GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG CHO CÔNG TY CỔ PHẦN DỆT MAY QUẢNG PHÚ TỈNH NINH THUẬN. LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Dựa vào một số các giải pháp trong chương trình quản lý nhu cầu, tác giả đã phân tích đánh giá hiệu quả của các giải pháp khi áp dụng cho Công ty cổ phần dệt may Quảng Phú, đưa ra kiến n

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRẦN ANH QUỐC

GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG CHO CÔNG TY CỔ PHẦN DỆT MAY QUẢNG PHÚ TỈNH NINH THUẬN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2017

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRẦN ANH QUỐC

GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG CHO CÔNG TY CỔ PHẦN DỆT MAY QUẢNG PHÚ TỈNH NINH THUẬN

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

Mã số : 60 52 02 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS TRỊNH TRUNG HIẾU

Đà Nẵng - Năm 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố

trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Trần Anh Quốc

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN

GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG CHO CÔNG TY CỔ PHẦN DỆT MAY

QUẢNG PHÚ TỈNH NINH THUẬN

Học viên: Trần Anh Quốc Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60.52.02.02 Khóa: K33NT Trường Đại học Bách Khoa-ĐHĐN

Tóm tắt-Một trong những giải pháp để tiết kiệm điện năng mà nhiều nước trên thế giới và

Việt Nam đang áp dụng đó là chương trình quản lý nhu cầu Tiềm năng của nó với các thành phần phụ tải là rất đa dạng và phong phú, với phụ tải của Công ty cổ phần dệt may Quảng Phú chủ yếu là các động cơ điện không đồng bộ là đối tượng tác động mạnh mẽ và có hiệu quả rất lớn trong chương trình quản lý nhu cầu Dựa vào một số các giải pháp trong chương trình quản lý nhu cầu, tác giả đã phân tích đánh giá hiệu quả của các giải pháp khi áp dụng cho Công ty cổ phần dệt may Quảng Phú, đưa ra kiến nghị nhằm tiết kiệm điện năng, tiết kiệm chi phí vận hành cho Công ty

Từ khóa: tiết kiệm năng lượng, DSM, biến tần

ENERGY SAVING SOLUTIONS FOR QUANG PHU TEXTILE AND

GARMENT JOINT STOCK COMPANY

Abstract - One of the solutions for saving energy that many countries in the world and

Vietnam are applying is the Energy demand management program The potential of this program with additional charge components is varied and plentiful For additional charges of Quang Phu textile and garment joint stock company, they are mainly asynchronous electric motors affected powerfully and effectively in the Energy demand management program Based on a number of solutions in the Energy demand management program, the author analyzed and evaluated the effectiveness of the solutions when it is applied to Quang Phu textile and garment joint stock company and from that, proposed to save energy, save cost for operation of company

Key words: energy saving, DSM, inverter

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN

MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 8

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu: 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 2

4 Phương pháp nghiên cứu: 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: 2

6 Tên luận văn: 2

7 Cấu trúc của luận văn 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHƯƠNG TRÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ 3

1.1 Tổng quan về hệ thống quản lý năng lượng ở Việt Nam 3

1.1.1 Thực trạng sử dụng năng lượng hiện nay 3

1.1.2 Tiềm năng năng lượng Việt Nam 3

1.1.3 Thực trạng quản lý năng lượng ở Việt Nam 4

1.2 Vai trò của quản lý nhu cầu DSM 5

1.2.1 Khái niệm về DSM 5

1.2.2 Nâng cao hiệu suất sử dụng điện của hộ tiêu thụ 6

1.2.3 Điều khiển nhu cầu điện năng phù hợp với khả năng cung cấp điện một cách kinh tế nhất 9

1.3 Kết luận 12

CHƯƠNG 2 CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG 13

2.1 Mở đầu 13

2.2 Hệ thống động cơ 13

2.2.1 Giải pháp điều chỉnh hệ số công suất (HSCS) 13

2.2.2 Bù công suất phản kháng 18

2.2.3 Xác định dung lượng bù 19

2.2.4 Giảm non tải và quá tải cho các động cơ 20

2.2.5 Thay thế động cơ có hiệu suất cao HEMs (High Efficiency Motors) 22

2.3 Giải pháp dùng biến tần 24

2.3.1 Nguyên lý làm việc của biến tần 24

2.3.2 Ứng dụng của biến tần 26

2.3.3 Đặc điểm chính của biến tần 26

2.3.4 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ khi thay đổi tần số 27

2.3.5 Sự thay đổi công suất khi thay đổi tốc độ động cơ 29

2.4 Hệ thống chiếu sáng 34

2.4.1 Khái niệm và một số định nghĩa 34

2.4.2 Giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả 34

2.5 Kết luận 35

CHƯƠNG 3 HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG VÀ ĐỀ XUẤT

CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG TẠI CÔNG TY CỔ PHẦN

DỆT MAY QUẢNG PHÚ 36

3.1 Mở đầu 36

3.2 Các Quy trình công nghệ chính 36

3.2.1 Quy trình công nghệ dệt 36

3.2.2 Quy trình công nghệ nhuộm: 37

3.2.3 Hệ thống khí nén 39

3.2.4 Quy trình dây chuyền xử lý nước thải: 40

3.2.5 Hệ thống chiếu sáng nhà máy 41

3.3 Đánh giá tình hình sử dựng điện năng tại Công ty 42

3.4 Tính toán và đề xuất giải pháp tiết kiệm điện năng của hệ thống chiếu sáng 43

3.4.1 Các công thức tính toán tiêu thu điện năng 43

3.4.2 Hiện trạng hệ thống chiếu sáng 44

3.4.3 Đề xuất giải pháp tiết kiệm điện năng 46

3.5 Tính toán và đề xuất giải pháp tiết kiệm điện năng cho nhà máy nhuộm 49

3.5.1 Các công thức tính toán tiêu thu điện năng 49

3.5.2 Hiện trạng thiết bị động cơ tại nhà máy nhuộm 50

3.5.3 Đề xuất giải pháp 55

3.6 Tính toán và đề xuất giải pháp tiết kiệm điện năng cho nhà máy dệt 63

3.6.1 Hiện trạng nhà máy dệt 63

3.6.2 Đề xuất giải pháp tiết kiệm điện năng 64

3.7 Tính toán và đề xuất cho trạm xử lý nước thải 65

3.7.1 Hiện trạng tại trạm xử lý nước thải 65

3.7.2 Đề xuất biện pháp 66

3.8 Tổng hợp các giải pháp tiết kiệm điện năng: 68

3.9 Kết luận 70

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (BẢN SAO)

BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN (BẢN SAO)

TKNL : Tiết kiệm năng lượng

VNĐ : Đồng Việt Nam

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số

2.2 Công suất điện cung cấp vào động cơ với yêu cầu phụ tải biến

3.6 Bảng tổng hợp hiệu quả đầu tư khi lắp đặt biến tần cho động cơ

3.10 Bảng tổng hợp hiệu quả đầu tư khi lắp đặt biến tần cho động cơ

3.12 Tổng hợp tính toán lắp đặt bộ biến tần cho bơm bể điều hòa 68

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số

2.1 Biểu đồ quan hệ giữa hiệu suất và mức tải của động cơ 21

2.3 Sơ đồ so sánh hiêu suất Động cơ hiệu suất cao HEMs và Động cơ

2.4 Điện năng cấp cho động cơ khi chưa có Biến tần và khi có Biến tần

2.9 Giản đồ thay đổi công suất khi thay đổi lưu lượng 32 2.1 Sử dụng biến tần để để điều khiển động cơ quạt 33

3.13 Biểu đồ phụ tải động cơ máy nén khí trục vít máy dệt 63

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng luôn đóng một vai trò then chốt và ảnh hưởng đến mọi lĩnh vực của cuộc sống Các nguồn nhiên liệu hóa thạch như dầu thô, than đá, khí tự nhiên cũng đang cạn dần, trong khi đó tình trạng lãng phí năng lượng trong sản xuất công nghiệp, xây dựng dân dụng, giao thông vận tải… của nước ta hiện nay là rất lớn, hiệu suất sử dụng nguồn năng lượng còn rất thấp so với các nước phát triển và việc sử dụng năng lượng tái tạo chưa được phát triển mạnh mẽ Do vậy việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

