Giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiểu quả tại nhà máy thủy điện đại ninh

Tình trạng thiếu hụt điện như hiện nay một phần là do các nguồn năng lượng có hạn, chi phí đầu tư cao….Nếu đầu tư một cách ồ ạt không qui hoạch cụ thể, không tính toán kỹ lưỡng thì ảnh h

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN CHÍN

GIẢI PHÁP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM

VÀ HIỆU QUẢ TẠI NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện

Mã số: 60.52.02.02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2018

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS ĐOÀN ANH TUẤN

Phản biện 1: GS.TS LÊ KIM HÙNG

Phản biện 2: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 03 tháng 03 năm 2018

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Sử dụng năng lượng là một trong những vấn đề đang được quan tâm trên toàn thế giới, nó ảnh hưởng đến sự phát triển kinh tế - xã hội của loài người Tuy nhiên, việc sử dụng và khai thác năng lượng ngày càng tăng đã gây ra những mặt trái của nó: Đó là hiện tượng nóng lên của Trái đất, tình trạng ô nhiễm môi trường Do đó vấn để sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đã được các nước phát triển quan tâm từ những năm đầu thế kỷ 20

Tình trạng thiếu hụt điện như hiện nay một phần là do các nguồn năng lượng

có hạn, chi phí đầu tư cao….Nếu đầu tư một cách ồ ạt không qui hoạch cụ thể, không tính toán kỹ lưỡng thì ảnh hưởng rất lớn đến môi trường sinh thái…Ngoài ra vấn đề

sử dụng điện hiện nay ở nước ta còn mang tính chất “lạc hậu”, ý thức và hiệu quả sử dụng điện chưa cao, thiết bị điện sử dụng có hiệu suất thấp,…Điều này ảnh hưởng đến tình trạng thiếu hụt điện như hiện nay Vì vậy sử dụng điện một cách hợp lý và tiết kiệm là vấn đề đặt lên hàng đầu

Việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong Nhà máy không những tiết kiệm được chi phí sản xuất, giúp tăng năng suất, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm giá thành sản phẩm, tăng tính cạnh tranh, tăng lợi nhuận mà còn giảm bớt chi phí đầu tư cho các công trình cung cấp năng lượng, đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng ngày một

cao hơn của nền kinh tế quốc dân Với các lý do trên, đề tài: “Giải pháp sử dụng năng

lượng tiết kiệm và hiệu quả tại Nhà máy thuỷ điện Đại Ninh” vừa là giải pháp kinh

tế đồng thời đáp ứng được chỉ tiêu của EVN, giảm lượng điện tiêu thụ, tiết kiệm được lượng điện năng trên hệ thống góp phần giải quyết vấn đề năng lượng của nước ta hiện nay

2 Mục tiêu nghiên cứu

Khảo sát và nghiên cứu thực trạng sử dụng năng lượng nhằm chỉ ra các điểm

có thể áp dụng giải pháp tiết kiệm năng lượng góp phần giảm chi phí sản xuất và tăng hiệu quả sử dụng năng lượng tại Nhà máy thuỷ điện Đại Ninh

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Hiện trạng sử dụng năng lượng tại Nhà máy thuỷ điện Đại Ninh

Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu trên dây chuyền công nghệ của Nhà máy

4 Phương pháp nghiên cứu:

Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu sách, báo, tiêu chuẩn, quy chuẩn, giáo trình và các chuyên đề khoa học về tiết kiệm năng lượng

Nghiên cứu thực nghiệm: Áp dụng các lý thuyết đã nghiên cứu để tính toán

cho Nhà máy thủy điện Đại Ninh

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học: Góp phần phát triển các ứng dụng của các thiết bị điều khiển, công nghệ mới vào quy trình sản xuất, tự động hóa cho nhà máy

Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả đối với các phụ tải thuộc hệ thống tự dùng Nhà máy, qua đó tiết kiệm được điện năng, giảm chi phí sản xuất, góp phần cải tạo môi trường Trên cơ sở đó có thể áp dụng cho các dây chuyền sản xuất khác trong và ngoài Nhà máy

