GIẢI PHÁP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ TẠI NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH GIẢI PHÁP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ TẠI NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH Học viên: Nguyễn Chín Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 Khóa: K33.KT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN CHÍN

GIẢI PHÁP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM

VÀ HIỆU QUẢ TẠI NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60.52.02.02

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS ĐOÀN ANH TUẤN

Đà Nẵng, Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung luận văn này do chính tôi nghiên cứu, tính toán và phân tích Trong luận văn có trích dẫn một số tài liệu chuyên ngành điện của Việt Nam và một số nước trên thế giới

Số liệu đưa ra trong luận văn dựa trên kết quả tính toán trung thực của tôi, không sao chép của ai hay lấy số liệu đã được công bố

Nếu sai với lời cam đoan trên, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Tác giả

Nguyễn Chín

TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH

GIẢI PHÁP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ TẠI NHÀ MÁY

THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH

Học viên: Nguyễn Chín Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60520202 Khóa: K33.KTĐ.LĐ Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

Tóm tắt – Năng lượng luôn là vấn đề đặt biệt quan tâm đối với các nước đang phát triển,

Việt nam là quốc gia cũng không nằm ngoài xu thế này Do đó vấn để sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đã được các nước phát triển quan tâm

Đầu tiên, Luận văn này trình bày về nghiên cứu khảo sát thực trạng sử dụng năng lượng tại

Nhà máy thuỷ điện Đại Ninh

Cuối cùng, Luận văn này trình bày các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho hệ thống chiếu sáng, thông gió, động cơ, quản lý điện năng góp phần giảm chi phí sản xuất và tăng hiệu quả

sử dụng năng lượng tại Nhà máy thuỷ điện Đại Ninh

Từ khóa – Sử dụng năng lượng hiệu quả, tiết kiệm năng lượng, giải pháp tiết kiệm năng

lượng, tiết kiệm điện năng trong sản xuất, quản lý nhu cầu sử dụng điện năng

SOLUTION TO ENERGY SAVING AND EFFICIENCY AT DAI NINH

HYDROELECTRIC PLANT Abstract - Energy is always a matter of particular concern for developing countries

Vietnam is a country that is not out of the trend Consequently, energy conservation and efficiency have been raised by developed countries

Firstly, this thesis presents a survey on the current state of energy use in the Dai Ninh Hydropower Plant

Finally, this thesis presents energy saving solutions for lighting, ventilation, motors and power management that reduce production costs and increase energy efficiency at the Dai Ninh Hydropower Plant

Keywords - Energy efficiency, energy saving, energy saving solutions, power saving in

production, management of power demand

MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN

TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu: 3

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3

6 Cấu trúc của luận văn 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHƯƠNG TRÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ 4

1.1 Tổng quan về hệ thống quản lý năng lượng 4

1.1.1 Thực trạng sử dụng năng lượng hiện nay 4

1.1.2 Tiềm năng năng lượng Việt Nam 4

1.1.3 Thực trạng quản lý năng lượng ở Việt Nam 6

1.2 Vai trò của quản lý nhu cầu DSM 7

1.2.1 Khái niệm về DSM 7

1.2.2 Nâng cao hiệu suất sử dụng điện của hộ tiêu thụ 7

1.2.2.1 Sử dụng thiết bị điện có hiệu suất cao 8

1.2.2.2 Giảm thiểu sự tiêu phí năng lượng một cách vô ích 8

1.2.3 Điều khiển nhu cầu điện năng phù hợp với khả năng cung cấp điện một cách kinh tế nhất 10

1.2.3.1 Điều khiển trực tiếp dòng điện 10

1.2.3.2 Sử dụng nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng mới 11

1.2.3.3 Giá bán điện thay đổi 12

1.3 Kết luận: 13

CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP VÀ HIỆU QUẢ TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG TRONG SẢN XUẤT 14

