Tìm hiểu và xây dựng hệ thống quản lý năng lượng trong các xí nghiệp công nghiệp. đề ra các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

Lợi ích của quản lý năng lượng với doanh nghiệp Sử dụng năng tiết kiệm và hiệu quả mang lại lợi ích không chỉ cho doanh nghiệpnhư giảm chi phí năng lượng, tăng khả năng cạnh tranh, tăng

MỞ ĐẦU

Từ xa xưa con người đã sử biết sử dụng năng lượng để phục vụ các hoạt độngsản xuất, sinh hoạt của mình Cùng với lịch sử phát triển của con người, con ngườingày càng hoàn thiện hơn về phương pháp khai thác cũng như sử dụng các dạngnăng lượng khác nhau Phương pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quảđang là vấn đề chung của toàn thế giới Trữ lượng các nguồn năng lượng hóa thạch

là vô cùng hạn chế, nếu tính như tình hình sử dụng năng lượng cũng như những dựbáo về năng lượng thì cuối thế kỉ 21 trữ lượng các dạng năng lượng hóa thạch sẽkhông còn nhiều Để giải quyết bài toán về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệuquả con người đã không ngừng nghiên cứu và học tập để tìm ra các nguồn nănglượng mới, tìm ra các phương pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Trênthế giới đã có hàng loạt các tổ chức về năng lượng được thành lập hướng dẫn cáccông ty sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

Là một sinh viên Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh được học tập trong mộtmôi trường khoa học kĩ thuật tiên tiến Trong quá trình học tập của mình em đãđược học tập rất nhiều về các thiết bị sử dụng năng lượng trong công nghiệp Nhậnthấy vấn đề sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đang là vấn đề quan tâm của

cả thế giới, trong quá trình THỰC TẬP TỐT NGHIỆP nhóm em đã chọn đề tài “

Tìm hiểu và xây dựng hệ thống quản lý năng lượng trong các xí nghiệp công nghiệp Đề ra các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.”

Nội dung bài tiểu luận được em chia làm 3 chương với nội dung cụ thể như sau :

Chương 1 : tổng quan

Chương 1: Phân tích các giải pháp sử dụng năng lượng

Chương 2: Xây dựng giải pháp quản lý năng lượng hiệu quả và tiết

kiệm.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

Năng lượng được sử dụng trong các lĩnh vực giao thông, nông nghiệp, côngnghiệp, sinh hoạt… Nhu cầu tiêu thụ năng lượng phụ vào cơ cấu hệ thống kinh tế -

xã hội của mỗi nước mỗi khu vực

Từ một dạng năng lượng sơ cấp có thể chuyển qua các công nghệ năng lượngkhác nhau để tới dạng năng lượng hữu ích khác nhau Ngược lại, mỗi dạng nănglượng hữu ích đều có thể nhận được từ các dạng năng lượng sơ cấp khác nhau Haynói cách khác đi, các công đoạn năng lượng có mỗi quan hệ đa phương nhưng rấtchặt chẽ để đảm bảo sự cân bằng giữa nguồn và tiêu thụ, có xét đến hiệu suất củacác công đoạn Như vậy hệ thống năng lượng bao gồm các nguồn năng lượng, cáckhâu chế biến, truyền tải, phân phối và tiêu thụ năng lượng Hệ thống năng lượngthường được xây dựng theo địa dư, vùng, một quốc gia hay một khu vực các quốc

ra

“Sau đây là sơ đồ hệ thống năng lượng quốc gia :” [11]

1.1.1 Khái niệm hệ thống quản lý năng lượng

Hệ thống quản lý năng lượng gồm có: cơ cấu nhân sự theo một tổ chức nhất địnhthể hiện rõ chức năng, nhiệm vụ của tổ chức cũng như của từng thành viên; quytrình và các công cụ thực hiện việc theo dõi, thống kê, thiết lập các mục tiêu tiếtkiệm năng lượng cho doanh nghiệp và kế hoạch thực hiện mục tiêu, đánh giá kếtquả đạt được

1.1.2 Lợi ích của quản lý năng lượng với doanh nghiệp

Sử dụng năng tiết kiệm và hiệu quả mang lại lợi ích không chỉ cho doanh nghiệpnhư giảm chi phí năng lượng, tăng khả năng cạnh tranh, tăng năng suất sản xuất,cải thiện chất lượng hàng hóa ; cho quốc gia như giảm nhập khẩu năng lượng, tiếtkiệm nguồn tài nguyên quốc gia, tiền tiết kiệm được có thể dùng cho các hoạt độngxóa đói giảm nghèo, chủ động hơn trong sản xuất và tiêu thụ năng lượng mà cònđối với toàn cầu sẽ giúp giảm phát thải khí nhà kính, duy trì và ổn định môi trườngbền vững

Doanh nghiệp sẽ có một quy trình quản lý chi phí năng lượng một cách có hệthống nhằm tiết kiệm chi phí sản xuất Giảm chi phí vận hành và bảo trì, nghĩa làgiảm được giá thành và tăng khả năng cạnh tranh cho doanh nghiệp Qua đó sẽ tăngnhận thức của nhân viên về việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, giảmlãng phí Nâng cao kiến thức của lãnh đạo và nhân viên về quản lý năng lượng.Nhờ vậy doanh nghiệp sẽ có một kế hoạch và mục tiêu rõ ràng về sử dụng nănglượng Điều quan trọng khác là hệ thống quản lý năng lượng sẽ hỗ trợ tích cực chonhững hệ thống quản lý chất lượng khác như ISO 9001, 14001, TQM, v.v

1.2 Tình hình sử dụng năng lượng tại các doanh nghiệp việt nam

Tại Việt Nam, trong những năm qua, với sự tăng trưởng liên tục ở tốc độ cao củanền kinh tế, tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa được đẩy mạnh, mức sống củangười dân tăng lên đã làm cho nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng lớn Trongkhi đó, giới hạn về công nghệ và tài chính không cho phép chúng ta phát triển

nhanh các nguồn năng lượng mới thay thế các nguồn năng lượng truyền thống chonên thiếu hụt năng lượng là một thực tế hiển nhiên Theo dự báo, tốc độ tăngtrưởng nhu cầu năng lượng của toàn bộ nền kinh tế giai đoạn 2001-2020 là 8,1-8,7% Trong đó, nhu cầu tiêu thụ năng lượng trong công nghiệp tăng nhanh: từ 4,36triệu tấn TOE (năm 2000) lên đến 16,29 triệu tấn (năm 2010), 23,74 triệu tấn (năm2015), và 33,12 triệu tấn năm 2020.

Mặt khác do trình độ công nghệ của nhiều ngành sản xuất trong nước còn lạchậu và phương thức quản lý còn yếu kém nên việc sử dụng năng lượng còn lãngphí Cường độ năng lượng của Việt Nam cao gấp 2 lần so với các nước trong khuvực

Cụ thể là hiệu suất sử dụng trong các nhà máy đốt than, dầu của Việt Nam mớichỉ đạt 28÷32% thấp hơn các nước đang phát triển 10% Các lò hơi công nghiệp cóhiệu suất sử dụng chỉ khoảng 60%, thấp hơn mức trung bình thế giới khoảng 20%.Tính trung bình, để làm ra cùng một giá trị sản xuất công nghiệp của nước ta phảitiêu tốn năng lượng gấp 1,5-1.7 lần các nước phát triển trên thế giới khoảng 95%các công trình thương mại và nhà ở cao tầng tại việt Nam không tích hợp tính hiệuquả trong sử dụng năng lượng vào khâu thiết kế cơ bản và vận hành công trình

Ở các doanh nghiệp vừa và nhỏ, đội ngũ chiếm tới 95% số doanh nghiệp cảnước Không ít doanh nghiệp nhóm này sử dụng máy móc thiết bị cũ kỹ, lạc hậukhiến năng lượng tiêu hao lớn Đồng thời, tác động rất xấu đến môi trường sốngcủa dân cư xung quanh Chẳng hạn, doanh nghiệp sản xuất gốm sứ tập trung vớimật độ lớn trong một làng nghề và sử dụng nhiên liệu chủ yếu là than và củi đã thải

ra khí COx, SOx, NOx tác động trực tiếp đến môi trường sống của người dân Hayviệc sản xuất gạch thủ công cũng dùng than, củi với số lượng lớn làm ô nhiễmkhông khí, gây ra hiện tượng mưa axit, tác động đến môi trường sản xuất nôngnghiệp Từ đó dẫn đến các tranh chấp, kiện tụng không đáng có giữa người sảnxuất gạch và sản xuất nông nghiệp