6 Tên luận văn

Căn cứ theo đối tượng và phạm vi nghiên cứu, mục tiêu và nhiệm vụ nghiên

cứu, luận văn được đặt tên là “Giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

tại Nhà máy thuỷ điện Đại Ninh”

7 Cấu trúc của luận văn

Luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận thì gồm có 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về chương trình sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả Chương 2: Các giải pháp và hiệu quả tiết kiệm điện năng trong sản xuất

Chương 3: Hiện trạng sử dụng năng lượng và các giải pháp tiết kiệm tại Nhà máy thủy điện Đại Ninh

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHƯƠNG TRÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG

TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ

1.1 Tổng quan về hệ thống quản lý năng lượng

1.1.1 Thực trạng sử dụng năng lượng hiện nay

1.1.2 Tiềm năng năng lượng Việt Nam

1.1.3 Thực trạng quản lý năng lượng ở Việt Nam

1.2 Vai trò của quản lý nhu cầu DSM

1.2.1 Khái niệm về DSM

1.2.2 Nâng cao hiệu suất sử dụng điện của hộ tiêu thụ

1.2.3 Điều khiển nhu cầu điện năng phù hợp với khả năng cung cấp điện một cách kinh tế nhất

1.3 Kết luận:

DSM là một chương trình mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng rất cao đã được thực hiện ở nhiều quốc gia trên thế giới Ở nước ta chương trình DSM thực hiện tuy có phần chậm hơn so với các nước khác nhưng tiềm năng thực hiện DSM rất lớn DSM thực sự là một công cụ rất hữu ích không chỉ cho các hộ dùng điện mà cònđem lại hiệu quả cho Tập đoàn điện lực Việt Nam, chủ động quản lý và điều khiển nhu cầu điện năng phù hợp với cung cấp một cách hợp lý nhất Trong chương 1 đã trình bày những khái niêm cơ bản về DSM và hai chiến lược chủ yếu của DSM, đó là và nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng để giảm điện năng tiêu thụ và điều khiển nhu cầu dùng điện phù hợp với khả năng cung cấp điện một cách kinh tế nhất

CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP VÀ HIỆU QUẢ TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG

TRONG SẢN XUẤT 2.1 Mở đầu

2.2 Hệ thống động cơ

2.3 Giải pháp điều chỉnh hệ số công suất (HSCS)

2.3.1 Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số cosφ

2.3.2 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cosφ được chia làm hai nhóm chính

2.5 Đặc điểm chính của biến tần:

2.5.1 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ khi thay đổi tần số

2.5.2 Sự thay đổi công suất khi thay đổi tốc độ động cơ

2.6 Hệ thống chiếu sáng

2.6.1 Khái niệm và một số định nghĩa

2.6.2 Giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả

bộ là có hiệu quả nhất

CHƯƠNG 3: HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG TẠI NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH

Bảng 3.1 Danh mục thiết bị chiếu sáng

STT Loại đèn Công suất

(W)

Số lượng ( cái)

Bảng 3.2 Danh mục động cơ điện trong nhà máy

STT Tên thiết bị Số

lượng

Công suất (kW)

Điện

áp (V) Cosφ Tốc độ

(vòng/phút)

STT Tên thiết bị Số

lượng

Công suất (kW)

3.3.2 Phân tích, đánh giá tình hình sử dụng điện năng

Bảng 3.3 Bảng số liệu tiêu thụ điện năng năm 2016

Tháng Điện năng tiêu

thụ ( KWh)

Sản lượng điện thương phẩm ( KWh)

Tỷ lệ tự dùng (%)

Chi phí tiêu thụ điện năng được xác định trên chỉ số điện năng tiêu thụ và đơn giá tiền điện Đối với điện tự dùng nhà máy được áp dụng giá mua điện theo quy định hiện hành cho nhóm đối tượng có cấp điện áp 22 kV, cụ thể 3 biểu như sau:

+ Giờ bình thường : 1.405 (VNĐ)

+ Giờ thấp điểm : 902 (VNĐ)

+ Giờ cao điểm : 2.556 (VNĐ)

