Báo cáo thực tập
LỜI MỞ ĐẦU
Năng lượng đóng vai trò rất quan trọng trong việc phát triển kinh tế của mỗi
quốc gia. Vấn đề an ninh năng lượng hiện đang là vấn đề toàn cầu thu hút sự quan
tâm của mọi quốc gia trên thế giới. Sự phát triển bền vững của nền kinh tế mỗi quốc
gia phụ thuộc rất lớn vào việc đảm bảo an ninh năng lượng hay không. Trước tình
trạng năng lượng ngày càng khan hiếm trên thế giới, đặc biệt là các loại năng lượng
hoá thạch như dầu khí và than đá. Ngoài ra việc sử dụng quá nhiều nguồn năng lượng
hóa thạch - nguồn năng lượng không tái sinh đem lại hậu quả về môi trường là rất
lớn. Việt Nam theo đánh giá của Liên Hợp Quốc là một trong những quốc gia chịu
ảnh hưởng nặng nề của việc biến đổi khí hậu. Vì vậy việc tìm ra nguồn năng lượng
thay thế để có thể giúp cân bằng giữa phát triển kinh tế, vấn đề năng lượng và môi
trường là nhiệm vụ của mỗi quốc gia trên thế giới nói chung và của Việt Nam nói
riêng. Và năng lượng tái tạo là một giải pháp cho vấn đề trên.
Trong các dạng năng lượng tái tạo, Biogas là một năng lượng mới, thân thiện
với môi trường. Đây là năng lượng có được từ sự phân hủy của các chất hữu cơ trong
môi trường không có oxy có thể dùng để đun nấu, sưởi ấm, thắp sáng, tạo nguồn
phân bón sạch cho cây trồng.
Trong quá trình thực tập ở Trung tâm Công nghệ năng lượng và Vật liệu mới
thuộc Viện Khoa học năng lượng, Viện nghiên cứu cấp quốc gia trực thuộc Viện
Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Em đã lựa chọn đề tài “Tìm hiểu về tiềm năng
và hiện trạng sử dụng năng lượng Biogas tại thị xã Sơn Tây – thành phố Hà
Nội” làm đề tài báo cáo thực tập của mình.
Nội dung bài báo cáo gồm 3 phần chính sau:
Phần 1: Giới thiệu về đơn vị thực tập.
Phần 2: Cơ sở lý thuyết chung về năng lượng Biogas.
Phần 3: Tiềm năng và hiện trạng sử dụng năng lượng Biogas tại thị xã Sơn
Tây – Hà Nội.
Trong quá trình hoàn thành báo cáo, em không thể tránh khỏi những thiếu sót,
rất mong sự góp ý của thầy cô giáo.
Em xin chân thành cảm ơn Cô giáo Ngô Ánh Tuyết đã hướng dẫn tận tình để
GS, TS, các nhà khoa học và chuyên gia trình độ chuyên môn cao, nhiều kinh nghiệm
nghiên cứu khoa học, phát triển công nghệ và ứng dụng triển khai trong lĩnh vực
năng lượng trên mọi miền của đất nước. Viện hiện có quan hệ hợp tác với các Viện
nghiên cứu, các Trường đại học, các Tập đoàn điện lực, Tổng công ty, Công ty trong
lĩnh vực năng lượng ở trong nước cũng như quốc tế như: Liên bang Nga, Cộng hòa
Belarus, Trung Quốc, Nhật Bản, Cộng hòa Pháp, Thái Lan… Viện mong muốn và hy
vọng được hợp tác với nhiều cá nhân, tổ chức trong và ngoài nước trong lĩnh vực
nghiên cứu khoa học, phát triển công nghệ và ứng dụng triển khai trong lĩnh vực
năng lượng theo nguyên tắc bình đẳng, các bên cùng có lợi.
1.1.2. Chức năng và nhiệm vụ của Viện KHNL
• Nghiên cứu tổng hợp các nguồn tài nguyên năng lượng, điều kiện tự nhiên,
kinh tế-xã hội và môi trường để cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng chính
sách, chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển hệ thống năng lượng và an ninh
năng lượng quốc gia.
• Điều tra, đánh giá tiềm năng, nghiên cứu công nghệ khai thác và sử dụng các
nguồn năng lượng mới và tái tạo ở Việt Nam.
• Nghiên cứu phát triển công nghệ khai thác, biến đổi, truyền tải, phân phối và
sử dụng hiệu quả, tiết kiệm nhiên liệu-năng lượng.
