Tìm hiểu về tiềm năng và hiện trạng sử dụng năng lượng Biogas tại thị xã Sơn Tây – thành phố Hà Nội

nhiều nhà đầu tư trong và ngoài nước đang nghiên cứu triển khai dự án. - Thủy điện nhỏ Với lợi thế nằm trong khu vực có khí hậu nhiệt đới gió mùa, mật độ sông suối dày đặc, phân bố tương đối đồng đều lại bị phân cách mạnh tạo độ dốc lớn nên Việt Nam được đánh giá có tiềm năng lớn về thủy điện vừa và nhỏ. Tiềm năng thuỷ điện tập trung ở 10 hệ thống lưu vực sông Đà, sông Lô-Gâm-Chảy, sông Mã-Chu, Cả, sông Vu Gia-Thu Bồn, sông Trà Khúc-Hương, sông Sê San, sông Ba, sông Serepok và hệ thống sông Đồng Nai. Trong đó, các lưu vực sông có tiềm năng thuỷ điện lớn nhất như sông Đà, sông Lô, sông Sê San và sông Đồng Nai chiếm khoảng 75% tiềm năng cả nước. Theo ước tính của Viện Năng lượng, hệ thống sông ngòi Việt Nam có tiềm năng khoảng 300 tỷ KW/h. Trong khi đó, tiềm năng kinh tế kỹ thuật có thể khai thác được ước tính vào khoảng 80 tỷ KW/h, hiện mới chỉ được khai thác khoảng 15% trữ lượng này, và hầu hết là ở các nhà máy thủy điện vừa và lớn như: Hoà Bình, Thác Bà, Sông Hinh… Hiện nay, thủy điện nhỏ cũng mới chỉ khai thác được 300MW/4000MW tiềm năng. - Năng lượng sinh khối Tiềm năng sinh khối trong phát triển năng lượng bền vững ở Việt Nam cũng khá lớn. Nguồn sinh khối ở Việt Nam chủ yếu là trấu, bã mía, sắn, ngô, sản phẩm có dầu, gỗ, phân động vật, rác sinh học đô thị và các phụ phẩm nông nghiệp. Tiềm năng năng lượng sinh khối của Việt Nam khoảng 43 - 46 triệu TOE/năm, trong đó khoảng 60% là năng lượng gỗ củi (26 - 27 triệu TOE) và 40% năng lượng rơm rác, phụ phẩm nông nghiệp (17 - 19 triệu TOE). Riêng năng lượng khí sinh học, tiềm năng lý thuyết được đánh giá sơ bộ khoảng 0,4 triệu TOE/năm, nhưng tiềm năng có thể khai thác được chỉ khoảng 10%. Theo nghiên cứu của Bộ Công Nghiệp, tiềm năng sinh khối từ mía, bã mía là 200 – 250MW, trong khi trấu có tiềm năng tối đa là 100MW. Ngoại trừ mía đường, các nguồn sinh khối khác vẫn chưa được khai thác để sản xuất điện. - Địa nhiệt Với khoảng trên 200 nguồn nước nóng có nhiệt độ từ 40-100oC, năng lượng địa nhiệt được nhận định là một trong những nguồn năng lượng tái tạo đầy tiềm năng của nước ta. Những nơi có nguồn địa nhiệt lớn : Tu Bông (Khánh Hoà), Phú Sen ( Phú Yên), Hội Vân (Bình Định), Nghĩa Thuận (Quảng Ngãi) và Kon Du (Kon Tum), Tây Bắc, Đông Bắc, Bắc Bộ….Đây là những vùng các dự án địa nhiệt có tính khả thi rất cao. Theo đánh giá của các chuyên gia, các nguồn nhiệt này có khả năng xây dựng các nhà máy điện có công suất từ 3 đến 30MW. Riêng khu vực miền Trung từ Quảng Bình đến Khánh Hòa, nơi có các nguồn địa nhiệt với nhiệt độ từ 70-150oC, được xem là có tiềm năng lớn để khai thác và xây dựng các nhà máy điện địa nhiệt với tổng công suất khoảng 200MW. Năng lượng địa nhiệt mới chỉ được điều tra, thăm dò. Do đó, để ứng dụng cần phải khảo sát, đánh giá chính xác trước khi xây dựng dự án. Tuy nhiên, với số liệu hiện có nên tập trung phát triển địa nhiệt ở miền Trung với công nghệ nhiệt độ thấp. - Năng lượng mặt trời Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn, đặc biệt là năng lượng mặt trời. Trải dài từ vĩ độ 8027’Bắc đến 23023’Bắc, Việt Nam nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao. Cường độ bức xạ mặt trời đạt trung bình từ 4 – 5 kwh/m2 mỗi ngày, bình quân năm là 1346,8 - 2153,5 kWh/m2/năm, số giờ nắng trung bình năm là 1600 - 2720 h/năm. Tuy nhiên lượng bức xạ mặt trời trên mặt đất tùy thuộc vào lượng mây và thành phần khí quyển của từng địa phương. Giữa các địa phương nước ta có chênh lệch đáng kể về bức xạ mặt trời. Cường độ bức xạ ở phía Nam thường cao hơn phía Bắc. Nơi có tiềm năng tốt: Tây Bắc và từ miền trung trở xuống phía Nam. * Nhận xét Việt Nam là một nước có tiềm năng lớn về các nguồn năng lượng tái tạo, nhưng lại chưa tận dụng một cách triệt để nguồn năng lượng này. Nhằm đáp ứng mục tiêu tăng trưởng và đảm bảo nhu cầu an ninh năng lượng, Việt Nam cần xây dựng chiến lược và lộ trình phát triển các nguồn năng lượng mới và tái tạo. Ưu tiên phát triển thuỷ điện nhỏ, điện gió, sử dụng các phụ phẩm nông nghiệp, rác thải để phát điện, sử dụng năng lượng mặt trời để cấp nhiệt, sấy nông sản, lọc nước sạch, phát triển các hầm khí sinh học để đun nấu trong nông thôn, góp phần vào mục tiêu giảm phát thải hiệu ứng nhà kính, ứng phó tình trạng biến đổi khí hậu toàn cầu. Đồng thời tìm kiếm, xác định các dự án có thể triển khai ở Việt Nam, xác định cơ chế tài chính, chính sách hỗ trợ, đảm bảo cho các hoạt động khai thác, sử dụng các nguồn năng lượng mới và tái tạo ở Việt Nam. 2.2. TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG BIOGAS 2.2.1. Khái niệm về biogas Biogas hay khí sinh học là sản phẩm khí sinh ra từ quá trình phân hủy của các chất hữu cơ như phân người và động vật, bèo, rơm rạ, lá cây…trong môi trường không có oxy. Trong tự nhiên biogas sinh ra ở đầm lầy, đáy hồ ao tù đọng hay trong bộ máy tiêu hóa của động vật. 2.2.2. Thành phần và nguyên liệu để sản xuất biogas 2.2.2.1. Thành phần - Metan (CH4): 50% - 75%. - Carbon dioxide (CO2): 25% - 50%. - Nitrogen (N2): 0% - 10%. - Hydrogen (H2): 0 - 1 %. - Hydrogen sulfilde (H2S): 0% - 3%. - Oxygen (O2): 0% - 2%. Tỷ lệ giữa các chất trong hỗn hợp phụ thuộc vào nguyên liệu và diễn biến của quá trình sinh học. Metan (CH4) là thành phần chủ yếu của khí sinh học. Nó là chất khí không màu, không mùi và nhẹ bằng nửa không khí, ít hòa tan trong nước. Ở áp suất khí quyển, metan hóa lỏng ở nhiệt độ -161,50C. Khi metan cháy sẽ tạo ngọn lửa màu lơ nhạt và tỏa nhiều nhiệt lượng: CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 882 kJ 2.2.2.2. Nguyên liệu Nguyên liệu dùng để sản xuất biogas ( khí sinh học - KSH ) được chia ra làm 2 loại: - Nguyên liệu có nguồn gốc từ động vật: Thuộc loại này, phân người và phân gia súc, gia cầm là phổ biến. Vì được xử lý trong bộ máy tiêu hoá nên phân dễ phân huỷ và nhanh chóng cho KSH. Tuy vậy, thời gian phân huỷ phân không dài (2 - 3 tháng ) và tổng lượng khí thu được từ 1kg phân là không lớn. Phân trâu, bò, lợn phân hủy nhanh hơn. Phân người và phân gà vịt phân hủy chậm hơn nhưng cho năng suất cao hơn. - Nguyên liệu có nguồn gốc thực vật: Các nguyên liệu thực vật gồm phụ phẩm cây trồng như rơm rạ, thân lá ngô, khoai, đậu…và loại cây xanh hoang dại như: bèo, các cây cỏ sống ở dưới nước…Các nguyên liệu thực vật có lớp vỏ cứng rất khó bị phân huỷ. Vì vậy nguyên liệu càng già càng khó phân huỷ. Để cho quá trình phân huỷ được thuận lợi, những nguyên liệu thực vật cần được xử lý trước (chặt, băm, đạp nhỏ và ủ sơ bộ ) để phá vỡ lớp vỏ cứng và tăng diện tích bề mặt cho vi khuẩn tấn công. Quá trình phân huỷ của nguyên liệu thực vật dài hơn so với phân (có thể tới hàng năm). Do vậy nguyên liệu thực vật nên sử dụng theo cách nạp từng mẻ nhỏ, mỗi mẻ kéo dài từ 3 – 6 tháng. 