NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ CHO CÔNG TY THOÁT NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÀ NẴNG LUẬN VĂN THẠC SĨ

Nhận thức được tầm quan trọng của việc tiết kiệm năng lượng nói chung, điện năng nói riêng và sự ảnh hưởng của động cơ không đồng bộ trong việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

TRẦN PHÚ QUÝ

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP

SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ CHO CÔNG TY THOÁT NƯỚC VÀ

XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÀ NẴNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng – Năm 2017

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

TRẦN PHÚ QUÝ

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP

SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ CHO CÔNG TY THOÁT NƯỚC VÀ

Người hướng dẫn khoa học:

TS ĐOÀN ANH TUấN

Đà Nẵng – Năm 2017

Tôi 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 Phú Quý

LỜI MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích và mục tiêu nghiên cứu đề tài 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

4 Phương pháp nghiên cứu 4

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4

6 Tên tiểu luận 4

7 Bố cục 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY THOÁT NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÀ NẴNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH DSM 6

1.1 Tổng quan về công ty thoát nước và xử lý nước thải Đà Nẵng 6

1.1.1 Giới thiệu chung về Công ty 6

1.1.2 Chức năng và nhiệm vụ của công ty 6

1.2 Hiện trạng nguồn nhân lực 7

1.3 Tổng quan về các trạm bơm nước thải cấp I (xem hình1.1) 8

1.3.1 Hệ thống các trạm bơm nước thải cấp I 8

1.3.2 Qui trình bơm nước thải 9

1.3.3 Các thiết bị trong hệ thống trạm bơm nước thải SPS cấp I 9

1.3.4 Sơ đồ điện hệ thống bơm 10

1.3.5 Nguyên lý làm việc 10

1.4 Tổng quan về trạm bơm nước thải cấp II 11

1.4.1 Hệ thống các trạm bơm nước thải cấp II 11

1.4.2 Qui trình bơm nước thải 12

1.4.3 Giếng bơm nước thải SPS 12

1.4.4 Nguyên lý làm việc của trạm bơm SPS cấp II 13

1.5 Tổng quan về chương trình DSM 14

1.5.1 Vấn đề năng lượng trên thế giới và ở Việt Nam 14

1.5.2 Vai trò của quản lý nhu cầu DMS (Demand side Management) 15

1.6 Kết luận 20

CHƯƠNG 2 CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG VẬN HÀNH VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA BẰNG THIẾT BỊ BIẾN TẦN 21

2.1 Tổng quan về động cơ không đồng bộ ba pha 21

2.1.1 Cấu tạo 21

2.1.2 Ứng dụng động cơ không đồng bộ 22

2.2 Một số giải pháp tiết kiệm năng lượng trong vận hành 22

2.2.3 Chọn công suất động cơ cho tải thay đổi 24

2.2.4 Nâng cao chất lượng điện 24

2.3 Giải pháp điều chỉnh hệ số công suất 25

2.3.1 Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất 25

2.3.2 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất 26

2.3.3 Bù công suất phản kháng 28

2.3.4 Xác định dung lượng bù 29

2.3.5 Các thiết bị bù 30

2.4 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha 31

2.4.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi điện áp nguồn 31

2.4.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi tần số nguồn 32

2.5 Phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha bằng thiết bị biến tần 33

2.5.1 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ khi thay đổi tần số 33

2.5.2 Các bộ biến tần dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ 34

2.6 Kết luận 37

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG CHO CÁC TRẠM BƠM NƯỚC THẢI TẠI CÔNG TY THOÁT NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÀ NẴNG 38

3.1 Các trạm bơm nước thải cấp I 38

3.1.1 Hiện trạng 38

3.1.2 Qui trình sản xuất 39

3.1.3 Thông số các động cơ bơm 42

3.2 Các trạm bơm nước thải cấp II 42

3.2.1 Hiện trạng 42

3.2.2 Qui trình sản xuất 42

3.2.3 Thông số các động cơ bơm 43

3.3 Tính toán đề xuất các giải pháp tiết kiệm điện năng cho các trạm bơm nước thải tại Công ty Thoát nước và xử lý nước thải Đà Nẵng 48

3.3.1 Tính toán đề xuất giải pháp cho các trạm bơm cấp I 48

3.3.2 Tính toán đề xuất các giải pháp cho trạm bơm cấp II 51

3.4 Kết luận 79

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 80

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

QUYếT ĐịNH GIAO Đề TÀI (BảN SAO)

ĐÀ NẴNG

Học viên: Trần Phú Quý Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60520202 Khóa: K31.KTĐ Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Tóm tắt - Năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng có vai trò rất quan

trọng và ảnh hưởng đến mọi lĩnh vực đời sống kinh tế xã hội, đồng thời cũng là yếu tố duy trì sự sống trên trái đất Do đó, đối với nước ta trong một thời gian dài chúng ta áp dụng chính sách giá năng lượng bao cấp, những mức giá không phản ánh thực chất chi phí của quá trình sản xuất, và do vậy vấn đề sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả rất ít được quan tâm Nhận thức được tầm quan trọng của việc tiết kiệm năng lượng nói chung, điện năng nói riêng và sự ảnh hưởng của động cơ không đồng bộ trong việc sử dụng năng

lượng tiết kiệm và hiệu quả, đó là lý do mà tác giả nghiên cứu đề xuất các giải pháp sử

dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả cho Công ty thoát nước và Xử lý nước thải Đà Nẵng, từ đó áp dụng một số giải pháp cụ thể đối với các trạm bơm nước thải trên địa bàn

Thành phố Đà Nẵng Kết quả nghiên cứu cho thấy việc đầu tư cũng như áp dụng các biện pháp rất khả thi, đem lại hiệu quả kinh tế lớn, tiêu thụ điện năng ít hơn và khoản tiền tiết kiệm được sau khi bù đắp chi phí lại rất lớn

Từ khóa – Tiết kiệm năng lượng; động cơ không đồng bộ; biến tần; xử lý nước thải;

chương trình DSM

STUDYING PROPOSING SOLUTIONS IN USING ENERGY ECONOMICALLY AND EFFECTIVELY FOR DANANG DRAINAGE AND WASTEWATER

TREATMENT COMPANY Abstract: Energy in general and energy power in particular plays a very important

role and it affects every fields of in social, economical life and it is also an element to maintain life on the Earth at the same time Therefore, to our country, for too long we have applied pricing policy in which the energy is subsidized, price levels haven’t reflected real expenses of a manufacturing process, so we haven’t taken the use of economical and effective energy into consideration Realizing the importance of energy saving in general, energy power in particular and the effects of the asynchronous engine in

using economical and effective energy, the writer has put forward “Studying Proposing

Solutions in Using Energy Economically and Effectively for Danang Drainage and Wastewater Treatment Company” From this proposal, we can apply some specific

remedies to wastewater pumping stations in some areas of Danang city Research result has shown that the investment as well as the application of the measures are very realizable, which brings to a successfully economic result, consumes less electricity and the amount of money which was saved after compensation expenses was very considerable

Key words: energy saving; asynchronous engine; inverter; wastewater treatment;

DSM programme

BT : Biến tần CSPK : Công suất phản kháng DSM : Demand Side Management (quản lý nhu cầu)

ĐC : Động cơ

ĐN : Điện năng ĐNTT : Điện năng tiêu thụ ĐNTK : Điện năng tiết kiệm EVN : Tập đoàn điện lực Việt Nam HSCS : Hệ số công suất

GP : Giải pháp HTĐ : Hệ thống điện KĐB : Không đồng bộ KTNL : Kiểm toán năng lượng SSM : Supply Side Management (quản lý nguồn cung cấp) TBA : Trạm biến áp

TKNL : Tiết kiệm năng lượng TOU : Time of use

VSD : Variable Speed Drives VNĐ : Đồng Việt Nam

Số hiệu

2.1 Những khu vực tổn thất và giải pháp nâng cao hiệu suất ĐC 23 2.2 Hiệu quả của công việc đổi nối tam giác sang sao 24 2.3 Suất tổn thất công suất tác dụng của các loại thiết bị bù 30

3.1 Tình hình tiêu thụ điện năng các trạm bơm nước thải cấp I

3.2 Tình hình lưu lượng nước các trạm bơm nước thải cấp I

3.3 Bảng thông số các động cơ bơm nước nước thải cấp I 42

3.4 Bảng danh mục các động cơ tại các trạm bơm nước thải cấp

3.7 Bảng tổng hợp lắp đặt bộ tụ cho 4 trạm bơm nước thải cấp I 50

3.7 Bảng tổng hợp lắp đặt bộ tụ cho 9 trạm bơm nước thải cấp

3.9 Khảo sát lưu lượng từng trường hợp trong 1 ngày đêm

Số hiệu

1.2 Sơ đồ điện các động cơ bơm nước trong tủ điện 10

1.4 Sơ đồ bố trí các máy bơm trong trạm bơm SPS 12 1.5 Sơ đồ động lực các động cơ bơm nước trong tủ điện 13 1.6 Sơ đồ nguyên lý điều khiển 1 động cơ bơm nước 13

