Tài liệu Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá tính năng kinh tế kỹ thuật động cơ sử dụng xăng ethanol butanol

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA --------------------------- HỒ VĂN LUẬN HỒ VĂN LUẬN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG XĂNG ETHANOL - BUTANOL LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Năm 2018 Đà Nẵng, 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ------------------------- HỒ VĂN LUẬN NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG XĂNG ETHANOL - BUTANOL Chuyên ngành : CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 8520116 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS. TRẦN VĂN NAM Đà Nẵng, 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Đà Nẵng, ngày 01 tháng 09 năm 2018 Tác giả luận văn MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Lý do chọn đề tài 1 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Viễn cảnh về nguồn nhiên liệu hóa thạch 3 3 1.1.1 Tình hình an ninh năng lượng trên thế giới 3 1.1.2 Trữ lượng và nguồn dầu mỏ tại Việt Nam 6 1.1.3 Giải pháp tìm ra các nguồn năng lượng mới thay thế cho nhiên liệu hóa thạch 7 1.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới và ở Việt Nam 8 1.2.1 Tình hình nghiên cứu sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới. 8 1.2.2 Tình hình nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sinh học ở Việt Nam 12 1.2.3 Khả năng sản xuất Ethanol 14 1.2.4 Khả năng sản xuất Butanol 15 1.3 Tình hình nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu hỗn hợp xăng/ ethanol-butanol trên thế giới 16 1.3.1 Giới thiệu nghiên cứu nhiên liệu sinh học ba thành phần (xăng/ethanolbutanol) tỉ lệ phối trộn iBE10,iBE7, iBE3. 16 1.3.2 Phân tích tính năng kỹ thuật của nhiên liệu 2 thành phần xăng/butanol và nhiên liệu ba thành phần xăng/ethanol-butanol. 17 1.3.3 Đánh giá và so sánh tính năng kỹ thuật của hỗn hợp nhiên liệu ba thành phần và hỗn hợp nhiên liệu hai thành phần phối trộn cùng tỉ lệ so với xăng. 19 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tính chất lý hóa xăng sinh học 21 21 2.1.1. Giới thiệu chung về nhiên liệu sinh học 21 2.1.2. Thành phần hóa học và tính chất lý hóa 22 2.1.3. Đặc trưng của hỗn hợp đối với động cơ đánh lửa cưỡng bức 24 2.2. Thành phần pha chế nhiên liệu thực nghiệm 26 2.2.1. Xăng RON 92 gốc dùng để pha chế 26 2.2.2. Ethanol tuyệt đối dùng để pha chế 29 2.2.3. Butanol tuyệt đối để dùng pha chế 30 2.2.4. Phân tích các thành phần chính của hỗn hợp xăng/ethanol-butanol trong thực nghiệm 31 2.2.5 Cơ sở lý thuyết lựa chọn tỉ lệ ethanol &butanol phối trộn với xăng 2.3. Cơ sở lý thuyết xây dựng đặc tính động cơ xăng 32 33 2.3.1 Đặc tính tốc độ động cơ xăng 33 2.3.2 Đặc tính tốc độ của động cơ thực nghiệm 34 2.3.3 Quan hệ của các đại lượng đo trên băng thử công suất APA 204/8 35 2.4. Kết luận chương Chương 3 37 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 3.1 Hệ thống thực nghiệm 3.1.1 Sơ đồ bố trí cụm thí nghiệm APA204/8/093 38 38 38 3.1.2 Giới thiệu các trang thiết bị phục vụ thí nghiệm 42 3.1.3. Lắp đặt động cơ Daewoo A16 DMN lên cụm băng thử APA204/8 46 3.1.4 Vận hành kiểm tra các tính năng của hệ thống thực nghiệm 46 3.1.5 Quy trình vận hành thực nghiệm động cơ Daewoo A16 DMN 47 3.2. Qui trình thực nghiệm 3.2.1 Các giai đoạn thực nghiệm 3.2.2. Giới hạn của thực nghiệm 48 48 49 3.3. Kết quả thực nghiệm đánh giá tính năng kinh tế kỹ thuật động cơ Deawoo-A16DMN sử dụng xăng E5, giữ nguyên góc đánh lửa θs = θ0 . 