2.2.3. Bản chất của phương pháp kỵ khí và cơ chế tạo thành khí metan 2.2.3.1. Bản chất của phương pháp kỵ khí Là các chất thải được phân hủy nhờ các vi sinh vật (VSV) trong điều kiện hoàn toàn không có Oxi. Quá trình này được phân chia làm 2 giai đoạn: - Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ cao phân tử được vi sinh vật chuyển thành các chất có trọng lượng thấp hơn axit hữu cơ, đường glyxerin...( được gọi chung là hydratcacbon). - Giai đoạn 2: Là giai đoạn phát triển mạnh các loại vi khuẩn metan để chuyển hầu như toàn bộ các chất hydrat cacbon thành CH4, CO2. Đầu tiên là sự tạo thành các axit hữu cơ nên pH giảm xuống rõ rệt ( lên men axit). Các axit hữu cơ và hợp chất chứa nito tiếp tục phân hủy tạo thành các hợp chất khác nhau và các chất khí như CO2, N2, H2 và cả CH4 ( bắt đầu lên men metan). Các VSV kỵ khí phát triển mạnh còn các VSV hiếu khí bị tiêu diệt. Các vi khuẩn metan phát triển rất mạnh và chuyển hóa rất nhanh để tạo thành CO2 và CH4 ( giai đoạn lên men metan) 2.2.3.2. Cơ chế của sự tạo thành khí metan - Giai đoạn 1: Các chất hữu cơ phân hủy thành các axit hữu cơ, CO2, H2 và các sản phẩm khác dưới tác dụng của enzym cellulosase: CxHyOz →  các axit hữu cơ, CO2, H2. - Giai đoạn 2: Các axit hữu cơ, CO2, H2 tiếp tục bị tác động bởi các vi khuẩn metan: CO2 + 4H2   →  CH4 + 2H2O CO  + 3H2   →  CH4 + H2O 4CO + 2H2  →  CH4 + 3CO2 4HCOOH    →   CH4 + 3CO2 + 3H2O 4CH3OH      →  3CH4 + 2H2O + CO2 CH3COOH  →  CH4 + H2O. Như vậy biogas được hình thành trong môi trường kỵ khí dưới tác dụng của enzym cellulosase và nhóm vi khuẩn metan, trong đó vai trò của enzym cellulosase là phân hủy các chất hữu cơ thành các chất có phân tử thấp hơn, các chất này nhờ nhóm vi khuẩn metan tác dụng với nhau tạo thành khí metan có khả năng đốt cháy sinh năng lượng. 2.2.4. Lợi ích của biogas Việc sản xuất biogas tạo ra rất nhiều thuận lợi cho người dân nhất là nông dân, giải quyết được một số vấn đề năng lượng cho địa phương và ngay cả trên bình diện quốc gia, chính quyền trung ương có thể quân bình được cán cân phân phối và quân bình năng lượng và giảm thiểu được ngoại tệ do nhập cảng xăng dầu. Do đó, hai lĩnh vực môi trường và kinh tế có được nhiều lợi ích nhất. - Về lợi ích môi trường, khí methane sinh học (biomethane) là một loại năng lượng sạch nhất tính đến ngày hôm nay. Methane là khí tạo ra ảnh hưởng nhà kính gấp 21 lần khí carbonic. Nếu methane không được thu hồi từ các bãi rác, các đầm, phế thải… sẽ là một nguồn ô nhiễm ảnh hưởng đến hiệu ứng nhà kính nhiều nhất. Môi trường không còn mùi hôi thối, ruồi nhặng. Giảm lượng khí CO2 thải ra môi trường do quá trình phân hủy chất thải của động vật. Theo ước tính của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ, nếu sử dụng tất cả nguồn nguyên liệu có thể tạo ra khí sinh học để dùng trong vận chuyển thì lượng năng lượng này có thể làm giảm 500 triệu tấn khí carbonic hàng năm. Và một lợi ích không nhỏ cho môi trường nữa là, hệ thống sinh khí sẽ giải toả được diện tích phế thải và tạo thêm nguồn thu nhập mới cho nông dân. Ngoài ra, hầm biogas còn có thể sử dụng kết hợp làm nhà cầu vệ sinh, giúp cải thiện môi trường và văn hóa ở nông thôn văn minh hơn. Biogas cũng góp phần làm giảm nạn phá rừng ở các nước đang phát triển. - Đứng về phương diện kinh tế, biogas ngày càng tăng trưởng sẽ giúp cho nhu cầu sử dụng năng lượng trong nước ổn định hơn và dần dần thay thế một số lượng không nhỏ các loại năng lượng hoá thạch đang dùng. Kỹ thuật sản xuất không phức tạp do đó có thể trải rộng khắp nông thôn. Đặc biệt nông dân có thể dùng biogas trong phạm vi gia đình để có được độc lập về khí đốt và phụ phẩm của việc chuyển đổi phân chuồng thành khí sẽ là một nguồn phân bón hữu cơ rất thích hợp trong việc trồng trọt. Phụ phẩm khí sinh học có 2 dạng: nước thải lỏng gồm các chất hòa tan, lơ lửng dùng để bón thúc và phụ phẩm đặc là phần lắng đọng ở đáy thiết bị khí sinh học chủ yếu dùng để bón lót. Mỗi năm chỉ tính riêng cho việc sử dụng khí đốt biogas và điện thắp sáng, mỗi hộ gia đình nông thôn chỉ cần nuôi thường xuyên với qui mô 10 ÷ 15 con lợn (heo) thịt là có đủ lượng nguyên liệu để cung cấp khí gas sử dụng đun nấu và thắp sáng thoải mái (theo nghiên cứu ở Việt Nam thì lượng khí mêtan sinh ra từ 1 kg nguyên liệu phân và nước tiểu lợn là 40 ÷ 60 lít, trung bình mỗi ngày lượng phân và nước tiểu thải ra từ 1 con lợn là 3,7 – 5 kg) và có thể tiết kiệm được từ 3 ÷ 5 triệu đồng mỗi năm. Có thể lắp thêm các thiết bị phụ khác để sử dụng hết hiệu suất sinh khí như: Đèn thắp sáng, bình nóng lạnh dùng khí biogas, đèn sưởi ấm cho lợn, máy phát điện dùng gas … Với cùng hiệu suất sử dụng có giá thành rẻ hơn, an toàn hơn, bền hơn, lượng khí nhiều hơn. Sử dụng chung với bể tự hoại gia đình. Không chỉ tiết kiệm được tiền điện để đun nấu, việc lấy nước tưới chảy ra từ hầm Biogas để tưới cho cỏ cũng tiết kiệm được số tiền mua phân bón. Dùng biogas để chạy máy phát điện, mỗi tháng có thể tiết kiệm được 7- 8 triệu tiền điện sinh hoạt cho cả trang trại, tận dụng làm chất đốt phục vụ sinh hoạt hàng ngày, thậm chí còn dư thừa nữa. 2.2.5. Tiềm năng sản xuất biogas - khí sinh học ở Việt Nam Nguồn khí sinh học (biogas) từ bãi rác chôn lấp, phân động vật, phụ phẩm nông nghiệp hiện mới chỉ  được ứng dụng trong đun nấu, do đây là nguồn năng lượng phân tán, khó sản xuất điện. Ước tính, cả nước có khoảng 35.000 hầm khí biogas phục vụ đun nấu gia đình với sản lượng 500-1.000 m3 khí/năm cho mỗi hầm. Hiện tại, đang có một số thử nghiệm dùng biogas để phát điện. Bảng 2.2: Tiềm năng sản xuất khí sinh học sau năm 2010 Nguyên liệu