2.2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển tốc độ động cơ KĐB 31 2.3 Dạng đặc tính điều chỉnh khi không dùng điện trở phụ trong

2.4 Đặc tính cơ động cơ không đồng bộ.khi điều chỉnh tần số 33

2.6 Sơ đồ bộ biến tần có khâu trung gian một chiều 36

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

Đối với nước ta, trong một thời gian dài chúng ta áp dụng chính sách giá năng lượng bao cấp, những mức giá không phản ánh thực chất chi phí của quá trình sản xuất, và do vậy vấn đề sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả rất ít được quan tâm Khi nhà nước xóa bỏ chế độ bao cấp, các cơ sở sản xuất, kinh doanh phải tự hạch toán

lỗ lãi, vấn đề sử dụng năng lượng đã được quan tâm nhiều hơn Từ đó Luật điện lực ra đời và đặc biệt là Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả số 50/2010/QH12 được Quốc hội nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam khóa XII, kỳ họp thứ 7 thông qua ngày 17 tháng 6 năm 2010

Hiện nay, khi Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đã đi vào đời sống

và thực sự tạo nên một “con sốt” đối với những đối tượng liên quan, đặc biệt là các doanh nghiệp trọng điểm Trong đó, vấn đề liên quan đến việc thực hiện kiểm toán năng lượng (KTNL) đã được nhiều doanh nghiệp quan tâm Đây là tín hiệu đáng mừng, tuy nhiên, những kiến thức về kiểm toán năng lượng hiện nay vẫn còn khá mới

mẻ và chưa đầy đủ với nhiều doanh nghiệp

Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, thực chất là sử dụng năng lượng theo yêu cầu của các cơ sở sản xuất một cách hợp lý, nhờ các biện pháp bố trí lại sản xuất, nghiên cứu quy trình công nghệ, sử dụng tối đa nguồn năng lượng tự nhiên như năng lượng mặt trời, chiếu sáng, thông gió tự nhiên, lợi dụng chất lỏng, chất khí thải còn chứa nhiệt năng,…

Về kỹ thuật, cơ hội tiết kiệm năng lượng được quan tâm phát hiện để đề xuất cho tất cả các hệ thống cung cấp năng lượng chủ yếu của doanh nghiệp, gồm hệ thống

nhiệt, hệ thống nước thải, hệ thông điện,… Trong các hệ thống điện tổn thất do phân phối thường thay đổi nhiều và tùy thuộc vào từng đặc điểm từng nhà máy,hiệu quả hoạt động của các thiết bị của nhà máy v.v

Chúng ta thấy rõ; tiết kiệm điện năng phải được xem là “quốc sách” Trong các nhà máy sản xuất công nghiệp hiện nay, hầu hết sử dụng động cơ công suất lớn nhiều

so với công suất yêu cầu Hiệu suất thấp, động cơ hoạt động thường xuyên bị non tải

và còn thiếu các thiết bị điều khiển Nên tổn thất điện năng rất lớn, gây lãng phí cho doanh nghiệp và ảnh hưởng đến tình hình cung cấp điện của cả nước nói chung

Từ đó, để sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, trước tiên cần phải có các hoạt động quản lý năng lượng một cách chặt chẽ của các doanh nghiệp, các cơ sở tiêu thụ năng lượng để tìm ra các giải pháp tiết kiệm năng lượng Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đã được Quốc Hội thông qua theo Nghị Quyết số 51/2001/QH10 [8] đã quy định về chính sách, biện pháp thúc đẩy sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, vì thế việc tiến hành nghiên cứu và đề xuất các giải pháp tiết kiệm năng lượng là rất cần thiết Một trong những giải pháp để tiết kiệm năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng mà nhiều nước trên thế giới và Việt Nam áp dụng đó là chương trình quản lý nhu cầu DSM (Demand Side Managent) Tiềm năng của DSM với các thành phần phụ tải là rất đa dạng và rất phong phú, với phụ tải công nghiệp động cơ không đồng bộ (KĐB) là đối tượng tác động mạnh mẽ và có hiệu quả rất lớn đối với DSM Động cơ KĐB có cấu tạo đơn giản, vận hành chắc chắn, được sử dụng rộng rãi trong thực tế Theo ước tính trên 50% điện năng sản xuất của thế giới do động

cơ KĐB tiêu thụ, trong suốt vòng đời của động cơ KĐB tiền điện chiếm 96% trong đó chi phí mua động cơ và bảo dưỡng chỉ chiếm 4% Ở các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp, doanh nghiệp, phụ tải chủ yếu là động cơ KĐB, tuy nhiên việc sử dụng còn lãng phí hiệu quả chưa cao do đó việc sử dụng hiệu quả đối với động cơ KĐB sẽ góp phần tiết kiệm điện năng

Nhận thức được tầm quan trọng của việc tiết kiệm năng lượng nói chung, điện năng nói riêng và sự ảnh hưởng của động cơ KĐB trong việc sử dụng năng lượng tiết

kiệm và hiệu quả, đó là lý do mà tác giả nghiên cứu đề xuất các giải pháp sử dụng

năng lượng tiết kiệm và hiệu quả cho Công ty thoát nước và Xử lý nước thải Đà Nẵng, từ đó áp dụng một số giải pháp cụ thể đối với các trạm bơm nước thải trên địa

- Tính toán, lựa chọn các thiết bị điều khiển tối ưu nâng cao hiệu suất sử dụng

năng lượng, cải thiện môi trường, thực hiện phát triển kinh tế - xã hội bền vững, qua

đó góp phần đảm bảo an ninh năng lượng của đất nước

2.1.1 Các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong sản xuất

Nghiên cứu các giải pháp sau đây:

* Giải pháp tiết kiệm năng lượng trong khâu quản lý:

- Thực hiện việc đo lường năng lượng tại các khâu vận hành sản xuất, thu thập

các hóa đơn tiêu thụ năng lượng của Công ty

- Từ đó đưa ra được tiêu chuẩn tiêu thụ năng lượng tại các khâu vận hành sản

xuất, các tồn tại cần khắc phục

- Sắp xếp các vấn đề xử lý theo thứ tự ưu tiên

- Thiết lập các mục tiêu của các vấn đề tồn tại cần xử lý

- Lập kế hoạch và thực hiện kế hoạch để xử lý

- Giám sát và đánh giá các vấn đề tồn tại đã xử lý

* Giải pháp tiết kiệm năng lượng trong khâu kỹ thuật:

- Phân tích các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả đối với động cơ KĐB

- Nghiên cứu việc điều chỉnh hệ số công suất và điều chỉnh tốc độ của động cơ bằng bộ biến tần

- Tính toán kinh tế, đánh giá hiệu quả khi áp dụng giải pháp bù công suất phản kháng và điều chỉnh tốc độ động cơ bằng bộ biến tần

- Tiết kiệm năng lượng trong cơ sở vận hành sản xuất: Khai thác động cơ điện, các biện pháp nâng cao hệ số cosφ

2.1.2 Nghiên cứu đề xuất, ứng dụng các thiết bị điều khiển tối ưu đối với động cơ không đồng bộ

Nghiên cứu công nghệ, từ đó đề xuất các giải pháp sử dụng các các thiết bị điều khiển tối ưu hệ thống động cơ không đồng bộ, hệ thống máy bơm,…

2.1.3 Tính toán hiệu quả vốn đầu tư, thời gian đầu tư, thời gian hoàn vốn

2.2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu các chiến lược của chương trình quản lý, các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả đối với động cơ KĐB, tiết kiệm điện năng chủ yếu bằng phương pháp

bù công suất phản kháng và điều chỉnh tốc độ động cơ bằng bộ biến tần, áp dụng cụ

thể cho các trạm bơm nước thải Đà Nẵng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

- Phụ tải điện là động cơ KĐB nói chung và một số loại tải là động cơ KĐB của các trạm bơm nước thải trên địa bàn Thành phố Đà Nẵng

- Phương pháp kiểm toán năng lượng tại các trạm bơm

- Đề tài đi sâu vào việc nghiên cứu tính toán, lựa chọn các thiết bị tối ưu điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha hiệu quả, kinh tế, tiết kiệm điện năng

các trạm bơm nước thải thuộc Công ty Thoát nước và Xử lý nước thải Đà Nẵng

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Phương pháp thực nghiệm

Áp dụng các lý thuyết đã nghiên cứu để tính toán cho cho các trạm bơm nước thải Đà Nẵng

4.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu các tài liệu, sách, báo, chuyên