Nguyễn Thị Lan Hương – Lớp Đ1QLNL 2
Báo cáo thực tập
• Nghiên cứu chế tạo các thiết bị và vật liệu mới trong năng lượng; tổ chức sản
xuất, kinh doanh, xuất nhập khẩu thiết bị, công nghệ và đầu tư trong lĩnh vực năng
lượng.
• Triển khai, ứng dụng và chuyển giao các kết quả nghiên cứu khoa học và
công nghệ mới; tổ chức sản xuất, kinh doanh, tư vấn dịch vụ trong điều tra, khảo sát,
lập quy hoạch, thiết kế và giám sát đầu tư xây dựng các công trình năng lượng và cơ
sở hạ tầng có liên quan.
• Thẩm định trình độ công nghệ, thẩm định đầu tư các công trình năng lượng.
• Tổ chức đào tạo sau đại học và đào tạo về chuyên môn, nghiệp vụ trong lĩnh
vực năng lượng.
công nghệ
Báo cáo thực tập
• Lãnh đạo Viện
Chức vụ Họ và tên
Viện trưởng TS. Ngô Tuấn Kiệt
Phó Viện trưởng ThS. Đoàn Văn Bình
Phó Viện trưởng KS. Đỗ Bình Yên
Phó Viện trưởng KS. Hoàng Hồng Việt
• Thường trực Hội đồng khoa học
Chức vụ Họ và tên
Chủ tịch TS. Nguyễn Đình Quang
Phó Chủ tịch ThS. Đoàn Văn Bình
Thư ký ThS. Nguyễn Thuý Nga
• Các đơn vị trực thuộc
- Phòng Quản lý tổng hợp
- Trung tâm Nghiên cứu Hệ thống năng lượng
- Trung tâm Công nghệ năng lượng và vật liệu mới
- Trung tâm Tư vấn và Phát triển năng lượng
- Trung tâm Năng lượng mới và tái tạo
- Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụng và Triển khai công nghệ
1.2. TÌM HIỂU VỀ TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG VÀ VẬT LIỆU
MỚI
1.2.1. Quá trình thành lập và cơ cấu tổ chức
Trung tâm Công nghệ năng lượng và Vật liệu mới là đơn vị trực thuộc Viện
Khoa học năng lượng ( tương đương cấp Phòng của Viện nghiên cứu khoa học thuộc
Chính Phủ ) trên cơ sở sắp xếp lại Phòng Biến đổi năng lượng và vật liệu mới, Phòng
Công nghệ tiết kiệm năng lượng theo quyết định số 137/QĐ-VKHNL ngày 14 tháng
7 năm 2008 của Viện Khoa học năng lượng.
Hiện nay, Trung tâm gồm có 14 cán bộ nghiên cứu, do TS Nguyễn Đình
Quang là giám đốc, KSC Trương Quốc Thành là Phó Giám đốc. Phó Viện trưởng Đỗ
• Chuyên nghiên cứu về Vật liệu kỹ thuật điện như vật liệu cách điện, vật liệu
có điện dung lớn, varistor và thiết bị chống sét.
• Nghiên cứu công nghệ sử dụng tiết kiệm năng lượng.
• Qui hoạch, thiết kế, tư vấn các công trình điện.
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ NĂNG LƯỢNG
BIOGAS – KHÍ SINH HỌC
Nguyễn Thị Lan Hương – Lớp Đ1QLNL 6
Báo cáo thực tập
2.1. NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
2.1.1. Khái niệm
Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh là năng lượng từ những nguồn liên
tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn.
Nguyên tắc cơ bản của việc sử dụng năng lượng tái sinh là tách một phần năng
lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa vào trong các sử
dụng kỹ thuật. Các quy trình này thường được thúc đẩy đặc biệt là từ Mặt Trời.
2.1.2. Phân loại
Phân loại năng lượng tái tạo theo nguồn gốc hình thành :
• Nguồn gốc từ bức xạ mặt trời : mặt trời, gió, thủy điện, sóng…
• Nguồn gốc từ nhiệt năng trái đất : địa nhiệt
• Nguồn gốc từ động năng hệ Trái đất – Mặt trăng : thủy triều
• Các nguồn năng lượng tái tạo nhỏ khác.
