Năng lượng tái tạo Năng lượng sinh khối

Môn năng lượng tái tạo, trường đại học Sư Phạm Kĩ Thuật Năng lượng tái tạo là loại năng lượng được tạo ra từ các nguồn tự nhiên có thể tái tạo trong một chu kỳ tương đối ngắn so với thời gian tồn tại của con người. Các nguồn năng lượng tái tạo bao gồm: Năng lượng mặt trời: Sử dụng ánh sáng mặt trời để tạo ra điện năng thông qua các tấm pin mặt trời hoặc các hệ thống năng lượng mặt trời. Năng lượng gió: Sử dụng sức gió để quay các cánh quạt của các tuabin gió, tạo ra điện năng thông qua các generator. Năng lượng nước: Sử dụng sức nước chảy hoặc nước lưu thông để vận động các turbine, tạo ra điện năng trong các nhà máy thủy điện. Năng lượng sinh học: Sử dụng các vật liệu hữu cơ như gỗ, rơm, hoặc chất hữu cơ khác để sản xuất năng lượng sinh học thông qua quá trình đốt cháy hoặc quá trình sinh học khác. Năng lượng địa nhiệt: Sử dụng nhiệt độ từ lòng đất để tạo ra điện năng thông qua các hệ thống như nhà máy nhiệt điện địa nhiệt.

Tóm tắt nội dung

1 Định nghĩa năng lượng sinh khối2 Phân loại năng lượng sinh khối

3 Chuyển hóa năng lượng trong sinh khối4 Ưu nhược điểm của năng lượng sinh khối

5 Thuận lợi và khó khăn trong việc sản xuất nhiên liệu sinh khối6 Tình hình triển khai ứng dụngtrên thế giới và Việt Nam

1

Định nghĩa năng lượng trong sinh khối

2

Định nghĩa năng lượng trong sinh khối

Năng lượng lượng sinh khối là năng lượng sinh ra từ

các nguồn sinh khối.

Năng lượng sinh khối được xem là năng lượng tái tạo.

Phân loại năng lượng sinh khối

4

Phân loại năng lượng sinh khối

Gồm có 3 loại chính

Nhiên liệu lỏng

Sinh khối lỏng được gọi là “nhiên liệu sinh học” Được sản xuất thông qua quá trình chưng cất

hoặc phân hủy sinh học của các loại chất béo, dầu thực vật, hoặc các chất bột khác.

Phân loại năng lượng sinh khối

• Dầu thực vật chiết xuất từ hạt hướng dương

Nhiên liệu lỏng

Lên men

• Nhiên liệu Methanol, Ethanol và cồn được lên men từ ngô, ngũ cốc

Phân loại năng lượng sinh khối

Phân loại năng lượng sinh khối

Hình 2: Biodiesel

• Được sản xuất bằng cách chưng cất hoặc phân hủy sinh học các loại dầu thực vật.

• Là một loại nhiên liệu thay thế cho dầu diesel • Sử dụng trong động cơ diesel mà không cần

thay đổi hoàn toàn hệ thống động cơ.

Khí sinh học (Biogas)

Biogas là một loại khí sinh học sản xuất từ các chất hữu cơ bằng quá trình phân

hủy sinh học.

Thành phần chính là methane (CH4) và carbon dioxide (CO2), cùng với một số

hợp chất khác như hydrogen sulfide

(H2S), ammoniac (NH3) và nước.

Phân loại năng lượng sinh khối

Hình 3: Quá trình tạo ra khí sinh học (Biogas)

Các loại khí có trong biogas

Phân loại năng lượng sinh khối

Hình 5: Bình đựng khí CH4Hình 4: Bình đựng khí NH3

• Sinh khối rắn còn được gọi là “nguyên liệu”.

• Sinh khối rắn chính là các chất hữu cơ ở dạng rắn

hoặc là được nén ở dạng bột viênvà được giải

phóng năng lượng mà chúng đã lưu trữ thông qua quá trình đốt cháy.