Tiềm năng (triệu tấn/năm) Tốc độ sản sinh khí sinh học (m3/tấn) Sản lượng khí sinh học (triệu m3/năm) Sản lượng khí sinh học (kTOE/năm) Chất thải chăn nuôi 3.408 1.704 Phân lợn 24,20 100 2.420 1.210 Phân bò 14,40 40 576 288 Phân trâu 10,30 40 412 206 Phế thải nông nghiệp 2.960 1.480 Rơm 10,99 170 1.868 934 Các loại phế thải khác 4,55 240 1.092 546 Rác thải đô thị 290 155 Hà Nội 1,00 80 80 40 TP. Hồ Chí Minh 1,52 80 122 61 Hải Phòng 0,34 80 27 23,5 Đà Nẵng 0,36 80 29 14,5 Cần Thơ 0,40 80 32 16,0 Tổng cộng 6.658 3.339 ( Nguồn: Viện Năng Lượng) Chất thải chăn nuôi, rác thải đô thị và một số loại phế thải nông nghiệp có thể sử dụng để sản xuất khí sinh học. Tổng sản lượng khí sinh học sẽ là 6.658 triệu m3/năm, trong đó 3.408 triệu m3/năm (51,2%) được sản xuất từ chất thải chăn nuôi, 2.960 triệu m3/năm (44,5%) từ phế thải nông nghiệp và 290 triệu m3/năm (4,3%) từ rác thải đô thị. Năng lượng khí sinh học – biogas chưa đóng góp được nhiều cho nhu cầu năng lượng của nước ta. Tuy nhiên chúng ta cũng cần triển khai những hầm ủ khí sinh học vì công nghệ đó đơn giản và góp phần hữu hiệu trong việc giải quyết vấn đề ô nhiễm rác và những chất thải nông nghiệp và công nghiệp thực phẩm gây ra. 2.2.6. Công nghệ biogas ở Việt Nam hiện nay Qua tình hình nghiên cứu và phát triển năng lượng Biogas trên thế giới trong những năm qua, hiện trạng các hệ thống công nghệ năng lượng Biogas trên thế giới cũng như ở Việt Nam được phát triển theo mô hình VACB và ba xu hướng phát triển công nghệ năng lượng Biogas chính như sau: 1. Xu hướng thứ nhất ở các nước công nghiệp phát triển phần lớn các cơ sở sản xuất khí sinh học triển khai trên quy mô công nghiệp (ở các nhà máy sản xuất khí sinh học cỡ lớn). Nguồn nguyên liệu chính được sử dụng là chất thải của các thành phố, các khu công nghiệp và cả các phế liệu nông nghiệp. Khí sinh học từ các nhà máy này được sử dụng làm nguyên liệu cung cấp cho các nhà máy hóa chất, hoặc được sử dụng làm chất đốt phục vụ sinh hoạt. 2. Xu hướng thứ hai phát triển trên quy mô bán công nhiệp (ở những bể sản xuất khí sinh học cỡ vừa). Các bể này phần lớn sử dụng các chất thải của các xí nghiệp thực phẩm làm nguyên liệu. Khí sản xuất ra được dùng trực tiếp để cung cấp năng lượng điện (cho các động cơ đốt trong), làm chất đốt sinh hoạt, chế biến nông sản, làm nhiên liệu chạy các động cơ máy nông nghiệp. Đại diện cho xu hướng này là Ấn Độ và một số nước Châu Á. 3. Xu hướng thứ ba phát triển trên quy mô các bể phân hủy cỡ nhỏ, phục vụ nhu cầu chất đốt sinh hoạt và thắp sáng trong phạm vi từ 1 đến 3 gia đình. Trong đó, ở Việt Nam hiện trạng công nghệ biogas đang ứng dụng mạnh theo xu hướng thứ 2 và thứ 3. Trong đó xu hướng thứ 3 hiện đang phát triển phổ biến và đã đem lại những hiệu quả nhất định trong những năm qua. Hầm khí sinh học là thiết bị thực hiện quá trình biến đổi sinh khối thành khí sinh học. Một trong các yêu cầu quan trọng nhất đối với hầm khí sinh học là phải kín để các chủng vi khuẩn kỵ khí hoạt động bình thường tạo ra metan. Từ khi bắt đầu tìm ra khí sinh học đưa vào ứng dụng cho tới nay các mô hình biogas đã không ngừng thay đổi nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng biogas đã được nhiều quốc gia trên thế giới áp dụng, và cải tiến. Hiện nay, trên thế giới cũng như ở Việt Nam đang sử dụng các loại hầm sinh khí có nắp đậy di động, loại hầm sinh khí kiểu vòm cố định và loại hầm sinh khí kiểu túi đều có cấu tạo gồm các thành phần chính là: - Bộ phận phân huỷ: là nơi chứa nguyên liệu đảm bảo những điều kiện thuận lợi cho quá trình phân huỷ kỵ khí sinh ra. Đây là bộ phận chủ yếu của thiết bị. - Bộ phận chứa khí: khí sinh ra từ bộ phận phân huỷ được thu và chứa ở đây. Yêu cầu cơ bản của bộ phận chứa khí là phải kín khí. - Lối vào: Là nơi nạp nguyên liệu bổ sung vào bộ phận phân hủy. - Lối ra: Nguyên liệu sau khi phân huỷ được lấy ra qua đây để nhường chỗ cho nguyên liệu mới bổ sung vào. - Lối lấy khí: khí được trích từ bộ tích khí tới nơi sử dụng qua lối lấy khí này. Hình 2.1: Loại hầm sinh khí kiểu túi Hình 2.2: Loại hầm sinh khí có nắp đậy di động Hình 2.3: Loại hầm sinh khí kiểu vòm cố định 2.2.6.1. Hầm ủ nắp vòm cố định Loại hầm này có phần chứa khí được xây dựng ngay trên phần ủ phân. Do đó, thể tích của hầm ủ bằng tổng thể tích của 2 phần này. Hầm ủ có dạng bán cầu được chôn hoàn toàn dưới đất để tiết kiệm diện tích và ổn định nhiệt độ. Phần chứa khí được tô bằng nhiều lớp vữa để bảo đảm yêu cầu kín khí. Ở phần trên có một nắp đậy được hàn kín bằng đất sét, phần nắp này giúp cho thao tác làm sạch hầm ủ khi các chất rắn lắng đầy hầm. Loại hầm ủ này rất phổ biến ở Trung Quốc, nhưng có nhược điểm là phần chứa khí rất khó xây dựng và bảo đảm độ kín khí do đó hiệu suất của hầm ủ thấp. Hiện nay, Viện năng lượng và trường Đại học Cần Thơ đã nghiên cứu và thiết kế công trình xây dựng theo kiểu vòm cầu. Hầm nắp cố định vòm cầu KT.1 và KT.2 là 2 thiết kế mẫu được xây dựng theo tiêu chuẩn ngành do Bộ Nông nghiệp & PTNT ban hành. Hình 2.4: Hầm nắp cố định vòm cầu kiểu KT.1 Kiểu KT.1 được thiết kế trên cơ sở kiểu thiết bị nắp cố định vòm cầu do Viện Năng lượng nghiên cứu thiết kế, thử nghiệm từ 1984 trong khuôn khổ một đề tài nghiên cứu cấp nhà nước đã được giám định năm 1990 và tiếp tục cải tiến cho đến nay. Kiểu KT.1 được áp dụng trong trường hợp có nền đất tốt, có thể đào sâu được, diện tích mặt bằng hẹp. Hình 2.5: Hầm nắp cố định vòm cầu kiểu KT.2 Kiểu KT.2 được thiết kế trên cơ sở kiểu TG – BP được phổ biến ở Thái Lan trong khuôn khổ dự án hợp tác giữa Thái Lan và Đức và được Đại học Cần Thơ ứng dụng ở phía nam trong nhiều năm nay. Kiểu KT.2 thì ngược lại, nó được áp dụng cho những địa bàn có nền đất yếu, nước ngầm nhiều, khó đào sâu, diện tích mặt bằng rộng. Ưu điểm - Tiết kiệm vật liệu xây dựng so với hình hộp có cùng một thể tích vì nó có diện tích bề mặt nhỏ hơn. - Tiết kiệm diện tích vì sau khi xây dựng lấp đất có thể trồng rau hoặc làm chuồng trại trên đó. - Không có góc cạnh nên dễ xử lý kín nước, kín khí. - Lực tác động lên mọi điểm trên vòm bể là như nhau nên ít khi xảy ra nứt công trình khi đi vào sử dụng. - Sinh khí tốt vì mọi nơi trong hầm đều tham gia tạo khí. - Ít tạo váng trên bề mặt