2.1 Mở đầu 14

2.2 Hệ thống động cơ 14

2.3 Giải pháp điều chỉnh hệ số công suất (HSCS) 15

2.3.1 Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số cosφ 15

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

17

2.3.3 Bù công suất phản kháng 19

2.3.4 Xác định dung lượng bù 21

2.3.5 Giảm non tải và quá tải cho các động cơ 22

2.4 Giải pháp dùng biến tần 23

2.4.1 Nguyên lý làm việc của biến tần 23

2.4.1.1 Các ứng dụng cụ thể 24

2.4.1.2 Hiệu quả khi sử dụng 24

2.4.1.3 Những lưu ý khi sử dụng biến tần điều khiển động cơ không đồng bộ 25

2.4.2 Ứng dụng của biến tần: 25

2.5 Đặc điểm chính của biến tần: 25

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

2.5.2 Sự thay đổi công suất khi thay đổi tốc độ động cơ 28

2.6 Hệ thống chiếu sáng 33

2.6.1 Khái niệm và một số định nghĩa 33

2.6.1.1 Ánh sáng 33

2.6.1.2 Độ rọi E 34

2.6.1.3 Quang thông Φ 34

2.6.1.4 Độ hoàn màu 34

2.6.1.5 Hiệu quả ánh sáng 34

2.6.2 Giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả 34

2.6.2.1 Sử dụng nguồn sáng hợp lý 34

2.6.2.2 Lựa chọn chủng loại chiếu sáng phù hợp 34

2.6.2.3 Áp dụng một số công nghệ mới 35

2.7 Kết luận 35

CHƯƠNG 3: HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM TẠI NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN ĐẠI NINH 36

