Chương 2: NĂNG LƯỢNG TỪ CÁC NGUỒN SINH KHỐI
2.5. Một số ứng dụng của năng lượng sinh khối trong thực tế
2.5.1. Sản xuất khí sinh học biogas
Biogas (Biological Gas) là công nghệ sản xuất khí sinh học, là quá trình ủ phân rác, phân hữu cơ, bùn cống rãnh, để tạo ra nguồn khí sinh học sử dụng trong hộ gia đình hay trong sản xuất. Sản xuất khí sinh học dựa trên cơ sở phân hủy kị khí các chất hữu cơ tự nhiên hay là quá trình lên men methane. Nguồn nguyên liệu để sản xuất biogas có thể nói là vô tận từ các loại bùn từ ao tù, đầm lầy, phế liệu, phế thải trong sản xuất nông, lâm nghiệp và các hoạt động sản xuất và chế biến nông lâm sản, xác động vật… Ở Việt Nam khí sinh học đã được nghiên cứu ứng dụng từ những năm 60 trên cả nước và thực sự phát triển thành phong trào từ đầu thập kỷ 80 của thế kỷ trước. Tính tới nay, số lượng công trình khí sinh học được xây dựng và đang hoạt động khoảng 120.000 hầm, trong đó khoảng 20.000 hầm dạng túi nilông, còn lại là loại hầm kiên cố có nắp. Để sản xuất khí sinh học cần có hầm ủ để tạo khí và sau đây là kiểu hầm ủ phổ biến ở Việt Nam.
Hầm biogas là một hệ thống tự động, khi khí được sinh ra trong hầm phân hủy, lượng khí này sẽ đẩy cặn bả vào bể áp lực và ống nạp nhiên liệu. Khi mở van thì chất cặn bã trong bể áp lực và ống nạp nhiên liệu sẽ đẩy khí ra để sử dụng. Để thiết kế một hầm biogas có nắp vòm cố định được chôn dưới đất gồm có ba phần chính nối tiếp nhau như sau:
- Bể nạp: là nơi phân động vật được trộn với nước trước khi đổ vào hầm phân hủy.
- Bể phân hủy: là nơi phân và nước bị phân hủy lên men. Khí CH4 và các loại khí khác sẽ sinh ra trong hầm này và những khí này sẽ đẩy phân và bùn cặn ở đáy bể lên bể áp lực.
- Bể điều áp: dùng để thu nhận phân và bùn cặn. Khi khí được sử dụng, phân và bùn cặn sẽ chảy ngược vào hầm phân hủy để đẩy khí ra. Khi lượng phân quá nhiều lớn hơn cả thể tích của hầm thì phân sẽ bị đẩy ra ngoài. Phân dư thừa từ bể áp lực phải được chảy vào bể chứa hoặc đổ ra các cánh đồng để bón cải tạo cho đất, nếu để chảy vào nguồn nước tự nhiên thì nó sẽ gây ô nhiễm nguồn nước này.
Hình 2.19: Hầm ủ biogas nắp vòm 1. Bể nạp, 2. Bể phân hủy, 3. Bể điều áp 2.5.2. Nhà máy điện sinh khối
Về nguyên lí hoạt động thì nhà máy điện sinh khối giống với nhà máy nhiệt điện tuy nhiên, tuy nhiên chỉ khác ở chỗ nhiên liệu dùng cho nhà máy điện sinh khối là từ các nguồn sinh khối thay thế như trấu, dâm bào, bã mía, rác thải đô thị...
Tuy nhiên do nhiên liệu sinh khối sinh nhiệt không lớn, nên công suất các nhà máy điện sinh khối nhỏ hơn 25 MW, nếu kĩ thuật nạp nhiên liệu tốt thì có thể nâng công suất lên 50 - 75 MW. So với nhiên liệu hóa thạch thì nhiên liệu sinh khối rẻ hơn nhưng chi phí để thiết kế buồng đốt khống chế độ ẩm của nhiên liệu thì cao hơn.
Trên quy mô toàn cầu, sinh khối là nguồn năng lượng lớn thứ tư, chiếm khoảng 14-15% tổng năng lượng tiêu thụ của thế giới. Ở các nước đang phát triển, sinh khối thường là nguồn năng lượng lớn, trung bình đóng góp khoảng 35% trong tổng cung cấp năng lượng. Vì vậy năng lượng sinh khối giữ vai trò quan trọng và có khả năng sẽ giữ vai trò sống còn trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng của thế giới trong tương lai.
