Ch−¬ng sư dơng c¸c ngn n¨ng l−ỵng s¹ch 5.1 viƠn c¶nh sư dơng c¸c ngn n¨ng l−ỵng s¹ch Møc ®é tiªu thơ n¨ng l−ỵng lµ mét nh÷ng chØ sè quan träng ph¶n ¸nh tiỊm lùc kinh tÕ, qc phßng vµ møc sèng cđa mét qc gia Cho ®Õn nay, tut ®¹i bé phËn n¨ng l−ỵng cung cÊp cho c¸c ho¹t ®éng cđa ng−êi ®−ỵc sinh tõ viƯc ®èt ch¸y c¸c lo¹i nhiªn liƯu ho¸ th¹ch (than ®¸, dÇu má, khÝ má) ViƯc sư dơng c¸c ngn n¨ng l−ỵng ho¸ th¹ch nãi trªn ®· t¹o mét khèi l−ỵng khỉng lå c¸c chÊt g©y « nhiƠm nh− monoxide carbon (CO), dioxide carbon (CO2), oxide nit¬ (NOx), oxide l−u hnh (SOx), hydrocarbon (HC), bơi, v.v Tr−íc nguy c¬ c¹n kiƯt c¸c ngn n¨ng l−ỵng ho¸ th¹ch vµ hiĨm ho¹ « nhiƠm m«i tr−êng , nhiỊu qc gia ®· vµ ®ang ®Çu t− nh÷ng kho¶n ng©n s¸ch khỉng lå cho viƯc nghiªn cøu nh»m n©ng cao hiƯu qu¶ sư dơng c¸c ngn n¨ng l−ỵng trun thèng, ®ång thêi ph¸t hiƯn vµ nghiªn cøu gi¶i ph¸p sư dơng c¸c ngn n¨ng l−ỵng míi võa cã kh¶ n¨ng thay thÕ c¸c ngn n¨ng l−ỵng trun thèng võa kh«ng hc Ýt t¸c ®éng tiªu cùc ®Õn m«i tr−êng B¶ng 5-1 Dù b¸o c©n b»ng n¨ng l−ỵng thÕ giíi ®Õn n¨m 2050 [6] N¨m 1950 1960 1970 1985 2000 2050 Than ®¸ DÇu má 53 46 43 27 24 25 32 43 41 29 Tû lƯ [ % ] KhÝ má Nguyªn tư n¨ng 13 18 18 22 14 25 25 Thủ n¨ng 3,2 4,8 5,8 N¨ng l−ỵng t¸i t¹o 12 6 29 Trong dù b¸o c©n b»ng n¨ng l−ỵng thÕ giíi , c¸c ngn n¨ng l−ỵng t¸i t¹o (n¨ng l−ỵng mỈt trêi, n¨ng l−ỵng h¶i nhiƯt, n¨ng l−ỵng ®Þa nhiƯt, n¨ng l−ỵng giã) ®−ỵc dµnh cho mét vÞ trÝ ®Ỉc biƯt quan träng MỈc dï cho ®Õn nay, sù ph¸t triĨn c¸c ngn n¨ng l−ỵng t¸i t¹o ch−a cho phÐp gi¶i qut mét c¸ch nhanh chãng vµ triƯt ®Ĩ vÊn ®Ị ®Ỉt nh÷ng rµo c¶n vỊ c«ng nghƯ vµ kinh tÕ Tuy nhiªn, viƯc t¨ng c−êng nghiªn cøu vµ sư dơng chóng sÏ cã ¶nh h−ëng quan träng ®Õn t©m lý vµ ý thøc x· héi, gãp phÇn lµm thay ®ỉi thãi quen cđa ng−êi dïng vµ cã thĨ dÇn dÇn lµm thay ®ỉi c¸ch sèng ngµy cµng th©n thiƯn h¬n víi m«i tr−êng - Nhiªn liƯu dïng cho §C§T - 79 E ạo tái t g n ï g lư Năn 20 Thuỷ Năng lượng nguyên tử Khí đốt tự nhiên 10 Dầu mỏ Than đá 1950 1970 1990 2010 2050 H 5-1 S¶n l−ỵng vµ dù b¸o c©n b»ng n¨ng l−ỵng thÕ giíi ®Õn n¨m 2050 [6] [E] = triƯu tÊn nhiªn liƯu quy −íc 1) N¨ng l−ỵng mỈt trêi N¨ng l−ỵng mỈt trêi (Solar Energy) cã thĨ ®−ỵc coi lµ ngn n¨ng l−ỵng hoµn toµn s¹ch vµ v« tËn C¶n trë lín nhÊt ®èi víi sù ph¸t triĨn thiÕt bÞ ch¹y b»ng n¨ng l−ỵng mỈt trêi hiƯn lµ chi phÝ cho viƯc thu nhËn vµ l−u tr÷ n¨ng l−ỵng mỈt trêi cßn rÊt cao so víi c¸c ngn n¨ng l−ỵng trun thèng kh¸c C−êng ®é bøc x¹ mỈt trêi ®Õn bÇu khÝ qun cđa tr¸i ®Êt lµ 10130 Btu/ft2 ngµy (1353 kW/m2 ngµy) , nh−ng tíi mỈt ®Êt th× chØ cßn kho¶ng 85 % gi¸ trÞ trªn bÞ bÇu khÝ qun hÊp thơ vµ ph¸t t¸n mét phÇn NÕu tÝnh c¶ c¸c ngµy cã m©y, m−a th× c−êng ®é bøc x¹ thùc tÕ thu ®−ỵc trªn mỈt ®Êt cßn thÊp h¬n nhiỊu VÝ dơ trªn l·nh thỉ cđa Hoa kú, c−êng ®é bøc x¹ trung b×nh c¶ n¨m lµ 1400 Btu/ft2 ngµy [5] MỈc dï vËy, nhiỊu c«ng tr×nh nghiªn cøu sư dơng n¨ng l−ỵng mỈt trêi vÉn ®· vµ ®ang ®−ỵc tiÕn hµnh, nhiỊu hƯ thèng thiÕt bÞ ho¹t ®éng b»ng n¨ng l−ỵng mỈt trêi ®· vµ ®ang ®−ỵc khai th¸c H 5-2 giíi thiƯu mét ph−¬ng ph¸p sư dơng n¨ng l−ỵng mỈt trêi gäi lµ Solar Tower Concept N¨ng l−ỵng mỈt trêi ®−ỵc tËp trung vµo mét th¸p tÝch tơ trung t©m b»ng mét sè l−ỵng lín c¸c g−¬ng ph¶n chiÕu Theo tÝnh to¸n lý thut, nhiƯt ®é t¹i vïng tiªu ®iĨm cđa th¸p cã thĨ ®¹t tíi 500 ÷ 1000 0C Ngn nhiƯt n¨ng ®−ỵc tÝch tơ dù kiÕn ®−ỵc dïng ®Ĩ t¹o h¬i n−íc ch¹y turbine t¹i nhµ m¸y nhiƯt ®iƯn bè trÝ ë phÇn d−íi cđa th¸p C¸c nhµ khoa häc Mü ®· thiÕt kÕ nh÷ng nhµ m¸y ph¸t ®iƯn kiĨu nµy t¹i c¸c bang miỊn Nam cđa Hoa kú víi c«ng st 100.000 kW tõ mçi mile diƯn tÝch l¾p ®Ỉt g−¬ng ph¶n chiÕu - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 80 H 5-2 ViƠn c¶nh nhµ m¸y ®iƯn mỈt trêi ho¹t ®éng theo nguyªn lý Solar Tower Concept [5] - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 81 Mét nh÷ng h−íng sư dơng n¨ng l−ỵng mỈt trêi kh¸ hiƯu qu¶ vµ høa hĐn sù ph¸t triĨn m¹nh t−¬ng lai lµ ®Ĩ ch¹y c¸c lo¹i m¸y l¹nh gia dơng nh− m¸y ®iỊu hoµ kh«ng khÝ, tđ l¹nh gia ®×nh Nh− chóng ta ®· biÕt, c¸c m¸y l¹nh th«ng dơng hiƯn ho¹t ®éng b»ng ®iƯn n¨ng Nguyªn lý ho¹t ®éng cđa chóng nh− sau (H 5-3) : t¸c nh©n l¹nh (freon, ammonia, ) ë tr¹ng th¸i láng cã ¸p st vµ nhiƯt ®é cao tõ dµn nãng (cßn gäi lµ thiÕt bÞ ng−ng tơ) ®−ỵc ®Èy qua van d·n në ®Ĩ gi¶m ¸p st, sau ®ã ®−ỵc hót vµo dµn l¹nh (cßn gäi lµ thiÕt bÞ bay h¬i) T¹i dµn l¹nh, t¸c nh©n l¹nh láng sÏ ho¸ h¬i vµ thu nhiƯt tõ m«i tr−êng xung quanh ®Ĩ thùc hiƯn viƯc