Máy phát điện sử dụng khí Biogas phần 2

GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 1 -

MỤC LỤC
Trang

Danh mục hình ảnh 3
Lời cảm ơn 6
Lời nói đầu 7
Chương I: TỔNG QUAN MỘT SỐ DẠNG NĂNG LƯỢNG CHUYỂN
HÓA THÀNH ĐIỆN NĂNG
1.1 Nguồn năng lượng từ sức nước ( thủy điện ) 10
1.2 Nguồn năng lượng gió 11
1.3 Nguồn năng lượng mặt trời 13
1.4 Năng lượng sóng biển 15
1.5 Nguồn năng lượng sinh học 17
CHƯƠNG II: THIẾT K
Ế HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ KHÍ BIOGAS CHO
MÁY PHÁT ĐIỆN
2.1 Giới thiệu tổng quan khí Biogas và mô hình xây dựng hầm chứa 21
2.2 Điều chế sản xuất khí Biogas sạch cho máy phát điện 27
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN KHÍ BIOGAS VÀO MÁY
PHÁT ĐIỆN
3.1 Tìm hiểu nguyên lý và một số đặc điểm máy phát 35
3.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống dẫn khí 44
3.3 Thiết kế van điều tiết lượ
ng khí Biogas cho máy phát 46
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH CHO
HỆ THỐNG DẪN KHÍ BIOGAS VÀO MÁY PHÁT ĐIỆN
4.1 Thiết kế bộ đo tốc độ cho máy phát điện 50
4.2 Thiết kế board mạch điều khiển 52

4.3 Chương trình điều khiển 61
4.4 Tính toán lợi ích sử dụng 66
CHƯƠNG 5: TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THU ĐƯỢC
5.1 Xác định tần số chuẩn của m
ạch điện 69
GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 2 -
5.2 Tiến hành thực nghiệm thay đổi tải 70
5.3 Hình ảnh thực nghiệm 70
Kết luận 74
Hướng phát triển của đề tài và mặt hạn chế 75
Danh mục từ viết tắt 77
Tài liệu tham khảo 78

GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 3 -

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Trang

Chương I : TỔNG QUAN MỘT SỐ DẠNG NĂNG LƯỢNG CHUYỂN
HÓA THÀNH ĐIỆN NĂNG
Hình 1-1 : Sơ đồ đập thủy điện 10
Hình 1-2 : Sơ đồ hệ thống máy phát điện chạy bằng sức gió 12
Hình 1-3 : Sơ đồ hệ thống năng lượng mặt trời 14
Hình 1-4 : Sơ đồ hệ thống máy phát điện cánh ngầm 16
Hình 1-5 : Quá trình tạo ra nhiện li
ệu sinh học 18
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ KHÍ BIOGAS CHO
MÁY PHÁT ĐIỆN
Hình 2-1 : Mô hình xây dựng hầm chứa 23
Hình 2-2 : Hình ảnh túi trữ khí 23
Hình 2-3 : Tháp hấp phụ khí H
2
S 29
Hình 2-4 : Tháp hấp phụ khí CO
2

30
Hình 2-5 : Quy trình hệ thống xử lý khí Biogas 31
Hình 2-6 : Mô hình thiết kế tháp hấp phụ 33
Hình 2-7 : Mô hình thực tế tháp hấp phụ 33
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG DẪN KHÍ BIOGAS VÀO MÁY
PHÁT ĐIỆN
Hình 3-1 : Máy phát dùng trong thí nghiệm 34
Hình 3-2 : Mặt cắt bộ chế hòa khí 37
Hình 3-3 : Dạng kim phun xăng bằng điện tử EFI 38
Hình 3-4 : Bộ chế hòa khí máy phát 40
Hình 3-5 : Bộ chế hòa khí cố định thân máy thông qua 2 thanh ốc 41
Hình 3-6 : Chi tiết gia công kích thước phần dẫn khí Biogas 41
Hình 3-7 : Hình dạng chi tiết cung cấ
p khí sau khi hoàn tất 43
Hình 3-8 : Bộ chế hòa khí hoàn chỉnh 43
Hình 3-9 : Sơ đồ bố trí khí vào máy phát 45
GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 4 -
Hình 3-10 : Hình ảnh mặt cắt động cơ 4 thì 45
Hình 3-11 : Hình ảnh bố trí các van điều tiết khí 47
Hình 3-12 : Van logic mở khí 47
Hình 3-13 : Hình ảnh van tuyến tính 48
Hình 3-14 : Mặt cắt van tuyến tính 48
CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH CHO
HỆ THỐNG DẪN KHÍ BIOGAS VÀO MÁY PHÁT ĐIỆN
Hình 4-1 : Cấu tạo bên trong của Encoder 50
Hình 4-2 : Bộ đo tốc độ 51
Hình 4-3 : Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển 52
Hình 4-4 : Khối nguồn nuôi mạch
điều khiển 53

