Bài giảng Năng lượng tái tạo - Chương 3: Năng lượng thay thế

Chƣơng 3: NĂNG LƢỢNG THAY THẾ TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỒNG NAI KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ, CƠ KHÍ VÀ XÂY DỰNG NĂNG LƢỢNG MỚI TRÊN Ô TÔ - Giúp sinh viên biết được các nhiên liệu mới đang đưa vào sử dụng để giảm thiểu về ô nhiễm môi trường. MỤC TIÊU BÀI HỌC - Biết được cấu tạo và nguyên lý các hệ thống sử dụng nhiên liệu mới so với nhiên liệu truyền thống. I. Ô tô HYBRID ( Ô tô lai) - Giảm sự mất mát năng lượng - Khôi phục và sử dụng lại năng lượng - Động cơ điện hỗ trợ tăng tốc - Điều khiển hoạt động hiệu suất cao I. Ô tô HYBRID ( Ô tô lai) §éng c¬ x¨ng B¸nh r¨ng gi¶m tèc M¸y ph¸t ®iÖn ¾c quy Bé chuyÓn ®æi ®iÖn §éng c¬ ®iÖn B¸nh xe chñ ®éng Dßng c¬ n¨ng Dßng ®iÖn n¨ng §éng c¬ x¨ng B¸nh r¨ng gi¶m tèc C¬ cÊu truyÒn ®éng ¾c quy Bé chuyÓn ®æi ®iÖn §éng c¬ ®iÖn B¸nh xe chñ ®éng Dßng c¬ n¨ng Dßng ®iÖn n¨ng Hệ thống lai nối tiếp Hệ thống lai song song I. Ô tô HYBRID ( Ô tô lai) Hệ thống lai hỗn hợp §éng c¬ x¨ng B¸nh r¨ng gi¶m tèc Bé ph©n chia c«ng suÊt ¾c quy Bé chuyÓn ®æi ®iÖn §éng c¬ ®iÖn B¸nh xe chñ ®éng Dßng c¬ n¨ng Dßng ®iÖn n¨ng M¸y ph¸t ®iÖn I. Ô tô HYBRID ( Ô tô lai) Sơ đồ cấu tạo của hệ thống THS Bé ®iÒu khiÓn c«ng suÊt §éng c¬ ®iÖn B¸nh r¨ng gi¶m tèc Bé ph©n chia c«ng suÊt M¸y ph¸t ®iÖn §éng c¬ x¨ng Nguån ¾c quy I. Ô tô HYBRID ( Ô tô lai) Bộ phân chia công suất kiểu bánh răng hành tinh - Tận dụng hết công suất của động cơ xăng ở tốc độ cao và mô men xoắn cực đại của động cơ điện ở tốc độ thấp I. Ô tô HYBRID ( Ô tô lai) Bộ kết hợp công suất kiểu truyền động nối cứng tốc độ 1 Z2 L1 Z1L2 K 3 3 2 1 2 I. Ô tô HYBRID ( Ô tô lai) Bộ kết hợp công suất kiểu biến đổi mô men 1 1 L1 3 Z2 3 56 4 Z1 2 L2 2 K I. Ô tô HYBRID ( Ô tô lai) Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai tốc độ Sử dụng 2 nguồn công suất Z1 2 R1 R3 R2 33 Z2 1 1 K1 K2 L1 L2 2 4 6 5 K Kiểm tra Z1 n2 R1 R3 R2 3n3 Z2 1 n1 K1 K2 L1 L2 2 4 6 5 K R2 R3 I. Ô tô HYBRID ( Ô tô lai) Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai tốc độ Sử dụng nguồn công suất 1 Z1 2 R1 R3 R2 33 Z2 1 1 K1 K2 L1 L2 2 4 6 5 K I. Ô tô HYBRID ( Ô tô lai) Bộ kết hợp công suất kiểu vi sai tốc độ Sử dụng nguồn công suất 2 Z1 2 R1 R3 R2 33 Z2 1 1 K1 K2 L1 L2 2 4 6 5 K II. Ô tô FUEL CELL Cấu tạo pin nhiên liệu đơn   eHH 442 2 OHeHO 22 244   Tổng quát OHOH 222 22  + điện năng(0,3-0,9V) + nhiệt năng Dßng ®iÖn Cùc ©m Cùc d-¬ng ChÊt ®iÖn ph©n p«lime II. Ô tô FUEL CELL Hệ thống pin nhiên liệu II. Ô tô FUEL CELL Hệ thống pin nhiên liệu trên xe II. Ô tô FUEL CELL PEMFC AFC PAFC MCFC SOFC Chất điện phân Màng polymer trao đổi proton Dung dịch kiềm (thường là KOH) Axit phosphoric Muối carbonate nóng chảy Oxit kim loại rắn Vật liệu điện cực Carbon Carbon Carbon Nickel và Nickel Oxide Nickel hoặc Cobalt Chất xúc tác Platin Platin Platin Vật liệu điện