là ưu tiên quan trọng trong chính sách năng lượng quốc gia

Một trong những giải pháp để tiết kiệm năng lương nói chung và năng lượng điện nói riêng mà nhiều nước trên thế giới và Việt Nam đang áp dụng đó là chương trình quản

lý nhu cầu (Demand Side Managent gọi tắt là DSM) Tiềm năng của DSM với các thành phần phụ tải là rất đa dạng và phong phú, với phụ tải công nghiệp chủ yếu là các động cơ điện không đồng bộ là đối tượng tác động mạnh mẽ và có hiệu quả rất lớn trong chương trình quản lý nhu cầu Động cơ không đồng bộ có cấu tạo đơn giản, dải công suất rộng, dễ

sử dụng, bảo dưỡng sữa chữa nên được dùng nhiều trong thực tế Tuy nhiên việc lựa chọn

và sử dụng động cơ không đồng bộ sao cho hiệu quả tránh lãng phi không phải là điều đơn giản Do đó việc sử dụng hiệu quả động cơ không đồng bộ sẽ góp phần tiết kiệm điện cho nhà máy, xí nghiệp

Công ty Cổ phần Dệt May Quảng Phú là một doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực sản xuất các mặt hàng nhuộm, dệt và may mặc,… Phụ tải điện chủ yếu của nhà máy chủ yếu là động cơ không đồng bộ 3 pha dùng để bơm cấp hơi cho các hoạt động của nhà máy

và hệ thống đèn chiếu sáng Các động cơ điện không có hệ thống điều khiển điều chỉnh tốc độ hầu hết đều hoạt động ở chế độ định mức Mỗi năm chi phí tiền điện khoảng 10 tỷ đồng/năm chiếm khoảng 10% so với tổng doanh thu (doanh thu năm 2016: xấp xỉ 105 tỷ đồng) Việc sử dụng điện chưa thực sự hiệu quả tại một số khâu xử lý, động cơ lắp đặt chưa phù hợp với nhu cầu tải thực tế và hệ thống chiếu sáng của nhà máy Chính vì lẽ đó

tôi thực hiện đề tài: “Giải pháp tiết kiệm điện năng cho Công ty Cổ phần Dệt May

Quảng Phú tỉnh Ninh Thuận"

2 Mục tiêu nghiên cứu:

Nghiên cứu các giải pháp quản lý điện năng, giải pháp sử dụng điện năng tính toán

đề ra giải pháp tiết kiệm điện nhằm mang lại hiệu quả giảm thiểu chi phí sản xuất, nâng cao lợi nhuận cho công ty

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu: Khảo sát nghiên cứu đưa ra các giải pháp kỹ thuật và quản lý năng lượng nhằm sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả cho Công ty Cổ phần Dệt may Quảng Phú

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

Khảo sát thực trạng sử dụng điên năng và nghiên cứu các giải pháp sử dụng điện năng tiết kiệm hiệu quả

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, chuyên đề khoa học về tiết kiệm năng lượng, giáo trình

Nghiên cứu thực nghiệm: Áp dụng các lý thuyết đã nghiên cứu để tính toán cho Công ty Cổ phần Dệt May Quảng Phú

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 thông minh vào quy trình sản xuất, tự động hóa cho nhà máy Trên cơ sở đó có thể áp dụng cho các dây chuyền khác của trong và ngoài công ty

Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả đối với các phụ tải điện, qua đó tiết kiệm được điện năng, giảm chi phí sản xuất của trạm xử lý, góp phần cải tạo môi trường

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 tiết kiệm điện năng cho Công ty Cổ phần Dệt

May Quảng Phú tỉnh Ninh Thuận”

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 và hiệu quả Chương 2: Các giải pháp tiết kiệm điện năng

Chương 3: Hiện trạng sử dụng điện năng và đề xuất các giải pháp tiết kiệm điện năng tại Công ty cổ phần dệt may Quảng Phú

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 ở Việt Nam

1.1.1 Thực trạng sử dụng năng lượng hiện nay

Theo đánh giá của các chuyên gia trong ngành Việt Nam hiện nay đang sử dụng nguồn điện với hiệu quả thấp, sản xuất chi phí cao Ở nước ta, chính phủ đã có chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng điện và hiệu quả, với mục tiêu đến năm 2020, tiết kiệm từ 8-10% tổng điện năng tiêu thụ, giảm hệ số đàn hồi điện/GDP xuống bằng 1%

Vì vậy, vấn đề cấp thiết đặt ra hiện nay là chúng ta phải sử dụng nguồn năng lượng một cách hiệu quả và tiết kiệm vì những lợi ích của chính chúng ta trong hiện tại và trong tương lai Các chương trình tiết kiệm năng lượng ở Việt Nam chưa được triển khai rộng rãi, kết quả mang lại chưa nhiều, các doanh nghiệp chỉ thực hiện tiết kiệm năng lượng khi cảm thấy nó mang lại hiệu quả kinh tế cho công ty chứ không phải vì cảm thấy nó là điều bức thiết và thực hiện tiết kiệm không phải vì lợi ích của toàn xã hội Một phần cũng do các quy định pháp luật chỉ bàn đến người sử dụng năng lượng thông thường mà chưa có các chế tài cũng như biện pháp khuyến khích các doanh nghiệp tham gia công cuộc tiết kiệm năng lượng chung của cả nước

Do đó, yêu cầu cấp thiết lúc này là ngoài việc nghiên cứu các chương trình và đưa ra các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các lĩnh vực thì đòi hỏi Chính phủ phải nhanh chóng có hướng dẫn thi hành luật về sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả với các điều khoản quy định rõ ràng, các biện pháp chế tài nghiêm khắc cũng như các biện pháp hỗ trợ

và khuyến khích để đẩy nhanh chương trình triển khai sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả

1.1.2 Tiềm năng năng lượng Việt Nam

Trong những năm vừa qua, cùng với tốc độ tăng trưởng GDP trung bình hàng năm đạt khoảng 7,5%, nhu cầu năng lượng tiếp tục tăng với tốc độ tương ứng là 10,5% và 15% Theo dự báo của các chuyên gia kinh tế và năng lượng, tốc độ tăng GDP, nhu cầu năng lượng sẽ tiếp tục duy trì ở mức độ cao (17%)

Nguồn năng lượng chính hiện nay của nước ta chủ yếu là thủy điện, nhiệt điện than

và nhiệt điện khí Các nguồn năng lượng mới và tái tạo như: Năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng thủy triều có giá thành sản xuất điện cao, tính phân tán và không ổn định, chỉ có thể tạo ra những nguồn năng lượng nhỏ, chưa thể chiếm tỷ lệ đáng kể trong cân bằng năng lượng Nguồn tài nguyên của nước ta đa dạng nhưng không phải dồi dào

Do đó việc khai thác và sử dụng có hiệu quả, bảo vệ nguồn tài nguyên năng lượng, gìn

giữ cho các thế hệ mai sau là một trong những phương hướng quan trọng của chính sách năng lượng trong thời gian tới

Ở Việt Nam nguồn năng lượng hóa thạch còn lại và được phân bố trên một số vùng tiêu biểu như sau:

- Than: Còn khoảng 3,5 tỷ tấn Antraxit tập trung 95% ở Quảng Ninh Trong đó: 17 triệu tấn than mỡ, 1 tỷ tấn than bùn, ở độ sâu 150-2.300 mét than nâu có khoảng 37 tỷ tấn,