Phó Vụ trưởng Vụ KH&CN, Bộ Công Thương cho biết: Tiềm năng tiết kiệmnăng lượng trong các ngành sản xuất xi măng, vật liệu xây dựng, thép, hàng tiêudùng như dệt may, giấy, chế biến thực phẩm từ 20-50%, ngành xây dựng dân dụng

và giao thông vận tải có thể đến 30%

Tuy nhiên, thực tế lại đang tồn tại khá nhiều rào cản đối với việc sử dụng NL tiếtkiệm và hiệu quả Theo PGS TS Phạm Hoàng Lương, Viện Tiên tiến KH&CN,Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội, trước hết là rào cản kỹ thuật, đó là sự thiếu hiểubiết về tiết kiệm năng lượng như thiếu đồng hồ đo, thiếu thông tin về công nghệhiệu quả năng lượng, ý thức của cán bộ quản lý, cán bộ vận hành thiết bị còn yếu Tiếp đến là rào cản kinh tế như việc phân tích tài chính không phù hợp, thiếu vốnđầu tư Bên cạnh đó, là rào cản về thể chế, chính sách, thiếu các chính sách thúcđẩy việc sử dụng năng lượng theo hướng tiết kiệm và hiệu quả

Do vậy, cần thực hiện quản lý nội vi tốt, thay thế các thiết bị kém hiệu quả, giảmtình trạng chạy non tải, tái sử dụng các nguồn năng lượng, tài nguyên; Tiến hànhxây dựng mô hình quản lý năng lượng đối với cơ sở sản xuất công nghiệp bao gồmcác bước thực hiện sau: Nhận thức về tiết kiệm năng lượng, cam kết của các lãnhđạo, kiểm toán năng lượng sơ bộ, kiểm toán năng lượng chi tiết, thực hiện các giảipháp tiết kiệm năng lượng không chi phí hoặc chi phí thấp sau đó tiến hành nghiêncứu tiền khả thi của các giải pháp cần đầu tư lớn, tìm nguồn tài chính, mua sắmthiết bị, xây dựng và chạy thử nghiệm; Tiếp đến theo dõi, đánh giá kết quả của cácgiải pháp, và thiết lập các định mức tiêu thụ năng lượng nhờ hệ thống quan trắc Nhiều chuyên gia cho rằng để việc tiết kiệm và sử dụng hiệu quả năng lượngthực sự trở thành thói quen của các tổ chức, cá nhân và cộng đồng trước mắt việcban hành Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là việc cấp bách cần làmcàng sớm càng tốt, bởi vì luật là căn cứ pháp lý cao nhất để các tổ chức và cá nhânchấp hành và thực hiện

Chúng ta phải xây dựng một thị trường tiết kiệm năng lượng, trong đó vai tròlãnh đạo của Nhà nước là yếu tố quyết định Một loạt chính sách đồng bộ, cụ thểcần được thực thi để bắt buộc và khuyến khích các doanh nghiệp, các nhà chế tạothiết bị sử dụng năng lượng có kế hoạch cải tiến, đổi mới công nghệ theo hướng tiếtkiệm và hiệu quả năng lượng Đồng thời tuyên truyền rộng rãi hơn nữa để toàn bộngười dân có ý thức và thói quen hành động vì một xã hội tiêu phí ít năng lượnghơn.

Được biết gần đây, Bộ KH&CN triển khai thực hiện dự án “Nâng cao hiệu quả

sử dụng năng lượng trong các doanh nghiệp nhỏ và vừa Việt Nam” (PECSME) vớitổng kinh phí thực hiện là 28,8 triệu USD Mục tiêu của dự án là đưa ra những giảipháp tiết kiệm năng lượng, giúp doanh nghiệp giảm 10-15% chi phí năng lượng.Đồng thời giảm tốc độ phát thải khí nhà kính từ 5 ngành công nghiệp: gạch, gốm

sứ, giấy và bột giấy, dệt may, chế biến thực phẩm.” [16]

Chương 2 PHÂN TÍCH CÁC GIẢI PHÁP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG

A Các giải pháp trong hệ thống điện

2.1 Giải pháp trong sử dụng vận hành máy biến áp

2.1.1 Giới thiệu

Điện năng là năng lượng chủ yếu của các xí nghiệp công nghiệp Điện năngđược sản xuất ra ở các nhà máy phát điện qua các khâu truyền tải, phân phối đếncác phụ tải của các nhà máy xí nghiệp Ở đây điện năng được chuyển thành cácdạng năng lượng khác VD: cơ năng (động cơ), nhiệt năng (điều hòa không khí, lòhơi, lò sấy, lò lung ) quang năng ( chiếu sang ), hóa năng (điện phân )

Các xí nghiệp tiêu thụ khoảng 70% tổng điện năng được sản xuất ra vì thế việc

sử dụng hợp lý và tiết kiêm điện năng trong các xí nghiệp có ý nghĩa rất quantrọng

Sơ đồ truyền tải điện năng từ hệ thống điện đến các phụ tải nhà máy sản xuất

Để sử dụng năng lượng hiệu quả trước tiên ta áp dụng các biện pháp nhằm giảmtổn hao trong khâu phân phối điện từ trạm biến áp đến các phụ tải

Điện năng truyền tải từ hệ thống điện đến trạm biến áp hạ áp của nhà máy xínghiệp qua các máy biến áp được phân phối đến các phụ tải Vì vậy vấn đề đầutiên để quản lý việc sử dụng năng lượng hiệu quả là giảm tổn hao trên các máy biến

áp và đường dây phân phối

Lưới cung

cấp điện

Trạm biến ápnhà máy

Phụ tải tiêu thụ điện nhà máy

Những tổn hao chủ yếu trong khâu phân phối điện từ trạm biến áp đến các phụtải

- Tổn hao trên máy biến áp

- Tổn hao trên đường dây truyền tải

Các biện pháp giảm tổn hao trong máy biến áp :

Trong quá trình truyền tải công suất qua máy biến áp thì tổn hao chủ yếu là tổnhao đồng pcu trên các điện trở dây quấn sơ cấp, thứ cấp, tổn hao sắt từ pfe trong lõithép do dòng điện xoáy và do từ trễ

“Hiệu suất máy biến áp sẽ đạt cực đại ở mội tải nhất định ứng với tổn hao khôngđổi bằng tổn hao biến đổi hay tổn hao sắt bằng tổn hao đồng Thông thường máybiến áp làm việc ở hệ số tải β = 0,5÷0,7 nên người ta thường thiết kế ηmax ở giới hạn

đó của β Muốn vậy ta phải có

0 n

P

P = 0,25 ÷0,5 vì β =

0 n

P

P “ [5]

Hệ số tải máy biến áp thường được xác định bằng cách đo dòng tải I2 ( điện áptải đo trên các đầu ra của máy biến áp bằng các thiết bị đo đặc :ampe kế, máy biếndòng dùng khi dòng lớn , thiết bị phân tích công suất, đồng hồ vạn năng…):

β =

2

đm

I I

Tổn hao trong máy biến áp :

P∑ = p0 +ββ2 pnVới các thông số ghi trên catalog máy biến áp ta tính được tổn hao này Ngoài

ra để đánh giá hiệu suất của máy biến áp khi tải thay đổi , người ta xét hiệu suấtmáy biến áp trong 1 năm Đó là tỉ số giữa điện năng đầu ra của máy biến áp tínhtheo kilooat giờ với điện năng ở đầu vào cũng trong thời gian đó

Vì tải máy biến áp có thể thường xuyên thay đổi theo đồ thị phụ tải nhà máy lênxem xét tải máy biến áp xem xét tại các thời điểm khác nhau trong quá trình sảnxuất.

2.1.2 Các giải pháp sử dụng máy biến áp hiệu quả và tiết kiệm năng lượng : 2.1.2.1 Chọn dung lượng máy biến áp hợp lý :

Tổn hao sắt gần như không đổi trong suốt thời gian làm việc của máy biến áp trừkhi có sự thay đổi điện áp đầu vào Tổn hao này tuy nhỏ song lại luôn có khi máylàm việc Vì vậy chọn dung lượng hợp lý cũng giúp giảm tổn hao trên máy biến ápquá lớn thì tổn hao càng lớn Mặt khác tổn hao đồng lại biến động theo dòng điệntải Chọn dung lượng máy biến áp hợp lý sẽ cho ta hệ số tải tối ưu và đưa máy vàovùng làm việc với hiệu suất cao nhất Tuy nhiên việc lựa chọn chính xác dunglượng máy biến áp phải dựa trên điều kiện sản xuất thực tế, dự án phát triển sắp tới

để tính toán cho phù hợp

Việc lựa chọn thay thế máy biến áp phải dựa trên các chỉ tiêu về kinh tế kĩthuật , đảm bảo máy làm việc ở chế độ tối ưu nhất, giảm các tổn hao trong máy

2.1.2.2 Phân phối tải phù hợp giữa các máy

Thường các nhà máy sử dụng nhiều máy biến áp trong hoạt động phân phối chocác hệ thống tải độc lập nên trong quá trình sử dụng có thể có những máy chạykhông tải hoặc quá non tải, trong khi các máy khác lại vận hành tới hạn thậm chíquá tải Vì vậy việc phân phối tải phù hợp giữa các máy biến áp sẽ giúp các máylàm việc với tải tối ưu nhất giảm tổn hao trên các máy biến áp

