B MÔN: NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

Nguyễn Hoài Nam

Giới thiệu chung về dạng năng lượng sinh khối:

Tình hình khai thác năng lượng sinh khối tại

So sánh giữa các cách khai thác với nhau:

Giới thiệu chung về dạng năng lượng sinh khối:

Giới thiệu chung về dạng năng lượng sinh khối:

 Sinh khối là một thuật ngữ có ý nghĩa bao hàm rất rộng dùng để mô tả các vật chất có nguồn gốc sinh học vốn

có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng hoặc do các thành phần hóa học của nó.

 Năng lượng sinh khối (Biomass) là vật liệu sinh học được lấy từ cơ thể sinh vật, hay vừa mới tồn tại trong cơ thể sinh vật (chất thải) Trong ngữ cảnh của ngành năng lượng, sinh chất thường được dùng để nói về các vật liệu từ cây cỏ,

Giới thiệu chung về dạng năng lượng sinh khối:

 Khi thực vật sinh trưởng, chúng hấp thụ khí níc (CO2) trong môi trường và dự trữ nó thông qua quá trình

các-bon-quang hợp Một lượng CO2 tương đương được giải phóng khi thực vật bị phân huỷ tự nhiên hoặc đốt cháy Điều đó có nghĩa

là năng lượng sinh khối không đóng góp vào quá trình phát thải khí nhà kính.

 Trong tự nhiên, sinh khối bao gồm cây cối, cây trồng công nghiệp, tảo và các loài thực vật khác, hoặc là những bã nông nghiệp và lâm nghiệp (rơm rạ, bã mía, vỏ, xơ bắp, lá khô,

Giới thiệu chung về dạng năng lượng sinh khối:

 Trên quy mô toàn cầu, sinh khối là nguồn năng lượng lớn thứ tư, chiếm khoảng 14%-15% tổng năng lượng tiêu thụ của thế giới Ở các nước đang phát triển, sinh khối thường là nguồn năng lượng lớn, trung bình đóng góp khoảng 35% trong tổng cung cấp năng lượng Vì vậy năng lượng sinh khối giữ vai trò quan trọng và có khả năng sẽ giữ vai trò sống còn trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng của thế giới trong tương lai.

Giới thiệu chung về dạng năng lượng sinh khối:

 Ethanol từ sinh khối :

Ethanol được sản xuất từ sự chuyển hóa tinh bột trong các nguyên liệu sinh khối (bắp, khoai tây, mía ) thành rượu Quá trình lên men tương tự như quá trình sản xuất nước giải khát chứa cồn Chú ý, bât lợi chính của các nhiên liệu alcohol (metanol, etanol…) là dù chúng được sản xuất từ sinh khối, khí than…thì 30-40% năng lượng trong nhiên liệu ban đầu đã bị mất đi cho quá trình chuyển hóa alcohol.Các tính toán cho thấy, việc sản xuất alcohol từ hoa màu tiêu tốn nhiều năng lượng cho quá trình trồng trọt, thu hoạch…Vì vậy, nhiên liệu

Lịch sử phát triển:

Lịch sử phát triển:

Hiện nay có một quá trình sản xuất etanol sử dụng phần cellulose trong các sinh khối như cây, cỏ và phế thải nông nghiệp Cellulose là một dạng hydrocacbon khác cũng có thể phân hủy thành các đường đơn Quá trình này còn tương đối mới và chưa phổ biến rộng rãi trên thị trường nhưng cho thấy tiềm năng khá lớn nếu tận dụng được nguồn nguyên liệu rẻ tiền và dồi dào trên.

Lịch sử phát triển:

Ethanol bay hơi kém hơn xăng nên, giống như metanol, nó khó khởi động khi trời lạnh, và vấn đề hiệu suất năng lượng thấp có thể khắc phục nhờ những thiết kế động cơ thích hợp và sự hòa trộn với xăng như trên

 Biogas

Được mệnh danh là “cuộc cách mạng nâu” trong lĩnh vực năng lượng mới (The Brown Revolution), Biogas hiện nay được nghiên cứu

và ứng dụng rộng rãi trên thế giới, đặc biệt ở các nước đang phát triển

có khí hậu nhiệt đới (Trung Quốc, Ấn Độ, Brazil, Nepal, Kenia, Thái Lan, Việt Nam…) thích hợp cho quá trình lên men kỵ khí các chất thải

Lịch sử phát triển:

Biogas cháy với ngọn lửa xanh, không sinh khói, nhiệt độ và nhiệt lượng cao (1 mét khối khí cháy phát ra nhiệt 4700-5900 kcal tùy theo hàm lượng CH4 (mêtan); mà hàm lượng CH4 lại ohụ thuộc vào

nguyên liệu ủ)

Biogas sử dụng nguyên liệu đa dạng, thường là tận dụng các chất thải, phế thải, phế phẩm trong nông lâm ngư nghiệp Quy mô

gia đình thường sử dụng phân gia súc, quy mô lớn hơn có thể phát

triển sử dụng các loại rác đô thị và rác công nghiệp làm nguyên liệu

(VD : Nhà máy Biogas ở Tilburg (Ấn Độ) khai thác nguyên liệu từ rác thải của các thành phố lớn)

Ở Việt Nam ta cũng có những đề tài nghiên cứu sản xuất Biogas từ việc ứng dụng mô hình bể lọc kỵ khí UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) để xử lý nước thải của những ngành công nghiệp giàu chất hữu cơ (nước thải nhà máy chế biến thực phẩm, đường, rượu…) trong điều kiện khí hậu nhiệt đới Sản xuất mêtan sinh học từ chất thải lưu giữ

cơ chất trong thời gian dài (ủ nhiều tuần lễ) ở điều kiện kỵ khí nên làm giảm đến 90% ký sinh trùng gây bệnh, khử được mùi

Lịch sử phát triển:

Lịch sử phát triển:

Không chỉ xử lý chất thải hữu cơ, làm sạch môi trường, phát triển Biogas còn cung cấp bã thải là phân bón

có giá trị cao cho nông nghiệp, tăng độ phì cho đất.

Trở lại với vai trò năng lượng, việc sản xuất khí mêtan sinh học có thể tự đáp ứng đủ nhu cầu chất đốt, kể

cả điện khí hóa ở các vùng nông thôn Bigas cũng góp phần làm giảm nạn phá rừng ở các nước đang phát triển, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch.

Lịch sử phát triển:

Các hầm ủ Biogas có thể xây dựng với công suất bất kỳ, vốn đầu tư nhỏ, nguyên liệu sẵn có nên nó khá phù hợp với nền kinh tế các nước đang phát triển Người ta sử dụng năng lượng Biogas để đun nấu, thắp sáng, chạy máy…Biogas thực sự đem lại cuộc sống văn minh, tiện nghi hơn cho nông thôn

Với hàng loạt những lợi ích về kinh tế – xã hội và môi trường trên, Biogas hứa hẹn tiềm năng to lớn trong việc góp phần giải quyết vấn đề chất đốt sinh hoạt hiện nay

Lịch sử phát triển:

Quy trình công nghệ của nhà máy điện rác tương tự như nhà máy nhiệt điện, chỉ khác ở chỗ nhiên liệu không giống nhau và phải trang bị thêm hệ thống xử lý làm sạch khói, khí khá phức tạp

Tính ưu việt của nhà máy điện rác so với các lò đốt rác thông thường chính là ở chỗ trong khi giảm trọng lượng và thể tích rác nhờ quá trình đốt, nó còn có tác dụng “tài nguyên hóa”, biến rác trở thành nhiên liệu sản xuất năng lượng, “vô hại hóa” rác Tro bụi từ lò thiêu được phân tuyển bằng từ tính, sau đó trở thành vật liệu phủ mặt đường hoặc lấp lấn biển

Lịch sử phát triển:

Điện sinh khối ở một số nước trên thế giới

Hiện nay trên thế giới có sáu hệ thống điện sinh học lớn, bao gồm: Đốt biomass trực tiếp, đồng đốt cháy, khí hoá, tiêu hoá kỵ khí, nhiệt phân và hệ thống điện sinh học nhỏ, module Ước tính tới năm

2020, sản lượng điện sinh khối của thế giới là hơn 30.000 MW.

Lịch sử phát triển:

Lịch sử phát triển:

Mỹ là nước sản xuất điện biomass lớn nhất thế giới, có hơn 350 nhà máy điện sinh học, sản xuất trên 7.500MW điện mỗi năm Những nhà máy này sử dụng chất thải từ nhà máy giấy, nhà máy cưa, sản phẩm phụ nông nghiệp, cành lá từ các vườn cây ăn quả Năng lượng biomass chiếm 4% tổng năng lượng được tiêu thụ ở Mỹ và 45% năng lượng tái sinh.

Ở Nhật Bản, Chính phủ đã ban hành Chiến lược năng lượng sinh khối từ năm 2003 và hiện nay đang tích cực thực

Còn ở Trung Quốc đã có Luật năng lượng tái tạo và hiện nay

đã có hơn 80 nhà máy điện sản xuất từ sinh khối với công suất đến 50MW/nhà máy Tiềm năng là có thể đạt được 30GW điện từ loại hình

Các nhà máy điện sinh khối thường có công suất bé dưới 10MW Tuy nhiên cũng có nhiều nhà máy điện sinh khối công suất lớn trên thế giới như:

- Nhà máy điện sinh khối COLMAC ở Mecca, California, Mỹ công suất 47 MW

- Nhà máy điện Teesdies vương quốc Anh, công suất 295 MW được xây dựng và dự kiến bắt đầu hoạt động thương mại vào cuối năm nay

Lịch sử phát triển:

 Sinh khối có thể được xử lý ở nhiều dạng chuyển đổi khác nhau để tạo ra năng lượng, nhiệt lượng, hơi và nhiên liệu Hầu hết các quá trình chuyển đổi sinh khối có thể được chia ra làm hai loại như sau:

 Chuyển đổi nhiệt hóa (thermochemical): bao gồm đốt nhiệt (combustion), khí hóa và nhiệt phân

 Chuyển đổi sinh hóa (biochemical): bao gồm phân hủy yếm khí (sản phẩm sinh khối và hỗn hợp methane và CO 2)

Một quá trình khác là chiết xuất, chủ yếu là quá trình cơ học, được sử dụng để sản xuất energy carriers (chất tải năng lượng – tương tự như khái niệm của hydrogen – xem phần Hydrogen trong tài liệu này) từ sinh khối Cũng có các phân biệt những cách chiết suất khác nhau, phụ thuộc vào sản phẩm của quá trình này là nhiệt, điện năng hoặc nhiên liệu.

Nguyên lý khai thác:

Nguyên lý khai thác:

Sản xuất nhiệt truyền thống

Quá trình khai thác sinh khối để tạo nhiệt có một lịch sử rất lâu dài, và vẫn tiếp tục đóng một vai trò quan trọng trong xã hội loài người trong thời kỳ hiện đại Nhiệt lượng từ việc đốt sinh khối được

sử dụng để đốt sửa ấm, để nấu chín thức ăn, để đun nước tạo hơi Thành phần năng lượng trong sinh khối khô (dry biomass) dao động

tự 7.000 Btu/lb(rơm) cho đến 8.500 Btu/lb (gỗ) Xin đưa ra đây một ví

dụ so sánh: để nấu một bữa ăn thì cần khoảng 10.000 Btu, trong khi

đó một gallon xăng thì tương đương 124.884 Btu

Nguyên lý khai thác:

Nhiên liệu sinh khối

Sinh khối dạng rắn có thể được chuyển đổi thành nhiên liệu lỏng để cung cấp trong các xe hơi, máy cơ khí (trong đó có các máy phát điện diesel), và thậm chí trong các bộ phận sản xuất công nghiệp Ba dạng nhiên liệu phổ biến sản xuất từ sinh khối (biofuel) là methanol, ethanol, và biodiesel Không giống như xăng và dầu diesel, biofuels có chứa oxy Pha nhiên liệu sinh học vào các sản phẩm dầu khí sẽ gia tăng hiệu suất đốt của nhiên liệu và từ đó giảm ô nhiễm không khí

Nguyên lý khai thác:

a) Methanol

Methanol là cồn từ gỗ (wood alcohol) Methanol không có hiệu suất nhiên liệu cao như xăng nên chỉ được dùng chủ yếu như tác chất chống đông (antifreeze), hoặc được sử dụng trong quá trình sản xuất một số hóa chất khác, như formaldehyde

Ethanol và bioesel có thể được trộn lẫn với hoặc được dùng thay thế trực tiếp cho các dạng nhiên liệu từ nhiên liệu hóa thạch như xăng

và dầu diesel Sử dụng nhiên liệu sinh học giúp giảm các chất khí thải độc hại, từ đó hạn chế hiệu ứng nhà kính, tăng khả năng độc lập năng lượng của quốc gia và đồng thời hỗ trợ phát triển nông nghiệp và kinh

Nguyên lý khai thác:

b) Ethanol (hoặc là cồn ethyl)

Ethanol là nhiên liệu dạng lỏng, không màu, trong suốt, dễ cháy Ethanol được dùng như phụ gia cho xăng, với mục đích tăng chỉ số octane và giảm khí thải hiệu ứng nhà kính Ethanol tan trong nước và phân hủy sinh học được Ethanol được sản xuất từ sinh khối có thành phần cellulose cao (như bắp), qua quá trình lên men tại lò khô hoặc lò ướt Tại cả hai lò này, bã men (hèm) được sản xuất và cung cấp cho gia súc tại các nông trại

Nguyên lý khai thác:

Hầu hết các loại động cơ thông thường có thể dùng xăng pha cồn với nồng độ cồn tối đa là 24% Đối với các loại động cơ hiện đại nhất hiện nay, ví dụ như dạng động cơ FFV (flexible fuel vehicle), hỗn hợp "cồn pha xăng" với tỷ lệ cồn lên đến 85% (hay còn gọi là nhiên liệu E85) có thể được sử dụng Trên thế giới hiện nay đã có các loại xe sử dụng E85 được sản xuất Brazil hiện nay là quốc gia có nhiều tham vọng nhất về việc sử dụng nhiên liệu động cơ từ nguồn gốc sinh học này.

Nguyên lý khai thác:

Ethanol hẳn nhiên có tác động môi trường tích cực hơn rất nhiều so với xăng thông thường, trong cả phương diện cơ sở sản xuất và tiêu thụ (đốt trong động cơ) Các nhà máy sản xuất Ethanol thải ra ít hơn các chất khí hiệu ứng nhà kính như CO2, CH4 Hỗn hợp xăng pha cồn 10%, hay còn gọi là E10, thải ra ít khí hiệu ứng nhà kính hơn xăng thông thường đến 26% Theo tính toán của ORNEL,

sử dụng 1 tấn nhiên liệu Ethanol sẽ giảm được 2,3 tấn CO2 và các khí thải độc hại khác

Nguyên lý khai thác:

Brazil và Mỹ hiện là 2 hai quốc gia tiên phong về sản suất Ethanol

ở qui mô lớn, bỏ xa các nước còn lại như Cộng Đồng Châu Âu, Argentina, Kenya, Malawi Sản lượng Ethanol trên thế giới hiệu nay là 20-21 tỷ lít/năm Mỹ vẫn dẫn đầu về thị trường tiêu thụ, sau đó đến EU

và Brazil Một số quốc gia khác cũng đang lên kế hoặch sản xuất nhiên liệu Ethanol ở qui mô nhỏ như Mexico, Ấn Độ, Colombia

c) Dầu diesel sinh học (biodiesel)

Biodiesel là sản phẩm của quá trình kết hợp cồn (trong đó có ethanol) với dầu chiết ra từ đậu nành, hạt nho, mỡ động vật, hoặc từ các nguồn sinh khối khác

Nguyên lý khai thác:

Sản xuất điện từ năng lượng sinh khối

Cho đến ngày nay, có khá nhiều kỹ thuật chuyển sinh khối thành điện năng Các công nghệ phổ biến nhất bao gồm: đốt trực tiếp hoặc tạo hơi nước thông thường (direct-fired or conventional steam approach), nhiệt phân (pyrolysis), đốt kết hợp co-firing, khí hóa (biomass gasification), tiêu yếm khí (anaerobic digestion), sản xuất điện từ khí thải bãi chôn lấp rác

a) Công nghệ đốt trực tiếp và lò hơi (Direct-fired, Conventional Steam Boiler)