ở độ sâu ≤ 500 mét than nâu có khoảng 3÷5 tỷ tấn Than nâu nằm ở đồng bằng sông hồng

nhưng khó khai thác do khu vực này hàng năm đất luôn được phù sa bồi đắp

- Dầu mỏ và khí: Có khoảng 4,5 tỷ tấn dầu khí đã quy đổi, trong đó tiềm năng đã

xác minh chắc chắn chỉ có 1 tỷ tấn: 60% là khí, 40% là dầu

- Thủy điện: Nếu không xét phụ thuộc vào các yếu tố khác tiềm năng có khoảng 308

tỷ kWh

Các chương trình tiết kiệm năng lượng ở Việt Nam chưa được triển khai rộng rãi, kết quả mang lại chưa nhiều, các doanh nghiệp chỉ thực hiện tiết kiệm năng lượng khi cảm thấy nó mang lại hiệu quả kinh tế cho công ty chứ không phải vì cảm thấy nó là điều bức thiết và thực hiện tiết kiệm không phải vì lợi ích của toàn xã hội Một phần cũng do các quy định pháp luật chỉ bàn đến người sử dụng năng lượng thông thường mà chưa có các chế tài cũng như biện pháp khuyến khích các doanh nghiệp tham gia công cuộc tiết kiệm năng lượng chung của cả nước

Do đó, yêu cầu cấp thiết lúc này là ngoài việc nghiên cứu các chương trình và đưa ra các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các lĩnh vực thì đòi hỏi Chính phủ phải nhanh chóng có hướng dẫn thi hành luật về sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả với các điều khoản qui định rõ ràng, các biện pháp chế tài nghiêm khắc cũng như các biện pháp hỗ trợ

và khuyến khích để đẩy nhanh chương trình triển khai sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả

1.1.3 Thực trạng quản lý năng lượng ở Việt Nam

Để đánh giá thực trạng công tác quản lý năng lượng trong các doanh nghiệp Việt Nam, ở đây chúng ta sử dụng Ma trận Quản lý Năng lượng (Energy Management Matrix - EMM) một công cụ được sử dụng phổ biến để đánh giá trình độ quản lý năng lượng của các doanh nghiệp và giúp cho nhà quản lý năng lượng hiểu được tình trạng hiện thời của đơn vị mình

Theo mô hình EMM, trình độ quản lý năng lượng của một doanh nghiệp được đánh giá theo 6 nội dung (hay còn gọi là 6 chỉ số thành công) được chấm điểm từ thấp nhất là 0 điểm đến cao nhất là 4 điểm, như sau:

Chính sách năng lượng: Việc quản lý năng lượng một cách hiệu quả chỉ có thể được thực hiện khi công ty có một chính sách năng lượng hợp lý và rõ ràng

Công tác tổ chức: Cần phải có phân công rõ ràng các nhiệm vụ quản lý năng lượng

và tích hợp - lồng ghép công tác này với các chức năng quản lý khác tại Công ty

Mục đích - động cơ tạo động lực: Được thể hiện thông qua các kênh thông tin được

sử dụng để thông báo với cán bộ - nhân viên của toàn công ty về vấn đề năng lượng

Hệ thống thông tin: được thể hiện thông qua việc giám sát và lưu trữ các báo cáo, hiển thị đặc tính năng lượng tại công ty

Truyền thông/nhận thức: Được thể hiện thông qua việc quảng bá, nhân rộng ý thức

về quản lý năng lượng, các bài học thành công về quản lý năng lượng hiệu quả trong nội

bộ công ty và giữa công ty với bên ngoài

Đầu tư: được thể hiện thông qua chính sách và khả năng huy động nguồn vốn đầu tư cho các dự án tiết kiệm hiệu quả năng lượng (TKHQNL) tại công ty

Ngày nay hầu hết các doanh nghiệp đều đã có sự quan tâm đến vấn đề quản lý năng lượng Ngoài ra trong các doanh nghiệp cũng đã xây dựng được các chính sách trong việc quản lý sử dụng năng lượng Tuy nhiên cơ cấu tổ chức về quản lý năng lượng, cũng như mức độ đầu tư cho các dự án năng lượng hiện nay tại doanh nghiệp còn nhiều hạn chế Nguyên nhân chủ yếu của thực trạng này có lẽ là do Việt Nam chưa có được mô hình quản lý năng lượng trong doanh nghiệp, chưa xây dựng được hệ thống quản lý năng lượng nên việc xây dựng bộ phận quản lý năng lượng trong doanh nghiệp còn gặp nhiều khó khăn, các đơn vị tư vấn hỗ trợ tiết kiệm năng lượng hạn chế nên chưa giúp các doanh nghiệp tìm ra được các cơ hội để đầu tư tiết kiệm năng lượng

1.2 Vai trò của quản lý nhu cầu DSM

1.2.1 Khái niệm về DSM

Chương trình quản lý nhu cầu gọi tắt là DSM

DSM là một hợp tác giải pháp Kỹ thuật - Công nghệ - Kinh tế - Xã hội nhằm sử dụng điện năng một cách hiệu quả và tiết kiệm DSM nằm trong chương trình tổng thể quản lý nguồn cung cấp (SSM- Supply Side Management) [1]

Trong những năm trước đây, để thõa mãn nhu cầu sử dụng ngày càng tăng của phụ tải người ta quan tâm đến đầu tư khai thác và xây dựng các nhà máy điện mới Giờ đây,

do sự phát triển quá nhanh của nhu cầu dùng điện, lượng vốn đầu tư cho ngành điện trở thành gánh nặng cho các quốc gia Lượng than, dầu, khí đốt dùng trong các nhà máy nhiệt điện ngày một lớn kèm theo sự ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng và những nhà máy năng lượng tái tạo như năng lượng gió, mặt trời chưa phát triển mạnh dẫn đến DSM được xem như một nguồn cung cấp điện rẻ và sạch nhất, bởi vì DSM giúp chúng ta

giảm nhẹ vốn đầu tư xây dựng các nhà máy điện mới, tiết kiệm tài nguyên, giảm bớt sự ô nhiễm môi trường Không chỉ vậy nhờ DSM người tiêu dùng có thể được cung cấp điện năng với giá rẻ và chất lượng cao hơn Chương trình DSM ở Việt nam gồm các hoạt động gián tiếp hay trực tiếp của các khách hàng sử dụng điện (phía cầu) với sự khuyến khích bởi Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) (phía cung cấp) với mục tiêu giảm công suất phụ tải cực đại và điện năng tiêu thụ của hệ thống Những hoạt động này sẽ giảm chi phí đầu

tư xây dựng nguồn, lưới truyền tải và phân phối trong quy hoạch và phát triển hệ thống điện trong tương lai Nhờ đó, DSM mang lại lợi ích về mặt kinh tế cũng như môi trường cho quốc gia, ngành điện và cho khách hàng

DSM được xây dựng dựa vào hai chiến lược chủ yếu là:

Nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của các hộ dùng điện để giảm điện năng tiêu thụ

Điều khiển nhu cầu dùng điện cho phù hợp với khả năng cung cấp một cách kinh tế nhất [2]

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

Thực chất của chiến lược này là đáp ứng một cách đầy đủ các nhu cầu của hộ tiêu thụ trên cơ sở hợp lý nhất Các nội dung chủ yếu của chiến lược này là sử dụng các thiết

bị điện có hiệu suất cao và giảm thiểu sự lãng phí điện năng một cách vô ích Chiến lược này làm giảm điện năng tiêu thụ, nhờ đó có thể làm giảm vốn đầu tư phát triển nguồn và lưới điện đồng thời khách hàng sẽ phải trả ít tiền hơn Ngành điện có điều kiện nâng cấp thiết bị, chủ động trong việc đáp ứng nhu cầu của phụ tải điện, giảm thiểu tổn thất và nâng cao chất lượng điện năng