Nhiên liệu sinh khối rắn

12

• Được sản xuất bằng cách néncác chất thải hữu cơ và thảo dược trong điều kiện nhiệt độ và áp suất cao.

• Pellets có hình dạng đều và kích thước nhỏ, dễdàng

Chuyển hóa năng lượng trong sinh khối

14

Chuyển hóa năng lượng

Sử dụngnhiệt hoặc hơi nước được tạo ra bằng

cách đốt nguyên liệu để tạo ra năng lượng điện.

Đun sôiMáy phát điện

Hình 9 :Nhà máy đốt sinh khối

Chuyển hóa năng lượng

Hình 10 :Đưa nguyên liệu vào lò đốt

• Đầu tiên người ta vận chuyển nguyên

liệu tới nhà máy.

Chuyển hóa năng lượng

Hình 11: Quá trình đốt cháy

• Sau đó hỗn hợp nguyên liệu sẽ được đưa vào lò đốt • Giải phóng nhiệt, làm nóng nước trong các ống nối

với nồi hơi.

• Nước nóng được đưa tới bể chứa, tại đó biến thành

hơi nước.

Chuyển hóa năng lượng

Hình 12 :Hơi nước làm quay tubin

• Hơi nước làm quay tua bin khiến cho trục của

máy phát điện quay theo.

• Trong máy phát điện, có sự tương tác giữa nam

châm điện của roto chuyển động và cuộn dây

đồng của stato đứng yên tạo ra dòng điện.

Chuyển hóa năng lượng

Hình 13 : Hệ thống làm mát

Hơi nước đi qua bình ngưng, quá trình này biến nó ngược lại thành nước, nước này sau

đó được đưa ngược về bình chứa tạo thành

một vòng tuần hoàn khép kính.

Chuyển hóa năng lượng

Hình 14 : Hệ thống ống dẫn hơi

Chuyển hóa năng lượng

Video 1: Quy trình hoạt động của nhà máy

Chuyển hóa năng lượng

Ưu điểm

• Buồng đốt và vòi phun lửa đúc bằng thép hợp kim chịu nhiệt độ cao

1200℃, không bị oxi hóa, không biến dạng.

• Chức năng khống chế nạp liệu thông minh, điều chỉnh mức lửa • Thiết bị được điều khiển PLC, thao tác đơn giản, dễ dàng.

• Đa dạng nguồn cung cấp.

• Thiết kế chống tắc liệu, vận hành an toàn và ổn định • Ít tro, vệ sinh.

• Ít hư hại, hiệu suất cao, giúp giảm bớt hao tổn, tiết kiệm năng lượng.

Chuyển hóa năng lượng

Nhược điểm

• Đòi hỏi diện tích lớn.

• Cần đối tượng người vận hành có kỹ năng

• Không phù hợp với quy mô nhỏ: Lò đốt biomass không phù hợp với quy mô nhỏ, do đó không thể sử dụng cho các hộ gia đình hoặc các doanh nghiệp nhỏ.

Trong khí ở bãi chôn lấp

Chuyển hóa năng lượng

Hình 14 : Bãi chôn lấp

• Các vi sinh vật phân hủy sinh học sẽ tiêu thụ

các chất hữu cơ có trong rác thải và phát ra khí

methane (CH4), CO2 và các khí hữu cơ khác • Là phương pháp tuyệt vời cho việc quản lí

chất thải rắn.

27

Chuyển hóa năng lượng

Trong khí ở bãi chôn lấp

• Rác được chôn và phân tán để giúp cho vi khuẩn phân hủy chúng dễ

dàng hơn.

