Phân tích các cơ hội sử dụng năng lượng điện hiệu quả của máy điện

Thông qua việc thực hiện các hoạt động về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, các tổ chức, đơn vị, doanh nghiệp có cơ hội và có trách nhiệm kiểm tra lại tình hình sản xuất kinh doa

-

CHÂU HÒA HÂN

PHÂN TÍCH CÁC CƠ HỘI SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN HIỆU QUẢ CỦA MÁY ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số ngành: 60520202

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018

-

CHÂU HÒA HÂN

PHÂN TÍCH CÁC CƠ HỘI SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN HIỆU QUẢ CỦA MÁY ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS BÙI XUÂN LÂM

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được

sửa chữa (nếu có)

Tp HCM, ngày tháng năm 2018

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

I- Tên đề tài:

Phân tích các cơ hội sử dụng năng lượng điện hiệu quả của máy điện

II- Nhiệm vụ và nội dung:

- Tổng quan về tình hình sử dụng các dạng năng lượng hiệu quả

- Nghiên cứu các cơ hội sử dụng năng lượng điện hiệu quả của máy điện

- Nghiên cứu và điều khiển hiệu quả năng lượng điện của hệ thống truyền động động

cơ không đồng bộ

- Nghiên cứu mô hình và mô phỏng điều khiển hiệu quả năng lượng điện của hệ

thống truyền động động cơ không đồng bộ

III- Ngày giao nhiệm vụ:

IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ:

V- Cán bộ hướng dẫn: PGS TS Bùi Xuân Lâm

CÁN BỘ HUỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu và kết quả đạt được trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các tài liệu tham khảo trong Luận văn đã được trích dẫn đầy đủ nguồn gốc

Học viên thực hiện Luận văn

Châu Hòa Hân

Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS TS Bùi Xuân Lâm đã tận tình

hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành đầy đủ và tốt các nhiệm vụ được giao của đề tài luận văn tốt nghiệp này

Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô đã trang bị cho tôi nhiều kiến thức quý báu của chuyên ngành Kỹ thuật điện mà là một nền tảng vững chắc cho tôi hoàn thành tốt đề tài luận văn tốt nghiệp này

Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Lớp 16SMĐ12 đã động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Công nghệ Tp HCM; Viện Khoa học Kỹ thuật, Viện Đào tạo sau đại học và cơ quan nơi tôi đang công tác đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi có thể hoàn thành khóa học và đề tài luận văn tốt nghiệp này

Châu Hòa Hân

Tóm tắt

Việt Nam đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa, đời sống nhân dân ngày một nâng cao Do đó, nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng nhanh Tuy nhiên, có thể nhận thấy rằng:

+ Nguy cơ cạn kiệt và khan hiếm của các nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống ngày càng gia tăng

+ Tình trạng sử dụng năng lượng lãng phí và kém hiệu quả ở nước ta so với các nước khác trong khu vực và thế giới là rất cao, với nhiều nguyên nhân khác nhau như: quản lý chưa tốt, người sử dụng chưa quan tâm đúng mức đến

sử dụng năng lượng hiệu quả, sự lạc hậu của các trang thiết bị sử dụng năng lượng và công nghệ sản xuất

Vì vậy, nguy cơ thiếu hụt năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng ngày càng đáng lo ngại và không thể tránh khỏi Hiện nay, tình trạng thiếu điện vào mùa khô đã và đang xảy ra, đã gây thiệt hại cho sản xuất và gây khó khăn cho đời sống của người dân

Bên cạnh đó, việc sử dụng nhiều năng lượng sẽ làm gia tăng lượng phát thải SO2, COx, NOx, ra môi trường và gây hiệu ứng nhà kính Với ước tính 80% các phát thải CO2 do con người gây ra đều do sự đốt các nhiên liệu hóa thạch, việc sử dụng năng lượng của thế giới đã trở thành tiêu điểm của các cuộc thảo luận về thay đổi khí hậu toàn cầu Dự báo phát thải CO2 sẽ tăng từ 7,9 tỷ tấn carbon tương đương năm 2010 lên 9,9 tỷ tấn năm 2020

Trước tình hình đó, việc nghiên cứu các cơ hội sử dụng năng lượng hiệu quả luôn được đặt ra và là vấn đề được nhiều quốc gia quan tâm nhằm đảm bảo nhu cầu năng lượng ngày càng tăng Góp phần trong vấn đề nêu trên thì việc nghiên cứu các cơ hội sử dụng năng lượng hiệu quả là rất cần thiết Đây cũng là

lý do chính của việc chọn đề tài nghiên cứu, "Phân tích các cơ hội sử dụng

năng lượng điện hiệu quả của máy điện"

Vietnam is in the process of industrialization and modernization Furthermore, the people's life is improving Therefore, the demand for energy

is increasing rapidly However, it can be seen that:

+ The threat of exhaustion and scarcity of traditional fossil fuels is on the rise

+ The wasteful and inefficient use of energy in our country compared to other countries in the region and in the world is very high, with many different reasons such as poor management, user not interested to use energy efficiency, backwardness of equipment used energy and production technology

Therefore, the risk of energy shortage in general and electric power in particular is increasingly worrying and unavoidable Currently, the power shortage in the dry season has been occurring, causing damage to production and causing difficulties for people's lives

In addition, the use of more energy will increase the SO2, COx, NOx, emissions into the environment and cause the greenhouse effect With an estimated 80 percent of man-made CO2 emissions due to the burning of fossil fuels, the world's energy use has become the focus of discussions on global climate change The CO2 emissions will increase to about 9.9 billion tons in

This is the main reason for choosing the research topic, "Analyzing

opportunities for efficient use of electrical energy in electrical machines" in

this thesis

MỤC LỤC

Tóm tắt i

Mục lục iii

Danh sách hình vẽ vi

Danh sách bảng viii

Chương 1 - Giới thiệu chung 1

1.1 Giới thiệu 1

1.2 Tính cấp thiết của luận văn 2

1.3 Đối tượng nghiên cứu của luận văn 3

1.4 Phạm vi nghiên cứu của luận văn 3

1.5 Mục đích nghiên cứu của luận văn 3

1.6 Nội dung nghiên cứu của luận văn 3

1.7 Phương pháp nghiên cứu của luận văn 4

1.8 Bố cục của luận văn 4

1.9 Kết luận 4

Chương 2 - Tổng quan tình hình sử dụng năng lượng điện và các giải pháp sử dụng năng lượng điện hiệu quả 5

2.1 Giới thiệu 5

2.2 Tình hình sử dụng nguồn năng lượng điện trên thế giới và tại Việt Nam 6

2.2.1 Thế giới 6

2.2.2 Việt Nam 7

2.3 Kiểm toán năng lượng 19

Chương 3 - Phân tích các cơ hội sử dụng năng lượng điện hiệu quả cho các máy điện 21