49 Đặc tính công suất và momen động cơ sử dụng xăng E5, vị trí mở 30%, 50%, 70%, 90% bướm ga và giữ nguyên góc đánh lửa θs = θ0 50 3.4. Kết quả thực nghiệm đánh giá tính năng kinh tế kỹ thuật động cơ Deawoo-A16DMN sử dụng xăng E15, giữ nguyên góc đánh lửa θs = θ0 . 50 Đặc tính công suất và momen động cơ sử dụng xăng E15, vị trí mở 30%, 50% , 70%, 90% bướm ga và giữ nguyên góc đánh lửa θs = θ0 50 3.5. Kết quả thực nghiệm đánh giá tính năng kinh tế kỹ thuật động cơ Deawoo-A16DMN sử dụng xăng E20, giữ nguyên góc đánh lửa θs = θ0 . 51 Đặc tính công suất và momen động cơ sử dụng xăng E20, vị trí mở 30%, 50%, 70%, 90% bướm ga và giữ nguyên góc đánh lửa θs = θ0 51 3.6. Kết quả thực nghiệm đánh giá tính năng kinh tế kỹ thuật động cơ Deawoo-A16DMN sử dụng xăng E25, giữ nguyên góc đánh lửa θs = θ0 . 52 Đặc tính công suất và momen động cơ sử dụng xăng E25, vị trí mở 30%, 50%, 70%, 90% bướm ga và giữ nguyên góc đánh lửa θs = θ0 52 3.7. Kết quả thực nghiệm đánh giá tính năng kinh tế kỹ thuật động cơ Deawoo A16DMN sử dụng xăng E10Bu5, giữ nguyên góc đánh lửa θs = θ0 . 53 Đặc tính công suất và momen động cơ sử dụng xăng E10Bu5, vị trí mở 30%, 50%, 70%, 90% bướm ga và giữ nguyên góc đánh lửa θs = θ0 53 3.8. Kết quả thực nghiệm đánh giá tính năng kinh tế kỹ thuật động cơ Deawoo A16DMN 54 sử dụng xăng E15Bu5, giữ nguyên góc đánh lửa θs = θ0 . Đặc tính công suất và momen động cơ sử dụng xăng E15Bu5, vị trí mở 30%, 50%, 70%, 90% bướm ga và giữ nguyên góc đánh lửa θs = θ0 54 3.9. Kết quả thực nghiệm đánh giá tính năng kinh tế kỹ thuật động cơ Deawoo A16DMN sử dụng xăng E20Bu5, giữ nguyên góc đánh lửa θs = θ0 . 55 3.10. Kết luận chương 56 Chương 4 57 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.1. Đánh giá sơ bộ nhiên liệu xăng/ ethanol-butanol trong thực nghiệm 4.1.1. Chất lượng hỗn hợp xăng/ethanol-butanol làm nhiên liệu động cơ 57 57 4.1.2. Đánh giá sơ bộ tác động của xăng/ ethanol - butanol về mặt kinh tế và tính thương mại 57 4.1.3. Khả năng cung ứng xăng/ethanol-butanol. 58 4.2. So sánh đánh giá tính năng kinh tế kỹ thuật động cơ Daewoo A16DMN sử dụng xăng E5;E15 với E10BU5. 59 4.2.1. So sánh đánh giá công suất và mô men động cơ Daewoo A16-DMN sử dụng xăng E5;E15 với 10BU5. 59 4.2.2 So sánh đánh giá suất tiêu hao năng lượng động cơ Daewoo A16-DMN sử dụng xăng E5;E15 với 10BU5. 63 4.3. So sánh đánh giá tính năng kinh tế kỹ thuật động cơ Daewoo A16DMN sử dụng xăng E5;E20 với E15BU5. 66 4.3.1. So sánh đánh giá công suất và mô men động cơ Daewoo A16DMN sử dụng xăng E5;E20 với E15BU5. 67 4.3.2. So sánh đánh giá lượng tiêu thụ và suất tiêu hao nhiên liệu động cơ Daewoo A16-DMN sử dụng xăng E5;E20 với E15BU5. 71 4.4. So sánh đánh giá tính năng kinh tế kỹ thuật động cơ Daewoo A16DMN sử dụng xăng E5;E25 với E20BU5. 74 4.4.1. So sánh đánh giá công suất và mô men động cơ Daewoo A16-DMN sử dụng xăng E5;E25 với 20BU5. 