• Giai đoạn tiếp theo, các chất hữu cơ được tiêu hao bởi vi khuẩn, tạo ra khí metan và CO2

Trong khí ở bãi chôn lấp

Chuyển hóa năng lượng

• Đào sâu: 3-5m

• Rộng: Hàng trăm đến hàng nghìn m2

• Nhiệt độ: 20-40 độ C

Trong khí ở bãi chôn lấp

Chuyển hóa năng lượng

Ống gom khí

Chuyển hóa năng lượng

Trong khí ở bãi chôn lấp

• Khí metan và CO2 được sản xuất trong quá trình phân hủy này

• Các khí này được thu thập bằng các hệ thống thu khí, bao gồm các

ống dẫn khí và hệ thống thu khí.

• Khí metan được xử lý để loại bỏ các tạp chất như H2S và độ ẩm, sau đó được thu gom và sử dụng để tạo ra năng lượng

• Các chất thải còn lại được giữ trong bãi chôn lấp vẫn có thể giúp cho quá trình phân hủy tiếp tục tiến triển và tạo ra khí metan trong một

thời gian dài.

Trong khí ở bãi chôn lấp

Chuyển hóa năng lượng

Chuyển hóa năng lượng

Trong khí ở bãi chôn lấp

Video 2: Quy trình hoạt động của bãi chôn lấp

Chuyển hóa năng lượng

Trong khí ở bãi chôn lấp

• Giúp thành phố giải quyết rác thải, vệ sinh.

• Phòng chống, hạn chế dịch bệnh, bảo vệ sức khỏe cho con người • Yêu cầu chi phí vận hành không cao.

Ưu điểm

Chuyển hóa năng lượng

Trong khí ở bãi chôn lấp

• Cần diện tích lớn.

• Tăng mức độ ô nhiễm các nguồn nước, ô nhiễm nguồn đất.

• Việc thu gom, vận chuyển không triệt để chất rắn dẫn đến tình trạng mất mỹ quan đô thị.

Nhược điểm

Chuyển hóa năng lượng

Chuyển hóa năng lượng

Trong khí sinh học

• Hỗn hợp nước và bùn được đưa vào bể trộn thông qua khoang đầu vào.

• Tại bể phân hủy quy trình thực tế diễn ra 2 bước:

1 Vi sinh vật tác động lên chất hữu cơ tạo ra axit hữu cơ

2 Quá trình sinh metan tác động lên axit hữu cơ tạo ra khí sinh học

Chuyển hóa năng lượng

Trong khí sinh học

Hình 21 : Quá trình phân hủy

• Giai đoạn thủy phân

• Giai đoạn axit hóa (lên men kỵ khí)

• Quá trình axetat hóa

• Giai đoạn metan hóa

Chuyển hóa năng lượng

Trong khí sinh học

1.Giai đoạn thủy phân: Các chất hữu cơ được thủy phân bởi vi sinh vật để tạo ra các axit hữu cơ như axit axeticvà CO2.

Chất hữu cơ + Nước → Các axit hữu cơ + Khí Ví dụ:

C6H12O6 (Glucose) + H2O → 2 CH3COOH (Axit axetic) + 2 CO2

Chuyển hóa năng lượng

Trong khí sinh học

2 Giai đoạn axit hóa (lên men kỵ khí):Axit hữu cơ được chuyển đổi thành khí

mê-tanthông qua quá trình lên men kỵ khí Các vi khuẩn lên men kỵ khí sẽ

tiêu thụcác axit hữu cơ để sản xuất khí mê-tan, CO2và nước.

Ví dụ:

CH3COOH (Axit axetic) → CH4 (khí mê-tan) + CO2

Chuyển hóa năng lượng

Trong khí sinh học

• Kỵ khí là sử dụng vi sinh vật kỵ khí đểphân hủytrong điều kiện

không có oxytạo ra khí Co2 và CH4

• Các vi sinh vật tham gia là (Bacillus, Clostridium, Pseudomonas, Micrococcus)

• Quá trình sinh học kỵ khí hầu hết tồn tại trong chất thải hữu cơ.