đề, giáo trình, bài giảng

- Nghiên cứu tư liệu về các thiết bị điều khiển tối ưu động cơ không đồng bộ ba

pha của các nước trên thế giới

- Phân tích và tổng hợp các số liệu từ các dây chuyền vận hành để tính toán lựa chọn thiết bị điều khiển tối ưu động cơ không đồng bộ ba pha

4.3 Phương pháp thu thập và xử lý thông tin

- Khảo sát hệ thống dây chuyền công nghệ, thu thập thông tin về khả năng phát

triển và nâng cấp dây chuyền vận hành

- Thu thập những số liệu thống kê, tài liệu: Thu thập thông tin về chi phí sử dụng năng lượng, giá điện,…

- Khảo sát và đo đạc các thông số liên quan đến việc sử dụng năng lượng như: Cường độ dòng diện, hệ số cosφ,…

- Từ các số liệu khảo sát ta tiến hành đưa ra giải pháp để sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả nâng cao hiệu suất xử lý vận hành

- Phân tích kinh tế tài chính: Tính toán hiệu quả đầu tư, vốn đầu tư, thời gian đầu

tư, thời gian hoàn vốn khi sử dụng các thiết bị điều khiển tối ưu động cơ KĐB ba pha

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu và đề xuất các giải pháp tính toán, lựa chọn thiết bị điều khiển tối ưu

và sử dụng năng lượng hiệu quả đối với phụ tải là động cơ không đồng bộ qua đó tiết kiệm được điện năng, giảm chi phí xử lý vận hành của Công ty, góp phần cải thiện môi trường, từ đó có thể nhân rộng việc áp dụng giải pháp cho các nhà máy xử lý nước thải khác

6 Tên tiểu luận

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

nghiên cứu, luận văn được đặt tên:”Nghiên cứu đề xuất các giải pháp sử dụng năng

lượng tiết kiệm và hiệu quả cho Công ty Thoát nước và Xử lý nước thải Đà Nẵng”

7 Bố cục

Luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận, gồm có ba chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về Công ty Thoát nước và Xử lý nước thải Đà Nẵng và chương trình DSM

Chương 2: Các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong vận hành và phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha bằng thiết bị biến tần

Chương 3: Tính toán đề xuất các giải pháp tiết kiệm điện năng cho các trạm bơm nước thải tại Công ty Thoát nước và Xử lý nước thải Đà Nẵng

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY THOÁT NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

ĐÀ NẴNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH DSM

1.1 Tổng quan về công ty thoát nước và xử lý nước thải Đà Nẵng

1.1.1 Giới thiệu chung về Công ty

Công ty Thoát nước và xử lý nước thải Đà Nẵng có trụ sở chính tại số 18 đường

Hồ Nguyên Trừng - Phường Hòa Cường Nam - Quận Hải Châu – thành phố Đà Nẵng Công ty được thành lập theo Quyết định số 1172/QĐ-UBND ngày 08 tháng 02 năm

2010 của Chủ tịch Ủy ban nhân dân thành phố Đà Nẵng

Công ty Thoát nước và Xử lý nước thải Đà Nẵng quản lý, vận hành và bảo dưỡng toàn bộ hệ thống thoát nước và xử lý nước thải trên địa bàn thành phố Đà Nẵng Công

ty là một doanh nghiệp Nhà nước, Công ty có đầy đủ tư cách pháp nhân, có con dấu riêng, có tài khoản mở tại ngân hàng [2]

1.1.2 Chức năng và nhiệm vụ của công ty

a Chức năng

Quản lý, vận hành và bảo dưỡng toàn bộ hệ thống thoát nước và xử lý nước thải trên địa bàn thành phố Đà Nẵng, ngoài ra Công ty còn có một số chức năng sau:

- Xây lắp các công trình thoát nước và xử lý nước thải

- Kinh doanh vật tư chuyên ngành thoát nước

- Thiết kế các công trình thoát nước và xử lý nước thải

- Thí nghiệm các mẫu nước thải

b Nhiệm vụ

- Lập hồ sơ quản lý, quản lý khai thác và vận hành toàn bộ hệ thống thoát nước

đô thị bao gồm cả hệ thống xử lý nước thải;

- Xây dựng kế hoạch ngắn hạn, dài hạn và thường xuyên tổ chức kiểm tra, duy tu sửa chữa, nạo vét, xây dựng bổ sung các công trình, hệ thống thoát nước đô thị;

- Tham mưu cho các cơ quan có thẩm quyền xem xét, cho phép thực hiện việc đấu nối hệ thống xả nước thải của các hộ gia đình và hệ thống thoát nước đô thị

- Hướng dẫn việc sử dụng công trình thoát nước đô thị phù hợp với yêu cầu kỹ thuật, kiểm tra phát hiện và đề xuất cơ quan có thẩm quyền xử lý các hành vi vi phạm

hệ thống thoát, cấp phép đấu nối thoát nước đô thị

- Theo dõi tình trạng ngập úng, tổ chức khắc phục hoặc đề xuất cơ quan có thẩm quyền thực hiện các biện pháp khơi thông thoát nước đô thị

- Quản lý sử dụng lao động, tài sản, tài chính đúng quy định của Nhà nước

- Thực hiện các nhiệm vụ khác do UBND thành phố và Giám đốc Sở Tài Nguyên

và Môi Trường giao

1.2 Hiện trạng nguồn nhân lực

- Ban Giám đốc: 04 người

- Phòng tổ chức – Hành chính: 14 người

- Phòng kế toán: 07 người

- Phòng kỹ thuật: 14 người

- Phòng kế hoạch: 06 người

- Phòng công nghệ môi trường nước thải: 10 người

- Trạm Xử lý nước thải Sơn Trà: 21 người

- Trạm Xử lý nước thải Hòa Cường: 29 người

- Trạm Xử lý nước thải Phú Lộc: 38 người

- Trạm Xử lý nước thải Ngũ Hành Sơn: 28 người

- Trạm Xử lý nước thải Thọ Quang: 26 người

- Xưởng cơ khí : 23 người

- Đội quản lý duy tu : 14 người

Phó giám đốc phụ trách xử lý nước

Phòng Công nghệ môi trường nước thải

Phòng

Kế hoạch

Phòng Tài chính

Trạm XLNT Sơn Trà

Trạm XLNT Ngũ Hành Sơn

Đội Duy tu

Xưởng

Cơ khí

Trạm XLNT Thọ Quang

1.3 Tổng quan về cỏc trạm bơm nước thải cấp I (xem hỡnh1.1)

1.3.1 Hệ thống cỏc trạm bơm nước thải cấp I

Hệ thống cỏc trạm bơm nước thải cấp 1 tổng cộng cú 09 trạm bơm (SPS) thuộc

04 lưu vực nằm trờn địa bàn thành phố Đà Nẵng đú là lưu vực Sơn Trà, lưu vực Ngũ Hành Sơn, lưu vực Phỳ Lộc, lưu vực Hũa Cường, được xõy dựng nhằm thu gom nước thải từ cỏc tuyến Tuyến cống Thu gom Tự chảy hoặc cỏc Cấu trỳc Chuyển dũng

Cú hai hệ thống lớn: Phỳ Lộc và Hũa Cường, và hai hệ thống nhỏ: Sơn Trà và Ngũ Hành Sơn Lớn ở đõy khụng nhằm đề cập đến độ dài tuyến ống mà là lượng nước thải được thu gom

SPS18 SPS 21

19560

n-GID1-250

g

19n00 rm1 8-250

rm 1-400

SPS2

gid-315

r m15

3a -200

SPS33

rm 33-315

dn800-1200dn800-1200 dn800-1200

rm560

9-So n trà éi?

da nang airport sân bay đà nẵng

Chi tiết về mỗi trạm bơm SPS được trỡnh bày trong bảng dưới đõy

Bảng 1.1 Chi tiết các trạm bơm SPS cấp I

Các loại bơm Lưu vực SPS

Lưu lượng (l/s) C/tác Tổng Loại

Đ/k ống (mm)

Đ/k SPS (m)

Bơm 1 K.động Phú

Lộc SPS18 65 2 3 N3127.180MT - 5,9KW 150 3.00 -2.67 Hòa

Mỗi trạm bơm được làm bằng bêtông cốt thép và được trang bị gồm:

- Một hoặc nhiều bơm làm việc đặt chìm và 1 bơm dự phòng đặt chìm;

- Mỗi bơm có một van cổng và một van một chiều để ngăn không cho nước thải chảy ngược vào SPS khi bơm ngừng vận hành;

- Một van chính hai chiều, để có thể làm trống các tuyến ống nâng chính một tủ điện điều khiển;

- Một quạt thông gió, được lắp đặt bên trong tủ điều khiển

1.3.2 Qui trình bơm nước thải

Hệ thống nước thải thu gom được chảy về trạm bơm đến mức tự động khởi động máy bơm đầu tiên trong một trạm bơm SPS sau khi nước thải trong giếng bơm này đạt đến một cao độ nào đó sẽ khởi động các bơm kế tiếp khi nước vẫn còn tăng và lên đến các mực nước đã xác định tiếp theo, Sự ngừng bơm cũng được thiết lập tự động

