Nghiên cứu biện pháp nâng cao hiệu suất máy phát điện sử dụng biogas tại HCMUTE

Luận văn thạc sĩ HCMUTE nghiên cứu biện pháp nâng cao hiệu suất máy phát điện sử dụng biogas, góp phần phát triển năng lượng tái tạo.

• Tác giả: Nguyễn Đức Thái
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Chí Kiên
• Trường học: Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nâng Cao Hiệu Suất Máy Phát Điện Biogas
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
• 1.1. Tính cần thiết của đề tài
• 1.2. Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.3. Mục đích đề tài
• 1.4. Nhiệm vụ của đề tài
• 1.5. Phương pháp nghiên cứu
• 1.6. Điểm mới của đề tài
• 1.7. Nội dung nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Nhu cầu năng lượng sử dụng Biogas
• 2.1.1. Nhu cầu đun nấu
• 2.1.2. Nhu cầu chạy các động cơ đốt trong
• 2.2. Nguồn cung cấp năng lượng tái tạo hiện nay
• 2.2.1. Năng lượng mặt trời
• 2.2.2. Năng lượng gió
• 2.2.3. Thủy điện và thủy điện nhỏ
• 2.2.5. Tính toán chi phí năng lượng cho một trại chăn nuôi nhỏ
• 2.3. Sản xuất Biogas
• 2.3.1. Sơ đồ sản xuất Biogas
• 2.3.2. Tính năng của Biogas
• 2.3.3. Tình hình sử dụng Biogas hiện nay
• 2.3.4. Khả năng ứng dụng Biogas chạy động cơ đốt trong
• 2.4. Hệ thống cung cấp năng lượng sử dụng Biogas
• 2.4.5. Thiết kế bộ tạo hỗn hợp Biogas – Không khí cho động cơ
• 2.4.5.1. Thiết kế hệ thống lọc H2S và loại trừ CO2
• 2.4.5.2. Công nghệ xử lý khí H2S và CO2
• 2.4.5.3. Thiết kế hệ thống lưu trữ Biogas
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG BIOGAS
• 3.1. Tính chọn động cơ
• 3.2. Tính toán nhiệt động cơ
• 3.2. Tính toán nhiệt khi động cơ dùng Biogas
• 3.3. Bảng so sánh các thông số tính toán động cơ khi sử dụng xăng và sử dụng gas
• 3.4. Bảng so sánh các thông số khi sử dụng gas không có bộ tiết kiệm nhiên liệu và có bộ tiết kiệm nhiên liệu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM
• 4.1. Thiết kế cải tạo bộ hỗn hợp khí Biogas – Không khí
• 4.1.1. Cơ sở lý thuyết điều chỉnh thành phần hỗn hợp
• 4.1.2. Phương pháp điều chỉnh thành phần hỗn hợp
• 4.2. Phương án thiết kế hệ thống nhiên liệu chỉ dùng khí biogas
• 4.3. Chọn phương án điều chỉnh hỗn hợp
• 4.4. Xây dựng đường đặc tính hỗn hợp
• 4.5. Tính toán các kích thước của bộ hỗn hợp
• 4.5.1. Kiểm nghiệm lại đường kính buồng hỗn hợp
• 4.5.2. Kiểm nghiệm tốc độ không khí qua buồng hỗn hợp
• 4.5.3. Chiều dài buồng hỗn hợp
• 4.5.4. Xác định kích thước họng
• 4.5.5. Tính đường kính lỗ phun chính
• 4.6. Chế tạo bộ hỗn hợp Biogas – Không khí cho động cơ
• 4.6.1. Gia công các chi tiết
• 4.7. Lắp đặt hệ thống
• 4.8. Chạy thử nghiệm
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.2. Hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu tổng quan

Năng lượng biogas đã trở thành một nguồn năng lượng tái tạo quan trọng trong bối cảnh hiện nay. Việc chuyển đổi sinh khối thành năng lượng điện không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng. Luận văn này tập trung vào việc nghiên cứu các biện pháp nâng cao hiệu suất máy phát điện biogas tại HCMUTE. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng biogas để sản xuất điện có hiệu quả hơn so với các dạng nhiên liệu khác. Đặc biệt, việc áp dụng công nghệ mới trong thiết kế máy phát điện có thể tối ưu hóa khả năng hoạt động của hệ thống. Theo đó, việc nghiên cứu và phát triển công nghệ biogas là cần thiết để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng.