Chuyển hóa năng lượng

Trong khí sinh học

3.Quá trình axetat hóa: Axit axeticchuyển đổi thành muối axetat bền hơn Từ đó giúp tăng hiệu suấtchuyển đổi thành khí metan trong giai đoạn metan hóa.

Ví dụ :

CH3COOH (Axit axetic) + H2O → CH3COO- (muối axetat) + H3O+

Chuyển hóa năng lượng

Trong khí sinh học

4.Giai đoạn metan hóa: Các vi khuẩn metanogenchuyển đổi khí CO2và

muối axetatthành khí mê-tantrong giai đoạn metan hóa Ví dụ:

CH3COO- (muối axetat) + H+ → CH4 (khí mê-tan) + CO2 + H2O

Chuyển hóa năng lượng

Chuyển hóa năng lượng

Trong khí sinh học

Ưu điểm

•Hầm ủ biogas giúp tiết kiệm chi phí sử dụng nhiên liệu đốt •Giải quyết được vấn đề chất thải của động vật.

•Giúp hạn chế các bệnh lý nơi người và gia súc.

•Chất thải rắn và chất thải lỏng từ bã thải có thể làm nguồn phân bón tuyệt vời cho cây trồng và các loại rau.

Chuyển hóa năng lượng

Trong khí sinh học

Nhược điểm

•Hầm ủ bằng gạch có thể bị lún, nứt sau một thời gian sử dụng •Khả năng rò rỉ khí gas cao

•Sau vài năm sử dụng, những liên kết giữa gạch và xi măng có thể bị ăn mòn khiến bề mặt bê tông bị bong tróc, xuống cấp.

Ưu nhược điểm của năng lượng sinh khối

47

Ưu điểm

•Giảm lượng khí thải•Khả năng địa phương hóa

•Tiềm năng phát triển cao

48

Ưu điểm

Tài nguyên tái tạo, đa dạng:

• Sinh khối được sản xuất từ các nguồn tài nguyên tái tạo như rừng, cây trồng, phế thải nông nghiệp, bãi rác,cỏ khô,…Do đó, năng

lượng sinh khối là một nguồn năng lượng tái tạo và bền vững.

Ưu điểm

Tài nguyên tái tạo, đa dạng:

Số tấn bã mía cần sử dụng = (Sản lượng điện sinh ra trong năm x 10^6) / (năng lượng

tiêu thụ trung bình của một tấn bã mía x 8760)

Ưu điểm

Giảm lượng khí thải

• Tỷ lệ giảm khí thải CO2 từ sản xuất năng lượng sinh khối so với các nguồn năng lượng hóa thạch có thể dao động từ

khoảng 60-90%.

Ưu điểm

Khả năng địa phương hóa:

• Nguồn nguyên liệu để sản xuất năng lượng sinh khối thường có sẵn tại địa phương như rơm, bã mía, mùn cưa, rác thải hữu cơ,…

• Giảm chi phí vận chuyển.

• Tạo công việc cho người dân địa phương.

Ưu điểm

Tiềm năng phát triển cao:

• Tiềm năng phát triển mạnh mẽ trong tương lai

• Các công nghệ sản xuất ngày càng được cải tiến, đưa ra những giải pháp tối ưucho các vấn đề môi trường và kinh tế.

Nhược điểm

•Chi phí đầu tư ban đầu cao

•Vấn đề quản lý

54

Nhược điểm

Chi phí đầu tư ban đầu cao

55

Nhược điểm

Độ ổn định không cao:

•Yếu tố chính là do nguồn nguyên liệu sử dụng để sản xuất năng

lượng sinh khối

•Nguồn nguyên liệu không ổn định hoặc bị ảnh hưởng bởi các tác

động từ môi trường như thiên tai, thảm họa, thay đổi khí hậu thì

sản lượng năng lượng sinh khối sẽ bị ảnh hưởng và không ổn định

56

Nhược điểm

Ảnh hưởng tài nguyên nước

•Quá trình sản xuất yêu cầu sử dụng lượng nước lớn để sản xuất hơi

nước làm mát các thiết bị.