Hình 4-5 : Sơ đồ chân 78XX 53
Hình 4-6 : Transistor công suất 53
Hình 4-7 : Kết nối MAX 232 54
Hình 4-8 : Hình ảnh MAX 232 54
Hình 4-9 : Sơ đồ cổng COM 9 chân 54
Hình 4-10 : Khối hiển thị thông số 55
Hình 4-11 : Khối nhận tín hiệu số vòng quay 55
Hình 4-12 : Khối điều khiển van khí 56
Hình 4-13 : Board mạch thực tế 57
Hình 4-14 : Hình ảnh thực tế IC 89V51 57
Hình 4-15 : Sơ đồ giải thuật 60
CHƯƠNG 5: TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ THU ĐƯỢC
Hình 5-1 : Khối điều khi
ển đưa khí vào máy phát 70
Hình 5-2 : Tải thực nghiệm là các bóng đèn tròn 71
Hình 5-3 : Mô hình sẵn sàng thực nghiệm 71
Hình 5-4 : Board điều khiển hoạt động 72
Hình 5-5 : Đồng hồ đo áp chỉ mức 220V 72
Hình 5-6 : Điện áp ra thắp sáng các bóng đèn 72

GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 5 -

MỞ ĐẦU














GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 6 -



LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu và các thầy cô Trường
Đại Học Lạc Hồng đã chỉ dẫn chúng em trong những năm tháng học tập tại
trường.
Trong quá trình thực hiện đề tài này chúng em xin chân thành cảm ơn thầy
Nguyễn Vũ Quỳnh, giáo viên trực tiếp hướng dẫn chúng em trong suốt quá
trình thực hiện đề tài này. Cuối cùng là lời cảm ơn chân thành đến gia đình, các
thầy cô trong Khoa Cơ Điện và các bạn bè, những ng
ười đã động viên giúp đỡ
chúng em trong quá trình thực hiện đề tài này.
Tuy nhiên, do trình độ còn hạn chế và thời gian có hạn và đây là đề tài đầu
tiên thực hiện một cách có hệ thống cho nên chắc chắn trong bài báo cáo này sẽ
không tránh khỏi những thiếu sót, mong nhận được sự thông cảm và đóng góp ý
kiến của quý thầy cô và các bạn để đề tài này được hoàn chỉnh hơn.
Chúng em xin chân thành cảm ơn.













GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 7 -

LỜI NÓI ĐẦU

Nghiên cứu sử dụng các nguồn năng lượng tái sinh từ lâu đã được các nhà
khoa học quan tâm, đặc biệt là từ sau khi xảy ra cuộc khủng hoảng năng lượng
dầu mỏ năm 1973. Cuộc khủng hoảng sau đó được khắc phục, tuy nhiên nguy cơ
của nó vẫn luôn rập rình. Những năm gần đây, giá dầu thô liên tục gia tăng, có
lúc đã vượt ngưỡng 70USD/thùng trong năm 2006. Mặc dù các nước xuất khẩu
dầu mỏ đã sử dụng hết công suất hiện có để sản xuất nhưng cũng rất khó khăn
mới có thể làm hạ nhiệt cơn sốt giá dầu thô. Với mức khai thác như hiện nay, trữ
lượng dầu thô trong lòng đất sẽ cạn kiệt trong tương lai không xa. Việc chuyển
dần sang sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống đã trở thành chiến lược
trong chính sách năng l
ượng của nhiều quốc gia phát triển.
Sự gia tăng các nồng độ các chất ô nhiễm trong bầu khí quyển kể từ khi
nhân loại bước vào thời kỳ công nghiệp đã đặt ra những vấn đề hết bức xúc về
môi trường. Thủ phạm chính gây ra các chất ô nhiễm trong bầu không khí là sản
phẩm cháy của nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu mỏ, khí đốt...). Trong khí thải
có những chất trực tiếp gây
ảnh hưởng đến sức khỏe con người như CO, HC,
NO
x
, SO
2
, bồ hóng...và những chất gây tác động xấu đến môi trường, đặc biệt là
CO
2

, chất khí gây hiệu ứng nhà kính làm tăng nhiệt độ trái đất. Nhiều hội nghị
cấp cao quốc tế và khu vực đã bàn giải pháp giảm thiểu CO
2
trong sản xuất và
đời sống và người ta đã đạt được những thỏa thuận quan trọng trong các công
ước quốc tế Kyoto, LaHaye và Việt Nam cũng đã cam kết thực hiện. Theo các
Công ước này các quốc gia cần áp dụng các giải pháp rút giảm mức độ phát thải
CO
2
bằng cách nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, sử dụng các nguồn năng
lượng sạch, sử dụng năng lượng tái sinh. Năng lượng tái sinh có nguồn gốc từ
năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng lý tưởng nhất.[1]
GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 8 -
Nước ta là nước có nền nông nghiệp rất phát triển. Hầu như tất cả các vùng
trong nước đều có các hộ chăn nuôi gia súc và phong trào xây dựng các hầm khí
biogas qui mô gia đình đang rất phát triển. Do đó số lượng khí biogas dư thừa là
rất lớn. Có nhiều hộ đã sử dụng rất nhiều trong việc nấu ăn mà vẫn không hết
khí và còn thải bớt lên trời vì quá nhiều khí trong bình chứa.
Để tận dụng nguồn n
ăng lượng sinh học dư thừa này, nhóm chúng em đã
chọn đề tài Nghiên cứu thiết kế máy phát điện chạy bằng khí biogas. Từ đó ta có
thể dùng điện để chạy các thiết bị điện trong nhà từ nguồn nguyên liệu vô tận tại
chỗ, không tốn tiền. Giảm được chi phí điện hàng tháng mà ta phải trả cho
ngành điện lực.
Những kiến thức năng lực
đạt được trong quá trình học tập ở trường sẽ
được đánh giá qua đợt báo cáo nghiên cứu khoa học này. Vì vậy chúng em cố
gắng tận dụng những kiến thức đã học ở trường cùng với sự tìm tòi nghiên cứu
để có thể hoàn thành tốt bài báo cáo này. Những sản phẩm những kết quả đạt