lµm l¹nh H¬i t¸c nh©n l¹nh dµn l¹nh ®−ỵc m¸y nÐn hót vµ nÐn lªn ¸p st cao h¬n råi ®Èy trë l¹i dµn nãng T¹i dµn nãng, h¬i t¸c nh©n l¹nh ®−ỵc lµm m¸t ®Ĩ ng−ng tơ trë l¹i tr¹ng th¸i láng råi l¹i ®−ỵc ®Èy tíi dµn l¹nh Nh− vËy, ®Ĩ m¸y l¹nh ho¹t ®éng liªn tơc, cÇn ph¶i liªn tơc cung cÊp ®iƯn n¨ng cho m¸y nÐn Cã thĨ sư dơng n¨ng l−ỵng mỈt trêi ®Ĩ ch¹y lo¹i m¸y l¹nh m« t¶ ë trªn b»ng c¸ch sư dơng c¸c tÊm pin mỈt trêi ®Ĩ t¹o ®iƯn n¨ng råi dïng ®iƯn n¨ng ®ã ®Ĩ ch¹y m¸y nÐn Tuy nhiªn ph−¬ng ¸n nµy Ýt hÊp dÉn vỊ ph−¬ng diƯn kinh tÕ Cã thĨ ¸p dơng ph−¬ng ¸n Ýt tèn kÐm h¬n b»ng c¸ch sư dơng m¸y l¹nh hÊp thơ H 5-4 thĨ hiƯn s¬ ®å nguyªn lý cđa m¸y l¹nh hÊp thơ, cßn H 5-6 - s¬ ®å hƯ thèng m¸y l¹nh hÊp thơ thùc tÕ ch¹y b»ng n¨ng l−ỵng mỈt trêi ë m¸y l¹nh hÊp thơ, ng−êi ta sư dơng mét cơm thiÕt bÞ gäi lµ phÇn hÊp thơ ®Ĩ thay thÕ m¸y nÐn h¬i t¸c nh©n l¹nh, c¸c bé phËn c¬ b¶n kh¸c t−¬ng tù nh− ë m¸y l¹nh th«ng dơng PhÇn hÊp thơ ®−ỵc cÊu thµnh tõ thµnh tè c¬ b¶n lµ : bé hÊp thơ, b¬m chÊt láng, bé t¹o h¬i vµ van tiÕt l−u (H 5-4) Tn hoµn phÇn hÊp thơ lµ mét dung dÞch cđa t¸c nh©n l¹nh vµ chÊt hÊp thơ Dung dÞch th−êng dïng hiƯn lµ ammonia (NH3) - n−íc (H2O), ®ã ammonia lµ t¸c nh©n l¹nh cßn n−íc lµ chÊt hÊp thơ hc dung dÞch n−íc (H2O) - lithium bromide (LiBr), ®ã n−íc lµ t¸c nh©n l¹nh cßn lithium bromide lµ chÊt hÊp thơ Nguyªn lý ho¹t ®éng cđa phÇn hÊp thơ nh− sau : dung dÞch m¹nh ( dung dÞch cã nång ®é t¸c nh©n l¹nh cao) ®−ỵc b¬m tõ bé hÊp thơ lªn bé t¹o h¬i, t¹i ®ã t¸c nh©n l¹nh sÏ ho¸ h¬i vµ t¸ch khái dung dÞch ®−ỵc cÊp nhiƯt tõ bªn ngoµi Tû lƯ h¬i t¸c nh©n l¹nh tho¸t khái dung dÞch phơ thc vµo lo¹i dung dÞch, nhiƯt ®é vµ ¸p st bé t¹o h¬i VÝ dơ : ®èi víi dung dÞch ammonia - n−íc, ë nhiƯt ®é 30 oC, ¸p st bar sÏ cã 71,5 % ammonia t¸ch ; cßn ë nhiƯt ®é 100 0C, 100 % ammonia sÏ t¸ch khái dung dÞch H¬i t¸c nh©n l¹nh ®−ỵc h×nh thµnh lµm cho ¸p st bé t¹o h¬i cao h¬n ¸p st bé hÊp thơ vµ h¬i ®ã ®−ỵc ®Èy ®Õn dµn nãng cđa m¸y l¹nh T¹i dµn nãng, h¬i t¸c nh©n l¹nh ®−ỵc lµm m¸t ®Ĩ ng−ng tơ thµnh thĨ láng, tiÕp ®ã t¸c nh©n l¹nh láng ®i qua van d·n në ®Ĩ vµo dµn l¹nh thùc hiƯn chøc n¨ng lµm l¹nh t−¬ng tù nh− ë m¸y l¹nh trun thèng - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 82 Qout Lỏng Hơi Dàn nóng Máy nén Win Van dãn nở Dàn lạnh Lỏng Hơi Qin H 5-3 S¬ ®å nguyªn lý m¸y l¹nh kiĨu hÊp thơ Q in Q out Lỏng Dàn nóng Hơi Bộ tạo Van dãn nở Van tiết lưu W in Bơm Dàn lạnh Lỏng Bộ hấp thụ Hơi Q in Phần hấp thụ H 5-4 S¬ ®å nguyªn lý m¸y l¹nh kiĨu hÊp thơ Bức xạ mặt trời H 5-5 Bé hÊp thơ n¨ng l−ỵng mỈt trêi Lớp cách nhiệt Ống dẫn nước nóng - Tấm hấp thụ Nắp che kính Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 83 - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 84 a ùc x Bư a ët ïm P Bo øi trơ ụ ht c í ät Nguồn lượng phụ trợ Bộ hấp thụ P Dung dòch đậm Dung dòch loãng Hơi nước Hệ thốn g điều hoà không khí kiểu hấp thụ H 5-6 S¬ ®å hƯ thèng m¸y l¹nh kiĨu hÊp thơ ch¹y b»ng n¨ng l−ỵng mỈt trêi Van ngả Két chứa nước nóng Hệ thống hấp thụ tích trữ năn g lượng mặt trời Bộ bay Môi chất làm lạnh Tác nhân lạnh lỏng Van dãn nở Tác nhân lạnh lỏng Bộ ngưng tụ Sau t¸c nh©n l¹nh ®· ho¸ h¬i, dung dÞch bé t¹o h¬i trë thµnh dung dÞch u (dung dÞch cã nång ®é t¸c nh©n l¹nh thÊp) vµ ®−ỵc ®Èy trë l¹i bé hÊp thơ, t¹i ®©y dung dÞch u sÏ hÊp thơ h¬i t¸c nh©n l¹nh ®Õn tõ dµn l¹nh ®Õn ®Ĩ trë l¹i thµnh dung dÞch m¹nh Qua m« t¶ ë trªn chóng ta thÊy, phÇn hÊp thơ ®· thùc hiƯn chøc n¨ng cđa m¸y nÐn h¬i m¸y l¹nh trun thèng Sù ho¹t ®éng cđa phÇn hÊp thơ cÇn ®Õn ngn n¨ng l−ỵng : nhiƯt n¨ng cung cÊp cho bé t¹o h¬i (Q in) vµ ®iƯn n¨ng cung cÊp cho m¸y b¬m (Win) , ®ã l−ỵng ®iƯn n¨ng ®Ĩ ch¹y b¬m dung dÞch thÊp h¬n rÊt nhiỊu so víi l−ỵng ®iƯn n¨ng tiªu thơ cho m¸y nÐn h¬i t¸c nh©n l¹nh tr−êng hỵp m¸y l¹nh trun thèng cã cïng c«ng st Theo T¹p chÝ " ThÕ giíi " - Sè 6, 18.02.2002, thµnh tùu míi nhÊt vỊ sư dơng n¨ng l−ỵng mỈt trêi lµ viƯc NASA chÕ t¹o vµ thư nghiƯm thµnh c«ng chiÕc m¸y bay kh«ng ng−êi l¸i ch¹y b»ng n¨ng l−ỵng mỈt trêi mang tªn "Helios" Trong lÇn bay thư ®Çu tiªn vµo th¸ng 7/2001, Helios ®· lªn ®Õn ®é cao 23183 m, bay cã thĨ ®¹t ®Õn vËn tèc 30 ÷ 50 km/h ChiÕc robot bay nµy cã träng l−ỵng 700 kg, chÞu lùc ®Èy cđa 14 c¸nh qu¹t g¾n vµo c¸c motor ®iƯn ch¹y b»ng n¨ng l−ỵng mỈt trêi C¸c giíi chøc kh«ng gian xem Helios nh− mét h×nh mÉu cho thÕ hƯ m¸y bay kiĨu míi, lo¹i m¸y bay cã thĨ bay l−ỵn hµng th¸ng rÊt cao trªn bÇu trêi 2) N¨ng l−ỵng h¶i nhiƯt N¨ng l−ỵng