• Việc sử dụng nước trong quá trình sản xuất này có thể ảnh hưởng đến

nguồn nước sạch và gây ra sự cạnh tranh về tài nguyên nước.

57

Nhược điểm

Vấn đề quản lý:

•Việc quản lý và vận hành nhà máy năng lượng sinh khối cũng đòi

hỏi kỹ năng và kinh nghiệm chuyên môn, nếu không được quản

lý tốt, sẽ dẫn đến các vấn đề về an toàn và môi trường.

58

Thuận lợi và khó khăntrong việc sản xuất

nhiên liệu sinh khối

59

Nguồn nguyên liệu dồi dào

Điều kiện kỹ thuật

Đa dạng hóa nguồn nhiên liệu

60

Tiềm năng trong việc sản xuất

Nguồn nhiên liệu dồi dào

• Như cây trồng, rơm rạ, cỏ, rác thải hữu cơ và các sản phẩm bỏ đi khác Có sẵn rất nhiều trên khắp thế giới.

• Ngành sản xuất nông nghiệp đang phát triển mạnh mẽ, sản

xuất ra rất nhiều nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh khối như bã cải đường, bã hèm, bã mía, bã lúa mạch và cỏ.Sản

lượng các loại nguyên liệu này rất lớn.

Tiềm năng trong việc sản xuất

Đa dạng hóa nguồn nhiên liệu

• Các nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh khối có tính đa dạng, đáp ứng nhiều nhu cầu khác nhau

• Ví dụ: bã mía có thể được sử dụng để sản xuất etanol, trong khi rơm rạvà cỏcó thể được sử dụng để sản xuất biogas.

Tiềm năng trong việc sản xuất

Tiềm năng trong việc sản xuất

Nguồn cung không ổn định

• Như cây trồng, rơm rạ, cỏ, rác thải hữu cơ và các sản phẩm bỏ đi khác Có sẵn rất nhiều trên khắp thế giới.

• Ngành sản xuất nông nghiệp đang phát triển mạnh mẽ, sản

xuất ra rất nhiều nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh khối như bã cải đường, bã hèm, bã mía, bã lúa mạch và cỏ.Sản

lượng các loại nguyên liệu này rất lớn.

Tiềm năng trong việc sản xuất

Điều kiện kỹ thuật

• Quá trình sản xuất như lên men và khử trùng yêu cầu nhiệt độ và độ ẩmcụ thể đảm bảo hiệu quảvà chất lượng.

• Đòi hỏi các công nghệ mới và quy trình sản xuất phức tạp,

đặc biệt là trong việc sản xuất nhiên liệu sinh học Tạo ra rào cản kỹ thuậtvà chi phí đầu tư ban đầu cao.

Tiềm năng trong việc sản xuất

Thiếu sự hỗ trợ tài chính

• Thiếu sự hỗ trợ tài chínhtừ các chính phủ và các tổ chức tài trợ

• Việc xây dựng các nhà máy sản xuất và các cơ sở hạ tầng cần đầu tư một khoản chi phí lớn, đôi khi gặp khó khăntrong

việc tìm nguồn tài trợ.

Tình hình triển khai ứng dụng trên

thế giới và Việt Nam

67

Tình hình triển khai ở Việt Nam

68

Tình hình triển khai ở Việt Nam

Nhà máy nhiệt điện sinh khối An Khê

• Địa điểm : Tại khu công nghiệp An Khê, huyện An Khê, tỉnh Gia Lai • Xây dựng : Bởi Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN)

• Hoạt động : 2016

• Công suất : 105 MW, sử dụng 1,2 triệu tấn rơm /năm

• Nhà máy sử dụng tài nguyên sinh khối như gỗ, rơm, bã mía, bã đậu nành,…

69

Tình hình triển khai ở Việt Nam

70

Tình hình triển khai ở Việt Nam

Nhà máy nhiệt điện sinh khối Dung Quất 1 và 2

• Được đầu tư: Bởi Tập đoàn T&T • Diện tích : Khoảng 30 ha

• Công suất : 50 MWcho nhà máy Dung Quất 1 : 50 MW cho nhà máy Dung Quất 2 • Sản xuất : 700 triệu kWh/năm

Sử dụng rơm bắp và cây công nghiệp là nguyên liệu để sản xuất điện.