được ngày hôm nay tuy không có gì lớn lao. Nhưng đó là những thành quả của
những năm học tập vừa qua, là thành công
đầu tiên của chúng em trước khi ra
trường.













GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 9 -

DẪN NHẬP













GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 10 -

Chương I: TỔNG QUAN MỘT SỐ DẠNG NĂNG LƯỢNG
CHUYỂN HOÁ THÀNH ĐIỆN NĂNG
1.1./ Nguồn năng lượng từ sức nước ( thủy điện ) [11]
Là nguồn năng lượng đang được sử dụng rộng rãi và đang có nhiều tiềm
năng phát triển. Nhân loại mới chỉ khai triển được một phần tư tiềm năng kinh
tế và một phần sáu tiềm năng kỹ thuật của thủy năng. Tuy nhiên các nước có
kinh tế phát triển đã huy động tất c
ả tiềm năng kinh tế thủy điện của họ rồi và
đang khai triển những địa điểm có thể dùng để xây những công trình tích năng.
Nhà máy thuỷ điện dùng nguồn năng lượng sơ cấp là sức chảy của sông,
suối làm quay một tuabin nước và sinh ra điện năng.
Công suất của thuỷ điện phụ thuộc vào lưu lượng nước, chiều cao đầu
thượng lưu và dòng chảy nước tại nơi đặt máy. Công suất lớn nhất hiện nay đạt

đến 31.512 MW.
Một công trình thủy lợi điều tiết lưu lượng nước ở hạ nguồn để có thể
cung ứng nước đúng mức đúng lúc cho nông nghiệp, du lịch, giải trí, giao
thông vận tải và sản xuất điện. Mỗi chức năng có một giá trị kinh tế. Vì thế mà
ti
ềm năng kinh tế sản xuất thủy điện chỉ có thể tính một cách cá biệt cho mỗi
công trình chứ không thể ước tính chung cho một nước hay cho toàn thế giới.
















GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 11 -

1.2./ Nguồn năng lượng gió
Năng lượng gió có thể dùng hữu hiệu nhất để bơm nước: bơm nước uống
gia dụng hay cho gia súc, tưới cây và đồng ruộng hay để tích năng trong một hồ
thủy điện. Nhưng xu hướng hiện nay là dùng những quạt gió khổng lồ để sản

xuất điện. Một quạt gió sản xuất điện lớn nhất có công suất t
ới 3 MW và phải
dành một khoảng trống 2.000/3.000 mét vuông để có thể chạy một cách tối ưu.
Ở những địa điểm thuận lợi nhất, một kilô mét vuông với những quạt gió xếp đặt
một cách tối ưu thì có thể thu được 20 MWh mỗi năm, nghĩa là 55 kWh/m²/năm
[11].
Hiện nay trên thế giới dang phát triển mạnh về nguồn năng lượng này và
mang lại nguồn thu lớn cho ngân sách quốc gia. Theo tính toán, cả th
ế giới đã có
tổng công suất trên 100.000 MW máy phát điện từ sức gió. Trong khu vực, Việt
Nam được đánh giá là quốc gia có tiềm năng phát triển điện gió một cách đáng
kể. Theo dự kiến đến năm 2010, tỷ lệ năng lượng tái tạo ở Việt Nam, chủ yếu là
điện gió sẽ chiếm 3% trong tổng công suất điện và sẽ tăng gấp đôi vào năm
2030.
Hi
ện tại, hàng trăm máy phát điện gió quy mô rất nhỏ (từ 50W đến 150W)
đã được lắp đặt nhiều nơi trong cả nước. Trong đó, turbine gió to nhất công suất
800kW đã được lắp đặt ở đảo Bạch Long Vỹ (Hải Phòng). Theo Bộ Công
Nghiệp tổng công suất điện gió được sử dụng hiện nay trên toàn Việt Nam là
khoảng 0,2MW, cung cấp điện cho khoảng 1000 hộ tiêu thụ. Bộ Công Nghiệp
đánh giá các điều kiện gió ở Việt Nam chỉ phù hợp đối với các turbine gió cỡ
vừa và nhỏ (không lớn hơn 1MW). Theo Viện Năng Lượng thuộc Tổng Công
Ty Điện Lực Việt Nam (EVN), tiềm năng điện gió ở Việt Nam được đánh giá
trong khoảng từ 200MW đến 500MW. Tuy nhiên, nhiều tổ chức chuyên môn
khác cho rằng tiềm năng điện gió của Việt Nam còn cao hơn nhiều [11].
Nguyên tắc chung c
ủa máy phát điện năng lượng gió:

GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 12 -



























- Turbine – quạt gió: một hệ thống cánh quạt, hứng lấy năng lượng

chuyển động của không khí và biến thành chuyển động quay ở trục của cánh
quạt gió này. Hệ thống còn có má phanh (hãm) để giới hạn tốc độ phòng ngừa
hư hỏng cơ khí và bộ hạn dòng nạp của máy phát.
- Máy phát điện: năng lượng gió từ turbine gió truy
ền vào một máy phát
điện qua bộ chuyển tốc, làm máy phát quay phát ra điện. Đện tạo ra theo dây
dẫn truyền xuống bộ trữ năng.
- Bộ trữ năng: gồm bộ nạp hạn dòng và hệ thống Accu trữ năng.
+ Bộ hạn dòng (regulator): Là hệ thống điện tử hay điện cơ, có tác dụng
điều khiển dòng nạp vào hệ thống accu, tránh làm hư hỏng máy phát và Accu,
và cũng là cơ
chế ổn định khi mà năng lượng gió luôn luôn thiếu sự bình ổn
trong thời gian dài.
GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 13 -
+ Bộ trữ năng (battery): Là một tổ hợp Accu lớn nhỏ tuỳ theo mục đích
chế tạo, năng lượng dự phòng và công năng của hệ thống máy phát điện chạy
năng lượng gió. Bộ trữ năng accu có độ bền thấp, giá đắt và là một tác nhân gây
ô nhiễm môi trường.
- Bộ chuyển năng (DC – AC converter) [12]: Là một mạch điện tử công
suất lớn, chuyển
đổi từ dòng điện một chiều (DC) của bộ Accu thành điện xoay
chiều công nghiệp (Sinnoptic AC / 50 – 60 Hz). Đi kèm trong bộ chuyển năng
còn có bộ tự động đóng ngắt nạp khi bình đầy, đóng điện từ converter vào mạng
điện trong nhà– cắt điện lưới khi mất điện… Bộ này khá phức tạp, giá thành rất
cao với những linh kiện chuyên dùng khó kiếm, lại rất dễ hư h
ỏng khi mất tải
đột ngột hay khi ngắn mạch (chập, chạm tải).
Năng lượng gió thích ứng cho những áp dụng cá nhân hay những cộng
đồng nhỏ sống ở những nơi hẻo lánh. Với công nghệ hiện nay, vì cần nhiều diện

tích đất hay mặt biển để vận hành, những vật liệu và thiết bị chịu đựng những
xâm phạm của khí quyển, kết cấu có thể ch
ịu được những gió mạnh và những
thiết bị sản xuất điện hỗ trợ, phong điện ở quy mô lớn chưa chứng minh được
tính khả thi kinh tế.
1.3./ Nguồn năng lượng mặt trời[11]
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng mà con người biết sử dụng từ rất
sớm, nhưng ứng dụng năng lượng mặt trời vào các công ngh
ệ sản xuất và trên
quy mô rộng thì mới chỉ thực sự vào cuối thế kỷ 18 và cũng chủ yếu ở những
nước nhiều năng lượng mặt trời, những vùng sa mạc. Từ sau các cuộc khủng
hoảng năng lượng thế giới năm 1968 và 1973, năng lượng mặt trời càng được
đặc biệt quan tâm. Các nước công nghiệp phát triển đã đi tiên phong trong việc
nghiên cứu ứng dụ
ng năng lượng mặt trời .
Ánh sáng mặt trời là nguồn năng lượng duy nhất mà con người không phải
lo lắng về khả năng khôi phục trong 3 triệu năm trước mắt. Và mặc dù việc sử
dụng nguồn năng lượng này phụ thuộc vào thời gian trong ngày và mức độ mây
che, có thể coi nó là lựa chọn thay thế chủ yếu trong vấn đề năng lượng của
tương lai. Dựa trên hiệu
ứng quang điện được phát hiện năm 1839.
GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 14 -
Năng lượng mặt trời là nguồn an toàn nhất. Có thể nói, năng lượng mặt trời
ít tác động xấu đến môi trường xung quanh nhất so với việc sử dụng các nguồn
năng lượng khác. Các quạt gió hoạt động gây rung cho đất, ảnh hưởng tiêu cực
đến “bộ máy” tiền đình của người và động vật, còn các đập thủy triều dần dần
làm thay đổi hình dạng sinh thái của vùng bờ biển bao quanh chúng.

Hệ thống năng lượng mặt trời gồm nhiều bảng nhật năng lượng (solar
Panels) được gắn nối tiếp hay song song, những bảng nhật năng này nhận ánh
sáng mặt trời tạo ra năng lượng điện một chiều, dòng điện một chiều này được
nối liền với bình tụ điệ
n (Battery) qua bộ điều kế (Charge Controller) để điều
hòa không hơn không kém năng lượng cho bình tụ điện và cung cấp đủ năng
lượng mà bình tụ điện cần. Hệ thống năng lượng này cần bộ biến điện (inverter)

