luận án tiến sĩ tự động điều chỉnh hệ số tương đương và góc đánh lửa sớm để nâng cao hiệu quả công tác của động cơ biogas hydrogen

<span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

<b>LäI CAM ĐOAN </b>

<i>Tôi xin cam đoan đây là luận án nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quÁ nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong các cơng trình nào khác! </i>

<i>Đà Nẵng, tháng năm </i>

Nghiên cÿu sinh

<b> Bùi Vn Hùng </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

DANH MúC KÝ HIÊU VÀ VIÂT TÂT ... xvi

Mô ĐÄU ... xviii

1. T VN NGHIấN CỵU ... xviii

2. MỳC TIấU NGHIấN CỵU ... xxii

3. ổI TứNG V PHắM VI NGHIấN CỵU ... xxiii

4. PHĂNG PHP NGHIấN CỵU ... xxiii

5. Ý NGH)A KHOA HâC VÀ TÍNH THĀC TIÈN CüA ĐÄ TÀI ... xxiv

6. CÂU TRÚC NỵI DUNG NGHIấN CỵU ... xxiv

7. ểNG GểP MI CỹA LUN ÁN ... xxv

<b>CHƯƠNG 1: TêNG QUAN VÄ VÂN ĐÄ NGHIấN CỵU ... 1 </b>

1.1. CÂ cu nng lựng ton cÅu trong chiÃn l°ùc <Net Zero= ... 1

1.2. HË thỗng nng lựng tỏi to hybrid ... 4

1.3. Hậ thỗng nng lựng tỏi to hybrid iận mt trúi-sinh khỗi ... 7

1.4. Ành h°õng cýa hydrogen đÃn tính năng cýa đïng c¢ ... 12

1.5. KÃt luÁn ... 22

<b>CHƯƠNG 2: C¡ Sô LÝ THUT Q TRÌNH T¾O HìN HøP VÀ Q </b> TRÌNH CHÁY TRONG ĐỵNG CĂ NH LA CửNG BỵC ... 25

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

2.3.2. Xác đánh vá trí màng lāa ... 36

2.3.3. Tỗc ù mng la chy tng ... 37

2.3.4. Tỗc ù chỏy rỗi ... 40

2.4. Kt lun ... 42

<b>CHƯƠNG 3: MƠ PHäNG Q TRÌNH T¾O HìN HøP VÀ Q TRÌNH CHÁY </b> CüA ĐỵNG C¡ PHUN NHIÊN LIÊU BIOGAS-HYDROGEN ... 43

3.1. ThiÃt lÁp mơ hình... 43

3.1.1. Xây dāng khơng gian tính tốn và chia l°đi ... 43

3.1.2. Trình tā thāc hiËn mơ phång ... 46

3.2. Mơ phång q trình t¿o hín hùp cýa đïng c¢ ... 51

3.2.1. DiÉn biÃn q trình n¿p ... 51

3.2.2. Ành h°õng cýa đ°óng kính lí phun và áp suÃt phun ... 53

3.2.3. Ành h°õng cýa hàm l°ùng hydrogen ... 57

3.2.4. Ành h°õng cýa hàm l°ùng CH<small>4</small> trong biogas ... 59

3.2.5. Ành h°õng cýa đï mõ b°ñm ga ... 60

3.2.6. GiÁn đé phun nhiên liËu biogas-hydrogen ... 63

3.3. Mơ phång q trình cháy và phát thÁi ơ nhiÉm cýa đïng c¢ ... 65

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

PHäNG ... 93

4.1. ĐiÅu khiÇn điËn tā vịi phun nhiên liËu biogas-hydrogen ... 93

4.2. iu chònh gúc ỏnh la sủm ùng c chy bng hớn hựp biogas-hydrogen 97 4.2.1. Tỗc ù chỏy chÁy tÅng ... 97

4.2.2. Mơ hình vÁt lý điÅu chßnh góc đánh lāa sđm ... 99

4.3. ThiÃt lÁp ECU iu khiần ùng c biogas-hydrogen ... 103

4.4. Ci to ùng c ... 108

4.4.1. SÂ ộ hậ thỗng cÁi t¿o đïng c¢ ... 108

4.4.2. LÃp đÁt các bï phÁn lên đïng c¢ cÁi t¿o ... 110

4.5. Nghiên cÿu thāc nghiËm ... 114

4.5.1. Chuẩn bá nhiên liËu ... 114

KÂT LN VÀ H¯ðNG PHÁT TRIỈN ... 132

DANH MúC CƠNG TRÌNH KHOA HâC ... 136

TÀI LIÊU THAM KHÀO:... 138 PHú LúC ... I

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>TĀ ĐàNG ĐIÀU CHÈNH HỈ SÐ T¯¡NG Đ¯¡NG VÀ GĨC ĐÁNH LĀA SâM Đ NÂNG CAO HIỈU Q CƠNG TÁC CĂA ĐàNG C¡ </b>

<b>BIOGAS-HYDROGEN </b>

<b>Tóm tÃt: Do tác đïng cýa biÃn đëi khí hÁu đang diÉn ra ngày càng trÅm trãng, viËc </b>

chuyÇn đëi năng l°ùng đang l mỗi quan tõm hng u cýa hu ht cỏc quỗc gia trờn th giủi. Trong bỗi cnh ú thỡ hậ thỗng nng lựng tỏi to hybrid (HRES) gộm nng lựng mt trúi v sinh khỗi l mùt l*nh vāc nghiên cÿu đang đ°ùc quan tâm. Đïng c¢ ỗt trong thúng ực thit k ầ lm viậc vñi mït lo¿i nhiên liËu cho tr°ñc và trong điÅu kiËn vÁn hành xác đánh. Trong HRES thành phÅn nhiên liËu thay đëi th°óng xuyên theo nguyên liËu đÅu vào và nguén hydrogen do điËn mÁt trói cung cÃp. MÁt khác, chà đï tÁi cýa đïng c¢ cũng thay đëi th°óng xun đÇ cung cÃp tÁi bù cho hậ thỗng. Do ú, ùng c phi ực iu chònh mùt cỏch linh hot cỏc thụng sỗ vn hành, đÁc biËt là góc đánh lāa sđm và hậ sỗ tÂng Âng cýa hớn hựp. ùng c t*nh ti truyn thỗng khú cú thầ ỏp ng ực yêu cÅu này. LuÁn án tÁp trung xā lý hai vÃn đÅ chính cýa đïng c¢ trong HRES, đó là điÅu khiÇn q trình cung cÃp nhiên liËu đÇ iu chònh hậ sỗ tÂng Âng v iu chònh gúc ỏnh la sủm tỗi u ầ m bo cho đïng c¢ ho¿t đïng hiËu q vđi nhiên liËu biogas-hydrogen vñi thành phÅn thay đëi trong ph¿m vi rïng.

<b>Tÿ khóa: Năng l°ùng tái t¿o, biogas, hydrogen, ơ nhiẫm khụng khớ, ùng c ỏnh la </b>

cững bc.

<b>AUTOMATIC CONTROL OF EQUIVALENCE RATIO AND ADVANCE IGNITION ANGLE TO IMPROVE THE PERFORMANCE OF </b>

<b>BIOGAS-HYDROGEN ENGINE </b>

<b>Summary:</b>Due to the increasing impact of climate change, the energy transition is a top concern for most countries in the world. In that context, the hybrid renewable energy system including solar energy and biomass is an area of research interest. Internal combustion engines are typically designed to work with a given fuel type and under defined operating conditions. In a hybrid renewable energy system, the fuel

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

composition changes frequently according to the input material and the source of hydrogen provided by solar power. On the other hand, the load mode of the motor also changes frequently to provide a compensating load for the system. Therefore, the engine must be flexibly adjusted to the operating parameters, especially the ignition advance angle and the equivalence factor of the mixture. Traditional stationary motors can hardly meet this requirement. The thesis focuses on dealing with two main problems of the engine in the hybrid renewable energy system, that is controlling the fuel supply process to adjust the equivalence ratio and adjusting the optimal advance ignition angle to ensure efficient engine operation with biogas-hydrogen fuel with variable composition over a wide range.

<b>Keywords: Renewable energy, biogas, hydrogen, air pollution, SI engine.</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>DANH MĀC HÌNH VẼ, ĐỊ THÊ </b>

Hình 1.1: C¢ cÃu các ngn năng l°ùng đÃn năm 2050 [41] ... 1

Hình 1.2: CÃu phÅn năng l°ùng tái t¿o trên thà giđi (a) và đÁc tính cýa hậ thỗng nng lựng tỏi to (b) [43] ... 2

Hỡnh 1.3: Cỏc dng hậ thỗng nng lựng tái t¿o [49] ... 5

Hình 1.4: S¢ đé HRES nng lựng mt trúi-nng lựng sinh khỗi ... 9

Hỡnh 2.1: Quan hậ gia nộng ù, nhiật ù v khỗi l°ùng riêng theo tß hË hín hùp . 35 Hình 3.1: Xi lanh và đ°óng n¿p đïng c¢ sau khi cÁi t¿o ... 43

Hình 3.2: Chia l°đi khơng gian tính tốn... 44

Hình 3.3: Chia l°đi khơng gian tính tốn khi piston õ ĐCT: 71.321 phÅn tā ... 44

Hình 3.4: Chia l°đi khơng gian tính tốn khi piston õ ĐCD: 107.395 phÅn tā ... 45

Hình 3.5: Chia l°đi đ°óng n¿p: 48.866 phÅn tā tÿ diËn (a); Chia l°ñi buéng cháy: 20.333 phÅn tā tÿ diËn (b); Chia l°ñi xi lanh: 38.196 phÅn tā hình chêm (c)... 45

Hình 3.6: Giao diËn khõi đïng phÅn mÅm ANSYS FLUENT 2021R1 ... 47

Hình 3.7: Ci t cỏc thụng sỗ cýa mụ hỡnh ... 47

Hình 3.8: GiÁi hË ph°¢ng trình và l°u kÃt q mơ phång ... 49

Hình 3.9: Đ°óng đéng mÿc néng đï CH<small>4</small> trong quá trình phun biogas M7C3 đ°ùc

Hình 3.12: Bỗ trớ cỏc vũi phun mụ phồng ... 52

Hỡnh 3.13: Phõn bỗ nộng ù CH<small>4</small> theo gúc quay trûc khuỷu (n=3600 v/ph, M7C3-20H, φ<small>p</small>=74TK, p<small>p</small>=0,5 bar, d<small>p</small>=5,5mm) ... 53 Én biÃn q trình t¿o hín hùp khi phun nhiên liËu M6C4-30H qua vòi

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

ngang bng cháy t¿i thói điÇm 340°TK, BiÃn thiên l°u l°ùng khơng khí, l°u l°ùng nhiên liËu và hậ sỗ tÂng Âng theo gúc quay trỷc khuu (n=3600 v/ph, M7C3, φ<small>p</small>=70°TK, p<small>p</small>=0,5 bar, d<small>p</small>=5,5mm) ... 57 Hỡnh 3.20: Phõn bỗ hậ sỗ tÂng Âng (a), nộng đï CH<small>4</small> (b) néng đï H<small>2</small> (c) trong buéng cháy và BiÃn thiên l°u l°ùng khơng khí, l°u l°ùng nhiờn liậu v hậ sỗ tÂng Âng theo góc quay trûc khuỷu (d) (n=3600 v/ph, M7C3-30H, φ<small>p</small>=77°TK, p<small>p</small>=0,5 bar, d<small>p</small>=5,5mm) ... 58 Hình 3.21: So sánh biÃn thiên l°u l°ùng khơng khí, l°u l°ùng nhiên liËu và hậ sỗ tÂng Âng theo góc quay trûc khuỷu khi phun biogas M6C4 (a) và M8C2 (b) Hình 3.25: So sánh biÃn thiên l°u l°ùng khơng khí (a), l°u l°ùng nhiên liËu (b) v hậ sỗ tÂng Âng (c) theo góc quay trûc khuỷu trong tr°óng hùp α=0° và α=40°