Tất cả các trạm bơm nước thải cấp 1 là các trạm bơm có công suất nhỏ từ 5,9KW đến 13,5KW, khởi động trực tiếp và bơm nước thải từ giếng bơm lên đưa vào đường ống nâng chính dẫn về các trạm bơm cuối tuyến hoặc về 4 trạm xử lý theo hiệu lệnh bơm của tủ điện điều khiển và nhân viên vận hành tại phòng SCADA

1.3.3 Các thiết bị trong hệ thống trạm bơm nước thải SPS cấp I

Tất cả các thiết bị trong hệ thống trạm bơm điều giống nhau gồm:

- Từ 02 đến 03 động cơ bơm chìm cho 1 tram bơm SPS

- 01 tủ điện điều khiển gồm: Áp tô mát, công tắc tơ, role nhiệt, bảo vệ mất pha, các dụng cụ đo đếm dòng, áp, bộ PLC …

1.3.4 Sơ đồ điện hệ thống bơm

Hình 1.2 Sơ đồ điện các động cơ bơm nước trong tủ điện

Hình 1.3 Sơ đồ mạch điều khiển

1.3.5 Nguyên lý làm việc

v Điều khiển bằng tay (Manual)

Chế độ này hệ thống bơm sẽ được quan sát và điều khiển tại chỗ Tuy nhiên các

dữ liệu cũng được truyền về trung tâm để ghi lại số liệu, trong trường hợp này tại trung

tâm không thể điều khiển được bơm

Thông thường trường hợp này được dùng để bảo dưỡng, vận hành chạy thử tại chỗ, sau quá trình bảo dưỡng định kỳ bơm thì nhân viên vận hành nên chạy ở chế độ này nhằm kiểm tra tại hiện trường tình trạng hoạt động của bơm trước khi chuyển qua chế độ tự động điều khiển từ xa

v Điều khiển tự động (Auto)

Chế độ này được thực hiện giám sát và điều khiển tự động, có thể can thiệp vào PLC để thay đổi các dữ liệu và trạng thái, ở chế độ này tại trung tâm cũng theo dõi được các trạng thái bơm

Đóng tất cả MCCB động lực, CB điều khiển hệ thống đã sẵn sàng làm việc

- Chuyển công tắc sang vị trí Man (ấn on) hoặc Auto, nếu các thiết bị đã sẵn sàng thì role R3(R4) có điện dẫn đến tiếp điểm rơ le R3(R4) tác động, tự động tác động công tắc tơ MC1(MC2) làm việc khi đó động cơ bơm nước khởi động trực tiếp và làm việc theo chế độ định mức này

1.4 Tổng quan về trạm bơm nước thải cấp II

1.4.1 Hệ thống các trạm bơm nước thải cấp II

Chi tiết về mỗi SPS được trình bày trong bảng dưới đây

Bảng 1.2 Chi tiết các trạm bơm SPS cấp II

Các loại bơm Lưu

Lưu lượng (l/s) C/tác Tổng Loại

Đ/k ống (mm)

Đ/k SPS

(m)

Bơm 1 K.động

SPS19 286 2 3 N3201.180MT - 22KW 250 4.00 -2.79 SPS20 388 2 3 N3201.180MT - 30KW 250 5.00 -2.62 Phú Lộc

SPS21 473 2 3 N3300.180LT - 44KW 350 6.00 -2.11 SPS13 292 2 3 N3201.180MT - 22KW 250 5.00 -3.52 SPS14 530 2 3 N3300.180LT - 34KW 350 5.00 -2.26

Hòa

Cường

SPS15 540 2 3 N3300.180LT - 44KW 350 6.00 -1.97 SPS4 265 2 3 N3202.180MT - 22KW 250 4.00 -0.33 SPS34 185 2 3 N3171.180MT - 18,5KW 200 4.00 0.00

Ngũ

Hành

Sơn

SPS35 275 2 3 N3202.180MT - 22KW 250 4.00 5.00 Cũng như hệ thống trạm bơm cấp I hệ thống trạm bơm nước thải cấp II cũng có

09 trạm bơm (SPS) thuộc 04 lưu vực nằm trên địa bàn thành phố Đà Nẵng đó là lưu vực Sơn Trà, Ngũ Hành Sơn, Phú Lộc, Hòa Cường, được xây dựng nhằm thu gom nước thải từ các tuyến Tuyến cống thu gom tự chảy hoặc các Cấu trúc Chuyển dòng Công suất máy bơm từ 18,5KW đến 44KW

1.4.2 Qui trình bơm nước thải

Giống như vận hành bơm cấp I hệ thống nước thải được thu gom chảy về trạm bơm đến mức tự động khởi động máy bơm đầu tiên trong một trạm bơm sau khi nước thải trong giếng bơm này đạt đến một cao độ nào đó sẽ khởi động các bơm kế tiếp khi nước vẫn còn tăng và lên đến các mực nước đã xác định tiếp theo, khi đó nước thải được đẩy về trạm xử lý của các lưu vực Sự ngừng bơm cũng được thiết lập tự động

1.4.3 Giếng bơm nước thải SPS

Mỗi giếng bơm nước thải cấp II gồm 2 đến 3 máy bơm chìm hiệu Flygt của Thụy Điển (xem Hình 1.4)

Hình 1.4 Sơ đồ bố trí các máy bơm trong trạm bơm SPS

Các thiết bị trong hệ thống điện trạm bơm SPS cấp II

Tất cả các thiết bị trong hệ thống trạm bơm cấp II điều giống nhau gồm:

- 03, 04 động cơ bơm chìm từ 18,5KW đến 44KW cho 1 trạm bơm SPS

- 01 tủ điện điều khiển gồm: Áp tô mát, công tắc tơ, role nhiệt, bảo vệ mất pha, các dụng cụ đo đếm dòng, áp, khởi động mềm, bộ PLC …

Sơ đồ điện các động cơ bơm cấp II (xem Hình 1.5,1.6)

Hình 1.5 Sơ đồ động lực các động cơ bơm nước trong tủ điện

Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý điều khiển 1 động cơ bơm nước

1.4.4 Nguyên lý làm việc của trạm bơm SPS cấp II

Giống như hệ thống điện trạm bơm cấp I hệ thống trạm bơm cấp II cũng vận hành có 2 chế độ: Điều khiển bằng tay(Man) và điều khiển tự động(Auto)

Đóng tất cả MCCB động lực, CB điều khiển hệ thống đã sẵn sàng làm việc Chuyển công tắc sang vị trí bằng tay(Man) sau đó:

- Ấn ON, nếu mức nước đã đủ làm việc, role R13 làm việc dẫn đến công tắc tơ

MC3 tác động động cơ làm việc ở chế độ khởi động mềm khoảng 3 đến 5 giây rơ le

R17 tác động kéo theo tiếp điểm rơ le R17 làm việc dẫn đến rơ le R15 làm việc, tự động tác động công tắc tơ MC3.1 làm việc và cắt MC3 động cơ bơm nước làm việc ở chế độ khởi động mềm ra và làm việc theo chế độ định mức này Tiếp điểm MC1, MC2 là 2 tiếp điểm khóa chéo để tránh trường hợp các động cơ khởi động cùng một lúc

- Nguyên lý hoạt động 02, 03 động cơ bơm tương tự như nhau

1.5 Tổng quan về chương trình DSM

1.5.1 Vấn đề năng lượng trên thế giới và ở Việt Nam

1.5.1.1 Tiềm năng năng lượng trên thế giới

Do sự phát triển của kinh tế ngày càng cao, việc sử dụng năng lượng ngày càng lớn, theo dự báo của cơ quan thông tin về năng lượng (EIA) năm 2004, trong vòng 24 năm từ năm 2001 đến năm 2025 các năng lượng hóa thạch của thế giới như sau:

- Than: Là nguồn nhiên liệu hóa thạch được sử dụng từ lâu nhất trên thế giới Tổng trữ lượng than trên toàn thế giới được ước tính khoảng 1.083 tỷ tấn, đủ cung cấp cho khoảng 210 năm nữa Mặc dù phân bố rộng rãi nhưng 60% trữ lượng than của thế giới tập trung ở 3 quốc gia: Mỹ (25%); Liên Xô cũ (23%) và Trung Quốc (12%) Bốn quốc gia khác là Úc, Ấn Độ, Đức và Nam Phi chiếm khoảng 29%

- Dầu mỏ: Tổng dự trữ dầu mỏ trên thế giới tương đương với 125,8 nghìn tỷ thùng Trong đó: 63% nằm ở Trung Đông, 13% nằm ở Trung và Nam Mỹ, 24% nằm rải rác các nơi khác Nếu khai thác như hiện nay chỉ đủ dùng trong 42 năm nữa