3.1 Máy biến áp 21

3.1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp 21

3.1.2 Cơ hội tiết kiệm năng lượng khi thiết kế, chế tạo và vận hành sử

dụng máy biến áp 24

3.2 Máy điện một chiều 27

3.2.1 Cấu tạo 27

3.2.2 Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều 28

3.2.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều 29

3.2.4 Cơ hội tiết kiệm năng lượng khi thiết kế tính toán và sử dụng động cơ một chiều 30

3.3 Máy điện đồng bộ 30

3.3.1 Mô tả máy điện đồng bộ 30

3.3.2 Cơ hội tiết kiệm năng lượng khi thiết kế và sử dụng máy điện đồng bộ 32

3.4 Động cơ không đồng bộ 33

3.4.1 Giới thiệu 33

3.4.2 Hệ tọa độ sử dụng trong phương trình toán học động cơ không đồng bộ 35

3.4.3 Mô hình động cơ không đồng bộ lý tưởng 41

3.4.4 Điều khiển định hướng từ thông rotor 44

3.4.5 Điều khiển hiệu quả năng lượng điện động cơ không đồng bộ bằng phương pháp tìm kiếm 50

Chương 4 - Mô phỏng điều khiển hiệu quả năng lượng điện cho động cơ không đồng bộ 57

4.1 Giới thiệu 57

4.2 Kết quả mô phỏng 61

4.2.1 Trường hợp 1 61

4.2.2 Trường hợp 2 63

4.2.3 Trường hợp 3 65

4.3 Đánh giá kết quả 66

Chương 5 - Kết luận và hướng phát triển tương lai 70

5.1 Kết luận 70

5.2 Hướng phát triển tương lai 70

Tài liệu tham khảo 71

DANH SÁCH HÌNH VẼ

Hình 3.1 Máy biến áp một pha 21

Hình 3.2 đm S S = f(k) ứng với n P P0 = 2 1 ; 3 1 ; 4 1 ; 5 1 ; 6 1 26

Hình 3.3 Nguyên lý máy điện một chiều 28

Hình 3.4 Sơ đồ động cơ điện một chiều 29

Hình 3.5 Máy phát điện đồng bộ kích từ bán dẫn 31

Hình 3.6 Sơ đồ cuộn dây và điện áp stator của động cơ không đồng bộ 3 pha 35

Hình 3.7 Thiết lập vector không gian từ các đại lượng pha 36

Hình 3.8 Hệ tọa độ  cố định 37

Hình 3.9 Vector không gian trên hệ toạ độ từ thông rotor (hệ toạ độ dq) 38 Hình 3.10 Sơ đồ thay thế tương đương động cơ không đồng bộ lý tưởng 42 Hình 3.11 Hệ tọa độ định hướng từ thông rotor (RFOC) 45

Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý điều khiển định hướng từ thông rotor trực tiếp 49

Hình 3.13 Sơ đồ nguyên lý điều khiển định hướng từ thông rotor gián tiếp 50

Hình 3.14 Mạch tương đương một pha 52

Hình 3.15 Đặc tuyến dòng điện stator theo từ thông khe hở không khí của động cơ không đồng bộ 3 pha, 1 hp 56

Hình 3.16 Đặc tuyến dòng điện stator theo từ thông khe hở không khí của động cơ không đồng bộ 3 pha, 100 hp 56

Hình 4.1 Sơ đồ mô phỏng điều khiển hướng từ thông cho động cơ không đồng 58

Hình 4.2 Sơ đồ mô phỏng điều khiển hiệu quả năng lượng điện cho động cơ không đồng bộ 58

Hình 4.3 Sơ đồ mô phỏng động cơ không đồng bộ 59

Hình 4.4 Sơ đồ mô phỏng phương pháp điều khiển FOC 59

Hình 4.5 Giải thuật của phương pháp tìm kiếm điều khiển hiệu quả năng lượng điện động cơ không đồng bộ 60 Hình 4.6 Cường độ dòng điện 3 pha động cơ không đồng bộ, Iabc với tải 0,1 Mn 61 Hình 4.7 Moment của động cơ với tải 0,1 Mn 62 Hình 4.8 Từ thông của động cơ với tải 0,1 Mn 62 Hình 4.9 Cường độ dòng điện 3 pha động cơ không đồng bộ, Iabc với tải 0,5 Mn 63 Hình 4.10 Moment của động cơ với tải 0,5 Mn 64 Hình 4.11 Từ thông của động cơ với tải 0,5 Mn 64 Hình 4.12 Cường độ dòng điện 3 pha động cơ không đồng bộ, Iabc với tải

Mn 65 Hình 4.13 Moment của động cơ với tải Mn 66 Hình 4.14 Từ thông của động cơ với tải Mn 66

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 4.1 So sánh kết quả của trường hợp động cơ mang tải 0,1Mn 61 Bảng 4.2 So sánh kết quả của trường hợp động cơ mang tải 0,5Mn 68 Bảng 4.3 So sánh kết quả của trường hợp động cơ mang tải Mn 69

+ Nguy cơ cạn kiệt và khan hiếm của các nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống ngày càng gia tăng

+ Tình trạng sử dụng năng lượng lãng phí và kém hiệu quả ở nước ta so với các nước khác trong khu vực và thế giới là rất cao, với nhiều nguyên nhân khác nhau như: quản lý chưa tốt, người sử dụng chưa quan tâm đúng mức đến

sử dụng năng lượng hiệu quả, sự lạc hậu của các trang thiết bị sử dụng năng lượng và công nghệ sản xuất

Vì vậy, nguy cơ thiếu hụt năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng ngày càng đáng lo ngại và không thể tránh khỏi Hiện nay, tình trạng thiếu điện vào mùa khô đã và đang xảy ra, đã gây thiệt hại cho sản xuất và gây khó khăn cho đời sống của người dân

Bên cạnh đó, việc sử dụng nhiều năng lượng sẽ làm gia tăng lượng phát thải SO2, COx, NOx, ra môi trường và gây hiệu ứng nhà kính Với ước tính 80% các phát thải CO2 do con người gây ra đều do sự đốt các nhiên liệu hóa thạch, việc sử dụng năng lượng của thế giới đã trở thành tiêu điểm của các cuộc thảo luận về thay đổi khí hậu toàn cầu Dự báo phát thải CO2 sẽ tăng lên 9,9 tỷ tấn vào năm 2020

Trước tình hình đó, việc nghiên cứu các cơ hội sử dụng năng lượng hiệu quả luôn được đặt ra và là vấn đề được nhiều quốc gia quan tâm nhằm đảm bảo nhu cầu năng lượng ngày càng tăng Góp phần trong vấn đề nêu trên thì việc nghiên cứu các cơ hội sử dụng năng lượng hiệu quả là rất cần thiết Đây cũng

là lý do chính của việc chọn đề tài nghiên cứu, "Phân tích các cơ hội sử dụng

năng lượng điện hiệu quả của máy điện"

1.2 Tính cấp thiết của luận văn

Trong cuộc sống ngày nay, năng lượng là yếu tố quyết định trong mọi quá trình sản xuất, lao động cũng như sinh hoạt của con người Từ công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ thậm chí đến nghiên cứu khoa học, khám phá thiên nhiên đều cần năng lượng, đặc biệt là năng lượng điện