h¶i nhiƯt (Ocean Thermal Energy) lµ mét d¹ng n¨ng l−ỵng mỈt trêi ®−ỵc tÝch tr÷ c¸c líp n−íc gÇn bỊ mỈt ®¹i d−¬ng Do nhËn ®−ỵc n¨ng l−ỵng mỈt trêi, líp n−íc gÇn bỊ mỈt cđa ®¹i d−¬ng thc vïng nhiƯt ®íi cã nhiƯt ®é trung b×nh kho¶ng 28 0C , n−íc d−íi ®¸y ®¹i d−¬ng cã nhiƯt ®é trung b×nh kho¶ng 0C c¸c dßng h¶i l−u ch¶y tõ hai cùc cđa tr¸i ®Êt Sù chªnh lƯch nhiƯt ®é ®ã cã thĨ tËn dơng ®−ỵc ®Ĩ thu nhiƯt l−ỵng tõ n−íc biĨn ý t−ëng sư dơng n¨ng l−ỵng h¶i nhiƯt ®−ỵc Clause thùc thi lÇn ®Çu tiªn vµo nh÷ng n¨m 1920 ¤ng ®· dïng c¸c b×nh ch©n kh«ng ®Ĩ ho¸ h¬i n−íc biĨn nãng (n−íc trªn bỊ mỈt ®¹i d−¬ng) råi dïng h¬i n−íc ®ã ®Ĩ ch¹y turbine H¬i n−íc sau khái turbine sÏ ®−ỵc ng−ng tơ b»ng n−íc biĨn l¹nh (n−íc ®−ỵc b¬m lªn tõ c¸c tÇng s©u cđa ®¹i d−¬ng) Turbine ho¹t ®éng theo chu tr×nh Rankine hë vµ ®· ®¹t ®−ỵc c«ng st tõ 20 ®Õn 30 kW Nh−ỵc ®iĨm c¬ b¶n cđa ph−¬ng ¸n trªn lµ ph¶i tr× ¸p st thÊp toµn bé hƯ thèng §iỊu ®ã lµm cho turbine ph¶i cã kÝch th−íc lín h¬i n−íc cã thĨ tÝch riªng lín ë ¸p st thÊp §Ĩ kh¾c phơc nh−ỵc ®iĨm cđa ph−¬ng ¸n trªn, Anderson ®· ®Ị xt sư dơng chÊt láng cã ¸p st h¬i b·o hoµ cao nh− ammonia, propane, Freon-22 lµm m«i chÊt cho turbine ho¹t ®éng theo chu tr×nh Rankine kÝn M«i chÊt ®−ỵc sÊy nãng vµ ho¸ h¬i b»ng nhiƯt tõ n−íc biĨn nãng H¬i m«i chÊt ®−ỵc dÉn ®Õn turbine ®Ĩ d·n në sinh c«ng råi ®−ỵc ho¸ láng thiÕt bÞ ng−ng tơ b»ng n−íc biĨn l¹nh - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 85 Hơi môi chất công tác [ 70 F ] Turbine Nước bề mặt đại dương [ 80 F ] Bơm Nồi Bình ngưng Nước từ đáy đại dương [ 40 F ] H 5-7 S¬ ®å hƯ thèng thiÕt bÞ s¶n xt ®iƯn n¨ng b»ng n¨ng l−ỵng h¶i nhiƯt H 5-8 ViƠn c¶nh nhµ m¸y H¶i nhiƯt ®iƯn [5] - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 86 Máy phát điện 3) N¨ng l−ỵng ®Þa nhiƯt a) Turbine Giếng nước b) Thiết bò tách Turbine Dung dòch nước khoáng Thiết bò ngưng tụ Giếng nước nóng c) Turbine Chu trình môi chất trung gian Thiết bò ngưng tụ Bơm Giếng nước nóng H 5-9 S¬ ®å hƯ thèng thiÕt bÞ s¶n xt ®iƯn n¨ng b»ng n¨ng l−ỵng ®Þa nhiƯt - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 87 H 5-10 ViƠn c¶nh nhµ m¸y §Þa nhiƯt ®iƯn [5] - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 88 N¨ng l−ỵng ®Þa nhiƯt (Geothermal Energy) lµ ngn nhiƯt n¨ng tÝch tơ c¸c tÇng ®Þa chÊt lßng tr¸i ®Êt Ng−êi ta dù tÝnh cã thĨ khai th¸c ®−ỵc ngn ®Þa nhiƯt d−íi d¹ng c¸c dßng n−íc nãng hc h¬i n−íc phun lªn tõ ®é s©u ÷ 10 km víi nhiƯt ®é cã thĨ ®¹t tíi 400 0C H×nh 5-9 giíi thiƯu s¬ ®å hƯ thèng thiÕt bÞ sư dơng n¨ng l−ỵng ®Þa nhiƯt ®Ĩ s¶n xt ®iƯn n¨ng Ph−¬ng ¸n trªn H 5-9a ®−ỵc dïng víi ngn ®Þa nhiƯt d−íi d¹ng dßng h¬i n−íc qu¸ nhiƯt phun lªn tõ lßng ®Êt Víi ®é qu¸ nhiƯt cã thĨ ®¹t tíi 50 0C vµ ¸p st tíi 10 bar, dßng h¬i n−íc ®−ỵc dÉn trùc tiÕp vµo turbine h¬i n−íc ®Ĩ t¹o c¬ n¨ng vµ turbine sÏ dÉn ®éng m¸y ph¸t ®iƯn ®Ĩ t¹o ®iƯn n¨ng Ph−¬ng ¸n sư dơng ngn ®Þa nhiƯt m« t¶ ë trªn lµ ph−¬ng ¸n ®¬n gi¶n vµ cho hiƯu qu¶ cao nhÊt Tuy nhiªn, cho ®Õn c¸c ngn n¨ng l−ỵng ®Þa nhiƯt ®· ph¸t hiƯn ®−ỵc th−êng lµ lo¹i n−íc nãng Tû lƯ ph¸t hiƯn ngn n¨ng l−ỵng ®Þa nhiƯt d−íi d¹ng n−íc nãng gÊp kho¶ng 20 lÇn so víi d¹ng h¬i n−íc ViƯc sư dơng dßng n−íc nãng tù nhiªn ®Ĩ ch¹y turbine ph¸t ®iƯn vÉn cßn gỈp nhiỊu khã kh¨n vỊ kü tht v× dßng n−íc nãng tù nhiªn cã mỈt mét l−ỵng ®¸ng kĨ c¸c chÊt kho¸ng hoµ tan C¸c c¸nh b»ng vËt liƯu hiƯn cã cđa turbine sÏ bÞ ¨n mßn nhanh chãng lµm viƯc víi lo¹i m«i chÊt nh− vËy C¸c ph−¬ng ¸n ®−ỵc ®Ị xt ®Ĩ kh¾c phơc t×nh tr¹ng trªn ®−ỵc m« t¶ trªn H 5-9b - ph−¬ng ¸n FSS ( Flash Steam System) vµ trªn H 5-9c - ph−¬ng ¸n BC (Binary Cycle) Trong ph−¬ng ¸n FSS, dßng hçn hỵp n−íc - h¬i nãng tõ giÕng khoan ®−ỵc dÉn vµo thiÕt bÞ t¸ch h¬i, t¹i ®ã dßng hçn hỵp ®−ỵc tiÕt l−u ®Ĩ gi¶m ¸p, qua ®ã t¨ng tû lƯ h¬i n−íc Tõ ®ã h¬i n−íc ®−ỵc dÉn ®Õn turbine ®Ĩ ph¸t ®iƯn, cßn n−íc kho¸ng ®−ỵc sư dơng vµo nh÷ng mơc ®Ých kh¸c Trong ph−¬ng ¸n BC, hiƯn t−ỵng ¨n mßn turbine bëi c¸c chÊt kho¸ng ®−ỵc lo¹i bá hoµn toµn m«i chÊt c«ng t¸c cđa turbine lµ h¬i cđa c¸c chÊt láng dƠ bay h¬i nh− freon, amonia, propane , cßn dßng n−íc nãng ®−ỵc sư dơng ®Ĩ gia nhiƯt vµ ho¸ h¬i m«i chÊt láng Sù chªnh lƯch nhiƯt ®é gi÷a bỊ mỈt tr¸i ®Êt vµ c¸c líp kh«ng khÝ trªn cao còng cã thĨ coi lµ mét d¹ng n¨ng l−ỵng ®Þa nhiƯt cã thĨ khai th¸c TËp ®oµn n¨ng l−ỵng Enviromission cïng c¸c nhµ khoa häc cđa Australia dù ®Þnh x©y dùng mét nhµ m¸y ph¸t ®iƯn khỉng lå ho¹t ®éng b»ng ngn n¨ng l−ỵng ®Þa nhiƯt nãi trªn t¹i thÞ trÊn Muldura ë miỊn Nam Australia PhÇn chÝnh cđa nhµ m¸y lµ mét cét th¸p cã chiỊu cao gÊp lÇn chiỊu cao cđa th¸p Eiffel, ch©n th¸p cã diƯn tÝch b»ng mét s©n bãng ®¸ Bao quanh ch©n th¸p lµ mét m¸i nhµ kÝnh khỉng lå cã diƯn tÝch kho¶ng 30 km2 PhÝa th¸p sÏ cã 32 turbine ch¹y b»ng dßng kh«ng khÝ ®−ỵc t¹o bëi sù chªnh lƯch nhiƯt ®é gi÷a mỈt ®Êt vµ ®Ønh th¸p Theo kÕ ho¹ch, nhµ m¸y sÏ b¾t ®Çu ho¹t ®éng tõ n¨m 2005 víi c«ng st lµ 200.000 kW, ®¸p øng ®đ nhu cÇu ®iƯn cho kho¶ng 200.000 gia ®×nh Theo tÝnh to¸n th× gi¸ thµnh ®iƯn cđa nhµ m¸y ®iƯn lo¹i nµy sÏ cao h¬n so víi ®iƯn cđa nhµ m¸y ®iƯn ch¹y than hiƯn kho¶ng 20 % - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 89 4) Pin nhiªn liƯu Pin nhiªn liƯu (Fuel Cells) lµ mét lo¹i thiÕt bÞ cã chøc n¨ng biÕn ®ỉi mét c¸ch trùc tiÕp ho¸ n¨ng cđa nhiªn liƯu thµnh ®iƯn n¨ng Nh− chóng ta ®· biÕt, c¸c nhµ m¸y nhiƯt ®iƯn trun thèng, ®iƯn n¨ng ®−ỵc t¹o theo c¸c b−íc nh− sau : Ho¸ n¨ng cđa nhiªn liƯu → NhiƯt n¨ng → C¬ n¨ng → §iƯn n¨ng Trong qua tr×nh biÕn ®ỉi nãi trªn, c«ng ®o¹n biÕn ®ỉi nhiƯt n¨ng thµnh c¬ n¨ng ®éng c¬ nhiƯt lµ c«ng ®o¹n cã hiƯu st thÊp nhÊt Cã thĨ lo¹i bá c«ng ®o¹n trªn b»ng c¸ch biÕn ®ỉi trùc tiÕp ho¸ n¨ng cđa nhiªn liƯu thµnh ®iƯn n¨ng mét lo¹i thiÕt bÞ gäi lµ pin nhiªn liƯu H 5-11 giíi thiƯu s¬ ®å nguyªn lý cđa mét pin nhiªn liƯu kiĨu hydrogen (H2)oxygen (O2) Nhiªn liƯu (trong tr−êng hỵp nµy lµ H2) ®−ỵc cung cÊp vµo bng bªn tr¸i tiÕp gi¸p víi cathode, cßn O2 ®−ỵc dÉn vµo bng bªn ph¶i tiÕp gi¸p víi anode Anode vµ cathode ®−ỵc c¸ch ly b»ng chÊt ®iƯn ph©n Víi cÊu t¹o nh− trªn, qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cđa pin H2 - O2 sÏ diƠn c¸c qu¸ tr×nh ®iƯn - ho¸ nh− sau : Trªn anode : 2H2 → H+ + eTrªn cathode : H+ + e- + O2 → 2H2O Khi nèi anode víi cathode, c¸c ®iƯn tư ®−ỵc h×nh thµnh trªn anode sÏ ch¹y qua phơ t¶i ngoµi ®Õn cathode vµ t¹o dßng ®iƯn H 5-11 S¬ ®å cÊu t¹o cđa pin nhiªn liƯu H2 O2 Anode - Chất điện Cathode phân H 2O Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 90 5.2 «t« ch¹y b»ng nhiªn liƯu thay thÕ 5.2.1 §Ỉt vÊn ®Ị NÕu chØ xÐt tõ gãc ®é b¶o vƯ m«i tr−êng th× sư dơng «t« ch¹y b»ng n¨ng l−ỵng mỈt trêi vµ «t« ch¹y b»ng accu ®iƯn lµ gi¶i ph¸p triƯt ®Ĩ nhÊt cho t×nh tr¹ng « nhiƠm bëi khÝ th¶i cđa c¸c ph−¬ng tiƯn giao th«ng c¬ giíi hiƯn Trong thùc tÕ ®· cã hµng ngµn mÉu «t« ch¹y b»ng ®iƯn ®−ỵc sinh tõ c¸c tÊm pin mỈt trêi g¾n trùc tiÕp trªn «t« (sau ®©y gäi t¾t lµ «t« ®iƯn mỈt trêi) ®−ỵc thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o Tuy nhiªn, tÊt c¶ chóng míi chØ ®−ỵc coi lµ biĨu t−ỵng cđa kh¶ n¨ng vµ qut t©m b¶o vƯ m«i tr−êng cđa ng−êi Cßn rÊt nhiỊu vÊn ®Ị kü tht, kinh tÕ vµ x· héi cÇn gi¶i qut ®Ĩ «t« ®iƯn mỈt trêi cã thĨ trë thµnh ph−¬ng tiƯn giao th«ng th«ng dơng t−¬ng lai Thùc tr¹ng vµ viƠn c¶nh «t« ch¹y b»ng accu ®iƯn (sau ®©y gäi t¾t lµ «t« ®iƯn) cã nhiỊu mỈt kh¶ quan h¬n VỊ ph−¬ng diƯn b¶o vƯ m«i tr−êng, «t« ®iƯn thua kÐm xa «t« ®iƯn mỈt trêi nh−ng vÉn ®−ỵc xÕp vµo lo¹i «t« s¹ch (Zero Emission Vehicles - ZEV) ChÝnh v× vËy, «t« ®iƯn ®· ®−ỵc dµnh cho mét vÞ trÝ quan träng dù b¸o ph¸t triĨn ph−¬ng tiƯn giao th«ng c¬ giíi hiƯn vµ t−¬ng lai Tuy thÞ tr−êng «t« ®iƯn míi chØ chiÕm kho¶ng % nh−ng −íc tÝnh ®· cã kho¶ng triƯu «t« ®iƯn ®−ỵc s¶n xt hµng n¨m , chđ u lµ ë NhËt b¶n, Ch©u ¢u vµ B¾c Mü So víi «t« trun thèng («t« ch¹y b»ng ®éng c¬ x¨ng, ®éng c¬ diesel) th× «t« ®iƯn cã nh−ỵc ®iĨm c¬ b¶n lµ tr÷ l−ỵng n¨ng l−ỵng thÊp (kh¶ n¨ng chøa ®iƯn cã h¹n cđa accu ®iƯn vµ sè l−ỵng accu ®iƯn cã thĨ l¾p ®Ỉt trªn «t«) vµ gi¸ thµnh cao HiƯn nay, gi¸ mét «t« ®iƯn cao h¬n kho¶ng 30 ÷ 40 % so víi «t« trun thèng Tr÷ l−ỵng n¨ng l−ỵng thÊp (kho¶ng 100 lÇn thÊp h¬n «t« trun thèng) lµm cho tèc ®é, tÝnh n¨ng t¨ng tèc vµ cù ly ho¹t ®éng gi÷a hai lÇn n¹p ®iƯn cđa «t« ®iƯn bÞ h¹n chÕ NÕu xÐt mét c¸ch toµn diƯn, ®ã cã c¶ kh¶ n¨ng ph¶i hủ bá hµng ngµn d©y chun chÕ t¹o vµ l¾p r¸p «t« hiƯn th× «t« trun thèng vÉn lµ mét lo¹i ph−¬ng tiƯn giao th«ng c¬ giíi ch−a cã ®èi thđ vµ hµng triƯu chiÕc «t« ch¹y b»ng ®éng c¬ ®èt trªn c¸c nỴo ®−êng vÉn sÏ lµ nh÷ng h×nh ¶nh quen thc cho nhiỊu thÕ hƯ mai sau VÊn ®Ị cßn l¹i lµ ph¶i hoµn thiƯn nh÷ng chiÕc «t« ®ã nh− thÕ nµo ®Ĩ h¹n chÕ ®Õn møc thÊp nhÊt nguy c¬ « nhiƠm m«i tr−êng, ®ång thêi n©ng cao hiƯu st sư dơng n¨ng l−ỵng ®Ĩ ®Èy lïi nguy c¬ c¹n kiƯt ngn nhiªn liƯu trun thèng C¸c gi¶i ph¸p kü tht nh»m n©ng cao chÊt l−ỵng qu¸ tr×nh ch¸y nhiªn liƯu vµ xư lý khÝ th¶i ®−ỵc giíi thiƯu ch−¬ng ®· ®¸p øng ®−ỵc nh÷ng yªu cÇu cđa c¸c bé lt b¶o vƯ m«i tr−êng ngµy cµng kh¾t khe nh−ng ch−a ®đ ®Ĩ cã ®−ỵc nh÷ng lo¹i «t« "s¹ch" Gi¶i ph¸p cã tÝnh kh¶ thi nhÊt cho vÊn ®Ị ®Ỉt hiƯn vµ t−¬ng lai gÇn lµ sư dơng c¸c lo¹i nhiªn liƯu thay thÕ theo h−íng b¶o vƯ m«i tr−êng Nhiªn liƯu thay thÕ lµ tht ng÷ ®−ỵc dÞch tõ tht ng÷ substitutes hc tht ng÷ nonpetroleum fuels tiÕng Anh ®Ị cËp ®Õn c¸c lo¹i nhiªn liƯu cã thĨ - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 91 dïng ®Ĩ thay thÕ c¸c lo¹i nhiªn liƯu gèc dÇu má th«ng dơng nh− x¨ng vµ dÇu diesel HiƯn chóng ta ®· cã mét danh s¸ch dµi c¸c lo¹i nhiªn liƯu thay thÕ vµ danh s¸ch ®ã vÉn tiÕp tơc ®−ỵc bỉ sung cïng víi sù ph¸t triĨn cđa khoa häc-c«ng nghƯ, vÝ dơ : etanol (C2H5OH), metanol (CH3OH), khÝ ®èt tù nhiªn, khÝ ®èt nh©n t¹o, x¨ng nh©n t¹o, nhò t−¬ng n−íc - nhiªn liƯu, khÝ ho¸ láng, hydrogen (H2), amonnia(NH3), dÇu h¹t c¶i, D−íi ®©y lµ mét sè th«ng tin chän läc vỊ −u, nh−ỵc ®iĨm vµ viƠn c¶nh ph¸t triĨn cđa «t« ch¹y b»ng nh÷ng lo¹i nhiªn liƯu thay thÕ cã nhiỊu høa hĐn nhÊt hiƯn vµ t−¬ng lai gÇn 5.2.2 «t« ch¹y b»ng khÝ ®èt 5.2.2.1 S¬ l−ỵc vỊ khÝ ®èt KhÝ ®èt hay Nhiªn liƯu khÝ lµ nh÷ng chÊt ch¸y ®−ỵc vµ ch¸y to¶ nhiỊu nhiƯt KhÝ ®èt tån t¹i ë tr¹ng th¸i khÝ ®iỊu kiƯn ¸p st vµ nhiƯt ®é khÝ qun trªn mỈt ®Êt C¨n cø vµo ngn gèc, cã thĨ ph©n biƯt nhãm khÝ ®èt : khÝ ®èt nh©n t¹o vµ khÝ ®èt thiªn nhiªn KhÝ ®èt nh©n t¹o lµ khÝ ®èt ®−ỵc ng−êi t¹o b»ng c¸ch khÝ ho¸ c¸c lo¹i nhiªn liƯu r¾n, nhiªn liƯu láng hc lµ s¶n phÈm phơ cđa c¸c qu¸ tr×nh c«ng nghƯ kh¸c VÝ dơ : khÝ lß ga, khÝ th¾p, khÝ than,khÝ −ít, khÝ dÇu, khÝ lß cao,v.v KhÝ ®èt thiªn nhiªn (natural gas) - cßn gäi lµ khÝ má - lµ lo¹i khÝ ®−ỵc khai th¸c tõ c¸c má khÝ ®èt hc má dÇu lßng ®Êt C¨n cø vµo ®Ỉc ®iĨm khai th¸c , cã thĨ ph©n biƯt c¸c lo¹i khÝ ®èt thiªn nhiªn : khÝ ®ång hµnh, khÝ kh«ng ®ång hµnh vµ khÝ hoµ tan KhÝ ®ång hµnh lµ khÝ tù cã c¸c má dÇu KhÝ kh«ng ®ång hµnh lµ khÝ ®−ỵc khai th¸c tõ c¸c má khÝ ®èt lßng ®Êt vµ kh«ng tiÕp xóc víi dÇu th« má dÇu KhÝ hoµ tan lµ khÝ hoµ tan dÇu th« ®−ỵc khai th¸c tõ c¸c má dÇu B¶ng 5-1 Thµnh phÇn trung b×nh cđa khÝ ®èt thiªn nhiªn [2] N¬i khai Thµnh phÇn [ % ] th¸c CH4 C2H6 C3H8 C4H10 N2 CO2 Ph¸p 69,0 3,0 0,9 0,5 1,5 9,3 Algeria 83,7 6,8 2,1 0,8 5,8 0,2 §«ng ¢u 85,3 5,8 5,3 2,1 0,9 0,4 Iraq 56,9 21,2 6,0 3,7 7,1 Hoa kú 86,5 8,0 1,9 0,3 2,6 0,5 Indonesia 65,7 8,5 14,5 5,1 1,3 4,1 Thµnh phÇn cđa khÝ ®èt thiªn nhiªn cã thĨ rÊt kh¸c t thc vµo vÞ trÝ ®Þa lý cđa má khÝ hc má dÇu Tuy nhiªn chóng ®Ịu chøa chđ u lµ methane (CH4), ethane (C2H6), propane (C3H8), butane (C4H10) vµ mét l−ỵng nhá c¸c chÊt kh¸c nh− dioxide carbon (CO2), nit¬ (N2), v.v Ngoµi c«ng dơng lµm nhiªn liƯu nãi chung vµ - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 92 nhiªn liƯu cho §C§T nãi riªng, khÝ ®èt thiªn nhiªn cßn ®−ỵc sư dơng lµm nguyªn liƯu ®Ĩ s¶n xt ph©n ho¸ häc, vËt liƯu tỉng hỵp, x¨ng tỉng hỵp, v.v KhÝ ®èt thiªn nhiªn ®−ỵc ph©n bè hÇu nh− kh¾p ®Þa cÇu Theo −íc tÝnh, tr÷ l−ỵng khÝ ®èt thiªn nhiªn kho¶ng 130.000 tû m3, t−¬ng ®−¬ng víi tr÷ l−ỵng dÇu th« Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y, l−ỵng khÝ ®èt thiªn nhiªn ®−ỵc khai th¸c trªn toµn thÕ giíi ®¹t kho¶ng 1700 tû m3 / n¨m [2] 5.2.2.2 −u , nh−ỵc ®iĨm cđa «t« ch¹y b»ng khÝ ®èt ViƯc ®¸nh gi¸ −u, nh−ỵc ®iĨm cđa «t« ch¹y b»ng nhiªn liƯu thay thÕ ph¶i c¨n cø vµo nhiỊu tiªu chÝ, ®ã nh÷ng tiªu chÝ quan träng nhÊt bao gåm : møc ®é " s¹ch" (møc ®é g©y « nhiƠm m«i tr−êng), tÝnh n¨ng kü tht (c«ng st, hiƯu st cđa ®éng c¬) vµ tÝnh kinh tÕ (chi phÝ ®Çu t− ban ®Çu vµ chi phÝ khai th¸c) ¤t« ch¹y b»ng khÝ ®èt cã møc ®é ph¸t « nhiƠm rÊt thÊp so víi «t« ch¹y b»ng x¨ng NÕu gi÷ nguyªn tû sè nÐn, kÕt cÊu ®−êng èng n¹p , c¬ cÊu ph©n phèi khÝ vµ hƯ thèng ®¸nh lưa th× møc ®é ph¸t « nhiƠm cđa «t« dïng khÝ ®èt thÊp h¬n kho¶ng 50 % so víi «t« x¨ng cã cïng c«ng st NÕu ®éng c¬ ®−ỵc c¶i ho¸n ®Ĩ chuyªn dïng khÝ ®èt th× møc ®é ph¸t « nhiƠm cßn thÊp h¬n n÷a VỊ tÝnh n¨ng, «t« ch¹y b»ng khÝ ®èt cã tÝnh n¨ng ®éng lùc häc (tèc ®é cùc ®¹i, kh¶ n¨ng t¨ng tèc, kh¶ n¨ng leo dèc , ) t−¬ng ®−¬ng «t« x¨ng NÕu ®−ỵc c¶i ho¸n t¨ng tû sè nÐn nhê khÝ ®èt cã tÝnh chèng kÝch nỉ cao h¬n th× hiƯu st nhiƯt cđa ®éng c¬ dïng khÝ ®èt cao h¬n ®éng c¬ x¨ng Tuy nhiªn, viƯc ®¸nh gi¸ hiƯu st sư dơng n¨ng l−ỵng cÇn ph¶i tÝnh ®Õn tÊt c¶ c¸c c«ng ®o¹n tõ khai th¸c ®Õn sư dơng B¶ng 3-2 giíi thiƯu møc tiªu tèn n¨ng l−ỵng ®èi víi c¸c lo¹i nhiªn liƯu th«ng dơng ®−ỵc ph©n bè cho c«ng ®o¹n : S¶n xt, vËn chun vµ ph©n phèi B¶ng 5-2 Tû lƯ n¨ng l−ỵng tiªu thơ ë c¸c c«ng ®o¹n tr−íc n¹p vµo ®éng c¬ ®èi víi c¸c lo¹i nhiªn liƯu th«ng dơng [2] C¸c c«ng ®o¹n X¨ng DÇu diesel LPG KhÝ ®èt thiªn nhiªn Khai th¸c 5,9 5,9 5,9 9,8 ChÕ biÕn 12,8 6,6 3,6 Ph©n phèi 0,5 0,5 1,0 0,5 Tỉng céng 19,2 13,0 10,5 10,3 Theo −íc tÝnh, vµo n¨m 2000 cã kho¶ng 750.000 chiÕc «t« ch¹y b»ng khÝ ®èt thiªn nhiªn ë c¸c n−íc thc Liªn x« cò, 300.000 chiÕc ë Canada, 200.000 chiÕc ë NhËt b¶n, 200.000 chiÕc ë Anh, 50.000 chiÕc ë Ph¸p [2] Nh−ỵc ®iĨm c¬ b¶n nhÊt cđa khÝ ®èt lµ cã nhiƯt trÞ thĨ tÝch nhá §Ĩ ®¶m b¶o cã ®−ỵc cù ly ho¹t ®éng ®đ lín, «t« ph¶i ®−ỵc trang bÞ nh÷ng b×nh chøa khÝ ®èt d−íi ¸p st rÊt cao (th−êng ®Õn 200 bar) §iỊu ®ã cã ¶nh h−ëng kh«ng tèt tíi träng l−ỵng vµ tÝnh an toµn cđa xe Ngoµi ra, vÊn ®Ị vËn chun vµ ph©n phèi nhiªn liƯu còng lµ mét nh÷ng rµo c¶n sù ph¸t triĨn cđa «t« ch¹y b»ng khÝ ®èt - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 93 5.2.3 «t« ch¹y b»ng khÝ ho¸ láng 5.2.3.1 S¬ l−ỵc vỊ khÝ ho¸ láng KhÝ ho¸ láng lµ tªn gäi chung cho lo¹i s¶n phÈm cã thµnh phÇn chđ u lµ hydrocarbon cã ÷ nguyªn tư carbon (C3 ÷ C4) ph©n tư S¶n phÈm nµy tån t¹i ë tr¹ng th¸i khÝ ®iỊu kiƯn ¸p st vµ nhiƯt ®é khÝ qun nh−ng sÏ ho¸ láng ®−ỵc nÐn ®Õn ¸p st kh«ng cao l¾m ( th−êng < 16 bar) KhÝ ®èt tù nhiªn qua xư lý, chÕ biÕn vµ ho¸ láng ®−ỵc gäi lµ khÝ tù nhiªn ho¸ láng (Liquefied Natural Gases - LNG) ; cßn khÝ ®èt thu ®−ỵc qu¸ tr×nh chÕ biÕn dÇu má råi ho¸ láng th× ®−ỵc gäi lµ khÝ dÇu má ho¸ láng (Liquefied Petroleum Gases - LPG) Thµnh phÇn c¬ b¶n cđa khÝ ho¸ láng rÊt kh¸c nhau, t thc vµo ngn nguyªn liƯu vµ tiªu chn cđa mçi n−íc Tr−íc kia, khÝ ho¸ láng ®−ỵc sư dơng chđ u lµm nhiªn liƯu c¸c lÜnh vùc c«ng nghiƯp thủ tinh, ®å gèm, gia dơng vµ ch¹y §C§T Khi sư dơng lµm nhiªn liƯu cho ®éng c¬ «t«, khÝ ho¸ láng th−êng ®−ỵc chøa b×nh d−íi ¸p st kho¶ng 16 bar HiƯn nay, ngoµi c¸c øng dơng trªn, khÝ ho¸ láng cßn ®−ỵc ph©n t¸ch thµnh c¸c cÊu tư riªng biƯt ®Ĩ lµm nguyªn liƯu cho c«ng nghiƯp s¶n xt cao su nh©n t¹o, vËt liƯu tỉng hỵp, phÈm mµu, d−ỵc liƯu, v.v B¶ng 5-3 S¶n l−ỵng vµ tiªu thơ khÝ ho¸ láng t¹i ch©u ¸ ( §¬n vÞ tÝnh : 1000 tÊn Theo Asia LPG Seminar organized by LPG Center of Japan , Tokyo 2/1998) N−íc 1996 S¶n l−ỵng Indonesia China Japan Korea Malaysia Philippines Taiwan Thailand India Vietnam 3228 4537 1461 1499 429 700 1959 3356 - 2000 Tiªu thơ 715 5758 19710 5761 1392 811 1410 1829 4198 86 2010 S¶n l−ỵng Tiªu thơ S¶n l−ỵng Tiªu thơ 3432 4686 2300 3435 601 1130 2979 3805 340 1154 9000 19959 6323 2226 1414 1500 2240 8439 224 2400 4520 2803 3521 1359 1750 3755 10000 840 2886 27000 21600 9448 3718 3497 1800 3531 15000 527 Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 94 Nhiên liệu (1%) Gia dụng ( 67 % ) Côn g nghiệp ( 15 % ) Nôn g nghiệp ( 15 % ) a) H 5-12 Tû lƯ sư dơng khÝ ho¸ láng ë Ph¸p (a) vµ ë Hµ lan (b) [5] Công nghiệp ( 24 % ) Nông nghiệp ( 14 % ) Gia dụng ( 20 % ) Nhiên liệu ( 42 % ) b) 5.2.3.2 −u , nh−ỵc ®iĨm cđa «t« ch¹y b»ng nhiªn liƯu khÝ ho¸ láng Nhiªn liƯu khÝ ho¸ láng ( sau ®©y quy −íc viÕt t¾t lµ LPG) ®−ỵc coi lµ mét lo¹i nhiªn liƯu "s¹ch" vµ cao cÊp cho ®éng c¬ «t« cã c¶ nh÷ng −u ®iĨm cđa nhiªn liƯu láng vµ nhiªn liƯu khÝ LPG cã sè octane cao h¬n x¨ng cho nªn kh«ng cÇn sư dơng c¸c phơ gia t¨ng tÝnh chèng kÝch nỉ, nhiƯt trÞ thĨ tÝch cđa LPG cao h¬n cđa nhiªn liƯu khÝ nªn cù ly ho¹t ®éng gi÷a hai lÇn bỉ sung nhiªn liƯu dµi h¬n HiƯn nay, viƯc sư dơng LPG cho «t« cã thĨ thùc hiƯn theo mét ph−¬ng ¸n : ph−¬ng ¸n l−ìng nhiªn liƯu vµ ph−¬ng ¸n ®¬n nhiªn liƯu Trong ph−¬ng ¸n l−ìng nhiªn liƯu, chØ cÇn l¾p ®Ỉt thªm mét hƯ thèng chøa vµ cung cÊp LPG cho «t« nguyªn thủ vµ «t« vÉn cã thĨ ch¹y b»ng x¨ng cÇn thiÕt LPG cã thĨ ®−ỵc phun vµo ®−êng n¹p d−íi d¹ng khÝ nhê ®é ch©n kh«ng t¹i häng cđa carburetor Ph−¬ng ¸n nµy cã −u ®iĨm lµ ®¶m b¶o sù ®ång nhÊt cđa hçn hỵp ch¸y vµ tr¸nh hiƯn t−ỵng −ít thµnh èng n¹p bëi nhiªn liƯu láng §iỊu nµy cho phÐp gi¶m 30 ÷ 80 % møc ®é « nhiƠm cđa khÝ th¶i so víi ®éng c¬ x¨ng nguyªn thủ Tuy nhiªn, l−ỵng kh«ng khÝ n¹p vµo xylanh bÞ gi¶m nhiªn liƯu khÝ chiĨm chç nªn c«ng st cđa ®éng c¬ gi¶m kho¶ng ÷ % LPG còng cã thĨ ®−ỵc cung cÊp vµo ®éng c¬ b»ng - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 95 c¸ch phun ë d¹ng láng trùc tiÕp vµo bng ®èt hc tr−íc xupap n¹p −u ®iĨm cđa gi¶i ph¸p phun LPG láng lµ thêi gian mçi lÇn phun rÊt ng¾n vµ dƠ kiĨm so¸t ®−ỵc thµnh phÇn hçn hỵp ch¸y nªn cã thĨ ¸p dơng c¸c biƯn ph¸p n©ng