3.1 Mở đầu 36

3.2 Các quy trình công nghệ chính 36

3.2.1 Lược đồ khởi động tổ máy 37

3.2.2 Lược đồ dừng tổ máy 38

3.3 Danh mục các thiết bị tiêu thụ điện năng chính 39

3.3.1 Danh mục các phụ tải chính 39

3.3.2 Phân tích, đánh giá tình hình sử dụng điện năng 41

3.4 Hiện trạng sử dụng điện năng và giải pháp tiết kiệm cho hệ thống chiếu sáng bên trong Nhà máy 42

3.4.1 Hiện trạng 42

3.4.2 Đề xuất giải pháp tính toán lại chiếu sáng bên trong nhà máy 43

3.4.2.1 Giới thiệu về phần mềm DIALux 43

3.4.2.2 Tính toán lại chiếu sáng Tầng B1 (Cao trình EL.224m) 44

3.4.2.3 Tính toán lại chiếu sáng Tầng B2 (Cao trình EL.220m) 46

3.4.2.4 Tính toán lại chiếu sáng Tầng B3 (Cao trình EL.216m) 47

3.4.2.5 Tính toán lại chiếu sáng Tầng B4 (Cao trình EL.212m) 48

3.4.2.6 Tính toán lại chiếu sáng Tầng B5 (Cao trình EL.207m) 49

3.4.3 Tính toán lợi ích khi thay thế cho hệ thống chiếu sáng 50

3.5 Hiện trạng sử dụng điện năng và giải pháp tiết kiệm cho động cơ bơm dầu điều khiển 51

3.5.1 Hiện trạng 51

3.5.1.1 Hoạt động bơm dầu điều khiển tổ máy 51

3.5.1.2 Khảo sát thực tế vận hành bơm dầu 53

3.5.2 Đề xuất giải pháp tiết kiệm điện năng 53

3.5.3 Lợi ích của việc lắp đặt biến tần cho Động cơ bơm dầu 22KW 54

3.5.3.1 Khi chưa lắp biến tần 54

3.5.3.2 Khi lắp thêm biến tần 54

3.6 Hiện trạng sử dụng điện năng và giải pháp tiết kiệm cho hệ thống thông gió 55

3.6.1 Hiện trạng 55

3.6.1.1 Mô tả hệ thống thông gió 55

3.6.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống thông gió 56

3.6.1.3 Khảo sát làm việc 57

3.6.2 Đề xuất giải pháp tiết kiệm điện năng cho quạt thổi gió vào 58

3.6.2.1 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ quạt 58

3.6.2.2 Căn cứ để chọn giải pháp 58

3.6.2.3 Giải pháp thực hiện như sau 59

3.6.2.4 Thời gian vận hành 59

3.6.3 Lợi ích của giải pháp 60

3.6.3.1 Điện năng tiêu thụ khi chưa thực hiện giải pháp 60

3.6.3.2 Điện năng tiêu thụ khi thực hiện giải pháp tiết kiệm điện 60

3.7 Giải pháp lắp đặt hệ thống giám sát điện năng tiêu thụ 62

3.7.1 Hiện trạng 62

3.7.2 Đề xuất giải pháp 62

3.7.1 Lợi ích của giải pháp 63

3.8 Tổng kết chương 67

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 69

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI 70 BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN

TKNL : Tiết kiệm năng lượng

TOU : Time of use

VNĐ : Việt Nam Đồng

DANH MỤC CÁC BẢNG

2.1 Thông số kỹ thuật biến tần ABB ACS 550 26 2.2 Công suất điện cung cấp vào động cơ với yêu cầu phụ tải

3.1 Danh mục thiết bị chiếu sáng 39 3.2 Danh mục động cơ điện trong nhà máy 40 3.3 Bảng số liệu tiêu thụ điện năng năm 2016 41 3.4 Tổng hợp kết quả thực hiện giải pháp 50 3.5 Phân tích chi phí và lợi ích sau khi thực hiện giải pháp 51 3.6 Số tiền đầu tư lắp đặt biến tần 54

3.7 Tổng hợp kết quả đầu tư khi lắp đặt biến tần cho động cơ

3.8 Khảo sát đo nhiệt độ tại tầng kích từ 57 3.9 Tổng hợp hiệu quả đầu tư khi hiện giải pháp 61 3.10 Thống kê chi phí thực hiện giải pháp 63

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.1 Các khu vực tiết kiệm điện năng 9

2.1 Biểu đồ quan hệ giữa hiệu suất và mức tải của động cơ 23 2.2 Điện năng cấp cho động cơ khi chưa có Biến tần và khi

2.4 Biểu đồ quan hệ giữa tố độc và lưu lượng 29 2.5 Biểu đồ quan hệ giữa tốc độ và áp suất 30 2.6 Biểu đồ quan hệ giữa tốc độ và công suất 31 2.7 Giản đồ thay đổi công suất khi thay đổi lưu lượng 32 3.1 Hệ thống chiếu sáng nhà máy 43 3.2 Dữ liệu tính toán từ phần mềm DIALux cho tầng B1 45 3.3 Dữ liệu tính toán từ phần mềm DIALux cho tầng B2 46 3.4 Dữ liệu tính toán từ phần mềm DIALux cho tầng B3 47 3.5 Dữ liệu tính toán từ phần mềm DIALux cho tầng B4 48 3.6 Dữ liệu tính toán từ phần mềm DIALux cho tầng Van

3.7 Hiển thị quá trình mang tải của bơm dầu điều khiển 53 3.8 Hệ thống quạt thổi gió vào Nhà máy 57 3.9 Nguyên lý điều khiển hoạt động quạt thông gió 59

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ

3.1 Mạch dầu điều khiển tổ máy 52 3.2 Hệ thống điện tự dùng nhà máy thủy điện Đại Ninh 65 3.3 Hệ thống giám sát điện năng tiêu thụ trong Nhà máy 66

Đó là hiện tượng nóng lên của Trái đất, tình trạng ô nhiễm môi trường Do đó vấn để

sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đã được các nước phát triển quan tâm từ những năm đầu thế kỷ 20

Đối với các doanh nghiệp sản xuất nói chung thì nguồn năng lượng chủ yếu là xăng dầu và điện Trong tình hình giá xăng dầu thế giới không ổn định, biến động theo hướng ngày càng gia tăng, giá điện theo lộ trình sẽ tăng trong những năm tiếp theo, thì vấn đề tiết giảm chi phí từ các nguồn năng lượng đang là bài toán khó đặt ra không chỉ cho các doanh nghiệp mà còn là sử dụng điện trong sinh hoạt