- Khí: 100.000 tỷ m³ Trong đó: 36% nằm ở Trung Đông, 30% nằm ở các nước SNG “ Liên Xô cũ”, 34% nằm rải rác các nơi khác Nếu khai thác như hiện nay chỉ đủ dùng trong 65 năm nữa

- Năng lượng nguyên tử: 4.5 triệu tấn Nếu khai thác như hiện nay chỉ đủ dùng trong 73 năm nữa

1.5.1.2 Tiềm năng năng lượng ở Việt Nam

Cùng với xu thế phát triển của thế giới, Việt Nam là một trong những nước có nền kinh tế phát triển trong những năm trở lại đây Qua thống kê, khảo sát đánh giá về tiềm năng năng lượng Việt Nam năm 2010 như sau:

- Than: Các mỏ than chủ yếu tập trung khu vực Đông Bắc chiếm 90% chủ yếu là than Anthracite trữ lượng khoảng 3238 triệu tấn ở độ sâu 150-2.300 mét và một số lượng không nhiều là than nâu, than bùn nằm ở tam giác sông Hồng và sông Meekong nhưng khó khai thác do khu vực này hằng năm đất luôn được phù sa bồi đắp

- Dầu mỏ và khí: Tổng trữ lượng dầu mỏ và khí có thể thu hồi của nước ta vào khoảng 3,75 tỷ m3 dầu khí đã quy đổi, trong đó 1,25 tỷ m3 là khí đốt

- Thủy điện: Nếu xem xét các yếu tố như kinh tế, xã hội và yếu tố tác động tới môi trường thì tiềm năng còn khoảng 75-80 tỷ kWh/năm

- Năng lượng nguyên tử: Có khoảng 320.000 tấn U3O8, trước mắt có thể khai thác 6.000 tấn với giá ≤80 USD/kg

1.5.2 Vai trò của quản lý nhu cầu DMS (Demand side Management)

Khi đề cập đến vấn đề sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, theo kinh nghiệm của nhiều nước, một trong những giải pháp kinh tế và hiệu quả để giảm bớt nhu cầu phát triển nguồn và lưới điện là áp dụng các chương trình quản lý nhu cầu (DSM - Demand side Management) kết hợp với quản lý nguồn cung cấp (SSM – Supply side Management)

1.5.2.1 Khái niệm chung về DSM

DSM là tập hợp các 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) và quản lý nhu cầu sử dụng điện năng (DSM-Demand Side Management)

Trong những năm gần đây, để thỏa mãn nhu cầu sử dụng ngày càng tăng của phụ tải người ta quan tâm đến việc đầu tư khai thác, xây dựng thêm các nhà máy điện mới Giờ đây, do sự phát triển của nhu cầu dùng điện, lượng vốn đầu tư cho ngành điện đã trở thành gánh nặng của Quốc gia Lượng than, dầu, khí đốt,…dùng trong các nhà máy điện ngày một lớn kèm theo sự ô nhiễm môi trường ngày càng nghiêm trọng, dẫn tới DSM được xem là 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 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 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 : điều khiển nhu cầu dùng điện cho phù hợp với khả năng cung cấp một cách kinh tế nhất và nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của các hộ dùng điện để giảm điện năng tiêu thụ (hình 1.7)

1.5.2.2 Chiến lược của DSM

v Điều khiển nhu cầu điện năng phù hợp với khả năng cung cấp điện một

cách kinh tế nhất

Chiến lược này bao gồm các giải pháp chủ yếu sau: điều khiển trực tiếp dòng điện; tích trữ năng lượng; sử dụng các nguồn năng lượng mới; đổi mới giá [3], [4], [9]

• Điều khiển trực tiếp dòng điện

Mục tiêu chính là thay đổi hình dáng đồ thị phụ tải; điều hòa nhu cầu tối đa và

tối thiểu hàng ngày của năng lượng điện để sử dụng có hiệu quả nhất các nguồn năng lượng để giải tỏa nhu cầu xây dựng các nhà máy sản xuất điện mới

Hình 1.7 Các chiến lược DSM

a) Cắt giảm đỉnh: là giảm phụ tải của hệ thống trong thời gian cao điểm (hình 1.8) Điều này có thể làm chậm lại nhu cầu phải tăng thêm công suất phát Hiệu quả là giảm điện năng tiêu thụ và phụ tải đỉnh (hình 1.8)

b) Lấp thấp điểm: là tăng thêm các phụ tải vào thời gian thấp điểm (hình 1.9) Biện pháp này đặc biệt tốt khi chi phí trả dần dài hạn nhỏ hơn giá 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 nhưng không tăng công suất đỉnh

CHIẾN LƯỢC DSM

Chiến lược 1

Điều khiển nhu cầu điện năng

phù hợp với khả năng cung cấp

- Tăng trưởng dòng điện

- Biểu đồ phụ tải linh hoạt

- Giá cho phép cắt điện trực tiếp

- Giá theo công suất

- Giá theo cấp điện áp

- Giá cho mục tiêu đặc biệt

Sử dụng các thiết bị có hiệu

suất cao

Thay thế các thiết bị, dây chuyền công nghệ có hiệu năng cao hơn

Giảm thiểu sự tiêu phí năng lượng một cách vô ích

c) Chuyển dịch phụ tải: chuyển phụ tải từ thời gian cao điểm sang thời gian thấp điểm (hình 1.10) 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

d) Biện pháp bảo tồn: giảm tiêu thụ điện nhờ việc nâng cao hiệu năng của các thiết bị dùng điện (hình 1.11) Hiệu quả là giảm công suất đỉnh (phụ thuộc vào các hệ

số đồng thời) và giảm tổng điện năng tiêu thụ

e) Tăng trưởng dòng điện: là biện pháp tăng thêm khách hàng mới (hình 1.12), ví

dụ mở rộng chương trình điện khí hóa nông thôn Hiệu quả là tăng cả công suất đỉnh

và tổng điện năng tiêu thụ

f) Biểu đồ phụ tải linh hoạt: làm thay đổi độ tin cậy và chất lượng phục vụ (hình 1.13) Thay vì tác động vào biểu đồ phụ tải một cách lâu dài, công ty điện có phương

án cắt phụ tải khi cần Hiệu quả là giảm công suất đỉnh và thay đổi 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 mong muốn

Hình 1.12 Tăng trưởng dòng điện Hình 1.13 Biểu đồ phụ tải linh hoạt

Hình 1.14 Tác động của DSM lên biểu đồ phụ tải

• Tích trữ năng lượng

Đây là biện pháp tận dụng nguồn điện năng sản suất từ những dạng nguyên liệu

rẻ tiền và dư thừa trong giờ thấp điểm, để đưa vào sử dụng trong giờ cao điểm, góp phần lấp thấp điểm đồ thị phụ tải và giảm nhu cầu công suất trong giờ cao điểm Một

số dạng tích trữ năng lượng phổ biến như:

- Tích trữ điện một chiều bằng Ac qui

- Tích trữ cho kho trữ nhiệt (nóng và lạnh) để phục vụ cho nhu cầu sản xuất

- Tích trữ nước cho nhu cầu sinh hoạt

- Nhà máy thủy điện tích năng: tác động lớn đến DSM và là nguồn điện dự phòng đáng tin cậy cho hệ thống điện (HTĐ)

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

Nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng mới là giải pháp áp dụng các công nghệ sử dụng năng lượng mới để bổ sung và 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 mới như:

- Năng lượng gió (hinh 1.15)

- Năng lượng mặt trời (hình 1.16)

- Năng lượng từ đại dương (hình 1.17)

- Năng lượng địa nhiệt (hình 1.18), năng lượng sinh khối, năng lượng hạt nhân…

• Giá bán điện thay đổi

Chính sách giá điện được xem là biện pháp tài chính hữu hiệu thay thế 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, đem lại lợi ích cho cả nhà sản xuất điện

và hộ tiêu thụ điện Biểu giá điện phải được xét ở góc độ hiệu quả tổng thể của DSM

- Giá điện theo thời điểm TOU (time of use): Đây là biểu giá được sử dụng khá

phổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới Giá điện TOU đặc biệt mang lại hiệu quả cao khi chi phí điện năng chiếm tỷ trọng lớn trong giá thành sản phẩm, thu nhập bình quân đầu người, ở Việt Nam thông qua việc thực hiện bán điện theo 3 giá

v Nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của các hộ dùng điện

Thực chất của chiến lược này là đáp ứng một cách đầy đủ các yêu 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 tiêu phí năng lượng một cách vô ích Chiến lược này làm giảm điện năng tiêu thụ, nhờ đó có thể giảm vốn đầu tư phát triển nguồn 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 [3], [4], [9]

• Sử dụng các thiết bị 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 đã chế tạo được những thiết bị dùng điện có hiệu suất cao, tuổi thọ lớn mà giá thành gia tăng không đáng kể Để thực hiện giải pháp sử dụng các thiết bị điện có hiệu suất cao cần chú ý tới các công việc:

- 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 điện được sản xuất hoặc nhập khẩu

- Thông tin, tuyên truyền, đào tạo để giúp cho những người sử dụng điện biết cách chọn lựa và sử dụng các thiết bị có hiệu suất cao

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

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

• 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 làm việc 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 và điện năng nói chung kể cả ở các nước phát

triển cũng còn lãng phí và không hiệu quả, các biện pháp cụ thể để tiết kiệm điện năng

thuộc giải pháp này chia ra làm ba khu vực:

a) Khu vực nhà ở:

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, tận dụng ánh sáng tự nhiên, bớt các đèn chiếu sáng và quạt điện; hạn chế số lần đóng mở các tủ lạnh, tủ đá, số lần làm việc của máy giặt, bếp điện,…

b) Khu vực công cộng:

Trong khu vực này việc quan tâm đến khâu thiết kế công trình để hạn chế tiêu tốn năng lượng trong các hệ thống chiếu sáng, làm mát, sưởi ấm có thể cho những kết quả đáng kể Những quy định cụ thể, rõ ràng về việc sử dụng các thiết bị điện Việc trang bị thêm các thiết bị đóng cắt, tự động khống chế là cần thiết

c) Khu vực công nghiệp:

Các biện pháp làm giảm sự tiêu phí năng lượng trong khu vực này khá đa dạng

và thường cho hiệu quả cao, cần chú ý đến việc như:

- Thiết kế và xây dựng nhà xưởng hợp lý

- Hợp lý hóa các qui trình sản xuất

- Bù công suất phản kháng để cải thiện cosφ

- Thiết kế và vận hành kinh tế các trạm biến áp (TBA)

- Hệ thống chiếu sáng: sử dụng thiết bị đặt giờ và khống chế cường độ sáng; dùng phương pháp chiếu sáng hợp lý; tận dụng ánh sáng tự nhiên…

- Động cơ điện: áp dụng giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả đối với động cơ

1.6 Kết luận

Trong chương 1 trình bày 2 phần:

Phần 1 là tổng quan về Công ty và hệ thống các trạm bơm nước thải (SPS) cấp I, cấp II của Công ty Thoát nước và Xử lý nước thải Đà Nẵng chủ yếu là lưu lượng nước thải thu gom rồi bơm đi để cung cấp cho các trạm xử lý và tiêu thụ điện năng tại các trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II, sơ đồ hệ thống điện trạm bơm nước thải cấp I và trạm bơm nước thải cấp II

Phần 2 là tổng quan về DSM Nói chung 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 hiệu quả Chiến lược của DSM được thực hiện thông qua hai giải pháp cơ bản

- Nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của các thiết bị điện

- Điều chỉnh nhu cầu tiêu thụ điện nhằm san bằng đồ thị phụ tải

CHƯƠNG 2 CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG VẬN HÀNH VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

a Các bộ phận

Một động cơ điện không đồng bộ có hai bộ phận điện cơ bản (Hình 2.1)

• Rôto: Động cơ không đồng bộ sử dụng hai loại rôto:

- Rôto lồng sóc bao gồm những thanh dẫn dày đặt tại các rãnh song song Đầu các thanh này được nối với vòng ngắn mạch

- Một rôto dây quấn có ba pha, hai lớp cuộn dây quấn Rôto được quấn nhiều cực như stato Ba pha được nối dây bên trong và các đầu dây này được nối vào vành trượt trên một trục có các chổi than

• Stato: Stato được ghép từ các vòng dập định hình với các rãnh để chứa các cuộn dây pha Chúng được quấn cho một số cực nhất định Bố trí trong không gian của những cuộn dây này lệch nhau 1200

Hình 2.1 Cấu tạo động cơ không đồng bộ

b Phân loại động cơ không đồng bộ

Có thể phân động cơ không đồng bộ thành hai nhóm chính:

Động cơ không đồng bộ một pha Chỉ có một cuộn dây stato, hoạt động bằng

nguồn điện một pha, có một rôto lồng sóc và cần một thiết bị để khởi động động cơ Động cơ không đồng bộ ba pha Từ trường quay ba pha do nguồn cung cấp ba pha cân bằng sinh ra Những động cơ loại này có năng lực công suất cao hơn có thể có rôto lồng sóc hoặc rôto dây quấn (khoảng 90% là có rôto lồng sóc)

2.1.2 Ứng dụng động cơ không đồng bộ

Ngày nay các hệ thống truyền động điện được sử dụng rất rộng rãi trong các thiết

bị hoặc dây truyền sản xuất công nghiệp, trong giao thông vận tải và trong các thiết bị điện dân dụng, Ước tính có khoảng 50% điện năng sản xuất ra được tiêu thụ bởi các

hệ thống truyền động điện

Động cơ không đồng bộ có nhiều ưu điểm như sau: kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, có khả năng làm việc trong môi trường độc hại hoặc nơi có khả năng cháy nổ cao Vì những ưu điểm này nên động cơ không đồng bộ được sử dụng rất rộng rãi trong các ngành kinh tế quốc dân với công suất từ vài chục đến hàng nghìn kW Trong công nghiêp, động cơ không động bộ thường được dùng làm nguồn động lực cho các máy cán thép loại vừa và nhỏ, cho các máy công cụ ở các nhà máy công nghiệp nhẹ,…Trong nông nghiệp, được dùng làm máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm Trong đời sống hằng ngày, động cơ không đồng bộ ngày càng chiếm một vị trí quan trọng với nhiều ứng dụng như: quạt gió, động cơ trong tủ lạnh, trong máy điều hòa,…Tóm lại cùng với sự phát triển của nền sản xuất điện khí hóa và

tự động hóa, phạm vi ứng dụng của động cơ không đồng bộ ngày càng rộng rãi

2.2 Một số giải pháp tiết kiệm năng lượng trong vận hành

Chúng ta biết rằng động cơ KĐB có cấu tạo đơn giản, vận hành chắc chắn nên được sử dụng rộng rãi trong thực tế, từ các loại thiết bị điện gia dụng như: quạt điện, máy điều hòa nhiệt độ, các thiết bị công nghiệp như các động cơ truyền động máy công cụ, máy nâng chuyển, quạt, bơm, máy nén, dây chuyền sản xuất Chính vì vậy, vấn đề sử dụng hiệu quả đối với động cơ KĐB, có ý nghĩa quyết định đến việc sử dụng năng lượng nói chung và điện năng nói riêng Các giải pháp tiết kiệm năng lượng (TKNL) trong xử lý vận hành hiệu quả đối với động cơ KĐB là:

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

Động cơ hiệu suất cao được thiết kế chuyên dụng để tăng hiệu suất hoạt động so với động cơ tiêu chuẩn, cải tiến thiết kế tập trung vào việc làm giảm tổn thất của động

cơ Động cơ hiệu suất cao có hiệu suất cao hơn động cơ tiêu chuẩn từ 3% ÷ 7% [12] Các giải pháp cải tiến thường được sử dụng trong thiết kế động cơ hiệu suất cao

và quan tâm đến các khu vực gây tổn thất để từ đó có giải pháp nâng cao hiệu suất (bảng 2.1) Do phải thực hiện các giải pháp cải thiện hoạt động của động cơ, chi phí của động cơ hiệu suất cao cao hơn chi phí của động cơ tiêu chuẩn, phần chi phí cao hơn sẽ được hoàn vốn rất nhanh nhờ giảm chi phí vận hành, nhất là với các ứng dụng mới hoặc thay thế các động cơ hết thời hạn sử dụng

Bảng 2.1 Những khu vực tổn thất và giải pháp nâng cao hiệu suất ĐC

TT Khu vực tổn thất Nâng cao hiệu suất

1 Sắt (25%)

Sử dụng lá thép kỹ thuật điện mỏng hơn sẽ giúp giảm tổn thất dòng xoáy Lõi dày hơn sẽ cần sử dụng nhiều thép hơn trong thiết kế, làm giảm tổn thất nhờ giảm mật độ từ thông sinh ra

2 Stator: I2 Rs (34%)

Sử dụng dây quấn tốt hơn, và tiết diện dây lớn hơn (nếu rãnh stator rộng) sẽ giảm trở kháng của cuộn dây và giảm tổn thất

3 Rotor: I2 Rr (21%)

Dùng những thanh dẫn rotor lớn hơn để tăng tiết diện hoặc thay thế nhôm bằng đồng sẽ giảm trở kháng và tổn thất

Nhận xét: Dựa vào các khu vực tổn thất của động cơ người ta có thể chọn khu

vực phù hợp để cải tiến giảm thất công suất trong công việc chế tạo các động cơ có hiệu suất cao, ba khu vực gây tổn thất nhiều là tổn thất trên cuộn dây stator, tổn thất trên cuộn dây rotor và tổn thất sắt từ