1.1 Tính cần thiết của đề tài

Việt Nam là một quốc gia nông nghiệp với lượng chất thải sinh khối lớn. Việc sử dụng năng lượng tái tạo từ biogas không chỉ giúp xử lý chất thải mà còn tạo ra nguồn năng lượng sạch. Nghiên cứu này nhằm mục đích thiết kế một hệ thống máy phát điện sử dụng biogas có công suất nhỏ, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm thiểu chi phí. Việc ứng dụng công nghệ biogas trong sản xuất điện sẽ góp phần cải thiện an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường.

II. Cơ sở lý thuyết

Nhu cầu sử dụng biogas trong sản xuất điện ngày càng tăng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng biogas có thể được sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau như chất thải nông nghiệp, chất thải động vật và các loại rác thải hữu cơ. Việc sản xuất biogas không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm mà còn tạo ra nguồn năng lượng tái tạo. Hệ thống cung cấp năng lượng sử dụng biogas cần được thiết kế hợp lý để tối ưu hóa hiệu suất. Các yếu tố như thành phần khí, áp suất và nhiệt độ đều ảnh hưởng đến hiệu suất của máy phát điện. Nghiên cứu này sẽ phân tích các yếu tố này để đưa ra giải pháp cải thiện hiệu suất máy phát điện sử dụng biogas.

2.1 Nhu cầu năng lượng sử dụng biogas

Nhu cầu sử dụng năng lượng tái tạo từ biogas không chỉ phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt mà còn cho các hoạt động sản xuất công nghiệp. Việc sử dụng biogas để chạy các động cơ đốt trong đã được chứng minh là hiệu quả và tiết kiệm chi phí. Hệ thống máy phát điện sử dụng biogas có thể cung cấp điện cho các hộ gia đình và doanh nghiệp, từ đó giảm bớt gánh nặng cho hệ thống điện quốc gia. Nghiên cứu này sẽ khảo sát và thiết kế công nghệ hệ thống hầm biogas để tối ưu hóa khả năng sản xuất điện.

III. Tính toán thiết kế hệ thống máy phát điện sử dụng biogas

Việc tính toán thiết kế hệ thống máy phát điện sử dụng biogas là một bước quan trọng trong nghiên cứu này. Các thông số kỹ thuật của động cơ cần được xác định chính xác để đảm bảo hiệu suất tối ưu. Nghiên cứu sẽ tiến hành so sánh các thông số khi sử dụng biogas và các loại nhiên liệu khác. Đặc biệt, việc lắp đặt bộ tiết kiệm nhiên liệu sẽ được xem xét để đánh giá ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ. Các kết quả thử nghiệm sẽ được phân tích để đưa ra các giải pháp cải thiện hiệu suất máy phát điện.

3.1 Tính chọn động cơ

Việc chọn động cơ phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất của hệ thống. Động cơ cần có khả năng hoạt động ổn định khi sử dụng biogas. Nghiên cứu sẽ tiến hành khảo sát các loại động cơ hiện có trên thị trường và đánh giá khả năng hoạt động của chúng khi sử dụng biogas. Các thông số như công suất, hiệu suất và mức tiêu thụ nhiên liệu sẽ được xem xét kỹ lưỡng. Từ đó, đề xuất động cơ tối ưu cho hệ thống máy phát điện sử dụng biogas.

IV. Kết quả thử nghiệm

Kết quả thử nghiệm là phần quan trọng để đánh giá hiệu suất của hệ thống máy phát điện sử dụng biogas. Các thử nghiệm sẽ được thực hiện trong điều kiện khác nhau để xác định hiệu suất tối ưu. Việc lắp đặt bộ tiết kiệm nhiên liệu sẽ được kiểm tra để đánh giá ảnh hưởng đến mức tiêu thụ nhiên liệu và khí thải. Các đặc tuyến I-V và P-V sẽ được phân tích để đưa ra các giải pháp cải thiện hiệu suất. Kết quả thử nghiệm sẽ cung cấp thông tin quý giá cho việc phát triển công nghệ máy phát điện sử dụng biogas trong tương lai.

4.1 Thiết kế cải tạo bộ hỗn hợp khí biogas không khí

Thiết kế bộ hỗn hợp khí biogas và không khí là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Việc điều chỉnh thành phần hỗn hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của động cơ. Nghiên cứu sẽ đề xuất phương pháp điều chỉnh thành phần hỗn hợp để tối ưu hóa khả năng hoạt động của động cơ. Các thử nghiệm sẽ được thực hiện để đánh giá hiệu quả của bộ hỗn hợp khí biogas – không khí trong việc nâng cao hiệu suất máy phát điện.

V. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng việc sử dụng biogas để sản xuất điện có nhiều lợi ích. Việc áp dụng công nghệ mới trong thiết kế máy phát điện có thể nâng cao hiệu suất và giảm thiểu chi phí. Hướng phát triển trong tương lai sẽ tập trung vào việc cải thiện công nghệ sản xuất biogas và tối ưu hóa hệ thống máy phát điện. Các nghiên cứu tiếp theo cần được thực hiện để đánh giá hiệu quả của các giải pháp đã đề xuất. Việc phát triển công nghệ máy phát điện sử dụng biogas sẽ góp phần quan trọng vào việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

5.1 Hướng phát triển của đề tài

Hướng phát triển của đề tài sẽ tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển công nghệ sản xuất biogas từ các nguồn chất thải khác nhau. Việc tối ưu hóa hệ thống máy phát điện sử dụng biogas sẽ được xem xét để nâng cao hiệu suất và giảm thiểu chi phí. Các nghiên cứu tiếp theo cần được thực hiện để đánh giá hiệu quả của các giải pháp đã đề xuất. Điều này sẽ giúp nâng cao khả năng ứng dụng của biogas trong sản xuất điện và góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành năng lượng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt và gây ra nhiều tác động tiêu cực đến môi trường, năng lượng sinh khối (biomass) và khí sinh học (biogas) đã trở thành những nguồn năng lượng tái tạo đầy triển vọng. Tại Việt Nam, với đặc thù là một quốc gia nông nghiệp, lượng phế thải sinh khối hàng năm lên đến hàng chục triệu tấn như trấu, rơm rạ, vỏ hạt điều, mùn cưa, phân động vật… tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển công nghệ sản xuất và sử dụng biogas. Theo ước tính, 1m³ khí biogas tương đương 0,7 kg dầu, có thể thắp sáng đèn 60W trong 7 giờ hoặc tạo ra 1,25 kWh điện năng, cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong sinh hoạt và sản xuất.

Luận văn tập trung nghiên cứu biện pháp nâng cao hiệu suất máy phát điện sử dụng khí biogas công suất nhỏ, đặc biệt là việc ứng dụng bộ tiết kiệm nhiên liệu nhằm giảm lượng tiêu thụ khí và tăng hiệu quả phát điện. Nghiên cứu được thực hiện tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2016-2017, với mục tiêu thiết kế, thử nghiệm và đánh giá hiệu suất máy phát điện sử dụng biogas, đồng thời đề xuất giải thuật tối ưu đáp ứng các điều kiện làm việc của hệ thống phát điện.

Việc nâng cao hiệu suất máy phát điện sử dụng biogas không chỉ góp phần giảm chi phí vận hành mà còn thúc đẩy phát triển năng lượng tái tạo, giảm phát thải khí nhà kính, cải thiện an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn lớn đối với các hộ gia đình, trang trại chăn nuôi và các khu vực nông thôn đang tìm kiếm giải pháp năng lượng bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết chuyển đổi năng lượng sinh khối thành khí sinh học (biogas): Quá trình lên men kỵ khí các chất hữu cơ trong môi trường thiếu oxy tạo ra khí biogas chứa chủ yếu CH₄ (50-70%) và CO₂ (22-50%), cùng các tạp chất như H₂S. Việc xử lý khí nhằm loại bỏ H₂S và CO₂ là cần thiết để nâng cao chất lượng nhiên liệu và bảo vệ thiết bị.

• Mô hình phân tích hiệu suất động cơ đốt trong sử dụng biogas: Đánh giá đặc tuyến dòng điện - điện áp (I-V) và công suất - điện áp (P-V) của máy phát điện khi sử dụng biogas, so sánh hiệu suất với và không có bộ tiết kiệm nhiên liệu.

• Khái niệm về bộ tiết kiệm nhiên liệu: Thiết bị điều chỉnh hỗn hợp nhiên liệu - không khí nhằm tối ưu hóa quá trình cháy, giảm tiêu hao nhiên liệu và tăng hiệu suất động cơ.

Các khái niệm chính bao gồm: hiệu suất phát điện, đặc tuyến I-V và P-V, hỗn hợp nhiên liệu - không khí, xử lý khí biogas (lọc H₂S, tách CO₂), và chi phí năng lượng.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập tài liệu chuyên ngành về năng lượng sinh khối, khí biogas, động cơ đốt trong và các công nghệ xử lý khí. Dữ liệu thực nghiệm được thu thập từ hệ thống máy phát điện công suất nhỏ sử dụng biogas tại phòng thí nghiệm.

• Phương pháp chọn mẫu: Sử dụng động cơ xăng công suất 5,5 kW làm mẫu thử, chuyển đổi sử dụng khí biogas làm nhiên liệu. Lựa chọn động cơ có kích thước nhỏ gọn, phổ biến trong nông nghiệp và sinh hoạt.

• Phương pháp phân tích: Thực hiện các thử nghiệm so sánh đặc tuyến I-V, P-V và lượng tiêu thụ nhiên liệu khi động cơ vận hành với và không có bộ tiết kiệm nhiên liệu. Phân tích số liệu bằng phương pháp thống kê mô tả và so sánh tỷ lệ phần trăm hiệu suất.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu kéo dài từ tháng 10/2016 đến tháng 10/2017, bao gồm giai đoạn khảo sát, thiết kế hệ thống, chế tạo bộ hỗn hợp biogas - không khí, lắp đặt bộ tiết kiệm nhiên liệu, thử nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu suất sử dụng nhiên liệu biogas được cải thiện rõ rệt khi lắp bộ tiết kiệm nhiên liệu: Thử nghiệm cho thấy lượng khí biogas tiêu thụ giảm khoảng 15-20% so với khi không sử dụng bộ tiết kiệm, đồng thời điện áp và dòng điện đầu ra của máy phát điện ổn định hơn, tăng công suất phát điện trung bình lên 10%.

2. Đặc tuyến I-V và P-V của máy phát điện sử dụng biogas có sự khác biệt rõ rệt giữa hai trạng thái vận hành: Khi có bộ tiết kiệm nhiên liệu, đặc tuyến I-V thể hiện dòng điện ổn định hơn ở các mức điện áp khác nhau, đặc biệt ở tốc độ động cơ không ổn định. Đặc tuyến P-V cũng cho thấy công suất phát điện tăng trung bình 12% ở các điều kiện tải khác nhau.

3. Khả năng xử lý khí biogas hiệu quả với hệ thống lọc H₂S và tách CO₂: Hỗn hợp khí sau xử lý đạt hàm lượng CH₄ lên đến 97,9%, giảm đáng kể các tạp chất gây ăn mòn và giảm hiệu suất động cơ. Điều này góp phần nâng cao tuổi thọ thiết bị và hiệu suất vận hành.

4. Chi phí lắp đặt và vận hành hệ thống máy phát điện sử dụng biogas có thể được tối ưu: So sánh chi phí năng lượng hàng tháng của một trại chăn nuôi nhỏ cho thấy việc sử dụng biogas kết hợp bộ tiết kiệm nhiên liệu giúp giảm chi phí năng lượng khoảng 20-25% so với sử dụng nhiên liệu truyền thống.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của việc cải thiện hiệu suất là do bộ tiết kiệm nhiên liệu giúp điều chỉnh hỗn hợp biogas - không khí tối ưu, tăng hiệu quả quá trình cháy trong động cơ. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trong và ngoài nước về việc sử dụng thiết bị điều chỉnh nhiên liệu để nâng cao hiệu suất động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu sinh học.

Việc xử lý khí biogas triệt để loại bỏ H₂S và CO₂ không chỉ làm tăng hàm lượng CH₄ mà còn giảm thiểu các tác động ăn mòn và ô nhiễm môi trường, đồng thời cải thiện hiệu suất động cơ. Các biểu đồ đặc tuyến I-V và P-V minh họa rõ sự ổn định và tăng công suất khi sử dụng bộ tiết kiệm nhiên liệu, cho thấy tính khả thi và hiệu quả của giải pháp.

So với các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng mặt trời, gió hay thủy điện nhỏ, biogas có ưu điểm về tính ổn định nguồn cung và khả năng ứng dụng tại chỗ, đặc biệt phù hợp với các hộ gia đình và trang trại chăn nuôi. Tuy nhiên, chi phí đầu tư ban đầu và công nghệ xử lý khí vẫn là những thách thức cần được tối ưu trong tương lai.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai rộng rãi bộ tiết kiệm nhiên liệu cho các máy phát điện sử dụng biogas công suất nhỏ: Động tác này nhằm giảm tiêu hao nhiên liệu biogas ít nhất 15% trong vòng 12 tháng, do các cơ sở chăn nuôi và hộ gia đình thực hiện.

2. Xây dựng và hoàn thiện hệ thống xử lý khí biogas với công nghệ hấp phụ H₂S và hấp thụ CO₂ bằng nước: Mục tiêu nâng hàm lượng CH₄ trong khí lên trên 95%, giảm thiểu ăn mòn thiết bị và ô nhiễm môi trường, do các đơn vị kỹ thuật và nhà máy xử lý khí đảm nhận trong 6-9 tháng.

3. Phát triển giải thuật điều khiển tối ưu hỗn hợp nhiên liệu - không khí cho động cơ đốt trong sử dụng biogas: Giải thuật này giúp máy phát điện vận hành ổn định ở các điều kiện tải và tốc độ khác nhau, giảm chi phí vận hành và bảo dưỡng, do các nhóm nghiên cứu và kỹ sư phát triển trong 12 tháng.

4. Tăng cường đào tạo và chuyển giao công nghệ cho các hộ gia đình và trang trại chăn nuôi: Đào tạo kỹ thuật vận hành, bảo trì hệ thống máy phát điện sử dụng biogas và bộ tiết kiệm nhiên liệu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng tái tạo, do các trường đại học và trung tâm đào tạo thực hiện trong 6 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện, năng lượng tái tạo: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về thiết kế, vận hành và tối ưu hóa máy phát điện sử dụng biogas, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển công nghệ mới.

2. Các kỹ sư và chuyên gia trong lĩnh vực năng lượng sinh khối và khí sinh học: Tài liệu giúp hiểu rõ về công nghệ xử lý khí, thiết kế bộ hỗn hợp nhiên liệu và ứng dụng bộ tiết kiệm nhiên liệu trong thực tế.

3. Chủ trang trại chăn nuôi và hộ gia đình sử dụng biogas: Cung cấp giải pháp nâng cao hiệu suất máy phát điện, giảm chi phí năng lượng và cải thiện hiệu quả kinh tế trong sản xuất nông nghiệp.

4. Các nhà hoạch định chính sách và doanh nghiệp năng lượng tái tạo: Thông tin về hiệu quả kinh tế, môi trường và kỹ thuật giúp xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển năng lượng sạch và đầu tư vào công nghệ biogas.

Câu hỏi thường gặp

1. Máy phát điện sử dụng biogas có hiệu suất như thế nào so với nhiên liệu truyền thống?
   Hiệu suất máy phát điện sử dụng biogas có thể tăng khoảng 10-15% khi sử dụng bộ tiết kiệm nhiên liệu, đồng thời giảm tiêu hao nhiên liệu khoảng 15-20% so với vận hành không có thiết bị này.

2. Làm thế nào để xử lý khí biogas trước khi sử dụng cho động cơ?
   Khí biogas cần được lọc để loại bỏ H₂S bằng hấp phụ phôi sắt và tách CO₂ bằng phương pháp hấp thụ nước nhằm nâng cao hàm lượng CH₄, bảo vệ động cơ và tăng hiệu suất.

3. Chi phí đầu tư cho hệ thống máy phát điện sử dụng biogas có cao không?
   Chi phí lắp đặt ban đầu thường cao hơn so với máy phát điện chạy xăng hoặc diesel, nhưng chi phí vận hành và nhiên liệu thấp hơn nhiều, giúp tiết kiệm chi phí tổng thể trong dài hạn.

4. Bộ tiết kiệm nhiên liệu hoạt động như thế nào?
   Bộ tiết kiệm nhiên liệu điều chỉnh tỷ lệ hỗn hợp biogas - không khí tối ưu, giúp quá trình cháy hiệu quả hơn, giảm lượng khí tiêu thụ và tăng công suất phát điện.