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

(d<small>p</small>=5,5mm, p<small>p</small>=0,5bar, M7C3-30H, n=3600 v/ph) ... 62 Hình 3.26: S¢ đé tiÃt diËn l°u thơng trên đ°óng n¿p qua b°đm ga... 63 Hình 3.27: GiÁn đé phun hín hùp nhiên liËu biogas-hydrogen (vịi phun d<small>p</small>=5,5mm, p<small>p</small>=0,5 bar, ñ = 0°, n=3000 v/ph) ... 64 Hình 3.28: GiÁn đé phun hín hùp nhiên liËu biogas-hydrogen (vòi phun d<small>p</small>=5,5mm, p<small>p</small>=0,5 bar, M7C3-20H, n=3000 v/ph) ... 65 Hình 3.29: Ành h°õng cýa góc đánh lāa sñm đÃn biÃn thiên áp suÃt (a) và tỗc ù tồa nhiật (b) khi ùng c chy bng biogas M7C3 ừ tỗc ù 3600 v/ph v ử=1 ... 66 Hình 3.30: BiÃn thiên nhiËt đï, phát thÁi NO<small>x</small> (a) và biÃn thiên áp suÃt cāc đ¿i, W<small>i</small> (b) theo góc đánh lāa sđm ... 66 Hình 3.31: Ành h°õng cýa góc đánh lāa sđm đÃn biÃn thiên áp suÃt trong xi lanh theo góc quay trûc khuỷu (a) và biÃn thiên áp st cāc đ¿i, cơng chß thá chu trình theo góc đánh lāa sđm (b) khi đïng c¢ ch¿y bằng nhiờn liậu M8C2-40H ừ tỗc ù 3600v/ph, ử=1... 67 Hình 3.32: Ành h°õng cýa góc đánh lāa sđm đÃn biÃn thiên néng đï CO (a) và néng đï NO<small>x</small> (b) theo góc quay trûc khuỷu; BiÃn thiên nhiËt đï khí thÁi, NO<small>x</small> (c) và CO, HC (d) theo góc đánh lāa sđm khi đïng c¢ ch¿y bng nhiờn liậu M8C2-40H ừ tỗc ù 3600v/ph, ử=1 ... 68 Hình 3.33: So sánh Ánh h°õng cýa gúc ỏnh la sủm n cỏc thụng sỗ c trng cýa q trình cháy khi đïng c¢ ch¿y bằng biogas M7C3 (a) v M8C2-40H (b) ừ tỗc ù 3600 v/ph, ư=1 ... 69 Hình 3.34: Ành h°õng cýa hàm l°ùng hydrogen pha vào biogas M6C4 (a), M7C3 (b) và M8C2 (c) đÃn biÃn thiên góc đánh la sủm tỗi u theo tỗc ù khi ùng c ... 70 Hình 3.35: GiÁn đé đánh lāa đïng c¢ ch¿y bằng biogas-hydrogen ÿng vđi biogas M6C4 (a), M7C3 (b) và M8C2 (c) ... 71 Hình 3.36: Ành h°õng cýa thành phÅn hín hùp đÃn đé thá cơng (a) và nhiËt đï cháy (b) ... 72

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

Hỡnh 3.37: nh hừng cýa hậ sỗ tÂng đ°¢ng đÃn phát thÁi CO (a) và NO<small>x</small> (b) .... 72 Hỡnh 3.38: nh hừng cýa hậ sỗ tÂng Âng đÃn tính năng cơng tác và mÿc đï phát thi ụ nhiẫm khi ùng c chy ừ tỗc ù 3000 v/ph vñi nhiên liËu M7C3 (a), M7C3-20H (b) và M7C3-40H (c) ... 73 Hình 3.39: Ành h°õng cýa thành phÅn biogas đÃn biÃn thiên áp suÃt theo góc quay trỷc khuu khi ùng c chy ừ tỗc đï 2100 v/ph (a) và 3600 v/ph (b) ... 74 Hình 3.40: Ành h°õng thành phÅn biogas đÃn biÃn thiên áp suÃt trong xi lanh khi đïng c¢ chy bng biogas pha 40% hydrogen ừ tỗc ù 2100 v/ph (a) và 3600 v/ph (b) ... 75 Hỡnh 3.41: nh hừng cýa thnh phn biogas n tỗc đï tiêu thû nhiên liËu khi không pha hydrogen (a và b) và khi pha 40% hydrogen (c và d) ... 76 Hình 3.42: Ành h°õng cýa thành phÅn biogas đÃn tính năng cơng tác và mÿc đï phát thi ụ nhiẫm khi ùng c chy ừ tỗc đï 2100 v/ph và 3600 v/ph bằng biogas (a) và bằng biogas pha 40% hydrogen (b) ... 77 Hỡnh 3.43: Bin thiờn cỏc thụng sỗ c trng quỏ trỡnh chỏy theo hậ sỗ tÂng Âng khi ùng c chy ừ tỗc ù 3000 v/ph vủi biogas M6C4 (a) và M8C2 (b) ... 79 Hình 3.44: Ành h°õng cýa hàm l°ùng hydrogen pha vào biogas M7C3 đÃn bin thiờn tỗc ù tồa nhiật v ỏp sut trong xi lanh khi ùng c chy ừ tỗc ù 2100 v/ph (a) và 3600 v/ph (b) ... 79 Hình 3.45: Ành h°õng cýa hàm l°ùng hydrogen pha vào biogas M7C3 đÃn biÃn thiên néng đï nhiên liËu theo góc quay trûc khuỷu khi đïng c¢ ch¿y õ tỗc ù 2100 v/ph v 3600 v/ph ... 80 Hình 3.46: BiÃn thiên áp suÃt cāc đ¿i và công chß thá chu trình theo hàm l°ùng hydrogen pha vào biogas M7C3 khi ùng c chy ừ tỗc ù 2100 v/ph (a) v 3600 v/ph (b) ... 81 Hình 3.47: Ành h°õng cýa hàm l°ùng hydrogen pha vào biogas M7C3 đÃn quá trình cháy và phát thÁi ơ nhiÉm cýa đïng c khi chy ừ tỗc ù 2100 v/ph (a) v 3600 v/ph (b) vđi ư=1 ... 82

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

Hỡnh 3.48: Bin thiờn cỏc thụng sỗ c trng quỏ trỡnh chỏy theo hậ sỗ tÂng Âng khi ùng c chy ừ tỗc ù 3600 v/ph vủi nhiên liËu M7C3-20H ... 83 Hình 3.49: Ành h°õng cýa tỗc ù ùng c n ộ thỏ cụng (a) v n bin thiờn ỏp sut, tỗc ù tồa nhiËt (b) ... 84 Hình 3.50: Ành h°õng cýa tỗc ù ùng c n bin thiờn ỏp sut theo góc quay trûc khuỷu khi đïng c¢ ch¿y bằng nhiên liËu M6C4-40H (a), M7C3-40H (b) và M8C2-40H (c) vủi gúc ỏnh la sủm 20TK v hậ sỗ tÂng đ°¢ng ư=1 ... 85 Hình 3.51: Ành h°õng cýa tỗc ù ùng c n bin thiờn cỏc thụng sỗ đÁc tr°ng cýa q trình cháy khi đïng c¢ ch¿y bằng nhiên liËu M7C3-15H (a) và M8C2-40H (b) vđi ư=1 và φ<small>s</small>=20°TK ... 86 Hình 3.52: Đé thá công õ các chà đï tÁi khác nhau (a) và Ánh h°õng cýa chà đï tÁi đÃn các thụng sỗ c trng cýa quá trình cháy (M7C3-0H, n=3600 v/ph, ư=1, φ<small>s</small>=32°TK) ... 87 Hình 3.53: Đé thá công õ các chà đï tÁi khác nhau (a) và Ánh h°õng cýa chà đï tÁi đÃn cỏc thụng sỗ c trng cýa quá trình cháy (M7C3-20H, n=3600 v/ph, ö=1, φ<small>s</small>=30°TK) ... 88 Hình 3.54: Ành h°õng cýa góc đánh lāa sđm đÃn biÃn thiên áp suÃt trong xi lanh (a) và n cỏc thụng sỗ c trng cýa quỏ trỡnh chỏy (b) khi ùng c chy ừ tỗc ù 3600 v/ph, 60% tÁi vñi nhiên liËu M7C3-20H ... 89 Hình 3.55: So sánh các đÁc tr°ng quá trình cháy trong iu kiận tỗi u v gúc ỏnh la sủm v hậ sỗ tÂng Âng khi s dỷng biogas M6C4 (a), M7C3 (b) và M8C2 (c) ... 90 Hỡnh 4.1. S ộ bỗ trớ hậ thỗng thớ nghiậm thay đëi thói gian phun cýa đïng c¢ t*nh t¿i ... 94 Hình 4.2. Ành chûp mơ hình thí nghiËm điÅu chßnh góc đánh lāa sđm (a) và hïp điÅu khiÇn, hïp cơng st (b) ... 94 Hình 4.3. Tín hiËu điÅu khiÇn vịi phun khi ch°a xā lý nhiÉu (a, b) và các tín hiËu cÁm Ãn Hall, tín hiËu đánh lāa và tín hiËu phun khi đã xā lý nhiÉu (c) ... 95

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Hình 4.4. Tín hiËu Hall, tín hiËu đánh lāa và tín hiËu điÅu khiÇn vịi phun do chÂng trỡnh iu tỗc thc hiận khi tng ti cn ... 96 Hỡnh 4.5: Bin thiờn tỗc ù chỏy chy tng theo hậ sỗ tÂng Âng ử và thành phÅn CO<small>2</small> trong hín hùp vđi CH<small>4</small> ... 97 Hỡnh 4.6: Tỗc ù chỏy chy tng cýa hydrogen, methane (a) và Ánh h°õng cýa hàm lựng hydrogen n tỗc ù chỏy chy tng cýa hớn hựp CH<small>4</small>-H<small>2</small> ... 98 Hỡnh 4.7. SÂ ộ bỗ trớ hậ thỗng thớ nghiậm thay ởi gúc ỏnh la sủm cýa đïng c¢ t*nh t¿i ... 99 Hình 4.8. Ành chûp mơ hình thí nghiËm điÅu chßnh góc đánh lāa sđm (a) và hïp điÅu khiÇn, hïp cơng st (b) ... 100 Hình 4.9. Tín hiËu cýa cÁm biÃn Hall và tín hiËu đánh lāa khi ch°a xā lý nhiÉu (a), tín hiËu khi xā lý nhiẫu cỏc cởng kt nỗi bng tỷ iận (b) và tín hiËu sau khi xā lý bằng nguén cách ly quang hãc (c)... 101 Hình 4.10. L°ùc ộ chÂng trỡnh ci t vo vi iu khiần ầ điÅu chßnh góc đánh lāa sđm (a) và đï lËch giÿa xung tín hiËu Hall và xung đánh lāa (b)... 102 Hình 4.11. Mơ phång thay đëi góc đánh lāa sñm theo hàm l°ùng hydrogen pha vào hín hùp biogas ... 103 Hình 4.12: S¢ ộ bỗ trớ hậ thỗng thớ nghiậm thay ởi gúc đánh lāa sđm, thói gian phun cýa đïng c¢ t*nh t¿i ... 104 Hình 4.13: Arduino Mega 2560 ... 105 Hình 4.14: Tín hiËu ĐCT, tín hiËu điÅu khiÇn vịi phun và đánh lāa ... 106 Hình 4.15: Tín hiËu cÁm biÃn Hall, tín hiËu đánh lāa và tín hiËu phun khi đã xā lý nhiÉu mơ phång theo nhiên liËu biogas M7C3 (a), hín hùp 80% biogas M7C3+20%