Áp dụng một số giải pháp phân phối tải sau :

- Ghép phụ tải những máy non tải hoặc ít vận hành sang máy khác còndung lượng, qua đo đặc tải các máy biến áp để áp dụng

Gỡ bỏ những máy không cần thiết ra khỏi lưới điện đã tính đến các yếu tố về kĩthuật( khi sảy ra sự cố các máy còn lại vẫn làm việc bình thường )

- Ghép nối các máy biến áp làm việc song song nếu đủ điều kiện và đã tính

về hiệu quả kinh tế kĩ thuật

 Điều kiện kĩ thuật để máy có thể ghép song song với nhau :

 Điều kiện cùng tổ nối dây

 Điều kiện tỉ số biến đổi bằng nhau

 Điều kiện trị số điện áp ngắn mạch bằng nhau ( theo quy định un cácmáy biến áp làm việc song song không được sai khác 10% và tỉ lệ

dung lượng khoảng 3:1) βI : βII = n1 n 2

ở máy biến áp nhờ các cấp điều chỉnh ở máy biến áp ( 0, 2,5%, 5%) Còn khilưới điện vào ban đêm có thể cao hơn mức bình thường vì thế ta có thể vận hànhđiều chỉnh giảm điện áp Vừa giảm tổn hao , vừa giảm hỏng hóc của đèn

Ta có các công thức thể hiện ảnh hưởng của điện áp đến quang thông, tuổi thọcủa đèn

“Gọi Ф0, I0, P0, D0 là quang thông, dòng điện, công suất, tuổi thọ của đèn ở điên

áp định mức U0, khi ta đặt lên đèn một điện áp U thì có quan hệ:

7

UU

Dễ nhận thấy rằng một đèn tuổi thọ 2000 giờ khi điện áp giảm 10% tuổi thọ là

3700 giờ, còn khi điện áp tăng 5% thì tuổi thọ chỉ còn 500 giờ.” [3]

Đối với động cơ, ta biết tổn hao sắt trong thiết bị điện tỉ lệ với bình phương điện

T : tiết diện lõi thép

β : hệ số phụ thuộc tính năng của thép

E : sức từ động hay điện áp đặt vào thiết bị

Nếu động cơ làm việc non tải , nên điều chỉnh điện áp xuống thấp để nâng cao hệ

số cosφ Khi giảm điện áp hợp lý sẽ giảm tổn hao sắt trong các thiết bị điện

Khi điều chỉnh núm điều chỉnh điện áp trên máy biến áp phải kiểm tra thôngmạch của tiếp điểm chuyển mạch

2.1.2.4 Giải pháp trong lắp đặt, vận hành máy biến áp trong nhà máy

Khi phân phối công suất từ máy biến áp đến các phụ tải qua các đuờng dâytruyền tải Trong quá trình hoạt động có tổn hao trên đường dây truyền tải p

=I2.R Vì vậy đường dây dài tổn hao lớn , dây không phù hợp tăng tổn hao, nhữngmối nối chưa đúng, đường dây cũ nát cũng là các nguyên nhân gây tăng tổn haotrong khâu này Do đó khi tính toán thiết kế xem xét vị trí đặt trạm biến áp phù hợpgần trung tâm phụ tải Vị trí đặt của tủ điện phân phối hợp lý, phương pháp đi dâyhợp lý tiết kiệm nhất Tất nhiên phải xem xét thêm các yếu tố khác như : mặt bằng,

an toàn, tiêu chuẩn xây dựng…

Trong vận hành máy biến áp xét thời gian phụ tải nhỏ (ca ba trong sản xuất) nênchuyển bớt tải những máy non tải chuyển sang máy khác, cắt các máy không tải.

- Đối với các nhân viên vận hành trạm biến áp phải được đào tạo để sửdụng hợp lý nhất Thường xuyên kiểm tra các quá trình bảo dưỡng bảo trì máy

- Với mạng lưới dây dẫn điện :

- Thay thế các đoạn dây quá tải bằng dây có tiết diện lớn hơn (nếu có)

- Thay các đoạn dây cũ nát, rò điện bằng các đoạn dây mới cùng tiết diện

- Sửa chữa các mối nối, các chỗ tiếp xúc ở cầu dao, cầu trì, phích cắm bịnóng quá mức

- Kiểm tra các mối nối, mối nối nào nóng, tiếp xúc chưa tốt kiểm tra nối lại

2.2 Hệ thống bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cosφ 2.2.1 Giới thiệu

Hệ số công suất cosφ là một chỉ tiêu để đánh giá xí nghiệp dùng điện có hợp lý

và tiết kiệm hay không? Do nhà nước đã ban hành các chính sách để khuyến khíchcác xí nghiệp phấn đấu nâng cao hệ số công suất cosφ Hệ số công suất cosφ củacác xí nghiệp nước ta hiện nay nói chung còn thấp (khoảng 0,6-0,7), chúng ta phấnđấu nâng cao dần lên (đến trên0,9) Cần thấy rằng việc thực hiện tiết kiệm điệnnăng và nâng cao hệ số cosφ không phải là các biện pháp tạm thời để đối phó vớitình hình thiếu điện, mà phải coi như là một chủ trương lâu dài gắn liền với mụcđịch phát huy hiệu quả cao nhất của quá trình sản xuất, phân phối và sử dụng điệnnăng Ý nghĩa của việc nâng cao hiệu suất cosφ không chỉ ở chỗ giảm giá thành sảnphẩm, có lợi cho bản thân xí nghiệp mà còn ở chỗ có thêm điện năng để sản xuấtngày càng nhiều, có lợi cho nền kinh tế quốc dân Tất nhiên khi thực hiện các biệnpháp tiết kiệm năng lượng chúng ta cần chú ý không gây ảnh hưởng xấu đến chấtlượng và số lượng sản phẩm hoặc làm ảnh hưởng xấu đến điều kiện làm việc củacông nhận

2.2.2 Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất cosφ

“Nâng cao hệ số công suất cosφ là một trong những biện pháp quan trọng để tiết

kiệm điện năng Sau đây chúng ta sẽ phân tích những hiệu quả do việc nâng cao hệ

số công suất đem lại

Phần lớn các thiết bị dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng P và công suấtphản kháng Q Những thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng là :

- Động cơ không đồng bộ tiêu thụ khoảng 60-65% tổng công suất phảnkháng của mạng;

- Máy biến áp tiêu thụ khoảng 20-25%;

- Đường dây trên không, điện kháng và các thiết bị điện khác tiêu thụkhoảng 10%;

“Như vậy động cơ không đồng bộ và máy biến áp là hai loại máy điện tiêu thụnhiều công suất phản kháng nhất Công suất tác dụng P được biến thành cơ nănghoặc nhiệt năng trong các máy dùng điện; còn công suất phản kháng Q là công suất

từ hóa trong các máy điện xoay chiều, nó không sinh ra công Quá trình trao đổicông suất phản kháng giữa máy phát điện và hộ tiêu thụ là quá trình dao động Mỗichu ki của dòng điện, Q đổi chiều 4 lần, giá trị trung bình của Q trong 1/2 chu kìbằng không Cho nên việc tạo công suất phản kháng Q không đòi hỏi tiêu tốn nănglượng của động cơ sơ cấp quay máy phát điện Mặt khác công suất phản khángcung cấp cho hộ dùng điện không nhất thiết phải lấy từ nguồn (máy phát điện) Vìvậy để tránh truyền tải một lượng lớn Q trên đường dây, người ta đặt gần các hộdùng điện máy sinh ra Q (tụ điện, máy bù đồng bộ) để cung cấp trực tiếp cho phụtải làm như vậy được gọi là bù công suất phản kháng Khi có bù công suất và điện

áp trong mạch sẽ giảm đi, do đó hệ số cosφ của mạng được nâng cao, giữa P,Qquan hệ như sau:

φ=arctag

QP

Khi lượng P không đổi, nhờ có bù công suất phản kháng, lượng Q truyền tải trênđường dây giảm xuống, do đó góc φ giảm, kết quả cosφ tăng lên

Hệ số công suất cosφ được nâng lên đưa đến những hiệu quả sau đây:

cosφtb=arctag

tb

tb

QP

Hệ số cosφtb được dùng để đánh giá mức độ sử dụng tiết kiệm và hợp lý của xínghiệp

Hệ số công suất tự nhiên là hệ số cosφ trung bình tính cho cả năm khi không cóthiết bị bù Hệ số cosφ tự nhiên được dùng làm căn cứ để tính toán nâng cao hệ sốcông suất và bù công suất phản kháng.” [7]

Các công ty hiện nay áp dụng biện pháp nâng cao hệ số công suất cosφ vừa giảmgiá điện phải trả do không phải mua phần công suất phản kháng do sử dụng quáquy định cho ngành điện, vừa góp phần mang lại những lợi ích hiệu quả cho hệthống điện