Tình trạng thiếu hụt điện như hiện nay một phần là do các nguồn năng lượng có hạn, chi phí đầu tư cao….Nếu đầu tư một cách ồ ạt không qui hoạch cụ thể, không tính toán kỹ lưỡng thì ảnh hưởng rất lớn đến môi trường sinh thái…Ngoài ra vấn đề sử dụng điện hiện nay ở nước ta còn mang tính chất “lạc hậu”, ý thức và hiệu quả sử dụng điện chưa cao, thiết bị điện sử dụng có hiệu suất thấp,…Điều này ảnh hưởng đến tình trạng thiếu hụt điện như hiện nay Vì vậy sử dụng điện một cách hợp lý và tiết kiệm là vấn đề đặt lên hàng đầu

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

2

Nhà máy thủy điện Đại Ninh được thành lập ngày 30/07/2007, chính thức đi vào hoạt động kể từ ngày 01/10/2007, là một doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực sản xuất điện với công suất là 300 MW (gồm 02 tổ máy, mỗi tổ 150MW) Sản lượng điện bình quân hàng năm theo thiết kế là 1.178 triệu kWh, lượng điện tự dùng hàng năm khoảng 2,5 triệu kWh

Do ra đời hơn 10 năm nên các phụ tải nên không sử dụng động cơ hiệu suất cao, biến tần cho động cơ tải không đều, hiệu suất thấp; đèn chiếu sáng dùng loại công suất cao 36-400W Nên đã ảnh hưởng nhiều đến hiệu tổn hao năng lượng tiêu thụ lớn Đồng thời với chỉ tiêu EVN phân bổ tỷ lệ điện tự dùng hàng năng đối với nhà máy thấp nên việc hoàn thành chỉ tiêu này cũng gặp không ít khó khăn

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

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

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

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

2 Mục tiêu nghiên cứu

Khảo sát và nghiên cứu thực trạng sử dụng năng lượng nhằm chỉ ra các điểm có thể áp dụng giải pháp tiết kiệm năng lượng góp phần giảm chi phí sản xuất và tăng hiệu quả sử dụng năng lượng tại Nhà máy thuỷ điện Đại Ninh

Với các giải pháp tiết kiệm năng lượng đang được sử dụng, phân tích lựa chọn giải pháp hợp lý để đề xuất áp dụng tại Nhà máy thuỷ điện Đại Ninh góp phần tiết kiệm lượng điện năng, giảm áp lực thiếu điện, qua đó góp phần bảo đảm an ninh năng lượng của đất nước

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

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

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

3

4 Phương pháp nghiên cứu:

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

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

Nghiên cứu thực nghiệm: Áp dụng các lý thuyết đã nghiên cứu để tính toán cho Nhà máy thủy điện Đại Ninh.

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

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

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

Tên luận văn

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

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

tại nhà máy thuỷ điện Đại Ninh”

6 Cấu trúc của luận văn

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

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

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

4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CHƯƠNG TRÌNH SỬ DỤNG NĂNG

LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ

1.1 Tổng quan về hệ thống quản lý năng lượng

1.1.1 Thực trạng sử dụng năng lượng hiện nay

Theo cơ quan năng lượng quốc tế, nếu thế giới tiếp tục giữ mức tiệu thụ như hiện nay thì nhu cầu năng lượng sẽ tăng 30% vào năm 2030 Riêng Việt Nam do tình trạng thiếu hụt điện kéo dài làm ảnh hưởng đến mọi mặt của đời sống kinh tế xã hội, với tốc độ gia tăng về nhu cầu cùng tình trạng sử dụng điện còn lãng phí như hiện nay thì việc thiếu điện là khó tránh khỏi trong tương lai

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 Muốn có 1% tăng trưởng GDP hàng năm phải tăng điện năng lên khoảng 2%, trong khi các nước phát triển khác chỉ tăng chưa đầy 1,5% thậm chí còn ít hơn