2.1.3. Tiềm năng năng lượng tái tạo ở Việt Nam
Bảng 2.1 : Tiềm năng năng lượng tái tạo ở Việt Nam
Tên Tiềm năng Hiện khai thác
Năng lượng gió 1800MW 125MW
Thủy điện nhỏ >4000MW 300MW
Năng lượng sinh khối >800MW 150MW
Địa nhiệt 340MW 0MW
Mặt trời 4-5kwh/m
2
năng khoảng 300 tỷ KW/h. Trong khi đó, tiềm năng kinh tế kỹ thuật có thể khai thác
được ước tính vào khoảng 80 tỷ KW/h, hiện mới chỉ được khai thác khoảng 15% trữ
lượng này, và hầu hết là ở các nhà máy thủy điện vừa và lớn như: Hoà Bình, Thác
Bà, Sông Hinh…
Hiện nay, thủy điện nhỏ cũng mới chỉ khai thác được 300MW/4000MW tiềm
năng.
- Năng lượng sinh khối
Tiềm năng sinh khối trong phát triển năng lượng bền vững ở Việt Nam cũng
khá lớn. Nguồn sinh khối ở Việt Nam chủ yếu là trấu, bã mía, sắn, ngô, sản phẩm có
dầu, gỗ, phân động vật, rác sinh học đô thị và các phụ phẩm nông nghiệp.
Tiềm năng năng lượng sinh khối của Việt Nam khoảng 43 - 46 triệu
TOE/năm, trong đó khoảng 60% là năng lượng gỗ củi (26 - 27 triệu TOE) và 40%
năng lượng rơm rác, phụ phẩm nông nghiệp (17 - 19 triệu TOE). Riêng năng lượng
khí sinh học, tiềm năng lý thuyết được đánh giá sơ bộ khoảng 0,4 triệu TOE/năm,
nhưng tiềm năng có thể khai thác được chỉ khoảng 10%.
Theo nghiên cứu của Bộ Công Nghiệp, tiềm năng sinh khối từ mía, bã mía là
200 – 250MW, trong khi trấu có tiềm năng tối đa là 100MW. Ngoại trừ mía đường,
các nguồn sinh khối khác vẫn chưa được khai thác để sản xuất điện.
- Địa nhiệt
Với khoảng trên 200 nguồn nước nóng có nhiệt độ từ 40-100
o
C, năng lượng
địa nhiệt được nhận định là một trong những nguồn năng lượng tái tạo đầy tiềm năng
của nước ta.
Nguyễn Thị Lan Hương – Lớp Đ1QLNL 8
Báo cáo thực tập
Những nơi có nguồn địa nhiệt lớn : Tu Bông (Khánh Hoà), Phú Sen ( Phú
Yên), Hội Vân (Bình Định), Nghĩa Thuận (Quảng Ngãi) và Kon Du (Kon Tum), Tây
Bắc, Đông Bắc, Bắc Bộ….Đây là những vùng các dự án địa nhiệt có tính khả thi rất
cao. Theo đánh giá của các chuyên gia, các nguồn nhiệt này có khả năng xây dựng
nhưng lại chưa tận dụng một cách triệt để nguồn năng lượng này.
Nhằm đáp ứng mục tiêu tăng trưởng và đảm bảo nhu cầu an ninh năng lượng,
Việt Nam cần xây dựng chiến lược và lộ trình phát triển các nguồn năng lượng mới
và tái tạo. Ưu tiên phát triển thuỷ điện nhỏ, điện gió, sử dụng các phụ phẩm nông
nghiệp, rác thải để phát điện, sử dụng năng lượng mặt trời để cấp nhiệt, sấy nông
sản, lọc nước sạch, phát triển các hầm khí sinh học để đun nấu trong nông thôn, góp
phần vào mục tiêu giảm phát thải hiệu ứng nhà kính, ứng phó tình trạng biến đổi khí
hậu toàn cầu. Đồng thời tìm kiếm, xác định các dự án có thể triển khai ở Việt Nam,
xác định cơ chế tài chính, chính sách hỗ trợ, đảm bảo cho các hoạt động khai thác, sử
dụng các nguồn năng lượng mới và tái tạo ở Việt Nam.
2.2. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG BIOGAS
2.2.1. Khái niệm về biogas
Nguyễn Thị Lan Hương – Lớp Đ1QLNL 9
Báo cáo thực tập
Biogas hay khí sinh học là sản phẩm khí sinh ra từ quá trình phân hủy của các
chất hữu cơ như phân người và động vật, bèo, rơm rạ, lá cây…trong môi trường
không có oxy.
Trong tự nhiên biogas sinh ra ở đầm lầy, đáy hồ ao tù đọng hay trong bộ máy
tiêu hóa của động vật.
2.2.2. Thành phần và nguyên liệu để sản xuất biogas
2.2.2.1. Thành phần
- Metan (CH
4
): 50% - 75%.
- Carbon dioxide (CO
2
): 25% - 50%.
- Nitrogen (N
2
): 0% - 10%.