75 4.4.2. So sánh đánh giá lượng tiêu thụ và suất tiêu hao nhiên liệu động cơ Daewoo A16-DMN sử dụng xăng E5;E25 với 20BU5. 79 4.5. Kết luận chương 82 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 84 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ TÍNH NĂNG KINH TẾ-KỸ THUẬT ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG XĂNG/ETHANOL-BUTANOL. Học viên: HỒ VĂN LUẬN Chuyên ngành: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 805116 Khóa: 32 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Nhiên liệu sinh học và phối trộn nhiên liệu sinh học đã và đang được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi do có ưu điểm thân thiện với môi trường, góp phần đa dạng hóa nguồn nhiên liệu cho động cơ đốt trong, đảm bảo an ninh năng lượng và giảm áp lực lên nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt. Động cơ sử dụng nhiện liệu hóa thạch khí phát thải gây ô nhiễm môi trường. Hiện nay nhiên liệu sinh học đang được sử dụng rộng rãi do góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và có khả năng tái tạo được. Nghiên cứu này được đề xuất nhằm nâng cao tỉ lệ phối trộn cồn vào xăng khoáng và đánh giá tính năng kinh tế - kỹ thuật. Bài báo khái quát quá trình so sánh, đánh giá tính năng kinh tế kỹ thuật khi sử dụng hỗn hợp xăng E10Bu5-E20Bu5 so với xăng E15-E25. Qua các phân tích, so sánh và đánh giá tính năng kinh tế-kỹ thuật của 3 cặp nhiên liệu nói trên. Tác giả đã tóm tắt các kết quả đã đạt được, phân tích và lựa chọn được tỉ lệ cồn phối trộn tối ưu và đưa ra hướng phát triển. EXPERIMENTAL RESEARCH AND EVALUATE FEATURES ECNOMICTECHNICAL OF ENGINES USING PETROL/ ETHANOL- BUTANOL. Biofuels and biofuel combinations have studied and using extensively because their environmental friendliness, contributing to the diversification of fuel sources for internal combustion engines, ensure energy security and reduce pressure on fossil fuels are slowly depleting. Engines use fossil fuels exhaust fumes to pollute the environment. Currently, biofuels are being used extensively to reduce environmental pollution and to be renewable. This research has proposed to increase the rate of alcohol blending in mineral petrol and to evaluate the technical - economic. This article summarizes the process of evaluating economic and technical feasibility of using blend E10Bu5-E20Bu5 in comparison with petrol E15-E25. Through analysis, comparison and evaluation of economic - technical features of the three pairs of fuels. The author summarizes the results obtained, analyzes and selects rate optimum alcohol content and in the directions of developing. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 1. Các ký hiệu mẫu tự La tinh. Ký hiệu Diễn giải Thứ nguyên a, b Các hằng số phụ thuộc vào cấu tạo động cơ Cm [m/s] Tốc độ trung bình piston D [mm] Đường kính xi lanh Gnl [kg/h] Lượng tiêu hao nhiên liệu giờ gi [kg/kW/h] Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị ge [kg/kW/h] Suất tiêu hao nhiên liệu có ích i [-] Số xi lanh Kc [-] Hệ số tốc độ Li [N/m] Công chỉ thị Me [N/m] Mô men ở đầu ra trục khuỷu Memax [N/m] Mô men cực đại M0 [Kmol/kg] Lượng không khí