để đổi dòng điện một chiều ra dòng điện xoay chiều, dòng điện xoay chiều được
GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 15 -
ứng dụng cung cấp cho các đồ tiêu dùng đòi hỏi trong nhà của đời sống hàng
ngày cũng như cung cấp đầy đủ năng lượng cho các khu công nghiệp cao.
- Bảng nhật năng: là bộ phận chính yếu của hệ thống năng lượng mặt trời.
Bảng nhật năng được cấu tạo bởi những phân tử, phân tử được gắn nối tiếp hay
song song với nhau với vật liệu bán d
ẫn. Năng lượng mặt trời được cấu tạo bởi
các phân tử bán dẫn trong bảng nhật năng. Công suất được phát ra của bảng nhật
năng là sự tổng hợp của mỗi phân tử bán dẫn, cường độ và điện thế của bảng
nhật năng bằng cường độ và điện thế của mỗi phân tử bán dẫn.
- Bộ đi
ều kế: bộ điều kế dùng trong hệ thống năng lượng mặt trời được
dùng để điều hành và kiểm soát dòng điện một chiều từ bảng năng lượng mặt
trời, cung cấp cho bình tụ điện. Nếu hệ thống năng lượng mặt trời được thiết kế
từ bảng năng lượng mặt trời cho đến bình tụ
điện không có bộ điều kế cho dòng
điện một chiều (12VDC), bình tụ điện sẽ bị hư vì quá tải hay điện thế quá thấp
[12].
- Bình tụ điện: bình tụ điện được dùng để chứa điện năng một chiều thông
thường là 12VDC. Bình tụ điện được thiết kế thu nhận điện năng và cung cấp
điện n
ăng nhiều lần trong hệ thống năng lượng mặt trời. Cũng như bảng nhật
năng, bình tụ điện được thiết kế nối tiếp hay song song để cung cấp nhu cầu điện
thế đòi hỏi. Bình tụ điện phải có đủ cường độ để cung cấp hiệu quả điện thế
trong thời gian không có ánh nắng mặt trời hay cho những ngày nhi
ều mây.
- Bộ biến điện: là bộ phận chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) trong
bình tụ điện (battery) ra dòng điện xoay chiều (AC) 120V/240V. Phần lớn hệ

thống năng lượng mặt trời cung cấp dòng điện một chiều đều chứa trong bình tụ
điện (battery). Thông thường bộ biến điện có công suất đủ cung cấp cho các ứng
dụng tiêu dùng và không phí phạm công su
ất. Bộ phận này là thành phần của
cấu tạo và phối hợp điện tử, nhân dòng điện một chiều (12VDC) trong bình tụ
điện (battery) ra dòng điện xoay chiều (120V/240VAC) [12].
1.4./ Năng lượng sóng biển
Nước ta có trên 3.000 km bờ biển quanh năm sóng vỗ [11]. Nếu tận thu
được nguồn năng lượng dồi dào từ sóng biển sẽ đem lại hiệu quả kinh tế không
GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 16 -
nhỏ. Năng lượng sóng biển còn dồi dào hơn năng lượng gió vì gió có lúc lặng
nhưng sóng biển thì không lúc nào ngưng. Năng lượng sóng tuy phân tán nhưng
ổn định hơn năng lượng mặt trời vì năng lượng mặt trời chỉ thu được khi có
nắng. Sau đây là một dạng máy phát điện bằng sóng biển kiểu chánh ngầm [11]:

Máy phát điện cánh ngầ
m hoạt động như sau:
Khi sóng biển nâng phao (ký hiệu số 4) lên dây cáp (5) bị căng ra kéo cho
tời quấn cáp (2) quay. Khi sóng biển hạ phao xuống dây cáp bị chùng xuống và
được quấn trở lại tời. (Trong tời quấn cáp, ta lắp một lò xo sao cho lò xo này tự
động quấn cáp lại mỗi khi nó bị chùng).
Trong tời quấn cáp, ta cũng lắp một hộp dây cót sao cho mỗi khi sóng biển
dâng lên kéo cho tời quay thì công năng này làm lên dây cót (giống như ta lên
dây cót cho đồng hồ).
Trên sợi cáp ta có thanh hãm (7) để giữ cho cánh ng
ầm (6) không bị lò xo
của tời quấn cáp kéo lại quá gần với phao. Cánh ngầm phải được giữ cách phao
một cự li nhất định để cánh ngầm không bị dao động lên xuống cùng với sóng
GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 17 -
biển. Ta biết rằng càng xuống sâu thì ảnh hưởng của sóng biển càng giảm, ở độ
sâu trên 10 mét thì nước biển rất ít bị dao động bởi sóng biển.
Công năng của dây cót sẽ được xả ra dần dần làm quay máy phát điện (1).
Trong tời quấn cáp ta cũng cần lắp một cơ cấu đế có thể tự động cắt kết nối giữa
dây cót với tời mỗi khi dây cót đã bị lên quá c
ăng. Cánh ngầm cũng nên được
chế tạo sao cho chúng ta có thể cụp nó lại mỗi khi có bão tố.
Các chi tiết của máy phát điện cũng cần phải được chế tạo bằng những vật