nguyên liệu. - Có bản vẽ thiết kế chính xác. Nhược điểm - Kiểu mới lạ, thiết kế phức tạp nên khi thi công đòi hỏi thợ xây phải được đào tạo. - Giá thành cao ( 5 – 10 triệu đồng/hầm). Nguyên lý hoạt động của hầm khí sinh học nắp cố định - Giai đoạn 1: Giai đoạn tích trữ khí Ở trạng thái ban đầu chưa có khí, bề mặt dịch phân hủy ngang bằng với đáy bể điều áp (đây được gọi là mức số không). Khi khí sinh ra tích lại trên bề mặt dịch phân hủy, lượng khí càng ngày càng nhiều đẩy dịch phân hủy tràn ra ngoài và được tích lại ở bể điều áp. Bề mặt dịch phân hủy ở bể phân hủy hạ dần xuống, đồng thời bề mặt dịch phân hủy ở bể điều áp dâng dần lên. Độ chênh giữa 2 bề mặt này thể hiện áp suất khí. Khí càng sinh ra nhiều thì áp suất càng tăng. Cuối cùng mực chất lỏng ở bể điều áp dâng lên tới mức cao nhất là mức xả tràn và mực chất lỏng trong bể phân hủy hạ xuống mức thấp nhất. Lúc này áp suất khí đạt giá trị lớn nhất ( P = P max) - Giai đoạn 2: Giai đoạn xả khí Khi lấy khí ra sử dụng, chất lỏng từ bể điều áp lại dồn về bể phân hủy. Bề mặt dịch phân hủy ở bể điều áp hạ dần xuống, đồng thời bề mặt dịch phân hủy ở bể phân hủy nâng dần lên. Độ chênh giữa hai bề mặt này giảm dần và do đó áp suất khí cũng giảm dần. Cuối cùng khi độ chênh giữa 2 bề mặt dịch phân hủy bằng không, thiết bị trở lại trạng thái ban đầu của chu trình hoạt động, áp suất khí bằng 0 ( P = 0) và dòng khí chảy ra nơi sử dụng ngừng lại. 2.2.6.2. Hầm ủ nắp trôi nổi Loại hầm này rất phổ biến ở Ấn Độ, còn gọi là hầm ủ kiểu KVIC ( được thiết kế bởi Khadi and Village Industries Commission). Gồm có một phần hầm hình trụ xây bằng gạch hoặc bêtông lưới thép và một chuông chứa khí trôi nổi trên mặt của hầm ủ. Chuông chứa khí thường được làm bằng thép tấm, bêtông lưới thép, bêtông cốt tre, chất dẻo hoặc sợi thủy tinh. Ưu điểm - Cấu trúc gọn. - Chiếm ít diện tích xây dựng. Nhược điểm - Giá thành cao. - Loại hầm ủ này bị ảnh hưởng nhiều bởi các nhân tố môi trường như nhiệt độ. Nắp hầm ủ dễ bị ăn mòn (trong trường hợp làm bằng sắt tấm), hoặc bị lão hóa (trong trường hợp làm bằng chất dẻo). - Áp suất gas thấp do đó bất tiện trong việc thắp sáng, đun nấu... để khắc phục nhược điểm này người ta thường treo thêm vật nặng vào nắp hầm ủ. 2.2.6.3. Túi biogas bằng nylon polyethylene (PE) Ưu điểm - Đơn giản trong lắp đặt. - Vận hành đơn giản. - Sửa chữa dễ dàng, không cần tay nghề cao. - Giá thành thấp ( trên dưới 2 triệu đồng/túi). Nhược điểm - Phải tránh nắng và tác động cơ học làm rách. Hình 2.6: Túi biogas bằng PE 2.2.6.4. Hầm biogas phủ bạt nhựa HDPE Các công nghệ biogas đã nêu chỉ thích hợp cho các cơ sở sản xuất, chăn nuôi nhỏ và vừa với số lượng chất thải ít. Ở các cơ sở sản xuất lớn, chăn nuôi tập trung công nghiệp quanh thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh phụ cận đã sử dụng túi nhựa dẻo như HDPE làm bạt phủ để thu biogas và xử lý chất thải làm giảm ô nhiễm môi trường. Kết quả đã cho thấy thành công cao và có nhiều triển vọng cho các trang trại với số đầu gia súc lớn có hàng ngàn gia súc, các nhà máy chế biến có lượng nước thải hàng ngàn khối. Loại nhựa này có tuổi thọ và độ bền cao (10-15 năm). Tuy đầu tư tốn kém, nhưng giá thành tính trên đơn vị thể tích hố ga lại rất rẻ. Hình 2.7: Hầm biogas phủ bạt nhựa HDPE Ưu điểm - Vận hành đơn giản. - Bảo trì dễ. - Dễ thay thế, sửa chữa. - Cung cấp lượng gas lớn cho vận hành máy phát điện. Nhược điểm - Đầu tư lớn. - Hiệu suất sinh gas kém. CHƯƠNG III: TIỀM NĂNG VÀ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG BIOGAS Ở THỊ XÃ SƠN TÂY – HÀ NỘI 3.1. THÔNG TIN CHUNG VỀ THỊ XÃ SƠN TÂY 3.1.1. Điều kiện tự nhiên Thị xã Sơn Tây nằm ở phía Tây Bắc của tỉnh Hà Tây cũ, nên còn được gọi là xứ Đoài. Phía Bắc giáp sông Hồng, ngăn cách với tỉnh Vĩnh Phúc. Phía Nam giáp huyện Ba Vì. Phía Đông giáp các huyện Phúc Thọ và Thạch Thất. Địa giới của thị xã gồm 15 đơn vị hành chính, trong đó có 9 phường là: Quang Trung, Lê Lợi, Ngô Quyền, Sơn Lộc, Xuân Khanh, Phú Thịnh, Trung Hưng, Trung Sơn Trầm, Viên Sơn và 6 xã là: Đường Lâm, Thanh Mỹ, Xuân Sơn, Kim Sơn, Sơn Đông và Cổ Đông. Diện tích tự nhiên của thị xã là 113,47 km2. Dân số toàn thị xã là 125986 người. Mật độ dân số là 1110 người/km2. 3.1.2. Điều kiện kinh tế Nằm ở vị trí địa lí tương đối thuận lợi với hai tuyến đường chạy qua là quốc lộ 21A nối Sơn Tây với Hà Nội và các huyện, thị; quốc lộ 32 nối Sơn Tây với các tỉnh phía Bắc, có bến cảng Sơn Tây thuận lợi cho giao thông đường sông, lại có tiềm năng lớn về phát triển du lịch - thương mại, mảnh đất Sơn Tây được đánh giá có nhiều lợi thế để phát triển nền kinh tế đa dạng. Trong những năm gần đây, thị xã Sơn Tây là một trong những vùng có sự phát triển vượt bậc trên tất cả các lĩnh vực. Tốc độ phát triển kinh tế cao kéo theo mức tăng trưởng bình quân đạt 15%/năm, cơ cấu chuyển dịch kinh tế có sự chuyển biến nhanh, đáp ứng nhu cầu phát triển, cụ thể là: công nghiệp - xây dựng chiếm 48%, thương mại - dịch vụ chiếm 39,4%, nông - lâm nghiệp chiếm 12,6%. Thu nhập bình quân đầu người đạt 11,2 triệu đồng/năm. Năm 2008, tốc độ tăng trưởng GDP của thị xã Sơn Tây đạt xấp xỉ 16%. Công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp - xây dựng: Bình quân trong 5 năm (2004-2008) tăng 13,86%; 3 năm gần đây, tăng trưởng bình quân đạt 17,6%, ngành cơ khí, sản xuất nguyên vật liệu... tăng 18-25%. Hiện thị xã Sơn Tây có 90 dự án với tổng vốn đăng ký đầu tư 1.000 tỷ đồng, trong đó có 42 dự án đi vào hoạt động thu hút gần 4000 lao động địa phương. Thương mại - dịch vụ: Tốc độ tăng trưởng bình quân 17,5%; trong 3 năm gần đây tăng 20,3%. Hiện nay, trên địa bàn thị xã Sơn Tây có hơn 208 doanh nghiệp, tổ chức tham gia hoạt động kinh doanh. Về du lịch: Thị xã Sơn Tây có nhiều danh lam thắng cảnh, di tích lịch sử-văn hóa nổi tiếng. Sơn Tây đã và đang được khai thác hiệu quả, thu hút được đông khách du lịch trong và ngoài nước với các điểm du lịch nổi tiếng như hồ Đồng Mô, Làng cổ Đường Lâm, Thành cổ Sơn Tây, Đền Và, Làng Văn hóa du lịch các dân tộc Việt Nam. Về nông nghiệp: Tỷ trọng cơ cấu ngành nông nghiệp giảm mạnh từ 19% năm 2004 còn 12,6% năm 2008. Giá trị 1 ha canh tác năm 2008 đạt 42 triệu đồng (năm 2004 đạt 26 triệu đồng). Kinh tế trang trại và hộ gia đình phát triển mạnh đem lại hiệu quả cao. Hiện nay, trên địa bàn thị xã đã có 113,4ha đất nông nghiệp đạt giá trị kinh tế cao (cho thu nhập từ 75 - 80 triệu đồng/ha/năm), tăng 77,9ha so với năm 2005; 116 trang trại chăn nuôi, trong đó có 41 trang trại lợn, 75 trang trại gia cầm (74 trang trại gà, 1 trang trại nuôi vịt đẻ trứng)... cho thu nhập bình quân 500-700 triệu đồng/1 trang trại gia cầm/năm và 10-11 tỷ đồng/1 trang trại lợn/năm. 3.1.3. Điều kiện xã hội Lĩnh vực văn hóa, xã hội trong vùng phát triển khá đồng đều, an ninh chính trị được giữ vững; trật tự xã hội đảm bảo. Trong công tác quy hoạch, quản lý đô thị, Thị xã đang triển khai 29 dự án quy hoạch, trong đó có 4 đồ án quy hoạch về xây dựng, mở rộng thị xã đến năm 2020, tầm nhìn 2050; 15 quy hoạch đô thị, khu dân cư với 1.007,3 ha; 3 điểm công nghiệp với trên 210 ha; 5 quy hoạch dịch vụ, thương mại 210,8 ha và các quy hoạch khác, tu bổ tôn tạo di tích làng cổ Đường Lâm, đền Và... Hiện tại, Sơn Tây có 172 di tích lịch sử văn hóa, trong đó có 15 di tích cấp quốc gia. Sơn Tây có 2 làng nghề đã được công nhận làng nghề truyền thống là: làng nghề gốm Phú Nhi ở phường Phú Thịnh, làng nghề Thêu ren Ngọc Kiên xã Cổ Đông. Ngoài ra, còn một làng nghề truyền thống đang được khôi phục là nghề bánh tẻ Phú Nhi (phường Phú Thịnh). 8 làng nghề mới đang được phát triển gồm các nghề thêu ren, sinh vật cảnh, mộc, đan lát, đóng giày, tơ tằm,… tập trung ở các xã Cổ Đông, Trung Sơn Trầm, Sơn Đông, Đường Lâm, phường Xuân Khanh… Về giáo dục: Chất lượng giáo dục và đào tạo của thị xã Sơn Tây luôn được nâng cao với 99% giáo viên các cấp học đạt chuẩn và trên chuẩn. Số học sinh giỏi và học sinh thi đỗ đại học, cao đẳng hàng năm đạt 30%. Về y tế: Chất lượng đội ngũ cán bộ y tế của thị xã Sơn Tây được từng bước nâng cao, cơ sở vật chất tuyến cơ sở từng bước được đầu tư hiện đại. Công tác y tế và chăm sóc sức khỏe nhân dân được chăm lo chu đáo. 3.2. TIỀM NĂNG VÀ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG BIOGAS Ở THỊ XÃ SƠN TÂY – HÀ NỘI 3.2.1. Thống kê số lượng đàn gia súc, gia cầm năm 2009 STT Tên xã – phường Lợn (con) Gia cầm (con) Trâu (con) Bò (con) Toàn thị xã 43650 695096 1416 9850 1 Lê Lợi 36 190 2 Phú Thịnh 75 2200 104 3 Ngô Quyền 20 149 4 Quang Trung 35 250 5 Sơn Lộc 50 480 6 Xuân Khanh 280 5280 14 198 7 Viên Sơn 650 7000 8 195 8 Trung Hưng 540 12900 109 401 9 Trung Sơn Trầm 846 6500 58 358 10 Đường Lâm 1870 32000 328 924 11 Xuân Sơn 2373 35600 119 1580 12 Thanh Mỹ 3016 35000 170 1672 13 Kim Sơn 3024 18035 182 905 14 Sơn Đông 4595 43560 116 1996 15 Cổ Đông 26240 494152 312 1517 3.2.2. Thống kê dân số toàn thị xã năm 2009 STT Tên xã – phường Diện tích (km2) Dân số TB(người) Mật độ dân số(người/km2) Toàn thị xã 113,47 125986 1110 1 Lê Lợi 0,76 8038 10576 2 Phú Thịnh 2,98 6183 2075 3 Ngô Quyền 0,36 4936 13711 4 Quang Trung 0,71 7731 10889 5 Sơn Lộc 1,05 7020 6686 6 Xuân Khanh 3,89 8232 2116 7 Viên Sơn 2,87 6643 2315 8 Trung Hưng 5,1 7223 1416 9 Trung Sơn Trầm 3,32 5841 1759 10 Đường Lâm 8 9029 1129 11 Xuân Sơn 12,97 6723 518 12 Thanh Mỹ 10,78 9462 878 13 Kim Sơn 14,64 5393 368 14 Sơn Đông 20,06 12773 637 15 Cổ Đông 25,98 12151 468 TT cơ quan đơn vị 8069 Trong đó: Khối phường 68,76 65316 950 Khối xã 44,71 60670 1357 3.2.3. Đánh giá tiềm năng năng lượng Biogas của thị xã Tính toán tiềm năng lý thuyết và tiềm năng kỹ thuật về năng lượng Biogas ở thị xã Sơn Tây: Bảng 3.1: Dân số và số lượng đàn gia súc của thị xã Sơn Tây năm 2009 Dân số & số lượng gia súc Đơn vị Tổng số Người Trâu Bò Lợn Gia cầm Người Con Con Con Con 125986 1416 9850 43650 695096 (Nguồn: Niên giám thống kê Hà Nội năm 2009) Bảng 3.2: Hệ số tính toán lượng phân tươi và lượng khí thu được từ 1 vật nuôi hoặc 1 người trong 1 ngày Đơn vị Trâu Bò Lợn Gia cầm Người Lượng phân tươi Kg/con.ngày 20 18 5 0.05 0.34 Lượng khí thu được lít/con.ngày 500 450 250 3 22 Bảng 3.3: Tiềm năng lý thuyết về sản lượng khí biogas do chất thải của người và gia súc sinh ra ( 1000m3 khí/năm) STT Trâu Bò Lợn Gia cầm Người Tổng Tổng số 258 1618 3983 698 1016 7573 1 Thị xã Sơn Tây 258 1618 3983 698 1016 7573 Biểu đồ 3.1: Tiềm năng lý thuyết năng lượng Biogas cho Người, Lợn, Trâu, Bò, Gia Cầm Từ biểu đồ trên ta nhận thấy, trên lý thuyết, tiềm năng sử dụng biogas từ lợn là chiếm tỉ trọng lớn nhất (54%). Vì vậy, nên áp dụng xây dựng hầm biogas cho các trang trại, hộ gia đình chăn nuôi lợn, từ đó đạt hiệu quả cao hơn. Từ Tiềm năng lí thuyết, ta tính được Tiềm năng kĩ thuật về sản lượng khí Biogas do người và gia súc sinh ra: TN kĩ thuật = TN lí thuyết × Hệ số thu hồi phân. Bảng 3.4: Tiềm năng kỹ thuật về sản lượng khí biogas do chất thải của người và gia súc sinh ra (1000m3 khí/năm) STT Trâu Bò Lợn Gia cầm Người Tổng Hệ số thu hồi phân 40% 50% 80% 75% 80% Tổng số 103 809 3186 523 813 5435 1 Thị xã Sơn Tây 103 809 3186 523 813 5435 Biểu đồ 3.2: Tiềm năng kỹ thuật năng lượng Biogas cho Người, Lợn, Trâu,Bò, Gia cầm Tiềm năng năng lượng Biogas lớn nhất là ở đàn lợn chiếm 58%, tiếp theo là người và bò chiếm 15%, thứ 3 gia cầm chiếm 10%, cuối cùng là trâu. Vì vậy, triển khai tận thu năng lượng biogas chăn nuôi lợn là rất cần thiết, cần thúc đẩy phát triển ứng dụng nhằm sử dụng năng lượng Biogas tiết kiệm và hiệu quả hơn trong chăn nuôi. Sản lượng khí theo tiềm năng kĩ thuật là 5435.103 m3 khí/năm. Từ đây, ta có thể quy đổi tiềm năng về sản lượng khí Biogas do người và gia súc sinh ra sang các dạng năng lượng khác: Bảng 3.5: Quy đổi năng lượng biogas ra Gcal, GJ, TOE, TCE, tấn củi STT Sản lượng khí Tổng nhiệt năng Quy đổi tương đương Đơn vị 1.000 m3 Gcal GJ TOE TCE Tấn củi Hệ số chuyển đổi 5.2 4.186 10 7 3.5 Năng lượng 5435 28262 118306 2826 4037 8075 1 Thị xã Sơn Tây 5435 28262 118306 2826 4037 8075 Như vậy, toàn thị xã Sơn Tây sẽ thu được tổng nhiệt năng từ sử dụng hầm Biogas là 28262 Gcal hay 118306 GJ, tương đương với 2826 TOE. Trên đây chỉ là những con số tính toán tổng nhiệt năng thu được từ việc sử dụng hầm Biogas từ sự phân hủy chất thải của người và gia súc. Ngoài ra, tổng khối lượng bãi rác thải tiếp nhận ở thị xã Sơn Tây : 90 – 100 tấn/1 ngày (trong đó rác thị xã Sơn Tây: 55 – 60 tấn/ 1 ngày, rác các huyện phụ cận: 35 – 40 tấn/ 1 ngày) cũng