- Giảm được tổn thất công suất

- Giảm được tổn thất điện áp

- Tăng khả năng truyền tải

2.2.3 “Sự tiêu thụ công suất phản kháng” [8]

2.2.3.1 Động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ là thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng chính tronglưới điện Chế độ làm việc của nó ảnh hưởng trực tiếp đến giá trị tiêu thụ công suấtphản kháng, có lúc giá trị nhu cầu công suất phản kháng lớn hơn công suất tác dụngcủa nó

Công suất phản kháng của động cơ gồm 2 thành phần chính

a Một phần nhỏ công suất phản kháng được sử dụng được sử dụng để sinh ra từtrường tản trong mạch điện sơ cấp Q1 = m1.I12.X1 và trong mạch điện thứ cấp Q2 =m1.I12.X2 với m1 là số pha

- Hoặc tính theo catalog thiết bị

tg

Trong đó :

P : công suất tải thực tế của động cơ (đo bằng bộ phân tích công suất);

Pđm, cosφđm, Iđm : công suất, hệ số công suất, dòng điện định mức của độngcơ;

ηđm : hiệu suất của động cơ theo định mức;

I0 : dòng điện không tải;

b Phần công suất phản kháng còn lại dùng để sinh ra từ trường khe hở:

Qµ = m1.I1.Xm

Hay tính theo catalog của thiết bị :

Qµ =

0 os

dm

dm dm dm

I  c 

Một số lưu ý đối với động cơ không đồng bộ :

Khi điện áp tăng, sự tiêu thụ công suất phản kháng tăng do mức độ từ hóa tăng

và tản từ tăng, do vậy khi vận hành ở các máy non tải có thể tiến hành giảm điện áp

để giản tổn thất

Đối với những động cơ công suất nhỏ do tăng một cách tương đối khe hở khôngkhí giữa roto và stator làm tăng lượng tản từ, do vậy công suất phản kháng tăng.Động cơ có tốc độ thấp, hiệu suất kém, tiêu thụ công suất phản kháng tăng

Sđm : dung lượng định mức máy biến áp;

I0% : dòng điện không tải tính theo % của dòng điện định mức máy biến



Với :

β : hệ số mang tải của máy biến áp;

uN% : điện áp ngắn mạch phần trăm;

2.2.3.3 Đèn huỳnh quang

Thông thường đèn huỳnh quang vận hành có một chấn lưu để hạn chế dòng điện.Tùy theo điện cảm của chấn lưu, hệ số công suất chưa được hiệu chỉnh cosφ1 củachấn lưu nằm trong khoảng 0,3÷0,5

Với các đèn ống hiện đại thường có bộ khởi động điện từ, hệ số công suất chưađược hiệu chỉnh cosφ1 gần bằng 1 Do vậy ta không cần hiệu chỉnh hệ số công suất Tuy nhiên bộ khởi động điện tử này sinh ra các sóng hài

Hệ số công suất của đèn:

Trong đó : I1 : dòng điện qua đèn;

PI : công suất tác dụng của đèn;

Pv : tổn thất công suất qua chấm lưu

Tụ điện mắc song song để hiệu chỉnh hệ số công suất của đèn có dung lượng :

Qc = (PI +β Pv ).(tgφ1 –tgφtgφ2)

c 2 dm

QC

2 f U





ST Chấn lưu

Tụ điện

L N

Việc bù đèn huỳnh quang bằng ghép tụ điện song song không thích hợp cho hệthống các bộ điều kiển sóng AF, trong trường hợp này người ta dùng chấn lưu điệndung( tụ điện mắc nối tiếp)

ST Chấn lưu

L N

Tụ

2.2.4 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất

2.2.4.1 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất tự nhiên

- Thay đổi và cải tiến qui trình công nghệ để thiết bị làm việc ở chế độ hợp lýnhất Sắp xếp điều chỉnh lịch trình sản xuất trong nhà máy để đảm bảo các thiết bị

tiêu thụ điện (động cơ, máy biến áp, máy ném, bơm, quạt, máy hàn ) khôngthường xuyên bị không tải hoặc non tải trong quá trình làm việc.

- Thay thế các động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ có côngsuất nhỏ hơn Khi làm việc động cơ không đồng bộ tiêu thụ công suất phản kháng :

 0  dm  0 2pt

Trong đó : Q0 - công suất phản kháng lúc động cơ làm việc không tải

Qđm - công suất phản kháng lúc động cơ làm việc định mứckpt - hệ số phụ tải

Do vậy thay thế động cơ làm việc non tải bằng động cơ công suất nhỏ hơn ta

sẽ tăng được kpt , do đó nâng cao được cosφ của động cơ

Khi thay thế động cơ cần cân nhắc đến các vấn đề kinh tế, các tính toán chokết quả :

Nếu kpt < 0,45 thay thế động cơ bao giờ cũng có lợi;

Nếu 0,45< kpt < 0,7 thì phải so sánh kinh tế kĩ thuật mới xác định việc thaythế có lợi hay không

Điều kiện kĩ thuật cho phép thay thế động cơ đảm bảo nhiệt độ động cơ nhỏhơn nhiệt độ cho phép, đảm bảo điều kiện mở máy và làm việc ổn định động cơ

- Giảm điện áp của các động cơ làm việc non tải(khi không có điều kiện thaythế động cơ non tải bằng động cơ công suất nhỏ hơn)

Công suất phản kháng động cơ tiêu thụ tính theo U như sau:

2U

f : tần số dòng diện;

V : thể tích mạch từ;

Từ công thức trên ta thấy công suất phản kháng Q tỉ lệ với bình phương điện áp

U, do vậy nếu ta giảm U thì Q giảm đi rõ rệt, do đó cosφ được nâng lên

- Hạn chế động cơ chạy không tải ( biện pháp để hạn chế động cơ chạy khôngtải : Hướng dẫn, huấn luyện công nhân có các thao tác hợp lý, đặt các quy định tắtthiết bị khi không sử dụng hoặc thời gian chờ dài; đặt chế độ hạn chế chạy khôngtải trong sơ đồ khống chế động cơ)

- Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ

Đối với thiết bị công suất lớn không yêu cầu điều chỉnh tốc độ như máy bơm,quạt gió, máy nén khí,… thì nên dùng động cơ đồng bộ Vì động cơ đồng bộ cónhững ưu điểm rõ rệt sau đây so với động cơ không đồng bộ:

Hệ số công suất cao, khi cần có thể làm việc ở chế độ quá kích từ để trở thànhmột máy bù cung cấp công suất phản kháng cho lưới

Mômen quay tỉ lệ bậc nhất với điện áp, vì vậy ít phụ thuộc vào sự dao động củađiện áp Khi tần số nguồn không thay đổi, tốc độ của động cơ phụ thuộc vào phụtải, do vậy hiệu suất động cơ cao

Tuy nhiên so với động cơ không đồng bộ, động cơ đồng bộ cũng có một sốnhược điểm là cấu tạo phức tạp, giá thành cao do vậy động cơ đồng bộ chi chiếm20% trong công nghiệp

- Nâng cao chất lượng sửa chữa động cơ : Do chất lượng sửa chữa động cơkhông đảm bảo nên một số động cơ sau khi sửa chữa có tính năng kém hơn trước:Tổn thất tăng, cosφ giảm… Do vậy cần nâng cao chất lượng sửa chữa động cơ gópphần cải thiện cosφ của xí nghiệp

- Thay thế các máy biến áp làm việc non tải bằng những máy biến áp có dunglượng nhỏ hơn ( nếu tình trạng non tải kéo dài hệ số tải không vượt quá 0,3)

Ngoài ra trong chế độ vận hành cần cắt bớt các máy biến áp làm việc song songkhi phụ tải cực tiểu.

2.2.4.2 Nâng cao hệ số công suất cosφ bằng các thiết bị bù

- Lắp đặt hệ thống tụ bù cho nhà máy xí nghiệp đã tính toán lắp đặt các điểm

bù hợp lý Bù tại thanh cái máy biến áp, bù trực tiếp tại động cơ…

- Lắp các máy bù đồng bộ

2.3 Các giải pháp sử dụng động cơ

2.3.1 Giới thiệu động cơ

Động cơ điện là thiết bị điện cơ học giúp chuyển điện năng thành cơ năng Cơnăng này được sử dụng để, chẳng hạn, quay bánh công tác của bơm, quạt hoặc quạtđẩy, chạy máy nén, nâng vật liệu,vv… Các động cơ điện được sử dụng trong dândụng (máy xay, khoan, quạt gió) và trong công nghiệp Đôi khi động cơ điện đượcgọi là “sức ngựa” của ngành công nghiệp vì ước tính, động cơ sử dụng khoảng70% của toàn bộ tải điện trong ngành công nghiệp

Trong công nghiệp chủ yếu sử dụng các động cơ không đồng bộ vì các ưu điểm:kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ có dải công suấtrộng

2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ

Động cơ chuyển đổi điện năng thành cơ năng để phục vụ tải nhất định Hiệusuất của động cơ được xác định bởi tổn thất bên trong chỉ có thể giảm bằng cáchthay đổi thiết kế động cơ và điều kiện vận hành Tổn thất có thể thay đổi từ 2%-20%

“Bảng 1 các loại tổn thất của động cơ không đồng bộ” [14]

Loại tổn thất Phần trăm tổn thất toàn phần(100%)

Tổn thất cố định hoặc tổn thất do lõi thép 25

Hiệu suất của động cơ có thể định nghĩa là “tỷ số của công suất đầu ra hữudụng của động cơ với công suất đầu ra toàn phần.”