1.2.2.1 Sử dụng thiết bị điện có hiệu suất cao

Nội dung chủ yếu của giải pháp này là bỏ vốn thay thế các thiết bị, dây chuyền công nghệ có hiệu năng thấp bằng thiết bị mới có hiệu năng cao hơn Khi đó giá thành thiết bị tuy lớn song do hiệu quả mang lại cao nên thời gian hoàn vốn nhờ tiết kiệm điện năng khá ngắn Ngày nay, nhờ sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, người ta chế tạo được những thiết bị dùng điện có hiệu suất cao, tuổi thọ cao mà giá thành tăng không đáng kể Cho đến thời điểm này, viêc sử dụng các thiết bị tiêu thụ điện hiệu suất cao có thể tiết kiệm được 5-10% điện năng tiêu thụ so với trước đây Nền kinh tế ngày càng phát triển, đời sống nhân dân được nâng cao, tốc độ gia tăng các thiết bị dùng điện càng lớn, vì vậy việc lựa chọn thiết bị hiệu suất cao sẽ tiết kiệm được một lượng điện năng đáng kể Để thực hiện giải pháp sử dụng các thiết bị có hiệu suất cao cần chú ý một số điểm sau:

- Luôn cập nhật công nghệ chế tạo thiết bị điện

- Thực hiện chế độ kiểm tra dán nhãn cho các thiết bị điện có chất lượng và hiệu quả sử dụng điện năng cao

- Tuyên truyền, hướng dẫn để giúp những người sử dụng điện biết cách lựa chọn

và sử dụng các thiết bị có hiệu suất cao

- Trợ giúp khách hành chấp nhận việc sử dụng và thay thế các thiết bị đã cũ bằng các thiết bị điện mới có hiệu năng cao hơn về kỹ thuật và vốn

- Đưa ra các chỉ tiêu nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của từng loại thiết bị điện cần phấn đấu đạt trong các kế hoạch thực hiện DSM cho các nhà sản xuất

1.2.2.2 Giảm thiểu sự tiêu phí năng lượng một cách vô ích

Hiện nay do ý thức tiết kiệm năng lượng chưa thật sự đi sâu vào ý thức từng thành viên trong cộng đồng, mặt khác do hệ thống thông tin, tuyên truyền, giáo dục, đào tạo còn thiếu hoặc việc làm chưa thật sự hiệu quả nên không phải ai cũng đều hiểu những kiến thức cần thiết về các biện pháp tiết kiệm năng lượng thông thường

Do vậy việc sử dụng năng lượng nói chung và điện năng nói riêng kể cả ở các nước phát triển cũng còn lãng phí và không hiệu quả Mặc dù lượng điện năng tiết kiệm của từng thành viên là không lớn, tuy nhiên lượng điện năng tiết kiệm được của cả một cộng đồng là không nhỏ, hơn nữa vốn đầu tư để thực hiện giải pháp này là không nhiều nên hiệu quả kinh tế của giải pháp này thường rất cao không chỉ với ngành điện, với quốc gia

mà ảnh hưởng trực tiếp đến từng cá thể, từng gia đình, từng doanh nghiệp thể hiện qua số tiền chi trả tiền điện hàng tháng Các biện pháp cụ thể tiết kiệm điện năng thuộc giải pháp này chia làm 3 khu vực (hình 1.1)

a) Khu vực nhà ở

TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG

Khu vực nhà ở Khu vực nơi công cộng Khu vực sản xuất

Hình 1.1 Các khu vực tiết kiệm điện năng

Trong các khu vực nhà ở, điện năng sử dụng chủ yếu cho các thiết bị chiếu sáng và các thiết bị phụ trợ phục vụ sinh hoạt Ngoài biện pháp lựa chọn các thiết bị có hiệu suất cao, phù hợp với yêu cầu sử dụng, việc hạn chế thời gian làm việc vô ích của các thiết bị rất có ý nghĩa đến tổng điện năng tiết kiệm được Để thực hiện được mục tiêu này có thể

sử dụng các thiết bị phụ trợ như: Tự động cắt điện khi ra khỏi nhà (phòng), tự động điều chỉnh độ sáng của đèn, tự động cắt các bình đun nước nóng ra khỏi lưới khi không sử dụng trong một thời gian hạn định nào Tận dụng ánh sáng tự nhiên nhằm giảm thời gian làm việc của các đèn chiếu sáng Hạn chế số lần đóng mở cửa tủ lạnh, cửa phòng có điều hòa không khí, tủ đá, số lần làm việc của máy giặt bếp điên, máy lạnh luôn chọn ở chế độ tiết kiệm điện…

b) Khu vực nơi công cộng

Trong các khu vực công cộng cần quan tâm đến khâu thiết kế công trình để hạn chế tiêu tốn năng lượng cho hệ thống chiếu sáng, làm mát, sưởi ấm có thể cho những kết quả đáng kể Những quy định chung cụ thể, rõ ràng về việc sử dụng các thiết bị điện, hỗ trợ cho công tác an toàn và tiết kiệm điện, việc trang bị thêm các thiết bị đóng cắt tự động, các cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt độ để tự động khống chế là cần thiết Ngoài ra cần lưu tâm đến việc tận dụng những nguồn nhiệt thừa vào mục đích gia nhiệt

c) Khu vực sản xuất

Các biện pháp làm giảm sự lãng phí năng lượng trong khu vực này khá đa dạng và thường cho hiệu suất cao, cần chú ý các điểm sau:

- Thiết kế và xây dựng nhà xưởng hợp lý

- Tối ưu hóa các quy trình sản xuất

- Bù hệ số công suất cosφ

- Dùng biến tần để điều chỉnh tốc độ động cơ theo yêu cầu của tải

- Thiết kế vận hành kinh tế cho các trạm biến áp

- Giảm mức non tải của động cơ

- Nâng cao chất lượng điện

- Duy trì thiết kế ban đầu với động cơ quấn lại

- Hệ thống chiếu sáng: sử dụng cảm biến ánh sáng để đóng ngắt hệ thống chiếu sáng Dùng chao đèn có hiệu suất cao, cải thiện thông số phòng, tận dụng ánh sáng tự nhiên, thường xuyên bảo dưỡng hệ thống chiếu sáng

- Với các động cơ điện: Áp dụng các giải pháp sử dụng hiệu quả đối với động cơ

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

Các giải pháp chủ yếu của chiến lược này bao gồm: Điều khiển trực tiếp dòng điện, sử dụng các nguồn năng lượng mới

1.2.3.1 Điều khiển trực tiếp dòng điện

Mục tiêu chính là thay đổi đồ thị phụ tải, điều hòa nhu cầu tối đa và tối thiểu hằng ngày của các khu vực tiêu thụ điện năng để sử dụng có hiệu quả nhất các nguồn năng lượng điện để giảm bớt sự thiếu hụt điện năng vào các mùa khô và nhu cầu xây dựng thêm các nhà máy điện, cụ thể như sau:

a) Cắt giảm đỉnh: là giảm phụ tải của hệ thống trong thời gian cao điểm của hệ thống điện nhằm làm giảm nhu cầu gia tăng công suất phát và tổn thất điện năng, điều này làm chậm lại nhu cầu tăng công suất phát của các nhà máy Hiệu quả là giảm điện năng tiêu thụ vào thời gian phụ tải đỉnh Biện pháp thực hiện thông thường nhất là Điện lực trực tiếp phối hợp với khách hàng để điều khiển giảm các thiết bị của khách hàng vào thời gian cao điểm

b) Lấp thấp điểm: là tăng thêm các phụ tải vào thời gian thấp điểm, biện pháp này tốt khi chi trả dần dài hạn nhỏ hơn giá trị điện trung bình Biện pháp này thường áp dụng khi công suất thừa được vận hành bằng nhiên liệu giá thấp Hiệu quả là tăng tiêu thụ điện năng tổng mà không tăng công suất đỉnh