cực Perovskites Hạt mang điện tích Nhiệt độ hoạt động 60 -800C 65-2200C 150-2050C 6500C 600-10000C Hiệu suất 40-50% 70% 40-80% 60-80% 60% H OH 23CO 2 Đặc điểm của các loại pin nhiên liệu II. Ô tô FUEL CELL H OH 23CO 2 Đặc điểm pin nhiên liệu Thuận lợi: - Hiệu suất cao, không có ô nhiễm môi trường - Không có tiếng ồn, Hydro có thể được điều chế từ nước. - Ắcquy có khối lượng và thể tích nhỏ hơn. Khó khăn: - Sản xuất Hydro khó khăn và tốn kém. - Cơ sở hạ tầng sản xuất Hydro cao, đầu tư ô tô FC cao. II. Ô tô FUEL CELL H OH 23CO 2 Các chế độ hoạt động II. Ô tô FUEL CELL H OH 23CO 2 Các chế độ hoạt động II. Ô tô FUEL CELL H OH 23CO 2 Các chế độ hoạt động III. Ô tô sử dụng LPG H OH 23CO 2 Đặc tính: -Chủ yếu là propan và butan - Có độ nhiệt trị lớn, tỉ trọng nhỏ hơn nước - Không độc, không gây ô nhiễm môi trường III. Ô tô sử dụng LPG H OH 23CO 2 HT 2 nhiên liệu PLG và xăng 1. Cụm nạp xuất nhiên liệu, 2. Lỗ nạp ga, 3. Bình chứa LPG, 4.Đường nước ra khỏi bộ hóa hơi, 5. Đường nước vào bộ hóa hơi, 6. Bộ hóa hơi, 7.Van điện từ LPG, 8. Van tiết lưu, 9. Đầu nối ba ngã, 10. Đường ga tăng tốc, 11. Đường ga không tải, 12. Két làm mát, 13. Động cơ, 14. Đường ga chính, 15. Bầu lọc gió, 16. Bộ hòa trộn, 17. Bộ chế hòa khí, 18. Van điện từ xăng, 19.Bơm xăng, 20. Công tắc chuyển đổi, 21. Bầu lọc xăng, 22.Bình xăng, 23.Bộ ổn áp. III. Ô tô sử dụng LPG H OH 23CO 2 Cung cấp nhiên liệu kiểu họng Venturi trên động cơ phun xăng Lọc khíBình chứa LPG Ống xả xúc tác Cảm biến oxy Vòi phun xăng Van chuyển LPG/xăng ECU LPG Họng venturi Bộ giãn nở III. Ô tô sử dụng LPG H OH 23CO 2 Phun nhiên liệu LPG lỏng trên dường ống nạp III. Ô tô sử dụng LPG H OH 23CO 2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động a. Bộ chế hòa khí : dạng van mođun hóa 1. Bướm ga, 2.Đường ống phun LPG, 3.Cơ cấu điều khiển, 4. Đường vào ga, 5. Bộ định lượng. III. Ô tô sử dụng LPG H OH 23CO 2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động a. Bộ chế hòa khí: dạng nguyên thủy cải tạo 1. Bầu lọc gió, 2. Đường ống dẫn khí LPG, 3.Bướm ga, 4. Cơ cấu dẫn động bướm ga, 5.Họng phun LPG III. Ô tô sử dụng LPG H OH 23CO 2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động b. Cụm van chân không: Gồm có 2 van chân không làm việc độc lập, điều chỉnh lưu thông của khí gas qua van đi vào động cơ III. Ô tô sử dụng LPG H OH 23CO 2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động c. Van nạp và van an toàn: P ≤ 26 kg/cm2 1. Đường ga vào bình chứa, 2. Đế van nạp, 3. Thân van nạp, 4. Lò xo van nạp, 5. Chốt van nạp, 6. Đường ga vào van nạp, 7. Đĩa chặn lò xo van an toàn, 8. Nắp van an toàn, 9. Đệm làm kín, 10. Đế van an toàn, 11. Van an toàn, 12. Chốt van an toàn, 13. Lò xo van an toàn. III. Ô tô sử dụng LPG H OH 23CO 2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động d. Van xuất và van quá dòng: 1. Đường ga ra từ bình chứa, 2. Van xuất, 3. Thân van xuất, 4. Tay vặt điều khiển van xuất, 5. Nắp van xuất, 6. Pittông van xuất, 7. Đệm làm kín, 8. Lò xo van quá dòng, 9. Đường ga ra nối với van điện từ, 10. Đế van quá dòng, 11. Van quá dòng, 12. Ống chặn van quá dòng, 13. Vòng chặn van quá dòng. III. Ô tô sử dụng LPG H OH 23CO 2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động e. Van điện từ: 1.