là tiềm năng để sản xuất khí sinh học. Thông qua những con số tính toán ở trên, ta có thể thấy rằng thị xã Sơn Tây có tiềm năng năng lượng Biogas khá lớn. Mặc dù người dân đã triển khai và sử dụng hầm Biogas từ nhiều năm nay song tiềm năng của thị xã vẫn chưa được người dân khai thác triệt để. Theo số liệu của Phòng kinh tế thị xã Sơn Tây, tất cả các chương trình do Nhà nước và các tổ chức hỗ trợ phát triển biogas đến nay, và do nhân dân tự giác, mới triển khai được khoảng 1200 hầm Biogas, ít hơn so với số lượng hộ chăn nuôi rất lớn của toàn thị xã. Nếu tận dụng tối đa dạng năng lượng này chúng ta đã góp phần vào việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đồng thời giúp bảo vệ môi trường sống của chúng ta ngày một xanh sạch đẹp. 3.2.4. Hiện trạng sử dụng năng lượng Biogas ở thị xã Sơn Tây Trước những lợi ích của khí sinh học mang lại, người dân thị xã Sơn Tây đã triển khai và ứng dụng hầm khí Biogas từ hơn 10 năm nay. Tổng số hầm Biogas trên toàn thị xã có khoảng 1200 hầm, tập trung nhiều nhất ở xã Cổ Đông. Trong đó: - Có khoảng 150 hầm được xây dựng theo tiêu chuẩn của các dự án hỗ trợ Khí sinh học. Theo dự án này, mỗi công trình xây dựng được dự án hỗ trợ 1.200.000 đ ( năm 2009, 2010); hỗ trợ 1.000.000 đ ( năm 2007, 2008). - Còn lại các hầm đa phần là do các hộ gia đình chăn nuôi tự tìm hiểu và tự xây. Theo số liệu điều tra thực tế được về thực trạng sử dụng năng lượng Biogas ở một số hộ gia đình ở Sơn Tây ( xem phần phụ lục ). Ta thấy hầu hết các hầm đều sử dụng tốt, lượng khí gas sinh ra đủ dùng. Có một số hầm gặp sự cố ( rò rỉ khí gas, hầm bị đầy phân ) nhưng đều đã khắc phục được. Đa số các hộ gia đình đều sử dụng hầm biogas cho mục đích phục vụ đun nấu sinh hoạt hàng ngày, những trang trại lớn ngoài sử dụng biogas để đun nấu còn dùng để thắp sáng sưởi ấm cho gia súc, chạy máy phát điện khi mất điện. Các hộ gia đình sau khi sử dụng biogas đều nhận thấy rõ hiệu quả mà biogas đem lại, không những tiết kiệm được chi phí hàng tháng mà môi trường còn sạch sẽ hơn trước. 3.3. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG VÀ PHÂN TÍCH CƠ CẤU SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG CỦA MỘT SỐ HỘ GIA ĐÌNH Ở THỊ XÃ SƠN TÂY 3.3.1. Cơ sở dữ liệu dùng cho đánh giá – phân tích Dựa vào số liệu thực tế điều tra được về hiện trạng sử dụng năng lượng biogas của 19 hộ gia đình ở thị xã Sơn Tây ( phần phụ lục ) ta chọn hai hộ gia đình tiêu biểu để đánh giá hiệu quả năng lượng và phân tích cơ cấu sử dụng năng lượng, đó là gia đình ông Giang Văn Toàn và gia đình bà Nguyễn Thị Phương. Ta thấy rõ hiệu quả mà biogas đem lại cho 2 hộ gia đình này. * Gia đình ông Giang Văn Toàn Hộ có 5 người. Nghề: nấu rượu, chăn nuôi. Nuôi lợn: 15 con, gà: 30 con. Hầm hình cầu, 14m3, kinh phí khoảng 15 triệu, vay ngân khoảng 10 triệu. Hầm xây tháng 2/2010, mới xây nên vẫn dùng tốt, chưa có sự cố gì. Dùng gas đun nấu sinh hoạt thoải mái. Điện TB hàng tháng: 400.000đ/1 tháng. Trước khi dùng biogas: Than: 2 tạ/ 1 tháng ( 1 kg than: 1800 đ). Gas cn: 1 bình/ 2 tháng ( 1 bình: 250.000đ). - Khi dùng biogas: Than: giảm được khoảng 5 cân/ 1 ngày. Gas cn: thì không còn dùng nữa. * Gia đình bà Nguyễn Thị Phương - Hộ có 5 người. Nghề: nấu rượu, chăn nuôi. Nuôi lợn: 4 con. Hầm hình cầu, 8m3, kinh phí khoảng 10 triệu. Hầm xây cách đây 3 năm, bị hở gas nhưng đã sửa. Dùng gas đun nấu sinh hoạt. Điện TB hàng tháng: 150.000đ/1 tháng. Trước khi dùng biogas: Than: 3 tạ/ 1 tháng ( 1 kg than: 1800 đ). Gas cn: 1 bình/ 2 tháng ( 1 bình: 250.000đ). - Khi dùng biogas: Than: 1 tạ / 1 tháng. Gas cn: thì không còn dùng nữa. 3.3.2. Đánh giá hiệu quả năng lượng và phân tích cơ cấu sử dụng năng lượng Bảng 3.6: Tình hình sử dụng năng lượng của 2 hộ gia đình trong quá trình khảo sát STT 1 2 Tên gia đình Giang Văn Toàn Nguyễn Thị Phương Chi phí năng lượng khi chưa dùng biogas (nghìn đồng /1 tháng ) Điện 400 150 Than, củi 360 540 Gas công nghiệp 125 125 Tổng chi phí 885 815 Chi phí năng lượng khi dùng biogas (nghìn đồng /1 tháng ) Điện 400 150 Than, củi 90 180 Gas công nghiệp 0 0 Tổng chi phí 490 330 Chi phí tiết kiệm được khi dùng Biogas 395 485 Ta thấy, khi dùng hầm Biogas hàng tháng gia đình ông Giang Văn Toàn tiết kiệm được 395.000đ, gia đình bà Nguyễn Thị Phương tiết kiệm được 485.000đ. Do nghề phụ của 2 gia đình là nấu rượu nên hàng tháng đều phải sử dụng khối lượng than khá lớn nhưng khi sử dụng hầm Biogas thì số lượng than cũng đã giảm đáng kể. Bình gas cn cũng không phải sử dụng tới nữa. * Gia đình ông Giang Văn Toàn + Khi chưa dùng biogas mỗi tháng sử dụng hết: Than: 200 kg Gas cn : 6 kg ( do 1 bình/2 tháng mà lượng khí mỗi bình là khoảng 12kg) Điện: Với giá điện sinh hoạt tính trung bình 1.000 đ/kWh, mỗi tháng gia đình sử dụng: 400.000/1.000 = 400 (kWh) + Khi dùng biogas mỗi tháng sử dụng hết: - Than: 50 kg - Gas cn: không dùng nữa - Điện: 400 kWh Bảng 3.7: Cơ cấu sử dụng năng lượng gia đình ông Giang Văn Toàn Dạng năng lượng Khối lượng Nhiệt trị Nhiệt năng (Mcal) Tỉ lệ (%) Khi chưa dùng biogas Điện 400 kWh 860 kcal/kWh 344 26 Than 200 kg 4.500 kcal/kg 900 69 Củi - 3.200 kcal/kg - - Gas cn 6 kg 11.500 kcal/kg 69 5 Khi dùng biogas Điện 400 kWh 860 kcal/kWh 344 60 Than 50 kg 4.500 kcal/kg 225 40 Củi - 3.200 kcal/kg - - Gas cn - 11.500 kcal/kg - - Nhìn bảng trên, ta thấy khi chưa dùng biogas thì trong tổng cơ cấu năng lượng của gia đình ông Giang Văn Toàn, than chiếm tỉ trọng lớn nhất ( 69%), tiếp đến là điện ( 26%), cuối cùng là gas cn (5 %). Nhưng từ khi dùng biogas để đun nấu sinh hoạt hàng ngày thì cơ cấu năng lượng có thay đổi, điện chiếm tỉ trọng lớn nhất, sau đó đến than, gas cn không phải sử dụng nữa. * Gia đình bà Nguyễn Thị Phương + Khi chưa dùng biogas mỗi tháng sử dụng hết: Than: 300 kg Gas cn: 6 kg ( do 1 bình/2 tháng mà lượng khí mỗi bình là khoảng 12kg) Điện: Với giá điện sinh hoạt tính trung bình 1.000 đ/kWh, mỗi tháng gia đình sử dụng: 150.000/1.000 = 150 (kWh) + Khi dùng biogas mỗi tháng sử dụng hết: - Than: 100 kg - Gas cn: không dùng nữa - Điện: 150 kWh Bảng 3.8: Cơ cấu sử dụng năng lượng gia đình bà Nguyễn Thị Phương Dạng năng lượng Khối lượng Nhiệt trị Nhiệt năng (Mcal) Tỉ lệ (%) Khi chưa dùng biogas Điện 150 kWh 860 kcal/kWh 