Điện năng là nguồn năng lượng cực kỳ quý báu cho sản xuất và đời sống Chúng ta đều biết tại các nhà máy sản xuất, chi phí điện năng chiếm một

tỉ lệ rất lớn Vì thế, việc tìm ra những giải pháp tiết kiệm năng lượng là điều quan tâm hàng đầu của các nhà sản xuất nhằm giảm chi phí, giảm giá thành và nâng cao được tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường Đồng thời, kết quả nghiên cứu này cũng giúp giảm được sự tiêu tốn tài nguyên thiên nhiên và góp phần tích cực vào việc bảo vệ môi trường

Trong những năm gần đây, nhận định chung hiện trạng hệ thống năng lượng Việt Nam quy mô của các ngành điện, than, dầu khí đều đã có những tiến bộ vượt bậc, góp phần vào sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Tuy nhiên, các thành tựu vẫn chưa đủ để đưa các ngành năng lượng vượt qua tình trạng:

+ Hiệu suất chung của ngành năng lượng còn thấp;

+ Đầu tư phát triển năng lượng còn thấp;

+ Hiệu quả hoạt động sản xuất kinh doanh chưa cao;

+ Tỷ lệ phát triển giữa các phân ngành năng lượng chưa hợp lý

Nhận thức rõ và để giải quyết những vấn đề trên, Đảng và Nhà nước ta

đã đặc biệt quan tâm và có nhiều chủ trương liên quan đến các vấn đề sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; cụ thể các văn bản quy phạm pháp luật để triển khai thực hiện đã được ban hành: Quốc Hội Nước Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam, khoá XII đã ban hành Luật số 50/2010/QH12 về việc Sử dụng Năng lượng tiết kiệm và hiệu quả được áp dụng từ ngày 01/01/2011 [1] Chính phủ ban hành Nghị định số 21/2011/NĐ-CP ngày 29/3/2011 quy định chi tiết về biện pháp thi hành luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả [2]; Quyết định số 1427/2012/QĐ-TTg ngày 02/10/2012 của Thủ Tướng Chính phủ

phê duyệt Chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả giai đoạn 2012 – 2015 [3]

Như vậy, sự cấp thiết để tiến hành nghiên cứu các cơ hội sử dụng năng lượng hiệu quả không chỉ là nhiệm vụ mà còn là chiến lược của quốc gia và cần phải được quan tâm đúng mức Thông qua việc thực hiện các hoạt động về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, các tổ chức, đơn vị, doanh nghiệp có cơ hội và có trách nhiệm kiểm tra lại tình hình sản xuất kinh doanh của mình, từ

đó tìm ra các giải pháp nhằm giảm mức tiêu hao năng lượng, mang lại hiệu quả

về mặt kinh tế, môi trường cho bản thân doanh nghiệp và quốc gia Mỗi người dân sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả cũng sẽ mang lại lợi ích kinh tế cho chính bản thân, gia đình và cho xã hội

1.3 Đối tượng nghiên cứu của luận văn

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là các dạng máy điện được sử dụng phổ biến trong hệ thống điện và hệ thống truyền động điện

1.4 Phạm vi nghiên cứu của luận văn

Nghiên cứu các cơ hội và đề xuất các giải pháp sử dụng năng lượng điện hiệu quả trong hệ thống điện và hệ thống truyền động điện

1.5 Mục đích nghiên cứu của luận văn

Mục đích của việc nghiên cứu là để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng điện nhằm mang lại hiệu quả kinh tế cho các nhà máy, xí nghiệp, công

ty, trường học,

Bên cạnh đó, các kết quả nghiên cứu cũng góp phần cải thiện môi trường và giải quyết các vấn đề về biến đổi khí hậu

1.6 Nội dung nghiên cứu của luận văn

- Nghiên cứu tổng quan về tình hình sử dụng các dạng năng lượng hiệu

quả

- Nghiên cứu các cơ hội sử dụng năng lượng điện hiệu quả của máy biến

áp trong hệ thống điện

- Nghiên cứu các cơ hội sử dụng năng lượng điện hiệu quả của động cơ

không đồng bộ trong hệ thống truyền động điện

1.7 Phương pháp nghiên cứu của luận văn

- Nghiên cứu các tài liệu về việc sử dụng năng lượng hiệu quả của Việt

Nam và các nước trên thế giới

- Phân tích và tổng hợp các giải pháp sử dụng năng lượng điện hiệu quả

của các loại máy điện cơ bản và phổ biến trong hệ thống điện và hệ thống

truyền động điện

1.8 Bố cục của luận văn

Bố cục của luận văn gồm 8 chương:

+ Chương 1: Giới thiệu

+ Chương 2: Tổng quan tình hình sử dụng năng lượng điện và các giải pháp sử dụng năng lượng điện hiệu quả

+ Chương 3: Phân tích các cơ hội sử dụng năng lượng điện hiệu quả cho các máy điện

+ Chương 4: Mô phỏng điều khiển hiệu quả năng lượng điện cho động

nêu rõ Vì vậy, việc nghiên cứu và các kết quả đạt được của luận văn "Phân

tích các cơ hội sử dụng năng lượng điện hiệu quả của máy điện" sẽ là một

phần nào đó đóng góp cho mục tiêu chung của đất nước

Mặt khác, theo dự báo với tốc độ gia tăng mức khai thác năng lượng như hiện nay, đến cuối thế kỷ này, các nguồn năng lượng của Việt Nam sẽ trở nên khan hiếm, các mỏ dầu và khí đốt sẽ cạn kiệt trong vòng 40 - 60 năm tới

Bên cạnh đó, tình trạng lãng phí năng lượng trong trong sản xuất công nghiệp, xây dựng dân dụng và giao thông vận tải của nước ta còn rất lớn

Nhận thức rõ và để giải quyết những vấn đề trên, Đảng và Nhà nước đã đặc biệt quan tâm và đã có nhiều chủ trương liên quan tới vấn đề về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; cụ thể các văn bản quy phạm pháp luật để triển khai thực hiện đã được ban hành: Quốc hội nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XII đã ban hành Luật số 50/2010/QH12 về việc Sử dụng Năng lượng tiết kiệm và hiệu quả được áp dụng từ ngày 01/01/2011 Chính phủ ban hành Nghị định số 21/2011/NĐ-CP, ngày 29/03/2011 quy định chi tiết và biện pháp thi hành luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; Quyết định

số 1427/2012/QĐ-TTg ngày 02/10/2012 của Thủ Tướng Chính phủ phê duyệt Chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả giai đoạn 2012 – 2015

Thông qua việc thực hiện các hoạt động về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, các tổ chức, đơn vị, doanh nghiệp có cơ hội và có trách nhiệm kiểm tra lại tình hình sản xuất kinh doanh của mình, từ đó tìm ra các giải pháp nhằm giảm mức tiêu hao năng lượng, mang lại hiệu quả về mặt kinh tế,

môi trường cho bản thân doanh nghiệp và quốc gia Mỗi người dân sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả cũng sẽ mang lại lợi ích kinh tế cho chính bản thân, gia đình và cho xã hội

2.2 Tình hình sử dụng nguồn năng lượng điện trên thế giới và tại Việt Nam

2.2.1 Thế giới

2.2.1.1 Tình hình sử dụng nguồn năng lượng điện

Thế giới đang đối mặt với nhiều thách thức như tăng dân số, các nguồn năng lượng cạn kiệt dần, ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu ngày càng tăng