3.4 Hiện trạng sử dụng và giải pháp tiết kiệm điện năng cho hệ thống chiếu sáng Nhà máy

3.4.1 Hiện trạng

- Hệ thống chiếu sáng Nhà máy sử dụng 556 bóng đèn huỳnh quang T8-36W

phân bố cho các tầng âm dưới mặt đất; tiêu tốn năng lượng khá lớn do sử dụng phô điện từ; với việc hoạt động liên tục 24/24 thì tăng-phô luôn trong tình trạng phát nhiệt ra môi trường

tăng Theo TCVN: Độ rọi tính bằng Lux, giá trị xác định theo TCVN-7114-2008,

độ rọi tiêu chuẩn cho nhà máy điện: phòng máy, tủ điện… là 200 lux

3.4.2 Đề xuất giải pháp tính toán lại chiếu sáng bên trong nhà máy

3.4.2.1 Tính toán lại chiếu sáng Tầng B1 (Cao trình EL.224m):

- Kết quả tính toán từ phần mềm chiếu sáng DIALux cho tầng B1: số lượng sau

khi tính toán đang lắp 16 bộ đèn LED (37W) Số lượng hiện hữu là 40 bộ (2 x36w)

Hình 3.1 Dữ liệu tính toán từ phần mềm DIALux cho tầng B1

3.4.2.2 Tính toán lại chiếu sáng Tầng B2 (Cao trình EL.220m)

Kết quả tính toán từ phần mềm chiếu sáng DIALux cho tầng B2: Số lượng sau khi tính toán đang lắp 15 bộ đèn LED (37W)

Hình 3.3 Dữ liệu tính toán từ phần mềm DIALux cho tầng B3

3.4.2.4 Tính toán lại chiếu sáng Tầng B4 (Cao trình EL.212m)

Kết quả tính toán từ phần mềm chiếu sáng DIALux cho tầng B4: Số lượng sau khi tính toán đang lắp 20 bộ đèn LED (37W)

Hình 3.4 Dữ liệu tính toán từ phần mềm DIALux cho tầng B4

3.4.2.5 Tính toán lại chiếu sáng Tầng B5 (Cao trình EL.207m)

Kết quả tính toán từ phần mềm chiếu sáng DIALux cho tầng B5: Số lượng sau khi tính toán đang lắp 15 bộ đèn LED (37W)

Hình 3.5 Dữ liệu tính toán từ phần mềm DIALux cho tầng Van cầu

3.4.3 Tính toán lợi ích khi thay thế cho hệ thống chiếu sáng

Huỳnh quang 1.2m

Huỳnh quang 1.2m

Huỳnh quang 1.2m

Huỳnh quang 1.2m

Huỳnh quang 1.2m

Bảng 3.4 Tổng hợp kết quả thực hiện giải pháp

Bảng 3.5 Phân tích chi phí và lợi ích sau khi thực hiện giải pháp

Giải pháp

Điện năng tiết kiệm (kWh/năm)

Tiền tiết kiệm VNĐ)/

năm)

Đầu tư (VNĐ)

Thời gian hoàn vốn (tháng)

Hệ thống dầu điều khiển cung cấp dầu áp lực cao để đi điều khiển theo yêu cầu

làm việc của tổ máy Điều khiển đóng mở van cầu, van kim, cần gạt, van bypass, seal

vận hành, van xả khí, van xả nước đường ống Hệ thống dầu áp lực làm việc với áp

suất trong khoảng 51,2 bar đến 64 bar

3.5.1.1 Hoạt động bơm dầu điều khiển tổ máy

- Động cơ bơm dầu:

+ Số lượng: 02 bộ

+ Động cơ 3 pha, 400VAC, 22kW, tốc độ 1500v/ph

Sơ đồ 3.1 Mạch dầu điều khiển tổ máy

- Giá trị setting cho van mang tải như sau:

+ 150EM: 62 ÷ 64 bar

(VNĐ)

Vốn đầu

- Khi áp lực dầu hệ thống đạt 64 bar, van mang tải mất điện bơm cấp dầu chạy

tuần hoàn về thùng dầu hồi (50% tải tương ứng 20A)