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

c¢ t*nh t¿i phun nhiên liËu khí điÅu khiÇn điËn tā ... 108

Hình 4.18: Tín hiËu phun nhiên liËu (a) và tớn hiậu ỏnh la (b) tÂng ỗi so vủi tớn hiËu cÁm biÃn Hall ... 109

Hình 4.19: LÃp đÁt các bï phÁn cÁi t¿o đïng c¢ ... 110

Hình 4.20: CÁi t¿o vịi phun LPG thành vịi phun biogas-hydrogen ... 111

Hình 4.21: LÃp đÁt cûm cÁm biÃn đo l°u l°ùng khơng khí và nhiên liËu ... 112

Hỡnh 4.22: SÂ ộ u dõy hùp iu khiần ùng c¢ ... 113

Hình 4.23: Ành chûp mÁt tr°đc (a), mt sau (b) hùp iu khiần ùng c ... 113

Hình 4.24: S¢ đé pha trïn hín hùp nhiên liËu biogas-hydrogen ... 115

Hình 4.29: So sánh kÃt q mơ phång và thāc nghiËm biÃn thiên l°u l°ùng khơng khí (a) và l°u l°ùng nhiên liËu (b) theo vá trớ bủm ga khi ùng c chy ừ tỗc ù 3600 v/ph vñi nhiên liËu M7C3-20H (d<small>p</small>=5,5mm, p<small>p</small>=0,5bar) ... 119

Hỡnh 4.30: So sỏnh bin thiờn hậ sỗ tÂng Âng theo vá trí b°đm ga cho bõi mơ

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

Hỡnh 4.35: S ộ iu chònh gúc ỏnh lāa sđm ... 124 Hình 4.36: Ành h°õng cýa thành phÅn hydrogen đÃn biÃn thiên cơng chß thá chu trình theo góc đánh lāa sđm trong tr°óng hùp đïng c¢ ch¿y bằng Biogas M7C3 (a), Biogas M6C4 (b) ừ tỗc ù 3000 vũng/phỳt, ử=1, 100% ti ... 125 Hình 4.37: BiÃn thiên góc đánh lāa sđm tỗi u <small>s</small> theo tò sỗ H<small>2</small>/CH<small>4</small> ... 126 Hỡnh 4.38: Gin ộ gúc ỏnh la sủm tỗi u ... 128 Hỡnh 4.39: S ộ hậ thỗng iu khiần t ùng hậ sỗ tÂng Âng v gúc ỏnh la sđm đïng c¢ biogas-hydrogen có thành phÅn nhiên liËu thay đëi ... 129 Hình 4.40: S¢ đé cÃu trỳc chÂng trỡnh iu khiần t ùng hậ sỗ tÂng đ°¢ng và góc đánh lāa sđm ... 130

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

<b>DANH MĀC BÀNG </b>

BÁng 3.1: Các lo¿i nhiên liËu sā dûng trong nghiên cÿu ... 52

BÁng 3.2: Năng l°ùng do nhiên liËu mang vào đïng c¢ trong míi chu trình ... 75

BÁng 3.3: ĐiÅu kiËn tỗi u v hậ sỗ tÂng Âng v gúc ỏnh lāa sđm khi đïng c¢ ch¿y bằng biogas và biogas pha 20% hydrogen. ... 90

BÁng 4.1: BÁng thông sỗ k thut Arduino Mega 2560... 105

Bng 4.2: Thnh phÅn mol cýa nhiên liËu ... 114

BÁng 4.3: Áp suÃt riêng phÅn cýa các chÃt trong nhiên liËu ... 114

Bng 4.4: Thụng sỗ thc nghiậm ... 117

Bng 4.5: KÃt q thāc nghiËm đo l°u l°ùng khơng khí ... 120

BÁng 4.6: KÃt quÁ thāc nghiËm đo l°u l°ùng nhiên liËu ... 120

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<b>DANH MC Kí HIặU V VIắT TT </b>

<b>1. Cỏc ký hiÇu m¿u tā La Tinh </b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

<b>3. Các chÿ vi¿t tÃt </b>

LPG Khí dÅu må hóa lång (Liquefied Petroleum Gas)

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

<b>Mỉ ĐÄU </b>

<b>1. Đ¾T VÂN ĐÀ NGHIÊN CĄU </b>

ĐÇ đÁm bÁo mÿc tăng nhiËt đï bÅu khớ quyần khụng quỏ 2C (mong muỗn dủi ngững 1,5°C) so vđi thói kỳ tiÅn cơng nghiËp [1] theo thåa thn Paris 2015 thì l°ùng phát thÁi rịng CO<small>2</small> hng nm trờn ton cu phi gim xuỗng mc bằng 0 hoÁc âm ròng vào giÿa thà kỷ này [2-3]. Mÿc đï gia tăng nhiËt đï bÅu khí quyần tò lậ thun vủi lựng khớ thi CO<small>2</small> tích lũy. Vì vÁy, xây dāng chiÃn l°ùc đÇ đ¿t đ°ùc mûc tiêu mÿc phát thÁi ròng bằng 0 ngy cng trừ bc bỏch cýa cỏc quỗc gia trờn khÃp thà giñi [2, 4, 5, 6]. Trãng tâm cýa các chiÃn l°ùc này là chun đëi nhanh chóng v sõu rùng cỏc hậ thỗng nng lựng, bao gém giÁm m¿nh viËc sā dûng nhiên liËu hóa th¿ch, cÁi thiËn hiËu quÁ sā dûng năng l°ùng, điËn khí hóa rïng rãi các l*nh vāc sā dûng năng lựng u cuỗi v khỗng ch mc phỏt thi carbon [7-9]. S chuyần ởi hậ thỗng nng lựng này phÁi đ°ùc hài hịa vđi cÁ các mûc tiêu phát triÇn bÅn vÿng [10-11] cũng nh° tiÅm lāc kinh t ầ thay th c sừ h tng nng l°ùng hóa th¿ch hiËn có [12].

Mđi đây, t¿i cuùc hóp i hùi ộng Liờn hiập quỗc thỏng 11-2021, Tởng th ký Liờn hiập quỗc ó núi hiận ch°a q mụn đÇ thāc hiËn mûc tiêu này nh°ng cánh cāa đang khép l¿i nhanh chóng. Tháng 11-2021, ti Hùi nghỏ thựng ònh thúng niờn v chỗng biÃn đëi khí hÁu COP 26 õ Glasgow, lãnh đ¿o cỏc quỗc gia ó ra chin lực Net-Zero (tÿc chiÃn l°ùc trung hòa carbon, mÿc đï phát thÁi các chÃt khí gây hiËu ÿng nhà kính thÃp h¢n mÿc đï lo¿i bå chúng tÿ mơi tr°óng). T¿i hïi nghá này, n°ñc ta cũng cam kÃt giÁm phát thÁi CO<small>2</small>, CH<small>4</small> đÇ đ¿t mûc tiêu Net-Zero vào nm 2050 [13]. n nay ó cú 74 quỗc gia và vùng lãnh thë cam kÃt thāc hiËn lï trỡnh Net Zero tÂng t. Cú khong 10 quỗc gia cam kÃt thāc hiËn lï trình Net Zero tr°đc ng°÷ng thói gian đó. ViËc sā dûng năng l°ùng tái t¿o thay thà năng l°ùng hóa th¿ch là trû cït trong chiÃn l°ùc Net Zero cýa hÅu hÃt cỏc quỗc gia trờn th giủi. Tuy nhiờn nhực điÇm chính cýa năng l°ùng tái t¿o nói chung là chúng phû thuïc trāc tiÃp vào các điÅu kiËn thói tiÃt và mơi tr°óng khó có thÇ đốn tr°đc và khơng thÇ kiÇm sốt,

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

gây khó khăn cho viËc đÁm bÁo đï tin cÁy cýa hậ thỗng. Do ú s dỷng mùt nguộn nng l°ùng tái t¿o duy nhÃt sÁ khơng đÁm bÁo tính liờn tỷc cýa hậ thỗng cung cp nng lựng. Bên c¿nh đó, sā khơng cân bằng giÿa sÁn xt và tiêu thû gây ra tình tr¿ng thiÃu hoÁc tha nng lựng cýa hậ thỗng. Do ú hậ thỗng sā dûng mït nguén năng l°ùng tái t¿o luôn ũi hồi hậ thỗng lu tr nng lựng hay nguộn năng l°ùng dā phòng. ĐiÅu này làm tăng chi chi phớ cho hậ thỗng.

HRES kt hựp nhiu ngn năng l°ùng tái t¿o có thÇ xā lý đ°ùc bÃt cÁp nêu trên. Phû thuïc vào chiÃn l°ùc nng lựng cýa mới quỗc gia m nguộn nng lựng phỗi hựp cú thầ khỏc nhau. ụ cỏc vựng khí hÁu nhiËt đđi, năng l°ùng mÁt trói và sinh khỗi l nhng nguộn nng lựng tỏi to cú tiÅm năng rÃt cao. Hai lo¿i năng l°ùng này có thÇ đ°ùc sā dûng trong HRES, trong đó biogas đ°ùc làm giàu bằng hydrogen đ°ùc t¿o ra bõi năng l°ùng mÁt trói [14]. HRES phù hùp vđi viËc cung cÃp điËn khơng tÁp trung. Nó là mït lāa chãn khÁ thi cho sÁn xuÃt điËn bÅn vÿng, đÁc biËt là õ các vùng nông thôn.

Biogas thô chÿa chý yÃu methane (CH<small>4</small>) và t¿p chÃt carbon dioxide (CO<small>2</small>) nên nhiËt trá cýa nó thÃp h¢n khớ thiờn nhiờn. Biogas cú trỏ sỗ octan khong 130 tÂng ỗi cao, nờn cú kh nng chỗng kớch në. Vì vÁy biogas sā dûng thích hùp cho đïng c cú t sỗ nộn cao [15]. ầ lm giàu lo¿i nhiên liËu này chúng ta cÅn bë sung các lo¿i nhiên liËu có nhiËt trá cao và tớnh nng chỏy tỗt. Theo yờu cu ú thỡ hydrogen có thÇ xem là nhiên liËu bë sung lý t°õng nhÃt. Hydrogen là nhiên liËu không chÿa carbon, sÁn phẩm cháy chÿa chý u là h¢i n°đc [16]. Hydrogen có thÇ đ°ùc sÁn xt tÿ nhiÅu ngn khác nhau nh°ng sÁn xuÃt hydrogen tÿ điËn phân n°ñc bằng năng l°ùng mÁt trói là giÁi pháp mang tính bÅn vÿng và khÁ thi. Hydrogen có thÇ sā dỷng ầ cung cp nng lựng cho phÂng tiận giao thơng c¢ giđi thơng qua pin nhiên liËu. Tuy nhiên, ph°¢ng án này đÃt tiÅn, yêu cÅu hydrogen có đï tinh khiÃt cao so vđi sā dûng hydrogen trong ùng c ỗt trong [17]. Vủi cụng nghậ hiËn nay, đÇ ơ tơ có thÇ ho¿t đïng ực trờn cựng quóng úng thỡ khỗi lựng cỷm ùng cÂ-hậ thỗng cung cp nhiờn liậu cýa xe chy bằng pin nhiên liËu nÁng gÃp ba lÅn đïng c¢ ỗt trong chy bng hydrogen.

