III. CÁC CÔNG NGHỆ PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG BIOMASS
1. Quá trình phân hủy yếm khí
Tạo thỏi và đóng viên bao gồm nén sinh khối ở nhiệt độ cao hay rất cao. Các hạt sinh khối được nén trong một cái khuôn để tạo thỏi và đóng viên.
Sản phẩm này có thể được sử dụng trên quy mô lớn do nguyên liệu được đốt trực tiếp hay ở quy mô nhỏ hơn để đun nấu trong các bếp lò hoặc dùng để sản xuất than chì.
2.Kỹ thuật tạo thỏi và đóng viên 2.Kỹ thuật tạo thỏi và đóng viên
Phương pháp đốt trực tiếp - Direct Combustion:
• Là công nghệ đốt các nguyên liệu để trực tiếp tạo ra nhiệt năng.
• Nguyên liệu đốt rất đa dạng như: Gỗ, rác thải, rơm rạ, và khí sinh học.
• Nhiệt tạo ra có thể được sử dụng để sưởi ấm không gian (ví dụ, hệ thống sưởi của các tòa nhà), để nấu ăn và cũng có thể được sử dụng để đun sôi nước, tạo ra hơi nước sử dụng cho chạy tuabin phát điện.
Quy trình cơ bản hệ thống đốt cháy trực tiếp sinh điện từ năng lượng biomass Quy trình cơ bản hệ thống đốt cháy trực tiếp sinh điện từ năng lượng biomass
3.Đốt và phát năng lượng trực tiếp 3.Đốt và phát năng lượng trực tiếp
Đồng đốt – Cofiring và phát năng lượng trực tiếp :
• Cofiring là quá trình đốt cháy của hai hay nhiều nhiên liệu khác nhau trong cùng một hệ thống đốt.
• Nhiên liệu sử dụng có thể là nhiên liệu rắn, nhiên liệu lỏng hoặc khí. Đối với hệ thống năng lượng biomass, thường sử dụng nguyên liệu hỗn hợp biomass và than đá:
• Lợi ích của công nghệ đồng đốt cofiring than đá + Biomass:
• Giảm ô nhiễm môi trường do giảm lượng khí thải CO2, SOx và NOx
• Đem lại hiệu quả kinh tế do giá thành nguyên liệu biomass rẻ hơn than đá.
• Công nghệ này cho phép sử dụng nhiều nguồn nguyên liệu khác nhau nên một thiết bị có sẵn, cũng có thể sử dụng nguồn nguyên liệu biomass mới mà không cần phải thay đổi dây chuyền thiết bị, do vậy tiết kiệm chi phí thiết kế chế tạo thiết bị phát điện.
Công nghệ đồng đốt – Cofiring than đá và biomass Công nghệ đồng đốt – Cofiring than đá và biomass
3.Đốt và phát năng lượng trực tiếp 3.Đốt và phát năng lượng trực tiếp
Nhiệt phân là việc chuyển đổi sinh khối thành chất lỏng, chất rắn hoặc khí bằng cách nung nóng sinh khối thiếu khí ở nhiệt độ 500oC.
Các sản phẩm có thể của quá trình nhiệt phân Các sản phẩm có thể của quá trình nhiệt phân
4.Nhiệt phân 4.Nhiệt phân
Nhiệt phân được sử dụng chủ yếu để sản xuất dầu sinh học, dầu sinh học có thể được sử dụng trong động cơ và tua-bin. Hiện nay, có thể cải thiện dầu sinh học bằng cách giảm lượng oxy và loại bỏ chất kiềm bằng hydro và cracking xúc tác của dầu để sử dụng cho các phản ứng nhất định.
Các lựa chọn nâng cấp và xử lý cho dầu sinh học Các lựa chọn nâng cấp và xử lý cho dầu sinh học
4.Nhiệt phân 4.Nhiệt phân
Tinh bột có trong ngô, khoai tây, củ cải đường, mía, lúa mì, lúa mạch,… có thể được chuyển thành rượu (ethanol) qua quá trình lên men.
Nguyên liệu sản xuất ethanol còn có thể lấy từ nguồn xenlulozo có trong gỗ và cây trồng tổng hợp lên. Ethanol thường được sử dụng cho công nghiệp hóa chất, song nó cũng có thể sử dụng làm nguyên liệu đốt trong các động cơ đốt trong và tuabin máy phát điện.
Tuy nhiên ứng dụng phát điện của nó lại nằm trong quy trình sản suất ethanol: Song song với quá trình sản xuất ethanol, quá trình còn tạo ra nguyên liệu đốt chất gỗ có trong ngô, khoai tây, củ cải đường, mía, lúa mì, lúa mạch… dùng để sản xuất điện
Sơ đồ quy trình sản xuất rượu ethanol và tận dụng phụ phẩm chất gỗ để phát điện. Sơ đồ quy trình sản xuất rượu ethanol và tận dụng phụ phẩm chất gỗ để phát điện.
5.Sản xuất ethanol 5.Sản xuất ethanol
Khí hóa – Gasification:
Là quá trình đốt cháy nguồn nguyên liệu biomass trong môi trường thiếu ôxi để sản sinh ra các chất khí dễ cháy bao gồm Carbon monoxide (CO), hydro ( H2 ) và một phần khí metan ( CH4 ).