c) Chuyển dịch phụ tải: Chuyển phụ tải từ thời gian cao điểm sang thời gian thấp điểm làm giảm công suất đỉnh nhưng tổng điện năng tiêu thụ không thay đổi Biện pháp thực hiện là chuyển các thiết bị tích năng lượng sang sử dụng vào thời gian khác với thời gian cao điểm, chuyển các thiết bị từ cao điểm sang vận hành ở thời điểm thấp điểm và bình thường

d) Biện pháp bảo tồn: Giảm tiêu thụ điện nhờ việc nâng cao hiệu năng của thiết bị dùng điện và thay đổi dần một số thiết bị điện sử dụng có hiệu suất cao và điện năng tiêu thụ thấp Hiệu quả là giảm công suất đỉnh và giảm tổng điện năng tiêu thụ

e) Nâng cao chất lượng điện: Hiệu suất của động cơ thường bị ảnh hưởng nhiều bởi chất lượng của điện đầu vào Do chất lượng điện áp và tần số đầu vào thực tế so lệch với giá trị định mức Sự dao động về điện áp và tần số quá mức so với giá trị cho phép có tác động đáng kể đến hiệu suất của động cơ

f) Tăng trưởng dòng điện: là biện pháp phát triển khách hàng mới, hiệu quả là tăng cả công suất đỉnh và điện năng tiêu thụ

g) Biểu đồ phụ tải linh hoạt: làm thay đổi độ tin cậy và chất lượng phục vụ, thay

vì tác động vào biểu đồ phụ tải một cách lâu dài thì công ty điện có phương án phối hợp

với khách hàng để cắt một số phụ tải khi cần Hiệu quả là giảm công suất đỉnh và thay đổi một ít tổng điện năng tiêu thụ

Mục tiêu đầu tiên trong mỗi biện pháp nêu trên là tác động vào thời gian hoặc mức nhu cầu của khách hàng để có được biểu đồ phụ tải như mong muốn và giảm thời gian sử dụng của khách hàng vào thời điểm phụ tải đỉnh

1.2.3.2 Sử dụng nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng mới

Nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng mới là giải pháp ứng dụng cho các công nghệ sử dụng năng lượng mới để bổ sung thay thế các dạng năng lượng hóa thạch Giải pháp này sẽ giúp gia tăng công suất và sản lượng điện, giảm ô nhiễm môi trường, góp phần thúc đẩy kinh tế xã hội phát triển Một số nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng mới như:

- Năng lượng gió

Hình 1.2 Năng lượng gió

- Năng lượng mặt trời

Hình 1.3 Năng lượng mặt trời

- Năng lượng sóng biển

Hình 1.4 Nhà máy điện từ sóng biển 1.2.3.3 Giá bán điện thay đổi

Chính sách giá điện được xem là biện pháp tài chính hiệu quả thay cho biện pháp mệnh lệnh hành chính để điều chỉnh phương thức sử dụng điện của hộ tiêu thụ Nhờ vậy, điện năng được sử dụng có hiệu quả, tránh lãng phí đem lại lợi ích kinh tế cho cả nhà sản xuất điện và hộ tiêu thụ điện Nói chung biểu giá điện phải được xét ở góc độ hiệu quả tổng thể của chương trình DSM Một số loại biểu giá được áp dụng phổ biến hiện nay trên thế giới:

- Giá điện theo thời điểm TOU (time of use): đây là loại biểu giá được sử dụng khá phổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới để điều hòa đồ thị phụ tải với khả năng cung cấp điện Giá điện TOU đặc biệt mang lại hiệu quả cao khi chi phí điện năng chiếm tỉ trọng lớn trong giá thành sản xuất sản phẩm (đối với hộ tiêu thụ sử dụng điện cho mục đích sản xuất), thu nhập bình quân đầu người (đối với hộ tiêu thụ điện cho mục đích sinh hoạt) Ở Việt Nam thông qua việc thực hiện bán điện theo 3 giá, giúp hộ dùng điện giảm chi phí tiền điện đến mức thấp nhất và nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống điện Thực hiện chương trình giá điện theo thời gian, EVN đã đẩy mạnh việc lắp đặt công tơ 3 giá cho các hộ tiêu thụ điện từ hộ cá thể đến hộ sản xuất

- Giá cho phép cắt trực tiếp: đây là biểu giá hiệp thương để khuyến khích hộ tiêu thụ cho phép ngành điện được cắt điện trong trường hợp khẩn cấp

- Giá theo công suất, điện năng sử dụng, giá theo cấp điện áp sử dụng

- Giá cho mục tiêu đặt biệt: đây là biểu giá được áp dụng để khuyến khích hộ tiêu thụ thực hiện một mục tiêu nào đó của ngành điện, chẳng hạn như tham gia tích cực chương trình thay thế đèn chiếu sáng tiết kiệm điện, lắp đặt các thiết bị hiệu suất cao giảm tiêu thụ năng lượng

1.3 Kết luận:

Trong chương 1 đã trình bày những khái niệm cơ bản về DSM và hai chiến lược chủ yếu của DSM, đó là điều khiển nhu cầu dùng điện phù hợp với khả năng cung cấp điện một cách kinh tế nhất và nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng để giảm điện năng tiêu thụ

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 còn đem 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 niệm 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 TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG 2.1 Mở đầu

Trên thế giới hiện có rất nhiều giải pháp tiết kiệm điện trong các lĩnh vực sản xuất điện, sử dụng điện (hệ thống chiếu sáng, các xí nghiệp công nghiệp, trong các toà nhà ),

từ việc chế tạo các thiết bị tiêu thụ điện có chức năng tiết kiệm điện trong các lĩnh vực công nghiệp, đồ gia dụng ngày càng đa dạng và hiện đại cho đến các thiết bị quản lý năng lượng nhằm tiết kiệm năng lượng đến mức tối đa Các sản phẩm rất đa dạng và phong phú, của rất nhiều Công ty nổi tiếng của các Châu lục, ở đủ các lĩnh vực kể cả từ khâu nhỏ như pin máy tính, máy ảnh, đèn chiếu sáng, chấn lưu điện tử, điều hoà không khí, computer cho tới các hệ thống điều khiển động cơ tải quạt gió, bơm , từ nâng cao, cải thiện chất lượng nguồn cho tới nâng cao chất lượng thiết bị tiêu thụ điện, quản lý tiêu thụ năng lượng trong các nhà máy, xí nghiệp Để thực hiện đề tài nghiên cứu này, chúng tôi đã tham khảo các tài liệu, các biện pháp, giải pháp ở trong và ngoài nước và từ các giải pháp cơ bản khá hữu hiệu đã được áp dụng, chúng tôi đúc rút ra các giải pháp chung, từ

đó sẽ tiến hành ứng dụng thực tế cho phù hợp với từng cơ quan hay nhà máy cụ thể Vì bất cứ một cơ quan hành chính, một công ty, hộ dùng điện dân dụng hay nhà máy sản xuất đều có những thiết bị tiêu thụ điện năng điển hình như: hệ thống đèn chiếu sáng, điều hoà nhiệt độ, máy tính, các động cơ bơm, quạt Để việc tiết kiệm điện có hiệu quả thì chúng ta phải bắt đầu tiết kiệm từ tất cả các khâu này, từ nhỏ đến lớn, từ ít đến nhiều Mỗi khâu chỉ cần tiết kiệm được 1-2% thì tổng thể lại lượng tiết kiệm được sẽ là không nhỏ Trong chương 1 đã phân tích các giải pháp tiết kiệm điện năng hiệu quả, trong chương này sẽ đi sâu phân tích hai giải pháp chính đó là: giả pháp tiết kiệm điện năng cho

hệ thống chiếu sáng và giả pháp tiết kiệm điện năng cho động cơ không đồng bộ bằng phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần (BT)

2.2 Hệ thống động cơ

Phụ tải tiêu thụ điện trong các nhà máy thì phần lớn là các động cơ điện Để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của dây chuyền sản xuất ta cần quan tâm đến các thông số cơ bản của động cơ như hiệu suất, hệ số công suất cosφ, tốc độ động cơ và tốc độ của dây chuyền sản xuất yêu cầu khi có sự thay đổi về tải, từ đó ta đưa ra các giải pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả hợp lý [3]