liệu nhẹ để tăng hiệu quả của máy phát. Để có nguồn điện ổn định, cần trang bị
thêm các bình ắc quy để tích trữ điện. Chúng ta cũng có thể tích hợp đưa máy
phát
điện vào trong lõi của tời quấn cáp và cũng có thể kết nối trục tiếp máy
phát với tời mà không cần qua trung gian là dây cót.
Trên đây chỉ là nguyên lý hoạt động cơ bản của máy phát điện cánh ngầm.
Khi chế tạo, máy phát điện thực sự cần có những thiết kế, tính toán và thử
nghiệm cụ thể.
Máy phát điện cánh ngầm có thể dùng để cung cấp điện cho các phao tiêu
hàng hải. Chúng ta có thể
kết hợp nhiều máy phát điện cánh ngầm với nhau để
tạo ra nguồn điện có công suất đủ lớn để dùng cho các mục đích khác nhau.
1.5./ Nguồn năng lượng sinh học [12]
Năng lượng sinh học là năng lượng trích ra từ những vật liệu hữu cơ, chủ
yếu từ thực vật. Tiềm năng của năng lượng sinh vật chưa được xác định vì có
nhiề
u nguồn và nhiều dạng. Những nguồn năng lượng sinh học là những chất
đốt rắn tái tạo, rác đô thị, phế liệu hữu cơ của nông nghiệp và công nghiệp và
những thực vật đã được cố ý trồng để làm nguồn năng lượng.
Những năng lượng đó rất đa dạng: sinh khối cellulo sợi (ligno cellulosic)
hay sinh khối rắn, sinh khối có glucid và sinh khối chứa dầu. Mỗ
i dạng cần đến
một nguồn cơ bản và một quy trình biến chế thành năng lượng khả dụng khác
nhau.
Để gia tăng nguồn năng lượng sinh học thì có ba phương pháp:
- Trồng những cây có đường, mía và củ cải ngọt, hay là ngũ cốc, lúa và
ngô.
GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 18 -
- Trồng những cây tự nhiên có dầu như là rong, hoa hướng dương, cây có

hai lá mầm (jatropha).
- Trồng rừng những cây mọc mau như là trúc, cây bạch đàn, cây dương,
cây thông,...

















Sinh khối cellulo sợi gồm gỗ, rơm, bã mía, rác đô thị, phụ phẩm và phế liệu
chế biến gỗ, phế liệu chế biến thực phẩm, phần hữu cơ của rác đô thị
,…
Nhân loại đã biết dùng những nguồn năng lượng này từ thời thượng cổ rồi.
Tiềm năng năng lượng từ gỗ là 5600 đến 6000 TWh mỗi năm, trong đó
5000 TWh dưới dạng củi gỗ và 400 TWh dưới dạng than củi. Vì cung ứng
những nguồn năng lượng này ít qua những kênh thương mại nên ước tính tiềm
năng của chúng không được chính xác. Ngoài việc đốt củi hay than củi để thổ
i
cơm và đun nước sinh khối cellulo sợi được đốt, đơn độc hay phụ trợ cho những

năng lượng khác, để sản xuất điện và hơi nước. Nhiều đô thị các nước công
nghiệp được cung ứng nước nóng gia dụng nhờ những lò đốt rác đô thị. IEA ước
tính, năm 2005, 135 TWh điện đã được sản xuất từ sinh khối rắn, 23 TWh từ rác
đô th
ị và 25 TWh từ những nguồn sinh khối rắn khác.
Sinh khối có glucid gồm những hạt ngũ cốc, củ cải đường, mía đường,…
Chúng được tiêu hóa dị khí (anaerobic digestion), ươm men, chưng cất hay thủy
GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 19 -
phân acid (acid hydrolysis) để biến thành khí, chủ yếu khí methan, dùng làm
năng lượng. Chúng tham gia vào việc cung ứng năng lượng cho gia đình, cho
những cộng đồng nhỏ. Sau khi được lọc kỹ, khí methan có thể được trộn vào
mạng phân phối khí đốt đô thị.
Sinh khối chứa dầu gồm cây cải dầu, dừa dầu, hoa hướng dương,… Dầu
của những thực vật này được ép và lọc để biến thành nhiên liệu lỏng. Nhiên liệ
u
lỏng này có thể được dùng nguyên chất hay pha trộn với sản phẩm dầu trong
ngành giao thông vận tải.
Qua các dạng năng lượng trên thì mỗi dạng năng lượng đều có một sự khác
biệt riêng. Chẳng hạn như năng lượng từ sức nước thì cần có diện tích rộng, gần
sông ,suối... năng lượng gió cũng cần có diện tích rộng và nơi đó phải có gió…
năng lượng mặt tr
ời thì phụ thuộc ánh sáng mặt trời…Để phục vụ cho đề tài của
mình, nhóm chúng em chọn dạng năng lượng sinh khối (biomass) hay còn gọi là
năng lượng vi sinh (biogas). Đây là một loại năng lượng tái tạo đặc biệt vì loại
năng lượng này có thể sản xuất trực tiếp ra khí đốt. Nước ta là nước phát triển
mạnh về nông nghiệp, vì vậy hầu như vùng nào cũng có các hộ dân chăn nuôi
gia súc. Quá trình chăn nuôi s
ẽ thải ra một lượng lớn chất thải gây ô nhiễm môi
trường và là trở ngại lớn cho ngành chăn nuôi. Tuy nhiên, ta có thể tận dụng các

nguồn chất thải này để sản xuất năng lượng thông qua quá trình sản xuất khí
sinh học (khí biogas). Khí này sản xuất ra hơi nóng sau khi đốt và hơi nóng sẽ
chạy qua một turbine và máy phát điện để cải biến thành điện năng.
Trên cơ sở các dạng năng lượng
đã nghiên cứu trên, ứng với điều kiện môi
trường, khí hậu, ảnh hưởng của khí thải ra bên ngoài gây hiệu ứng nhà kính
đồng thời phù hợp với các hộ chăn nuôi ở Việt Nam hiện nay, nên nhóm đã
quyết định tìm hiểu và nghiên cứu hệ thống má phát điện chạy bằng khí Biogas.
Sau đây là toàn văn phần trình bày về nghiên cứu máy phát điện chạy bằng khí
Biogas.



GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 20 -










THIẾT KẾ HỆ THỐNG
ĐIỀU CHẾ KHÍ BIOGAS

GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 21 -
CHƯƠNG II: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU CHẾ KHÍ
BIOGAS CHO MÁY PHÁT ĐIỆN

2.1./ Giới thiệu tổng quan khí Biogas và mô hình xây dựng hầm chứa
2.1.1./ Tìm hiểu khái quát về khí Biogas
Biogas là năng lượng tái sinh nhận được từ quá trình phân hủy các chất hữu
cơ trong môi trường thiếu không khí. Rác thải sinh hoạt, các chất thải của quá
trình sản xuất nông nghiệp, chăn nuôi, xử lý nước...là nguồn nguyên liệu tốt để
sản xuất biogas. Theo ước tính của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, nếu sử dụng tất cả
nguồn nguyên liệu có thể tạo ra khí sinh học để dùng trong vận chuyển thì lượng
năng lượng này có thể làm giảm 500 triệu tấn khí cacbonic hàng năm, tương
đương với với số lượng 90 triệu xe dùng trong một năm [6].
Về thành phần chính: Thành phần chính của Biogas là CH
4
(50¸60%) và
CO
2
(»30%) còn lại là các chất khác như N
2
, O
2

, H
2
S, CO…CH
4
tạo ra sự cháy
khi tiếp xúc với ôxi do đó có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu cho động cơ và
chạy máy phát. Để sử dụng biogas làm nhiên liệu thì phải xử lý biogas trước khi
sử dụng vì H
2
S là một khí rất độc tạo nên hỗn hợp nổ với không khí [1]. Khí
H
2
S có thể ăn mòn các chi tiết trong động cơ và làm ô nhiễm môi trường không
khí, sản phẩm của nó là SOx cũng là một khí rất độc. Hơi nước có hàm lượng
nhỏ nhưng ảnh hưởng đáng kế đến nhiệt độ ngọn lửa, giới hạn cháy, nhiệt trị
thấp và tỷ lệ không khí/nhiên liệu của Biogas.
Do đó để có thể sử dụng biogas làm nhiên liệu, việc đầu tiên là phải lọc các
tạ
p chất có hại. Sử dụng biogas nói riêng và các nguồn năng lượng tái sinh có
nguồn gốc từ năng lượng mặt trời nói chung không làm tăng nồng độ CO
2
trong
bầu khí quyển.
2.1.2/Tình hình phát triển khí Biogas ở nước ta hiện nay
Trong những năm gần đây, người dân ở nông thôn nước ta đã bắt đầu
quen dần với việc sử dụng Biogas làm chất đốt.

Phong trào xây dựng các hầm
khí Biogas qui mô gia đình và ở các hộ chăn nuôi gia súc ở nước ta cũng đã
được phát triển

.
Các hầm Biogas này một mặt, cung cấp chất đốt cho người dân
GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 22 -
và mặt khác, giúp người dân xử lý các chất thải từ chăn nuôi và các hoạt động
sản xuất khác,

kết quả đem lại rất tích cực cả về hiệu quả kinh tế lẫn bảo vệ môi
trường [6]. Tuy nhiên việc sử dụng Biogas để đun nấu chỉ mới đáp ứng được
một phần tiện ích vì người dân cần nhiều năng lượng hơn để chạy các máy công
tác phục vụ sản xuất. Khó khăn trong khai thác Biogas của chúng ta là nguồn
nguyên liệu không tập trung và quy mô không đồng đề
u. Những nơi có sản
lượng Biogas lớn như các bãi chôn lấp rác, các trạm xử lý nước thải… có thể sử
dụng động cơ cỡ lớn để kéo máy phát điện. Các trại chăn nuôi trung bình và
nhỏ, nếu sử dụng động cơ cỡ lớn thì không đủ Biogas để chạy liên tục, nếu dùng
động cơ cỡ nhỏ thì không đảm bảo được công suất cần thiết cho sản xuất. Vì vậ
y
trong thực tế hiện nay, phần lớn các hầm Biogas ở nước ta chỉ dùng cho việc
phục vụ đun nấu. Việc sử dụng Biogas để chạy động cơ đốt trong sẽ góp phần
đáng kể vào việc cải thiện đời sống của người dân ở nông thôn.
Vào tháng 3/2002, Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn Việt Nam đã
ban hành tiêu chuẩn ngành về công trình khí sinh học nhỏ, dự án “ Hỗ trợ
chương trình khí sinh họ
c cho ngành chăn nuôi ở một số tỉnh của Việt Nam”
được triển khai ở 12 tỉnh thành, do chính phủ Hà Lan tài trợ không hoàn lại với
tổng giá trị 2 triệu USD. Đây là dự án lớn nhất trong số các dự án đầu tư cùng
loại được triển khai (2/2003-1/2006). Dự án được triển khai một cách khoa học
tổ chức nhiều lớp tập huấn cho kỹ thuật viên và thợ xây dựng về công nghệ khí
sinh học.