71

Tình hình triển khai ở Việt Nam

Nhà máy nhiệt điện sinh khối Dung Quất 1 và 2

• Đem lại nhiều lợi ích kinh tế cho khu vực.

• Trước đó, đất tại nhà máy bị nhiễm độc hóa chất nặng, ảnh hưởng lớn tới môi trường và sức khỏe cộng đồng.

• Một dự án có tính bền vững cao và đóng góp tích cực cho việc phục hồi môi trường tại khu vực này.

72

Tình hình triển khai ở Việt Nam

Nhà máy nhiệt điện sinh khối khác

➢ Nhà máy nhiệt điện sinh khối Hòa Bình 1:

• Được xây dựng :Huyện Kỳ Sơn, tỉnh Hòa Bình, • Công suất: 30 MW

➢ Nhà máy nhiệt điện sinh khối Sông Hậu 1:

• Được xây dựng: Xã Phú Hữu A, huyện Châu Thành, tỉnh Hậu Giang • Công suất: 12 MW

73

Tình hình triển khai ở Việt Nam

Mục tiêu của Việt Nam năm 2030

Tình hình triển khai trên thế giới

Hình 26 : Thông tin các nhà máy trên thế giới

Tình hình triển khai trên thế giới

Nhà máy biogas Skogn

Vị trí : Khu vực miền trung Na Uy

Quy mô : Xử lý khoảng 50.000 tấn rác / năm.

Sản xuất : 23 triệu kwh điện/ năm, đáp ứng 4.600 hộ gia đình Na Uy.

Quản lý và vận hành : Skogn AS, một trong những công ty hàng đầu tại châu Âu trong lĩnh vực sản xuất năng lượng bền vững từ rác thải hữu cơ.

Hình 27 : Nhà máy Skogn

Tình hình triển khai trên thế giới

➢ Châu Âu: Châu Âu đi đầu trong việc sử dụng năng lượng sinh khối Thống kê của Hiệp hội Năng lượng sinh khối Châu Âu (Bioenergy Europe), năm 2020, năng

lượng sinh khốiđã đóng góp khoảng 13% vào sản lượng điện của Châu Âu Châu Âu cũng có một mục tiêu tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo lên tới 32% vào năm 2030, trong đó năng lượng sinh khối sẽ đóng vai trò quan trọng.

➢ Bắc Mỹ: Tại Bắc Mỹ, năng lượng sinh khối cũng đang được triển khai rộng rãi ở các quốc gia như Mỹ và Canada Hiện nay, Mỹlà quốc gia sử dụng năng lượng sinh khối lớn nhất thế giới, với sản lượng đạt 69 triệu tấn năm 2020.

77

Tình hình triển khai trên thế giới

➢ Trung Quốc: Trung Quốc đang đẩy mạnh phát triển năng lượng tái tạo sử dụng năng lượng sinh khối Năm 2020, Trung Quốc đã sản xuất khoảng 34 triệu tấn

nhiên liệu sinh học, gấp đôi số liệu năm 2015

➢ Châu Phi: Tại Châu Phi, năng lượng sinh khối cũng đang được sử dụng để giải quyết vấn đề năng lượng và môi trường Đặc biệt là ở khu vực Đông Phi, nơi mà nguồn năng lượng sinh khối phong phú.

78

Cảm ơn mọi người đã lắng nghe !

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TÀI LIỆU THAM KHẢO