2.2.2 Giảm mức non tải tránh sử dụng động cơ quá lớn

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, vì một số lý do sau:

- Nhà sản xuất thiết bị có xu hướng sử dụng hệ số an toàn (hệ số dự trữ công suất) lớn hơn khi chọn động cơ

- Thiết bị thường được sử dụng non tải, ví dụ như các nhà sản xuất máy công cụ đưa ra hiệu suất định mức của động cơ cho mức đầy tải Trên thực tế, người sử dụng rất ít khi cần mức công suất 100%, dẫn đến việc thiết bị vận hành ở mức non tải

Nên lựa chọn kỹ công suất của động cơ dựa trên đánh giá chi tiết về mức tải, nhưng khi thay một động cơ quá lớn bằng một động cơ khác nhỏ hơn, cũng cần phải tính đến hiệu suất tiềm năng đạt được Vì vậy, không nên thay thế động cơ hoạt động ở mức 60 ÷ 70% công suất hoặc cao hơn Mặt khác, không có nguyên tắc cưng nhắc trong việc lựa chọn động cơ và cần đánh giá tiềm năng tiết kiệm dựa trên từng trường hợp, ví dụ như: nếu một động cơ nhỏ hơn là động cơ hiệu suất cao và động cơ đang dùng không phải là động cơ hiệu suất cao, thì có thể cải thiện hiệu suất

Nếu những động cơ luôn hoạt động ở mức tải dưới 40% công suất thiết kế, có thể

áp dụng một phương pháp hiệu quả và không tốn kém là đấu sao Khi đấu sao, động cơ

sẽ giảm công suất, nhưng những đặc tính làm việc như hàm của tải sẽ không thay đổi

Vì vậy, động cơ đấu sao sẽ có hiệu suất và hệ số công suất cao hơn khi hoạt động ở mức đầy tải so với khi hoạt động ở mức không đầy tải theo nối tam giác Tuy nhiên, vận hành động cơ đấu sao chỉ có thể sử dụng cho các ứng dụng với yêu cầu tỷ số mô men/tốc độ thấp khi tải giảm Ngoài ra, nên tránh chuyển sang nối sao nếu động cơ được nối với thiết bị sản xuất có sản lượng phụ thuộc vào tốc độ của động cơ Hiệu quả của việc đổi nối tam giác sang sao là hệ số công suất cosφ tăng lên, [7] (bảng 2.3)

Bảng 2.2 Hiệu quả của công việc đổi nối tam giác sang sao

Tỉ số cosφY / cosφ∆ khi hệ số mang tải kt Cosφđm

Nhận xét: Khi hệ số mang tải của động cơ càng nhỏ và hệ số công suất định mức

của động cơ càng nhỏ, thì hiệu quả của việc đổi từ tam giác sang sao càng hiệu quả

2.2.3 Chọn công suất động cơ cho tải thay đổi

Các động cơ công nghiệp thường hoạt động ở những điều kiện tải thay đổi do các yêu cầu của quá trình Một kinh nghiệm trong tình huống này là lựa chọn động cơ dựa trên mức tải cao nhất, như vậy thì sử dụng động cơ sẽ tốn kém hơn vì nó chỉ hoạt động

ở công suất tối đa trong những giai đoạn ngắn, và sẽ có nguy cơ động cơ bị non tải Một lựa chọn khác là chọn công suất của động cơ dựa trên đồ thị tải của một thiết

bị cụ thể Điều này có nghĩa là công suất động cơ được chọn thấp hơn một chút so với mức tải cao nhất và động cơ có thể bị quá tải trong một thời gian ngắn Có thể áp dụng cách này vì nhà sản xuất thiết kế động cơ với một hệ số quá tải để đảm bảo việc thỉnh thoảng động cơ hoạt động quá tải sẽ không gây ra những hỏng hóc đáng kể

2.2.4 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 Sự mất cân bằng điện áp có thể ảnh hưởng nhiều

đến hiệu suất của động cơ, xảy ra khi các pha của động cơ ba pha không cân bằng Điều này thường xảy ra do điện áp cấp cho các pha khác nhau Cũng có thể là do kích thước dây ở hệ thống phân phối khác nhau Điện áp của mỗi pha trong hệ thống ba pha phải cân bằng, đối xứng và lệch pha nhau 1200 Sự mất cân bằng sẽ làm tăng tổn thất

hệ thống và giảm hiệu suất động cơ

2.3 Giải pháp điều chỉnh hệ số công suất

Hệ số công suất cosφ là một chỉ tiêu để đánh giá các trạm bơm dùng điện có hợp

lý và tiết kiệm hay không, việc tiết kiệm điện năng và nâng cao hệ số công suất cosφ là một 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 chú ý để không gây ảnh hưởng xấu đến điều kiện làm việc bình thường của các trạm bơm

2.3.1 Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất

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

- Động cơ KĐB tiêu thụ khoảng 60 ÷ 65% tổng CSPK của mạng

- Máy biến áp tiêu thụ khoảng 20 ÷ 25%

- Đường dây trên không, điện kháng, các thiết bị điện khác tiêu thụ khoảng 100%

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 CSPK giữa máy phát điện và hộ dùng điện là một quá trình giao động Trong mỗi chu kỳ của dòng điện, CSPK Q đổi chiều bốn lần, giá trị trung bình của Q trong nửa chu kỳ của dòng điện bằng không Cho nên việc tạo ra CSPK không làm tiêu tốn năng lượng của động

cơ sơ cấp kéo máy phát điện Mặt khác CSPK cung cấp cho hộ dùng điện không nhất thiết phải lấy từ nguồn phát điện Để tránh truyền tải một lượng CSPK khá lớn trên đường dây, người ta đặt gần các hộ dùng điện các máy phát ra CSPK, đó là các tụ điện hoặc máy bù đồng bộ Các thiết bị này cung cấp trực tiếp CSPK cho phụ tải Cách làm như vậy gọi là bù CSPK Khi có bù CSPK thì góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ nhỏ đi, hệ số công suất cosφ của mạng được nâng cao

Giữa P, Q và góc φ có quan hệ sau: φ = arctg

P Q

Khi lượng P không đổi, nhờ có bù CSKP, lượng Q truyền tải trên đường dây giảm xuống do đó góc φ giảm, kết quả cosφ tăng lên Hệ số cosφ được nâng lên sẽ đưa đến những hiệu quả sau:

Ø Giảm được công suất tổn thất trong mạng điện

Tổn thất công suất trên đường dây được tính như sau:

Khi giảm Q truyền tải trên đường dây, ta giảm được thành phần tổn thất công suất ∆P(Q) do Q gây ra

Ø Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện

Tổn thất điện áp được tính như sau:

U

X Q U

R P U

X Q R

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

∆U(Q) do Q gây ra

Ø Tăng khả năng truyền 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 chúng, dòng điện chạy trên dây dẫn

và máy biến áp được tính như sau: I=

U

Q P

Ngoài ra, nâng cao hệ số công suất cosφ còn đưa đến hiệu quả là giảm được chi phí kim loại màu, làm ổn định điện áp, tăng khả năng phát điện của máy phát điện… Như vậy nâng cao hệ số công suất cosφ, bù CSPK là vấn đề quan trọng cần phải được quan tâm đúng mức khi thiết kế cũng như khi vận hành hệ thống cung cấp điện

2.3.2 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất

Các biện pháp nâng cao hệ số công suất cosφ được chia làm hai nhóm chính: nhóm các biện pháp nâng cao hệ số cosφ tự nhiên (không dùng thiết bị bù) và nhóm các biện pháp nâng cao hệ số cosφ bằng cách bù CSPK

2.3.2.1 Nâng cao hệ số công suất cosφ tự nhiên

Nâng cao HSCS tự nhiên là tìm các biện pháp để các hộ dùng điện giảm bớt lượng công suất phản kháng Q tiêu thụ như: áp dụng các qui trình công nghệ tiên tiến,

Hệ số công suất của động cơ được tính theo công thức sau, [7]:

Cosφ =

pt đm

pt đm

k P

k Q Q Q S

P

)(

1

1

2 0

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

Ø 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) chúng ta thấy công suất phản kháng Q tỷ lệ với bình phương điện áp U

Vì vậy, nếu giảm U thì giảm được Q do đó cosφ của động cơ được nâng lên

Trong thực tế người ta thường dùng các biện pháp sau đây 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 một pha giảm

đi 3 lần, do đó cosφ và hiệu suất được nâng cao, nhưng mômen cực đại giảm đi 3 lần (MMax≡ U2) 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 của dây quấn stator