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ bao gồm:

- Lão hóa: động cơ mới hoạt động hiệu quả hơn

- Công suất Với phần lớn các thiết bị, hiệu suất của động cơ tăng khi làm việc

ở công suất định mức

- Tốc độ Các động cơ tốc độ cao hơn thường hiệu quả hơn

- Loại Ví dụ như, động cơ lồng sóc thường hiệu quả hơn động cơ có vànhtrượt

- Nhiệt độ Động cơ có quạt làm mát hiệu quả hơn so với động cơ có lớp bảo

vệ chống ẩm

Giữa hiệu suất và tải của động cơ có mối liên hệ rõ ràng với nhau Các nhà sảnxuất thiết kế động cơ vận hành ở mức tải 50-100% và hiệu quả nhất ở mức tải 75%.Nhưng khi tải giảm xuống dưới mức 50%, hiệu suất sẽ giảm rất nhanh Vận hànhđộng cơ dưới 50% mức tải cũng có tác động tương tự, nhưng nhẹ hơn đối với hệ sốcông suất Hiệu suất của động cơ cao và hệ số công suất gần bằng 1 là mức vậnhành hiệu quả mong muốn và giúp giảm chi phí của toàn bộ dây chuyền chứ khôngchỉ riêng với động cơ

Vì lý do trên, khi đánh giá kết quả hoạt động của một động cơ, cần xác định cảtải và hiệu suất Ở hầu hết các nước, các nhà sản xuất phải ghi rõ hiệu suất đầy tảitrên phần ghi các thông số (nhãn) của động cơ Tuy nhiên, với một động cơ vận

hành trong một thời gian dài, thường rất khó xác định hiệu suất vì phần nhãn máycủa động cơ bị mất đi hoặc bị sơn đè lên trên.

Để đo hiệu suất của động cơ, cần ngắt tải và đem động cơ đến bộ phận kiểm tra

để thực hiện một số kiểm tra Kết quả của những lần kiểm tra được so sánh vớithông số hoạt động chuẩn của động cơ do nhà sản xuất cung cấp

2.3.3 Đánh giá tải động cơ

Bởi vì rất khó đánh giá hiệu suất của động cơ trong điều kiện vận hành bìnhthường, có thể đo tải của động cơ như là một chỉ số đánh giá hiệu suất của động cơ.Khi tải tăng, hệ số công suất và hiệu suất của động cơ tăng lên tới giá trị tối ưu ởquanh mức đầy tải

Phương trình dưới đây được sử dụng để xác định tải:

β =

0,7457

P

HP 

Trong đó:

η : Hiệu suất vận hành của động cơ tính bằng %

HP : Mã lực ghi trên nhãn động cơ ( HP = 0,7457kW)

β : hệ số tải

P :công suất ba pha tính bằng kW

Tiến hành khảo sát tải động cơ để đo hệ số tải tải vận hành của các động cơ khácnhau trong toàn bộ dây chuyền Sử dụng kết quả khảo sát để xác định những động

cơ công suất nhỏ hơn yêu cầu- quá tải (có thể gây cháy động cơ) hoặc công suấtquá lớn - non tải (làm hoạt động kém hiệu quả)

Có ba phương pháp để xác định hệ số tải của động cơ cho những động cơ vậnhành riêng lẻ:

- Đo công suất đầu vào Phương pháp này tính toán mức tải là tỷ số giữa côngsuất đầu vào (đo bằng bộ phân tích công suất) và công suất định mức ở mức tải 100

%

- Đo cường độ dòng điện Tải được xác định bằng cách so sánh cường độ dòngđiện (được đo bằng bộ phân tích công suất) với cường độ dòng điện định mức.Phương pháp này được sử dụng khi không xác định được hệ số công suất và chỉ cósẵn giá trị cường độ dòng điện Người ta cũng đề xuất sử dụng phương pháp nàykhi tải ít hơn 50%

- Phương pháp trượt Xác định tải bằng cách so sánh phương pháp trượt khiđộng cơ đang hoạt động với mức trượt động cơ ở đầy tải Độ chính xác của phươngpháp này hạn chế và chỉ có thể sử dụng phương pháp này với máy đo tốc độ gốc(không cần sử dụng bộ phân tích công suất)

- Vì cách đo công suất đầu vào là phương pháp thông dụng nhất, chỉ cóphương pháp này được mô tả cho động cơ ba pha

Mức tải được đo theo ba bước

Bước 1 Xác định công suất đầu vào sử dụng phương trình sau:

P =

U.I.cos 31000



Trong đó:

P : Công suất ba pha tính bằng kW

U :điện áp hiệu dụng, giá trị trung bình giữa hai dây của ba pha

I : dòng điện hiệu dụng, giá trị trung bình của ba pha

Cosφ : Hệ số công suất, số thập phân

Lưu ý rằng bộ phân tích công suất có thể đưa ra giá trị công suất trực tiếp Cáccông ty không có thiết bị này có thể sử dụng vôn kế, kìm ampe để đo điện áp,cường độ dòng điện và hệ số công suất riêng lẻ sau đó tính công suất đầu vào.Bước 2 Xác định công suất định mức bằng cách lấy giá trị trên nhãn động cơhoặc sử dụng

Pđm = HPx đm

0,7547



Trong đó:

Pđm : Công suất vào ở mức đầy tải định mức đơn vị ( kW)

HP : Mã lực ghi trên nhãn động cơ

ηđm : Hiệu suất ở mức đầy tải (giá trị trên nhãn động cơ hoặc lấy từ bảng hiệusuất động cơ)

Bước 3 Xác định phần trăm tải sử dụng phương trình sau:

β = đm

P

P x100%

Trong đó:

β : Công suất ra chiếm % công suất thiết kế

P : Công suất ba pha đo được bằng kW

Pđm : Công suất đầu vào ở mức đầy tải theo thiết kế tính bằng kW

2.3.4 Các giải pháp sử dụng động cơ

2.3.4.1 Thay động cơ tiêu chuẩn bằng động cơ hiệu suất cao

Động cơ hiệu suất cao được thiết kế chuyên dụng để tăng hiệu suất hoạt động sovới động cơ tiêu chuẩn Các cải tiến thiết kế tập trung vào việc làm giảm tổn thấtbên trong động cơ, bao gồm việc sử dụng thép silic có tổn thất sắt từ thấp hơn, lõidài hơn (để tăng chất kích hoạt), dây dày hơn (để giảm trở kháng), lá thép mỏnghơn, khoảng trống không khí giữa stato và rôto nhỏ hơn, sử dụng đồng thay chocác thanh nhôm trong rôto, các vòng đệm tốt hơn và quạt nhỏ hơn, vv

Động cơ hiệu suất cao có dải công suất thiết kế và mức đầy tải rộng Hiệu suấtcao hơn động cơ tiêu chuẩn từ 3% tới 7% Do phải thực hiện các giải pháp cải thiệnhoạt động của động cơ, chi phí của động cơ hiệu suất cao cao hơn chi phí của động

cơ tiêu chuẩn Phần chi phí cao hơn sẽ được hoàn vốn rất nhanh nhờ giảm chi phívận hành, nhất là với các ứng dụng mới hoặc thay thế các động cơ hết thời hạn sửdụng Nhưng thay thế các động cơ đang dùng mà chưa hết thời gian sử dụng bằngcác động cơ hiệu suất cao không phải lúc nào cũng khả thi về mặt tài chính, và vì

vậy, đề xuất chỉ thay những động cơ này bằng động cơ hiệu suất cao khi nhữngđộng cơ này hỏng.