lý thuyết M1 [Kmol/kg] Lượng môi chất thực tế đi vào xi lanh Ne [kW] Công suất có ích động cơ Nedm [kW] Công suất định mức Nemax [kW] Công suất có ích cực đại n [v/ph] Số vòng quay động cơ ndm [v/ph] Số vòng quay định mức ngemim [v/ph] Số vòng quay ứng với ge nhỏ nhất nmax [v/ph] Số vòng quay cực đại nM [v/ph] Số vòng quay ứng với Me cực đại pe [N/m2] Áp suất có ích trung bình Ký hiệu Thứ nguyên Diễn pi [N/m2] giải Áp suất chỉ thị trung bình pk [N/m2] Áp suất trước xupáp nạp pm [N/m2] Áp suất tổn hao cơ giới pmmin [N/m2] Áp suất tổn hao cơ giới nhỏ nhất Qh [J/kg] Nhiệt trị thấp của 1 kg nhiên liệu S [mm] Hành trình piston Tk [oK] Nhiệt độ trước xupáp nạp Vh [m3] Thể tích công tác 2. Các ký hiệu mẫu tự Hy Lạp : Ký hiệ Thứ nguyên Diễn giải λ [-] Hệ số dư lượng không khí γ [-] Hệ số khí sót ω [rad/s] ηi [-] Hiệu suất chỉ thị ηv [-] Hệ số nạp ηm [-] Hiệu suất cơ giới τ [-] Số kỳ động cơ µnl [đvC] Tốc độ góc của động cơ Phân tử lượng nhiên liệu 3. Các chữ viết tắt: Ký hiệu AFR ASTM Diễn Air Fuel ratio (Tỉ lệ không khí/nhiên liệu) American Society for Testing and Materials (Hiệp hội vật liệu và thử nghiệm Hoa Kỳ). ATDC After Top Dead Center (Trước điểm chết trên) AVL Hãng sản xuất các trang thiết bị thí nghiệm động cơ của Áo APA Asynchron Pendelmaschi Nen Anlage (Băng thử công suất) B5 Butanol 5% (Nhiên liệu sinh học B5) BP Bristish Petroleum (Tập đoàn dầu khí Anh Quốc) CFC Chlorofluorocacbons (Chất khí hóa học gây suy giảm tầng ôzôn) CO Carbon Monoxide COP Conference Of the Parties (Hội nghị về biến đổi khí hậu) ĐCT Điểm chết trên ĐCĐT Động cơ đốt trong ESA Electronic Spark Advance (Đánh lửa điện tử) EU European Union (Liên minh Châu Âu) ETBE Ethyl Tertiary-Butyl Ether (Chất phụ gia ôxy hóa) Food and Agriculture Organization of the United Nations (Tổ FAO chức lương thực và nông nghiệp Liên hiệp quốc) FVI Fuel Volatility Index (Chỉ số hóa hơi nhiên liệu) FBP Final Boiling Point (Điểm sối cuối) GC Gas Chromatography (Sắc khí) Ký hiệu Gasohol HHC Diễn Hỗn hợp xăng pha cồn Hỗn hợp cháy E10BU5 Hỗn hợp xăng phối trộn với 10% ethanol và 5% butanol E15BU5 Hỗn hợp xăng phối trộn với 15% ethanol và 5% butanol E20BU5 Hỗn hợp xăng phối trộn với 20% ethanol và 5% butanol E5÷E25 Xăng phối trộn với 5% ethanol đến 25% ethanol Intergovernmental Panel on Climate Change (Tổ chức liên IPCC chính phủ về biến đổi khí hậu toàn cầu) LHQ Liên hiệp quốc LHV Low Heating Value (Nhiệt trị thấp của nhiên liệu) Methyl Tertiary-Butyl Ether (Hỗn hợp giữa metanol và iso MTBE Buthens) PTN Phòng thí nghiệm ppm Parts Per Million (phần triệu) Paraffins-Olefins-NaphtheNes Analysis PONA (Tính toán nhóm ankan, anken và naptalen) RON Research Octane Number (Chỉ số octan nghiên cứu) rpm Revoletion Per Minute (Tốc độ vòng trên phút) RVP Reid Vapor pressure (Áp suất hóa hơi) USD United States Dollar (Đồng tiền đôla Mỹ) TCVN Tiêu Chuẩn Việt Nam WTO World Trade Organization (Tổ chức thương mại thế giới) Khoáng chất tự nhiên (Một thành phần của nhóm hỗn hợp ZEOLITE iBE10 Alumino-Silicat đã được hyđrat hoá) 5% butanol, 5% ethanol và 90% xăng iBE7 3,5% butanol, 3,5% etanol và xăng 93% xăng iBE3 1,5% butanol, 1,5% etanol và 97% xăng DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiêu Tên bảng Trang Bảng 1.1 Sản xuất nhiên liệu lỏng thế giới, 2006-2030 2 Bảng 1.2 Trữ lượng dầu của các nước trên thế giới tính đến 1/2009 4 Bảng 1.3 Sản lượng cồn của các vùng kinh tế năm 2000, 11 Bảng 1.4 Tình hình sản xuất cồn-nguyên liệu pha chế xăng sinh học ở nước ta, 13 Bảng 1.5 Đặc tính của Xăng – Ethanol - Butanol 15 Bảng 2.1 Yêu cầu kỹ thuật đối với Ethanol nhiên liệu biến tính, 21 Bảng 2.2 Chỉ tiêu đánh giá chất lượng của xăng không chì Ron 92 và Ron 95 27 Bảng 2.3 Chất lượng ethanol tuyệt đối 29 Bảng 2.4 Giới thiệu các tính năng phù hợp của Butanol, có so sánh 30 Ethanol và xăng. Bảng 2.5 Chỉ tiêu lý hóa của nhiên liệu xăng A92, xăng/ethanolbutanol sử dụng trong thực nghiệm 32 Hình 3.1 39 Các trang thiết bị chính của PTN động cơ được mô tả trong bảng DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiêu Tên hình Trang Hình 1.1 Giàn khoan trên biển Đông 8 Hình 1.2 Triển vọng sản lượng ethanol toàn thế giới 11 Hình 1.3 Sản xuất và tiêu thụ Ethanol ở Braxin 11 Hình 1.4 Tốp các nước có sản lượng và năng suất sắn cao nhất thế giới 13 Hình 1.5 Cấu trúc phân tử (a) của ethanol và (b) của butanol 21 Hình 2.1 23 Hình 2.2 Cấu trúc phân tử của Ethanol Ảnh hưởng của thành phần hòa trộn Ethanol/RON92 Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống máy phòng thí nghiệm động cơ 39 Hình 3.2 Băng thử APA 204/8 43 Hình 3.3 Sơ đồ bố trí chung thiết bị AVL-553 45 Hình 3.4 Nguyên lý mạch đo tín hiệu tương tự 46 Hình 3.5 sơ đồ lắp đặt động cơ Daewoo lên bang thử 46 Hình 4.1 Đặc tính công suất và mô men vị trí bướm ga 30%. 65 Hình 4.2 Đặc tính công suất và mô men vị trí bướm ga 50%. 66 Hình 4.3 Đặc tính công suất và mô men vị trí bướm ga 70%. 67 Hình 4.4 Đặc tính công suất và mô men vị trí bướm ga 90%. 68 Hình 4.5 Đặc tính suất tiêu hao năng lượng, tiêu hao nhiên liệu vị trí bướm ga 30%. 70 Hình 4.6 Đặc tính suất tiêu hao năng lượng, tiêu hao nhiên liệu vị trí bướm ga 50%. 71 Hình 4.7 Đặc tính suất tiêu hao năng lượng, tiêu hao nhiên liệu vị trí bướm ga 70%. 72 Hình 4.8 Đặc tính suất tiêu hao năng lượng, tiêu hao nhiên liệu vị trí bướm ga 90%. 73 Hình 4.9 Đặc tính công suất và mô men vị trí bướm ga 30%. 74 Hình 4.10 Đặc tính công suất và mô men vị trí bướm ga 50%. 75 đến áp suất hóa hơi 24 Hình 4.11 Đặc tính công suất và mô men vị trí bướm ga 70%. 76 Hình 4.12 Đặc tính công suất và mô men vị trí bướm ga 90%. 78 Hình 4.13 Đặc tính suất tiêu hao năng lượng, tiêu hao nhiên liệu 79 Hình 4.14 Đặc tính suất tiêu hao năng lượng, tiêu hao nhiên liệu vị trí mở bướm ga 50%. 80 Hình 4.15 Đặc tính suất tiêu hao năng lượng, tiêu hao nhiên liệu 81 Hình 4.16 Đặc tính suất tiêu hao năng lượng, tiêu hao nhiên liệu Hình 4.17 Đặc tính công suất và mô men vị trí bướm ga 30%. 84 Hình 4.18 Đặc tính công suất và mô men vị trí bướm ga 50%. 85 Hình 4.19 Đặc tính công suất và mô men vị trí bướm ga 70%. 86 Hình 4.20 Đặc tính công suất và mô men vị trí bướm ga 90%. 87 Hình 4.21 Đặc tính suất tiêu hao năng lượng, tiêu hao nhiên liệu 88 Hình 4.22 Đặc tính suất tiêu hao năng lượng, tiêu hao nhiên liệu Hình 4.23 Đặc tính suất tiêu hao năng lượng, tiêu hao nhiên liệu Hình 4.24 Đặc tính suất tiêu hao năng lượng, tiêu hao nhiên liệu vị trí mở bướm ga 30%. vị trí mở bướm ga 70%. vị trí bướm ga 90%. vị trí bướm ga 30%. vị trí bướm ga 50% vị trí bướm ga 70%. vị trí bướm ga 90%. 