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

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

1.1.2 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%

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

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

6

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 nghiệpViệt 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:

1 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;

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

lượng và tích hợp

3 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

4 Hệ thống thông tin: được thể hiện thông qua việc giám sát và lưu trữ các báo

cáo

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

thức về quản lý năng lượng và các bài học thành công về quản lý năng lượng hiệu quả trong nội bộ và với bên ngoài;

6 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)

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

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 Thực tế, kết quả thực hiện DSM tại các nước trên thế giới đã đưa ra kết luận là DSM có thể giảm trên 10% nhu cầu dùng điện với mức chi phí vào khoảng (0,3 ÷ 0,5) chi phí cần thiết để xây dựng nguồn và lưới để đáp ứng lượng điện năng tương ứng 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 và điều khiển nhu cầu dùng điện cho phù hợp với khả năng cung cấp một cách kinh tế nhất

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

8

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 tăng song do hiệu năng cao nên thời gian hoàn vốn nhờ tiết kiệm điện năng khá ngắn, do đó sẽ khả thi Ngày nay, nhờ sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, người

ta chế tạo được nhũng thiết bị dùng điện có hiệu suất cao, tuổi thọ cao mà giá thành tăng không 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 thông tin về công nghệ chế tạo thiết bị điện

- Thành lập hệ thống kiểm định đánh giá chất lượng và hiệu suất của các thiết bị

được sản xuất và nhập khẩu

- Thực hiện chế độ dán nhãn cho các thiết bị điện có chất lượng và hiệu quả sử

dụng năng lượng cao

- Thông tin, tuyên truyền, đào tạo 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 dùng 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 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

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 Hạn chế thời gian làm việc vô ích của các thiết bị rất có ý nghĩa đến tổng điện năng tiết kiệm được, vì vậy ta 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 ngắt các bình đun nước ra khỏi lưới điện khi đủ nhiệt hoặc không sử dụng trong thời gian dài, sử dụng các bình đun nước có lớp cách nhiệt tốt để trành tình trạng thất thoát nhiệt ra môi trường 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 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 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

TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG

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

Hình 1.1 Các khu vực tiết kiệm điện năng

10

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, tích trữ năng lượng, 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, 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 Công ty 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 Để thực hiện cần tạo ra các phụ tải

11

mới mà trước đây chúng vận hành bằng nhiên liệu không phải là điện như nạp điện ban đêm cho ô tô điện, tích năng lượng nhiệt, nạp điện các bình acquy…

c) Chuyển dịch phụ tải: Chuyển phụ tải từ thời gian cao điểm sang thời gian

thấp điểm Hiệu quả là giảm công suất đỉnh nhưng không làm thay đổi tổng điện năng tiêu thụ 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 Chất lượng điện đầu vào do điện áp thực tế và tần số so với giá trị định mức quyết định 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 tăng thêm 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:

12

- Năng lượng gió:

Hình 1.2 Năng lượng gió

- Năng lượng mặt trời:

13

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 cònđem lại hiệu quả cho Tập đoàn điện lực Việt Nam, chủ động quản lý và điều khiển nhu cầu điện năng phù hợp với cung cấp một cách hợp lý nhất Trong chương 1 đã trình bày những khái niêm cơ bản về DSM và hai chiến lược chủ yếu của DSM, đó là và nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng để giảm điện năng tiêu thụ và điều khiển nhu cầu dùng điện phù hợp với khả năng cung cấp điện một cách kinh tế nhất

14

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

TRONG SẢN XUẤT 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

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

15

2.3 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 sau để không làm ảnh hưởng xấu đến điều kiện làm việc bình thường của nhà máy

2.3.1 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

Quan hệ giữa P, Q và góc φ:

φ = arctg𝑄

𝑃

16

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:

Khi giảm Q truyền tải trên đường dây, ta giảm được thành phần tổn thất điện áp

ΔU(Q) do Q gây ra

- 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:

Từ biểu thức (2.3) cho thấy với cùng một tình trạng phát nóng của đường dây

và máy biến áp (tức I= const) chúng ta có thể tăng khả năng truyền tải công suất tác dụng P bằng cách giảm công suất phản kháng Q mà chúng phải tải đi

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

17

2.3.2 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

0 ( dm 0) pt

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

kỹ thuật, việc thay thế phải làm giảm được tổn thất công suất tác dụng trong mạng và động cơ, vì có như vậy việc thay thế mới có lợi, các 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

18

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:

Từ (2.6) ta thấy công suất phản kháng Q tỉ lệ với bình phương điện áp U

vì vậy nếu giảm được điện áp U thì giảm được Q do đó hệ số cosφ của động cơ được nâng lên

Trong thực tế người ta dùng phương pháp sau để giảm điện áp đặt lên các động

cơ không đồng bộ làm việc non tải:

- 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 Vì vậy phải kiểm tra lại khả năng mở máy và làm việc ổn định của động 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:

19

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

- Thay thế các máy biến áp làm việc non tải bằng những máy biến áp có dung

lượng nhỏ hơn

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

(2.11)Theo (2.7), ta có:

kt

Q R k

- 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

P là phụ tải tính toán của hộ dùng điện

1 là 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

- Xét về mặt tổn thất công suất tác dụng của hệ thống điện, thì dung lượng bù có

thể xác định theo quan điểm tối ưu như sau:

- Do bù có tiết kiệm được 1 lượng công suất tác dụng là:

2.3.5 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

Thực tế, động cơ của máy công cụ rất ít khi hoạt động với công suất định mức,

mà thường là non tải Các động cơ 1HP-5HP chạy dưới 45% tải thì hiệu suất bắt đầu giảm, sẽ làm tăng tổn thất, giảm hiệu suất và cosφ (Hình 2.1) Nếu động cơ thường xuyên làm việc 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

23

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

2.4 Giải pháp dùng biến tần

2.4.1 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 dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ

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

- Điều chỉnh lưu lượng của bơm, lưu lượng không khí ở quạt ly tâm, năng suất

máy, năng suất băng tải;

- Ổn định lưu lượng, áp suất ở mức cố định trên hệ thống bơm nước, quạt gió,

máy nén khí cho dù nhu cầu sử dụng thay đổi;

- 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, nâng hạ

2.4.1.2 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;

25

- 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

2.4.1.3 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)

2.4.2 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: bơm tuần hoàn, quạt thông gió, quạt thông gió áp lực, bơm ngưng tụ, bơm nước nồi hơi, quạt, máy nén, nghiền, cán,

cắt, băng tải

2.5 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

26

Hình 2.3 Biến tần ABB ACS 550

- Biến tần ABB ACS 550

Thông số kỹ thuật biến tần hiệu ABB ACS 550 (tiêu biểu) được thể hiện ở Bảng 2.1

Bảng 2.1 Thông số kỹ thuật biến tần ABB ACS 550

Công suất động cơ (kW) 0,75-160

Hệ số công suất 0.95 (>20%load)

Hiệu suất Phụ tải định mức 0.96

Độ phân giải tần số 0.01Hz

Mức quá tải 150% Iđm trong khoảng 60s

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

Đầu ra/vào dạng số Mở rộng theo yêu cầu

Điều kiện nhiệt độ 0~40℃

Nhiệt độ kho/vận chuyển -40~70℃

Làm lạnh Tự nhiên - Quạt gió

Điều kiện độ ẩm <90%, không ngưng tụ

27

2.5.1 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

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

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

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

2 1

Tóm lại: khi thay đổi tần số điều chỉnh tốc độ ta phải đồng thời điều chỉnh điện

áp đưa vào động cơ điện

2.5.2 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 [2], công suất trên trục động cơ, lưu lượng dòng chảy Q, áp suất chất lỏng H có quan hệ theo phương trình:

.Q

29

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 2.4 Biểu đồ quan hệ giữa tố độc và lưu lượng

- Áp suất tỷ lệ bậc 2 với tốc độ động cơ ( hình 2.5)

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