- Thay đổi đầu phân áp của máy biến áp để hạ thấp điện áp của mạng phân xưởng

Ø Hạn chế động cơ không đồng bộ chạy không tải

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

Ø Thay thế những máy biến áp làm việc non tải có dung lượng nhỏ hơn

2.3.2.2 Nâng cao hệ số công suất cosφ bằng phương pháp bù

Bằng cách đặt các thiết bị bù ở gần các hộ dùng điện để cung cấp công suất phản

kháng cho chúng, giảm được lượng công suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây do đó nâng cao được hệ số công suất cosφ của mạng Biện pháp bù không làm giảm lượng công suất phản kháng tiêu thụ của các hộ dùng điện mà giảm được lượng công suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây Sau khi thực hiện các biện pháp nâng cao cosφ tự nhiên mà vẫn không đạt yêu cầu thì mới xét tới phương pháp bù

Bù công suất phản kháng Q ngoài mục đích nâng cao hệ số công suất cosφ để tiết kiệm điện mà còn có tác dụng quan trọng là điều chỉnh và ổn định điện áp của mạng cung cấp Bù công suất phản kháng đưa lại hiệu quả kinh tế, nhưng tốn kém thêm về mua sắm thiết bị bù và chi phí vận hành chung

Đương lượng kinh tế của công suất phản kháng phụ thuộc vào:

Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây được tính theo công thức:

U

Q R U

P R U

Q P

2 2 2

2 2

2 2

+

=

+

(2.8) Sau khi bù do lượng tổn thất ∆P giảm nên công suất tác dụng truyền tải trên đường dây cũng giảm, thay đổi này không đáng kể nên có thể bỏ qua, ta chỉ quan tâm đến thành phần tổn thất công suất do tác động công suất phản kháng gây ra: R

U

Q

2 2

Trước khi bù, thành phần tổn thất công suất tác dụng do công suất phản kháng

QR Q

kháng có thể tính theo công thức đơn giản sau: [7]:

Kkt= 2 2

U

QR

(2.13) Nếu Q và R càng lớn thì kkt càng lớn, nghĩa là nếu phụ tải phản kháng càng lớn

và càng ở xa nguồn thì việc bù càng có hiệu quả kinh tế

Giá trị của kkt thường nằm trong khoảng 0,02÷0,12 (kW/kVAr), tùy theo loại hộ dùng điện có thể lấy giá trị như sau, [7]:

- Hộ dùng điện do máy phát điện cung cấp: kkt = 0,02÷0,04 (kW/kVAr)

- Hộ dùng điện qua một lần biến áp: kkt = 0,04÷0,06 (kW/kVAr)

- Hộ dùng điện qua hai lần biến áp: kk t= 0,05÷0,07 (kW/kVAr)

- Hộ dùng điện qua ba lần biến áp: kkt = 0,08÷0,12 (kW/kVAr)

2.3.4 Xác định dung lượng bù

Dung lượng bù được xác định theo công thức sau:

Qbù = P(tgφ1-tgφ2)α (kVAr) (2.14) Trong đó: P là phụ tải tính toán của hộ tiêu thụ điện; φ1: góc ứng với hệ số công suất trung bình cosφ1 trước khi bù; φ2: góc ứng với hệ số công suất cosφ2 muốn đạt được sau khi bù; α = 0,9÷1: 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 qui định cho mỗi hệ tiêu thụ phải đạt được, thường cosφ2 = 0,85÷0,95 Xét về mặt tổn thất công suất tác dụng của hệ dùng điện, thì dung lượng bù có thể xác định theo quan điểm tối ưu như sau:

Do bù có thể tiết kiệm được một lượng công suất tác dụng là:

∆Ptk = kkt Qbu – kbu Qbu = Qbu (kkt – kbu) (2.15) Như vậy ∆Ptk = f(Qbu), từ đó có thể tìm được dung lượng bù tối ưu ứng với ∆Ptkcực đại là: Qbu.t.uu = Q - K bu

k

bù một lượng bằng Qbù.t.ưu là kinh tế hơn cả Song do lợi ích chung của toàn hệ thống điện, thường nhà nước qui định hệ số công suất tiêu chuẩn mà các hộ tiêu thụ nhất thiết phải đạt được mặc dù đối với từng hộ dùng điện cụ thể cosφ tiêu chuẩn chưa phải

là tốt nhất, vì vậy trong thực tế thường tính Qbù theo công thức (2.14) [7]

2.3.5 Các thiết bị bù

2.3.5.1 Tụ điện

Tụ điện là loại thiết bị điện tĩnh có những ưu nhược điểm sau: Suất tổn thất công suất tác dụng bé, không có phần quay nên lắp ráp bảo quản dễ dàng, tụ điện được chế tạo thành từng đơn vị nhỏ, vì vậy tùy theo sự phát triển của phụ tải trong sản xuất mà chúng ta ghép dần tụ điện vào mạng, làm cho hiệu suất sử dụng cao và không phải chi phí nhiều vốn đầu tư ngay một lúc Tuy nhiên, tụ điện nhạy cảm với sự thay đổi điện

áp đặt lên cực tụ điện, cấu tạo của tụ kém chắc chắn, dễ bị phá hỏng khi ngắn mạch, khi điện áp tăng đến 110% Uđm thì tụ điện dễ bị đánh thủng, khi đóng tụ điện vào mạng trong mạng có dòng điện xung còn khi cắt điện khỏi mạng, trên cực của tụ vẫn còn tích điện có thể gây nguy hiểm cho nhân viên vận hành

Tụ điện thường dùng ở các xí nghiệp trung bình và nhỏ, đòi hỏi dung lượng bù không lớn, thường nếu Qbù < 5000kVAr thì dùng tụ điện

là thiết bị tốt để điều chỉnh điện áp, nó thường được đặt ở những điểm cần điều chỉnh điện áp của hệ thống điện Nhược điểm của máy bù là có phần quay nên lắp ráp, bảo quản và vận hành phức tạp Để kinh tế, máy bù thường được chế tạo với công suất lớn,

do đó nó thường được dùng ở những nơi cần bù tập trung với dung lượng lớn

Ứng với các thiết bị bù khác nhau thì tương úng có một suất tổn thất công suất tác dụng khác nhau được trình bày ở bảng (2.4), [7]

Bảng 2.3 Suất tổn thất công suất tác dụng của các loại thiết bị bù

2 Máy bù đồng bộ S = 5000 ÷ 30000kVAr 0,002 ÷ 0,027

3 Máy bù động cơ S < 5000kVAr 0,03 ÷ 0,05

4 Động cơ dây quấn được đồng bộ hóa 0,02 ÷ 0,08

5 Máy phát đồng bộ dùng làm máy bù 0,10 ÷ 0,15

2.3.5.3 Vị trí đặt thiết bị bù

Sau khi tính dung lượng bù và chọn loại thiết bị bù, vấn đề quan trọng là bố trí thiết bị bù vào trong mạng sao cho đạt hiệu quả kinh tế nhất Nguyên tắc bố trí thiết bị

bù là làm sao cho đạt được chi phí tính toán nhỏ nhất

Ø Máy bù đồng bộ: vì có công suất lớn nên thường đặt tập trung ở những điểm

quan trọng của hệ thống điện

Ø Tụ điện: Có thể đặt ở mạng điện áp cao hoặc ở mạng điện áp thấp

- Tụ điện điện áp cao (6÷15kV) được đặt tập trung ở thanh cái trạm biến áp trung

gian hoặc trạm phân phối

- Tụ điện điện áp thấp (0,4kV) được đặt theo ba cách:

+ Đặt tập trung ở thanh cái phía điện áp thấp của trạm biến áp phân xưởng

+ Đặt thành nhóm ở tủ phân phối động lực, đường dây chính trong phân xưởng + Đặt phân tán ở từng thiết bị dùng điện: phương án này xét về mặt giảm tổn thất điện năng thì có lợi nhất, song cách đặt này khi thiết bị điện nghỉ thì tụ điện cũng nghỉ theo Phương án này chỉ được dùng để bù cho những động cơ KĐB có công suất lớn

2.4 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha

Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ như sau:

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rôto Rf

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp stato

- Điều chỉnh bằng cách thay đối số đôi cực từ

- Điều chỉnh bằng cuộn kháng bão hòa

- Điều chỉnh bằng phương pháp nối tầng

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số nguồn f1

Trong các phương pháp trên, thì phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi tần

số cho phép điều chỉnh cả mômen và tốc độ với chất lượng cao nhất Sau đây xin trình bày phương pháp điều chỉnh động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số nguồn

f1, thay đổi điện áp

2.4.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi điện áp nguồn

Để thay đổi điện áp người ta dùng bộ biến đổi có điện áp ra tùy theo tín hiệu điều khiển đặt vào Nếu bỏ qua tổng trở của nguồn và không dùng điện trở phụ trong mạch rôto Khi điện áp của bộ biến đổi U2 thì ta được họ đặc tính điều chỉnh như hình (2.2)

RF

Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển tốc độ động cơ KĐB

Khi đó: Độ trượt tới hạn giữ nguyên giá trị:

Sth =

2 2

1 2

n

X R R