Đặc bi
ệt ở Đồng Nai phong trào xây hầm khí sinh học (Biogas) đang phát
triển nhanh trong các cộng đồng dân cư. Vì nhận thấy được hiệu quả kinh tế và
bảo vệ môi trường bền vững cho chính mình (vừa xử lý phân rác, không gây ô
nhiễm, vừa có khí đốt, điện thắp sáng cho các trang trại), nên các hộ chăn nuôi ở
Đồng Nai đã xây dựng được gần 10.000 hầm và túi ủ Biogas, trong đó phần lớn
là các hộ dân tự làm với sự hướng dẫ
n kỹ thuật của Trung tâm nước sạch và vệ
sinh môi trường nông thôn tỉnh.[8]
GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 23 -
2.1.3./Mô hình xây dựng hầm chứa
Cấu tạo hầm chứa khí Biogas bao gồm:
¾ Đường ống dẫn các chất thải động vật, hay các chất thải hữu
cơ.
¾ Bể chứa kín để lên men quá trình phân hủy.
¾ Đường ống dẫn đến nơi tiêu thụ.
¾ Túi trữ khí.









Nguyên lý làm việc của bể sinh khí Biogas
Chất thải động vật, hay chất thả
i các chất hữu cơ và nước được đưa vào

bộ phận nạp liệu, ở đây chúng được hoà trộn cho đều rồi pha loãng với chất khô
GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 24 -
và nước tạo thành hỗn hợp nguyên liệu đưa vào bộ phận phân huỷ thông qua
ống dẫn liệu vào. Trong bộ phận phân huỷ, do hoạt động của các vi sinh vật lên
men kỵ khí các chất hữu cơ tạo ra sản phẩm cuối cùng là khí sinh vật. Các hợp
chất hữu cơ còn lại trong chất liệu nhão là một thứ phân có chất lượng rất cao.
Khí mêtan được sinh ra tụ lại trong một bộ phận chứa khí, từ đ
ó được dẫn đến
nơi tiêu thụ với các mục đích khác nhau.[8]
Tuy nhiên chất lượng khí Biogas cũng bị ảnh hường do các yếu tố [8]
y Do nhiệt độ môi trường
Trong điều kiện tự nhiên, nhiệt độ thích hợp nhất đối với chúng là 30-
40
0
C. Nhiệt độ thấp hoặc thay đổi đột ngột đều làm cho quá trình sinh khí mêtan
yếu đi. Nhiệt độ môi trường xuống dưới 10
0
C thì quá trình phân hủy gần như
ngừng hẳn. Vì vậy tại những vùng lạnh cần bảo đảm cách nhiệt tốt để giữ ấm
cho thiết bị.
y Mức độ kỵ khí
Khí sinh vật được sinh ra do hoạt động của rất nhiều vi sinh vật, trong đó
các vi khuẩn metan là quan trọng nhất. Những vi khuẩn này chỉ sống trong môi
trường tuyệt đối không có oxy. Vì vậy đảm bảo cho môi trường tuyệt
đối kỵ khí
là yếu tố quan trọng đầu tiên.
y Hàm lượng chất khô
Khi ta sấy khô nguyên liệu, nước sẽ bay hơi hết và còn lại là phần chất
khô của nguyên liệu. Hàm lượng chất khô là tỉ lệ giữa trọng lượng chất khô và

tổng trọng lượng của nguyên liệu, thường được biểu thị bằng phần trăm.
y Thời gian lưu
Thời gian lưu là thời gian nguyên liệu nằm trong b
ể phân hủy của thiết bị
khí biogas. Chính trong thời gian này nguyên liệu bị phân hủy kị khí và sinh ra
khí biogas.
y Tỷ lệ cacbon và nitơ
Các chất hữu cơ gồm các nguyên tố hóa học, chủ yếu là cacbon(C),
hydro(H
2
), oxy (O
2
), lưu huỳnh (S), photpho (P) và nitơ (N
2
). Tỷ lệ giữa trọng
GVHD : Th.S Nguyễn Vũ Quỳnh SVTH: Kim Cường – Minh Hoàng
- 25 -
lượng của cacbon và nitơ (C/N) có trong thành phần nguyên liệu là một chỉ tiêu
quan trọng để đánh giá khả năng phân hủy của nó.
y Các độc tố
Hoạt động của vi khuẩn chịu ảnh hưởng của một số hóa chất. Khi hàm
lượng của những chất này vượt quá một thời hạn nhất định, các vi khuẩn có thể
bị tiêu diệt.
2.1.4./Một số hình ảnh xây dựng hầm ch
ứa thành công [11]
Mô hình xây dựng ở Đồng Nai

Mô hình xây dựng ở Tiền Giang










Mô hình xây dựng ở Đà Nẵng