Hướng tới giải pháp kết hợp khí sinh học - năng lượng mặt trời
Tiến sĩ Ahmet Aksoz của Đại học Sivas Cumhuriyet, trình bày trường hợp cho một giải pháp kết hợp, sử dụng công nghệ khí sinh học và năng lượng mặt trời.
Với sự gia tăng dân số và đô thị hóa, việc tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch đã tăng lên. Điều đó gây ra khí thải carbon và ô nhiễm môi trường khác. Nhu cầu năng lượng ở các thành phố, đặc biệt là ở các vùng sâu, vùng xa, đã tăng mạnh. Theo Triển vọng Kinh tế Thế giới 2020, khoảng 13% dân số toàn cầu sống mà không được tiếp cận với năng lượng. Có nhiều công nghệ tái tạo khác nhau, bao gồm năng lượng mặt trời, sinh khối, gió và thủy điện. Hai nguồn năng lượng tái tạo quan trọng - khí sinh học và năng lượng mặt trời - được sử dụng rộng rãi ở các vùng sâu vùng xa khác nhau ở các nước đang phát triển và đang phát triển. Đây là những phương tiện thiết thực và hiệu quả để giảm lượng khí thải carbon và sản xuất năng lượng sạch thông qua các kỹ thuật tiên tiến ở các thành phố và vùng sâu vùng xa.
Ở các vùng sâu, vùng xa, người dân thường lấy điện từ các nguồn năng lượng tái tạo đơn lẻ như mặt trời, gió hoặc sinh khối, nhưng vấn đề liên quan đến một nguồn duy nhất là nguồn cung cấp năng lượng không thể đoán trước được. Các nguồn năng lượng tái tạo đơn lẻ không phải lúc nào cũng có thể đáp ứng được nhu cầu điện của cả một khu vực. Do đó, hệ thống hybrid sẽ là một lựa chọn đầy hứa hẹn để cung cấp nguồn cung cấp năng lượng thay thế tốt nhất và ổn định từ các nguồn năng lượng tái tạo cho các khu vực không thể tiếp cận, cũng như các thành phố. Nhiều nghiên cứu đã chấp nhận rằng các nguồn năng lượng thông thường không thể đáp ứng nhu cầu năng lượng của các thành phố, đặc biệt là ở các nước đang phát triển, và thậm chí rất khó để cung cấp năng lượng cho các vùng sâu vùng xa.
Hệ thống năng lượng hỗn hợp được coi là giải pháp thay thế hiệu quả nhất về chi phí và tốt nhất cho việc sản xuất năng lượng sẽ giúp mở rộng khả năng tiếp cận năng lượng tới nhiều khu vực và thành phố xa xôi. Hệ thống năng lượng lai được tích hợp với nhiều nguồn năng lượng tái tạo và cung cấp nguồn năng lượng ổn định. Mặt khác, có rất nhiều lợi ích về môi trường.
Hơn nữa, sinh khối - chủ yếu là phân gia súc và chất thải nông nghiệp - có sẵn với số lượng lớn ở các vùng sâu vùng xa bằng cách tận dụng những chất thải này thông qua công nghệ phân hủy kỵ khí (AD). Trong khi đó, có một lựa chọn tốt về khả năng cung cấp năng lượng mặt trời và không gian ở các vùng sâu vùng xa. Xem xét các phương án khả thi này ở một số khu vực được chọn, hệ thống năng lượng hỗn hợp Biogas-Solar sẽ là một lựa chọn đầy hứa hẹn để sản xuất năng lượng bền vững.
Ban đầu, hệ thống hybrid này sẽ được lắp đặt ở các thành phố và vùng sâu vùng xa nơi có sẵn sinh khối (phân gia súc, chất thải nông nghiệp và bùn thải) và cả năng lượng mặt trời. Sau quá trình lọc khí sinh học để tăng hàm lượng mêtan, điện sẽ được tạo ra thông qua máy phát sinh khối.
Tương tự, năng lượng sản xuất từ các tấm pin mặt trời sẽ được chuyển đổi và cung cấp cho hệ thống AC tích hợp như đã đề cập trong Hình 1. Hệ thống hybrid được lắp đặt sẽ được giám sát thông qua trí tuệ nhân tạo để đạt được hiệu quả tối đa của hệ thống hybrid.
Các ngành công nghiệp được coi là ngành tiêu thụ chính điện và các nguồn nhiên liệu khác để vận hành các quá trình công nghiệp khác nhau. Hệ thống kết hợp này (Biogas-Solar) sẽ là một lựa chọn bền vững để sản xuất năng lượng.
Trong các ngành công nghiệp, bùn thải phát sinh là một vấn đề nghiêm trọng, vì việc xử lý nó bao gồm thêm chi phí vận chuyển từ khu công nghiệp đến bãi thải và có những tác động nghiêm trọng đến môi trường do quá trình đốt cháy lộ thiên và thải ra khói độc trong không khí và rửa trôi dưới lòng đất.
Phân hủy kỵ khí là một công nghệ nổi tiếng để xử lý bùn an toàn và sản xuất khí sinh học tái tạo và phân trộn sinh học giàu dinh dưỡng. Về vấn đề này, các ngành công nghiệp sẽ đóng góp cho mục đích kinh doanh và xây dựng các trạm hỗn hợp khí sinh học - năng lượng mặt trời ở các địa điểm khác nhau ở các thành phố và vùng sâu vùng xa. Các ngành công nghiệp sẽ lắp đặt các hệ thống hỗn hợp này trong các ngành sản xuất điện và cũng có được nguồn nhiệt để chạy lò hơi. Các khu vực tiềm năng để thiết lập các trạm năng lượng hỗn hợp này ở các địa điểm khác nhau được đề cập trong Hình 2.
Ứng dụng của các trạm năng lượng hỗn hợp biogas-mặt trời
Các trạm năng lượng hỗn hợp sẽ được phát triển ở các địa điểm cụ thể như đã đề cập, và việc sản xuất năng lượng từ các trạm này sẽ được sử dụng để cung cấp điện cho các khu dân cư và thương mại. Trong khi đó, có một lợi thế lớn cho các ngành công nghiệp nếu họ đầu tư và áp dụng hệ thống hybrid này và sẽ cung cấp nguồn nhiệt từ khí sinh học và sử dụng năng lượng này trong lò hơi và các quy trình công nghiệp sưởi ấm khác. Trong khi đó, bùn được phân hủy sẽ được tạo ra từ các hầm khí sinh học, được coi là loại phân bón thân thiện với môi trường để ứng dụng trong nông nghiệp.
Hệ thống năng lượng hỗn hợp khí sinh học-năng lượng mặt trời là một phần của nền kinh tế tuần hoàn và sẽ cung cấp các dịch vụ sau:
- Giảm phát thải carbon;
- Phương pháp sản xuất năng lượng hiệu quả;
- Chất thải
ban quản lý;
- Xử lý bùn;
- Các ứng dụng dân cư và thương mại;
- Sản xuất bền vững phân bón làm nguồn dinh dưỡng cho nông nghiệp;
- Quản lý chất thải nông nghiệp.
Xuất sắc
Một nhà máy khí sinh học cung cấp cả sản xuất điện và sản xuất nhiên liệu sinh học và sản xuất màu mỡ rất chất lượng và nước nóng để sưởi ấm và các ứng dụng nhà kính. Điều quan trọng nhất cần giải quyết là không có khả năng đảm bảo đủ nguồn lực cho cơ sở đã thành lập. Nhà máy điện khí sinh học hybrid kiểu TR cung cấp một giải pháp tuyệt vời cho nó. Trong Hình 4, có thể xem sơ đồ mặt bằng, mặt cắt và khung cảnh của nhà máy khí sinh học kiểu TR cho 500 con gia súc.
Sử dụng kế hoạch của nhà máy này, một cơ sở bền vững, tiết kiệm và có thể quản lý được có thể được thiết lập. Có ba loại nhà máy điện khí sinh học hỗn hợp TR, đó là nhà máy điện công suất 250, 500 và 1.000 chất thải gia súc. Những con số này chỉ cho thấy kích thước của nhà máy. Không chỉ chất thải động vật mà chất thải nông nghiệp và chất thải lâm nghiệp khác có thể được sử dụng trong quy mô nhà máy này. Sơ đồ nguyên lý làm việc của nhà máy điện lai kiểu TR cũng được minh họa trong Hình 5.
Năng lượng được tạo ra trong 3 loại lò phản ứng được đưa ra trong Bảng 1. Các kết quả trung bình này được phân tích chỉ sử dụng chất thải của gia súc.
Theo kết quả phân tích thực nghiệm và tính toán;
- Khi mức tiêu thụ điện hàng tháng của ngôi nhà được tính là 238 kWh / tháng thì cơ sở loại 1 (250 con gia súc) đáp ứng nhu cầu điện hàng năm của 27 hộ gia đình.
- Khi lượng khí đốt tự nhiên tiêu thụ hàng tháng của một khu dân cư được tính trung bình là 125 m3 (125 * 10,64 = 1,330 kWh /
tháng), cơ sở loại 1 đáp ứng nhu cầu khí đốt tự nhiên hàng năm của 10 hộ gia đình.
- Khi tính toán trung bình mỗi công đất sử dụng 1.200 kg (1,2 tấn) phân bón sinh học thì cơ sở loại 1 đáp ứng nhu cầu phân bón trên 1.500 công đất.