Hoa Kì là nước sản xuất điện biomass lớn nhất thế giới, với hơn 350 nhà máy điện sinh học, sản xuất trên 7.500MW điện mỗi năm. Những nhà máy này sử dụng chất thải từ nhà máy giấy, nhà máy cưa, sản phẩm phụ nông nghiệp, cành lá từ các vườn cây ăn quả...
Năng lượng biomass chiếm 4% tổng năng lượng được tiêu thụ ở Hoa Kì và 45% năng lượng tái sinh.
Ở Nhật Bản, chính phủ đã ban hành Chiến lược năng lượng sinh khối từ năm 2003 và hiện nay đang tích cực thực hiện Dự án phát triển các đô thị sinh khối (biomass town).
Đến đầu năm 2011, Nhật Bản đã có 286 thị trấn sinh khối trải dài khắp đất nước. Tại Hàn Quốc, năng lượng sinh học đang được tích cực nghiên cứu, phát triển ở đất nước này với mục tiêu đến năm 2030 năng lượng tái tạo sẽ đạt 11%, trong đó năng lượng từ sinh khối sẽ đạt 7,12%. Còn ở Trung Quốc, hiện quốc gia này đã có Luật năng lượng tái tạo cùng hơn 80 nhà máy điện sản xuất từ sinh khối với công suất đến 50MW/nhà máy. Tiềm năng là có thể đạt được 30GW điện từ loại hình năng lượng này.
Hình 2.20: Nhà máy Điện sinh khối Alholmens (Phần Lan) lớn nhất thế giới Với lợi thế một quốc gia nông nghiệp, Việt Nam có nguồn sinh khối lớn và đa dạng từ gỗ củi, trấu, bã cà phê, rơm rạ và bã mía. Phế phẩm nông nghiệp rất phong phú dồi dào ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long, chiếm khoảng 50% tổng sản lượng phế phẩm nông nghiệp toàn quốc và vùng Đồng bằng sông Hồng với 15% tổng sản lượng toàn quốc. Hằng năm tại Việt Nam có gần 60 triệu tấn sinh khối từ phế phẩm nông nghiệp trong đó 40% được sử dụng đáp ứng nhu cầu năng lượng cho hộ gia đình và sản xuất điện, và theo số liệu tính toán, cứ 5 kg trấu tạo ra 1kWh điện, như vậy với lượng trấu hàng triệu tấn trấu mỗi năm thu lại được hàng trăm MW điện.
Hiện nay, Việt Nam đã có một số dự án xây dựng nhà máy điện sinh học được triển khai, dự kiến sẽ hoàn thành và phát điện trong thời gian sớm nhất ở cả miền Bắc và miền Nam. Tại miền Bắc, dự án xây dựng nhà máy điện sinh học Biomass tại khu Rừng Xanh, thị trấn Phong Châu, huyện Phù Ninh, tỉnh Phú Thọ đã được cấp giấy chứng nhận đầu tư với tổng mức đầu tư 1160 tỉ đồng, công suất 40MW, dự kiến đến sẽ hoàn thành và đi vào hoạt động vào năm 2013 với sản lượng điện là 331,5 triệu kWh/năm.
Tại miền Nam, Tập đoàn Doosan (Hàn Quốc) đã chuẩn bị thủ tục để đầu tư xây dựng nhà máy nhiệt điện sinh khối (biomass) tại khu công nghiệp Minh Hưng-Hàn Quốc (huyện Chơn Thành) có công suất thiết kế 19MW, cung cấp hơi nước 70m3/giờ. Nguyên liệu thô cung cấp cho nhà máy hoạt động chủ yếu từ thực vật ngành nông - lâm nghiệp.
Tập đoàn sẽ hoàn tất thủ tục pháp lý và dự án có thể hoàn thành vào năm 2015.
Ngoài ra, nhà máy nhiệt điện đốt trấu tại khu công nghiệp Trà Nóc 2 TP Cần Thơ đã hoàn thành và đưa vào hoạt động giai đoạn 1 với công suất 20 tấn hơi/giờ. Nhà máy có công suất phát điện 2MW khi nhà máy vận hành ở chế độ không sản xuất hơi nước. Giai đoạn 2 của nhà máy sẽ đầu tư turbine 3,7MW cấp điện lên lưới quốc gia.
Trong khi nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt, nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao thì giải pháp sử dụng nguồn điện sinh khối để thay thế mang ý nghĩa to lớn trên các khía cạnh kinh tế, xã hội và môi trường. Hơn nữa, Việt Nam lại có tiềm năng to lớn để phát triển điện sinh khối cả trong hiện tại và tương lai đây là hướng giải quyết cho nền công nghiệp điện Việt Nam.