Ngay những ngày đầu của cuộc cách mạng công nghiệp mở ra, tài nguyên thiên nhiên được sử dụng rất nhiều trong quá trình sản xuất, con người

đã cố gắng sử dụng tài nguyên có hiệu quả Cùng với nhân công, vốn và nguyên vật liệu, năng lượng là một trong những yếu tố hàng đầu vào cơ bản của sản xuất Trong lịch sử chi phí năng lượng chiếm tỷ lệ 5% - 10% giá thành sản phẩm

Tỷ lệ giữa mức tiêu thụ năng lượng sơ cấp (PEC) và tổng sản phẩm quốc nội (GDP) là chỉ tiêu nói lên kết quả cải tiến công nghệ

Tại Mỹ, hàng năm tỷ lệ PEC/GDP giảm 1% Theo các tài liệu được công bố bởi cơ quan quản lý năng lượng Mỹ, nhu cầu năng lượng toàn cầu sẽ tăng 44% sau 20 năm nữa Nhìn từ góc độ ngắn, viễn cảnh mờ của nền kinh tế khiến cho nhu cầu năng lượng toàn cầu giảm sút, nhưng từ sau năm 2010 nền kinh tế toàn cầu khôi phục, nhu cầu năng lượng của các nước sẽ dần tăng lên Trong giai đoạn 2015 đến 2025, dự báo trung bình hàng năm tiêu thụ năng lượng cơ bản tăng 1,3%, riêng điện năng tăng 1,8% Dự báo nhu cầu điện năng tăng trưởng chậm là do nổ lực của nhiều quốc gia tăng hiệu quả sử dụng và tiết kiệm điện tốt hơn

Theo cơ quan này, trong những nhu cầu về năng lượng, sự phụ thuộc vào dầu thô là rất lớn Dự kiến cùng với sự khôi phục của kinh tế toàn cầu, giá dầu cũng vì thế bị đẩy lên cao Giá dầu thành phẩm tại thị trường Mỹ với mức

bình quân trong năm là 61 USD, dự kiến đến năm 2030 có thể là 130 USD một thùng Nhu cầu năng lượng toàn cầu sau 20 năm được tăng lên từ con số 84 triệu thùng thành 107 triệu thùng Đến năm 2030, nhu cầu năng lượng toàn cầu

sẽ chiếm 32% lượng cung ứng

Theo nhận định của các chuyên gia phân tích thì đến năm 2030 các nước đang phát triển chiếm 75% tổng mức tăng nhu cầu sử dụng năng lượng toàn cầu, đặt biệt là Brazil và Trung Quốc [4]

2.2.1.2 Chính sách tiết kiệm năng lượng

Chính sách năng lượng là cách thức mà các quốc gia đã quyết định để giải quyết các vấn đề của phát triển năng lượng bao gồm cả sản xuất năng lượng, phân phối và tiêu thụ Các thuộc tính của chính sách năng lượng có thể bao gồm pháp luật, điều ước quốc tế, ưu đãi để đầu tư, hướng dẫn bảo tồn năng lượng, thuế và chính sách kỹ thuật khác

Chính sách năng lượng của một quốc gia bao gồm một hoặc nhiều biện pháp sau:

+ Pháp luật về kinh doanh năng lượng;

+ Pháp luật tác động đến sử dụng năng lượng, chẳng hạn như ban hành các tiêu chuẩn hiệu quả năng lượng, tiêu chuẩn khí thải,…

+ Tuyên bố chính sách quốc gia về vấn đề quy hoạch năng lượng, phát điện, truyền tải và tiêu thụ;

+ Khuyến khích và ưu đãi các nghiên cứu và phát triển việc thăm dò nguồn năng lượng mới;

+ Chính sách tài chính liên quan đến sản xuất và dịch vụ năng lượng (thuế, miễn giảm thuế, trợ cấp, …)

2.2.2 Việt Nam

2.2.2.1 Tình hình sử dụng nguồn năng lượng điện

Việt Nam đã và đang khai thác các dạng năng lượng sơ cấp như: than, dầu khí và thủy điện

Để phục vụ phát triển kinh tế, ngành năng lượng Việt Nam tăng trưởng với tốc độ cao trong giai đoạn gần đây trong tất cả các lĩnh vực: khảo sát thăm

dò, khai thác nguồn, truyền tải, phân phối, xuất và nhập khẩu năng lượng Tuy nhiên, vẫn tồn tại nhiều vấn đề yếu kém trong ngành năng lượng như:

+ Năng lực sản xuất còn thấp, còn tồn tại nhiều công nghệ cũ, lạc hậu và hiệu suất sử dụng thấp

+ Gây ô nhiễm môi trường

+ Hiệu quả kinh doanh của ngành thấp

+ Giá năng lượng cố định không thích hợp

+ Đầu tư cho ngành năng lượng còn thấp so với yêu cầu, thủ tục đầu tư rườm rà

Dễ dàng nhận thấy rằng Việt Nam có nhiều tiềm năng thủy điện và phân

bố trên hầu khắp các vùng lãnh thổ với 2.200 sông suối lớn nhỏ có chiều dài từ

10 km trở lên, đã sản sinh ra tổng tiềm năng kỹ thuật vào khoảng 120 tỷ kWh, tương đương 30.000 MW

Ngoài ra, Việt Nam cũng dồi dào tiềm năng về các dạng năng lượng khác như:

+ Năng lượng địa nhiệt: với 300 nguồn nước khoáng nóng có nhiệt độ từ

300C – 1050C, tập trung ở Tây Bắc và Trung Bộ

+ Năng lượng mặt trời: với số giờ nắng trung bình khoảng 2000 - 2500 giờ/năm

+ Năng lượng gió: được đánh giá vào khoảng 800 - 1400 kWh/m3/năm, tại các hải đảo, từ 500-1000 kWh/m2/năm tại các vùng duyên hải và Tây Nguyên

2.2.2.2 Tác động của việc sử dụng năng lượng đến môi trường

Việc gia tăng mức độ sử dụng năng lượng, luôn kèm theo nguy cơ gây ô nhiễm môi trường tại khu vực hoạt động năng lượng và góp phần làm suy giảm chất lượng môi trường toàn cầu Hơn 80% nguồn năng lượng sử dụng của nước

ta là nhiên liệu hoá thạch, nhiên liệu có nguồn gốc hữu cơ Quá trình cháy của nhiên liệu hóa thạch tạo nên điôxit cácbon, CO2 và mêtan, CH4 cả hai là chất

khí gây hiệu ứng nhà kính là nguyên nhân thay đổi khí hậu và làm nóng toàn cầu Việc sử dụng năng lượng đóng góp khoảng 25% lượng phát thải CO2 và khoảng 15% tổng lượng khí nhà kính sinh ra do hoạt động của con người Quá trình cháy nhiên liệu nói riêng và hoạt động năng lượng nói chung là nhân tố quan trọng gây ô nhiễm môi trường