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

MÁc dù CO<small>2</small> có trong biogas làm giÁm phát thÁi NO<small>x</small>, tng tớnh chỗng kớch nở nhng tp cht này l¿i có xu h°đng làm tăng thói gian cháy trẫ v gim tỗc ù lan truyn mng la nên sÁ làm giÁm hiËu suÃt nhiËt đïng c¢ [18]. Làm giàu biogas bằng hydrogen (H<small>2</small>) là giÁi pháp hÿu hiËu đÇ giÁi qut vÃn đÅ này. Cơng trình nghiên cÿu cýa Ilbas và cïng sā [19] cho thÃy khi tăng néng đï hydrogen trong hín hùp H<small>2</small>-CH<small>4</small>

thì vn tỗc chỏy tng v mừ rùng giủi hn chỏy. iu ny cho phộp tng tỗc ù tồa nhiật và tăng áp suÃt cāc đ¿i. Chung và cïng sā [20] nghiên cÿu hiËu suÃt cháy cýa nhiên liËu hydrogen/biogas trong ùng c ỏnh la cững bc bng mụ phồng sỗ. Nghiờn cu cho thy rng giỏ trỏ cc i cýa ỏp sut v tỗc ù tồa nhiật tăng lên và thói gian cháy trÉ đ°ùc rút ngÃn khi tăng hàm l°ùng hydrogen trong nhiên liËu.

Porpatham và cïng sā [21] nghiên cÿu Ánh h°õng cýa các tò lậ tÂng Âng khỏc nhau n hiậu sut cýa ùng c ỏnh la cững bc dựng biogas trùn vñi 5%, 10% và 15% hydrogen. Nghiên cÿu cho thy rng khi tng hm lựng hydrogen thỡ tỗc đï cháy cũng tăng theo. Rakopoulos và cïng sā [22] đã sā dûng mơ hình đa khu vāc đÇ nghiên cÿu q trình cháy biogas-hydrogen trong đïng c¢ mït xi lanh và phân tích nhiËt đïng lāc hãc mït cách chi tiÃt. KÃt quÁ cho thÃy khi bë sung hydrogen vào biogas thì thói gian phát triÇn ngãn lāa rút ngÃn. Silvana Di Iorio và cïng sā [23] đã nghiên cÿu q trình cháy hín hùp hydrogen-methane trong ùng c ỏnh la cững bc cữ nhå, phun trāc tiÃp và thÃy rằng áp suÃt cāc đ¿i trong xi lanh tăng và di chuyÇn gÅn tđi TDC, thói gian cháy hồn tồn đ°ùc rút ngÃn khi tăng hàm l°ùng hydrogen pha vào biogas. Yong Qian và cïng sā [24] đã tiÃn hành nghiên cÿu đánh giá quá trình cháy cýa biogas trong đïng c ỗt trong v thy rng, khi bở sung mùt tß lË hydrogen nhÃt đánh vào biogas thì q trình cháy đ°ùc cÁi thiËn. Các tác giÁ cũng cho rng ầ xỏc ỏnh tò lậ hydrogen trong biogas phù hùp cÅn có các nghiên cÿu sâu h¢n vÅ tính hiËu q q trình cháy và phát thÁi ô nhiÉm trong các điÅu kiËn khác nhau.

Nói chung, hydrogen có thÇ đ°ùc coi là mït chÃt phû gia đÇ tăng hiËu st và giÁm phát thÁi ơ nhiÉm cýa đïng c¢ ch¿y bằng biogas [25]. Tuy nhiên, H<small>2</small> có thÇ gây ra các kÃt q khơng mong muỗn nh tng lựng phỏt thi NO<small>x</small> vỡ nhiật đï cháy cao và giÁm hiËu suÃt nhiËt do tën thÃt nhiËt. ViËc pha trïn mït tß lË thích hùp H<small>2</small> vào

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

biogas sÁ cÁi thiËn đ°ùc tính năng cýa đïng c¢ đéng thói khơng làm tăng phát thÁi các chÃt ô nhiÉm. Wang và cïng sā [26] đã khÁo sát quá trình cháy cýa đïng c¢ phun trāc tiÃp methane-hydrogen vđi các thành phÅn khác nhau. Các tác giÁ đÅ xuÃt tß lậ thầ tớch hydrogen tỗi u trong hớn hựp methane-hydrogen khng 20% đÇ đ¿t đ°ùc sā hài hịa giÿa tính năng kỹ thuÁt và mÿc đï phát thÁi cýa đïng c¢.

NhiËm vû quan trãng nhÃt khi ci to ùng c chy bng xng, du truyn thỗng sang ch¿y bằng biogas là thiÃt kÃ, chà t¿o bï t¿o hín hùp đÁm bÁo cho đïng c¢ có thÇ ho¿t đïng õ các chà đï tÁi và tỗc ù khỏc nhau. Tớnh toỏn mụ phồng ầ xỏc đánh kÃt cÃu và kích th°đc c¢ bÁn cýa bù to hớn hựp ó ực cụng bỗ [27-32]. Trong các cơng trình này, cung cÃp nhiên liËu biogas đ°ùc thāc hiËn bằng van c¢ khí. Kim van cú liờn hậ c khớ vủi c cu iu khiần ti hay bù iu tỗc cýa ùng cÂ. Lu lựng biogas cung cÃp vào đïng c¢ phû thục vào đï mõ cýa van. Do khoÁng dách chuyÇn cýa kim van h¿n chà nên rÃt khó điÅu chßnh chính xác l°u l°ùng biogas theo chà đï công tác cýa đïng c¢. ĐiÅu này có ngh*a là khi sā dûng van c¢ khí thì ph¿m vi thay đëi hậ sỗ tÂng Âng s nm trong mùt di rùng. Van cung cp biogas kiầu c khớ chò phự hùp vđi đïng c¢ t*nh t¿i làm viËc th°óng xun vủi tỗc ù v ch ù ti ởn ỏnh và vđi mït lo¿i nhiên liËu cho tr°đc [33].

ĐÇ tăng hiËu quÁ cýa viËc cung cÃp nhiên liËu khí cho ùng c ỏnh la cững bc, gii phỏp cung cÃp nhiên liËu khí bằng 3 van chÿc năng đã đ°ùc đÅ xuÃt [34]. GiÁi pháp này đã đ°ùc áp dûng thành cơng vđi nhiên liËu khí giàu nh° LPG. Trong tr°óng hùp này chß cÅn thay đëi chút ít l°ùng nhiên liËu thì chà đï tÁi cýa ùng c ó thay ởi ỏng kầ. ỗi vđi nhiên liËu khí nghèo nh° là biogas, viËc kiÇm soỏt tò lậ khụng khớ-nhiờn liậu phc tp hÂn. Trong trúng hựp ny, ầ iu chònh cụng sut đÅu ra cýa đïng c¢, phÁi cung cÃp mït l°ùng lñn nhiên liËu. MÁt khác, nhiên liËu đ°ùc phun trong mït thói gian ngÃn, đÁc biËt là khi đïng c chy ừ tỗc ù cao, thc s l mùt thỏch thc trong viậc kiầm soỏt tò lậ khụng khí-nhiên liËu cýa đïng c¢ ch¿y bằng nhiên liËu khí nghèo.

Do tác đïng cýa biÃn đëi khí hÁu đang diÉn ra ngày càng trÅm trãng, viËc chuyÇn

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

ởi nng lựng ang l mỗi quan tõm hng u cýa hu ht cỏc quỗc gia trờn th giủi. Trong bỗi cnh ú thỡ HRES gộm nng lựng mt trúi v sinh khỗi l mùt l*nh vāc nghiên cÿu đang đ°ùc quan tâm [35]. Trong nhÿng thÁp kỷ qua, các nghiên cÿu vÅ HRES chý yÃu tÁp trung tính năng kinh tÃ-kỹ thuÁt, tính toỏn kớch thủc v v gii phỏp phỗi hựp tỗi u cỏc nguộn nng lựng trong hậ thỗng [36]. ĐiÅu quan trãng và cÃp bách hiËn nay là ỏnh hỡnh cỏc mụ un hậ thỗng nng lựng hybrid tái t¿o đÇ ng°ói dân các vùng ch°a đ°ùc cÃp điËn có thÇ lÃp đÁt, sā dûng mït cách đ¢n giÁn và hiËu q.

Trên thá tr°óng hiËn nay có s¿n phÅn lđn các bï phÁn đÇ lÃp rỏp hậ thỗng nng lựng tỏi to hybrid, tr ùng c ỗt trong kộo mỏy phỏt iận phự hựp vủi yờu cu cýa hậ thỗng. ùng c ỗt trong th°óng đ°ùc thiÃt kà đÇ làm viËc vđi mït lo¿i nhiên liËu cho tr°ñc và trong điÅu kiËn vÁn hành xác đánh. Trong HRES, thành phÅn nhiên liËu thay đëi th°óng xuyên theo nguyên liËu đÅu vào và nguén hydrogen do điËn mÁt trói cung cÃp. MÁt khác, chà đï tÁi cýa đïng c¢ cũng thay đëi th°óng xun đÇ cung cÃp tÁi bù cho hậ thỗng. Do ú, ùng c phi ực iu chònh mùt cỏch linh hot cỏc thụng sỗ vn hnh, c biật l gúc ỏnh la sủm v hậ sỗ t°¢ng đ°¢ng cýa hín hùp. Đïng c¢ t*nh t¿i truyn thỗng khú cú thầ ỏp ng ực yờu cu này.

LuÁn án tÁp trung xā lý hai vÃn chớnh cýa ùng c trong hậ thỗng nng lựng tái t¿o hybrid, đó là điÅu khiÇn q trình cung cp nhiờn liậu ầ iu chònh hậ sỗ tÂng Âng v iu chònh gúc ỏnh la sủm tỗi u ầ m bo cho ùng c hot ùng hiËu quÁ vñi nhiên liËu biogas-hydrogen vñi thành phÅn thay đëi trong ph¿m vi rïng.

<b>2. MĀC TIÊU NGHIÊN CU </b>

Ci to ùng c t*nh ti truyn thỗng cung cÃp xăng bằng bï chà hịa khí thành đïng c t*nh ti iu khiần iận t quỏ trỡnh phun nhiên liËu và góc đánh lāa sđm theo thành phÅn nhiên liËu và chà đï vÁn hành trong HRES sinh khỗi-nng lựng mt trúi.

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

<b>3. éI TỵNG V PHắM VI NGHIấN CU </b>

<b>ẹi tng nghiên cąu: Nghiên cÿu đ°ùc thāc hiËn trên đïng c¢ t*nh t¿i Honda </b>

GX200 nguyên thýy vñi nhiên liËu biogas đ°ùc làm giàu bõi hydrogen vñi thành phÅn thay đëi đÇ mơ phång điÅu kiËn cung cÃp nhiên liËu trong HRES sinh khỗi-nng lựng mt trúi.

<b>Phm vi nghiên cąu: </b>

- CÁi t¿o đïng c¢ xăng dùng bï ch hũa khớ truyn thỗng thnh ùng c t*nh ti iu khiần iận t cú tỗc ù thay ởi trong ph¿m vi hẹp t°¢ng ÿng vđi điÅu kiËn làm viËc cýa đïng c¢ t*nh t¿i.

- Đánh giá bằng thāc nghiËm tính năng kỹ thuÁt và mÿc đï phát thÁi ơ nhiÉm cýa đïng c¢ õ mït sỗ iầm xỏc ỏnh trờn úng c tớnh iu tỗc vđi thành phÅn nhiên liËu xác đánh.

- Mơ phång đ°ùc thāc hiËn õ nhiÅu chà đï công tác và nhiÅu thành phÅn nhiên liËu đÇ mõ rïng kÃt quÁ nghiên cÿu.

<b>4. PH¯¡NG PHÁP NGHIÊN CĄU </b>

KÃt hùp giÿa nghiên cÿu lý thuyÃt, mô phång và thāc nghiËm.