Hỗn hợp này được gọi là hỗn hợp khí cháy (tài liệu nước ngoài thường viết là producer gas - sinh khí). Hỗn hợp khí cháy có thể được sử dụng để chạy động cơ đốt trong (cả loại động cơ nén cao áp và loại động cơ đánh lửa), cũng có thể được sử dụng để sản xuất methanol ( CH3OH ) - nhiên liệu cho động cơ nhiệt cũng như là nguyên liệu cho ngành công nghiệp hóa chất và quan trọng là
nguyên liệu cho hệ thống máy phát điện thông qua động cơ đốt trong để tạo công cơ học làm quay máy phát tạo ra nguồn điện.
6.Quá trình khí hóa 6.Quá trình khí hóa
Chu trình hệ thống khí hóa gasification Chu trình hệ thống khí hóa gasification
Sơ đồ nguyên lý công nghệ một hệ thống khí hóa phát điện cỡ nhỏ Sơ đồ nguyên lý công nghệ một hệ thống khí hóa phát điện cỡ nhỏ
6.Quá trình khí hóa 6.Quá trình khí hóa
Sản xuất khí sinh học Biogas:
Biogas còn gọi là khí sinh học là một hỗn hợp khí được sản sinh từ sự phân hủy những hợp chất hữu cơ dưới tác dụng của vi khuẩn trong môi trường yếm khí.
Hỗn hợp khí này chiếm tỉ lệ gồm : CH4: 60 - 70%; CO2: 30 - 40%, phần còn lại là một lượng nhỏ khí: N2, H2,CO,CO2…CH4 chiếm lượng lớn và là khí chủ yếu tạo ra năng lượng khí đốt. Lượng CH4 chịu ảnh hưởng bởi quá trình phân hủy sinh học và phụ thuộc loại phân, tỉ lệ phân nước, nhiệt độ môi trường, tốc độ dòng chảy… trong hệ thống phân hủy khí sinh học kỵ khí.
Quy trình sản xuất khí sinh học đơn giản Quy trình sản xuất khí sinh học đơn giản
7.Sản xuất khí sinh học Biogas 7.Sản xuất khí sinh học Biogas
Khí sinh học sản xuất từ hầm biogas bao gồm 2/3 khí mêtan (CH4), 1/3 khí cacbonic (CO2) và năng lượng khoảng 4.500-6.000 calo/m3. Một mét khối (1m3) hỗn hợp khí với mức 6.000 calo có thể tương đương với 1 lít cồn, 0,8 lít xăng, 0,6 lít dầu thô, 1,4 kg than hay 1,2 kWh điện năng, có thể sử dụng để chạy động cơ 2KVA trong 2 giờ, sử dụng cho bóng đèn thắp sáng trong 6 giờ, sử dụng cho tủ lạnh 1m3 khí biogas trong 1 giờ hoặc sử dụng nấu ăn cho gia đình 5 người trong 1 ngày.
7.Sản xuất khí sinh học Biogas 7.Sản xuất khí sinh học Biogas
Hiện nay, có rất nhiều loại hầm khí sinh học (biogas) được sử dụng phổ biến rộng rãi trên thị trường, từ hầm sinh khí dạng vòm nắp cố định KT bằng bêtông, đến túi sinh khí bằng nilon, hầm Composite, hầm Biogas VACVINA cải tiến, hầm ủ biogas sử dụng vật liệu HDPE.
7.Sản xuất khí sinh học Biogas 7.Sản xuất khí sinh học Biogas
• Mỗi loại hầm ủ đều có những ưu và nhược điểm riêng, đối với các loại hầm ủ bê tông tuy tuổi thọ trung bình cao nhưng chi phí đầu tư ban đầu lớn, khó thi công và chỉ xây dựng với thể tích nhỏ; các hầm biogas bằng nilon tuy có chi phí đầu tư ban đầu thấp nhưng tuổi thọ trung bình ngắn.
7.Sản xuất khí sinh học Biogas 7.Sản xuất khí sinh học Biogas
Túi ủ PE
Ưu điểm
• Chi phí đầu tư thấp
• Thích hợp cho vùng nước ngầm cao
Nhược điểm
• Dễ xảy ra sự cố
• Cần người bảo vệ
• Nhạy cảm với ảnh hưởng của môi trường
Hầm ủ composite
Hầm ủ composite là hầm đúc sẵn, sử dụng ở quy mô gia đình nhỏ với dung tích từ 3 khối, cho hộ chăn nuôi với dung tích từ 7 khối đến 9 khối
Hầm ủ TG-BP
(Thailand German- Biogas Program)
• Được Đại học Cần Thơ giới thiệu ở ĐBSCL từ năm 1992.
• Thể tích 4,6,8,12,18,36,50,100 M3 Số lượng khoảng 3000 cái ở Miền Nam
Các nguồn sinh khối được chuyển thành các dạng năng lượng khác như điện năng, nhiệt năng, hơi nước và nhiêu liệu. Hầu hết các quá trình chuyển đổi sinh khối chia ra 2 loại như sau:
• Chuyển đổi nhiệt hóa: bao gồm đốt nhiệt, khí hóa và nhiệt phân.
• Chuyển đổi sinh hóa: bao gồm phân hủy yếm khí ( sản phẩm sinh khối và hỗn hợp methane và CO2) và lên men ( sản phẩm ethanol).