cao chÊt l−ỵng ho¹t ®éng cđa ®éng c¬ ë nh÷ng chÕ ®é qu¸ ®é Trong ph−¬ng ¸n ®¬n nhiªn liƯu, hƯ thèng x¨ng cđa «t« ®−ỵc thay thÕ hoµn toµn b»ng hƯ thèng LPG vµ cã thĨ cÇn c¶i ho¸n mét sè bé phËn kh¸c cđa ®éng c¬ ®Ĩ ®¶m b¶o tÝnh n¨ng cđa «t« kh«ng bÞ gi¶m sót Khi sư dơng LPG lµm nhiªn liƯu cho §C§T thay thÕ x¨ng , khÝ th¶i cã hµm l−ỵng CO gi¶m ÷ lÇn, NOx gi¶m 15 ÷ 20 % , khÝ th¶i kh«ng chøa ch× vµ hỵp chÊt cđa ch× kh«ng cÇn phơ gia t¨ng tÝnh chèng kÝch nỉ VỊ tÝnh n¨ng kü thu©t, nÕu lùa chän ph−¬ng ¸n phun LPG láng vµ c¶i ho¸n hỵp lý th× c«ng st vµ hiƯu st cđa ®éng c¬ x¨ng cỉ ®iĨn thay ®ỉi kh«ng ®¸ng kĨ sau chun sang ch¹y b»ng LPG Sù ph¸t triĨn «t« ch¹y b»ng LPG phơ thc vµo chđ tr−¬ng cđa mçi qc gia, ®Ỉc biƯt lµ phơ thc vµo chÝnh s¸ch b¶o vƯ m«i tr−êng Mét sè n−íc nh− Italy, Hµ lan, Hµn qc, NhËt b¶n, tõ l©u ®· cã chÝnh s¸ch th khun khÝch sư dơng nhiªn liƯu LPG Riªng t¹i Hµn qc, 100 % taxi hiƯn ®−ỵc trang bÞ hƯ thèng nhiªn liƯu LPG ë ViƯt nam, kh¶ n¨ng khai th¸c vµ cung cÊp LPG lµ rÊt s¸ng sđa Bëi vËy, ngoµi mơc tiªu b¶o vƯ m«i tr−êng, viƯc ph¸t triĨn «t« ch¹y b»ng LPG cßn gãp phÇn thóc ®Èy ngµnh c«ng nghiƯp dÇu khÝ ph¸t triĨn - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 96 5.2.4 «t« ch¹y b»ng hydro 5.2.4.1 s¬ l−ỵc vỊ nhiªn liƯu hydro XÐt vỊ ph−¬ng diƯn chèng « nhiƠm kh«ng khÝ, hydro lµ mét lo¹i nhiªn liƯu lý t−ëng cho §C§T, bëi v× s¶n phÈm ch¸y cđa hydro lµ h¬i n−íc (H2 + 0,5 O2 = H2O ) Mét nh÷ng vÊn ®Ị ®−ỵc quan t©m nhÊt viƯc ph¸t triĨn «t« ch¹y b»ng hydro lµ t×m biƯn ph¸p l−u tr÷ nã trªn «t« víi sè l−ỵng ®¶m b¶o cho xe cã cù ly ho¹t ®éng ®đ lín vµ møc ®é an toµn cao Cho ®Õn nay, cã ph−¬ng ¸n ®−ỵc thư nghiƯm lµ : khÝ hydro nÐn, hydro láng vµ accu hydro Trong ph−¬ng ¸n khÝ hydro nÐn, khÝ hydro ®−ỵc chøa c¸c b×nh d−íi ¸p st 150 ÷ 300 bar sÏ cã khèi l−ỵng riªng t−¬ng øng lµ 13 ÷ 26 kg/m3 §©y lµ ph−¬ng ¸n ®¬n gi¶n nhÊt nh−ng Ýt cã kh¶ n¨ng ®−ỵc sư dơng réng r·i v× b×nh chøa ph¶i cã kÝch th−íc vµ träng l−ỵng qu¸ lín Trong ph−¬ng ¸n hydro láng, hydro ®· ®−ỵc ho¸ láng vµ ®−ỵc chøa c¸c b×nh d−íi ¸p st bar ë nhiƯt ®é kho¶ng - 253 0C Trong tr−êng hỵp nµy, khèi l−ỵng riªng cđa hydro lµ 70 kg/m3 , lín h¬n rÊt nhiỊu so víi khÝ hydro nÐn Tuy nhiªn, vÊn ®Ị phøc t¹p nhÊt ph−¬ng ¸n nµy lµ ®¶m b¶o c¸ch nhiƯt hc lµm l¹nh b×nh chøa ®Ĩ tr× hydro ë tr¹ng th¸i láng st thêi gian «t« ho¹t ®éng Cho ®Õn nay, ph−¬ng ¸n sư dơng accu hydro ®−ỵc coi lµ cã viƠn c¶nh s¸ng sđa h¬n c¶, ®Ỉc biƯt vỊ ph−¬ng diƯn an toµn C¸c lo¹i accu hydro hiƯn ®Ịu ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c l−u tr÷ khÝ hydro d−íi d¹ng c¸c liªn kÕt kh«ng bỊn v÷ng gi÷a hydro vµ mét sè kim lo¹i d−íi d¹ng bét cã kh¶ n¨ng hÊp thơ khÝ hydro ë ®iỊu kiƯn nhiƯt ®é thÊp vµ gi¶i phãngkhÝ hydro ®· hÊp thơ ë ®iỊu kiƯn nhiƯt ®é cao B¶ng 3-6 giíi thiƯu mét sè lo¹i kim lo¹i cã thĨ dïng lµm vËt liƯu accu hydro vµ tÝnh chÊt liªn quan cđa chóng B¶ng 5-4 So s¸nh mét sè liªn kÕt hydro-kim lo¹i [6] Lo¹i liªn kÕt Li → LiH Mg → MgH2 Ca → CaH2 Na → NaH Mg2NiH0,3 → Mg2NiH4,2 - NhiƯt l−ỵng liªn kÕt [kJ/kg H2] - 90.000 - 37.100 - 86.800 - 50.000 - 32.000 Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t Hµm l−ỵng H2 [ % wt ] 12,7 7,7 4,8 4,2 3,5 - 97 HiƯu st liÕt kÕt H2 [%] 25 69 28 58 73 K → KH FeTiH0,1 → FeTiH1,0 - 56.500 - 11.500 2,5 0,9 53 90 H 5-13 S¬ ®å hƯ thèng nhiªn liƯu cđa «t« PONTIAC " Grand Vill " ch¹y b»ng accu hydro 1- Accu hydro, 2- C¸c cơm ®iỊu khiĨn, 3- Bé ®iỊu khiĨn l−u l−ỵng hydro, 4- §éng c¬, 5- èng x¶ , 6- Van cÊp khÝ th¶i sÊy nãng accu hydro H 5-14 ¤t« thư nghiƯm ch¹y b»ng accu hydro cđa h·ng Daimler-Benz 1- N¬i cÊp n−íc lµm m¸t accu hydro, 2- B×nh chøa n−íc phun vµo bng ®èt cđa ®éng c¬, 3- Accu hydro, 4- B¬m n−íc, 5- Läc , 6- Bé gi¶m ¸p hydro Khi n¹p hydro, accu ph¶i ®−ỵc lµm m¸t qu¸ tr×nh hÊp thơ hydro cđa kim lo¹i lµ qu¸ tr×nh to¶ nhiƯt Ng−ỵc l¹i, mn gi¶i phãng hydro ®Ĩ cÊp cho ®éng c¬ cÇn ph¶i cÊp nhiƯt cho accu Trong thùc tÕ, accu hydro th−êng ®−ỵc sÊy nãng ®Ĩ gi¶i phãng hydro b»ng n−íc lµm m¸t hc khÝ th¶i Mét accu hydro cã thĨ n¹p l¹i hµng ngµn lÇn mµ chÊt l−ỵng vÉn ®¶m b¶o Trong tr−êng hỵp h− háng, hydro sÏ tho¸t ®ång thêi nhiƯt ®é cđa accu gi¶m, kÐo theo viƯc chÊm døt qu¸ tr×nh gi¶i phãng hydro Bëi vËy, - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 98 accu hydo lµ ph−¬ng ¸n rÊt an toµn sè c¸c ph−¬ng ¸n l−u tr÷ vµ cung cÊp hydro trªn «t« B¶ng 5-5 So s¸nh mét sè th«ng sè cđa «t« ch¹y b»ng x¨ng vµ b»ng hydro [6] Th«ng sè