129 8 Than 300 kg 4.500 kcal/kg 1350 87 Củi - 3.200 kcal/kg - - Gas cn 6kg 11.500 kcal/kg 69 5 Khi dùng biogas Điện 150 kWh 860 kcal/kWh 129 22 Than 100 kg 4.500 kcal/kg 450 78 Củi - 3.200 kcal/kg - - Gas cn - 11.500 kcal/kg - - Nhìn bảng trên, ta thấy khi chưa dùng biogas thì trong tổng cơ cấu năng lượng của gia đình bà Nguyễn Thị Phương, than chiếm tỉ trọng lớn nhất ( 87%), tiếp đến là điện ( 8%), cuối cùng là gas cn (5 %). Từ khi dùng biogas để đun nấu sinh hoạt hàng ngày, than vẫn chiếm tỉ trọng lớn nhất nhưng có giảm so với trước, sau đó đến điện, gas cn không phải sử dụng nữa. 3.4. MỘT SỐ GIẢI PHÁP TĂNG HIỆU QUẢ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG BIOGAS Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, em nhận thấy Sơn Tây là thị xã có tiềm năng năng lượng Biogas khá lớn. Người dân Sơn Tây đã bắt đầu quan tâm, chú ý khai thác năng lượng Biogas, song vẫn chưa khai thác hết tiềm năng hiện có. Phát triển năng lượng Biogas sẽ giúp chúng ta có một nền kinh tế phát triển bền vững, đảm bảo an ninh năng lượng và tạo môi trường  trong lành.  Tuy nhiên việc phát triển năng lượng Biogas đang gặp một số thách thức, khó khăn như: sự hỗ trợ của Nhà nước về đầu tư nghiên cứu và phát triển cũng như đầu tư về kinh phí, trang thiết bị kỹ thuật cho sản xuất, ứng dụng công nghệ Biogas còn hạn chế. Sự nhận thức của xã hội về năng lượng Biogas còn thấp. Giá thành của hầm Biogas còn khá cao. Dựa trên cơ sở dữ liệu thực tế tìm hiểu được, em đề xuất một số giải pháp giúp tăng hiệu quả sử dụng năng lượng Biogas: - Giải pháp quản lý: + Đẩy mạnh tuyên truyền về lợi ích mà khí sinh học mang lại đến với từng hộ chăn nuôi. + Hỗ trợ các doanh nghiệp tham gia đầu tư. + Hỗ trợ kinh phí cho các hộ khi xây dựng hầm Biogas. + Cần có chế độ bảo dưỡng, thông hút bể theo định kì. + Khen thưởng hợp lý những hộ gia đình, trang trại sử dụng hiệu quả năng lượng Biogas. Xây dựng chính sách bắt buộc các hộ chăn nuôi với số lượng lớn phải sử dụng hầm Biogas. + Phát triển ngành năng lượng mới này lên quy mô lớn hơn. - Giải pháp về kỹ thuật: + Tích cực nghiên cứu công nghệ mới giúp nâng cao chất lượng, hiệu suất hầm khí Biogas, giúp giảm giá thành xây dựng hầm. + Nhập các công nghệ nước ngoài phù hợp với Việt Nam. + Kết hợp sử dụng với các dạng năng lượng mới và tái tạo khác để tăng hiệu quả sử dụng. KẾT LUẬN Sau 8 tuần thực tập tại Trung tâm Công nghệ năng lượng và Vật liêu mới – Viện Khoa học năng lượng, em đã có nhiều cơ hội để học tập, tìm hiểu về công nghệ sản xuất, tiềm năng ứng dụng và phát triển năng lượng biogas ở Việt Nam, đặc biệt là tiềm năng và hiện trạng sử dụng năng lượng biogas ở thị xã Sơn Tây – Hà Nội. Em nhận thấy sử dụng năng lượng biogas ở quy mô hộ gia đình rất hiệu quả, giảm chi phí về năng lượng cho các hộ và giảm ô nhiễm môi trường. Thị xã Sơn Tây nói riêng và Việt Nam nói chung có rất nhiều tiềm năng và cơ hội để đẩy mạnh phát triển năng lượng biogas nhưng chưa được khai thác triệt để. Qua đây, em hy vọng rằng chương trình phát triển năng lượng biogas sẽ nhận được sự quan tâm nhiều hơn nữa của nhà nước để có thể đẩy mạnh công tác nghiên cứu các công nghệ cho phù hợp với điều kiện của nước ta và tìm kiếm các nguồn vốn đầu tư, hỗ trợ từ các chương trình dự án phát triển năng lượng sạch trên thế giới. Đẩy mạnh phát triển năng lượng biogas không chỉ giúp giảm bớt gánh nặng đối với việc khai thác các nguồn năng lượng hóa thạch mà còn giảm phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao đời sống cho người dân. Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng nhưng vì thời gian và kiến thức có hạn nên báo cáo của em không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp của thầy, cô và các anh chị hướng dẫn để em có thể có thêm kinh nghiệm để có bản báo cáo hoàn thiện hơn trong đợt tốt nghiệp sắp tới. Định hướng đồ án tốt nghiệp Do thời gian thực tập tại Trung tâm Công nghệ năng lượng và Vật liêu mới – Viện Khoa học năng lượng có hạn, nên em mới chỉ tìm hiểu sơ qua về lý thuyết năng lượng tái tạo – năng lượng Biogas, và tiềm năng, thực trạng sử dụng Biogas tại một huyện của thành phố Hà Nội. Vì vậy em sẽ tiếp tục làm đề tài này, nghiên cứu sâu hơn trong đồ án tốt nghiệp sắp tới. Em sẽ tìm hiểu nhiều hơn về công nghệ, ứng dụng khai thác và phân tích kĩ hơn về hiệu quả năng lượng Biogas đem lại ở quy mô lớn hơn ( trang trại ) trong thực tế. Em sẽ cố gắng hết sức để có thể hoàn thiện tốt hơn trong bài đồ án tốt nghiệp tới. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Cơ sở năng lượng mới và tái tạo – Đặng Đình Thống, Lê Danh Liên - Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật Hà Nội. 2. Bài giảng năng lượng tái tạo – Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh. 3. Công nghệ Biogas, trường Đại Học YERSIN Đà Lạt. 4. Bài tiểu luận vi sinh vật – Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên. 5. Web: PHỤ LỤC: Hiện trạng sử dụng năng lượng Biogas ở một số hộ gia đình ở thị xã Sơn Tây Stt Ngày điều tra Tên hộ, trang trại Nghề phụ Đội, xóm Xã, phường Huyện, quận Điện thoại CĐ, DĐ Trâu (con) Bò, ngựa (con) Lợn (con) Gia cầm (con) Số người Tiềm năng kỹ thuật NL Biogas [Mcal/năm] Kích thước hầm Mẫu hầm, người xây Năm xây dựng Đầu tư [Mđ] Áp lực min/max (cm H2O) Hiện trạng: Tốt? Dò khí? Hàng ngày đun nấu gì? Phát điện? thắp sáng..? Bao lâu Chi phí NL tiết kiệm được do dùng Biogas [kđ/tháng] Khi dùng Biogas, chi phí điện: [kđ/tháng] Khi dùng Biogas, chi phí than, củi: [kđ/tháng] Khi dùng Biogas, chi phí gas: [kđ/tháng] Khi dùng Biogas, tổng chi phí NL [kđ/tháng] 1 22/8/2010 Nguyễn Đình Tuấn Chăn nuôi Xóm Phan - làng Đông Sàng Đường Lâm Sơn Tây 5 10 8 2179.5 12m3 Tự xây 2009 8 - Tốt, chưa gặp sự cố, đủ khí dùng . - Dùng gas đun nấu. - Trước kia, sử dụng gas cn: 1 bình/ 1 tháng/ 250.000đ, từ khi dùng hầm biogas thì không dùng nũa. 250 500 2 22/8/2010 Phạm Văn Vĩnh Chăn nuôi Xóm Đoàn kết-làng Đoài Giáp Đường Lâm Sơn Tây 0466742912 500 4 786.7 12m3 Tự xây 2005 8 - Tốt, chưa gặp sự cố, sử dụng thoải mái. - Dùng gas đun nấu sinh hoạt, không thắp sáng. - Trước kia, sử dụng gas cn: 1 bình/1 tháng/250.000đ, giờ dùng biogas thì gas cn: 7 tháng/ 1 bình. 214 200 36 3 22/8/2010 Nguyễn Quốc Quân Chăn nuôi Xóm Phan – làng Đông Sàng Đường Lâm Sơn Tây 0433832237 500 4 786.7 13m3 Tự xây 2004 8 - Tốt, chưa gặp sự cố; đủ khí dùng. - Dùng gas đun nấu sinh hoạt. 500 4 22/8/2010 Phan Văn Nội Xay xát Đội 2 – làng Phụ Khang Đường Lâm Sơn Tây 0972173566 10 30 4 3969.4 10m3 Tự xây 2009 10 - Tốt, chưa gặp sự cố, đủ khí dùng, khi xây hầm vay ngân hàng 5 triệu. - Dùng gas đun nấu sinh hoạt, thắp sáng khi mất điện. 1800 5 30/8/2010 Giang Văn Quất Thịt lợn Đội 2 - làng Phụ Khang Đường Lâm Sơn Tây 0423211366 10 6 3997.3 15m3 Tự xây 2004 10 - Hầm đang bị tắc do phân có nhiều xơ, ứ phân, phải moi lên. - Dùng gas đun nấu sinh hoạt hàng ngày. - Trước đây, than: 1 tấn/ 1 tháng/ 2.000.000đ. Khi dùng Biogas, than: 1.100.000đ/ 1 tháng. 