Theo thống kê trong số các chất khí gây hiệu ứng nhà kính CO2 chiếm 54%, mêtan 12%, ôzon 7% Than là nhiên liệu phát thải CO2 nhiều nhất, trung bình 1 kg than phát thải 1,83 kg CO2 Như vậy, các nhà máy nhiệt điện than trên thế giới hàng năm tạo nên 3,7 tỷ tấn CO2, 10.000 tấn sunfua điôxit, SO2 -

nguyên nhân chính gây mưa axit, 10.200 tấn NOx

+ Xăng phát thải 2,22 kg CO2/lít nhiên liệu

+ Dầu điêzen phát thải 2,68 kg CO2/lít nhiên liệu

+ Khí hóa lỏng phát thải 1,66 kg CO2/lít nhiên liệu

Các nguồn năng lượng hóa thạch phát thải tro bụi chứa thủy ngân, uranium, thorium, asen và các kim loại nặng khác là nguyên nhân gây ung thư

và các bệnh hô hấp Ngoài ra, việc sử dụng năng lượng còn gây ô nhiễm môi trường nước thải, gây tiếng ồn

Ở Việt Nam, theo số liệu của Tổng cục khí tượng thủy văn trong vòng

50 năm qua nhiệt độ trung bình tăng 0,70C, mực nước biển tăng 20 cm, nhiều khu vực bị khô hạn, trong khi đó thiên tai lụt lội với cường độ ngày càng tăng

2.2.2.3 Chính sách năng lượng của Việt Nam [5]

xã hội, bảo tồn nhiên liệu và đảm bảo an ninh năng lượng cho tương lai

+ Phát triển các công trình mới đồng thời với việc cải tạo nâng cấp các công trình cũ Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong các khâu từ sản xuất, truyền tải, chế biến và sử dụng năng lượng

+ Phát triển năng lượng đi đôi với bảo tồn tài nguyên, bảo vệ môi trường sinh thái Đảm bảo phát triển bền vững ngành năng lượng

+ Từng bước hình thành thị trường cạnh tranh, đa dạng hóa phương thức đầu tư và kinh doanh ngành năng lượng Nhà nước chỉ độc quyền những khâu then chốt để đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia

+ Đẩy mạnh chương trình năng lượng nông thôn Nghiên cứu phát triển các dạng năng lượng mới và tái tạo để đáp ứng cho nhu cầu sử dụng năng lượng, đặc biệt đối với các hải đảo, vùng sâu, vùng xa

+ Phát triển nhanh ngành năng lượng theo hướng đồng bộ, hiệu quả, trên

cơ sở phát huy nguồn nội lực, kết hợp với hợp tác quốc tế

+ Phát triển dựa trên cơ sở sử dụng hợp lý, có hiệu quả nguồn tài nguyên năng lượng mỗi miền, đảm bảo cung cấp đầy đủ, liên tục, an toàn cho nhu cầu năng lượng của tất cả các vùng trong toàn quốc

+ Khuyến khích các thành phần kinh tế tham gia phát triển nguồn điện trên cơ sở tiềm năng năng lượng sẵn có của Việt Nam, hạn chế phụ thuộc vào năng lượng nhập khẩu

b Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là sử dụng năng lượng một cách hợp lý, nhằm giảm mức tiêu thụ năng lượng, giảm chi phí năng lượng cho hoạt động của các phương tiện, thiết bị sử dụng năng lượng mà vẫn đảm bảo

nhu cầu năng lượng cần thiết cho các quá trình sản xuất, dịch vụ và sinh hoạt

Việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình phát triển năng lượng Thực hiện tốt công tác này sẽ góp phần đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng ngày một cao hơn của nền kinh tế quốc dân, đồng thời bảo vệ được môi trường Khai thác hợp lý các nguồn tài nguyên năng lượng giúp tiết kiệm ngoại tệ, phát triển kinh tế - xã hội một cách bền vững

Tính toán cho thấy nếu giảm hệ số đàn hồi (tỷ số giữa tốc độ tăng tiêu thụ năng lượng/tốc độ tăng trưởng GDP trong cùng giai đoạn) từ 1,46 hiện nay xuống 0,8 vào năm 2020 và các năm sau thì có thể tiết kiệm được khoảng 2 triệu TOE, tương đương khoảng 500 triệu USD vào năm 2020

Mục tiêu giảm hệ số đàn hồi trước hết là nhằm vào công nghiệp và giao thông vận tải - hai ngành tiêu thụ năng lượng chính (chiếm khoảng 38% và 35% nhu cầu năng lượng), tiếp đến là ngành thương mại, dịch vụ và dân dụng Biện pháp thực hiện đối với các ngành như sau:

* Đối với các doanh nghiệp sản xuất công nghiệp:

+ Thực hiện các biện pháp công nghệ; cải tiến quản lý sửa chữa phục hồi và cải tiến thiết bị

+ Đổi mới, nâng cấp thiết bị; thay thế các thiết bị có hiệu suất thấp; đổi mới công nghệ, sử dụng thiết bị hiện đại có hiệu suất năng lượng cao

+ Thực hiện các giải pháp khoa học và công nghệ nhằm thiết kế chế tạo các trang thiết bị và phương tiện sử dụng năng lượng

+ Xây dựng mô hình quản lý sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong doanh nghiệp

* Đối với ngành giao thông vận tải:

+ Sử dụng có hiệu quả mạng lưới đường bộ, đường sắt, đường thủy, đường hàng không; khai thác tối đa năng lực của phương tiện, thiết bị; giảm thiểu lượng nhiên liệu tiêu thụ; hạn chế lượng phát thải vào môi trường

+ Tăng cường vận tải hành khách và hàng hóa bằng đường sắt thay cho đường bộ

+ Nghiên cứu phát triển hệ thống tàu điện ngầm tại Tp Hà Nội và Tp

+ Đầu tư để phát triển hệ thống phân phối và phương tiện sử dụng khí hóa lỏng

* Đối với ngành chiếu sáng:

+ Thực hiện tốt chương trình quốc gia chiếu sáng tiết kiệm và hiệu quả + Xây dựng hệ thống mới; cải tạo hệ thống chiếu sáng cũ; gia tăng chất lượng chiếu sáng; đồng thời tìm cách giảm nhu cầu năng lượng cho chiếu sáng

+ Thực hiện các hoạt động chuyển giao kỹ thuật sẽ hỗ trợ ngành chiếu sáng Việt Nam để đáp ứng những thị trường mới

+ Nâng cao chất lượng thiết kế và lắp đặt các thiết bị chiếu sáng

Hơn 10 năm qua, cường độ năng lượng của Việt Nam không ngừng tăng lên, trong khi cường độ năng lượng của các nước phát triển giảm xuống Do đó, cần phải sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm và hiệu quả Giảm tiêu thụ năng lượng thông qua chính sách sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả sẽ giảm gánh nặng về nhập khẩu năng lượng, giảm sức ép vốn đầu tư và tiết kiệm được ngoại tệ

c Tổng quan các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả [7]

[6]-* Tăng cường quản lý của nhà nước về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, tổ chức hệ thống quản lý về tiết kiệm năng lượng

+ Hoàn thiện khung pháp lý về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong sản xuất công nghiệp, trong quản lý các công trình xây dựng, trong sinh hoạt đời sống và đối với các trang thiết bị sử dụng năng lượng

+ Thành lập Ban chỉ đạo thực hiện Chương trình mục tiêu quốc gia về

sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

+ Soạn thảo, trình quốc hội thông qua luật về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