Trong Bảng 2, sản lượng hàng năm của 3 nhà máy điện loại này được đưa ra. Việc tính toán chi phí của việc tạo ra 3 nhà máy điện loại này cũng đã được thực hiện và các đối tác quan tâm có thể liên hệ với chúng tôi để thảo luận. Dữ liệu trong Bảng 1 và Bảng 2 mô tả rằng nhà máy điện khí sinh học lai kiểu TR có thể cung cấp nguồn năng lượng mong muốn cho các vùng nông thôn, nơi không có đủ khả năng sưởi ấm và không đủ chất lượng năng lượng điện. Ngoài ra, nông dân ở các vùng nông thôn đang tìm kiếm phân bón rẻ hơn, hữu cơ hơn và chất lượng tốt hơn.
Cuối cùng, báo cáo từ dữ liệu của Bộ Năng lượng Cộng hòa Thổ Nhĩ Kỳ cho thấy tiềm năng khí sinh học đầy đủ của TR.
"Có 36 MW thủy điện, 48 MW gió và 2 MW tiềm năng địa nhiệt phù hợp để sản xuất điện. Ngoài ra, khả năng tài nguyên để sản xuất 1,3 tỷ kWh / năm từ năng lượng mặt trời".
"Theo dự báo chính thức, nhu cầu điện vào năm 2030 sẽ tăng 2,5 lần so với mức hiện tại; nó sẽ tăng lên 720 TWh, nhưng sản xuất năng lượng vẫn sẽ không đủ theo nhu cầu."
Vì lý do này, năng lượng tái tạo có tầm quan trọng lớn và tầm quan trọng của nó đang tăng lên từng ngày.
Đầu tư vào năng lượng tái tạo làm giảm đáng kể việc sản xuất điện từ than và khí đốt tự nhiên trong sản xuất điện. Dự án này nên là ví dụ đầu tiên về các nhà máy điện khí sinh học lai tiếp theo ở Đông Âu.
Người giới thiệu
1. Odoi-Yorke, F., Abaase, S., Zebilila, M., Atepor, L., 2022. Phân tích tính khả thi của hệ thống năng lượng hỗn hợp PV mặt trời / biogas cho điện khí hóa nông thôn ở Ghana. Cogent Eng. https://doi.org/10. 1080 / 23311916.2022.2034376
2. Kumar, R., Channi, H.K., 2022. Hệ thống năng lượng tái tạo kết hợp ngoài lưới điện PV-Biomass (HRES) cho điện khí hóa nông thôn: Thiết kế, tối ưu hóa và phân tích kinh tế - môi trường kỹ thuật. J. Sạch sẽ. Sản phẩm. https://doi.org/10.1016/j. jclepro.2022.131347
3. Agyenim, F.B., Dzamboe, P.D., Mohammed, M., Bawakyillenuo, S., Okrofu, R., Decker, E., Agyemang, V.K., Nyarko, E.H., 2020. Cung cấp năng lượng cho các cộng đồng sử dụng khí sinh học-năng lượng mặt trời kết hợp ở Ghana, một nghiên cứu khả thi. Môi trường. Technol. Vô tội. https://doi.org/10.1016/j.eti.2020.100837
4. Kirim, Y., Sadikoglu, H., Melikoglu, M., 2022. Phân tích kỹ thuật và kinh tế của hệ thống năng lượng tái tạo hỗn hợp biogas và quang điện mặt trời (PV) cho chuồng trại bò sữa. Thay mới. Năng lượng. https://doi.org/10.1016/j.renene.2022.02.082
5. Agyenim, F.B., Dzamboe, P.D., Mohammed, M., Bawakyillenuo, S., Okrofu, R., Decker, E., Agyemang, V.K., Nyarko, E.H., 2020. Cung cấp năng lượng cho các cộng đồng sử dụng khí sinh học-năng lượng mặt trời kết hợp ở Ghana, một nghiên cứu khả thi. Môi trường. Technol. Vô tội. https: // doi.org/10.1016/j.eti.2020.100837; Mandal, S., Yasmin, H., Sarker, M.R.I., Beg, M.R.A., 2017. Triển vọng của hệ thống năng lượng hỗn hợp máy phát điện mặt trời-PV / biogas / diesel của một khu vực không nối lưới ở Bangladesh, trong: Kỷ yếu Hội nghị AIP. https: // doi.org/10.1063/1.5018538
6. D'Rozario, J., Shams, S., Rahman, S., Sharif, A., Basher, E., 2015. Hệ thống phát điện hỗn hợp khí sinh học-năng lượng mặt trời hiệu quả về chi phí, trong: Kỷ yếu Hội nghị Quốc tế IEEE về Ngành công nghiệp điện tử. https://doi.org/10.1109/ICIT.2015.7125504