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

Hệ số công suất cosφ là một chỉ tiêu để đánh giá nhà máy dùng điện có hợp lý và tiết kiệm hay không, việc tiết kiệm điện năng và nâng cao hệ số công suất cosφ là chủ trương lâu dài, gắn liền với việc phát huy hiệu quả trong quá trình sản xuất, phân phối và sử dụng

điện năng Tuy nhiên, trong khi thực hiện các biện pháp tiết kiệm điện năng và nâng cao

hệ số cosφ chúng ta cần lưu ý một số điểm để không làm ảnh hưởng xấu đến điều kiện làm việc bình thường của nhà máy

2.2.1.1 Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số cosφ

Các hộ dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng (CSTD) P và công suất phản kháng (CSPK) Q, những thiết bị tiêu thụ nhiều CSPK là:

- Động cơ không đồng bộ (KĐB) tiêu thụ khoảng (60÷ 65)% tổng CSPK của mạng

- Máy biến áp tiêu thụ khoảng (20÷25)%

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

Công suất tác dụng P là công suất được biến thành cơ năng hoặc nhiệt năng trong các máy dùng điện, đó là công suất hữu ích Còn CSPK Q là công suất từ hóa trong các máy điện xoay chiều, nó không sinh ra công Quá trình trao đổi công suất phản kháng giữa máy phát điện và hộ dùng điện là một quá trình dao động trong mỗi chu kỳ của dòng điện thì CSPK đổi chiều 4 lần, giá trị trung bình của Q trong nữa chu kỳ của dòng điện là bằng không Cho nên việc tạo ra công suất phản kháng không làm tiêu tốn năng lượng của động cơ sơ cấp kéo máy phát điện Mặt khác, công suất phản kháng cấp cho hộ tiêu thụ điện không nhất thiết là phải lấy từ nguồn phát điện (máy phát điện), để tránh truyền tải một lượng lớn công suất phản kháng trên đường dây dẫn điện, người ta đặt gần các hộ tiêu thụ điện các máy phát công suất phản kháng, đó là các tụ điện hoặc các máy bù đồng

bộ Các thiết bị này cung cấp trực tiếp công suất phản kháng cho phụ tải Cách làm như vậy gọi là bù công suất phản kháng Khi bù công suất phản kháng thì góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ nhỏ đi, hệ số cosφ của mạch được nâng cao [3]

Quan hệ giữa P, Q và góc φ:

φ = arctg𝑄𝑃

Khi P không đổi, nhờ có bù công suất phản kháng, lượng Q truyền tải trên đường dây giảm xuống do đó góc φ giảm làm cho cos φ tăng lên Hệ số cos φ được nâng lên sẽ đưa đến những hiệu quả sau:

- Giảm được công suất tổn thất trong mạng điện

Công suất tổn thất trên đường dây được tính như sau:

- Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện

Tổn thất được tính như sau:

- Tăng khả năng truyển tải của đường dây và máy biến áp

Khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp phụ thuộc vào điều kiện phát nóng, tức là phụ thuộc vào dòng điện cho phép của nó dòng điện chạy trên đường dây và trong máy biến áp được tính như sau:

Ngoài việc nâng cao hệ số cosφ còn đưa đến hiệu quả là giảm chi phí kim loại màu, góp phần ổn định điện áp, tăng khả năng phát điện của máy phát điện vv…

Như vậy nâng cao hệ số cosφ, bù công suất phản kháng là vấn đề quan trọng phải được đặc biệt quan tâm khi thiết kế và vận hành một hệ thống cung cấp điện

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

Nhóm nâng cao hệ số công suất cosφ tự nhiên (không dùng thiết bị bù) và nhóm các biện pháp nâng cao hệ số cosφ bằng cách bù công suất phản kháng

a) Nâng cao hệ số cosφ tự nhiên

Nâng cao hệ số cosφ tự nhiên là các biện pháp để các hộ dùng điện giảm bớt lượng công suất phản kháng Q tiêu thụ như:

- Áp dụng các quy trình công nghệ tiên tiến: thay đổi và cải tiến quy trình công nghệ để các thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất

- Sử dụng hợp lý các thiết bị điện: thay thế động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng các động cơ có công suất nhỏ hơn, phù hợp với tải

Khi làm việc động cơ không đồng bộ tiêu thụ lượng công suất phản kháng:

2

Trong đó:

+ Q0 là công suất phản kháng lúc động cơ làm không tải

+ Qdm là công suất phản kháng lúc động cơ làm việc định mức

+ kpt là hệ số phụ tải

Công suất Q0 thường chiếm khoảng 60÷70% công suất phản kháng định mức Qdm

Hệ số công suất của động cơ được tính theo công thức sau:

2

1cos =

có như vậy việc thay thế mới có lợi, ác tính toán cho thấy:

- Nếu kpt < 0,45 thì việc thay thế bao giờ cũng có lợi

- Nếu 0,45< kpt < 0,7 thì phải so sánh kinh tế kỹ thuật mới xác định tính hiệu quả của việc thay thế

Ngoài ra việc thay thế phải đảm bảo nhiệt độ làm việc của động cơ phải nhỏ hơn nhiệt độ cho phép, đảm bảo điều kiện mở máy và vùng làm việc ổn định của động cơ

Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải

Công suất phản kháng mà động cơ không đồng bộ tiêu thụ được tính như sau:

- Đổi nối dây quấn stator từ tam giác sang sao

Khi đổi nối dây quấn stator từ tam giác sang sao thì điện áp đặt lên 1 pha sẽ giảm đi

3lần, do đó cosφ và hiệu suất được nâng cao, nhưng momen cực đại giảm đi 3 lần (MMax≡ U2) vì vậy phải kiểm tra lại khả năng mở máy và làm việc ổn định của đông cơ, biện pháp này dùng cho động cơ có điện áp nhỏ hơn 1000V và hệ số phụ tải nằm trong khoảng 0.35÷0.4

- Thay đổi cách phân nhóm dây quấn stator

Biện pháp thay đổi các phân nhóm của dây quấn stator thường được áp dụng đối với động cơ có công suất lớn có nhiều mạch nhánh song song trong cùng 1 pha, biện pháp này chỉ phù hợp với động cơ được chế tạo với nhiều dây đầu ra

- Thay đổi đầu phân áp máy biến áp để giảm điện áp của mạng điện phân phối trong nhà máy Biện pháp này chỉ cho phép áp dụng khi tất cả các động cơ trong nhà máy đều làm việc non tải và không có bất kỳ thiết bị nào yêu cầu cao về mức điện áp, trong thực tế thì biện pháp này khó thực hiện được

Hạn chế động cơ không đồng bộ chạy không tải

Các máy công cụ trong quy trình làm việc đôi lúc phải làm việc không tải, ví dụ như trong qua trình chuyển từ quy trình gia công này quy trình gia công khác hoặc do thao tác không hợp lý của công nhân vận hành máy Khi làm việc không tải thì cosφ của động cơ rất thấp, vì thế cần hạn chế động cơ chạy không tải, đó là biện pháp tốt để nâng cao cosφ của nó Các biện pháp hạn chế động cơ chạy non tải được thực hiện theo 2 hướng:

- Hướng dẫn cho công nhân vận hành các thao tác hợp lý, giảm tối thiểu thời gian

để máy chạy không tải

- Đặt thiết bị hạn chế không tải trong sơ đồ khống chế động cơ Nếu động cơ chạy không tải quá thời gian chỉ định t nào đó thì động cơ bị cắt ra khỏi mạng điện