82 89 90 91 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường luôn là mục tiêu nghiên cứu của ngành động cơ và ô tô. Trong tình hình dầu mỏ đang dần cạn kiệt và sự biến đổi khí hậu trái đất đang trở thành mối đe dọa đối với nhân loại thì vấn đề nêu trên càng trở thành mối quan tâm hàng đầu của cả thế giới. Song song với việc hoàn thiện các hệ thống của động cơ đốt trong để nâng cao hiệu suất nhiệt, giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm thiểu ô nhiễm môi trường thì các dự án, các chương trình nghiên cứu tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng này đã và đang được các nhà khoa học tập trung nghiên cứu. Việc tìm kiếm những nguồn năng lượng sạch, có khả năng tái tạo để thay thế một phần xăng, dầu đang là vấn đề thời sự trong bối cảnh nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn kiệt dần và hiện tượng ấm lên của trái đất đã thực sự trở thành mối lo âu của toàn nhân loại. Một trong những hướng đi có khả thi cao là sử dụng Ethanol và Butanol để pha vào xăng, vừa làm tăng tỉ lệ phối trộn cồn vào xăng và có khả năng giảm thiểu ô nhiễm môi trường nên xăng pha cồn làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong ngày càng phổ biến trên toàn thế giới. So với những hạn chế của ethanol, butanol có nhiều ưu điểm như: Nhiệt ẩn (nhiệt hóa hơi) của butanol 474.3 kj/kg thấp hơn so với ethanol 903 kj/kg làm tăng khả năng khởi động động cơ lạnh, và nhiệt trị của butanol 33.3 Mj/kg cao hơn ethanol 26.8 Mj/kg cũng là lợi thế của butanol. Butanol có khả năng pha trộn với xăng ở bất kỳ tỉ lệ nào mà không cần sự sửa đổi hệ thống nhiên liệu động cơ. Butanol ít gây ra ăn mòn và tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn do nhiệt trị cao hơn ethanol. Chính vì những ưu điểm và nhược điểm trên của ethanol và butanol nên cần phối trộn chung giữa hai nhiên liệu này với xăng để tận dụng ưu điểm và khắc phục nhược điểm của mỗi loại. Đồng thời có khả năng nâng cao tỉ lệ phối trộn cồn ethanol trong xăng lên trên 25-30% thể tích động cơ vẫn hoạt động tốt. Điều mà khó đạt được khi phối trộn riêng ethanol với xăng. Với những lý do nêu trên, đề tài: “Nghiên cứu thực nghiệm đánh giá tính năng kinh tế kỹ thuật động cơ sử dụng xăng/ ethanol - butanol” là hết sức cấp thiết. 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu động cơ đánh lửa cưỡng bức sử dụng xăng/Ethanol-Butanol làm nhiên liệu. Cụ thể là đánh giá tính năng kinh tế-kỹ thuật 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Sử dụng xăng/Ethanol-Butanol nghiên cứu trên động cơ Daewoo A16DMN, động cơ đánh lửa cưỡng bức, động cơ xăng 4 kỳ - 4 xilanh bố trí thẳng hàng. 3.2. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu phối trộn ethanol 10-20% và butanol 5% với xăng sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong. 4. Phương pháp nghiên cứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm; Nghiên cứu lý thuyết để xác định mục tiêu và điều kiện cho nghiên cứu thực nghiệm. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Nghiên cứu một loại nhiên liệu sinh học mới có nhiều ưu điểm, giảm thiểu ô nhiễm môi trường, có thể pha trộn với xăng theo tỷ lệ lớn giảm chi phí nhiên liệu xăng và giảm áp lực lên nguồn nhiên liệu hóa thạch đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia. Xác định các thông số động lực học, đánh giá chính xác lượng tiêu hao nhiên liệu và suất tiêu hao năng lượng thực tế của động cơ ở mọi chế độ làm việc, nhờ các thiết bị hiện đại được trang bị đồng bộ cùng với băng thử APA204/E/0943 nên đề tài bước đầu có ý nghĩa khoa học và phản ánh tính thực tiễn rõ nét. 6. Cấu trúc luận văn Ngoài phần Mở đầu và Kết luận, luận văn được trình bày trong 04 chương với cấu trúc như sau: Chương 1. TỔNG QUAN Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương 3. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM Chương 4. PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ SO SÁNH VỚI KẾT QUẢ XĂNG E15, E20, E25. KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 3 Chương 1 TỔNG QUAN Trong chương này tác giả trình bày tổng quan về tình hình nghiên cứu trong lĩnh vực liên quan của đề tài, tình hình nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sinh học ở Việt Nam và trên thế giới. Trong đó đặc biệt chú ý đến khả năng nghiên cứu và sử dụng hỗn hợp Xăng/ Ethanol - Butanol sinh học để ứng dụng làm nhiên liệu cho động cơ đánh lửa cưỡng bức. Chúng ta sẽ tìm hiểu các nội dung chi tiết này trong phần trình bày dưới đây. 1.1 Viễn cảnh về nguồn nhiên liệu hóa thạch 1.1.1 Tình hình an ninh năng lượng trên thế giới Năng lượng nói chung và nhiên liệu dùng cho giao thông vận tải nói riêng có vai trò quan trọng đối với sự phát triến kinh tế - xã hội của một quốc gia. An ninh quốc gia, an ninh kinh tế luôn gắn liền với an ninh năng lượng. Vì vậy, chính sách năng lượng luôn được đặt lên hàng đầu của mỗi quốc gia trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội bền vững. Các chuyên gia kinh tế năng lượng cho rằng nếu không phát hiện thêm trữ lượng mới, nguồn dầu mỏ khai thác cũng chỉ đủ dùng trong vòng 40÷50 năm nữa. Nhu cầu xăng dầu tăng chưa thấy điểm dừng là nguyên nhân làm giá dầu luôn tăng, khó có khả năng giảm xuống dưới mức 50 USD/thùng. Nhu cầu dầu thô ngày càng lớn trong khi đó trữ lượng ngày càng hạn chế cộng với những bất ổn chính trị tại một số nước nước sản xuất dầu mỏ đang là những tác nhân đẩy giá dầu lên cao. Để đối phó với tình hình đó, cần phải có một thứ nhiên liệu khác thay thế loại nhiên liệu dầu khoáng đang trên đà cạn kiệt. Trong những thập kỷ vừa qua, nhất là sau năm 1970 - những năm khủng hoảng dầu mỏ, công nghệ sử dụng năng lượng tái tạo đã đạt nhiều tiến bộ đáng kể. Đi đầu trong xu hướng này là các nước phát triển trong Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD), đặc biệt là các nước phát triển thuộc Liên minh châu Âu (EU). Hiện tại, các nguồn năng lượng này chưa làm thay đổi cơ bản cơ cấu cân bằng năng lượng của thế giới, nhưng trong tương lai cơ cấu này chắc chắn sẽ thay đổi khi vấn đề công nghệ và giá thành năng lượng tái tạo được giải quyết. Tổng sản lượng điện sản xuất từ các nguồn năng lượng tái tạo tăng với tỷ lệ 2,9% mỗi năm, và tỷ trọng