* Tăng cường giáo dục, tuyên truyền phổ biến thông tin, vận động cộng đồng, nâng cao nhân thức, thúc đẩy sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, bảo vệ môi trường

+ Tuyên truyền, truyền thông, nâng cao nhận thức về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong nhân dân

+ Đưa các nội dung về giáo dục sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả vào hệ thống giáo dục quốc gia

+ Triển khai thí điểm cuộc vận động xây dựng mô hình "Sử dụng tiết kiệm điện trong gia đình"

* Phát triển, phổ biến các tiểu chuẩn và trang thiết bị hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng, từng bước loại bỏ các trang thiết bị hiệu suất thấp

+ Phát triển các tiểu chuẩn và tem chứng nhận sản phẩm tiết kiệm năng lượng cho một số sản phẩm tiết kiệm năng lượng

+ Hỗ trợ kỹ thuật đối với các nhà sản xuất trong nước tuân theo các tiêu chuẩn hiệu suất năng lượng

* Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong các doanh nghiệp sản xuất công nghiệp

+ Xây dựng mô hình quản lý và sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong các doanh nghiệp

+ Hỗ trợ các doanh nghiệp sản xuất công nghiệp thực hiện nâng cấp, cải tiến, hợp lý hóa dây chuyền công nghệ nhằm sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

* Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong các tòa nhà

+ Nâng cao năng lực và triển khai hoạt động sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong thiết kế xây dựng và quản lý các tòa nhà

+ Xây dựng mô hình và dựa vào hoạt động có nề nếp công tác quản lý

sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong các tòa nhà

* Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong hoạt động giao thông vận tải

+ Khai thác tối ưu năng lực của phương tiện, thiết bị giao thông, giảm thiểu nhiên liệu tiêu thụ, hạn chế lượng phát thải vào môi trường

2.2.2.4 Năng lượng trong các ngành công nghiệp điển hình [5]

a Công nghệ sản xuất xi măng

Xi măng là một sản phẩm đòi hỏi tiêu phí nhiều năng lượng Trong một nhà máy sản xuất xi măng, năng lượng thường chiếm khoảng 20-25% tổng giá thành sản xuất Có 4 công nghệ cơ bản sản xuất xi măng:

+ Công nghệ ướt: Nguyên liệu thô hòa trộn với 30-40 % nước và được nung trong lò Công nghệ ướt tiêu tốn nhiều năng lượng hơn các công nghệ khác

+ Công nghệ bán ướt: Nguyên liệu thô được chuẩn bị theo công nghệ ướt sau đó được sấy và cấp vào lò dưới dạng hạt nhỏ thành một khối khô

+ Công nghệ bán khô: Nguyên liệu được nghiền theo quy trình khô và thêm khoảng 12-12 % nước

+ Công nghệ khô là công nghệ của các lò nung hiện đại trong đó nguyên liệu cấp dưới dạng bột khô

Quá trình sản xuất xi măng sử dụng hai dạng năng lượng sơ cấp: nhiệt năng dùng nhiên liệu than hoặc khí đốt và năng lượng cơ được truyền động bằng điện Nhiệt năng chiếm khoảng 87% tổng năng lượng Hai cụm tiêu thụ năng lượng nhiều nhất trong quá trình sản xuất xi măng là quá trình sản xuất clinker và quá trình nghiền

* Các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong sản xuất xi măng:

Giải pháp dài hạn và trung hạn: chuyển từ công nghệ cũ sang công nghệ mới hoặc công nghệ có hiệu suất cao, tái sử dụng nguyên liệu và nhiệt thải Hệ thống lọc bụi tốt giảm tổn thất nguyên liệu.Mỗi phần trăm nguyên liệu tổn thất

sẽ tiêu thụ năng lượng thêm 42 MJ/ tấn clinker

- Giải pháp ngắn hạn:

+ Kiểm soát không khí cháy (giảm 10% hệ số không khí thừa có thể tiết kiệm được 35-85 MJ/tấn clinker)

+ Tăng cường cách nhiệt của lò nung

+ Kiểm soát các thành phần cấu tạo của nguyên liệu thô

+ Bịt kín không cho không khí lọt vào

+ Vận hành đảm bảo lò làm việc liên tục

- Các giải pháp ngắn hạn có thể tiết kiệm 10-15% năng lượng

b Công nghệ giấy

Nguyên liệu đầu vào chủ yếu của ngành giấy là gỗ, tre, nứa, bã mía, rơm…

Các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong ngành công nghệ giấy có thể như sau:

- Giải pháp thu hồi vốn nhanh với mức tiết kiệm khoảng 5% lượng hơi tiêu thụ mà không cần đầu tư hoặc đầu tư ít

+ Điều khiển chính xác thiết bị bốc hơi và nồi nấu

+ Điều khiển chính xác tiêu thụ nước

+ Tái sử dụng nước trắng và quản lý tốt sử dụng nước nóng + Tăng công suất thiết bị bốc hơi

- Giải pháp có thời gian thu hồi vốn ngắn hạn dưới 2 năm có thể giảm tiêu thụ 5-10% hơi liên quan đến tận dụng nhiệt có nhiệt độ cao để tận dụng lò hơi:

+ Thu hồi nhiệt từ nước ngưng của thiết bị bốc hơi, nhiệt thải của thiết bị tẩy trắng, nước xả đáy lò hơi, khói lò hơi

- Giải pháp tiết kiệm năng lượng có thời gian thu hồi vốn trung bình từ 2-4 năm cho phép giảm tiêu thụ 10-15% hơi đi kèm với việc thiết kế lại hệ thống trao đổi nhiệt:

+ Tận dụng nhiệt của quá trình công nghệ, của nồi nấu, của lò hơi

+ Thiết kế lại phần trao đổi nhiệt thiết bị bốc hơi

- Giải pháp tiết kiệm năng lượng có thời gian thu hồi vốn từ 4-6 năm cho phép tiết kiệm 25 % năng lượng:

+ Đầu tư hệ thống đồng phát nhiệt điện

+ Tăng cường hiệu quả của thiết bị bốc hơi

+ Thu hồi nhiệt khí thải

+ Tận dụng nhiệt của nồi tinh chế

c Công nghệ sản xuất thép

Ngành công nghiệp sắt thép tiêu tốn rất nhiều năng lượng, chiếm khoảng 20-45% tổng yêu cầu năng lượng công nghiệp Dựa vào nguyên liệu thô và quá trình chế biến có thể chia các nhà máy luyện thép gồm 4 công đoạn chính:

+ Cốc hóa than

+ Sản xuất gang

+ Chuyển hóa gang thành thép

+ Đúc khuôn và hoàn thiện

Các loại lò thường được sử dụng:

+ Lò thổi và lò đáy mở (blast furnace and open hearth furnace)

+ Lò thổi luyện ôxi cơ bản (blast furnace and basic oxygen furnace) + Lò khử trực tiếp và hồ quang (direct reduction and electric arc furnace)

+ Lò hồ quang điện kim loại vụn (scrap based electric arc furnace) + Lò chuyển Bessemer

Việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là mở rộng việc sử dụng năng lượng phụ và giảm thiểu nhu cầu về các nguồn năng lượng chính Những

yếu tố ảnh hưởng đến tiêu thụ năng lượng trong nhà máy thép liên hợp điển hình:

+ Tập huấn vận hành những trang thiết bị đòi hỏi sử dụng nhiều năng lượng

+ Tắt các động cơ và thiết bị nhiệt khi không sử dụng

Việc đầu tư mức thấp bao gồm:

+ Tăng cường sử dụng thép viên nhỏ trong lò cao Năng lượng tiết kiệm 1,15 GJ/tấn thép

+ Sử dụng than cốc có hàm lượng lưu huỳnh và tro ít hơn

+ Tăng dung tích lò

+ Tăng cường sử dụng cảm ứng nhiệt với những thanh thép Năng lượng tiết kiệm 1,37GJ/tấn thép

+ Cải tạo cách nhiệt của lò và đường hơi

+ Giảm hệ số không khí thừa, sử dụng cảm biến ôxi

Đối với giải pháp trung hạn cần chuyển sang công nghệ mới hiệu quả hơn

Giải pháp dài hạn là sản xuất thép trực tiếp, quặng sắt được biến đổi thành thép bằng một phản ứng đơn giản Quá trình này dễ điều khiển, giảm thời gian chuyển đổi và ít gây ảnh hưởng với môi trường

Chương trình quản lý năng lượng cần thiết lập một trung tâm năng lượng để giám sát điều kiện vận hành của năng lượng tiêu thụ, sản xuất và phân phối, cải thiện vận hành bằng cách sử dụng tối đa sản phẩm phụ, ổn định nguồn cung cấp

d Công nghệ thực phẩm

Công nghiệp thực phẩm bao gồm nhiều lĩnh vực rất đa dạng:

+ Xay sát và bảo quản chế và chế biến lương thực

+ Công nghệ sản xuất đồ hộp

+ Công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm sữa

+ Công nghệ chế biến rượu, bia, đồ uống…

Việc chế biến thực phẩm có nhiều tiềm năng tiết kiệm năng lượng như

sử dụng nhiệt phục vụ cho việc sấy, nấu, cô đặc, làm lạnh, dung hơi nước cho các quá trình Các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong nghành công nghiệp thực phẩm phụ thuộc vào dây chuyền cụ thể Đó là các biện pháp tổng hợp về

hệ thống cơ điện, nhiệt, chiếu sáng Sau đây là một số biện pháp quan trọng:

+ Đối với hệ thống hơi cần đảm bảo áp suất hơi phù hợp

+ Hệ thống truyền dẫn cần đảm bảo bảo ôn tốt

+ Có thu hồi nước ngưng

+ Hiệu suất của lò hơi

e Công nghiệp xây dựng

Theo Bộ Xây dựng tốc độ tăng trưởng của ngành là từ 12-16% mỗi năm

và tiêu thụ khoảng 20-24% tổng năng lượng quốc gia Vấn đề tiết kiệm và sử dụng có hiệu quả nguyên nhiên liệu đầu vào và năng lượng có ý nghĩa quan trọng trong việc giảm giá thành và nâng cao sức cạnh tranh của các doanh

nghiệp

Công tác xây dựng không tuân thủ quy tắc kiến trúc khí hậu sinh hoạt truyền thống, cách nhiệt không tốt, kém thông thoáng, không che chắn trực xạ gây lãng phí năng lượng để đảm bảo tiện nghi tối thiểu Để khắc phục tình trạng này cần thực hiện các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả sau đây:

- Tận dụng các điều kiện tự nhiên hoặc các giải pháp cấu tạo kiến trúc thích hợp nhằm giảm tiêu hao năng lượng cho chiếu sáng, thông gió, làm mát,

- Bố trí các trang thiết bị nhằm đạt được hiểu quả cao theo hướng tiết kiệm năng lượng

2.2.2.5 Năng lượng trong sinh hoạt đời sống

Trong khu vực sinh hoạt tiềm năng tiết kiệm năng lượng còn rất lớn Đặc biệt đối với khu vực hành chính công, cần tăng cường tuyên truyền và có biện pháp khoán gọn tiêu thụ điện trong khu vực hành chính công Giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong sinh hoạt là:

- Sử dụng các trang thiết bị có hiệu suất cao thay thế trang thiết bị có chỉ tiêu năng lượng lạc hậu, nhằm giảm chi phí năng lượng và góp phần thực hiện chính sách tiết kiệm năng lượng của nhà nước

- Áp dụng chính sách giá năng lượng hợp lý trong sinh hoạt nhằm thúc đẩy việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

- Áp dụng các chỉ dẫn của Bộ Xây dựng về sử dụng các vật liệu xây dựng và các trang thiết bị sử dụng nhiều năng lương như: máy điều hòa không khí, các thiết bị cơ khí dùng cho mục đích thông gió, thiết bị chiếu sáng, thiết

bị cùng cấp nước nóng, thang máy lắp đặt trong nhà ở để đạt mục đích sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

- Hạn chế tối đa sử dụng các thiết bị điện công suất lớn vào các giờ cao điểm của biểu đồ phụ tải hệ thống điện

2.3 Kiểm toán năng lượng

Kiểm toán năng lượng là quá trình khảo sát, phân tích và đánh giá thực trạng các hoạt động tiêu thụ năng lượng nhằm xác định mức tiêu thụ năng lượng của đơn vị kinh doanh dịch vụ, các nhà máy sản xuất hay hộ gia đình, đồng thời tìm ra các lĩnh vực sử dụng năng lượng lãng phí, đưa ra các cơ hội bảo tồn năng lượng và biện pháp mang lại tiết kiệm năng lượng

Kiểm toán năng lượng là một trong những chương trình thực hiện sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả của quốc gia nhằm mục đích:

- Đánh giá được tình hình sử dụng năng lượng của đơn vị trong hiện tại

- Từ các phân tích về thực trạng sử dụng năng lượng ta có thể nhận biết được các cơ hội bảo tồn năng lượng và tiềm năng tiết kiệm chi phí trong hệ thống sử dụng năng lượng dựa trên thực trạng sử dụng năng lượng của đơn vị

- Kiểm tra tổng thể đơn vị, đồng thời kiểm tra chi tiết các hệ thống tiêu thụ năng lượng và các bộ phận liên quan để xác định tiềm năng tiết kiệm chi phí năng lượng

- Sau khi phân tích số liệu về khía cạnh tiêu thụ năng lượng của đơn vị,

ta sẽ đánh giá về cả mặt kỷ thuật và mặt kinh tế của các cơ hội bảo tồn năng lượng và tiềm năng tiết kiệm chi phí trong hệ thống sử dụng năng lượng thông qua các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật

- Đưa ra các giải pháp nhằm mang lại tiết kiệm chi phí sử dụng năng lượng

Chương 3

Phân tích các cơ hội sử dụng năng lượng điện hiệu quả cho các máy điện

Có thể nhận thấy rằng máy biến áp, máy điện một chiều, máy điện đồng

bộ và máy điện không là các thiết bị điện được sử dụng phổ biến trong hệ thống điện và hệ thống truyền động điện Các cơ hội sử dụng năng lượng điện hiệu quả cho các loại máy điện trên sẽ được phân tích trong chương này