Đường LPG vào, 2. Đế van, 3. Lò xo hồi vị, 4.Cuộn dây van, 5. Chốt dẫn hướng, 6. Đường LPG ra. III. Ô tô sử dụng LPG H OH 23CO 2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động f. Van tiết lưu 567 11 13 1 2 3 4 10 12 8 9 1.Vít điều chỉnh không tải, 2. Đường LPG vào, 3. Con trượt, 4.Đệm làm kín, 5.Vít điều chỉnh mạch tăng tốc, 6.Lò xo hồi vị con trượt, 7.Đường LPG ra cấp cho mạch tăng tốc, 8.Lỗ tiết lưu, 9.Đường LPG vào cung cấp cho mạch làm đậm và tăng tốc, 10. Mạch làm đậm, 11. Đường LPG ra, 12. Lỗ không tải, 13. Vít điều chỉnh con trượt Các chế độ: - Không tải - Bình thường - Làm đậm - Tăng tốc III. Ô tô sử dụng LPG H OH 23CO 2 Đặc tính tạo hỗn hợp Công nghệ/ Thông số chức năng Hoà khí Phun hơi LPG kiểu cơ khí Phun hơi LPG kiểu điện tử Phun LPG lỏng Chất lượng hỗn hợp +++ ++++ ++++ ++++ Mức độ nạp đầy ++ +++ +++ ++++ Thích ứng tăng áp + +++ +++ ++++ Chất lượng hoà trộn +++ +++ ++++ +++ Giảm kích nổ + -_ _ ++++ Ghi chú: (++++): rất tốt, (+++): tốt, (++): khá, (+): trung bình , (-): xấu. IV. Ô tô sử dụng BIOGAS H OH 23CO 2 1. Sản xuất Biogas PHÁN TÆÅI BÃØ PHÁN HUYÍ BÃØ AÏP SUÁÚT GAS TÄÚI ÆU 1 2 3 4 5 6 1- Bể lắng cát. 4- Bể đựng chất thải. 2-Ống dẫn phân. 5- Hệ thống lọc H2S và CO2. 3-Ống dẫn bã thải. 6- Bình chứa khí Biogas sạch. IV. Ô tô sử dụng BIOGAS H OH 23CO 2 1. Sản xuất Biogas: CH4 chiếm 80 % Chất béo Các chất tan huỷ chất béo. Vi khuẩn phân Hydrat cacbon Vi khuẩn phân huỷ Cenluloza huỷ prôtêin Prôtêin Vi khuẩn phân Vi khuẩn + Axít hữu cơ có KLPT nhỏ + CO2, H2 + Ancol ... sinh axít Giai đoạn III.Vi khuẩn sinh CH4 + CH4 + H2S,CO2 Giai đoạn II. (C6 H10 O5)n RCOOR IV. Ô tô sử dụng BIOGAS H OH 23CO 2 2. Hệ thống nhiên liệu Biogas 3 8 5 7 6 4 21 1.Bình chứa Biogas nén, 2.Van giảm áp, 3.Van chân không, 4.Họng venturi, 5. Đường ống nạp, 6.Van tiết liêu, 7.Cần điều tốc, 8.Bugi IV. Ô tô sử dụng BIOGAS H OH 23CO 2 a. HTNL lưỡng Biogas – Diesel 15 8 4 12 13 14 11 9 7 6 5 3 2 1 10 1.Bình chứa Biogas nén, 2.Thùng nhiên liệu, 3.Bầu lọc tinh, 4.Đường dầu hồi, 5.Bầu lọc thô, 6.Bộ điều tốc, 7.Bơm chuyển nhiên liệu, 8. Đường dầu đi, 9.Van giảm áp, 10.Van chân không, 11.Họng khuyếch tán, 12. Đường ống nạp, 13.Cần điều khiển, 14.Van tiết lưu, 15.Vòi phun IV. Ô tô sử dụng BIOGAS H OH 23CO 2 b. HTNL lưỡng Biogas – Xăng 1 2 3 4 5 67 8 1- Bình chứa Biogas nén, 2- Van giảm áp, 3- Khóa Biogas, 4- Van chân không, 5- Bộ Chế hòa khí, 6- Khóa Xăng, 7- Lọc Xăng, 8- Bình Xăng IV. Ô tô sử dụng BIOGAS H OH 23CO 2 a. Van tiết lưu 3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 