Tài liệu Năng lượng sử dụng trên ô tô docx

Chương I: Giới thiệu chung1.1 Năng lượng sử dụng 1.2 Phương tiện giao thông 1.3 Tình hình ô nhiễm môi trường Chương II: Năng lượng truyền thống từ nguồn hóa thạch 2.1 Giới thiệu khái qu

MÔN HỌC:

NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG TRÊN ÔTÔ

Chương I: Giới thiệu chung

1.1 Năng lượng sử dụng 1.2 Phương tiện giao thông 1.3 Tình hình ô nhiễm môi trường

Chương II: Năng lượng truyền thống từ nguồn hóa thạch

2.1 Giới thiệu khái quát 2.2 Xăng

2.3 Nhiên liệu diesel 2.4 Ưu nhược điểm của năng lượng truyền thống

Chương III: Năng lượng thay thế

3.1 Khí thiên nhiên (NG) 3.2 Khí đồng hành hóa lỏng (LPG) 3.3 Nhiên liệu cồn

3.4 Nhiên liệu biodiesel 3.5 Năng lượng điện 3.6 Tế bào nhiên liệu

Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Năng lượng sử dụng 1.2 Phương tiện giao thông 1.3 Tình hình ô nhiễm môi trường

1.1 Năng lượng sử dụngCó vai trò quan trọng thiết yếu trong đời sống và xã hội, là nguồn gốc của mọi sự chuyển động.

Các nguồn năng lượng được khai thác chủ yếu:

- Động thực vật tự nhiên và tự tạo (dầu, cồn, biofuel…)

- Năng lượng thủy (chủ yếu là thủy điện)

- Năng lượng mặt trời

- Gió, sóng biển, địa nhiệt

- Hạt nhân

Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG

Phân bố sử dụng các nguồn năng lượng trên thế giới

(Gần 90% năng lượng đang sử dụng là năng lượng từ các buồng đốt nhiệt)

Nguồn: BP Amoco, Trung tâm Autogas Việt Nam, tháng 10/1999

Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG

Các lọai năng lượng thông dụng sử dụng ở Việt Nam năm 1995

Năng lượng nhiệt từ:

- Củi, than củi: 61%

TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG NĂM 2004

32.0%

37.0%

8.5%

20.0% 2.5%

Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG

Các lọai năng lượng thông dụng sử dụng ở Việt Nam

dự báo đến năm 2020

DỰ BÁO TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG NĂM 2020

Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG

Tỷ lệ tiêu thụ năng lượng cho các ngành ở Việt Nam

Tỷ lệ tiêu thụ năng lượng cho các ngành ở Việt Nam năm 2004

Nông nghiệp

TM và DV

CHỈ TIÊU NĂNG LƯỢNG THƯƠNG MẠI TRÊN ĐẦU NGƯỜI CỦA VN

Tiêu thụ năng lượng bình quân trên đầu người tại Việt nam thấp nhất trong các nước đang phát triển (218 kg nhiên liệu/đầu người năm), Châu Á 450 lít/người năm, Đông Á 700 lít/người năm, bằng khoảng 20% mức bình quân

Năng lượng sơ cấp, kgOE/ng.năm 100 152 249 318

Năng lượng cao cấp, kgOE/ng.năm 64 110 157 218

Điện thương phẩm, kWh/ng.năm 94 155 289 488

Chương I: GIỚI THIỆU CHUNG

Tỷ lệ tiêu thụ năng lượng cho các ngành ở Việt Nam

dự báo đến năm 2020

NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG TRONG Ô TÔ CHỦ YẾU LÀ NHIÊN LIỆU LỎNG

CÓ NGUỒN GỐC HÓA THẠCH

Năng lượngtruyền thống

1.2 PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG

Vai trò của phương tiện giao thông

- Là mong ước của con người từ thời xưa và hiện nay

- Là đòn bẩy thúc đẩy phát triển kinh tế- xã hội.

Vì ?

- Trong xã hội công nghiệp, nhu cầu vận chuyển hàng hóa càng

nhiều hơn, nhanh hơn, xa hơn

- Tại các thành phố nhu cầu giải trí, du lich tăng cao đòi hỏi phương tiện giao thông đa dạng, tiện nghi và an tòan

Tại Pháp nhu cầu vận chuyển trong vòng 20 năm

gần đây tăng 75%, tuy nhiên số phương tiện lưu

thông trong thành phố đã tăng gấp 2,5 lần chỉ trong vòng 15 năm.

Tại Mỹ (thị trường ôtô lớn nhất thế giới) hiện nay:

- Trung bình 1,3 người có 01 xe

- Mức sản xuất mỗi năm tăng 10%

Mỗi năm sản xuất trên 10 triệu xe các lọai

Trung quốc là quốc gia có mức tiêu thụ năng lượng đứng thứ 2

trên thế giới sau Mỹ

• Từ năm 1980 mức sử dung này tăng khoảng 5% hàng năm, gấp 3 lần so với mức tăng bình quân trên thế giới và gấp gần 4 lần so với mức tăng trưởng dân số tạïi Trung Quốc.

• Đặc biệt mức sử dụng năng lượng trong giao thông thực sự tăng đột biến: đã tăng

vọt tới 700% so với năm 1980.

• Cuối năm 1996, Trung quốc đã có 11 triệu xe các lọai gồm:

- 3.6 triệu xe khách,

- 6 triệu xe tải- xe buýt và

- 1.4 triệu các loại xe khác, chủ yếu xe máy

Những số liệu trên không kể đến hơn 300 triệu chiếc xe đạp.

• Xe ôtô ở TQ đã tăng gấp 3 lần trong suốt thập kỷ qua trong khi tổng lượng xe

ôtô trên toàn thế giới chỉ tăng gấp đôi trong suốt 20 năm qua và giữ ổn định trong 11 năm

• Mức tăng xe ôtô tại TG đạt 28% trong 10 năm cùng thập kỷ, trong khi số xe ở Mỹ tăng 10%

• Mỗi năm TQ sản xuất trên 1,5 triệu xe các lọai và nhập khẩu khỏang 100.000

xe Riệng xe khách dự đoán sẽ tăng gấp đôi vào cuối thập kỷ, đạt trên 40

triệu xe vào năm 2010.

• Sự tăng trưởng kinh ngạc này đã làm ảnh hưởng rõ ràng đến thị trường xe

TQ Hiện tại cứ 115 người dân TQ sử dụng 1 xe, so với 1.3 dân ở Mỹ Ước

tính nếu TQ có số người sử dụng xe như ở Mỹ tính theo đầu người thì sẽ có

920 triệu xe, nhiều hơn tổng số xe sử dụng hiện nay của toàn cầu là 47%

SỐ XE Ô TÔ CÁC LOẠI TÍNH TRÊN 1000 DÂN TẠI MỘT SỐ QUỐC GIA TRÊN THẾ GIỚI

TÊN QUỐC GIA 1985 1990 1995 2000

tương đương 8,5 xe/ 1000 dân ( 117 người/1 xe).

Hiện tại Việt Nam đang có 11 liên doanh lắp ráp ôtô đang họat động, ( trước 1996 có 14 liên doanh được cấp phép ), với tổng số vốn đầu tư gần 900 triệu U$ và năng suất dự kiến là 155.000

xe/năm

Các hãng liên doanh họat động có hiệu quả:

- Mekong Motor Corp ( Nhật Bản)

- Vietnam Daewoo Motors ( Đại Hàn)

- Mercedes Benz Corp (CHLB Đức)

- Ford Vietnam Corp (Mỹ)

- Toyota Vietnam (Nhật Bản).

DỰ BÁO HƯỚNG PHÁT TRIỂN ÔTÔ TẠI VIỆT NAM

- Từ giữa thập kỷ 80 chỉ số tăng trưởng GDP trung bình: 6,8 -7%

- Trong 3 năm gần đây mức tăng trưởng của ngành công nghiệp: 15%

- Đặc biệt công nghiệp ôtô xe máy có mức tăng trưởng rất cao:

Năm 2001: Ô tô tăng 40%

Xe máy 200%

- Dư báo trong giai đọan 2001 – 2010 số lượng ô tô tăng hàng năm: 12%

Hiện tại có : 650.000 xe các lọai Năm 2005 : 800.000 xe gồm:

- 60% là xe thương dụng: xe tải, xe bus, xe chuyên dụng, khoảng 47.000 – 63,500 xe thương dụng/năm.

- 40% là xe du lịch, khoảng 13.000 – 17.500 xe con/năm.

Dự báo năm 2010 có 1.100.000 xe các lọai

Nhu cầu xe con : 45 – 50 % = 54.000 – 60.000 xe/năm Nhu cầu xe thương dụng: 50 – 55 % = 60.000 – 66.000

Tổng nhu cầu ô tô vào năm 2010 khoảng

120.000 – 130 000 xe/năm

1.3 Nguồn năng lượng cho các thiết bị động lực

Xe ô tô chạy bằng nhiên liệu truyền thống có những ưu việt sau:

• Có hiệu suất sử dụng nhiên liệu tương đối cao.

• Có độ ổn định và độ tin cậy làm việc cao.

• Động cơ xe có đường đặc tính công suất và moment rất thích hợp với sử dụng thực tế, đáp ứng linh hoạt các chế độ hoạt động thường xuyên thay đổi của xe.

• Kích thước, khuôn khổ và trọng lượng tương đối nhỏ nên dễ dàng bố trí, lắp đặt trên xe, góp phần làm giảm trọng lượng bản thân của xe và như vậy sẽ làm tăng được tải trọng có ích của xe.

• Dễ sử dụng và đã được sử dụng trong một thời gian dài nên đã tạo ra “thói quen” cho người sử dụng.

• Nạp nhiên liệu nhanh và an toàn, lưu trữ và bảo quản đơn giản.

• Chi phí sử dụng thấp do:

+ Giá thành động cơ thấp.

+ giá nhiên liệu thấp.

+ Mạng lưới phân phối rộng khắp.

• Dễ bảo trì sửa chữa và có giá thành bảo trì sửa chữa thấp vì nó quá thông dụng.

Các hạn chế của nhiên liệu truyền thống :

• Quá trình cháy không hoàn toàn, tạo ra các sản phẩm

cháy : CO, CO2, HC, NOx, SOx, PM, … gây ô nhiễm môi trường và mất cân bằng tự nhiên.

• Nhiên liệu sử dụng không tái tạo được,

• Nguồn nhiên liệu ngày càng cạn dần.

Là lý do tìm kiếm nhiên liệu thay thế

Bị lệ thuộc hoàn toàn vào nhiên liệu lỏng

- Ở mức độ quốc gia, đối với các quốc gia không sản xuất năng lượng, thì phương tiện vận chuyển hoàn toàn phụ thuộc vào sự độc quyền nhiên liệu, bị ảnh hưởng bởi giá nhiên liệu và sự đảm bảo lượng năng lượng dự trữ trên thị trường quốc tế

- Ở mức độ toàn cầu, trong khoảng thời gian dài sau này, nguồn nhiên liệu để chạy động cơ nhiệt sẽ bị hạn chế Sự cạn kiệt

không thể tránh của nguồn tài nguyên này do việc tìm kiếm và khai thác các mỏ dầu, mỏ khí mới ngày càng khó khăn

Thiên nhiên 1%

Vận tải 70%

Công nghiệp

29%

Thiên nhiên 70%

Vận tải 24%

Công nghiệp 6%

Thiên nhiên

40% Vận tải 30%

Công nghiệp 30%

Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG

Tỉ lệ ô nhiễm không khí của các nguồn phát ô nhiễm

a/ Nguồn tạo CO, CO2 b/ Nguồn tạo NOx c/ Nguồn tạo HC

Sự gia tăng của các chất ô nhiễm trong khí quyển

Xử lý ô nhiễm với các động cơ

đang được sử dụng

 Xử lý bên trong động cơ

 Xử lý bên ngoài động cơ

Nghiên cứu sử dụng các nguồn năng lượng sạch

 Năng lượng điện.

 Năng lượng mặt trời.

 Các nhiên liệu sạch như:

 Nhiên liệu khí hoá lỏng (LPG)

 Nhiên liệu khí thiên nhiên (NGV)

 Nhiên liệu có nguồn gốc sinh khối (BIOFUEL).

 Pin nhiên liệu (FUEL CELL)

BIO DIESEL

NHIÊN LIỆU SINH KHỐI

NHIÊN LIỆU SẠCH

DÙNG NĂNG LƯỢNG SẠCH

NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

CỒN

NHIÊN LIỆU KHÍ HÓA LỎNG

NHIÊN LIỆU KHÍ THIÊN NHIÊN

NĂNG LƯỢNG ĐIỆN

KHÍ THỰC VẬT

DẦU THỰC VẬT

TẾ BÀO NHIÊN LIỆU

CÁC GIẢI PHÁP XỬ LÝ TỔNG THEÅ

- Hoàn thiện quá trình cháy trong xylanh để đốt sạch nhiên liệu

- Hoàn thiện kết cấu động cơ, có thể dẫn đến thay đổi công nghệ chế tạo ô tô, vốn đầu tư lớn

- Sử dụng các chất phụ gia chống ô nhiễm pha vào nhiên liệu để cải thiện quá trình cháy của nhiên liệu và giảm ô nhiễm môi trường

 Xử lý bên ngoài động cơ:

Xử lý khí thải trên đượng ống xả bằng cách dùng các bộ lọc hoặc các bộ xúc tác

Có thể hạn chế độ phát ô nhiễm ở mức độ nhất định.

MÔN HỌC:

NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG TRÊN ÔTÔ

Chương II: Năng lượng truyền thống

từ nguồn hóa thạch

2.1 Giới thiệu khái quát 2.2 Xăng

2.3 Nhiên liệu diesel 2.4 Ưu nhược điểm của năng lượng truyền thống

2.1 Giới thiệu khái quát

Năng lượng truyền thống sử dụng trên ôtô là năng lượng nhiệt do đốt cháy nhiên liệu lỏng có nguồn gốc từ dầu mỏ: Xăng và nhiên liệu diesel.

Dầu mỏ : Có nguồn gốc hữu cơ hoá thạch Hình thành do sự phân huỷ của xác động và thực vật trong các lớp trầm tích ở đáy biển hoặc trong lòng đất, dưới tác dụng phá huỷ của các vi khuẩn hiếu khí.

Dầu khí là tên gọi của dầu mỏ (dầu thô) và hỗn hợp khí thiên nhiên Dầu khí là một nguồn khoáng sản lớn và quý của con người.

Dầu khí cung cấp :

_ 60 ÷ 65% năng lượng tiêu thụ trên thế giới

2.2 ĐỊNH NGHĨA DẦU MỎ

Dầu mỏ là một trong các chất hữu cơ hoá

thạch (than đá , dầu mỏ , khí thiên nhiên), là một hỗn hợp của nhiều loại hydrocacbon (CnHm), có cấu trúc hoá học khác nhau và có các tính chất dị biệt

Thành phần nguyên tố chủ yếu tạo nên

các hợp phần của dầu mỏ :

• Cacbon (C) : 83,5 ÷ 87%

• Hydro ( H) : 11,5 ÷ 14%

Hàm lượng hydro (H) có trong dầu mỏ cao hơn hẳn

so với các khoáng vật có nguồn gốc động thực vật phân huỷ khác như than bùn: 5%, than đá: từ 2% đến 5% Hàm lượng H cao hơn C giải thích nguyên nhân dầu mỏ tồn tại ở trạng thái lỏng.

Ngoài ra trong dầu mỏ còn chứa một lượng nhỏ

Lý tính :

• Dầu mỏ thường ở thể lỏng nhớt , có một số dầu mỏ do hàm

lượng parafin cao nên ngay ở nhiệt độ thường đã đông đặc

• Dầu có mầu sắc từ vàng nhạt, nâu sáng đến đen sẫm có ánh

huỳnh quang

• Độ nhớt thay đổi trong một khoảng rất rộng từ 5 đến 100 cSt

(10-6 m²/s) và có thể hơn dầu có độ nhớt lớn hơn nước hàng

trục, thậm chí hàng trăm lần nhưng lại có tỷ trọng thấp hơn

• Các hydrocacbon trong dầu mỏ có khối lượng phân tử khác nhau nên chúng có nhiệt độ sôi khác nhau

• Khối lượng riêng trong khoảng ρ = 0,78 ÷ 0,98 kg/lít Dầu mỏ có màu càng sáng có khối lượng riêng càng nhỏ và càng loãng

Lý tính:

• Nhiệt trị thấp trong khoảng QH = 41000 ÷ 46000 kJ/kg

• Dầu mỏ và các sản phẩm của dầu mỏ hòa tan trong rượu, tự hòa tan tốt trong mỡ, dầu và axit béo

• Dầu mỏ không chứa nước và sản phẩm của dầu là các chất không dẫn điện

• Tính dẫn điện của dầu nhỏ hơn của kính, gốm và sứ từ 3 đến

4 lần Parafin được dùng làm chất cách điện vì thế từ dầu mỏ chế tạo ra các loại dầu đặc biệt chuyên dùng cho máy

Thành phần chính của dầu mỏ gồm 4 nhóm chính:

1 Nhóm hydrocacbon Parafin (alkan):

• Công thức tổng quát: CnH2n+2

• Parafin là các hydrocacbon có kết cấu phân tử

một mạch cacbon hở, các nguyên tử cácbon liên kết với nhau bằng liên kết đơn bền vững nên có tên là hydrôcacbon no (n-parafin) như:

n- octan

CH3 – CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH3

( n – C8H18 )

tại ở 3 trạng thái:

• Thể khí (C1 → C4): Mêtan ( CH4 ), Etan (C2H6) ,

Propan (C3H8) và Butan (C4H10)

• Thể lỏng (C5→C17) : Pentan (C5H12), hexan (C6H14) , heptan

• Thể rắn (C18 trở lên): octadecan (C18H38) ,

nonadecan (C19H40), ecoran (C20H42)Nhiệt độ nóng chảy của các parafin rắn tăng dần theo độ dài của mạch C Nhiệt độ này của n-parafin thưòng lớn hơn

• n-alkan (alkan chuẩn) có khối lượng phân tử càng lớn thì khả năng phản ứng càng mạnh (càng dễ cháy), nên chúng có

nhiều trong nhiên liệu diesel như xetan (C16H34)

• Izo parafin có tính chống kích nổ cao vì có độ bền vững hoá học ở nhiệt độ cao hơn các n-parafin song ở nhiệt độ thường các liên kết izo lại kém bền hơn Trong xăng thường chứa

các alkan từ C6H14 (hexan) đến C11H24 (undecan) và các izo của chúng

• Alkan có nhiệt độ đông đặc cao nên cần hạn chế chúng trong thành phần nhiên liệu và dầu mỡ bôi trơn mùa đông

• Alkan có độ nhớt nhỏ, thấp nhất trong các loại hydrocacbon trong dầu mỏ

là các hydrocacbon không no, CnH 2 n , ở phân tử Olefin các nguyên tử cácbon

liên kết với nhau theo một mạch cacbon hở, bằng liên kết đơn và liên kết đôi

kém bền Do có liên kết đôi, mạch cácbon không bão hoà nên các Olefin có hoạt tính cao, kém ổn định, kém bền vững.

Các olefin cũng có cấu trúc thẳng (normal) và nhánh (izo).

3 Nhóm hydrocacbon naphten (hydrocacbon vòng no) : CnH2n

Ở phần tử hydrocacbon naphten, các nguyên tử cacbon liên kết với nhau tạo nên một vòng cacbon kín bằng liên kết đơn bền vững.

Chủ yếu là vòng 5 cacbon ; Và vòng sáu cacbon

• Naphten có khối lượng riêng hơi lớn hơn parafin có cùng số nguyên tử cacbon và có nhiệt trị hơi nhỏ hơn vì có tỷ lệ C/H lớn hơn.

• Naphten không những chỉ có một vòng mà có thể có 2, 3 và nhiều vòng

• Các hydrocacbon naphten có tính ổn định hoá học và ổn định nhiệt cao (do có kết cấu phân tử mạch vòng) Ở nhiệt độ

thấp không bị oxy hoá và không gây phản ứng hoá học với axit và kiềm Ở nhiệt độ cao có thể bị oxy hoá tạo thành axit naphten và giải phóng hydro(H )

• Loại hydrocacbon này có tính tự cháy nằm giữa

n- parafin và izoparafin

• Napten có số vòng càng nhiều và có mạch nhánh càng dài thì nhiệt độ đông đặc của nó càng cao

• Napten có nhiều trong thành phần xăng và dầu Diesel mùa đông vì có nhiệt độ đông đặc thấp

• Loại có mạch nhánh alkyl dài thì có độ nhớt cao nên thường có nhiều trong dầu mỡ bôi trơn (chiếm khỏang 70%)

4 Nhóm hydrocacbon thơm (aromat) : CnH2n-6

Có cấu trúc phân tử một vòng là nhân benzen (C 6 H 6 ) gồm 06 nguyên tử

cacbon liên kết vòng với 03 nối đơn và 03 nối đôi, sắp xếp xen kẽ với nhau.

• Loại này có trong dầu mỏ với hàm lượng vài % và có ít trong xăng chưng cất thẳng.

• Có độ nhớt, mật độ và nhiệt độ sôi cao hơn so với naphten và alkan có cùng khối lượng phân tử.

• Có tính bền vững hoá học cao, khó tự cháy nên có tính chống kích nổ cao có lợi đối với xăng, nhưng lại không nên có trong nhiên liệu diesel do khó cháy

dễ tạo muội than.

• Hydrocacbon thơm thường có trong dầu mỡ bôi trơn

ở dưới dạng liên kết với napten gọi là napten –

Trong khí dầu mỏ ngoài các hợp phần hydrocacbon nói trên còn có chứa một lượng nhỏ các hợp chất chứa ôxy, lưu huỳnh, nitơ và một số axit hữu cơ

– Ôxy trong dầu mỏ ở dưới dạng các hợp chất chứa ôxy như axit hữu cơ, keo và nhựa

hắc ín Ôxy chiếm 0,1 → 1% , tuy nhiên có loại dầu nhiều nhựa ôxy chiếm 2 ÷3%.

– Lưu huỳnh “S” trong dầu mỏ cũng thường gặp ở dạng hợp chất Tuy nhiên một

số mỏ dầu có chứa “S” nguyên chất dưới dạng hoà tan trong dầu Chúng có tính ổn định nhiệt thấp nên ở trong quá trình chưng cất có thể tách được một phần S ra khỏi các sản phẩm tinh chế dưới dạng “SH” như Sunfua hydro (H 2 S) Lưu huỳnh là chất hoạt tính, ăn mòn kim loại mạnh nên rất hạn chế có trong nhiên liệu và dầu mỡ bôi trơn Hàm lượng “S”trong dầu mỏ từ 0,01 đến 3,05 % (từ tốt đến xấu).

– Nitơ (N2) chiếm một phần nhỏ khoảng 0,001 → 0,3%, ở dạng amôniăc dẫn đến

mùi vị khó chịu

– Khí trơ argon (Ar) và Heli (He)…