- Nguyên liệu có nguồn gốc từ động vật: Thuộc loại này, phân người và
phân gia súc, gia cầm là phổ biến. Vì được xử lý trong bộ máy tiêu hoá nên phân dễ
phân huỷ và nhanh chóng cho KSH. Tuy vậy, thời gian phân huỷ phân không dài (2
- 3 tháng ) và tổng lượng khí thu được từ 1kg phân là không lớn. Phân trâu, bò, lợn
phân hủy nhanh hơn. Phân người và phân gà vịt phân hủy chậm hơn nhưng cho năng
suất cao hơn.
- Nguyên liệu có nguồn gốc thực vật: Các nguyên liệu thực vật gồm phụ
phẩm cây trồng như rơm rạ, thân lá ngô, khoai, đậu…và loại cây xanh hoang dại
như: bèo, các cây cỏ sống ở dưới nước…Các nguyên liệu thực vật có lớp vỏ cứng rất
khó bị phân huỷ. Vì vậy nguyên liệu càng già càng khó phân huỷ. Để cho quá trình
phân huỷ được thuận lợi, những nguyên liệu thực vật cần được xử lý trước (chặt,
băm, đạp nhỏ và ủ sơ bộ ) để phá vỡ lớp vỏ cứng và tăng diện tích bề mặt cho vi
khuẩn tấn công. Quá trình phân huỷ của nguyên liệu thực vật dài hơn so với phân (có
thể tới hàng năm). Do vậy nguyên liệu thực vật nên sử dụng theo cách nạp từng mẻ
nhỏ, mỗi mẻ kéo dài từ 3 – 6 tháng.
2.2.3. Bản chất của phương pháp kỵ khí và cơ chế tạo thành khí metan
Nguyễn Thị Lan Hương – Lớp Đ1QLNL 10
Báo cáo thực tập
2.2.3.1. Bản chất của phương pháp kỵ khí
Là các chất thải được phân hủy nhờ các vi sinh vật (VSV) trong điều kiện
hoàn toàn không có Oxi. Quá trình này được phân chia làm 2 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ cao phân tử được vi sinh vật chuyển thành các
chất có trọng lượng thấp hơn axit hữu cơ, đường glyxerin...( được gọi chung là
hydratcacbon).
- Giai đoạn 2: Là giai đoạn phát triển mạnh các loại vi khuẩn metan để
chuyển hầu như toàn bộ các chất hydrat cacbon thành CH
4
, CO
2
.
- Giai đoạn 2: Các axit hữu cơ, CO
2
, H
2
tiếp tục bị tác động bởi các vi khuẩn
metan:
CO
2
+ 4H
2
→ CH
4
+ 2H
2
O
CO + 3H
2
→ CH
4
+ H
2
O
4CO + 2H
2
→ CH
4
+ 3CO
2
4HCOOH → CH
4
diện quốc gia, chính quyền trung ương có thể quân bình được cán cân phân phối và
quân bình năng lượng và giảm thiểu được ngoại tệ do nhập cảng xăng dầu. Do đó,
hai lĩnh vực môi trường và kinh tế có được nhiều lợi ích nhất.
- Về lợi ích môi trường, khí methane sinh học (biomethane) là một loại năng
lượng sạch nhất tính đến ngày hôm nay. Methane là khí tạo ra ảnh hưởng nhà kính
gấp 21 lần khí carbonic. Nếu methane không được thu hồi từ các bãi rác, các đầm,
phế thải… sẽ là một nguồn ô nhiễm ảnh hưởng đến hiệu ứng nhà kính nhiều nhất.
Môi trường không còn mùi hôi thối, ruồi nhặng. Giảm lượng khí CO
2
thải ra
môi trường do quá trình phân hủy chất thải của động vật. 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 carbonic hàng năm.
Và một lợi ích không nhỏ cho môi trường nữa là, hệ thống sinh khí sẽ giải toả
được diện tích phế thải và tạo thêm nguồn thu nhập mới cho nông dân.
Ngoài ra, hầm biogas còn có thể sử dụng kết hợp làm nhà cầu vệ sinh, giúp cải
thiện môi trường và văn hóa ở nông thôn văn minh hơn. Biogas cũng góp phần làm
giảm nạn phá rừng ở các nước đang phát triển.