•<b>_{PhÅn lý thuy¿t: TÁp trung nghiên cÿu c¢ sừ quỏ trỡnh chỏy rỗi cýa hín hùp}</b> nhiên liËu khí, c¢ sõ hình thành các chÃt ơ nhiÉm, tÁp trung phân tích Ánh h°õng cýa thành phÅn hín hùp nhiên liËu biogas-hydrogen đÃn tính năng cơng tác và mÿc đï phát thÁi ơ nhiêm cýa đïng c¢.

cung cÃp nhiên liËu và q trình cháy cýa đïng c¢ ch¿y bằng hín h¢p nhiên liËu biogas-hydrogen. VÅ q trình cung cÃp nhiên liËu tÁp trung phân tích Ánh h°õng cýa kỹ thuÁt cung cÃp nhiên liËu biogas-hydrogen hịa trïn tr°đc (blend) và cung cÃp nhiên liËu biogas/hydrogen riêng rÁ (dual). VÅ quá trình cháy, tÁp trung mơ phång Ánh h°õng cýa thành phÅn hín hùp và góc đánh lāa sđm đÃn tính năng kỹ thuÁt và mÿc đï phát thÁi ô nhiÉm cýa đïng cÂ.

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

ã<b>_{Phn thc nghiầm: Thāc hiËn viËc cÁi t¿o đïng c¢ t*nh t¿i ch¿y xăng, cung cÃp}</b> nhiên liËu bằng bï chà hòa khí thành đïng c¢ phun nhiên liËu khí và đánh lāa điÅu khiÇn điËn tā, cû thÇ xây dāng giÁn đé cung cÃp nhiên liËu biogas-hydrogen trên đ°óng c tớnh iu tỗc v thit k mch iu khiần điËn tā đÇ thāc hiËn viËc cung cÃp nhiên liậu v iu chònh gúc ỏnh la sủm tỗi u theo chà đï cơng tác cýa đïng c¢. TiÃn hành đo đ¿c thāc nghiËm công suÃt và mÿc đï phát thÁi ơ nhiÉm cýa đïng c¢ õ mït sỗ ch ù cụng tỏc v thnh phn nhiờn liậu xác đánh đÇ đánh giá kÃt q mơ phång.

<b>5. Ý NGH)A KHOA HÌC VÀ TÍNH THĀC TIÄN CĂA ĐÀ TÀI </b>

<b>Ý ngh*a khoa hÍc: Đïng c¢ t*nh t¿i truyn thỗng thúng ực thit k ầ s </b>

dỷng mùt lo¿i nhiên liËu xác đánh, do đó chúng khơng phù hùp khi vÁn hành trong điÅu kiËn nhiên liËu thay đëi. ViËc nghiên cÿu điÅu chßnh linh ho¿t quá trình cung cÃp nhiên liËu và góc đánh lāa sủm cýa ùng c t*nh ti ỏnh la cững bc theo thành phÅn nhiên liËu và điÅu kiËn vÁn hành mang ý ngh*a khoa hãc khơng chß cho HRES m cũn cho s phỏt triần ùng c s dûng nhiên liËu khí linh ho¿t.

<b>Ý ngh*a thāc tiÅn: N°đc ta õ vùng nhiËt đđi, sÁn xt nơng nghiËp nờn cú tim </b>

nng lủn v sinh khỗi v nng l°ùng mÁt trói. ViËc kÃt hùp sā dûng hai nguén năng l°ùng này trong HRES sÁ khÃc phûc đ°ùc các bÃt cÁp khi sā dûng mït nguén năng l°ùng tái t¿o duy nhÃt. Đïng c¢ t*nh t¿i sā dûng biogas-hydrogen có vai trị quan trãng trong HRES. Nó thay thà cho thiÃt bá l°u trÿ năng l°ùng phÿc t¿p và đÃt tiÅn. Do đó viËc nghiên cu phỏt triần ùng c t*nh ti s dỷng nhiờn liËu khí linh ho¿t sÁ t¿o điÅu kiËn đÇ phỏt triần rùng rói viậc ng dỷng nng lÂng tỏi t¿o. Đó là mït trong nhÿng giÁi pháp thiÃt thāc góp phÅn thāc hiËn các mûc tiêu chiÃn l°ùc Net Zero mà n°ñc ta đã cam kÃt vñi th giủi.

<b>6. CU TRC NI DUNG NGHIấN CU </b>

Bỗ cûc cýa luÁn án ngoài phÅn mõ đÅu, kÃt luÁn và h°đng phát triÇn cýa đÅ tài, nïi dung chính đ°ùc trình bày trong 4 ch°¢ng vđi cÃu trúc nh° sau:

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

Ch°¢ng 1: Tëng quan vÅ vÃn đÅ nghiên cÿu

Ch°¢ng 2: C¢ sõ lý thuyÃt q trình t¿o hín hùp và q trình cháy trong ùng c ỏnh la cững bc

ChÂng 3: Mơ phång q trình t¿o hín hùp và q trình cháy cýa đïng c¢ phun nhiên liËu biogas-hydrogen

Ch°¢ng 4: Nghiên cÿu thāc nghiËm và đánh giá kÃt quÁ mơ phång

<b>7. ĐĨNG GĨP MâI CĂA LN ÁN </b>

- Chuyần ởi ùng c t*nh ti s dỷng nhiờn liậu xng ỏnh la cững bc thnh ùng c t*nh t¿i phun nhiên liËu biogas-hydrogen, đánh lāa điÅu khiÇn điËn tā. - Xác đánh thành phÅn nhiên liËu hybrid biogas-hydrogen đÇ đ¿t đ°ùc sā hài hịa

tính năng kỹ thuÁt và mÿc đï phát thÁi ô nhiÉm cýa đïng c¢.

- Xây dāng giÁn đé phun nhiên liËu và giÁn đé đánh lāa đïng c¢ sā dûng nhiên liËu biogas-hydrogen

- KiÇm sốt q trình phun nhiên liËu và góc đánh lāa sđm theo thành phÅn nhiên liËu và chà đï cơng tác cýa đïng c¢ ầ nõng cao hiậu qu cụng tỏc cýa ùng c sā dûng nhiên liËu biogas-hydrogen

- Chà t¿o ECU iu khiần ùng c s dỷng nhiờn liậu khớ linh ho¿t, góp phÅn phát triÇn HRES năng l°ùng sinh khỗi-nng lựng mt trúi.

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<b>CHNG 1: TỔNG QUAN VÀ VÂN ĐÀ NGHIÊN CĄU </b>

<b>1.1. C¢ cÃu nng l°ÿng toàn cÅu trong chi¿n l°ÿc <Net Zero= </b>

Theo Stefano Mandelli thì có khng 2,4 tỷ ng°ói trên thà giñi đ°ùc cung cÃp năng l°ùng h¿n chà vñi hậ thỗng nng lựng khụng ỏng tin cy [37], trong đó h¢n 1,6 tỷ ng°ói khơng đ°ùc sā dûng điËn [36]. HÅu hÃt nhÿng cïng đéng dân c° này sỗng ừ cỏc vựng nụng thụn cýa cỏc nủc đang phát triÇn [38]. Cung cÃp năng l°ùng đóng vai trị rÃt quan trãng trong cÁ sā phát triÇn kinh t v ci thiận cht lựng cuùc sỗng cýa hã [38]. ĐÇ đáp ÿng nhu cÅu năng l°ùng tỗi thiầu cýa mỡnh, ngúi dõn ừ nhng vựng này, th°óng sā dûng nhiên liËu hóa th¿ch đÇ ch¿y máy phát điËn, do mÁt đï năng l°ùng cýa nhiên liËu cao, thiÃt bá dÉ sā dûng và lÃp đÁt [39-40]. Thāc tà này đòi håi các nhà nghiờn cu phỏt triần cỏc hậ thỗng phỏt iận thay thà đÇ đáp ÿng nhu cÅu cýa ng°ói dân trong khi chú ựi cỏc quỗc gia cú ý nng lāc kinh tà đÇ mõ rïng m¿ng l°đi cÃp điËn cýa mình.

<i>Hình 1.1: Cơ cấu các nguồn nng lng n nm 2050 [41] </i>

Mc dự dõn sỗ th giủi gia tng nhng C quan Nng lựng quỗc tà (IEA) dā báo tëng cung cÃp năng l°ùng gim xuỗng 550 exajoules (EJ) vo nm 2030, thp h¢n 7% so vđi năm 2020 (hình 1.1). Năm 2020, dÅu må cung cÃp 30% tëng nguén cung năng l°ùng, trong khi than đá cung cÃp 26% và khí thiên nhiên cung cÃp 23%.

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

Vào năm 2050, năng l°ùng tái t¿o cung cÃp 2/3 năng l°ùng sā dûng. C¢ cÃu năng l°ùng tồn cÅu tÿ nay đÃn 2050 nh° hình 1.1. Năng l°ùng h¿t nhân năm 2050 tăng lên gÅn gÃp đôi so vđi năm 2020. Năng l°ùng hóa th¿ch giÁm tÿ 80% hiận nay xuỗng chò cũn hÂn 20% vo nm 2050. ĐiÅu này có ngh*a là v¿n cịn mït l°ùng đáng kÇ nhiên liËu hóa th¿ch đ°ùc sā dûng sau năm 2050 trong sÁn xuÃt hàng hóa và vÁn tÁi đ°óng dài. Sā phát thÁi CO<small>2</small> cýa chúng sÁ đ°ùc bù trÿ bõi nhÿng ho¿t đïng phát thÁi CO<small>2</small> âm.

Nhu cÅu vÅ năng l°ùng tăng cao và nhÿng lo ng¿i vÅ ô nhiÉm do nhiên liËu húa thch gõy ra ó khin cho cỏc quỗc gia h°ñng vÅ viËc sā dûng năng l°ùng s¿ch hoÁc năng l°ùng tái t¿o khi phát triÇn các m¿ng điËn mñi hay mõ rïng m¿ng điËn hiËn t¿i [42]. Ngy nay, nhiu quỗc gia v khu vc ó đ°a ra các chính sách °u tiên, thāc hiËn các biËn pháp tích cāc và hiËu q đÇ tăng cụng sut lp t hậ thỗng nng lựng tỏi t¿o (RES) [43-47]. Tß lË các lo¿i RES khác nhau trên thà giđi đ°ùc trình bày trong Hình 1.2a. Thýy điËn chiÃm tß trãng cao nhÃt trong các lo¿i RES, sau đó là điËn gió và năng l°ùng mt trúi. HÂn 80% RES l hậ thỗng khụng u l°đi (Hình 1.2b) [43].

<i>Hình 1.2: Cấu phần năng lượng tái t¿o trên thế giới (a) và đặc tính của hệ thống năng lượng tái t¿o (b) [43] </i>

Các nguén năng l°ùng tái t¿o có thÇ thay thà nhiên liËu hóa th¿ch trong t°¢ng lai do đÁc tính phong phú, đa d¿ng và s¿ch cýa chúng [48]. SÁn xuÃt điËn năng trên tồn thà giđi tÿ các ngn năng l°ùng tái t¿o tăng đÅu đÁn hàng năm [49]. Tuy nhiờn, khụng giỗng nh nng lựng húa thch, nh°ùc điÇm chính cýa năng l°ùng tái t¿o

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

trong hÅu hÃt các tr°óng hùp là sā phû thục trāc tiÃp vào các điÅu kiËn thói tiÃt và mơi tr°óng khơng thÇ đốn tr°đc và khơng thÇ kiÇm sốt, gây khó khăn cho viËc đÁm bo ù tin cy cýa hậ thỗng [50-51]

Rừ rng là mït nguén năng l°ùng tái t¿o duy nhÃt không ý ầ hớ trự hậ thỗng cung cp nng l°ùng liên tûc [52]. ViËc sā dûng mït nguén năng l°ùng duy nhÃt th°óng d¿n đÃn kích th°đc hË thỗng quỏ lủn ầ bự p nng lựng do tớnh ng¿u nhiên và không liên tûc cýa các RES [53]. iu ny lm tng chi phớ vỗn cýa hậ thỗng [43]. Bờn cnh ú, s khụng cõn bng giÿa sÁn xuÃt và nhu cÅu sÁ gây ra tình trng thiu hoc tha iận cýa hậ thỗng [54]. Khi cụng sut iận cýa hậ thỗng nhồ hÂn nhu cÅu thì cÅn phÁi có ngn điËn bë sung vo hậ thỗng. Ngực li khi cụng sut iận cýa hậ thỗng vựt cụng sut s dỷng thỡ cn tích trÿ năng l°ùng d°. Do đó, viËc qn lý tÁi cũng nh° các công nghË l°u trÿ phÁi đ°ùc xem xét [55]. Pin là thiÃt bá l°u trÿ đ°ùc sā dûng phë biÃn nhÃt. Chúng l°u trÿ iận v ực kớch hot khi hậ thỗng nng l°ùng tái t¿o không đý đáp ÿng nhu cÅu phû tÁi. Giá thành cýa pin chiÃm tß lË quan tróng trong hậ thỗng nng lựng tỏi to do tuởi thã cýa chúng thÃp, cÅn đ°ùc thay thà th°óng xuyờn trong quỏ trỡnh vn hnh hậ thỗng [51]. iu này làm tăng chi phí năng l°ùng cýa RES.