900 400 1100 6 30/8/2010 Phan Văn Lượng Chăn nuôi Thôn Văn Miếu Đường Lâm Sơn Tây 0433831854 100 4 38094.2 50m3 Xây theo tiêu chuẩn ngành của Bộ Nông nghiệp& PTNT 2006 22 Cao 5 cân, thấp 1 cân - Tốt, chưa gặp sự cố, đủ gas dùng. - Dùng gas đun nấu sinh hoạt hàng ngày, sưởi cho gia súc, chạy máy phát điện khi mất điện. - Trước đây có dùng gas cn: 1 bình/ 2 tháng / 250.000đ. Từ khi dùng hầm biogas thì không còn dùng nữa. 125 300 7 30/8/2010 Giang Văn Thi Chăn nuôi Đội 3 – làng Phụ Khang Đường Lâm Sơn Tây 01696267684 1 1 4 50 6 2591.6 15m3 Tự xây 2009 10 - Tốt, chưa gặp sự cố. - Dùng gas để đun nấu, khi nào mất điện thì mới dùng gas để thắp sáng . - Trước có dùng gas cn: 1 bình / 3 tháng /250.000đ, từ khi dùng biogas thì không còn dùng nữa. 83 50 8 30/8/2010 Giang Văn Toàn Chăn nuôi, nấu rượu Đội 4 – làng Phụ Khang Đường Lâm Sơn Tây 0977962108 15 30 5 5900.9 14m3 Tự xây 2010 15 - Mới xây nên vẫn dùng tốt, chưa gặp sự cố, vay ngân hàng khoảng 10 triệu. - Dùng gas đun nấu sinh hoạt thoải mái. - Trước khi dùng Biogas : Than: 2 tạ/1 tháng /360.000đ; Gas cn: 1 bình/ 2 tháng /250.000đ. - Khi dùng Biogas: Than: Giảm được 5 cân/ 1 ngày; gas cn thì không dùng nữa. 395 400 90 9 30/8/2010 Hà Văn Quang Chăn nuôi, nấu rượu Xóm Sải – làng Mông Phụ Đường Lâm Sơn Tây 0988313311 15 100 9 6126.5 15m3 Tự xây 2007 10 - Tốt, chưa gặp sự cố, vay vốn 4 triệu (lãi suất 0,9%/1 tháng). - Dùng gas đun nấu sinh hoạt thoải mái, ngày đun 3 - 4 ấm nước . 200 10 30/8/2010 Phan Thế Thức Chăn nuôi Xóm Xui – làng Mông Phụ Đường Lâm Sơn Tây 0973751450 30 7 11622.9 10m3 Tự xây 2008 8 - Tốt, không có sự cố gì. - Dùng gas đun nấu sinh hoạt thoải mái. - Trước kia, dùng gas cn: 1 bình/1 tháng /250.000đ. Khi có biogas thì không dùng nữa. 250 250 11 30/8/2010 Hà Văn Toán Chăn nuôi Xóm Xui – làng Mông Phụ Đường Lâm Sơn Tây 0979025654 5 40 4 2084.4 9m3 Tự xây 2010 8 - Hầm sử dụng tốt, không có sự cố gì. - Dùng gas đun nấu sinh hoạt thoải mái. - Trước kia, dùng gas cn: 1 bình/1 tháng/ 250.000đ. Khi có Biogas thì không dùng nữa. 250 180 12 5/9/2010 Phùng Văn Chính Chăn nuôi Thôn Tân Phú Sơn Đông Sơn Tây 0904182600 1100 10 417895.6 60m3 Xây theo công ty 2006 70 - Hầm dùng tốt, thoải mái, chưa bị rò rỉ khí gas, hàng năm đều hút phân để tránh tắc. - Trước kia dùng Biogas để chạy máy phát điện khi mất điện, thắp sáng bóng sưởi cho gia súc, đun nấu hàng ngày. Nhưng do sử dụng biogas để chạy máy phát điện làm máy dễ hỏng, đèn thì tối nên hiện tại bây giờ chỉ dùng Biogas để đun nấu. - Trước đây, dùng gas cn: 1 bình/1 tháng /250.000đ. Từ khi dùng hầm biogas thì không dùng nữa. 250 10000 13 5/9/2010 Kiều Thanh Tuân Làm đậu, chăn nuôi Thôn Tân Phú Sơn Đông Sơn Tây 10 3 3896.7 8m3 Tự xây 2008 7 - Tốt, chưa gặp sự cố gì. - Dùng gas đun nấu sinh hoạt thoải mái.- Trước khi dùng biogas: Than: 4 tạ/ 1 tháng/ 720.000đ; Gas cn: 1 bình/ 3 tháng / 250.000đ.- Khi dùng biogas: Than: 3 tạ / 1 tháng; Gas cn: thì không còn dùng nữa. 263 200 540 14 5/9/2010 Nguyễn Thị Canh Chăn nuôi, làm ruộng Thôn Tiền Huân Viên Sơn Sơn Tây 0433617751 10 7 4030.9 Bể chính 12m3 – bể áp 6m3 Xây theo dự án của xã 2000 5 16 Kpa - Thỉnh thoảng phải hút phân ở hầm để tránh tắc. - Được hỗ trợ 1/3 kinh phí.- Dùng gas đun nấu sinh hoạt thoải mái, ngày 3 ấm nước đun sôi, 10 ấm dùng để khuấy cám. - Trước kia dùng than để đun, giờ dùng biogas thì không dùng nữa. 200 15 5/9/2010 Kiều Duy Đãi Chăn nuôi, làm ruộng Thôn Tiền Huân Viên Sơn Sơn Tây 01234341796 6 20 5 2471.5 8m3 Tự xây 2005 4 - Hầm thừa gas, thỉnh thoảng hầm bị tắc nên phải hút bớt phân.- Dùng gas đun nấu thoải mái.- Trước kia, dùng than: 100.000đ/ 1 tháng. Khi có biogas thì không còn dùng nữa.  100 150 16 5/9/2010 Nguyễn Thị Lâm Chăn nuôi Thôn Tiền Huân Viên Sơn Sơn Tây 30 4 11522.2 25m3 Thuê thợ xây 2008 35 - Hầm vẫn dùng tốt, có lần bị thiếu gas do tiêm thuốc kháng sinh cho lợn. 10 ngày sau khi tiêm thì lại bình thường trở lại, gas thoải mái dùng.- Dùng gas đun nấu sinh hoạt. -Trước kia có dùng gas cn: 1 bình/ 3 tháng / 250.000đ. Giờ dùng biogas thì không dùng nữa. 83 300 17 5/9/2010 Nguyễn Ngọc Thái Chăn nuôi Xóm Sải – làng Mông Phụ Đường Lâm Sơn Tây 0433831860 1 20 20 4 8179.4 13m3 Tự xây 2007 6 - Hầm vẫn dùng tốt, chưa có sự cố gì.- Dùng gas đun nấu sinh hoạt thoải mái. Còn thừa gas cho hàng xóm dùng nhờ.- Trước khi dùng biogas: Than: 150kg/ 1 tháng /270.000đ; Gas cn: 1 bình/ 2 tháng/ 250.000đ.- Khi dùng biogas: Than: 50 kg / 1 tháng /90.000đ; Gas cn: thì không còn dùng nữa. - Khi xây hầm vay 5 triệu ( lãi 0,9%/ 1 tháng). 305 150 90 18 5/9/2010 Nguyễn Thị Phương Nấu rượu, chăn nuôi Xóm 6 – làng Đông Sàng Đường Lâm Sơn Tây 01643632612 4 5 1686.2 8m3 Tự xây 2007 10 - Hầm bị hở gas nhưng đã sửa.- Dùng gas đun nấu sinh hoạt.- Trước khi dùng biogas: Than: 3 tạ/ 1 tháng/ 540.000đ; Gas cn: 1 bình/ 2 tháng / 250.000đ.- Khi dùng biogas: Than: 1 tạ / 1 tháng /180.000đ; Gas cn: thì không còn dùng nữa. 485 150 180 19 13/9/2010 Nguyễn Văn Hùng Chăn nuôi, xay xát Thôn Trại Láng Cổ Đông Sơn Tây 01674137664 20 4 7726.2 14,4 m3 Xây theo dự án của chương trình KSH, kiểu KT1 2007 9 - Hầm dẫn khí bằng ống nhựa Tiền Phong, được hỗ trợ 1 triệu.- Hầm bị bật nắp do đầy gas nhưng đã xử lý.- Dùng gas đun nấu sinh hoạt thoải mái. Trước đây có dùng để thắp sáng nhưng giờ không dùng nữa.- Hộ dùng 4 máy xay xát.- Trước có dùng củi để đun nhưng giờ không dùng nữa.- Trước đây có dùng bình gas cn: 1 bình/ 3 tháng / 250.000đ nhưng giờ có biogas thì không dùng nữa. 83 600