- Đứng về phương diện kinh tế, biogas ngày càng tăng trưởng sẽ giúp cho
nhu cầu sử dụng năng lượng trong nước ổn định hơn và dần dần thay thế một số
lượng không nhỏ các loại năng lượng hoá thạch đang dùng. Kỹ thuật sản xuất không
phức tạp do đó có thể trải rộng khắp nông thôn. Đặc biệt nông dân có thể dùng biogas
trong phạm vi gia đình để có được độc lập về khí đốt và phụ phẩm của việc chuyển
đổi phân chuồng thành khí sẽ là một nguồn phân bón hữu cơ rất thích hợp trong việc
trồng trọt. Phụ phẩm khí sinh học có 2 dạng: nước thải lỏng gồm các chất hòa tan, lơ
lửng dùng để bón thúc và phụ phẩm đặc là phần lắng đọng ở đáy thiết bị khí sinh học
chủ yếu dùng để bón lót.
Mỗi năm chỉ tính riêng cho việc sử dụng khí đốt biogas và điện thắp sáng,
mỗi hộ gia đình nông thôn chỉ cần nuôi thường xuyên với qui mô 10 ÷ 15 con lợn
(m
3
/tấn)
Sản lượng
khí sinh học
(triệu
m
3
/năm)
Sản lượng
khí sinh học
(kTOE/năm)
Chất thải chăn nuôi 3.408 1.704
Phân lợn 24,20 100 2.420 1.210
Phân bò 14,40 40 576 288
Phân trâu 10,30 40 412 206
Phế thải nông nghiệp 2.960 1.480
Rơm 10,99 170 1.868 934
Các loại phế thải khác 4,55 240 1.092 546
Rác thải đô thị 290 155
Hà Nội 1,00 80 80 40
TP. Hồ Chí Minh 1,52 80 122 61
Hải Phòng 0,34 80 27 23,5
Đà Nẵng 0,36 80 29 14,5
Cần Thơ 0,40 80 32 16,0
Tổng cộng 6.658 3.339
( Nguồn: Viện Năng Lượng)
Chất thải chăn nuôi, rác thải đô thị và một số loại phế thải nông nghiệp có thể
sử dụng để sản xuất khí sinh học. Tổng sản lượng khí sinh học sẽ là 6.658 triệu
m
năng lượng điện (cho các động cơ đốt trong), làm chất đốt sinh hoạt, chế biến nông
sản, làm nhiên liệu chạy các động cơ máy nông nghiệp. Đại diện cho xu hướng này là
Ấn Độ và một số nước Châu Á.
3. Xu hướng thứ ba phát triển trên quy mô các bể phân hủy cỡ nhỏ, phục vụ
nhu cầu chất đốt sinh hoạt và thắp sáng trong phạm vi từ 1 đến 3 gia đình.
Trong đó, ở Việt Nam hiện trạng công nghệ biogas đang ứng dụng mạnh theo
xu hướng thứ 2 và thứ 3. Trong đó xu hướng thứ 3 hiện đang phát triển phổ biến và
đã đem lại những hiệu quả nhất định trong những năm qua.
Hầm khí sinh học là thiết bị thực hiện quá trình biến đổi sinh khối thành khí
sinh học. Một trong các yêu cầu quan trọng nhất đối với hầm khí sinh học là phải kín
để các chủng vi khuẩn kỵ khí hoạt động bình thường tạo ra metan.
Từ khi bắt đầu tìm ra khí sinh học đưa vào ứng dụng cho tới nay các mô hình
biogas đã không ngừng thay đổi nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng biogas
đã được nhiều quốc gia trên thế giới áp dụng, và cải tiến. Hiện nay, trên thế giới cũng
như ở Việt Nam đang sử dụng các loại hầm sinh khí có nắp đậy di động, loại hầm
sinh khí kiểu vòm cố định và loại hầm sinh khí kiểu túi đều có cấu tạo gồm các thành
phần chính là:
- Bộ phận phân huỷ: là nơi chứa nguyên liệu đảm bảo những điều kiện thuận
lợi cho quá trình phân huỷ kỵ khí sinh ra. Đây là bộ phận chủ yếu của thiết bị.
- Bộ phận chứa khí: khí sinh ra từ bộ phận phân huỷ được thu và chứa ở đây.
Yêu cầu cơ bản của bộ phận chứa khí là phải kín khí.
- Lối vào: Là nơi nạp nguyên liệu bổ sung vào bộ phận phân hủy.
- Lối ra: Nguyên liệu sau khi phân huỷ được lấy ra qua đây để nhường chỗ
cho nguyên liệu mới bổ sung vào.
- Lối lấy khí: khí được trích từ bộ tích khí tới nơi sử dụng qua lối lấy khí này.
Nguyễn Thị Lan Hương – Lớp Đ1QLNL 14
Copyright: Tài liệu đại học ©