2.3.4.2 Giảm mức non tải (tránh sử dụng động cơ quá lớn)

Non tải sẽ làm tăng tổn thất, giảm hiệu suất và hệ số công suất của động cơ Nontải có thể là nguyên nhân phổ biến nhất khiến động cơ hoạt động không hiệu quả, vìmột số lý do sau:

Thiết bị thường được sử dụng non tải Ví dụ như các nhà sản xuất máy công cụđưa ra hiệu suất định mức của động cơ cho mức đầy tải Trên thực tế, người sửdụng rất ít khi cần mức công suất 100%, dẫn đến việc thiết bị vận hành ở mức nontải trong phần lớn thời gian

Nên lựa chọn kỹ công suất của động cơ dựa trên đánh giá chi tiết về mức tải.Nhưng khi thay một động cơ quá lớn bằng một động cơ khác nhỏ hơn, cũng cầnphải tính đến hiệu suất tiềm năng đạt được Những động cơ lớn hơn vốn có hiệusuất thiết kế cao hơn động cơ nhỏ hơn

Vì vậy, nhìn chung không đề xuất thay thế động cơ hoạt động ở mức 60 –tgφ 70%công suất hoặc cao hơn Mặt khác, không có nguyên tắc cứng nhắc trong việc lựachọn động cơ và cần đánh giá tiềm năng tiết kiệm dựa trên từng trường hợp Ví dụnhư, nếu một động cơ nhỏ hơn là động cơ hiệu suất cao và động cơ đang dùngkhông phải là động cơ hiệu suất cao, thì có thể cải thiện hiệu suất

2.3.4.3 Chọn công suất động cơ cho tải thay đổi

Các động cơ công nghiệp thường hoạt động ở những điều kiện tải thay đổi docác yêu cầu của quá trình Một kinh nghiệm thực tế trong tình huống này là lựachọn động cơ dựa trên mức tải cao nhất Nhưng như vậy thì sử dụng động cơ sẽ tốnkém hơn vì nó chỉ hoạt động ở công suất tối đa trong những giai đoạn ngắn, và sẽ

có nguy cơ động cơ bị non tải

Một lựa chọn khác là chọn công suất của động cơ dựa trên đồ thị tải của mộtthiết bị cụ thể Điều này có nghĩa là công suất động cơ được chọn thấp hơn một

chút so với mức tải cao nhất và động cơ có thể bị quá tải trong một thời gian ngắn.

Có thể áp dụng cách này vì nhà sản xuất thiết kế động cơ với một hệ số quá tải(thường là cao hơn tải định mức là 15%) để đảm bảo việc thỉng thoảng động cơhoạt động quá tải sẽ không gây ra những hỏng hóc đáng kể

Nguy cơ lớn nhất là việc động cơ bị quá nhiệt, điều này sẽ ảnh hưởng đến tuổithọ và hiệu suất của động cơ, tăng chi phí vận hành Một tiêu chí lựa chọn côngsuất của động cơ là sự tăng nhiệt độ trung bình tính theo trọng số trong chu kỳ làmviệc thực tế không được cao hơn mức tăng nhiệt độ khi vận hành ở chế độ đầy tảiliên tục (100%)

2.3.4.4 Nâng cao chất lượng sửa chữa động cơ

Một vấn đề phổ biến trong các doanh nghiệp công nghiệp là quấn lại các động cơ

bị cháy Số lượng các động cơ quấn lại ở một số doanh nghiệp chiếm hơn 50% toàn

bộ động cơ Cũng có khi quấn lại cẩn thận sẽ giúp duy trì hiệu suất của động cơ ởmức như trước nhưng phần lớn là quấn lại làm giảm hiệu suất Quấn lại có thể ảnhhưởng đến một số yếu tố dẫn đến giảm hiệu suất của động cơ: quấn không đúngthiết kế và biến dạng rãnh, làm giảm khả năng cách điện và tăng nhiệt độ động cơquá mức cho phép Chẳng hạn, khi gia nhiệt để bóc các dây quấn cũ, vật liệu cáchđiện có thể bị hư hại, làm tăng tổn thất do dòng điện xoáy Mỗi thay đổi ở khoảngtrống khí giữa rôto và stato có thể ảnh hưởng đến hệ số công suất và mômen đầu ra.Tuy nhiên, nếu thực hiện các biện pháp thích hợp, có thể duy trì hiệu suất củađộng cơ sau khi quấn lại, và trong một số trường hợp có thể cải thiện hiệu suất nhờthay đổi thiết kế quấn Sử dụng dây với tiết diện lớn hơn, kích thước rãnh quấnthích hợp sẽ giúp giảm tổn thất stato và tăng hiệu suất Tuy nhiên, nên duy trì thiết

kế ban đầu của động cơ khi quấn lại, trừ khi có lý do đặc biệt liên quan đến tải cầnthiết kế lại

2.3.4.5 Điều chỉnh hệ số công suất bằng cách lắp tụ bù

Như đã lưu ý ở trên, động cơ không đồng bộ có đặc tính là hệ số công suất nhỏhơn 1, dẫn tới hiệu suất toàn phần thấp hơn (và chi phí vận hành tổng cao hơn) của

hệ thống điện nhà máy

Tụ bù đấu song song với động cơ được sử dụng để nâng cao hệ số công suất Tụ

bù không giúp tăng hệ số công suất của bản thân động cơ mà giúp tăng hệ số côngsuất của hệ thống phát dẫn điện Lợi ích của việc điều chỉnh hệ số công suất baogồm giảm công suất phản kháng và công suất biểu kiến (và nhờ vậy giảm tiền điệncho nhu cầu sử dụng), giảm tổn thất nhiệt I2R tiêu hao trên dây dẫn truớc tụ bù (nhờvậy giảm chi phí sử dụng năng lượng), giảm sụt áp trên đường dây (nhờ vậy giúpđiều chỉnh điện áp) và tăng hiệu suất toàn phần của toàn bộ hệ thống điện

Kích cỡ của tụ bù phụ thuộc vào công suất phản kháng không tải kVA (kVAR) ởđộng cơ Kích thước của tụ bù không nên vượt quá 90% công suất phản khángkhông tải kVAR của động cơ vì những tụ bù lớn hơn sẽ dẫn đến điện áp cao làmcháy động cơ Chỉ có thể xác định được kVAR của động cơ nhờ kiểm tra không tảicủa động cơ Một cách khác là sử dụng hệ số công suất điển hình ở các động cơtiêu chuẩn để xác định kích cỡ của tụ bù

2.3.4.6 Dùng biến tần điều khiển tốc độ động cơ

Theo truyền thống, động cơ một chiều được sử dụng khi có yêu cầu về thay đổitốc độ Nhưng do các hạn chế của động cơ một chiều, động cơ xoay chiều ngàycàng được sử dụng nhiều hơn trong các ứng dụng đòi hỏi thay đổi tốc độ Cả động

cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ đều phù hợp với điều khiển thay đổi tốc độ

Vì động cơ cảm ứng là động cơ không đồng bộ, thay đổi tần số cung cấp có thểlàm thay đổi tốc độ Cách thức điều khiển ở một động cơ cụ thể phụ thuộc vào một

số yếu tố như chi phí đầu tư, độ tin cậy tải và các yêu cầu điều khiển đặc biệt khác.Điều này đòi hỏi phải xem xét chi tiết các đặc tính tải, các dữ liệu quá khứ về điềukhiển quá trình, các đặc điểm yêu cầu của hệ thống điều khiển tốc độ, các chi phítiền điện và chi phí đầu tư

Các đặc tính của tải là đặc biệt quan trọng đối với việc quyết định có nên thựchiện điều khiển tốc độ hay không Tiềm năng tiết kiệm điện cao nhất đối với bộđiều khiển biến tốc -VSD thường là ở các ứng dụng có mô men thay đổi, ví dụ nhưbơm li tâm và quạt Với các thiết bị này, công suất yêu cầu tỉ lệ bậc ba với tốc độ Việc có lựa chọn biến tần hay không phụ thuộc vào đặc tính của tải, khi tảithường xuyên biến động >30% thì sử dụng biến tần giúp tiết kiệm năng lượng tốt.Biến tần là một thiết bị biến đổi tần số dòng điện Các loại biên tần

Biến tần trực tiếp: cho phép biến đổi trực tiếp một điện áp xoay chiều côngnghiệp f1 thanh điện áp xoay chiều có tần số f2

Bộ biến đổi ma trận: Bộ biến đổi ma trận được cho là thế hệ tiếp theo của các hệtruyền động xoay chiều sau thế hệ biến tần gián tiếp

Bộ biến tần gián tiếp : Đây là cấu trúc của bộ biến đổi tần số phổ biến nhát nhấthiện nay Về thực chất bộ biến đổi này là sự kết hợp giữa hai bộ biến đổi là bộ biếnđổi chính lưu dòng điện xoay chiều thành một chiều và bộ nghịch lưu biến đổingược lại từ một chiều sang xoay chiều Có rất nhiều cấu trúc mạch nghịch lưuđược đưa ra trong những năm vừa qua

2.3.4.7 Trong vận hành, quản lý động cơ

Thường xuyên tiến hành kiểm tra bảo dưỡng bảo trì động cơ

Đặt ra các quy định về vận hành với động cơ để công nhân thực hiện VD: tắtđộng cơ khi không sử dụng, khi vận hành động cơ tránh các thời gian để động cơchạy không tải, lắp đặt các bộ khống chế không tải trong sơ đồ hoạt động

2.4 Hệ thống chiếu sáng trong nhà máy xí nghiệp

2.4.1 Giới thiệu

Trong nhà máy xí nghiệp công nghiệp hệ thống chiếu sáng thường bao gồm:

- Chiếu sáng nhà xưởng khu vực sản xuất

- Chiếu sáng đường giao thông trong xí nghiệp

- Chiếu sáng nhà kho, bãi vật liệu…

- Chiếu sáng các phòng ban, phòng làm việc, phòng hội họp.