ĐÇ h°đng tđi mûc tiêu Net-Zero, trong l*nh vāc sÁn xut nng lựng, t nhiu nm qua, cỏc quỗc gia đã có xu h°đng chun sang sā dûng năng l°ùng tái t¿o thay cho các lo¿i nhiên liËu húa thch truyn thỗng [56]. Nhiu quỗc gia ó a ra các chính sách °u tiên và khuyÃn khích ầ tng cụng sut lp t cýa cỏc hậ thỗng năng l°ùng tái t¿o. SÁn l°ùng điËn trên toàn thà giñi tÿ các nguén năng l°ùng tái t¿o tng u hng nm [57]. Tuy nhiờn, khụng giỗng nh năng l°ùng hóa th¿ch, nh°ùc điÇm chính cýa năng l°ùng tái t¿o trong hÅu hÃt các tr°óng hùp là phû thục trāc tiÃp vào điÅu kiËn thói tiÃt và điÅu kiËn khí hÁu [58-59]. NÃu chß sā dûng mït nguén năng l°ùng tái t¿o đ¢n l¿ theo kiầu truyn thỗng thỡ khụng m bo ực viậc cung cÃp năng l°ùng liên tûc [60]. Ng°ùc l¿i, khi cụng sut iận cýa hậ thỗng vựt quỏ cụng sut s dỷng thỡ cn cú hậ thỗng tớch tr nng lựng d tha. Do ú, hậ thỗng qun lý phû tÁi và các thiÃt bá l°u trÿ năng lựng phi ực tớch hựp vo hậ thỗng nng

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

l°ùng tái t¿o. ĐiÅu này làm tăng chi phí năng l°ùng cýa nhà máy nói chung.

<b>1.2. HÇ thĐng nng l°ÿng tái t¿o hybrid </b>

ĐÇ đ¿t mûc tiêu phát thÁi ròng bằng 0 vào năm 2050, các n°đc cÅn dÿng triÇn khai các dā án than mđi, cũng nh° đ°a ra lï trình tiÃn tđi lo¿i bå các dā án điËn than hiËn t¿i và thay vào đó là phát triÇn các dā án điËn tái t¿o. Tuy nhiên, nh° trên đã nêu, nh°ùc điÇm chính cýa năng l°ùng tái t¿o nói chung là không ën đánh, công suÃt nguén phát năng l°ùng thay đëi theo thói gian trong ngành hay thay đëi ng¿u nhiên theo điÅu kiËn khí hÁu, thói tiÃt. Vì vÁy, đÇ đÁm bÁo tính ën đánh cýa hậ thỗng nng lựng, chỳng ta cn phỗi hựp sā dûng nhiÅu nguén năng l°ùng tái t¿o khác nhau, gói l HRES [61-65]. Hậ thỗng nng lựng tái t¿o kÃt hùp có thÇ bao gém nhiÅu lo¿i nguén khác nhau và nói chung, bao gém hai hoÁc nhiÅu nguén tái t¿o cũng nh° không tái to [66]. Kt nỗi cỏc nguộn nng lựng giỏn on khác nhau vđi các ngn năng l°ùng có thÇ chuyÇn đëi đ°ùc nh° pin nhiên liËu, biogas và accu hoc kt nỗi vủi hậ thỗng iận lủi l giÁi pháp hÿu hiËu đÇ khÃc phûc nhÿng h¿n chà cýa RES. HRES có thÇ làm giÁm dao đïng công suÃt phát điËn và tăng sÁn xuÃt năng l°ùng tëng thÇ, giúp giÁm nhu cÅu l°u trÿ năng lựng.

Giỏ thnh nng lựng cýa hậ thỗng nng lựng tái t¿o kÃt hùp r¿ h¢n khoÁng 30% so vđi giá thành năng l°ùng ch¿y bằng nhiên liËu hóa thch [67]. Mt khỏc, cỏc hậ thỗng ny cũn cú thầ tỗi u húa kớch thủc cýa cỏc thnh phn hậ thỗng, do ú cú thầ gim giỏ thành và giÁm chi phí vÁn hành đÇ đÁm bÁo giá thành năng l°ùng hÃp d¿n ng°ói tiêu dùng [68-69]. NhiÅu tài liËu cũng đã tÁp trung vào viËc s dỷng hậ thỗng iận kt hựp da trờn các ngn năng l°ùng tái t¿o. Các HRES có thÇ ho¿t đïng õ các chà đï hịa l°đi và khụng nỗi lủi mùt cỏch bn vng, gim thiầu cỏc tác đïng mơi tr°óng nh° khí thÁi carbon dioxide tÿ viËc sā dûng nhiên liËu hóa th¿ch, h¿ giá thành điËn và cÁi thiËn đï tin cÁy cýa hậ thỗng. Nhiu nh nghiờn cu ó chng minh rng hậ thỗng nng lựng kt hựp l phự hựp vđi viËc phát triÇn điËn õ nơng thơn, đÁc biËt là cho các vùng sâu vùng xa [70].

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

Hình 1.3 minh hãa các lo¿i HRES khác nhau và cách sā dûng đÅu ra đa d¿ng. Năng l°ùng mÁt trói có thÇ đ°ùc tích hùp vào nhiÅu HRES khác nhau. Chi phí cýa pin năng l°ùng mÁt trói PV đã giÁm trāc tiÃp vào bÿc x mt trúi nờn viậc s dỷng phỗi hựp năng l°¢ng mÁt trói vđi các nguén năng l°ùng khác là cÅn thiÃt.

<i>Hình 1.3: Các d¿ng hệ thống năng lượng tái t¿o [49] </i>

Trong các nguén năng l°ùng tái t¿o sā dûng kÃt hùp vđi năng l°ùng mÁt trói thì sinh khỗi rt ỏng chỳ ý. Sinh khỗi hiận l ngn năng l°ùng lđn thÿ t° trên tồn thà giủi [72]. Mùt sỗ tỏc gi ó nghiờn cu kt hựp s dỷng sinh khỗi trong cỏc hậ thỗng quy mơ nhå vđi các ngn năng l°ùng tái t¿o khác. Perkins [73] đã so sánh chi phí năng l°ùng cýa giÁi pháp sÁn xuÃt điËn năng hybrid năng lựng mt trúi v sinh khỗi v kt lun rằng giÁi pháp này cho giá thành thÃp h¢n khi s dỷng riờng r sinh khỗi hay nng lựng mÁt trói vđi pin l°u trÿ. Vì thÃ, nhiÅu nhà nghiên cÿu đã đÅ xuÃt sā dûng các hË thỗng lai to s dỷng nng lựng mt trúi v sinh khỗi ừ cỏc vựng nụng thụn ầ sn xuÃt điËn.

ViËc sÁn xuÃt điËn tÿ các nhà máy sinh khỗi, c biật l t cỏc nh mỏy biogas khơng phû thục vào điÅu kiËn thói tiÃt, do đó, cho phép cung cÃp năng l°ùng linh ho¿t v cú thầ iu chònh theo nhu cu cýa phỷ tÁi [74]. ViËc vÁn hành linh ho¿t các công trình hybrid năng l°ùng mÁt trói-biogas giúp nâng cao chÃt l°ùng nguén điËn

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

và hiËu quÁ sā dûng năng l°ùng, d¿n đÃn giÁm giá thành năng l°ùng, mang l¿i lùi ích cho tồn bï nÅn kinh tà [74]. Ngồi ra, tß lË các cơng trình khí sinh hãc linh ho¿t ngày càng tăng sÁ làm giÁm nhu cÅu cýa các nhà máy điËn truyÅn thỗng, ực c trng bừi chi phớ vn hnh tÂng ỗi cao v phỏt thi ụ nhiẫm [74]. Do đó, biogas có thÇ xem là mït giÁi pháp giỳp ởn ỏnh hậ thỗng iận mt trúi vớn d* phû thuïc vào sā thay đëi ng¿u nhiên cýa bc x [74-76].

Hậ thỗng phỏt iận kt hựp nng l°ùng mÁt trói/biogas đang trõ thành mït lāa chãn phë biÃn cho các vùng sâu vùng xa hoÁc nhÿng n¢i m¿ng l°đi điËn ch°a v°¢n tđi vđi phû tÁi điËn nhå [77]. ViËc sÁn xuÃt điËn tÿ các nhà máy sinh hãc khơng phû thục vào điÅu kiËn thói tiÃt, do đó, chúng ta có thÇ kiÇm soát đ°ùc sā cân bằng giÿa nguén điËn sÁn xuÃt và nhu cÅu tiêu thû. Trên thà giñi, nhÿng cơng trình sÁn xt biogas qui mơ lđn tÁp trung õ Châu Âu, BÃc Mỹ [78]. ơ các n°đc đang phát triÇn, biogas đ°ùc sÁn xt vđi qui mơ nhå õ hï gia đình, c¢ sõ sÁn xt, chn nuụi nhng vủi sỗ lựng hm biogas rt lđn, đÁc biËt õ các vùng nơng thơn. MÁt khác, nhÿng vùng dân c° ch°a tiÃp cÁn đ°ùc vñi nguén điËn hiËn nay phÅn lñn õ châu Phi và Nam Á, n¢i có bÿc x¿ mÁt trói lđn. ViËc kÃt hùp sā dûng biogas và điËn mÁt trói là mït lāa chãn hÃp d¿n đÇ điËn khí húa cỏc vựng ny [77-79].