- Khi dầu trong giảm về 62 bar, lúc này van mang tải có điện động cơ mang tải

cấp dầu áp lự cho hệ thống Khi áp lực dầu hệ thống tăng lên 64 bar, van mang tải mất điện bơm cấp dầu chạy tuần hoàn về thùng dầu hồi, động cơ sẽ hoạt động 50% tải với tốc độ định mức Cứ như vậy động cơ sẽ chạy 50% tải với tốc độ định mức khi phụ tải của máy thay đổi liên tục nên chưa tiết kiệm được điện năng tiêu thụ

3.5.1.2 Khảo sát thực tế vận hành bơm dầu

- Qua khảo sát thực tế: Cứ 05 phút bơm dầu mang tải 1 lần (15s)

+ Thời gian hoạt động 100% tải /1 giờ là: 6 phút chiếm 10 % Tmax

+ Thời gian hoạt động 50% tải /1 giờ là: 54 phút, chiếm 90 % Tmax

+ Tmax = 5000 h: là thời gian hoạt động tối đa của mỗi tổ máy trong 1 năm

3.5.2 Đề xuất giải pháp tiết kiệm điện năng

- Lắp thêm biến tần ABB ACS 550- 30kW cho động cơ để tối ưu hoạt động của

động cơ bơm dầu điều khiển

- Khi các van mang tải cấp dầu cho hệ thống đóng/mở liên tục đưa tín hiệu vào

biến tần làm thay đổi tốc độ quay của động cơ để tiết kiệm điện năng

- Động cơ hoạt động như sau:

+ Khi lực dầu hệ thống đạt 64 bar, cảm biến áp lực sẽ đưa tín hiệu vào bộ biến tần điều khiển động cơ chạy tốc độ 50% tốc độ định mức

+ Khi lực dầu hệ thống giảm xuống 62 bar, cảm biến áp lực sẽ đưa tín hiệu vào bộ biến tần điều khiển động cơ chạy tốc độ 100% tốc độ định mức, sau

đó cấp điện cho van mang tải, động cơ mang tải bơm áp lực dầu vào hệ thống

3.5.3 Lợi ích của việc lắp đặt biến tần cho Động cơ bơm dầu 22KW

3.5.3.1 Khi chưa lắp biến tần

- Tải 100% Pđm: chiếm 10% Tmax tương ứng t1 = 500 giờ

- Tải 50% Pđm: chiếm 90% Tmax tương ứng t2 = 4500 giờ

- Lượng điện năng tiêu thụ trong một năm (Tmax = 5000 giờ) là:

AKoBT = 2 Pđc t1 + 2 0,5Pđc t2

AKoBT = 2 22 500 + 2 22 0,5 4500 = 121.000 (kWh/năm)

3.5.3.2 Khi lắp thêm biến tần

Khi ta giảm tốc độ xuống còn 50% nđm (tốc độ định mức), thì công suất tiêu thụ chỉ cần bằng (0,5)3 ≈ 0.125 Pđm (công suất định mức)

- Lượng điện năng tiêu thụ trong một năm:

ABT1 = 2 Pđc t1 = 2 22 1.0 500 = 22.000 (kWh/năm)

ABT2 = 2 0,5Pđc 0,125 t2 = 2 0.5 22 0,125 4500 = 13.750 (kW/h /năm)

(Với C là giá điện trung bình 1kWh là 1621 đồng)

Thời gian hoàn vốn:

T=V/ C = 164 000.000/ 138.190.250 = 1,18 (năm) ≈ 14 (tháng)

Bảng 3.7 Tổng hợp kết quả đầu tư khi lắp đặt biến tần cho động cơ 22 kW-0,4kV

Nội dung Đơn vị Số lượng

3.6 Hiện trạng sử dụng và giải pháp tiết kiệm điện năng cho hệ thống thông gió

3.6.1 Hiện trạng

3.6.1.1 Mô tả hệ thống thông gió

- Hệ thống quạt thổi gió vào: 02 quạt có công suất định mức 30 kW, cung cấp

gió đến từng tầng nhà máy, tổng lưu lượng gió 2x 60.000 m3

/h vận hành 24/24h

- Hệ thống quạt hút: 22 quạt hút gió trong nhà máy ra ngoài công suất định mức

0,385 kW, tổng lưu lượng gió 119.800 m3/h; lắp xung quanh tường gian máy, vận hành 24/24h