1 2 34 5 1. Đường Biogas đến, 2. Nối với cần điều khiển 3. Lò xo hồi vị chốt trượt , 4. Chốt trượt, 5. Đường Biogas ra IV. Ô tô sử dụng BIOGAS H OH 23CO 2 b. Bộ điều tốc bơm Diesel Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 23756 14 8 1-Bánh răng trục khuỷu, 2-Quả văng, 3-Cần điều tốc, 4-Trục cam, 5-Thân máy, 6-Thanh răng, 8-Bơm cao áp, 7-Bulông khống chế lượng Diesel tối thiểu. IV. Ô tô sử dụng BIOGAS H OH 23CO 2 c. Van chân không Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1. Đường Biogas vào, 2. Trục đòn mở, 3. Màng cao su, 4. Thân van, 5. Đường Biogas ra, 6. Nắp van, 7. Lò xo hồi vị trục bơm, 8. Lò xo điều chỉnh không tải, 9. Đòn mở IV. Ô tô sử dụng nguồn năng lƣợng khác H OH 23CO 2 1. Năng lượng mặt trời Tế bào quang điện là phần tử bán dẫn quang có chứa trên bề mặt một số lượng lớn các linh kiện cảm biến ánh sáng là các dạng diot P-N, dùng biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện Pin mặt trời silicon IV. Ô tô sử dụng nguồn năng lƣợng khác H OH 23CO 2 1. Năng lượng mặt trời IV. Ô tô sử dụng nguồn năng lƣợng khác H OH 23CO 2 1. Năng lượng mặt trời IV. Ô tô sử dụng nguồn năng lƣợng khác H OH 23CO 2 1. Năng lượng mặt trời Mạch điều khiển động cơ điện IV. Ô tô sử dụng nguồn năng lƣợng khác H OH 23CO 2 2. Nhiên liệu Hydro HTNL lưỡng xăng và hydro–ĐC tĩnh 1 2 3 4 5 6 716 14 13 15 12 11 9 10 8 1- Bình chứa hydro, 2- Van một chiều, 3- Máy nén, 4- Khóa , 5- Thiết bị sản xuất hydro, 6- Van điều áp, 7- Van ba ngả, 8- Bình xăng, 9- Lọc xăng, 10- Van cấp không tải, 11- Van cấp chính, 12- Đường không tải, 13- Lỗ phun chính, 14- Lỗ phun không tải, 15- Động cơ, 16- Đồng hồ đo áp suất. IV. Ô tô sử dụng nguồn năng lƣợng khác H OH 23CO 2 2. Nhiên liệu Hydro HTNL xăng và hydro– GTVT 1- Bình chứa hydro, 2- Van điều áp, 3- Đồng hồ đo áp suất, 4- Đường ống dẫn khí 5- Bình xăng, 6- Lọc xăng, 7- Van ba ngả, 8- Van không tải, 9- Đường không tải, 10- Lỗ phun không tải, 11- Lỗ phun chính, 12- Van cấp chính, 13- Động cơ. 1 2 3 4 8 5 6 7 12 9 1110 13 IV. Ô tô sử dụng nguồn năng lƣợng khác H OH 23CO 2 2. Nhiên liệu Hydro HTNL xăng và hydro– GTVT 1- Động cơ, 2- Van cấp có tải, 3- Van cấp không tải, 4- Van ba ngả, 5- Bình chứa khí hydro, 6- Van điều áp, 7- Khung xe, 8- Đường ống dẫn khí. 1 2 3 4 5 7 6 8 IV. Ô tô sử dụng nguồn năng lƣợng khác H OH 23CO 2 3. Nhiên liệu cồn -Chỉ sử dụng nhiên liệu cồn khó thực hiện được vì nó có tính ăn mòn kim loại và nhiệt trị thấp. - Có thể sử dụng Etanol + Diesel hay Metanol + Xăng hay phun cồn hòa trộn với không khí ở đường ống nạp. IV. Ô tô sử dụng nguồn năng lƣợng khác H OH 23CO 2 4. Nhiên liệu Biodiesel: Quá trình este hóa các axit hữu cơ trong dầu thực vật. - Nguồn nhiên liệu không phụ thuộc vào dầu mỏ, không chứa S, an toàn. - Giá thành cao, độ nhớt cao nên khó phun sương tốt, phải sử dụng buồng cháy phụ hay làm nóng nhiên liệu.