Hậ thỗng iận hớn hựp năng l°ùng mÁt trói-biogas có thÇ cung cÃp năng l°ùng an toàn và hiËu quÁ cho các khu vāc ực kt nỗi lủi v khụng nỗi lủi iận [80]. Hậ thỗng nng lựng kt hựp khớ sinh hóc-nng l°ùng mÁt trói bao gém các tÃm pin quang điËn, bï chuyÇn đëi điËn, và máy phát điËn ch¿y bng nhiờn liậu khớ sinh hóc. Hậ thỗng s dûng các thiÃt bá chun đëi điËn đÇ điÅu hịa cụng sut. Hậ thỗng cú thầ hot ùng ởn đánh và hiËu q khi đ°ùc đÃu l°đi hay khơng đÃu l°ñi. NhiÅu nghiên cÿu đã đ°ùc thāc hiËn đÇ đánh giá hiËu quÁ kinh tÃ-kỹ thuÁt cýa hË thỗng nng lựng tỏi to kt hựp iận mt trói-biogas. Nixon và cïng sā [81] đã tiÃn hành nghiên cÿu các tiêu chí khác nhau vÅ các vÃn đÅ kinh tÃ, mơi tr°óng và kỹ tht cýa hË thỗng nng lựng kt hựp. Kt lun rỳt ra t nghiờn cu cho thy hậ thỗng nng lựng tỏi to kt hựp tit kiậm chi phớ tỗt hÂn so vủi nng lựng tỏi to Ân l ầ phỏt điËn [81]. Rajbongshi và cïng sā [82] đã thāc hiận thit k v tỗi u húa hậ thỗng PV/sinh

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

khỗi/diesel kt hựp cho cỏc cu hình tÁi trãng khác nhau. KÃt quÁ cýa nghiên cÿu chò ra rng mùt hậ thỗng ực kt nỗi vđi l°đi điËn khÁ thi h¢n vÅ mÁt kinh tà so vủi hậ thỗng khụng nỗi l°ñi trong cùng mït cÃu hình phû tÁi. Ahmad và cïng sā [83], Rajbongshi và cïng sā [82] đã tiÃn hành các nghiên cÿu vÅ khÁ năng kinh t-k thut cýa cỏc hậ thỗng kt hựp nỗi lủi v khụng nỗi lủi. Cỏc tỏc gi i n kt lun rng kt nỗi lủi cú hiậu qu kinh t cao hÂn so vủi hậ thỗng ngoi lủi. Tuy nhiờn, ỗi vủi cỏc khu vc xa xụi v dõn c tha thủt, gii phỏp khụng nỗi lủi cú thầ tit kiậm chi phớ hÂn so vủi gii phỏp nỗi lủi. Shahzad v cùng s [84] đã phân tích hiËu quÁ kinh tà kỹ thuÁt cýa hậ thỗng iận hybrid iận mt trúi-biogas ngoi lủi v nhn thy rng hậ thỗng ny ỏng tin cÁy và hiËu q vÅ chi phí vì nó có thÇ cung cÃp điËn õ mÿc giá năng l°ùng thp nht. Hậ thỗng phỏt iận nng lựng kt hựp điËn mÁt trói-biogas khÁ thi h¢n vÅ mÁt kỹ thuÁt trong cung cÃp nguén năng l°ùng ën đánh cho cïng đéng dân c° õ vùng sâu vùng xa. Trong trúng hựp ú, hậ thỗng ny cng cú lùi h¢n vÅ mÁt kinh tà so vđi các giÁi pháp khác [85].

<b>1.3. HÇ thĐng nng l°ÿng tái t¿o hybrid điÇn m¿t tråi-sinh khĐi </b>

ViËt Nam là mït n°đc nơng nghiËp, có ngun liËu đÇ sÁn xt năng l°ùng sinh hãc khá déi dào. Nhÿng sÁn phẩm tÿ chăn nuôi, tréng trãt sÁ cung cÃp nguyên liËu khëng lé cho sÁn xuÃt khí sinh hãc. Theo báo cáo tiÅm năng và tình hình khai thác, sā dûng năng l°ùng tái sinh õ ViËt Nam, sÁn phẩm phû cýa nơng nghiËp có khÁ năng cung cp nhiờn liậu cho iận sinh khỗi t 8-11 triậu tÃn. Riêng sÁn l°ùng trÃu có thÇ thu gom õ Đéng bằng sơng Cāu Long lên tđi 1,4 đÃn 1,6 triËu tÃn. Bên c¿nh đó, rác thÁi sinh hot nu ực x lớ tỗt cng l nguộn nhiờn liËu đÅu vào đÇ sÁn xt khí biogas. Tëng sÁn l°ùng biogas có thÇ sÁn xt míi năm õ n°đc ta có thÇ lên đÃn 4 tỷ m<small>3</small>.

Khó khăn trong khai thác biogas đÇ phát điËn cýa chúng ta là nguén nhiên liËu không tÁp trung và qui mơ khơng đÅu. Nhÿng n¢i có sÁn l°ùng biogas lđn nh° các bãi chơn lÃp rác, các tr¿m xā lý n°đc thÁi... có thÇ sā dûng ùng c cữ lủn ầ kộo mỏy phỏt iận. Các tr¿i chăn ni trung bình và nhå, nÃu sā dỷng ùng c cữ lủn thỡ

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

khơng đý biogas đÇ ch¿y liên tûc, nÃu dùng đïng c cữ nhồ thỡ khụng m bo ực cụng st cÅn thiÃt cho sÁn xt. Vì thà đÇ có thuÁn lùi trong viËc áp dûng năng l°ùng tái t¿o trong thāc tà chúng ta cÅn có giÁi pháp phỗi hựp s dỷng cỏc nguộn nng lựng tỏi t¿o phù hùp.

Tuy đ°ùc thiên nhiên °u đãi vÅ bc x mt trúi, giú v sinh khỗi nhng theo báo cáo th°óng niên cýa TÁp đồn ĐiËn lāc ViËt Nam năm 2019 thì h¢n 45% tëng năng l°ùng cýa n°ñc ta v¿n đ°ùc sÁn xuÃt tÿ nhiên liậu húa thch (than ỏ, khớ ỗt...). ầ thỳc đẩy viËc khai thác tiÅm năng năng l°ùng tái t¿o, Thý t°đng Chính phý đã ban hành Qut đánh sỗ 2068/Q-TTg ngy 25-11-2015 v chin lực phỏt triần nng l°ùng tái t¿o cýa ViËt Nam đÃn năm 2030, tÅm nhìn đÃn năm 2050. Chính phý đã đÁt ra mûc tiêu tăng tß lË năng l°ùng tái t¿o trong tëng tiêu thû năng l°ùng s¢ cÃp đ¿t khoÁng 31,0% vào năm 2020; khoÁng 32,3% vào năm 2030 và đ¿t khoÁng 44,0% vào năm 2050; tß lË điËn năng sÁn xuÃt tÿ năng l°ùng tái t¿o trong tởng iận nng sn xut ton quỗc tng t khoÁng 35% vào năm 2015 tăng lên khoÁng 38% vào năm 2020, đ¿t khoÁng 32% vào năm 2030 và khoÁng 43% vào năm 2050. Đéng thói tăng quy mơ sā dûng cơng nghË khí sinh hãc vđi thÇ tích xây dāng tÿ khoÁng 4 triËu m<small>3</small> vào năm 2015 lên khoÁng 8 triËu m<small>3</small>vào năm 2020; khoÁng 60 triËu m<small>3</small>vào năm 2030 và khoÁng 100 triËu m<small>3</small>vào năm 2050.

QuyÃt đánh 2068 cũng chß rõ, trong giai đo¿n tÿ nay đÃn 2030 tÁp trung phát triÇn và sā dûng nguén năng l°ùng tái t¿o đïc lÁp nhằm đáp ÿng mûc tiêu điËn khí hóa nụng thụn: Xõy dng cỏc chÂng trỡnh phỏt triần hậ thỗng iận ùc lp t nng lựng tỏi to và điËn quy mơ gia đình cho khu vāc khó khăn và đÁc biËt khó khăn, vùng sâu, vùng xa, miÅn núi, hÁi đÁo nhằm mûc đích xóa đói giÁm nghèo và phát triÇn kinh tà xã hïi đÇ đ¿t mûc tiêu đÃn năm 2020 hÅu hÃt các hï dân nơng thơn có điËn, năm 2030 hÅu hÃt các hï dân nông thôn đ°ùc sā dûng nguén năng l°ùng s¿ch. ĐÇ đ¿t đ°ùc mûc tiêu này, QuyÃt đánh 2068 đ°a ra giÁi pháp tÁp trung nguén lāc cho nghiên cÿu phát triÇn và chuyÇn giao công nghË năng l°ùng tái t¿o, đÅu t° khÁo sát và xây dāng c¢ sõ dÿ liËu cýa các nguén năng l°ùng tái t¿o cho mûc đích

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

dài h¿n; tăng c°óng hí trù ho¿t đïng đÅu t°, nghiên cÿu, phát triÇn và sā dûng nguén năng l°ùng tái t¿o cho mûc đích sā dûng nhiËt nhằm giÁm sā dûng nhiên liËu hóa th¿ch và bÁo vË mơi tr°óng; tÁp trung ngn lāc, khai thỏc v s dỷng tỗi a tim nng nng l°ùng tái t¿o trong n°đc bằng nhÿng cơng nghË tiên tiÃn, phù hùp vñi điÅu kiËn thāc tà cýa tÿng vùng miÅn, mang l¿i hiËu quÁ cao vÅ kinh tÃ, xã hïi và mơi tr°óng; phát triÇn m¿nh mÁ thá tr°óng cơng nghË năng l°ùng tái t¿o, ngành cơng nghiËp sÁn xt máy móc thiÃt bá, cung cÃp dách vû năng l°ùng tái t¿o trong n°ñc; tăng c°óng m¿nh tiÅm lāc cho nghiên cÿu, phát triÇn, chuyÇn giao và ÿng dûng các d¿ng năng l°ùng tái t¿o mđi.

<i>Hình 1.4: Sơ đồ HRES năng lượng mặt trời-năng lượng sinh khối </i>

ViËt Nam là n°đc nơng nghiËp thục vùng nhiËt đđi nên tiÅm năng vÅ năng lựng sinh khỗi v nng lựng mt trúi rt lủn. S phỗi hựp s dỷng hai nguộn nng l°ùng này là mït thà m¿nh õ n°đc ta. Hình 1.4 trỡnh by HRES phỗi hựp nng lựng

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

mt trúi v nng lựng sinh khỗi.

Nguyờn lý làm viËc cýa HRES nh° sau: các chÃt thÁi rÃn khó phân hýy trong sinh ho¿t và sÁn xuÃt õ nông thôn đ°ùc chà biÃn thành viên nén nhiên liËu RDF. Tÿ đó, RDF đ°ùc chun thành khí tëng hùp syngas qua lị khí hóa. Các chÃt thÁi hÿu c¢ dÉ phân hýy đ°ùc sā dûng đÇ sÁn xt biogas. Khi cơng st cýa điËn mÁt trói cao h¢n cơng st phû tÁi thì phÅn cơng st d° đ°ùc sā dûng đÇ sÁn xt hydrogen qua hậ thỗng iận phõn. Biogas v hydrogen ực l°u trÿ chung trong túi chÿa nhiên liËu khí. Khi cơng st tÁi u cÅu lđn h¢n cơng st cýa hậ thỗng iận mt trúi thỡ cỷm mỏy phát điËn do đïng c¢ ch¿y bằng nhiên liËu khí ho¿t đïng đÇ cung cÃp năng l°ùng. Do tính ng¿u nhiên cýa nguyên liËu sÁn xuÃt nhiên liËu khí nên thành phÅn cýa hín hùp khí biogas-hydrogen thay ởi. Vỡ vy hậ thỗng cung cp nhiờn liậu cho đïng c¢ sā dûng nhiên liËu khí cũng phÁi ực iu chònh linh hot ầ nõng cao hiậu qu q trình cháy và giÁm phát thÁi ơ nhiÉm.