Dùng động cơ đồng bộ thay cho động cơ không đồng bộ

Hệ số công suất cao, khi cần có thể vận hành ở chế độ kích thích để trở thành máy

bù cung cấp công suất phản kháng cho mạng điện

b) Nâng cao hệ số cosφ bằng phương pháp bù

Bằng cách đặt các thiết bị bù gần các hộ dung điện để cung cấp công suất phản kháng, giảm được lượng công suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây do đó nâng cao được hệ số cosφ của mạng điện Biện pháp bù không làm giảm lượng công suất phản kháng của hộ tiêu thụ mà giảm được lượng công suất phản kháng truyền tải trên đường dây Sau khi thực hiện các biện pháp nâng cao hệ số cosφ tự nhiên mà chưa thấy đạt yêu cầu thì ta mới xét tới phương pháp bù

Bù công suất phản kháng Q ngoài tác dụng nâng cao hệ số công suất cosφ để tiết kiệm điện mà còn tác dụng quan trọng là điều chỉnh và ổn định điện áp của mạng điện cung cấp

Q R k

U

(2 12)

Nếu Q và R càng lớn thì kkt càng lớn, nghĩa là phụ tải có công suất phản kháng càng lớn và càng xa nguồn thì việc bù càng có hiệu quả kinh tế

Giá trị kkt thường nằm trong khoảng 0,02÷0,12 (kW/kVAr), tùy theo hộ dùng điện

có thể lấy giá trị tính như sau, [9]:

- Hộ dùng điện do máy phát điện cung cấp: kkt=0,02÷ 0,04

- Hộ dùng điện qua 1 lần biến áp: kkt=0,04 ÷ 0,06

- Hộ dùng điện qua 2 lần biến áp: kkt=0,05÷ 0,07

- Hộ dùng điện qua 3 lần biến áp: kkt=0,08 ÷ 0,12

2.2.3 Xác định dung lượng bù

Dung lượng bù được xác định theo công thức sau:

P là phụ tải tính toán của hộ dùng điện

1là góc ứng với hệ số công suất trung bình cosφ1

2là góc ứng với hệ số công suất cosφ2 muốn đạt được khi bù

= 0,9 ÷1 là hệ số xét tới khả năng nâng cao cosφ bằng những phương pháp không cần đặt thiết bị bù

Hệ số công suất cosφ2 thường lấy bằng hệ số công suất do cơ quan quản lý hệ thống điện quy định cho mỗi hộ tiêu thụ điện, thường cosφ2=0,85÷0,95

2.2.4 Giảm non tải và quá tải cho các động cơ

Động cơ làm việc non tải sẽ làm tăng tổn thất, giảm hiệu suất và hệ số công suất của động cơ Non tải có thể là nguyên nhân phổ biến nhất khiến động cơ hoạt động không hiệu quả

Đối với động cơ điện, công suất ra P2 (Pra) chính là công suất cơ hay công suất ở trục rôto, còn công suất P1 (Pvao) là công suất mà lưới điện cung cấp cho động cơ Hiệu suất động cơ là ηdongco

100%

ra vao

P x

P Trong đó:

-𝑃𝑟𝑎= Công suất động cơ

-𝑃𝑣𝑎𝑜=√3.I.U.Cosφ.1000: Giá trị dòng điện vào động cơ

Các hiệu suất và tổn thất thông thường của động cơ như sau:

- Hiệu suất động cơ: 90%

- Các tổn thất: 10% Trong đó nếu tính theo 100% thì:

với tải dưới 45% định mức thì nên thay bằng loại có công suất nhỏ hơn Trường hợp động

cơ luôn làm việc dưới 40% công suất định mức mà không muốn thay thế, thì có thể giảm điện áp cung cấp cho động cơ bằng cách đổi tổ đấu dây stato từ Δ sang Y, sẽ giảm được công suất phản kháng 3 lần (Q~U2), nhưng lúc này phải kiểm tra lại điều kiện mở máy vì mômen cũng sẽ giảm 3 lần (M~U2) Trong một số trường hợp tải của thiết bị như băng tải, gầu tải, máy nghiền, máy nén khí thay đổi liên tục, lúc non tải lúc đầy tải, thì có thể sử dụng thiết bị điều chỉnh công suất (PowerBoss) mà không cần phải thay thế động cơ Nguyên lý làm việc của PowerBoss là cấp vừa đủ điện năng cần thiết thông qua thay đổi điện áp cấp cho động cơ PowerBoss ứng dụng giải pháp khởi động mềm, các thyristor được bật ở điểm mà điện áp nguồn gần với zêro trong từng bán chu kỳ, nhờ đó sẽ giảm dòng điện cấp cho động cơ, nên giảm các tổn hao đồng và sắt bên trong động cơ Ngược lại, khi động cơ làm việc trên 100% tải định mức, sẽ bị quá tải, gây phát nóng và giảm hiệu suất Trong trường hợp làm việc với tải thay đổi, thì nên sử dụng động cơ có hệ số an toàn là 1,15 và có công suất thấp hơn tải cực đại khoảng 15%, để cho phép động cơ làm việc quá tải trong thời gian ngắn hạn Không có nguyên tắc cứng nhắc nào trong việc lựa chọn công suất động cơ, nên người sử dụng cần đánh giá tiềm năng tiết kiệm cho từng trường hợp Có thể tham khảo các kinh nghiệm sau: (i) Cần thay mới động cơ công suất lớn bị non tải hay quá tải bằng loại có hiệu suất cao và đúng tải khi có cơ hội; (ii) Không nên sửa chữa, mà cần thay mới động cơ công suất nhỏ bị non tải hay quá tải bằng loại có hiệu suất cao và đúng tải khi nó bị hư hỏng; (iii) Động cơ tiêu chuẩn làm việc đúng tải khi

bị hư hỏng thì nên thay bằng loại động cơ có hiệu suất cao

Hình 2.1 Biểu đồ quan hệ giữa hiệu suất và mức tải của động cơ

2.2.5 Thay thế động cơ có hiệu suất cao HEMs (High Efficiency Motors)

Đặc tính động cơ hiệu suất cao HEMs

- Hiệu suất cao: Công suất tiêu thụ thấp

- Kinh tế: Giá mua thông thường sẽ đắt hơn loại động cơ thông dụng song sự chênh lệch giá sẽ được thu hồi thông qua một thời gian ngắn do vì giá chi phí trong tiền điện

thấp hơn nhiều

- Tiếng ồn giảm thiểu: Quạt làm mát có thể chế tạo bé hơn loại động cơ thông dụng

vì sự phát nhiệt ít hơn Do vậy tổn thất thấp hơn nên sự phát ra tiếng ồn cũng nhỏ hơn

- Tuổi thọ động cơ HEMs cao hơn: Dầu mỡ bôi trơn có tác dụng lâu hơn vì sự tăng nhiệt ở các ổ trục ít hơn, dẫn đến kết quả là chu kỳ duy tu bảo dưỡng ít hơn Kết quả tổng hợp đưa đến tuổi thọ của HEMs cao hơn

- Kích thước đặt cùng cỡ với động cơ thông dụng, song khả năng công suất của động cơ HEMs có thể cao hơn Do việc thay thế động cơ có yêu cầu công suất lớn hơn song kích thước bị hạn chế có thể dễ dàng thực hiện khi thay động cơ thông dụng bằng động cơ HEMs

Giải pháp này đặc biệt hiệu quả trong các trường hợp sau:

- Thay thế các động cơ chuyên dụng có công suất nhỏ hơn 15kW

- Thay thế các động cơ đã sử dụng hơn 15 năm, bị hư hỏng, quấn đi quấn lại nhiều lần có công suất nhỏ hơn 40kW

Hình 2.2 Động cơ hiệu suất cao HEMs

- Nếu chi phí quấn lại vượt quá 50% - 65% so với giá của một động cơ hiệu suất cao mới, nên mua động cơ mới Độ tin cậy và hiệu suất cao hơn sẽ nhanh chóng bù lại phần giá chênh hơn

Cách tính năng lượng tiết kiệm được khi sử dụng động cơ HEMs có cùng công suất với động cơ thông thường