năng lượng tái tạo 4 chiếm trong tổng sản lượng điện thế giới được dự báo tăng từ 19% năm 2006 lên 21% năm 2030. Theo giới phân tích, nhu cầu thế giới về năng lượng mặt trời, gió và các dạng năng lượng tái sinh khác sẽ tăng mạnh vào giữa thế kỷ này, do lo ngại ngày một tăng về tình trạng Trái đất nóng lên. Năng lượng tái tạo được dự đoán sẽ có bước nhảy vọt và đến tầm 2050 sẽ bắt đầu thách thức sự thống trị hiện nay của các loại nhiên liệu hoá thạch. Sự thiếu hụt rõ ràng về cầu tương ứng với giá dầu cao ở các nước đang phát triển (đặc biệt, Trung Quốc và Ấn Độ) đã dẫn tới các dự đoán về giá dầu tiếp tục tăng cao. Cầu tăng cao và nguồn cung đình trệ đã khiến một số nhà phân tích cho rằng giá dầu 200$/thùng sẽ diễn ra trong thời gian ngắn. Theo dự đoán IEO2009, sản lượng nhiên liệu lỏng thế giới của năm 2030 vượt mức của năm 2006 tới 22 triệu thùng/ngày. Mức tăng sản lượng được dự đoán là diễn ra ở cả các nhà sản xuất thuộc OPEC và không thuộc OPEC, tuy nhiên, 59% tổng lượng tăng được cho là sẽ nằm ở các vùng không thuộc OPEC, với 44% là của riêng sản lượng nhiên liệu lỏng không chiết xuất từ dầu mỏ của khu vực phi OPEC. Vào năm 2030, sản lượng OPEC đạt 44 triệu thùng/ngày và sản lượng của khu vực không thuộc OPEC đạt 63 triệu thùng/ngày trong tổng quan nghiên cứu. Bảng 1. 2: Sản xuất nhiên liệu lỏng thế giới, 2006-2030 (đơn vị: triệu thùng/ngày) Nguồn nhiên liệu Tỷ lệ tăng trung 2006 2010 2015 2020 2025 2030 bình hàng năm, 2006-2030 (%) OPEC Nhiên liệu lỏng 34,0 35,0 37,3 38,8 40,2 42.3 0,9 Dầu siêu nặng 0,6 0,6 0,7 0,8 1,0 1,2 2,8 Bitumen 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 — Khí hoá lỏng 0,0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,3 18,3 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 — 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 — tiêu chuẩn Dầu đá phiến (Shale Oil) Nhiên liệu sinh học 5 Tổng OPEC 34,7 35,6 38,1 39,9 41,4 43,8 1,0 47,5 46,3 46,1 47,9 49,4 50,9 0,3 Dầu siêu nặng 0,0 0,0 0,0 0,0 0,1 0,1 14,3 Bitumen 1,2 1,9 2,8 3,3 3,8 4,2 5,3 Than hoá lỏng 0,1 0,2 0,3 0,5 0,8 1,2 9,0 Khí hoá lỏng 0,0 0,0 0,1 0,1 0,1 0,1 — Dầu đá phiến 0,0 0,0 0,0 0,0 0,1 0,2 13,9 0,8 1,9 2,8 3,8 5,0 5,8 8,6 49,9 50,7 52,5 56,0 59,6 62,8 1,0 Ngoài OPEC Nhiên liệu lỏng tiêu chuẩn Nhiên liệu sinh học Tổng ngoài OPEC talb. . . . ..... Nhiên liệu lỏng không chiết xuất từ dầu mỏ sẽ có tỷ trọng tăng trưởng lớn nhất trong thời kỳ dự đoán, do giá dầu cao khiến cho chúng trở nên cạnh tranh hơn về khía cạnh kinh tế. Nhiên liệu không chiết xuất từ dầu mỏ chiếm 47% mức tăng của tổng sản lượng từ 2006 tới 2030, hay 10,4 triệu thùng/ngày, trong đó 9,6 triệu thùng/ngày là của các nguồn không thuộc OPEC. Giá dầu cao, những cải tiến trong công nghệ khai thác và chiết xuất, sự chú trọng vào hiệu quả thu hồi dầu, sự nổi bật và mức tăng trưởng liên tiếp của sản lượng nguồn nhiên liệu không chiết xuất từ dầu mỏ là những nhân tố chính dẫn tới mức tăng trưởng của sản lượng nhiên liệu lỏng không thuộc OPEC trong tổng quan nghiên cứu. Bảng 1.3: Trữ lượng dầu của các nước trên thế giới tính đến 1/2009 Nước Trữ lượng dầu (tỷ thùng) Ả rập Xê-út 266,7 Canada 178,1 Iran 136,2 Iraq 115,0 Kuwait 104,0