3.6.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông gió

- Gió vào được lấy từ bên ngoài tòa nhà năng lượng đi qua các bộ lọc gió thông

qua 02 bộ quạt gió làm việc song song

3.6.1.3 Khảo sát làm việc

- Khảo sát số lượng người làm việc: Số người làm việc ban ngày: 10 người, ban

đêm: 02 người, mùa sửa chữa: 25 người làm việc 40 ngày, số người còn lại lại việc tại cơ xưởng bên trên, khu nhà trực, và trạm phân phối, khảo sát đo nhiệt độ tại tầng kích từ (tầng có nhiệt độ cao nhất):

Bảng 3.8 Khảo sát đo nhiệt độ tại tầng kích từ

- Tuy nhiên, nhu cầu thông gió ở nhà máy không phải đều tối đa như vậy bởi vì

nhà máy thủy điện có thời gian vận hành thường là khoảng 5000h, trong thời gian còn lại trong năm, các tổ máy có thể dừng dự phòng

- Trong các đợt bảo trì, cho sử chạy 01 quạt gió vẫn đủ thông gió cho nhân viên

vận hành trực máy và nhóm công tác làm việc Do đó việc hệ thống thông gió làm việc tối đa công suất là không cần thiết, chưa tiết kiệm năng lượng

3.6.2 Đề xuất giải pháp tiết kiệm điện năng cho quạt thổi gió vào

3.6.2.1 Giải pháp thực hiện như sau

- Lắp cảm biến nhiệt độ tại tầng làm việc có nhiệt độ cao nhất (EL.216m) để

đưa tín hiệu vào biến tần đi điều khiển tốc độ của 02 quạt thổi gió

- Khi nhiệt độ gian máy t ≤ 30 0C: đưa tín hiệu tự động thay đổi lưu lượng của

bộ hút gió vào bằng cách điều khiển bộ biến tần thay đổi giảm tốc độ quạt sao cho giảm còn 70% tốc độ định mức cho 2 quạt tương đương 70% lưu lượng gió

- Khi nhiệt độ gian máy t ≥ 31 0C: đưa tín hiệu tự động thay đổi tải của bộ hút

gió vào bằng cách điều khiển bộ biến tần thay đổi tăng tốc độ quạt lên 100% nđm

Hình 3.6 Nguyên lý điều khiển hoạt động quạt thông gió

3.6.2.2 Thời gian vận hành

- Với khoảng thời gian ban đêm như trên thì 1 ngày có 10 giờ 02 động cơ quạt

chạy 70% tốc độ định mức Vậy trong năm có: 10 giờ 365 ngày = 3650 giờ

- Như vậy trong năm hệ thống quạt thông gió vận hành với 100% tốc độ định

mức là: 8760 - 3650 = 5100 giờ

3.6.3 Lợi ích của giải pháp

3.6.3.1 Điện năng tiêu thụ khi chưa thực hiện giải pháp

Điện năng tiêu thụ của 02 bộ quạt thổi gió vào:

A1 = Tvh1 2 Pqhv

Trong đó:

- Tvh1 = 8760 h – Tsc1 (Tsc1: Thời gian bảo trì, bảo dưỡng hàng năm Đối với các

bộ quạt hút gió vào của Đại Ninh khoảng 10 ngày/ 01 năm)

=> Tvh1 = 8760 h – 10 8 h = 8680 giờ

- Pqhv: Công suất động cơ quạt thổi gió vào

Vậy: A1 = 8680 2 30 = 520.800 kWh

3.6.3.2 Điện năng tiêu thụ khi thực hiện giải pháp tiết kiệm điện

Khi dùng biến tần để giảm tốc độ của quạt, công suất tiêu thụ của động cơ giảm theo đường bậc 3, Nếu ta giảm tốc độ xuống còn 70% nđm, theo bảng 2.2 thì công suất tiêu thụ bằng (0.7)3 ≈ 0.343 Pđm

- Điều này cho ta thấy rằng quạt sẽ chỉ hoạt động với 34,3% công suất định

mức là có thể đạt được 70% lưu lượng gió định mức

- Điện năng tiêu thụ khi thực hiện tiết kiệm của 02 bộ quạt thổi gió vào:

A’1 = T’vh1 2 Pqhv + T”vh1 2 0,343 Pqhv