3.1 Máy biến áp [6]-[7]

3.1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp

3.1.1.1 Cấu tạo

Máy biến áp gồm có hai phần chính: lõi thép và dây quấn như Hình 3.1

Hình 3.1 Máy biến áp một pha

Lõi thép dùng làm mạch dẫn từ, đồng thời làm khung để quấn dây quấn Lõi thép máy biến áp phải có tính dẫn từ tốt, khi bị từ hóa bằng dòng điện xoay chiều trong mạng tinh thể của lõi thép xuất hiện dòng điện xoáy (Dòng điện Fucô) và hiện tượng từ trễ gây tổn hao công suất Để giảm tổn hao công suất lõi thép được làm bằng lá tôn Silic cán nguội (lá thép kỹ thuật điện) có chiều dầy 0,3 - 0,5 mm với hàm lượng Silic từ 3 - 5% Khi ghép lõi thép người ta thực hiện mối ghép xiên để giảm tổn hao

Dây quấn là bộ phận dẫn điện của máy biến áp, làm nhiệm vụ thu năng lượng vào và truyền năng lượng ra Kim loại làm dây quấn thường bằng đồng,

cũng có thể dùng dây quấn bằng nhôm nhưng không phổ biến Dây quấn sơ cấp

là dây quấn nối với nguồn, dây quấn thứ cấp nối với tải

3.1.1.2 Nguyên lý

Khi từ thông biến thiên hình sin msint thì sức điện động cảm ứng trong dây quấn sơ cấp có số vòng dây W1 cũng biến thiên hình sin bằng:

) 2 sin(

) 2 sin(

) sin(

1 1

1 1

w dt

) 2 sin(

) sin(

2 2

2 2

w dt

E1 và E2: Giá trị hiệu dụng của các sức điện động dây quấn 1 và 2

Định nghĩa tỷ số biến áp của máy biến áp như sau:

+ Tổn thất không tải, còn được gọi là tổn thất sắt từ là hàm bậc hai của điện áp vào máy biến áp Tổn thất này tồn tại bất cứ khi nào máy biến áp được nối vào nguồn điện và không phụ thuộc vào phụ tải

p0: Tổn thất sắt từ ở điện áp định mức phía cao áp;

Vdm: Điện áp định mức phía cao áp;

Vtt: Điện áp thực tế phía cao áp

+ Tổn thất có tải, còn được gọi là tổn thất cuộn dây, là hàm bậc hai của dòng điện Tổn thất này chỉ xảy ra khi có tải nối vào máy biến áp và phụ thuộc vào phụ tải

Phu

(kVA)apbienmay cua te thuc tai

3.1.1.4 Hiệu suất của máy biến áp

Hiệu suất của máy biến áp là tỷ số giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào

(kW) that tonCac(kW)

ra dausuat Cong

(kW)

ra dausuat Cong(kW)

vaodausuat

Cong

(kW)

ra dausuat

Công suất đầu ra là công suất thực sự cấp cho phụ tải;

Công suất đầu vào là tổng của công suất đầu ra và các tổn thất máy biến áp

3.1.2 Cơ hội tiết kiệm năng lượng khi thiết kế, chế tạo và vận hành sử dụng máy biến áp

3.1.2.1 Khi thiết kế chế tạo máy biến áp

Chế tạo mạch từ có tiết diện lớn hơn, điều này sẽ làm cho từ cảm B trong mạch từ và tổn hao không tải (tổn hao sắt) sẽ nhỏ hơn so với máy biến áp tiêu chuẩn Do đó, sẽ làm giảm được tổn hao trong máy biến áp

+ Chọn dây quấn của máy biến áp có hiệu suất cao có tiết diện lớn hơn máy biến áp tiêu chuẩn, do đó tổn hao đồng nhỏ hơn tổn hao đồng của máy biến áp tiêu chuẩn

+ Thiết kế máy biến áp có tổn hao không tải nhỏ bằng cách sử dụng tôn silic chất lượng cao, sử dụng công nghệ cắt tôn và xử lí tôn sau gia công Ngày nay, do tiến bộ khoa học kỹ thuật, chất lượng thép silic có tổn hao thấp, đưa tổn hao không tải chỉ còn (0,1  0,4%)Sđm

Trong đó, máy biến áp tiêu chuẩn là máy biến áp được thiết kế với tổng chi phí vật liệu tác dụng và chi phí vận hành nhỏ nhất

Việc thay đổi cấu tạo của máy biến áp tiêu chuẩn thành máy biến áp có hiệu suất cao sẽ làm cho giá thành của máy biến áp hiệu suất cao lớn hơn giá thành máy biến áp tiêu chuẩn, tuy nhiên lợi ích của việc giảm chi phí vận hành

do tổn hao công suất giảm sẽ bù lại

3.1.2.2 Khi vận hành sử dụng máy biến áp

a Không để máy biến áp vận hành không tải hoặc quá non tải

Máy biến áp có hiệu suất cực đại khi tổn hao đồng bằng tổn hao sắt từ Theo thống kê, các máy biến áp luôn làm việc non tải (do có tính đến dự trữ công suất), các nhà thiết kế đã cho sản xuất các máy biến áp có hiệu suất cực đại khi hệ số mang tải β = 0,45 – 0,7

b Nên đặt máy biến áp ở trung tâm phụ tải để giảm tổn thất trên đường dây

Trạm biến áp hạ áp nên đặt gần thiết bị động lực Tổn thất năng lượng

và tổn thất điện áp ở mạng hạ áp lớn hơn mạng cao áp, trạm biến áp hạ áp đặt

trung tâm phụ tải hạ áp sẽ tiết kiệm năng lượng hơn

c Trong lưới truyền tải sử dụng biến áp tự ngẫu

Trong máy biến áp tự ngẫu dây quấn w1,w2 có phần BF chung, tiết kiệm dây quấn đồng thời khi sử dụng tổn hao trên máy biến áp nhỏ hơn

Khối lượng vật liệu tác dụng khi sử dụng máy biến áp tự ngẫu, so với khối lượng vật liệu tác dụng máy biến áp hai dây quấn cùng kích cỡ được tính theo biểu thức:

4 / 3

1

2 1

G

Tương ứng tổn hao trong máy biến áp cũng giảm đi:

4 / 3

1

2 1

d Lựa chọn số MBA làm việc song song

Để đảm bảo an toàn và liên tục cung cấp điện các máy biến áp thường làm việc song song Các điều kiện làm việc song song là:

- Cùng tổ nối dây, nghĩa là cùng số giờ

- Cùng cấp điện áp và tỷ số biến đổi

- Cùng điện áp ngắn mạch vì hệ số tải của máy biến áp làm việc song song tỷ lệ nghịch với điện áp ngắn mạch

Các điều kiện này nhằm đảm bảo không có dòng điện chạy quẩn giữa các máy biến áp gây tổn hao công suất

Dễ dàng nhận thấy rằng, số máy biến áp (k) cho làm việc phụ thuộc vào công suất máy biến áp Sđm, công suất phụ tải S, các tổn hao P0, Pn Quan hệ giữa các đại lượng trên được biểu diễn bằng công thức: