Sử dụng năng lượng hiệu quả từ máy nén trong hệ thống lạnh công nghiệp và hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập 2kw

Trong công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghệ sinh học hay hệ thống lạnh và điều hòa không khí việc ngừng máy bị động do sự cố không những gây ảnh hưởng lớn đến tổn thất năng lượng mà

Khoa Điện-Điện Tử-Viễn Thông

BÁO CÁO MÔN SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HIÊU QUẢ

Sử dụng năng lượng hiệu quả từ máy nén trong hệ thống lạnh công nghiệp và hệ thống điện năng

lượng mặt trời độc lập 2kW

Bùi Long Hải 1800365 Nguyễn Văn Chí Bảo 1800586 Huỳnh Hoàng Đạt 1800701

Vũ Tấn Hưng 1800564 Trần Ngọc Hiển 1800782

Cần Thơ,tháng 10 năm 2021

Mục lục

CHƯƠNG 1 : SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HIỆU QUẢ LÀ YÊU CẦU CẦN

THIẾT 4

1.1 Sự cần thiết phải tiết kiệm điện 4

1.2 Tổng quan 4

1.3 Tiềm năng tiết kiệm điện 5

1.4 Các bước triển khai thực hiện tiết kiệm điện năng: 5

1.5 Các giải pháp tiết kiệm điện 5

CHƯƠNG II : SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HIÊU QUẢ TỪ MÁY NÉN TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP 7

2.1 Tổng quan về hệ thống lạnh trong công nghiệp 7

2.1.1 Giới thiệu 7

2.1.2 Lịch sử phát triển của kỹ thuật lạnh 7

2.1.3 Cấu tạo cơ bản của hệ thống lạnh 7

2.1.4 Nguyên lý làm việc của hệ thống làm lạnh 8

2.2 Đánh giá hiệu suất làm lạnh của máy nén ảnh hương đến hệ thống lạnh 9

2.3 Sử dụng biến tần Điểu khiển công suất máy nén theo phụ tải 12

2.4 Cải tạo hệ thống máy nén nâng cao hiệu suất 13

2.4.1Kiểm tra và thay thế đai truyền động cho các loại máy nén hở 14

2.4.2 Bảo dưỡng máy nén nâng cao hệ số C.O.P 14

CHƯƠNG III: GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TỪ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP 2KW 16

3.1 Tổng quan về hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập 2KW 16

3.2 Hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập 2KW là gì? 16

3.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập 2KW 16

3.4 Những ưu điểm vượt trội của hệ thống 17

3.5 Ứng dụng của hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập 2KW 18

3.6 Điện năng lượng mặt trời độc lập 2KW sẽ tiết kiệm cho bạn bao nhiêu tiền? 18

Tài liệu tham khảo 20

MỞ ĐẦU

Năng lượng sử dụng trong ngành chế biến thực phẩm nói chung và thủy hải sản nói riêng chủ yếu là điện năng Đối với một nhà máy chế biến thực phẩm, điện năng tiêu thụ trong hệ thống lạnh chiếm khoảng 85% tổng năng lượng tiêu thụ Vận hành hiệu quả hệ thống lạnh góp phần giảm điện năng tiêu thụ và tăng khả năng cạnh tranh của doanh nghiệp là vấn đề cấp bách hiện nay

Quá trình làm lạnh hay cấp đông sản phẩm là quá trình liên tục, sự gián đoạn ngoài

Ý muốn hay vận hành không đúng quy trình thiết bị của hệ thống lạnh sẽ gây tổn thất lớn về kinh tế của nhà máy Trong công nghiệp chế biến thực phẩm, công nghệ sinh học hay hệ thống lạnh và điều hòa không khí việc ngừng máy bị động do sự cố không những gây ảnh hưởng lớn đến tổn thất năng lượng mà còn làm tăng nhiệt độ của môi trường làm lạnh hay cấp đông do tổn thất nhiệt dẫn đến giảm chất lượng sản phẩm gây thiệt hại lớn cho doanh nghiệp

Để đảm bảo quá trình làm lạnh hay cấp đông diễn ra một cách liên tục, hệ thống máy lạnh phải thỏa mãn đồng thời rất nhiều yếu tố, trong đó vận hành thiết bị đúng kỹ thuật

và bảo dưỡng thiết bị đúng quy trình mang ý nghĩa quyết định đến tiêu hao năng lượng của nhà máy

Với các hệ thống lạnh thông thường tại Việt Nam khi vận hành đúng quy trình, bảo dưỡng hợp lý có thể giảm chi phí năng lượng từ 15% trở lên, giúp cho doanh nghiệp tăng khả năng cạnh tranh và giảm phát thải khí nhà kính

CHƯƠNG 1 : SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HIỆU QUẢ LÀ YÊU CẦU CẦN THIẾT

1.1 Sự cần thiết phải tiết kiệm điện

Năng lượng nói chung và điện năng nói riêng là nhân tố vô cùng quan trọng trong quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước Chỉ số phát triển điện năng thường được coi như biểu hiện trình độ phát triển kinh tế của mỗi quốc gia Người ta đánh giá nền công nghiệp của một nước qua năng lượng điện và độ tăng trưởng kinh tế của một nước qua mức tăng trưởng năng lượng điện của nước đó

Việt Nam chúng ta là một trong những nước nghèo về các nguồn tài nguyên năng lượng, mức quy đổi về nguồn năng lượng sơ cấp tính bình quân trên đầu người rất thấp so với mức bình quân của nhiều nước Việc mất cân bằng năng lượng ở Việt Nam trong tương lai sẽ là rào cản lớn nhất cho việc phát triển nền kinh tế,làm giảm đáng kể sức hút vốn đầu tư, giảm khả năng cạnh tranh của nhiều loại sản phẩm, làm mất cơ hội tăng trưởng

Chúng ta phải làm gì để giảm thiểu sự thiếu hụt nguồn điện lớn không chỉtrong một vài năm, mà còn đảm bảo an ninh năng lượng bền vững trong tương lai Để thực hiện điều đó chỉ có hai con đường: phát triển các cơ sở khai thác, sản xuất, chế biến, cung ứng năng lượng, phát triển nguồn năng lượng tái tạo, phát triển năng lượng sạch và nâng cao hiệu quả sử dụng và tiết kiệm năng lượng

1.2 Tổng quan:

Việc nghiên cứu, áp dụng các giải pháp mới để giảm tỷ lệ tổn thất điện năng xuống mức hợp lý đã và đang là mục tiêu của ngành Điện tất cả các nước, đặc biệt trong bối cảnh hệ thống đang mất cân đối về lượng cung cầu điện năng như nước ta hiện nay

Tỷ lệ tổn thất điện năng phụ thuộc vào đặc tính của mạch điện, lượng điện truyền tải, khả năng cung cấp của hệ thống và công tác quản lý vận hành hệthống điện Tuy nhiên, theo các chuyên gia năng lượng, tỷ lệ tổn thất điện năng của Việt Nam còn ở mức cao so với các nước trong khu vực là còn do nhiều nguyên nhân khác như chất lượng điện kém; chếđộ sử dụng điện không hợp lý; thiết bị tiêu thụđiện đại đa số cũ,

lạc hậu; nhiều mô hình quản lý và kinh doanh chưa phù hợp; sự thiếu hiểu biết của khách hàng sử dụng điện

Mức thiếu điện nhiều hay ít, một phần quyết định bởi chính các khách hàng sửdụng điện bởi vì theo số liệu thống kê kết quả kiểm toán năng lượng tại hơn 100 doanh nghiệp trong 4 năm qua của Việt Nam cho thấy 100% doanh nghiệp lãng phí năng lượng (cao nhất tới 35%) So với khu vực Đông Nam Á, tiết kiệm năng lượng của các doanh nghiệp Việt Nam vào loại kém nhất So sánh trên cùng một đơn vị sản phẩm, doanh nghiệp Việt Nam tiêu tốn năng lượng gấp 1,7 lần so với các nước trong khu vực Chưa tính tới việc lãng phí điện cũng còn khá phổ biến: điều hòa chạy liên tục trong mùa hè, đèn điện sáng khi không có người trong phòng làm việc

1.3 Tiềm năng tiết kiệm điện:

Tiềm năng tiết kiệm năng lượng của doanh nghiệp ngoài phụ thuộc vào các yếu tố như trình độ công nghệ, tuổi thọ trung bình của thiết bị, loại nhiên liệu sử dụng, năng suất lao động, mức độ cơ khí, tựđộng hoá còn phụ thuộc khá nhiều vào nhận thức của người lao động về việc sử dụng năng lượng

Việc đầu tư máy móc thiết bị và công nghệ cũ và lạc hậu trước đây và thậm chí cho đến nay vẫn còn tồn tại khiến cho ngành công nghiệp Việt Nam nằm trong nhóm đứng cuối thế giới về hiệu suất sử dụng năng lượng Hiện tại, ngành công nghiệp (chiếm khoảng 40% nhu cầu năng lượng) vẫn chưa có tiến bộđáng kể nào trong giảm tiêu hao năng lượng Đợt khảo sát gần đây tại một sốnhà máy sản xuất thép, xi măng, sành sứ, hàng tiêu dùng cho thấy, tiềm năng tiết kiệm năng lượng có thểđạt đến 20%, tức là có thể giảm bớt chi phí cho sửdụng năng lượng trong ngành công nghiệp khoảng 10.000 tỷđồng mỗi năm

1.4 Các bước triển khai thực hiện tiết kiệm điện năng:

- Khảo sát, đánh giá thực trạng tình hình sử dụng điện năng;

- Tiến hành phân tích số liệu và đưa ra các giải pháp tiết kiệm điện năng phù hợp ;

- Tính toán tính khả thi của từng giải pháp

- Thực hiện giải pháp khả thi

- Đánh giá hiệu quả tiết kiệm điện năng.

1.5 Các giải pháp tiết kiệm điện

- Trong hệ thống lạnh công nghiệp

 Sử dụng biến tần điểu khiển công suất máy nén theo phụ tải

 Cải tạo hệ thống máy nén nâng cao hiệu suất

- Giải pháp tiết kiệm năng lượng từ hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập 2kw

CHƯƠNG II : SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG HIÊU QUẢ TỪ MÁY NÉN TRONG HỆ THỐNG LẠNH CÔNG NGHIỆP

2.1 Tổng quan về hệ thống lạnh trong công nghiệp

2.1.1 Giới thiệu

Kỹ thuật lạnh là kỹ thuật tạo ra môi trường có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ bình thường của môi trường Giới hạn giữa nhiệt độ lạnh và nhiệt độ bình thường còn có nhiều quan điểm khác nhau Nhưng nhìn chung thì giới hạn của môi trường lạnh là môi trường có nhiệt độ nhỏ hơn 20 0C

Trong môi trường lạnh được chia làm hai vùng nhiệt độ Đó là khoảng nhiệt độ dương thấp, khoảng này có nhiệt độ từ 0 ÷ 200C ,còn khoảng nhiệt độ còn lại còn gọi

là nhiệt độ lạnh đông của sản phẩm Bởi vì khoảng nhiệt độ này là khoảng nhiệt độ đóng băng của nước, tuỳ theo từng loại sản phẩm mà nhiệt độ đóng băng khác nhau

2.1.2 Lịch sử phát triển của kỹ thuật lạnh.

Từ trước công nguyên con người tuy chưa biết làm lạnh, nhưng đã biết đến tác dụng của lạnh và ứng dụng chúng phục vụ trong cuộc sống Họ đã biết dùng mạch nước ngầm có nhiệt độ thấp chảy qua để chứa thực phẩm, giữ cho thực phẩm được lâu hơn Người Ai cập cổ đại đã biết dùng quạt quạt cho nước bay hơi ở các hộp xốp để làm mát không khí cách đây 2500 năm

Người Ấn Độ và người Trung Quốc cách đây 2000 năm đã biết trộn muối với nước hoặc với nước đá để tạo nhiệt độ thấp hơn

Kỹ thuật lạnh hiện đại bắt đầu phát triển khi giáo sư Black tìm ra ẩn nhiệt hoá hơi và nhiệt ẩn nóng chảy vào năm 1761 – 1764 Con người đã biết làm lạnh bằng cách cho bay hơi chất lỏng ở áp suất thấp

Năm 1834 Jacob Perkins (Anh) đã phát minh ra máy lạnh nén hơi đầu tiên với đầy

đủ các thiết bò hiện đại gồm có máy nén, dàn ngưng, dàn bay hơi và van tiết lưu Sau đó có hàng loạt như phát minh của kỹ sư Carres (pháp) về máy lạnh hấp thụ chu kỳ và liên tục với các cặp môi chất khác nhau

2.1.3 Cấu tạo cơ bản của hệ thống lạnh

Hệ thống lạnh gồm các bộ phận chính như sau

Hình 2.1: Cấu tạo của hệ thống làm lạnh trong máy lạnh, điều hòa

+ Máy nén: Nén môi chất lên áp suất cao, nhiệt độ cao

+ Van tiết lưu: chỉ có ở các máy có năng suất lớn, được dùng để giảm áp suất và nhiệt độ từ dàn nóng đến dàn lạnh Ở máy công suất nhỏ được thay bằng cáp tiết lưu

+ Quạt gió dàn nóng: giải nhiệt cho môi chất ở dàn nóng

+ Dàn lạnh (dàn bay hơi): Môi chất lạnh ở nhiệt độ thấp sẽ trao đổi nhiệt với chất cần làm lạnh

+ Bộ lọc khô (phin sấy lọc): loại bỏ cặn bẩn hay tạp chất không mong muốn

+ Dàn nóng (dàn ngưng tụ): làm giảm nhiệt độ môi chất

+ Ngoài ra còn có bầu tách lỏng được dùng để ngăn không cho gas lỏng đi vào máy nén để tránh gây va đập thuỷ lực làm hỏng máy nén

Môi chất được vận chuyển trong hệ thống (gọi chung là gas) là CFC, HFC, HC,

… Một số máy lạnh sử dụng dung môi là nước, nhưng nước lại không dễ chuyển trạng thái ở điều kiện môi trường ta đang sống nên khá tốn điện

2.1.4 Nguyên lý làm việc của hệ thống làm lạnh

Hệ thống làm lạnh hoạt động theo nguyên lý như sau:

Khi máy nén hoạt động sẽ hút hơi gas thông qua bầu tách lỏng về cửa hút máy nén

và được nén lên áp suất cao nhiệt độ cao Tiếp theo ở dàn ngưng tụ thường là các ống đồng hoặc nhôm mà gas lạnh đi trong đó gas bắt đầu giảm nhiệt độ do được giải nhiệt

từ môi trường và sẽ bắt đầu hoá lỏng

Nhiệt độ phụ thuộc vào khả năng làm mát của dàn, nhiệt độ không khí thấp, không khí lưu thông tốt thì nhiệt độ ngưng càng thấp và hệ thống làm việc càng hiệu quả

Gas hoá lỏng đi qua phin sấy lọc sẽ loại bỏ những cặn bẩn hay tạp chất không mong muốn do máy nén hoạt động lâu sinh ra cặn Tiếp theo gas lỏng sẽ đi qua cáp tiết lưu, cáp tiết lưu này dùng ống đồng có kích thước nhỏ nhầm tạo sự trên lệch áp suất giữa dàn ngưng tụ và dàn bay hơi

Vì gas được tiết lưu nên lượng gas vào dàn bay hơi với áp suất cao sẽ bay hơi ngay tại vị trí tiết lưu ở dàn bay hơi và thu nhiệt Sau đó gas sẽ chuyển sang áp suất thấp, nhiệt độ thấp ở đây xảy ra sự trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài Tiếp theo gas lạnh qua bầu tách lỏng được hút trở lại máy nén thực hiện chu kỳ tiếp theo, chu trình làm việc khép kín

Hình 2.2: Nguyên lý làm việc của hệ thống làm lạnh

2.2 Đánh giá hiệu suất làm lạnh của máy nén ảnh hương đến hệ thống lạnh

Năng lượng (điện năng) sử dụng cho hệ thống lạnh trong nhà máy chế biến

hiệu suất cao mang ý nghĩa rất quan trọng đến tiêu hao năng lượng (điện năng) của nhà máy, trong đó hiệu suất chu trình làm lạnh đóng vai trò chủ đạo Hiệu suất chu trình gồm hai loại: (1) hiệu suất làm lạnh (C.O.P) được định nghĩa như sau:

- Hiệu suất lạnh của máy nén (C.O.P): là tỷ số giữa năng suất lạnh (Q0) với

công suất máy nén (N), được xác định theo (1.1)

Trong

đó:

C.O.P = Q0

N e (1.1)

Q0: năng suất lạnh của hệ thống, (kW);