: Động cơ hiệu suất cao HEMs

- : Động cơ tiêu chuẩn

Sự khác biệt do hiệu suất (η) mang lại, dẫn đến ta tính toán được công suất tiết kiệm được:

tai tai tietkiem tai

s HEMs s HEMs

Trong đó:

ηs : Hiệu suất động cơ tiêu chuẩn

Hình 2.3 Sơ đồ so sánh hiệu suất Động cơ hiệu suất cao HEMs và Động cơ tiêu chuẩn [16]

ηHEMs: Hiệu suất động cơ HEMs

Ptai: Công suất tải thực tế của động cơ

ΔPtietkiem: Công suất tiết kiệm được khi thay thế động cơ

Điện năng tiết kiệm hàng năm với t là số thời gian vận hành trong năm sẽ là:

2.3 Giải pháp dùng biến tần

2.3.1 Nguyên lý làm việc của biến tần

Biến tần là thiết bị biến đổi tần số dòng điện xoay chiều với nguyên lý làm việc khá đơn giản Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và

tụ điện Nhờ vậy, hệ số công suất cosφ của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96 Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện

áp xoay chiều 1 pha hay 3 pha đối xứng Công đoạn này được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dãi tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ [5]

Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số tuỳ theo bộ điều khiển Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại Vì vậy,cấp vừa

đủ điện năng cần thiết cho động cơ thông qua thay đổi tần số

Hình 2.4 Điện năng cấp cho động cơ khi chưa có Biến tần và khi có Biến

- Điều khiển quá trình khởi động và dừng chính xác động cơ trên hệ thống băng tải;

- Biến tần công suất nhỏ từ 0,18- 14 kW có thể sử dụng để điều khiển những máy công tác như: cưa gỗ, khuấy trộn, xao chè, nâng hạ

* Hiệu quả khi sử dụng:

Biến tần kết hợp với động cơ không đồng bộ đã đem lại những lợi ích sau:

- Hiệu suất làm việc của máy cao;

- Quá trình khởi động và dừng động cơ rất êm dịu nên giúp cho tuổi thọ của động cơ

và các cơ cấu cơ khí dài hơn;

- An toàn, tiện lợi và việc bảo dưỡng cũng ít hơn do vậy đã giảm bớt số nhân công phục vụ và vận hành máy

- Tiết kiệm điện năng ở mức tối đa trong quá trình khởi động và vận hành

Ngoài ra, hệ thống máy có thể kết nối với máy tính ở trung tâm Từ trung tâm điều khiển nhân viên vận hành có thể thấy được hoạt động của hệ thống và các thông số vận hành (áp suất, lưu lượng, vòng quay .), trạng thái làm việc cũng như cho phép điều chỉnh, chẩn đoán và xử lý các sự cố có thể xảy ra

*Những lưu ý khi sử dụng biến tần điều khiển động cơ không đồng bộ:

Như đã nêu ở trên, ở đầu ra của biến tần chỉ có dòng điện là hình sin nhưng điện áp không phải là hình sin mà có dạng chuỗi xung vuông điều biên nối tiếp nhau Nếu khoảng cách nối dây cáp điện giữa động cơ và biến tần lớn sẽ xảy ra hiện tượng quá điện áp (do hiện tượng phản xạ sóng điện áp), có thể dẫn đến lão hóa cách điện cuộn dây stato, giảm tuổi thọ thậm chí làm hỏng động cơ.Vì vậy, khi lắp ráp phải chú ý sao cho dây cáp càng ngắn càng tốt, đặc biệt đối với động cơ công suất vừa và nhỏ (thường có trở kháng đáp ứng xung lớn hơn so với trở kháng đáp ứng xung của cáp nối)

2.3.2 Ứng dụng của biến tần

Máy biến tần được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, ví dụ như: Trong các hệ thống thông gió cho tòa nhà lớn, động cơ biến tần số có thể cho phép lượng không khí di chuyển để phù hợp với nhu cầu của hệ thống, do đó tiết kiệm năng lượng Máy biến tần còn được sử dụng trong bơm, lĩnh vực vận tải hàng hoá, máy móc Biến tần điện bình thường được áp dụng trong các lĩnh vực: Phát điện, quạt thông gió, quạt thông gió áp lực, bơm ngưng tụ, bơm nước nồi hơi, bơm tuần hoàn, quạt, máy nén, nghiền, cán, cắt, băng tải

2.3.3 Đặc điểm chính của biến tần

Ở trạng thái khởi động nhẹ, biến tần sẽ bắt đầu và tăng tốc vào tần số của lưới điện

không phụ thuộc vào tần số đã định

Khi tần số đầu ra của biến tần đạt đến tần số của lưới điện (thiết lập trong giao diện chính), sau đó đầu ra của biến tần sẽ trở thành 0, đồng thời biến tần gửi lệnh “chuyển giao cho lưới điện” Lệnh này có thể làm cho mạch điều khiển chuyển giao các nguồn cung cấp năng lượng của các động cơ từ biến tần vào lưới điện

Hình 2.5 Biến tần ABB ACS 550

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật biến tần ABB ACS 550

Thời gian tăng tốc/thời gian giảm tốc 0.1~3000s

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

Trước đây, nếu có yêu cầu điều chỉnh tốc độ cao thường dùng động cơ điện một chiều, nhưng ngày nay nhờ kỹ thuật điện tử phát triển nên việc điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ không gặp khó khăn mấy với yêu cầu phạm vi điều chỉnh, độ bằng phẳng khi điều chỉnh tốc độ [6]

Các phương pháp điều chỉnh chủ yếu có thể thực hiện:

+ Trên stator: Thay đổi điện áp U đưa vào dây quấn stator, thay đổi số đôi cực từ P của dây quấn stator và thay đổi tần số f của nguồn điện

+ Trên rotor: Thay đổi điện trở rotor, nối cấp hoặc đưa sức điện động phụ vào rotor

Ta nghiên cứu điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số, từ biểu thức:

1 1

cơ điện có tốc độ thay đổi theo cùng một quy luật

Với điều kiện năng lực quá tải không đổi, có thể tìm ra được quan hệ giữa điện áp

U1, tần số f1 và mô men M [7]

Khi bỏ qua r1 của dây quấn stator thì biểu thức của mô men cực đại có thể viết dưới dạng:

2 1 1m 2

Nếu yêu cầu mô men tỷ lệ với bình phương của tốc độ, nghĩa là M tỷ lệ với f2 thì ta có:

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

Với động cơ tương thích ( quạt, bơm ly tâm), khi sử dụng biến tần để điều chỉnh tốc

độ động cơ dẫn đến thay đổi lưu lượng và thay đổi công suất, tiết kiệm được năng lượng

và nâng cao độ tin cậy của hệ thống Theo lý thuyết về thủy lực [8], công suất trên trục động cơ, lưu lượng dòng chảy Q, áp suất chất lỏng H có quan hệ theo phương trình:

.Q

Trong đó: K là hằng số, P là công suất của động cơ, H là áp suất, Q là lưu lượng và

η là hiệu suất Quan hệ giữa: Q, H, P với tốc độ N của động cơ như sau:

- Lưu lượng tỷ lệ bậc nhất với tốc độ của động cơ ( hình 2.6)

Hình 2.6 Biểu đồ quan hệ giữa tốc độ và lưu lượng

- Áp suất tỷ lệ bậc 2 với tốc độ động cơ (hình 2.7)

Khi điều chỉnh lưu lượng bằng biến tần thì áp suất là hàm phi tuyến bậc 2 đối với tốc độ động cơ

Hình 2.7 Biểu đồ quan hệ giữa tốc độ và áp suất

Khi điều chỉnh lưu lượng bằng van tiết lưu: Áp suất là hàm phi tuyến tỉ lệ nghịch với tốc độ động cơ, ví dụ khi cần giảm lưu lượng ta đóng bớt van, thì lúc này sức cản đường ống tăng lên, dẫn đến áp suất tăng lên và ngược lại