Là một quốc gia đang trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, nhu cầu về năng lượng sử dụng cho các ngành công nghiệp và cho sinh hoạt ở Việt Nam ngày càng tăng. Trong khi các nguồn năng lượng truyền thống (thủy điện, than đá, dầu mỏ.) đang ngày càng khan hiếm. Theo dự báo, trữ lượng dầu thô của thế giới sẽ cạn kiệt vào khoảng năm 2050 – 2060. Sự phụ thuộc quá nhiều vào năng lượng hoá thạch gây ra những vấn đề: an toàn nguồn năng lượng, hiệu ứng nhà kính do khí thải và sự bất ổn về chính trị và chủ nghĩa khủng bố thế giới.
Những tiến bộ về khoa học và công nghệ của nhân loại đang đặt ra cho các nước trên thế giới phải quan tâm đến việc sản xuất và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) và quan tâm đến bảo vệ môi trường. Một trong số các nguồn NLTT đó là năng lượng sinh khối. Năng lượng sinh khối (NLSK) là nguồn năng lượng cổ xưa nhất đã được con người sử dụng khi bắt đầu biết nấu chín thức ăn và sưởi ấm.
Ngành nông nghiệp của Việt Nam có vị trí vô cùng quan trọng với tỷ trọng chiếm 20,3% trong toàn bộ nền kinh tế, 70% dân số làm nông nghiệp. Hiện nay, Việt Nam luôn nằm trong tốp các nước xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới. Trong quá trình canh tác nông nghiệp, bên cạnh các sản phẩm chính luôn tạo ra một lượng lớn phụ phẩm. Nếu không được quản lý tốt nguồn phụ phẩm này chúng sẽ biến thành lượng rác thải rất lớn và gây ô nhiễm môi trường.
Việc áp dụng đưa nguồn NLSK vào sử dụng không chỉ thay thế nguồn năng lượng hoá thạch mà còn góp phần xử lý chất thải rắn trong môi trường hiện nay.
Mặc dù ngành điện lực đã có rất nhiều cố gắng để cải thiện nhu cầu năng lượng phục vụ sinh hoạt và sản xuất, nhưng tình trạng thiếu điện trên toàn quốc, ở Việt Nam vẫn còn rất lớn.
Do đó, việc nghiên cứu và đưa ra phương án hợp lý để sử dụng hiệu quả các phụ phẩm sinh khối trong nông nghiệp làm nguồn năng lượng là rất cần thiết, không chỉ góp phần đảm bảo an ninh năng lượng mà còn làm giảm sức ép đến môi trường.
Hải Dương là tỉnh có điều kiện tự nhiên rất thuận lợi cho việc phát triển nông nghiệp do đó lượng phụ phẩm nông nghiệp cũng rất lớn. Tuy nhiên, cho tới nay chưa có một nghiên cứu nào thống kê cụ thể về số lượng, thành phần, và đặc biệt là nghiên cứu đề xuất phương án sử dụng nguồn sinh khối này một cách hiệu quả.
Xuất phát từ thực tế trên, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu đánh giá tiềm năng và phương án công nghệ sử dụng năng lượng sinh khối các phụ phẩm nông nghiệp tỉnh Hải Dương” với mục tiêu: Đánh giá tiềm năng NLSK các phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch từ canh tác lúa (trấu, rơm, rạ), từ sản xuất ngô (thân, lá, lõi bắp) và từ sản xuất lạc (thân, lá, vỏ củ) trên địa bàn tỉnh Hải Dương; trên cơ sở đó đề xuất phương án công nghệ sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng sinh khối này.
Nội dung chính của luận văn bao gồm:
1. Tìm hiểu hiện trạng sản xuất một số cây nông nghiệp (lúa, ngô, lạc) trên địa bàn tỉnh Hải Dương;
2. Nghiên cứu hiện trạng thu gom và sử dụng các phụ phẩm sau thu hoạch từ các cây nông nghiệp này;
3. Đánh giá tiềm năng NLSK các phụ phẩm này trên địa bàn tỉnh;
4. Đo đạc, phân tích một số chỉ tiêu môi trường không khí (CH4, CO2, CO) theo thời vụ và theo các giai đoạn phát triển của cây lúa;
5. Đề xuất phương án công nghệ sử dụng hiệu quả nguồn sinh khối này.
76 trang |
Chia sẻ: tuandn | Lượt xem: 3451 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Nghiên cứu đánh giá tiềm năng và phương án công nghệ sử dụng năng lượng sinh khối các phụ phẩm nông nghiệp tỉnh Hải Dương, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
LỜI MỞ ĐẦU
Là một quốc gia đang trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, nhu cầu về năng lượng sử dụng cho các ngành công nghiệp và cho sinh hoạt ở Việt Nam ngày càng tăng. Trong khi các nguồn năng lượng truyền thống (thủy điện, than đá, dầu mỏ...) đang ngày càng khan hiếm. Theo dự báo, trữ lượng dầu thô của thế giới sẽ cạn kiệt vào khoảng năm 2050 – 2060. Sự phụ thuộc quá nhiều vào năng lượng hoá thạch gây ra những vấn đề: an toàn nguồn năng lượng, hiệu ứng nhà kính do khí thải và sự bất ổn về chính trị và chủ nghĩa khủng bố thế giới.
Những tiến bộ về khoa học và công nghệ của nhân loại đang đặt ra cho các nước trên thế giới phải quan tâm đến việc sản xuất và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) và quan tâm đến bảo vệ môi trường. Một trong số các nguồn NLTT đó là năng lượng sinh khối. Năng lượng sinh khối (NLSK) là nguồn năng lượng cổ xưa nhất đã được con người sử dụng khi bắt đầu biết nấu chín thức ăn và sưởi ấm.
Ngành nông nghiệp của Việt Nam có vị trí vô cùng quan trọng với tỷ trọng chiếm 20,3% trong toàn bộ nền kinh tế, 70% dân số làm nông nghiệp. Hiện nay, Việt Nam luôn nằm trong tốp các nước xuất khẩu gạo lớn nhất thế giới. Trong quá trình canh tác nông nghiệp, bên cạnh các sản phẩm chính luôn tạo ra một lượng lớn phụ phẩm. Nếu không được quản lý tốt nguồn phụ phẩm này chúng sẽ biến thành lượng rác thải rất lớn và gây ô nhiễm môi trường.
Việc áp dụng đưa nguồn NLSK vào sử dụng không chỉ thay thế nguồn năng lượng hoá thạch mà còn góp phần xử lý chất thải rắn trong môi trường hiện nay.
Mặc dù ngành điện lực đã có rất nhiều cố gắng để cải thiện nhu cầu năng lượng phục vụ sinh hoạt và sản xuất, nhưng tình trạng thiếu điện trên toàn quốc, ở Việt Nam vẫn còn rất lớn.
Do đó, việc nghiên cứu và đưa ra phương án hợp lý để sử dụng hiệu quả các phụ phẩm sinh khối trong nông nghiệp làm nguồn năng lượng là rất cần thiết, không chỉ góp phần đảm bảo an ninh năng lượng mà còn làm giảm sức ép đến môi trường.
Hải Dương là tỉnh có điều kiện tự nhiên rất thuận lợi cho việc phát triển nông nghiệp do đó lượng phụ phẩm nông nghiệp cũng rất lớn. Tuy nhiên, cho tới nay chưa có một nghiên cứu nào thống kê cụ thể về số lượng, thành phần, và đặc biệt là nghiên cứu đề xuất phương án sử dụng nguồn sinh khối này một cách hiệu quả.
Xuất phát từ thực tế trên, chúng tôi lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu đánh giá tiềm năng và phương án công nghệ sử dụng năng lượng sinh khối các phụ phẩm nông nghiệp tỉnh Hải Dương” với mục tiêu: Đánh giá tiềm năng NLSK các phụ phẩm nông nghiệp sau thu hoạch từ canh tác lúa (trấu, rơm, rạ), từ sản xuất ngô (thân, lá, lõi bắp) và từ sản xuất lạc (thân, lá, vỏ củ) trên địa bàn tỉnh Hải Dương; trên cơ sở đó đề xuất phương án công nghệ sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng sinh khối này.
Nội dung chính của luận văn bao gồm:
Tìm hiểu hiện trạng sản xuất một số cây nông nghiệp (lúa, ngô, lạc) trên địa bàn tỉnh Hải Dương;
Nghiên cứu hiện trạng thu gom và sử dụng các phụ phẩm sau thu hoạch từ các cây nông nghiệp này;
Đánh giá tiềm năng NLSK các phụ phẩm này trên địa bàn tỉnh;
Đo đạc, phân tích một số chỉ tiêu môi trường không khí (CH4, CO2, CO) theo thời vụ và theo các giai đoạn phát triển của cây lúa;
Đề xuất phương án công nghệ sử dụng hiệu quả nguồn sinh khối này.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu chung
1.1.1. Khái quát sinh khối và năng lượng sinh khối
Sinh khối (SK) là các vật liệu hữu cơ có nguồn gốc từ sinh vật có khả năng tái tạo như cây cối, phân gia súc, … khi được đốt cháy năng lượng sinh học này được giải phóng dưới dạng nhiệt. SK được xem là một phần của chu trình cacbon. Cacbon từ khí quyển được biến đổi thành vật chất sinh học qua quá trình quang hợp của thực vật. Khi phân giải hoặc đốt cháy, cacbon quay trở lại khí quyển hoặc đất. Vì vậy cacbon khí quyển được giữ ở mức tương đối ổn định.
Năng lượng sinh khối (NLSK) là năng lượng được sản sinh từ nguồn SK. Bản chất của NLSK là năng lượng Mặt trời được lưu giữ trong SK thông qua quá trình quang hợp của cây cối để biến đổi CO2 thành hiđratcacbon (đường, tinh bột, xenlulô) là những hợp chất cấu tạo nên SK. Khi sử dụng các SK này xảy ra quá trình giải phóng năng lượng tích trữ trong các hiđratcacbon và phát thải CO2 vào khí quyển.
SK bao gồm nhiều dạng như thức ăn động vật, rơm rạ, vỏ trấu, gỗ vụn, chất thải từ thực phẩm ... và được phân thành 3 loại như trong Bảng 1.1
Bảng 1.1. Phân loại và các dạng sinh khối [3]
Phân loại
Dạng
Nguồn từ mùa màng
Thức ăn nuôi đông vật và cây tinh bột
Sinh khối chưa sử dụng
Rơm, vỏ trấu, gỗ vụn và chất thải từ gỗ
Chất thải sinh khối
Chất thải từ giấy, phân động vật, chất thải từ thực phẩm, chất thải từ xây dựng, chất thải lỏng và bùn cống
Trong cách dùng phổ biến hiện nay, hiểu theo nghĩa nhiên liệu thì sinh khối (biomas) là nhiên liệu rắn trên cơ sở SK, còn nhiên liệu sinh học (biofuel) là những nhiên liệu lỏng được lấy từ SK và khí sinh học (biogas) là sản phẩm của quá trình phân giải yếm khí của các chất hữu cơ. Trong luận văn này chỉ đề cập đến nhiên liệu rắn từ các phụ phẩm của một số cây trồng.
1.1.2. Những con đường biến đổi sinh khối
Các nhiên liệu SK được sử dụng theo 2 con đường (Hình 1.1) đó là:
Đốt cháy trực tiếp để sinh nhiệt và điện;
Biến đổi thành những loại nhiên liệu khác tiện dụng hơn.
Nguồn SK rất đa dạng và phong phú vì vậy công nghệ NLSK cũng rất đa dạng. Các công nghệ NLSK có thể được chia làm 2 loại:
- Công nghệ biến đổi trực tiếp SK thành năng lượng hữu ích như việc đốt trực tiếp SK để phục vụ sinh hoạt và phục vụ sản xuất;
- Công nghệ trong đó SK được biến đổi thành các nhiên liệu thứ cấp khác như: đóng bánh SK, sản xuất than gỗ, khí hoá...
Các công nghệ được thực hiện thông qua 3 quá trình là vật lý, nhiệt hoá và sinh học (Hình 1.2).
Hình 1.2. Các con đường biến đổi sinh khối thành nhiên liệu [2]
Quá trình vật lý:
Thường sử dụng chất thải SK ở dạng gốc (vỏ dừa, chất hữu cơ phơi khô: mùn cưa, vỏ trấu…) đóng bánh với đường kính viên ép là 55 ÷ 65 mm, trọng lượng mỗi bánh từ 5 ÷ 50 kg. Chất lượng cháy, hiệu suất thu hồi nhiệt cao hơn khi đốt củi hoặc đốt than hầm.
Về phương diện kinh tế giá thành vẫn còn cao so với đốt vật liệu trước khi ép. Tuy nhiên, quá trình này tạo thuận lợi cho việc vận chuyển vì thể tích chất phế thải được thu nhỏ.
Quá trình nhiệt hoá
- Đốt cháy: Đốt là quá trình xử lý biến đổi SK hoặc chất thải thành nhiệt và hơi nước. Năng lượng được sản xuất ra thường chỉ là một sản phẩm thứ cấp bên cạnh quá trình này. Mặt khác nhiệt và hơi nước sản xuất ra có thể biến đổi sang điện hoặc được trực tiếp sử dụng như nguồn năng lượng. Các hệ thống đốt SK chủ yếu được thiết kế cho gỗ và phụ phẩm nông nghiệp. Trong nhiều nước công nghiệp phát triển, chất thải rắn cũng được đốt để giảm lượng chất thải và sử dụng năng lượng được tạo ra. Đây là công nghệ hiện đại vì vậy chi phí đầu tư cao;
- Khí hoá: Nhiệt độ trong quá trình khí hoá tương đối cao. Lượng không khí cung cấp vào quá trình này hạn chế (oxy hoá một phần) sẽ biến SK thành nhiên liệu khí (50% là N, 20% là CO và 15% H2). Khí tạo ra với nhiệt trị thấp, được sử dụng trong làm khô, kéo tuốcbin khí hoặc làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong;
- Nhiệt phân: Là quá trình biến đổi SK thành 3 phần: nhiên liệu lỏng, hỗn hợp khí gọi là “khí phát sinh” và các chất thải rắn. Quá trình nhiệt phân SK với nhiệt độ cao, mức độ oxy hoá thấp, không được cháy hoàn toàn do nhiệt phân nhanh và phát sáng.
Quá trình sinh học
- Lên men rượu: Đường, cặn và các chất hữu cơ xenlulô được biến đổi nhờ vi khuẩn và chuyển sang các sản phẩm có gốc rượu cồn. Sản phẩm êtanol tương đối tinh khiết sau khi được chưng cất. Công nghệ này phát triển rộng vì rượu được dùng phổ biến . Do đòi hỏi vốn đầu tư lớn và cần nhiều nguyên liệu đầu vào nên công nghệ lên men chưa có hiệu quả cao;
- Phân giải yếm khí: Ủ chất thải trong hầm là một quá trình vi sinh tự nhiên làm phân huỷ chất hữu cơ trong điều kiện yếm khí (thiếu oxy). Điều này xảy ra ở các hệ thống không được kiểm soát như trong các đống phế thải, các bãi rác hoặc trong điều kiện có kiểm soát (như các lò khí sinh học, các bãi rác có kiểm soát v.v…). Mục đích chính của công nghệ yếm khí là tạo ra khí năng lượng cao (chứa đến 70% khí CH4); tạo ra phân và làm giảm ô nhiễm môi trường. Quá trình yếm khí được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải công nghiệp và các chất thải dạng bùn sệt, phân dùng trong nông nghiệp. Việc xử lý chất thải rắn (các chất hữu cơ đã được phân tách ra) là ứng dụng tương đối mới, nhưng được phổ cập nhanh vì có ưu điểm là tạo ra năng lượng.
1.1.3. Những ưu điểm và hạn chế của nhiên liệu sinh khối
Ưu điểm:
Có khả năng tái tạo;
Được dự trữ trong nhiều nguồn;
Có khả năng lưu trữ: có thể được biến đổi thành dạng năng lượng khác ;
Hạn chế sự cạn kiệt của các nguồn năng lượng hoá thạch;
Hạn chế sự gia tăng ô nhiễm môi trường từ các chất thải của năng lượng hoá thạch;
Việc sử dụng NLSK giúp tận dụng được các chất thải SK góp phần làm sạch môi trường.
Trong Bảng 1.2 đưa ra một số các chỉ tiêu so sánh NLSK với các nguồn NLTT khác.
Bảng 1.2. Năng lượng sinh khối so với các nguồn năng lượng tái tạo khác [3]
Chỉ tiêu so sánh
Nguồn năng lượng
Mặt trời
Gió
Sinh khối
Tổng đầu tư (triệu USD)
1.830
12.700
6.300
Quy mô nhà máy (kW)
1.000.000
10.000.000
10.000.000
Tỷ lệ hoạt động hàng năm (%)
12
20
70
Công suất điện phát hàng năm (M kw/h)
1.100
17.500
61.300
Đơn vị đầu tư (USD/kW)
1,66
0,72
0,1
Hạn chế:
Hiệu suất sinh năng lượng thấp (7 ÷ 11%) do công nghệ sản xuất cũng như bản thân khả năng sinh năng lượng của các phụ phẩm SK;
Phụ thuộc vào mùa vụ, thời tiết, khí hậu;
Việc thu gom tập trung và lưu trữ gặp khó khăn;
Quá trình chuyển đổi năng lượng phức tạp;
Chịu sức ép từ các nhu cầu sử dụng SK khác.
1.1.4. Hàm lượng nước và năng suất nhiệt của sinh khối
1.1.4.1. Hàm lượng nước của sinh khối và lựa chọn quá trình chuyển đổi sinh khối
Hàm lượng nước trong SK được lấy từ polime tự nhiên. Giá trị hàm lượng nước khác nhau rất lớn phụ thuộc vào loại SK (giấy: 20%, chất thải động vật, chất cặn bã lên men rượu và bùn cống: 98 ( 99%).
Mối quan hệ giữa hàm lượng nước và năng suất nhiệt của SK được thể hiện trên Hình 1.3. Hàm lượng nước trong gỗ tươi khoảng 50%, khi phơi khô còn khoảng 30% và đến mức tối đa lượng nước còn khoảng 20%.
Hình 1.3. Hàm lượng nước và năng suất nhiệt của sinh khối [16]
Các SK có hàm lượng nước khác nhau có các quá trình chuyển đổi năng lượng khác nhau (Hình 1.4). Đối với những SK khô (dưới 50%) có thể đốt trực tiếp bằng lò hơi tạo hơi nước nóng để phát điện. Những SK có chứa hàm lượng nước cao (trên 75%) như: chất thải động vật, chất cặn bã lên men rượu và bùn cống hiệu quả sinh nhiệt thấp, nên phương pháp phổ biến hiện nay là quá trình lên men êtanol và khí mêtan.
Hình 1.4. Lựa chọn quá trình chuyển đổi SK theo hàm lượng nước [15]
1.1.4.2. Năng suất nhiệt của sinh khối
Năng suất nhiệt của SK bằng khoảng một nửa năng suất nhiệt của nhiên liệu hoá thạch tuy nhiên hàm lượng lưu huỳnh trong SK và tro gỗ rất thấp (Hình 1.5). Do vậy, sử dụng nguyên liệu SK có lợi cho môi trường hơn.
Hình1.5. So sánh một số thành phần trong nhiên liệu hoá thạch và SK [16]
Trong Bảng 1.3 đưa ra giá trị sinh nhiệt của nhiên liệu SK và nhiên liệu hoá thạch.
Bảng 1.3. Giá trị sinh nhiệt của nhiên liệu SK và nhiên liệu hoá thạch [3]
TT
Nguồn nhiên liệu
Độ ẩm %
Giá trị sinh nhiệt
MJ/Kg
Kcal/Kg
Nhiên liệu sinh khối
1
Gỗ (ướt, cắt cành)
40
10,9
2.604
2
Gỗ (khô, để nơi ẩm thấp)
20
15,5
3.703
3
Gỗ khô
15
16,6
3.965
4
Gỗ thật khô
0
20,0
4.778
5
Bã mía (với độ ẩm cao)
50
8,2
1.960
6
Bã mía (khô)
13
16,2
3.870
7
Than củi
5
29,0
6.928
8
Vỏ cà phê (khô)
12
16,0
3.823
9
Vỏ trấu (khô)
9
14,4
3.440
10
Vỏ lúa mì
12
15,2
3.631
11
Thân cây ngô
12
14,7
3.512
12
Lõi, bẹ ngô
11
15,4
3.679
13
Thân, vỏ lạc (khô)
12
14,3
3.415
14
Vỏ dừa
40
9,8
2.341
15
Sọ dừa
13
17,9
4.276
16
Phân gia súc đóng thành bánh
12
12,0
2.867
17
Rơm rạ
12 ( 20
14,6 ( 15,0
3.488 ( 3.583
18
Mùn cưa (gỗ)
12 ( 20
18,5 (19,0
4.420 ( 4.778
19
Vỏ hạt điều
11 (12
24,0 ( 25,0
5.056
Nhiên liệu hoá thạch
1
Than antracie
5 ( 6
31,4
7.502
2
Than bitum
5 ( 6
29,3
7.000
3
Than nâu
-
11,3
2.700
4
Than đá
-
25
5.972
5
Khí đốt (gas)
-
40
9.555
6
Dầu diezen
-
35
8.361
Dưới đây là hình dạng và kích cỡ một số vật liệu sinh khối (Hình 1.6)
Hình 1.6. Hình dạng và kích cỡ một vài vật liệu sinh khối
1.2.Tình hình nghiên cứu và sử dụng sinh khối trên thế giới
Những nước phát triển trong nhiều năm qua đã và đang thực hiện những chương trình rộng lớn về lĩnh vực phát triển các nguồn NLTT. Theo dự báo của cơ quan năng lượng thế giới đến năm 2020 tỷ lệ các nguồn NLTT trong cân bằng năng lượng thế giới sẽ đạt khoảng 20%, trong đó tỷ lệ SK là trên một phần ba.
Người ta thường áp dụng những phương pháp sau đây để biến đổi SK một cách kinh tế và hợp lý thành nhiên liệu và năng lượng thuận tiện.
Biến đổi nhiệt hoá (đốt trực tiếp, nhiệt phân, khí hoá);
Biến đổi theo công nghệ sinh học (thu được các loại cồn nguyên tử thấp);
Chế biến nhiệt hoá và cơ học thành nhiên liệu đóng bánh.
Phương pháp biến đổi nhiệt hoá đối với sinh khối là đốt trực tiếp
Trong nông nghiệp để sấy khô và tăng cường quạt gió cho nông phẩm người ta sử dụng rộng rãi các máy cấp nhiệt công suất từ 0,25 ( 2,5MW. Chúng được sản xuất ra để chạy bằng dầu hoặc khí hợp bộ với các thiết bị sấy trong đó có các thiết bị sấy lúa năng suất từ 2,5 ( 50T/h, chúng còn được sử dụng để sưởi cho gia cầm, ấp trứng, cho nhà kính... Song song với các công nghệ đốt trực tiếp người ta nghiên cứu triển khai các công nghệ đốt 2 giai đoạn, nhiên liệu rắn sơ bộ được khí hoá, còn khí thu được đốt trong lò. Việc đốt 2 giai đoạn càng ngày càng phổ biến rộng rãi bởi vì nó cho phép nghiên cứu triển khai các thiết bị hoạt động với hiệu suất cao, có tính linh hoạt hơn khi thay đổi các chế độ hoạt động của các thiết bị sử dụng nhiệt, ô nhiễm môi trường ít hơn và ít đòi hỏi về chất lượng nhiên liệu.
Ở Liên Bang Nga: những công tác thử nghiệm chủ yếu về đốt các phế liệu thảo mộc đã được tiến hành trên thiết bị thí nghiệm công suất 0,3 ( 0,5MW với thiết bị buồng đốt thử nghiệm công nghiệp công suất gần 1,5MW tại công ty nông nghiệp “Kavkaz” thuộc vùng Krasnodar và tại trạm thử nghiệm thuộc Viện Cơ giới hoá nông nghiệp L.B.Nga ở thành phố Armavir. Thiết bị buồng đốt công suất 1,5MW đã được nghiên cứu triển khai làm mẫu thử đầu tiên cho các thiết bị công suất lớn hơn (tới 5MW) và đã cho phép thực hiện các chế độ đốt cháy khác nhau đối với hàng loạt nhiên liệu với các đặc tính cơ lý khác biệt nhau và nhiệt trị khác nhau.
Tình hình sản xuất điện sinh học trên thế giới
Do sự gia tăng nhu cầu tiêu thụ điện năng đồng thời dần cạn kiệt các nguồn năng lượng như than, dầu mỏ ..., các nước trên thế giới đều hết sức quan tâm đến các nguồn NLTT. Tại Hội nghị quốc tế về các nguồn năng lượng mới tổ chức tại Bon (Đức), tổ chức Lương thực và Nông nghiệp của LHQ (FAO) cho rằng nên sử dụng các nguồn năng lượng sinh học (than củi, bã mía, rơm rạ, vỏ trấu, các chất dư thừa không dùng đến của nông nghiệp và lâm nghiệp..) nhằm tạo ra nhiệt lượng, khí gas, dầu sinh học, điện sinh học và gas sinh học. Ước tính tới năm 2020, sản lượng điện sinh học của thế giới là hơn 30.000 MW.
Hiện nay, trên thế giới có 3 phương pháp biến đổi thành điện sinh khối:
1. Sản xuất điện SK là việc sử dụng SK (biomass) để tạo ra điện năng. Phần lớn các nhà máy điện sinh học trên thế giới sử dụng hệ thống đốt SK trực tiếp để tạo hơi nước làm quay tuốc bin và sản sinh thành điện nhờ máy phát điện;
2. Loại sản xuất điện SK thứ hai cũng được quan tâm nhiều do có thể sử dụng các hệ thống đồng đốt cháy liên quan tới việc sử dụng SK như một nguồn năng lượng bổ sung trong các nồi hơi hiệu quả cao cho các nhà máy điện đốt than;
3. Loại thứ ba được quan tâm là hệ thống khí hoá sử dụng nhiệt độ cao và môi trường hiếm oxy để biến SK thành khí sinh học (hỗn hợp gồm hydro, CO và metan) để cung cấp nhiên liệu cho tuốc bin khí để sản xuất điện năng. Cũng có một số nhà máy điện sử dụng chu trình khác. Chẳng hạn, như nhiên liệu SK được biến thành các loại khí đốt điều áp, nóng với không khí trong buồng khí hoá và sau đó được đưa vào tuốc bin để sản xuất điện.
Mỹ hiện đang là nước sản xuất điện từ SK lớn nhất thế giới. Hơn 350 nhà máy điện sinh học sử dụng chất thải từ nhà máy giấy, nhà máy cưa, sản phẩm phụ nông nghiệp, cành lá từ các vườn cây ăn quả, sản xuất trên 7.500MW điện mỗi năm, đủ để cung cấp cho hàng triệu hộ gia đình, đồng thời tạo ra 66.000 việc làm. Với các công nghệ tiên tiến hiện đang được phát triển hiện nay sẽ giúp ngành điện SK tại Mỹ sản xuất trên 13.000MW vào năm 2010 và tạo thêm 100.000 việc làm. Năng lượng SK chiếm 4% tổng năng lượng được tiêu thụ ở Mỹ và 45% năng lượng tái sinh.
Ở Tây Ban Nha, nhà máy sản xuất điện sinh học từ cặn dầu ô-liu ở vùng Andalousie, có trị giá khoảng 20 triệu euro đã được đưa vào hoạt động. Tại đây cặn dầu ô-liu được xử lý thành nhiên liệu sinh học và nhiên liệu này được đốt để tạo điện năng. Các nhà máy điện sử dụng ô-liu tại Andalucia hiện sản xuất đủ điện cho khoảng 130.000 hộ gia đình. Ở châu Âu, các nhà khoa học đang nghiên cứu xây dựng các nhà máy sản xuất điện tương tự tại các vùng sản xuất nhiều dầu ôliu, như ở Bồ Đào Nha, Tây Ban Nha và Pháp...
Nước Nhật đã dự định tăng sản lượng điện năng SK từ 218.000 kW trong năm 2002 lên 330.000 kW tới năm 2010. Người ta đã ước tính rằng tác động kinh tế tổng thể như tạo ra công ăn việc làm và các phương tiện khác liên quan đến công nghiệp sinh khối có thể đạt đến 300 tỷ yên ở Nhật.
Một số ứng dụng khác
Cộng hoà Ấn độ: có diện tích đất canh tác là 99.972.000 ha, chiếm 57% diện tích đất tự nhiên, là một nước có sản lượng nông nghiệp tương đối cao nên phụ phẩm sau thu hoạch rất nhiều. Tuy nhiên, Ấn Độ có một số biện pháp tái sử dụng phụ phẩm nông nghiệp như: Rơm làm ván xây dựng, làm đệm lót bao bì đóng gói. Trấu được dùng làm nguyên liệu sản xuất axit pripionic, phenol, cresol, glucose, silicol carbie. Rơm, trấu cũng được sử dụng làm chất đốt sinh hoạt, làm thức ăn cho gia súc, sản xuất phân bón.
Trung Quốc: hàng năm, ngành công nghiệp luyện kim Trung Quốc sử dụng 10.000 tấn rơm làm vật liệu cách nhiệt. Có tới 50% sản lượng rơm của Trung Quốc được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất giấy. Có những thời kỳ, trấu cung cấp tới 80% năng lượng cho các hệ thống sấy nông sản của Trung Quốc (1 kg trấu tương đương với 0,23 lít dầu diesel), 50% sản lượng trấu được nghiền nhỏ dùng làm phối liệu sản xuất thức ăn chăn nuôi ở Trung Quốc.
1.3.Tình hình nghiên cứu sử dụng sinh khối trong nước
1.3.1. Tiềm năng SK của Việt Nam
Việt Nam có điều kiện tự nhiên thuận lợi với khí hậu nhiệt đới gió mùa, đây là điều kiện tốt cho sự phát triển của các loài thực vật. Việt Nam cũng là một nước nông nghiệp nên nguồn SK từ phụ phẩm nông nghiệp phong phú, dồi dào (Bảng 1.4 và Bảng 1.5).
Bảng 1.4. Tiềm năng năng lượng từ gỗ
Nguồn cung cấp
Tiềm năng
(triệu tấn)
Dầu tương đương (triệu toe)
Tỷ lệ
(%)
Rừng tự nhiên
6,842
2,390
27,2
Rừng trồng
3,718
1,300
14,8
Đất không rừng
3,850
1,350
15,4
Cây trồng phân tán
6,050
2,120
24,1
Cây công nghiệp & ăn quả
2,400
0,840
9,6
Phế liệu gỗ
1,649
0,580
6,6
TỔNG
25,090
8,780
100,0
( Nguồn: Viện năng lượng Việt Nam, 2005)
Bảng 1.5. Tiềm năng năn