Ne công suất máy nén, (kW) ;

Tổng công suất điện của hệ thống bao gồm: công suất máy nén và tổng công suất của các động cơ điện trong hệ thống lạnh

Hệ thống lạnh có C.O.P hay C.O.S.P càng cao tức máy càng có hiệu suất làm lạnh cao, hay nói cách khác với cùng một nhiệt lượng cần lấy đi (làm lạnh) thì máy hiệu suất cao sẽ tiêu tốn điện năng ít hơn, tức tiết kiệm năng lượng hơn

Hiệu suất làm lạnh của máy nén C.O.P phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ ngưng tụ, sự phụ thuộc này được thể hiện trên đồ

thị hình 1.13.

C O

Hình 2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến C.O.P

Khả năng tiết kiệm năng lượng được tính thông qua công suất máy nén như sau:

NLTK (%) = C O. P 2 − C O P 1 ∗100

Hiệu suất làm lạnh tham khảo của một số hệ thống lạnh

- Hệ thống cấp đông : C.O.P = (1,251,7)

- Hệ thống trữ đông: C.O.P = (1,82,5)

- Hệ thống nhà máy nước đá: C.O.P = (2,5 3,0)

- Hệ thống trữ lạnh, mát và điều hòa không khí: C.O.P = (3,05,5)

Hình 1.14 thể hiện ảnh hưởng của nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ ngưng tụ đến

C.O.P của các loại môi chất lạnh sử dụng trong hệ thống lạnh công nghiệp

Hình 2.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ bay hơi và nhiệt độ ngưng tụ đến C.O.P

Ví dụ: Tăng khả năng tiết kiệm năng lượng dựa vào việc lựa chọn hệ thống lạnh có hiệu suất cao

Nếu so sánh cùng năng suất lạnh Q0, hệ thống lạnh thứ nhất có C.O.P1 = 3,8; hệ thống lạnh thứ 2 có C.O.P2 = 4,5; khả năng tiết kiệm năng lượng của hệ thống thứ 2

so với hệ thống thứ nhất:

NLTK (%) = C O. P 2 − C O P 1 ∗100= 4,5 − 3,8

* 100 =15,6 %

Như vậy, nếu tăng hệ số C.O.P lên C.O.P = 0,7 khả năng tiết kiệm năng lượng được 15,6%

2.3 Sử dụng biến tần Điểu khiển công suất máy nén theo phụ tải

Trong quá trình vận hành hệ thống lạnh, phụ tải luôn thay đổi, do

đó việc thay đổi công suất máy nén theo phụ tải sẽ giúp tiết kiệm năng

lượng trong quá trình vận hành, theo giải pháp này, khả năng tiết kiệm

năng lượng khoảng từ 5% đến 15%, thời gian hoàn vốn từ 1 năm đến 3

năm

Công suất máy nén được điều khiển theo sự thay đổi của phụ tải theo nhiều phương

pháp khác nhau (xem mục 3.1) Trong đó phương pháp điều khiển bằng biến tần có

hiệu quả cao nhất Tuy nhiên, theo phương pháp này còn một số hạn chế:

- Chi phí đầu tư cao;

- Chỉ áp dụng cho các trường hợp phụ tải giảm tối thiểu 20% và

thời gian giảm tải phải trên 20%;

- Do đó một số hệ thống khi áp dụng phương pháp điều khiển

công suất máy nén không đạt hiệu quả cao như:

- Hệ thống cấp đông;

- Nhà máy sản xuất nước đá;

- Và một số hệ thống có phụ tải lạnh thay đổi không đáng kể

(<10%) và thời gian giảm phụ tải lạnh bé (<10%);

Ví dụ: Một kho trữ đông làm việc ở nhiệt độ t = (-20÷-22)0C, năng suất lạnh Q0 = 100

kW, máy nén sử dụng có C.O.P =2,8 hoạt động liên tục 24/24 và 365 ngày/năm, phụ tải lạnh có thể giảm trung bình 25% thời gian giảm tải khoảng 20% tổng thời gian vận hành So sánh khả năng tiết kiệm năng lượng cho hệ thống trước và sau khi sử dụng biến tần?

Theo (1.1) công suất máy nén được xác định như sau:

C.O.P = Q0

N e => N e = Q0

C O

P

= 100 = 35,7 (kW)