Theo ước tính, tiêu thụ năng lượng chiếu sáng chiếm khoảng từ 3÷10% trongtổng tiêu thụ năng lượng cho một nhà máy công nghiệp, hơn nữa các thiết bị chiếusáng được sử dụng nhiều vào giờ cao điểm khi phụ tải đỉnh rất lớn buộc hệ thốngphải huy động toàn bộ công suất, do đó vấn đề chiếu sáng hiệu quả và tiết kiệm làvấn đề quan trọng

2.4.2 Các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong hệ thống chiếu sáng

- Quét dọn sạch sẽ, sơn tường màu sáng, lau chùi tấm kính thường xuyên

2.4.2.2 Giảm số lượng đèn để giảm chiếu sáng thừa

- Trong một vài ngành công nghiệp, giảm chiều cao lắp đặt đèn, cung cấp bộđèn hiệu quả sau đó thoát bớt các bộ đèn thừa sẽ đảm bảo việc chiếu sáng

không bị ảnh hưởng gì mà tiết kiệm năng lượng Vì 2

d I.cosE

( E độrọi, I cường độ sáng, d khoảng cách từ đèn đến mặt phẳng làm việc,cosθ góchợp bởi pháp tuyến n

của phương dS với phương của tia sáng)

2.4.2.3 Chiếu sáng theo công việc

- Chiếu sáng theo công việc là cung cấp độ chiếu sáng tốt theo nhu cầu diệntích thực, ở đó công việc được thực hiện trong khi việc chiếu sáng chung cho

xưởng hoặc văn phòng chỉ được giữ ở mức thấp hơn VD : gắn đèn vào máymóc, dùng các đèn bàn đặt vào bàn làm việc

- Dùng đèn chiếu sáng trực tiếp lên các thiết bị máy móc

- Trong văn phòng dùng các đèn bàn

2.4.2.4 Lưạ chọn đèn và bộ đèn hiệu suất cao

- VD thay thế các đèn thường dùng

- Lắp đặt đèn halogen kim loại thay thế cho đèn hơi natri/thủy ngân

- Lắp đặt đèn hơi natri cao áp (HPVS) cho các ứng dụng không cần nhiệt độ

màu

- Lắp đặt đèn báo panen LED thay thế các đèn dây tóc

- Lựa chọn các mặt phản xạ đèn tốt phù hợp với từng ứng dụng chiếu sáng

- Thay thế các chấn lưu bằng các chấn lưu điện tử sử dụng năng lượng hiệu

quả hơn phải chú ý đến các yêu tố về công suất, tuổi thọ , ngoài ra chú ý đếnthất thoát về điện năng

- Lựa chọn màu sắc nội thất để phản xạ ánh sáng

- Thay đổi sơ đồ bố trí tùy theo từng nhu cầu sử dụng

- Cung cấp các thiết bị điều khiển theo nhóm/ đơn lẻ để sử dụng năng lượng

hiệu quả

- Loại điều chỉnh điện áp theo kiểu tắt mở

- Công tắc / cụm điều khiển theo nhóm

Hiệu suất tính bằng Lumen/oát (

Gồm cả thất thoát chấn lưu khi sử dụng )

Chỉ số hoàn màu

Tuổi thọ đèn

Phục vụ chiếu sáng

chung(GLS)(Bóng

15,25,40,60,75,100,150, 200,300,500 (không chấn 8 đến 17 100 1000

(cự kéo)

200,300,500,750, 1000,

1500, 2000( không chấn lưu)

(HPSV) 35,55,135 ( 48,68,159) 90 đến 133

>12000

2.4.2.5 Bảo dưỡng chiếu sáng

- Thường xuyên kiểm tra, lau bụi ở bộ đèn và các tấm kính lấy sáng mặt trời

- Thay thế thấu kính nếu chúng chuyển vàng

- Lau sạch mạng nhện tường, bụi bẩn trên tường

- Lựa chọn màu sác nội thất, màu tường hợp lý để phản xạ tốt ánh sáng

2.4.2.6 Vận hành thiết bị chiếu sáng

- Tắt các thiết bị điện khi ra khỏi phòng làm việc, văn phòng, nhà xưởng

- Tắt toàn bộ hoặc bật 1 số bóng khi đã tận dụng được ánh sáng tự nhiên

- Lắp đặt camera quan sát tại các nhà xưởng xem tình hình sử dụng điện

- Nâng cao ý thức sử dụng năng lượng của cán bộ nhân viên

- Đặt các khẩu hiệu, bảng báo tiết kiệm năng lượng để gây chú ý với nhân viên 2.5 Các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả trong văn phòng làm việc

2.5.1 Giải pháp kĩ thuật

2.5.1.1 Phải tổ chức kiểm tra nắm tình hình sử dụng điện toàn cơ quan hiện nay

- Tình hình bố trí các trang thiết bị điện: đèn, quạt, vi tính, điều hoà nhiệt

độ (hợp lý, lãng phi theo các tiêu chuẩn của đơn vị công tác).

- Tình hình tận dụng ánh sáng tự nhiên và không khí mát tự nhiên

- Tình hình sử dụng các trang thiết bị điện (đèn, quạt,điều hoà nhiệt độ, máyphotocopy, máy in, máy vi tính v.v ) của cán bộ trong cơ quan

- Tình hình mạng lưới điện trong toàn cơ quan: đoạn dây nào quá tải, đoạndây nào cũ nát dò điện, các mối nối, tiếp xúc cầu dao, cầu dao xấu phát nóng gâytổn thất điện, để thay, để sửa

2.5.1.2 Đánh giá tình hình sử dụng điện qua kiểm tra và đề ra giải pháp kĩ thuật tiết kiệm điện.

- Mở rộng hoặc mở thêm các cửa sổ và lắp kính kể cả trần (nếu có thể) để tận

dụng tối đa ánh sáng tự nhiên.

- Thay tất cả các bóng đèn tròn sợi đốt (nếu có) bằng đèn compact hoặc đèn

ống huỳnh quang để tiết kiệm điện

- Thay bóng đèn ống neon thế hệ cũ 40W, 20W bằng bóng đèn ống neon thế

hệ mới 36W, 18W và thay chấn lưu sắt từ bằng chấn lưu điện tử để tiết kiệm điện

- Thực hiện hai chế độ ánh sáng trong phòng: ánh sáng đi lại sinh hoạt và ánh

sáng làm việc Dùng đèn ống neon treo trên tường đủ ánh sáng đi lại cho sinh hoạt

và đèn bàn compact cho mỗi bàn làm việc của cán bộ (chỉ bật khi làm việc) Bố trí

chiếu sáng này sẽ tiết kiệm được nhiều điện năng

- Ở các phòng có đặt máy điều hoà nhiệt độ cần:

- Củng cố lại độ kín của các cửa sổ

- Lắp bộ tự động đóng lại cho cửa ra vào

- Bố trí lại máy điều hoà nhiệt độ (nếu cần) để lợi dụng tối đa luồng không khí

mát bên ngoài

- Máy điều hoà nhiệt độ chỉ được đặt ở 25 - 27oC ở những phòng có lắp nhiềumáy điều hoà nhiệt độ thì bật điện từng máy đặt ở nhiệt độ 25 - 27oC, nếu sau 1/2tiếng không khí trong phòng đạt được 25 - 27oC thì thôi Các máy dư thừa được tắtđi

- Dùng quạt thay thế cho điều hoà khi nhiệt độ không quá nóng, bật điều hoà ở

nhiệt độ thích hợp

- Cán bộ văn phòng của chúng ta vẫn có thói quen khi bật điều hòa thì tắt quạt.

Đây là một sự lãng phí khá lớn về điện năng Như đã biết, hiện tượng tản nhiệt bề

mặt phần lớn quyết định bởi hệ số tản thiệt Nếu không khí đứng yên, hệ số này rất

nhỏ, nhưng nếu không khí chuyển động (quạt chạy), hệ số này sẽ khá lớn Vì hệ sốtản thiệt lớn nên dù đặt nhiệt độ của máy điều hoà cao hơn ít nhiều, mọi người vẫncảm thấy mát Nếu chúng ta quy định về mùa hè tất cả các cơ quan hành chính sựnghiệp đều phải chạy điều hòa kèm theo quạt (tốc độ thấp) thì riêng khoản điệnnăng làm mát có thể tiết kiệm được từ 10 - 15%

- Mạng lưới điện trong cơ quan:

- Thay các đoạn dây bị quá tải (nếu có) bằng dây có tiết diện lớn hơn

- Thay các đoạn dây cũ, nát, rò điện bằng dây mới cùng tiết diện

- Sửa chữa các mối nối, các chỗ tiếp xúc ở cầu dao, cầu trì, phích cắm bị phát

nóng quá mức

- Treo công tơ phụ cho từng phòng, ban trước khi tiến hành các biện pháp tiết

kiệm đến để biết được mức tiêu thụ đến của từng phòng ban trước và sau khi tiếnhành các biện pháp tiết kiệm điện và sau này để giao chỉ tiêu điện năng tiêu thụhàng tháng chơ từng phòng ban

2.5.2 Giải pháp hành chính, quản lý.

2.5.2.1 Quy định các chế độ và thời gian sử dụng các thiết bị điện trong cơ quan :

- Các trang thiết bị điện trong các phòng ban khi không có người làm việc ở

trong phòng đều phải cắt hết điện( cắt atomat tổng, rút ra khỏi phích cắm điện…)

- Các đèn bàn trên các bàn làm việc chỉ được bật khi đang làm việc (đọc công

văn giấy tờ, đánh máy vi tính )

- Đèn hành lang, bảo vệ chỉ được:

- Về mùa hè: Bật vào 19h tắt vào 5h sáng

- Về mùa đông: bật vào 18h tắt 6 giờ sáng.

- Điều hoà nhiệt độ chỉ được sử dụng vào mùa hè và đặt ở chế độ nhiệt độ

25oC- 27oC và phải cắt điện khi không còn người làm việc trong phòng hoặc hết giờlàm việc

- Máy vi tính chỉ được sử dụng cho công việc cơ quan, xong công việc phải cắt

điện, không được dùng việc khác cá nhân (chơi cờ, theo dõi cổ phiếu, chứngkhoán vv )

- Máy photocopy, máy in chỉ được sử dụng cho công việc của cơ quan, không

được dùng cho việc riêng cá nhân Song hết một công việc phải cắt điện, khôngđược để chế độ chờ

- Máy tăng giảm điện áp hạ áp dùng cho các thiết bị điện có điện áp ổn định

như máy tính (nếu có) phải cắt điện ra khỏi mạng điện áp lưới điện đã đủ và ổnđịnh

- Cấm đun nấu bằng điện trong cơ quan

- Cấm dùng tủ lạnh trong cơ quan

- Giao chỉ tiêu định mức điện năng tiêu thụ điện năng hàng tháng Mùa đông và

mùa hè cho từng phòng ban và toàn cơ quan trên cơ sở tiết kiệm 10% so với trước

và trên cơ sở đã thực hiện các giải pháp kỹ thuật về tiết kiệm điện

- Các trưởng phòng ban có trách nhiệm quản lý chỉ tiêu điện năng tiêu thụ hàng

tháng của phòng ban mình theo công tơ phụ điện treo ở phòng ban mình và phải

chịu trách nhiệm về chi tiêu này

- Trưởng phòng có trách nhiệm quản lý chỉ tiêu định mức điện năng hàng tháng

ở công tơ toàn cơ quan và chịu trách nhiệm về chỉ tiêu này

2.5.2.2 Chế độ theo dõi

- Phòng hành chính quản trị có trách nhiệm thường xuyên hàng ngày kiểm tra

theo dõi việc sử dụng các trang thiết bị theo các chế định thời gian quy định trongnội quy của cơ quan và thông báo trên bảng đen của cơ quan:

- Hàng tuần về vi phạm chế độ và thời gian sử dụng các trang thiết bị điện của

các phòng ban

- Hàng tháng về vi phạm chi tiêu định mức điện năng được giao của các phòng

ban

- Bất thường hoặc định kỳ (3 tháng hoặc 6 tháng) tổ chức kiểm tra tập thể (

Công đoàn +β Đảng uỷ) toàn cơ quan để đánh giá, uốn nắn, phê bình và tổng kết cho

việc thưởng phạt thi đua về tiết kiệm điện Việc kiểm tra tập thể này phải lập thànhvăn bản, báo cáo lãnh đạo và thông báo cho toàn cơ quan biết

2.5.2.3 Chế độ thưởng phạt và động viên thi đua:

- Thường xuyên nêu gương người tốt, việc tốt trong việc tiết kiệm điện.

- Những sáng kiến về tiết kiệm điện có hiệu quả trong cơ quan, đều phải khen

thưởng kịp thời và áp dụng ngay

- Việc thưởng phạt về tiết kiệm điện phải dựa vào việc chấp hành các chế độ sử

dụng, các trang thiết bị điện trong nội quy, quy định và chỉ trên định mức tiêu thụđiện năng được giao

B Các giảp pháp trong hệ thống nhiệt

Hệ thống lò hơi bao gồm: một hệ thống nước cấp, hệ thống hơi và hệ thốngnhiên liệu Hệ thống nước cấp cấp nước cho lò hơi và tự động điều chỉnh nhằmđáp ứng nhu cầu hơi Sử dụng nhiều van nên cần bảo trì và sửa chữa Hệ thống hơithu gom và kiểm soát hơi do lò hơi sản xuất ra Một hệ thống đường ống dẫn hơitới vị trí cần sử dụng Qua hệ thống này, áp suất hơi được điều chỉnh bằng các van

và kiểm tra bằng máy đo áp suất hơi Hệ thống nhiên liệu bao gồm tất cả các thiết

bị được sử dụng để tạo ra nhiệt cần thiết Các thiết bị cần dùng trong hệ thốngnhiên liệu phụ thuộc vào loại nhiên liệu sử dụng trong hệ thống nhiên liệu

Nước đưa vào lò hơi được chuyển thành hơi được gọi là nước cấp Nước cấp cóhai nguồn chính là: (1) Nước ngưng hay hơi ngưng tuần hoàn từ các quy trình và(2) nước đã qua xử lý (nước thô đã qua xử lý) từ bên ngoài bộ phận lò hơi và các

quy trình của nhà máy Để nâng cao hiệu quả sử dụng lò hơi, một thiết bị trao đổinhiệt đun nóng sơ bộ nước cấp sử dụng nhiệt thải từ khí lò

Các loại lò hơi khác nhau: Lò hơi ống lửa, lò hơi ống nước, lò hơi trọn bộ, lò hơibuồng lửa tầng sôi, lò hơi buồng lửa tầng sôi không khí, lò hơi buồng lửa tầng sôiđiều áp, lò hơi buồng lửa tầng sôi tuần hoàn, lò hơi đốt lò, lò hơi sử dụng nhiên liệuphun, lò hơi sử dụng nhiên liệu thải và thiết bị gia nhiệt

2.6.2 Các giải pháp sử dụng lò hơi

2.6.2.1 Kiểm soát nhiệt độ khói lò

Nhiệt độ khí lò nên càng thấp càng tốt Tuy nhiên, nhiệt độ này không nên thấptới mức hơi nước ở ống xả ngưng tụ ở thành ống Điều này quan trọng với nhữngnhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao vì nhiệt độ thấp sẽ dẫn đến ăn mòn do lưuhuỳnh bị đọng sương Nhiệt độ khí lò cao hơn mức 200°C cho thấy tiềm năng thuhồi nhiệt thải Nhiệt độ cao như vậy cũng cho thấy có cặn bám trong thiết bị truyền/thu hồi nhiệt, vì vậy cần tiến hành xả đáy sớm để làm sạch nước/hơi

2.6.2.2 Đun nóng sơ bộ nước cấp sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt

Thông thường, khí thải của lò hơi dạng vỏ sò 3 bậc có nhiệt độ khoảng 2000Cđến 3000C Do đó, có tiềm năng thu hồi nhiệt từ khí lò Nhiệt độ khí lò thải từ lòhơi thường được duy trì ở mức tối thiểu 2000C, để lưu huỳnh oxit trong khí lòkhông bị ngưng tụ và gây ra ăn mòn ở bề mặt truyền nhiệt Khi sử dụng năng lượngsạch như khí tự nhiên, LPG hoặc dầu, lợi ích kinh tế từ thu hồi nhiệt sẽ cao hơn vìnhiệt độ khí lò có thể được duy trì ở mức dưới 2000C Tiềm năng tiết kiệm nănglượng phụ thuộc vao loại lò hơi và nhiên liệu sử dụng Với lò hơi dạng vỏ sò cũđiển hình, với nhiệt độ khí lò thải ra là 2600C, có thể sử dụng thiết bị Economizer(bộ hâm nước) để giảm xuống 2000C, tăng nhiệt độ nước cấp 150C Hiệu suất nhiệttoàn phần có thể sẽ tăng 3 % Với lò hơi dạng vỏ sò 3 bậc sử dụng khí thiên nhiêntiên tiến, nhiệt độ khí lò thải 1400C, sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt ngưng tụ sẽ giảmnhiệt độ xuống còn 650C, tăng hiệu suất nhiệt lên 5 %