Trong các cơng trình [41, 86, 87], tác giÁ đã nhÃn m¿nh chÃt l°ùng quá trình cháy đ°ùc cÁi thiËn đáng kÇ khi bë sung hydrogen vào biogas. HË sỗ tÂng Âng tỗi u cýa hớn hựp nhiờn liậu biogas-hydrogen thp hÂn hậ sỗ tÂng Âng khi chy bằng biogas hoàn toàn nên mÿc đï phát thÁi các chÃt ơ nhiÉm CO, HC giÁm so vđi khi đïng c¢ ch¿y bằng biogas. Tuy nhiên khi tăng hàm l°ùng hydrogen thì phát thÁi NO<small>x</small> tăng do tăng nhiËt đï cháy [41]. Cùng chà đï vÁn hành và hàm l°ùng hydrogen trong hín hùp nhiên liËu, khi thành phÅn biogas thay đëi thì qui luÁt cung cÃp nhiên liËu cũng cÅn đ°ùc điÅu chßnh [87-89]. Do đó, khi đïng c¢ ch¿y bằng hín hùp biogas-hydrogen vñi thành phÅn thay đëi trong ph¿m vi rïng nh° trong HRES, viËc cung cÃp nhiên liËu cÅn ực iu chònh ầ m bo hậ sỗ tÂng Âng nm trong giủi hn tỗi u. Viậc iu chònh linh ho¿t quá trình cung cÃp nhiên liËu nh° vÁy khó có thÇ đ°ùc thāc hiËn bằng bï chà hịa khí thơng th°óng. Trong cơng trình này chúng tụi s trỡnh by hậ thỗng iu chònh thúi gian phun bằng vi điÅu khiÇn đÇ cÁi t¿o đïng c t*nh ti ỏnh la cững bc truyn thỗng thnh ùng c cú thầ s dỷng phự hựp trong HRES. Trong sỗ cỏc dng nng lựng tỏi to khỏc nhau, sinh khỗi l nguộn nng lựng lủn th 4 [90]. Sinh khỗi cú thầ lu tr ực nờn cơng st phát điËn có

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

thÇ iu chònh ực ầ ỏp ng nhu cu cýa phỷ ti [91]. Hậ thỗng phỏt iận nng lựng mt trúi-sinh khỗi tớch hựp ang trừ thnh mùt la chón phë biÃn cho các vùng sâu vùng xa hoÁc các vùng thiÃu điËn l°ñi [92]. Các n°ñc vùng nhiËt ủi cú nguộn sinh khỗi v nng lựng mt trói déi dào. Do đó, sā kÃt hùp hai nguén nng lựng nng lựng ny trong hậ thỗng HRES cú tim nng phỏt triần rt lủn trong bỗi cnh các n°ñc thāc hiËn chiÃn l°ùc Net-Zero.

HRES năng lựng mt trúi-sinh khỗi c bn bao gộm cỏc tm pin mÁt trói PV, mït bï chun đëi điËn năng và mït máy phát điËn ch¿y bằng nhiên liËu khớ. Hậ thỗng cú thầ hot ùng ởn ỏnh và hiËu q trong điÅu kiËn đÃu l°đi hay ngồi lủi iận. Mc dự hậ thỗng nng lựng ny có nhiÅu lùi thà nh°ng các nghiên cÿu chuyên sâu v¿n cịn h¿n chà [93]. Các cơng trình nghiên cÿu vÅ HRES chý yÃu tÁp trung vào các tính năng kinh tÃ-kỹ tht, tính tốn kích th°đc và cỏc gii phỏp iu phỗi tỗi u cỏc nguộn nng lựng trong hậ thỗng [94]. iu quan tróng v cÃp bách hiËn nay là nghiên cÿu phát triÇn các mơ-đun cýa HRES đÇ ng°ói sā dûng có thÇ lÃp đÁt thn lùi mà khơng cÅn hí trù kỹ thuÁt đÁc biËt.

HiËn t¿i, các thành phÅn c¢ bn ầ lp t HRES nng lựng mt trúi-sinh khỗi nh° pin mÁt trói PV, biÃn tÅn, máy điËn phân hydrogen đã đ°ùc th°¢ng m¿i hóa rïng rãi trờn thỏ trúng. Tuy nhiờn, ùng c ỗt trong chy bằng nhiên liËu khí linh ho¿t (t°¢ng tā nh° đïng c¢ sā dûng nhiên liËu lång linh ho¿t trên ô tô FFV) ch°a đ°ùc phë biÃn. Trong thāc tÃ, đÁc tính cýa đïng c¢ phû thục vào thành phÅn nhiên liËu và điÅu kiËn vÁn hành. Trong HRES nng lựng mt trúi-sinh khỗi, viậc lu tr nng l°ùng mÁt trói có thÇ đ°ùc thāc hiËn thơng qua hydrogen thay vỡ dựng accu. Sinh khỗi cú thầ chuyần thnh biogas ỗi vủi nhng cht hu c dÉ phân hýy hay thành syngas (khí tëng hùp) thụng qua quỏ trỡnh khớ húa ỗi vủi nhng cht hÿu c¢ khó phân hýy. Do đó, đïng c¢ kộo mỏy phỏt iận cýa hậ thỗng cú thầ chy bằng hín hùp syngas-biogas-hydrogen vđi thành phÅn nhiên liËu thay đëi. MÁt khác, do máy phát điËn chß cung cÃp năng l°ùng bë sung cho HRES nên chà đï tÁi cýa đïng c¢ th°óng xun thay đëi. Các đÁc tính này cýa đïng c¢ cÅn đ°ùc nghiên cÿu đÇ nâng cao hiËu quÁ tëng thÇ cýa HRES.

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

Các cơng trình nghiên cÿu cýa Bùi Văn Ga và cïng sā [95-97] cho thÃy góc đánh lāa sđm Ánh h°õng đáng kÇ đÃn tính năng kỹ thuÁt và mÿc đï phát thÁi ô nhiÉm cýa đïng c¢ ch¿y bằng biogas đ°ùc làm giàu bõi hydrogen. Khi tăng hàm l°ùng hydrogen trong hín hùp vđi biogas thì góc đánh lāa sđm tỗi u gim [95-96]. Trờn cỏc ùng c t*nh t¿i đánh lāa c°÷ng bÿc, góc đánh lāa sđm cýa ùng c thúng ực cỗ ỏnh nờn khụng thầ điÅu chßnh linh ho¿t theo thành phÅn nhiên liËu. Các nghiờn cu ực cụng bỗ gn õy cho thy ùng c t*nh ti truyn thỗng cú thầ ci to thnh ùng c iu khiần iận t nhú s dûng ECU mõ và bï cÁm biÃn cýa xe gÃn mỏy phun xng [98-99]. Hậ thỗng nh vy phc tp, khú cú thầ bỗ trớ trờn ùng c t*nh ti cú sn.

<b>1.4. nh hỗng ca hydrogen đ¿n tính nng căa đáng c¢ </b>

Mït trong nhÿng tính chÃt c¢ bÁn cýa nhiên liËu Ánh h°õng đÃn tính năng cơng tác cýa đïng c¢ là giđi h¿n chỏy v tỗc ù chỏy c bn [100]. Biogas cha 50-70% methane và 30-50% carbonic và mït ít t¿p chÃt khác [101-102]. Đã có nhiÅu nghiên cÿu vÅ Ánh h°õng cýa các t¿p chÃt đÃn quá trình cháy cýa nhiên liËu. KÃt quÁ cýa các nghiên cÿu này cho thÃy t¿p chÃt Ánh h°õng m¿nh đÃn chÃt l°ùng quá trình cháy. CO<small>2</small> trong biogas thu hẹp giủi hn chỏy v lm gim tỗc ù lan trn màn lāa [103-105]. Nghiên cÿu gÅn đây cho thÃy hín hùp biogas-khơng khí chí có thÇ bén lāa khi hàm l°ùng CO<small>2</small>trong biogas nhå h¢n 62,5 % theo thÇ tích [106].

Khi thay đëi hàm l°ùng hydrogen pha vào biogas thì tính năng q trình cháy cýa đïng c¢ đ°ùc cÁi thiËn. KÃt quÁ nghiên cÿu cýa Ilbas et al. [107] cho thÃy khi tăng thành phn hydrogen trong hớn hựp vủi methan thỡ tỗc ù lan tràn màn lāa tăng và giñi h¿n cháy mõ rïng. ĐiÅu này cho phép rút ngÃn thói gian tÿ lúc đánh lāa đÃn khi áp suÃt đ¿t cāc đ¿i khiÃn áp suÃt cāc đ¿i gÅn điÇm chÃt trờn hÂn dn n gia tng tỗc ù tồa nhiËt. Chung et al. [108] nghiên cÿu hiËu quÁ quá trình cháy cýa hín hùp hydrogen/biogas trong đïng c¢ đánh lāa c°÷ng bÿc bằng mơ phång và thÃy rằng khi tăng hàm l°ùng hydrogen trong hín hùp nhiên liậu thỡ ỏp sut cc i v tỗc ù tồa nhiËt cāc đ¿i đÅu tăng. Porpatham et al. [109] cũng nhÁn đ°ùc kÃt quÁ t°¢ng tā khi

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

nghiờn cu ùng c cững bc chy bng biogas đ°ùc làm giàu bõi 5%, 10% và 15% hydrogen ừ cỏc hậ sỗ tÂng Âng khỏc nhau. Silvana Di Iorio et al. [110] nghiên cÿu quá trình chỏy cýa hydrogen-methane trong ùng c ỏnh la cững bc cữ nhồ bng phÂng phỏp quay phim k thut sỗ tỗc ù cao v thy rng ỏp sut cc đ¿i tăng, tiÃn gÅn đÃn ĐCT, thói gian cháy giÁm khi tăng hàm l°ùng hydrogen trong hín hùp nhiên liËu.

VÅ mÿc đï phát thÁi ô nhiÉm, đïng c¢ ch¿y bằng biogas có mÿc đï phát thÁi ơ nhiÉm thÃp [111]. Đïng c¢ ch¿y bằng hydrogen có mÿc đï phát thÁi ơ nhiÉm nói chung cịn thp hÂn ùng c s dỷng nhiờn liậu truyn thỗng hay nhiên liËu thay thà [112]. Khi pha hydrogen vào biogas thì mÿc đï phát thÁi NO<small>x</small> phû thục vào hàm l°ùng hydrogen. Vđi hàm l°ùng hydrogen thích hùp thì NO<small>x</small> giÁm nh°ng khi hàm l°ùng hydrogen cao thì NO<small>x</small> l¿i tăng do tăng nhiËt đï cháy [113-114]. Mc ù phỏt thi NO<small>x</small> cú mỗi quan hË chÁt chÁ vñi áp suÃt cāc đ¿i trong xi lanh, áp suÃt cāc đ¿i càng cao, mÿc đï phát thÁi NO<small>x</small> càng lđn [115]. Khi đïng c¢ làm viËc vđi ư=1, vđi hàm l°ùng hydrogen thích hùp thì tính năng kinh tÃ, kỹ tht và mÿc đï phát thÁi ơ nhiÉm cýa đïng c¢ đ°ùc cÁi thiËn. Tuy nhiên khi hàm l°ùng hydrogen tăng v°ùt quá 10% thì l°ùng nhiËt trun cho n°đc làm mát tăng làm giÁm hiËu suÃt nhiËt đéng thói phát thÁi NO<small>x</small>tăng [116]. Khi đïng c¢ làm viËc vđi hín hùp nghèo, do hydrogen cho phép mõ rïng giñi h¿n cháy nên cÁ tính năng kinh tà kỹ thuÁt l¿n mÿc đï phát thÁi NO<small>x</small> đÅu đ°ùc cÁi thiËn khi tăng hàm l°ùng hydrogen [117-119]. Sā hiËn diËn cýa hydrogen trong hín hùp vđi biogas khơng nhÿng làm giÁm phát thÁi ơ nhiÉm cýa đïng c¢ đánh lāa c°÷ng bÿc mà nó cịn góp phÅn làm giÁm phát thÁi bé hóng trong khí thÁi đïng c¢ dual fuel biogas-diesel [120-121]. Wang et al. [122] đÅ xt hàm l°ùng thÇ tích hydrogen trong hín hùp vủi methane khong 20% l tỗi u c v hiậu suÃt nhiËt và mÿc đï phát thÁi ô nhiÉm. Góc đánh lāa sđm Ánh h°õng đáng kÇ đÃn chÃt l°ùng làm viËc cýa đïng c¢ biogas đ°ùc làm giàu bằng hydrogen [123]. Nói mït cách tëng quát, hydrogen có thÇ xem là mït chÃt pha trïn vào biogas đÇ cÁi thiËn hiËu suÃt và giÁm phát thÁi ơ nhiÉm nhó nhÿng đÁc tính °u viËt cýa nú nh giủi hn chỏy mừ rùng, tỗc ù chỏy cao, hậ sỗ khuch tỏn lủn, nhiật ù on nhiËt cao [124].

</div>