X¨ng Khèi l−ỵng nhiªn liƯu, [kg] ThĨ tÝch nhiªn liƯu, [m3] Khèi l−ỵng kÐt chøa, [kg] ThĨ tÝch kÐt chøa, [m3] Tỉng khèi l−ỵng hƯ thèng nhiªn liƯu, [kg] 53,5 0,07 13,06 0,08 67 KhÝ hydro nÐn 13,4 1,0 1361 1,53 1374 Hydro láng 13,4 0,19 181 0,28 195 Accu hydro MgH2 181 0,2 45,45 0,23 227 B¶ng 5-6 So s¸nh «t« ®iƯn vµ «t« accu hydro [6] Th«ng sè Lo¹i accu Dung l−ỵng n¨ng l−ỵng , [Wh/kg] Khèi l−ỵng accu , [kg] Thêi gian n¹p accu, [phót] HiƯu st n¹p , [%] Cù ly ho¹t ®éng t−¬ng ®èi - «t« ch¹y b»ng accu hydro FeTiH2 570 ÷ 670 300 ÷ 365 ÷ 15 90 Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 99 ¤t« ch¹y b»ng accu ®iƯn accu ch× 20 ÷ 25 1400 > 60 80 tμi liƯu tham kh¶o Tõ ®iĨn Nhiªn liƯu-DÇu-Mì-ChÊt thªm ChÊt láng chuyªn dïng NXB Khoa häc vµ Kü tht - Hµ néi 1994 KiỊu §×nh KiĨm C¸c s¶n phÈm dÇu má vµ ho¸ dÇu NXB Khoa häc vµ Kü tht - Hµ néi 1999 Héi th¶o khoa häc vỊ chÊt lỵng x¨ng «t« th«ng dơng t¹i ViƯt nam Vietnam National Petroleum Import-Export Corporation - Hµ néi 8/1997 Sỉ tay sư dơng DÇu - Mì b«i tr¬n ( TËp I ) NXB Khoa häc vµ Kü tht - Hµ néi 1991 ViƯn ho¸ c«ng nghiƯp Prof Iu Ia Phomin, Prof TrÇn H÷u NghÞ Nhiªn liƯu-DÇu nhên-Níc dïng cho tµu thủ NXB Giao th«ng vËn t¶i - Hµ néi 1990 Przemyslaw urbanski Paliwa - Smary - Woda dla Statkow Morskich Wydawnictwo Morskie – Gdansk 1976 Jan Werner, Jan Wajand Silniki spalinowe malej i sredniej mocy Wydawnictwwo Naukowo-Techniczne - Warszawa 1976 V Arkhangelski, M Khovakh, et all Motor vehicle engine Mir Publishers - Moscow 1979 Malabar, Florida – 1988 TrÇn ThÞ Mai Hãa kü tht chÊt b«I tr¬n Nxb Giao th«ng vËn t¶i - 1993 - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 100 mơc lơc Trang Ch¬ng : tỉng quan vỊ nhiªn liƯu dïng cho ®éng c¬ ®èt 1.1 1.2 1.3 1.4 Ph©n lo¹i nhiªn liƯu Yªu cÇu ®èi víi nhiªn liƯu dïng cho ®éng c¬ ®èt 13 C¸c lo¹i hydrocarbon cã dÇu má 14 Quan hƯ gi÷a cÊu tróc ph©n tư cđa hydrocarbon vµ tÝnh chèng kÝch nỉ cđa nhiªn liƯu 17 1.5 Thµnh phÇn ho¸ häc cđa nhiªn liƯu gèc dÇu má 17 1.6 C¸c ph−¬ng ph¸p s¶n xt nhiªn liƯu dïng cho §C§T 18 Ch−¬ng : tÝnh chÊt lý-ho¸ cđa s¶n phÈm dÇu má 2.1 Mµu s¾c 21 2.2 MËt ®é 22 2.3 §é nhít 24 2.4 NhiƯt ®é chíp lưa vµ nhiƯt ®é b¾t ch¸y 26 2.5 NhiƯt ®é vÈn ®ơc vµ nhiƯt ®é ®«ng ®Ỉc 28 2.6 §iĨm Aniline 28 2.7 §é ỉn ®Þnh oxy ho¸ 28 2.8 NhiƯt trÞ 29 2.9 Hµm l−ỵng cèc, tro 32 2.10 Hµm l−ỵng nhùa 33 2.11 Bitium 34 2.12 Bå hãng 34 Ch−¬ng : x¨ng «t« 3.1 ChØ tiªu chÊt l−ỵng cđa x¨ng «t« 36 3.1.1 TÝnh chèng kÝch nỉ 36 3.1.2 TÝnh ho¸ h¬i 46 3.2 Ph©n lo¹i x¨ng 51 3.2.1 Ph©n lo¹i chung 51 3.2.2 X¨ng «t« 53 3.2.3 X¨ng m¸y bay 55 Ch−¬ng : nhiªn liƯu diesel - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 101 4.1 Ph©n lo¹i nhiªn liƯu 57 4.2 ChØ tiªu chÊt l−ỵng cđa nhiªn liƯu diesel 60 4.2.1 §é nhít 60 4.2.2 TÝnh tù bèc ch¸y 60 4.2.3 Hµm l−ỵng t¹p chÊt 62 Ch−¬ng : ma s¸t vµ b«I tr¬n 5.1 Ma s¸t vµ nguyªn lý b«i tr¬n…………………………………………………… 64 5.1.1 C¸c d¹ng ma s¸t……………………………………………………… 64 5.1.2 Ma s¸t vµ lµm nhên…………………………………………………… 64 5.2 C«ng dơng cđa dÇu b«i tr¬n…………………………………………………… 65 5.2.1 Lµm nhên gi¶m ma s¸t……………………………………………… 65 5.2.2 Lµm m¸t……………………………………………………………… 65 5.2.3 Lµm s¹ch ……………………………………………………………… 66 5.2.4 Lµm kÝn…………………………………………………………………66 5.2.5 B¶o vƯ kim lo¹i ……………………………………………………… 66 5.3 ChØ tiªu chÊt l−ỵng cđa dÇu b«i tr¬n 5.3.1 TÝnh b«i tr¬n ………………………………………………………… 66 5.3.2 §é nhít vµ chØ sè ®é nhít …………………………………………… 67 5.3.3 Sè acid……………………………………………………………… 68 5.3.4 Sè kiỊm tỉng ………………………………………………………… 69 5.4 Ph©n läai chÊt b«i tr¬n 5.4.1 Ph©n läai tỉng qu¸t cđa chÊt b«i tr¬n………………………………… 69 5.4.2 Ph©n lo¹i dÇu b«i tr¬n ®éng c¬ ®èt trong…………………………… 70 5.5 Mì b«i tr¬n…………………………………………………………………… 72 5.5.1 C«ng dơng…………………………………………………………… 73 5.5.2 Thµnh phÇn mì nhên………………………………………………… 73 5.5.3 S¶n xt mì………………………………………………………… 74 5.5.4 TÝnh chÊt cđa mì nhên ……………………………………………… 75 5.5.6 Ph©n läai mì ………………………………………………………… 76 - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 102 Ch−¬ng : sư dơng c¸c ngn n¨ng l−ỵng s¹ch 5.1 ViƠn c¶nh sư dơng c¸c ngn n¨ng l−ỵng s¹ch 79 5.2 ¤t« ch¹y b»ng nhiªn liƯu thay thÕ 91 5.2.1 §Ỉt vÊn ®Ị 91 5.2.2 ¤t« ch¹y b»ng khÝ ®èt 92 5.2.3 ¤t« ch¹y b»ng khÝ ho¸ láng 94 5.2.3 ¤t« ch¹y b»ng hydro 96 Tµi liƯu tham kh¶o 100 mơc lơc 101 - Nhiªn liƯu dïng cho ®c®t - 103 ...E ạo tái t g n ï g lư Năn 20 Thuỷ Năng lượng nguyên tử Khí đốt tự nhiên 10 Dầu mỏ Than đá 1950 1970 1990 2010 2050 H 5-1 S¶n l−ỵng