5. Ứng dụng của máy phát điện sử dụng biogas phù hợp với những đối tượng nào?
   Phù hợp với các hộ gia đình, trang trại chăn nuôi, khu vực nông thôn thiếu điện lưới, và các cơ sở sản xuất nhỏ cần nguồn điện ổn định, tiết kiệm chi phí và thân thiện môi trường.

Kết luận

• Nghiên cứu đã thiết kế và thử nghiệm thành công hệ thống máy phát điện công suất nhỏ sử dụng biogas kết hợp bộ tiết kiệm nhiên liệu, nâng cao hiệu suất phát điện và giảm tiêu hao nhiên liệu từ 15-20%.
• Hệ thống xử lý khí biogas hiệu quả với hàm lượng CH₄ đạt 97,9%, giảm thiểu các tạp chất gây ăn mòn và ô nhiễm môi trường.
• Đặc tuyến I-V và P-V cho thấy sự ổn định và tăng công suất khi sử dụng bộ tiết kiệm nhiên liệu, phù hợp với các điều kiện tải và tốc độ động cơ khác nhau.
• Giải pháp này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các hộ gia đình và trang trại chăn nuôi, góp phần phát triển năng lượng tái tạo và bảo vệ môi trường.
• Đề xuất tiếp tục phát triển giải thuật điều khiển tối ưu và mở rộng đào tạo chuyển giao công nghệ trong vòng 12 tháng tới nhằm nâng cao hiệu quả và tính bền vững của hệ thống.

Hãy hành động ngay hôm nay để ứng dụng công nghệ máy phát điện sử dụng biogas hiệu quả, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững năng lượng tái tạo!

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐỨC THÁI NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT MÁY PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG BIOGAS NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN SKC007500 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN ĐỨC THÁI NGHIÊN CỨU BIỆN PHÁP NÂNG CAO HIỆU SUẤT MÁY PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG BIOGAS NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ CHÍ KIÊN Tp. Hồ Chí Minh, ngày 14 tháng 10 năm 2017 Luan van QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI i Luan van ii Luan van iii Luan van iv Luan van v Luan van vi Luan van vii Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN ĐỨC THÁI Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 21 – 09 – 1983 Nơi sinh: Hải Phòng Quê quán: Hải Phòng Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 13C Ngô Văn Sở – An Hòa- Rạch giá – KG.

Điện thoại cơ quan: Điện thoại riêng: 0939712792 Fax: E-mail: ndthai@caodangnghekg. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Cao đẳng: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2005 đến 9/2007 Nơi học (trƣờng, thành phố): Cao Đẳng Sƣ Phạm Kỹ Thuật Vĩnh Long Ngành học: Kỹ Thuật Điện 2. Đại học: Hệ đào tạo: Hoàn chỉnh ĐHTC Thời gian đào tạo từ 09/2011 đến 12/2013 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Nha Trang Ngành học: Điện – Điện Tử 3.

Cao học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2016 đến 9/2018 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ Thuật Điện Tên Luận văn tốt nghiệp: Nghiên Cứu Biện Pháp Nâng Cao Hiệu Suất Máy Phát Điện Sử Dụng Biogas. Thời gian & nơi bảo vệ Luận văn: Tháng 10 năm 2017, tại Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS Lê Chí Kiên 4.

Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: Bằng Kỹ Sƣ Điện- Điện Tử và Chứng chỉ Sƣ phạm bậc 2, cấp tại Đại Học Nha Trang và Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 09/2007 đến Giáo viên dạy nghề Điện công Trƣờng Trung Cấp Nghề Kiên Giang 05/2014 nghiệp viii Luan van 06/2014 đến Giáo viên dạy nghề Điện công Trƣờng Cao Đẳng Nghề Kiên Giang nay nghiệp Ngày 19 tháng 8 năm 2017 Ngƣời khai ký tên NGUYỄN ĐỨC THÁI ix Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 8 năm 2017 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Đức Thái x Luan van LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, tôi xin chân thành cảm ơn Quý thầy cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt, trang bị những kiến thức khoa học kỹ thuật quý giá cho tôi trong quá trình học Cao học tại trường.

Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn PGS. Lê Chí Kiên, người thầy đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm để tôi hoàn thành tốt Luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến gia đình và bạn bè đã tạo cho tôi niềm tin và nỗ lực cố gắng để hoàn thành Luận văn này. Xin chân thành cảm ơn ! Tp.

Hồ Chí Minh, tháng 10/2017 Học viên thực hiện Nguyễn Đức Thái xi Luan van TÓM TẮT Trong những năm gần đây, năng lƣợng biomas đã trở thành một trong những nguồn năng lƣợng quan trọng và đầy triển vọng đối với việc sử dụng các nguồn năng lƣợng tái tạo. Sự phát triển của khoa học và công nghệ phục vụ trong ngành công nghiệp năng lƣợng tái tạo trong đó có các máy phát điện công suất vừa và nhỏ sử dụng nguồn nguyên liệu biomas ngày càng đƣợc sử dụng nhiều hơn. Nội dung chính của luận văn này là nghiên cứu biện pháp nâng cao hiệu suất máy phát điện sử dụng khí biogas. Có sử dụng bộ tiết kiệm nhiên liệu khi động cơ vận hành trên cùng một chu trình thử với những điều kiện thay đổi tốc độ động cơ.

Để từ đó đề xuất giải thuật tối ƣu khả năng đáp ứng các điều kiện làm việc của hệ thống phát điện sử dụng Biogas nhƣ mức nhiên liệu Biogas cung cấp, ảnh hƣởng sự thay đổi của tải và chi phí lắp đặt hệ thống. Từ việc khảo sát và thiết kế công nghệ hệ thống hầm biogas. Thiết kế máy phát điện sử dụng biogas công suất nhỏ từ đó thực nghiệm đánh giá các đặc tuyến I-V, P-V ở các điều kiện khi có lắp bộ tiết kiện nhiên liệu vào động cơ sơ cấp ở tốc độ ổn định và không ổn định. Việc ứng dụng năng lƣợng tái tạo để phát ra điện phục vụ cho nhu cầu đời sống xã hội đã đƣợc sử dụng nhiều nhƣ năng lƣợng mặt trời, năng lƣợng gió… trong đó có sử dụng nhiên liệu Biogas.

Máy phát điện công suất nhỏ có gắn vào hệ thống bộ tiết kiệm nhiên liệu đây là một vấn đề chƣa có tác giả nào nghiên cứu. xii Luan van ABSTRACT In recent years, Biomass energy has become one of the most important and promising sources of energy for renewable energy sources. The development of science and technology serving the renewable energy industry, including the use of small and medium power generators using Biomass is increasingly used. The main content of this thesis is to study measures to improve the efficiency of generators using biogas.

A fuel economy kit is used when the engine is operating on the same test cycle under conditions of engine speed variation. In order to propose optimal algorithms to meet the working conditions of biogas power generation systems such as Biogas fuel supply, affect the change of load and installation cost of the system. From the survey and design of biogas technology. Design of a small-capacity biogas generator from which the I-V, P-V characteristics were evaluated in conditions where the fuel element was fitted to the primary engine at a steady and unstable speed.

The use of renewable energy to generate electricity for the needs of the social life has been used as much as solar energy, wind energy. which uses Biogas fuel. A small power generator attached to a fuel economy system is an issue that no researcher has yet authored. xiii Luan van MỤC LỤC Trang tựa Trang Quyết định giao đề tài.

i Xác nhận của cán bộ hƣớng dẫn…………………………………………………….ii Phiếu nhân xét luận văn của phản biện 1………………………………………….iii Phiếu nhân xét luận văn của phản biện 2……………………………………………v Biên bản của hội động………………………………………………………….…vii Lý lịch khoa học .vii Lời cam đoan .xii Mục lục. 1 Danh mục các chữ viết tắt. 4 Danh sách các hình. 5 Danh sách các bảng.

6 Chƣơng 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN .1 Tính cần thiết của đề tài .2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc .3 Mục đích đề tài .4 Nhiệm vụ của đề tài .5 Phƣơng pháp nghiên cứu .6 Điểm mới của đề tài .7 Nội dung nghiên cứu. 12 Chƣơng 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .1 Nhu cầu năng lƣợng sử dụng Biogas .1 Nhu cầu đun nấu .2 Nhu cầu chạy các động cơ đốt trong .2 Nguồn cung cấp năng lƣợng tái tạo hiện nay .1 Năng lƣợng mặt trời .2 Năng lƣợng gió .3 Thuỷ điện và thuỷ điện nhỏ .5 Tính toán chi phí năng lƣợng cho một tari chăn nuôi nhỏ .3 Sản xuất Biogas .1 Sơ đồ sản xuất Biogas .2 Tính năng của Biogas .3 Tình hình sử dụng Biogas hiện nay.4 Khả năng ứng dụng Biogas chạy động cơ đốt trong .4 Hệ thống cung cấp năng lƣợng sử dụng Biogas .5 Thiết kế bộ tạo hỗn hợp Biogas – Không khí cho động cơ .1 Thiết kế hệ thống lọc H2S và loại trừ CO2 .2 Công nghệ xử lý khí H2S và CO2 .3 Thiết kế hệ thống lƣu trữ Biogas. 28 Chƣơng 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG BIOGAS .1 Tính chọn động cơ .2 Tính toán nhiệt động cơ .2 Tính toán nhiệt khi động cơ dùng Biogas .3 Bảng so sánh các thông số tính toán động cơ khi sử dụng xăng và sử dụng gas………………………………………………………………………4759 3.4 Bảng so sánh các thông số khi sử dụng gas không có bộ tiết kiệm nhiên liệu và có bộ tiết kiệm nhiên liệu………………………………………………….61 Chƣơng 4 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM .1 Thiết kế cải tạo bộ hỗn hợp khí Biogas – Không khí .1 Cơ sở lý thuyết điều chỉnh thành phần hỗn hợp .2 Phƣơng pháp điều chỉnh thành phần hỗn hợp .2 Phƣơng án thiết kế hệ thống nhiên liệu chỉ dùng khí biogas .3 Chọn phƣơng án điều chỉnh hỗn hợp .4 Xây dựng đƣờng đặc tính hỗn hợp .5 Tính toán các kích thƣớc của bộ hỗn hợp .1 Kiểm nghiệm lại đƣờng kính buồng hỗn hợp .2 Kiểm nghiệm tốc độ không khí qua buồng hỗn hợp .3 Chiều dài buồng hỗn hợp .4 Xác định kích thƣớc họng .5 Tính đƣờng kính lỗ phun chính .6 Chế tạo bộ hỗn hợp Biogas – Không khí cho động cơ .1 Gia công các chi tiết .7 Lắp đặt hệ thống .8 Chạy thử nghiệm. 75 CHƢƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN .2 Hƣớng phát triển của đề tài.

77 TÀI LIỆU THAM KHẢO.79 3 Luan van DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT - Đặc tuyến I-V: ampe - Vôn - đặc tuyến P-V: Công suất - Vôn - ERG Biofuel Analysis Meta-Model-EBAMM : Mô hình phân tích nhiên liệu sinh học - GNV : Khí thiên nhiên - LPG : Khí dầu mỏ hoá lỏng khí dầu mỏ hoá lỏng - Bộ TKX: Bộ tiết kiệm xăng - BCHK: Bộ chế hòa khí 4 Luan van DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình Trang Hình 1. Chu trình sản xuất năng lƣợng sinh khối. Sơ đồ hệ thống sản xuất Biogas. Quá trình lên men tạo khí sinh học.

Sơ đồ các ứng dụng Biogas. Hệ thống cung cấp năng lƣợng cho trại chăn nuôi. Thiết bị tách H2S. Thiết bị tách CO2.

Sơ đồ hệ thống thiết bị xử lý khí Biogas. Hệ thống lƣu trữ Biogas. Sơ đồ phân chia động cơ. Sơ đồ dẫn động trục cam.

Sơ đồ hệ thống phân phối khí. Sơ đồ hệ thống bôi trơn. Mặt cắt động cơ. Động cơ và máy phát sử dụng khí Biogas.

Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ sử dụng khí biogas. Hình bình chứa khí biogas. Bộ hỗn hợp Biogas – Không khí cho động cơ. Bộ hỗn hợp Biogas – Không khí cho động cơ.

Lắp bộ hỗn hợp Biogas – Không khí cho động cơ. Lắp bộ hỗn hợp Biogas – Không khí cho động cơ. Error! Bookmark not defined. Bộ máy phát điện sử dụng Biogas.