Nguyên lý khai thác:

a) Công nghệ đốt trực tiếp và lò hơi (Direct-fired, Conventional Steam Boiler)

Đây là 2 phương pháp tạo điện từ sinh khối rất phổ biến và được vận dụng ở hầu hết các nhà máy điện năng lượng sinh khối

Cả 2 dạng hệ thống này đều đốt trực tiếp các nguồn nguyên liệu sinh học (bioenergy-feedstock) để tạo hơi nước dùng quay turbin máy phát điện Hai phương pháp này được phân biệt ở cấu trúc bên trong buồng đốt hoặc lò nung Tại hệ thống đốt trực tiếp, sinh khối được chuyển vào từ đáy buồng đốt và không khí được cung cấp tại đáy bệ lò

Nguyên lý khai thác:

Trong khi đó, ở phương pháp lò hơi thông thường, draft được chuyển vào lò từ phía bên trên nhưng sinh khối vẫn được tải xuống phía dưới đáy lò Các hệ thống đốt trực tiếp truyền thống là hệ thống pile (sử dụng lò đốt song hành - two-chamber combustion chamber) hoặc lò hơi stoker Khí nóng sau đó được chuyển qua turbine và quay cánh turbine, vận hành rotor máy phát điện

Khi được sử dụng để đốt trực tiếp, sinh khối phải được hun khô, cắt thành mảnh vụn, và ép thành bánh than (hay còn gọi là briquetting)

Nguyên lý khai thác:

Một khi quá trình chuẩn bị được hoàn tất, sinh khối được đưa vào lò nung/lò hơi để tạo nhiệt/hơi nước Nhiệt tạo ra từ quá trình đun, ngoài việc cung cấp cho turbin máy phát điện, còn có thể được sử dụng để điều nhiệt nhà máy và các công trình xây dựng khác, tức là để khai thác tối đa hiệu suất Nhà máy dạng này còn được gọi là nhà máy liên hợp nhiệt-năng lượng (Combined Heat Power – CHP), tức là tận dụng lẫn nhiệt

và hơi nước để khai thác tối đa tiềm năng năng lượng được tạo

ra, tránh lãng phí năng lượng

Nguyên lý khai thác:

b) Phương pháp đốt liên kết (Hình 10.5)

Đốt liên kết, kết hợp sinh khối với than để tạo năng lượng,

có lẽ là phương pháp sử dụng tích hợp tốt nhất sinh khối vào

hệ thống năng lượng dựa trên nhiên liệu hóa thạch

Nguyên lý khai thác:

Nguyên lý khai thác:

Trong quá trình đốt liên kết, sinh khối bắt nguồn từ gỗ và cây cỏ (thảo mộc) như gỗ dương (poplar), liễu (willow), cỏ mềm (switchgrass), có thể được trộn một phần vào nguyên liệu cho nhà máy than thông thường Trong quá trình này, sinh khối có thể chiếm tỷ lệ 1%-15% tổng năng lượng của nhà máy than Trong các nhà máy dạng này, sinh khối cũng được đốt trực tiếp trong lò nung, tương tự như than

Nguyên lý khai thác:

Phương pháp đốt liên kết có một lợi thế kinh tế tương đối

rõ ràng, do kinh phí đầu tư chủ yếu chỉ là để trang bị một lò đốt liên kết mới hoặc nâng cấp lò đốt hiện tại trong nhà máy nhiệt điện chạy bằng than, tức là có chi phí thấp hơn nhiều so với xây dựng một nhà máy điện sinh khối

Công nghệ đốt liên kết đem lại nhiều tác động tích cực đến môi trường, bao gồm việc giảm tỷ lệ khí NOx và SOx, khói công nghiệp, mưa axít, và ô nhiễm tầng ozone Ngoài ra, việc đốt liên kết sinh khối-than cũng giúp giảm đáng kể lượng khí thải CO2.

Nguyên lý khai thác: