Nghiên cứu và thiết kế hệ thống tiết kiệm tối ưu năng lượng trong tòa nhà thông minh

Trình bày tổng quan về hệ thống quản lý năng lượng tòa nhà. Các phương pháp tiết kiệm và tối ưu năng lượng. Các vấn đề trong quản lý năng lượng tòa nhà. Tìm hiểu hệ thống quản lý năng lượng đề xuất bởi trường Đại học South West, Đức. Tổng kết và đánh giá.

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TIẾT KIỆM TỐI ƯU NĂNG

LƯỢNG TRONG TÒA NHÀ THÔNG MINH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Chuyên ngành: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

ƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -

TRƯƠNG PHAN VĨNH PHƯỚC

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TIẾT KIỆM TỐI ƯU NĂNG

LƯỢNG TRONG TÒA NHÀ THÔNG MINH

NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TIẾT KIỆM TỐI ƢU NĂNG

LƢỢNG TRONG TÒA NHÀ

tập hợp từ nhiều nguồn tài liệu và liên hệ thực tế viết ra, không sao chép của bất kỳ

luận văn nào trước đó

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung của luận văn này

Hà Nội, ngày 28 tháng 3 năm 2013

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Trương Phan Vĩnh Phước

Khoá: Cao học 2010 -2012

trình làm đề tài này tôi đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo đặc biệt nhất

là sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của TS Nguyễn Hoàng Nam Tôi xin chân thành cảm ơn và xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS Nguyễn Hoàng Nam, các thầy, cô giáo trong Viện Điện, Viện đào tạo sau đại học và các bộ môn trong Đại Học Bách Khoa Hà Hội, Trường Cao Đẳng Nghề Dầu Khí Vũng Tàu đã tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt quá trình tham gia khóa học Các bạn bè học viên cùng lớp đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Do hạn chế về thời gian, trình độ nên luận văn không thể tránh khỏi sai sót Tác giả rất mong nhận được những chỉ dẫn, góp ý của các thầy cô cũng như các đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn nữa

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn và chân thành cảm ơn!!

MỤC LỤC

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BẢNG BIỂU

DANH MỤC VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TÒA NHÀ 4

1.1 Tổng quan về quản lý năng lượng 5

1.1.1 Thiết bị hiện trường 5

1.1.2 Khối điều khiển 6

1.1.3 Khối vận hành giám sát (SCADA) 7

1.1.4 Khối quản lý 7

1.2 Đánh giá hệ thống quản lý năng lượng 9

1.2.1 Thực trạng 9

1.2.2 Lợi ích về năng lượng 10

1.2.3 Lợi ích hỗ trợ vận hành 10

1.2.4 Các giải pháp tiết kiệm 11

CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG PHÁP TIẾT KIỆM VÀ TỐI ƯU NĂNG LƯỢNG 13

2.1 Tiết kiệm năng lượng 14

2.1.1 Giới thiệu 14

2.1.2 Dịch vụ quản lý năng lượng 15

2.1.3 Phần mềm 19

2.1.4 Giao thức EMS 20

2.1.5 Quá trình thử nghiệm thiết bị eEMS 22

2.1.6 Tổng kết 26

2.2 Quản lý tối ưu năng lượng 26

2.2.1 Giới thiệu 26

2.2.2 Cơ sở lý luận 28

2.2.3 Mô hình toán học 29

2.2.4 Vấn đề về kinh tế 31

2.2.5 Thời gian 31

2.2.6 Trường hợp nghiên cứu 32

2.2.7 Kết quả và thảo luận 34

2.2.8 Tính toán và đo lường nhu cầu năng lượng 39

2.2.9 Kết luận 40

CHƯƠNG III CÁC VẤN ĐỀ TRONG QUẢN LÍ NĂNG LƯỢNG TÒA NHÀ 41

3.1 Các hệ thống điện trong tòa nhà 42

3.1.1 Hệ thống điện và nguồn cung cấp điện 42

3.1.2 Hệ thống chiếu sáng 44

3.1.3 Hệ thống HVAC 50

3.1.4 Hệ thống cấp nước 56

3.1.5 Hệ thống thang máy 56

3.1.6 Hệ thống chữa cháy 56

3.1.7 Hệ thống an ninh 58

3.2 Lợi ích của việc trang bị hệ thống BMS cho tòa nhà 59

3.2.1 Giảm chi phí vận hành và bảo dưỡng 59

3.2.2 Tiết kiệm năng lượng 59

3.2.3 Tạo môi trường làm việc tiện nghi, hiện đại, hiệu quả cao 60

3.2.4 Đảm bảo an ninh và an toàn cho con người 60

3.2.5 Thân thiện và góp phần gìn giữ môi trường 61

CHƯƠNG IV TÌM HIỂU HỆ THỐNG QUẢN LÍ NĂNG LƯỢNG ĐỀ XUẤT BỞI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SOUTH WEST, ĐỨC 62

4.1 Giới thiệu 63

4.2 Mạng điện phân tán 63

4.3 Hệ thống cung cấp điện tương lai - Smart Grid 65

4.3.1 Điều khiển hướng tới lưới thông minh 65

4.3.2 Thách thức cho lưới điện thông minh 67

4.4 Các phương pháp tiên tiến 68

4.4.1 Kĩ thuật điều khiển Master/ Slave 68

4.4.2 Kĩ thuật điều khiển (chia sẻ) dòng năng lượng 69

4.4.3 Kĩ thuật điều khiển sụt Điện áp/Tần số 70

4.5 Kết luận 71

CHƯƠNG V TỔNG KẾT VÀ ĐÁNH GIÁ 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cấu trúc thu gọn của hệ thống BMS 6

Hình 1.2 Hệ thống quản lý tòa nhà thông minh 8

Hình 2.1 Cấu trúc và chức năng của dịch vụ EMS 18

Hình 2.2 Lưu đồ các chức năng chính của 22

Hình 2.3 Kiến trúc của thiết bị eEMS (trái) và thiết bị eEMS thật (phải) 23

Hình 2.4 Lượng yêu cầu của người dùng và tổng lưu lượng mỗi ngày 24

Hình 2.5 Mối quan hệ giữa tiêu thụ năng lượng khi sử dụng hệ thống EMS và khi không sử dụng hệ thống EMS 25

Hình 2.6 Yêu cầu nhiệt theo năm 31

Hình 2.7 Hướng năng lượng vận hành và quá trình làm lạnh 33

Hình 2.8 Chiến lược 1: Sử dụng thiết bị 35

Hình 2.9 Chiến lược 1: phân bố thời gian sử dụng thiết bị 36

Hình 2.10 Chiến lược 2: Sử dụng thiết bị 36

Hình 2.11 Chiến lược 2: phân bố thời gian sử dụng thiết bị 37

Hình 2.12 Chiến lược 3: Sử dụng thiết bị 37

Hình 2.13 Chiến lược 3: phân bố thời gian sử dụng thiết bị 38

Hình 3.1 Hệ thống thiết bị điện trong tòa nhà 42

Hình 3.2 Cấu trúc hệ thống chiếu sáng LITROL 45

Hình 3.3 Hệ thống điều khiển Chiller 51

Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống làm mát nước 52

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Tập lệnh chính của giao thức EMS 20

Bảng 2.2 Đặc tính thiết bị 32

Bảng 2.3 Năng lượng mong muốn của kế hoạch năng lượng 34

Bảng 2.4 Bảng tiền tính giá điện hàng ngày 34

Bảng 2.5 Kết quả theo bước đo là 4 giờ 34

Bảng 2.6 Kết quả tối ưu sử dụng các bước thời gian khác nhau 38

Bảng 2.7 Cài đặt thiết bị với điểm đặt có thời gian khác nhau chiến lược 2 39

DANH MỤC VIẾT TẮT

tin quản lý chung

quản lý năng lƣợng

- HVAC: Heating, Ventilation, and Air Conditioning- Nhiệt, thông gió

và điều hòa không khí

tin và truyền thông

- PSM: Programable Switch Module- Công tắc khả trình

- SOAP: Simple Object Access Protocol- Giao thức truy cập đối tƣợng đơn giản

- TCP / IP: transmission control protocol/ Internet Protocol- Giao thức điều khiển truyền tải/Giao thức liên mạng

mô tả, khám phá và hội nhập

- UPS: Uninterruptible Power Supplier- Hệ thống nguồn cung cấp liên tục

dạng dịch vụ Web

MỞ ĐẦU

Hiện nay trên thế giới, hầu hết các toà nhà lớn trong các đô thị hiện đại như tổ hợp văn phòng, chung cư cao cấp, các tòa nhà chính phủ, sân bay, nhà ga,… đều đã được trang bị hệ thống quản lý năng lượng tòa nhà – BMS (Building Management System) Điều này góp phần quan trọng trong việc khai thác hiệu quả và đảm bảo tính kinh tế trong việc sử dụng toà nhà Bên cạnh đó, hệ thống BMS còn giúp cho việc sử dụng các toà nhà đáp ứng được các yêu cầu về an toàn, an ninh Chức năng, phạm vi hoạt động của các hệ thống BMS là rất rộng lớn vì nó quản lí, điều khiển mọi hoạt động của các thiết bị bên trong toà nhà Do vậy, tuỳ theo yêu cầu, chức năng hoạt động của toà nhà mà các hệ thống BMS cần được xây dựng và trang bị sao cho phù hợp

Có rất nhiều hãng, tập đoàn công nghệ đã và đang tập trung nghiên cứu, thiết kế, chế tạo và phát triển các hệ thống quản lí toà nhà như: Siemens - Đức, Honeywell - Mỹ, Yamatake - Nhật, Advantech – Đài loan, Point Sys – Pháp, có hãng chuyên về hệ thống an ninh, an toàn, có hãng lại chuyên về các phần mềm quản lí hệ thống và có hãng lại chuyên về vai trò tích hợp hệ thống

Ở Việt Nam có khoảng 90% trong tổng số nhà cao tầng thông thường có

hệ thống cơ sở hạ tầng tối thiểu như hệ thống cấp thoát nước, điện, báo cháy,… Và có khoảng 50% toà nhà cao tầng được trang bị hệ thống điều hoà tập trung, hệ thống bảo vệ và báo cháy, báo động xâm nhập và giám sát bằng camera nhưng chưa có hệ thống điều hoà tập trung, hệ thống bảo vệ báo cháy được điều khiển riêng biệt, không thể trao đổi thông tin với nhau, không có quản lí và giám sát chung, còn phần quản lí điện năng thì ở mức thấp Khoảng

30% nhà cao tầng có trang bị hệ thống điều hoà tập trung, hệ thống bảo vệ và báo cháy, hệ thống báo động xâm nhập và giám sát bằng camera có trang bị

khiển riêng biệt và tích hợp từng phần Hệ thống BMS cho phép trao đổi thông tin, giám sát giữa các hệ thống, quản lí tập trung và quản lí điện năng ở mức cao Nhưng hiện nay tất cả các toà nhà cao tầng đều chưa được trang bị

hệ thống quản lí toà nhà thông minh với các hệ thống điều khiển điều hoà, báo cháy,… được điều khiển tập trung, tương tác bởi hệ thống BMS

Một tòa nhà có trang bị hệ thống BMS được tích hợp đầy đủ hệ thống thông tin, truyền thông và tự động hoá sẽ được gọi là toà nhà hiệu năng cao, toà nhà xanh, toà nhà công nghệ cao, tòa nhà thong minh Chúng sẽ được áp dụng trong các toà nhà có những chức năng đặc biệt như bệnh viện, cơ quan, tòa nhà Quốc hội, tòa nhà Chính phủ,…

Như vậy phần lớn việc quản lí nhà cao tầng ở Việt Nam chưa được trang

bị hệ thống BMS nên xét về mặt chất lượng và hiệu năng sử dụng thì chưa đạt yêu cầu của đô thị hiện đại Hiện các toà nhà chưa được trang bị hệ thống BMS nên tiền điện thường rất nhiều

Bên cạnh việc sử dụng điện năng cho các hoạt động vận hành của tòa nhà (hệ thống điều hòa, hệ thống thang máy,…) thì việc sử dụng điện năng cho điều khiển chiếu sáng cũng chiếm một tỷ trọng khá lớn Việc quản lý tốt vấn đề chiếu sáng không chỉ đem lại môi trường làm việc đáp ứng đủ ánh sáng mà còn nâng cao hiệu quả đầu tư cho việc tiết kiệm điện và chi phí vận hành

Trong vấn đề tự động hóa điều khiển chiếu sáng, người vận hành có thể lập sẵn lịch hoạt động chiếu sáng cho từng khu vực nhất định theo giờ làm việc, hoặc cho từng thời điểm nhất định Như khu hành lang là nơi thường

xuyên có người qua lại, trong thời gian làm việc nếu có đủ ánh sáng thì sẽ không cần thiết bật đèn, nhưng nếu không đủ ánh sáng thì hệ thống BMS sẽ

tự động bật sáng khu vực đó khi có người đi qua Những khu vực nhạy cảm

về vấn đề an ninh, hệ thống sẽ tự động bật sáng khu vực đó về đêm hoặc chiếu sáng tăng cường trong những thời điểm nhạy cảm

Xuất phát từ những ý tưởng và những tình hình thực tế như ở trên, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu và thiết kế hệ thống tiết kiệm năng lượng tối ưu trong tòa nhà thông minh” cho luận văn tốt nghiệp

Luận văn được tổ chức thành 5 chương với các nội dung chính như sau: Chương 1: Tổng quan về Hệ thống quản lý năng lượng tòa nhà

Chương 2: Các phương pháp tiết kiệm và tối ưu năng lượng

Chương 3: Các vấn đề trong quản lý năng lượng tòa nhà

Chương 4: Tìm hiểu hệ thống quản lí năng lượng đề xuất bởi Trường đại học South West, Đức

Chương 5: Tổng kết và đánh giá

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ

HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG

LƯỢNG TÒA NHÀ

1.1 Tổng quan về quản lý năng lượng

Làm thế nào để quản lý và điều hành toàn bộ hệ thống thiết bị trong tòa nhà khổng lồ mà không phải sử dụng đến hàng trăm nhân viên? Hệ thống quản lý tòa nhà BMS sẽ trả lời câu hỏi này với việc cho phép nâng cao hiệu suất và tối ưu hóa sử dụng năng lượng của tòa nhà

Hệ thống quản lí năng lượng tòa nhà BMS được thiết kế theo mô hình điều khiển phân lớp Một hệ thống BMS thường được thiết kế theo mô hình

4 lớp sau:

Khối thiết bị hiện trường

Khối điều khiển

Khối vận hành giám sát

Khối quản lý

Thiết kế hệ thống BMS phải đi kèm với thiết kế về xây dựng và các trang thiết bị có trong tòa nhà Khi xây dựng tòa nhà trang bị hệ thống BMS, người thiết kế xây dựng và người thiết kế hệ thống BMS phải phối hợp với nhau để đưa ra bản thiết kế thống nhất, với yêu cầu một không gian để lắp đặt các thiết bị điều khiển, thiết bị cảm biến, thiết bị chấp hành và đi dây cáp mạng Thêm vào đó, cần bổ sung và trang bị thêm các thiết bị hổ trợ cho hệ

và cửa xả hệ thông gió, cảm biến nhiệt độ cho hệ thống làm lạnh, làm nóng nước cung cấp cho hệ điều hòa, hệ thống nước nóng-lạnh cho tòa nhà,

1.1.1 Thiết bị hiện trường

Các thiết bị hiện trường gồm cảm biến (sensor): cảm biến nhiệt, cảm biến ánh sáng, cảm biến chuyển động, cảm biến hồng ngoại, và các thiết bị

chấp hành (actuator): điều hoà không khí, quạt thông gió, thang máy, và các bộ điều khiển mức hiện trường (Field controller) để giao tiếp trực tiếp trong khu vực có các ứng dụng cần điều khiển Các thiết bị hiện trường có khả năng tự giao tiếp với nhau, hoặc qua bộ điều khiển cục bộ (Local controller) Các cảm biến sẽ gửi thông tin của hệ thống, của môi trường tới

bộ điều khiển Bộ điều khiển sẽ xử lý thông điệp đó và gửi tới thiết bị chấp hành Thiết bị chấp hành có thể nhận yêu cầu trực tiếp từ các thiết bị cảm biến, hoặc từ hệ thống BMS

Hình 1.1 Cấu trúc thu gọn của hệ thống BMS

1.1.2 Khối điều khiển

Kết nối từ trung tâm điều khiển tới các mức điều khiển ứng dụng hiện trường trong tòa nhà thông qua cáp với giao thức BACnet TCP/IP, bao gồm các bộ điều khiển số trực tiếp - DDC (Digital Direct Controller), các bộ điều

HỆ THỐNG BMS TÍCH HỢP Dịch vụ của BMS

tích hợp

DDC

Khách hàng của BMS tích hợp

LONmark

Điều khiển các hạng mục kỹ thuật khác: cấp thoát nước, điều áp câu thang thoát hiểm

Điều khiển mạng các bộ điều khiển trung tâm hệ thống chiếu sáng

khiển cục bộ, khu vực, các giao tiếp với các hệ thống phụ trợ như: điều hòa không khí, báo cháy, chữa cháy, hệ thống điện,

Khối điều khiển có các chức năng sau:

Nhận lệnh điều khiển từ khối vận hành giám sát rồi gửi tới thiết bị chấp hành Xử lý thông điệp khi có yêu cầu tại hiện trường

Gửi thông điệp, kết quả tới khối vận hành giám sát

1.1.3 Khối vận hành giám sát (SCADA)

Khối vận hành giám sát – SCADA là trung tâm điều khiển, mức quản

lý bao gồm các hệ thống máy chủ dữ liệu, trạm làm việc được cài đặt các phần mềm quản lý bảo dưỡng, máy in và máy tính dành cho việc lập trình

và cấu hình hệ thống Nó có chức năng chính sau:

Quản lý toàn bộ toà nhà

Gửi yêu cầu đến bộ điều khiển hiện trường

Hệ thống BMS quản lý các thành phần hệ thống toà nhà theo cơ chế đánh địa chỉ Mỗi thiết bị, mỗi bộ điều khiển hiện trường được gắn một địa chỉ Các thiết bị hiện trường có thể trực tiếp giao tiếp với nhau hoặc qua bộ điều khiển cục bộ Giao tiếp thường được sử dụng ở “Bus trường”

là ARCnet và ở “Bus điều khiển” là BACnet TCP/IP Một điều thuận lợi khi tích hợp hệ thống đó là các thiết bị hiện trường như thang máy, điều hoà, quạt thống gió, đều hỗ trợ chuẩn truyền thông TCP/IP, rất dễ tích hợp mức hệ thống

1.1.4 Khối quản lý

Khối này thực ra được cài đặt ngay ở khối vận hành giám sát Chức năng chính của nó là cài đặt kế hoạch làm việc và kết nối vận hành từ xa qua mạng viễn thông, internet, Ví dụ khi ta cần một phòng họp cho 100 người

vào ngày giờ cố định Người quản trị có thể tự tìm và ấn định hoặc gõ lệnh để máy tìm Khi đó khối vận hành giám sát sẽ tự động gửi lệnh điều khiển bao gồm: thời gian mở phòng họp, bật đèn, điều hoà, thông gió, trước thời gian ấn định đó Ánh sáng trong phòng được mặc định là ánh sáng phòng họp với mục đích đem lại sự thoải mái cho người sử dụng, tiết kiệm năng lượng, giảm sự vận hành của con người đối với các thiết bị trong toà nhà

Hiện nay, các phần mềm điều khiển hệ thống BMS được tích hợp với các thiết bị hỗ trợ khác như: hệ thống truyền hình hội nghị, điều khiển và giám sát qua mạng, các thiết bị cầm tay PDA, Tuy nhiên, để ứng dụng được BMS, các thiết bị lắp đặt trong tòa nhà phải hỗ trợ kêt nối BMS, tức là hỗ trợ các chuẩn truyền thông chuẩn như: BACnet, LonWork, Modbus, Hoặc

hỗ trợ chuẩn tín hiệu công nghiệp (4-20mA)

Hình 1.2 Hệ thống quản lý tòa nhà thông minh

1.2 Đánh giá hệ thống quản lý năng lượng

Khảo sát các công trình cao tầng tại các đô thị lớn như Hà Nội, Đà Nẵng, thành phố Hồ Chí Minh cho thấy năng lượng sử dụng trong các tòa nhà, công trình cao tầng là rất lớn nhưng không hiệu quả và không kiểm soát được Đa số được thiết kế theo phong cách nước ngoài, không phù hợp với điều kiện khí hậu tự nhiên ở Việt Nam

Gần đây, có khuynh hướng thiết kế các công trình theo kiến trúc hiện đại phương Tây với nhiều mảng kính lớn, bỏ qua tiêu chuẩn, điều kiện khí hậu ở Việt Nam Những bất hợp lý trong việc thiết kế công trình, đặc biệt phần vỏ cách nhiệt kém, không tổ chức chiếu sáng, thông thoáng tự nhiên và phải gắn thiết bị điện đã làm thất thoát từ 20% - 25% nguồn năng lượng

Số lượng các tòa nhà đạt tiêu chuẩn TKNL hiện chỉ đếm được trên đầu ngón tay Với thực tế đó, cần phải có nhiều hoạt động hơn nữa để khuyến khích xây dựng những “tòa nhà xanh” nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và hiệu quả kinh tế

1.2.2 Lợi ích về năng lượng

Với các nghiên cứu và thử nghiệm, khi hệ thống BMS được áp dụng trong tòa nhà đã đạt được các lợi ích như:

Tự động điều khiển liên tục công suất tải Đặt các thiết bị chấp hành hoạt động theo tiến trình định trước hoặc theo các tiêu chuẩn đặt ra ban đầu theo các thông tin nhận được từ hệ thống cảm biến

Điều khiển đóng ngắt hệ thống điện khi gặp sự cố

Giám sát việc sử dụng năng lượng hằng ngày Tự động cảnh báo nếu năng lượng tiêu thụ hằng ngày quá cao

Giám sát mức độ tiêu thụ năng lượng, in hoá đơn tiền điện cho từng khu vực chức năng

Có thể xác định chính xác công suất điều hòa không khí tới từng phòng, từng khu vực Thuận lợi cho các cao ốc văn phòng cho thuê, khi trong một tầng có nhiều văn phòng được thuê bởi nhiều công ty khác nhau, tuy nhiên sử dụng một điều hòa trung tâm

Khởi động hệ thống chiếu sáng khi có đột nhập trái phép

di chuyển người ra khỏi tầng bị cháy

Ví dụ khi yêu cầu một phòng họp cho 100 người Hệ thống BMS sẽ tự động tìm phòng họp, thời gian và địa điểm cụ thể Trước thời gian họp 30 phút (thời gian đặt có thể thay đổi), BMS sẽ tự động điều khiển bật điều hoà phòng họp, hệ thống thông gió, chiếu sáng, an ninh Khi thời gian họp kết thúc sẽ vận hành hệ thống thang máy chờ tại tầng làm việc

1.2.4 Các giải pháp tiết kiệm

Theo các nhà khoa học tại Viện KH-CN Xây dựng, có nhiều giải pháp để thực hiện việc TKNL trong tòa nhà như giải pháp quy hoạch, giải pháp môi trường sinh thái, giải pháp kiến trúc và giải pháp kỹ thuật, trong đó giải pháp

kỹ thuật với các hệ thống thiết bị công nghệ TKNL đóng vai trò quan trọng Việc áp dụng hệ thống thiết bị thông minh nhằm kiểm soát tối đa mức năng lượng tiêu thụ cũng đang được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi

Một trong những biện pháp hiệu quả TKNL trong các tòa nhà là trang bị các thiết bị hiện đại, hệ thống điều khiển tự động như hệ thống điều hòa không khí, hệ thống bơm có sử dụng biến tần, chiếu sáng hiệu suất cao, hệ thống cấp nước nóng mặt trời, hệ thống điều khiển giám sát tự động BMS, Trong đó, việc sử dụng hệ thống điều hòa không khí, thông gió và sưởi

ấm (HVAC – heating, ventilation, and air conditioning) hiệu suất cao cùng với các công nghệ chiếu sáng hiện đại đang được xem như một trong những cách tốt nhất để tiết giảm năng lượng

Ông Huỳnh Quốc Huy, Trưởng Phòng Năng lượng mới của HCMC, cho biết hệ thống TKNL của BEMS với tính năng tự động điều khiển, vận hành, theo dõi giám sát toàn bộ hoạt động tiêu thụ năng lượng trong tòa nhà, cho phép nâng cao hiệu suất và tối ưu hóa sử dụng năng lượng

ECC-Hệ thống BEMS tự động giám sát theo dõi và trích xuất báo cáo hằng tháng về tình hình tiêu thụ năng lượng của các thiết bị trong tòa nhà, giúp xác

định được chính xác nguyên nhân gây tiêu tốn năng lượng, từ đó tìm cách khắc phục Tại khách sạn Legend ở TPHCM, việc lắp đặt hệ thống BEMS đã giúp tiết kiệm 10% đến 15% tổng mức năng lượng tiêu thụ

Ông Huỳnh Kim Tước cho biết: “Nhận thức được tầm quan trọng của những lợi ích mà công trình xanh mang lại, ECC-HCMC thường xuyên tổ chức các khóa tập huấn, các buổi hội thảo chuyên đề, những cuộc thi liên quan đến chủ đề này ECC-HCMC đã tư vấn nhiều giải pháp cho các đơn vị

để giúp sử dụng hiệu quả và TKNL”

Theo ECC-HCMC, vào năm 2013, có 30 tòa nhà, khách sạn tại Việt Nam sẽ được chính phủ Nhật Bản cùng Công ty Viet ESCO (thuộc ECC-

CHƯƠNG II CÁC PHƯƠNG PHÁP TIẾT KIỆM VÀ TỐI ƯU NĂNG

LƯỢNG

2.1 Tiết kiệm năng lượng

2.1.1 Giới thiệu

Tầm quan trọng của Công nghệ Thông tin và Truyền thông (ICT) trong tất cả các lĩnh vực là một thực tế không thể chối cãi Trong những năm qua,

sự gia tăng của việc sử dụng công nghệ trong xã hội tăng theo cấp số nhân, từ

sử dụng trong các doanh nghiệp và tổ chức đến sử dụng cá nhân trong các hoạt động hàng ngày Ngoài ra, sự phát triển công nghệ thông tin cùng với việc sử dụng Internet ngày càng tăng đã xuất hiện các mô hình kinh doanh mới đòi hỏi phải có các hệ thống phức tạp để hỗ trợ họ, đáp ứng 24 giờ mỗi ngày, 7 ngày mỗi tuần, với chất lượng dịch vụ tốt hơn

Tuy nhiên, điều này cũng dẫn tới sự gia tăng về tiêu thụ năng lượng trên

sử dụng ICT là 2% và dự đoán rằng tiêu thụ năng lượng này sẽ phát triển một cách theo cấp số nhân trong những năm tới nếu không có các giải pháp mới Trong thực tế, một phần năng lượng tiêu thụ này là do việc sử dụng không hiệu quả các công nghệ ICT Theo nghiên cứu của Mines, các nhà quản

lý công nghệ thông tin biết về điều này nhưng các biện pháp khắc phục không được áp dụng vì nó không có lợi ích kinh tế cho doanh nghiệp Một trong những lý do chính của tiêu thụ năng lượng không hiệu quả là sự thiếu nhận thức của người sử dụng cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin Ví dụ việc để máy tính cá nhân (PC), máy in, máy chủ hoặc các thiết bị mạng vẫn bật khi không cần thiết

Với phương pháp tiếp cận về vấn đề này, các nhà khoa học tại đại học Alicante, Tây Ban Nha đề xuất cung cấp các dịch vụ quản lý CNTT nhúng với các thiết bị tại lớp mạng vật lý (thiết bị có kích thước nhỏ với các dịch vụ đơn giản và tiêu thụ năng lượng thấp) Từ đó, triển khai các dịch vụ và chọn

cụ thể thiết bị cung cấp và kết nối nó vào mạng lưới thông tin liên lạc Một khi điều này đã được hoàn thành, nhiệm vụ quản lý với sự can thiệp của con người sẽ là tối thiểu

Rõ ràng, các thiết bị này phải hoàn toàn tương thích với các dịch vụ mạng truyền thống và việc tích hợp phải đảm bảo khả năng tương tác của chúng Với đề xuất này, các nhà khoa học tại đại học Alicante, Tây Ban Nha [6] đề nghị một dịch vụ quản lý cụ thể mà họ gọi là hệ thống quản lý năng lượng (EMS – Energy Management System: một hệ thống giám sát công nghệ thông tin và kiểm soát việc tiêu thụ của các hệ thống tương tự một cách chủ động hoặc theo lịch trình) Điều này sẽ có thể tránh sử dụng và tiêu thụ năng lượng trong thời gian ngưng hoạt động Mục tiêu của dịch vụ này là giảm và tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng của cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin Chức năng cơ bản của dịch vụ sẽ được chỉ ra từ các thiết bị nhúng EMS (eEMS – embedded EMS) và dịch vụ giảm tiêu thụ năng lượng Những hành động này sẽ được thực hiện dựa theo tải chung của hệ thống hoặc các yêu cầu được xác định bởi người dùng hoặc quản trị hệ thống

Phần sau đây sẽ đưa ra đánh giá về trạng thái của các công nghệ hiện có bao gồm mô tả về phần cứng EMS, dịch vụ và cấu trúc phần mềm của thiết bị nhúng, đặc điểm kỹ thuật của giao thức sử dụng và cách thực hiện các dịch vụ như Web nhúng trong một thiết bị mạng

2.1.2 Dịch vụ quản lý năng lượng

Mục tiêu chính của EMS là để quản lý năng lượng bật hoặc tắt của một nhóm các thiết bị trong một mạng lưới thông tin liên lạc và phân tích tình trạng của hệ thống được quản lý

Các eEMS là phiên bản của dịch vụ quản lý đã được đặt trong dịch vụ Web, và được nhúng vào một thiết bị mạng (xem Hình 2.1) Thiết bị này có

kích thước nhỏ, với mức tiêu thụ thấp trong cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin hiện có và dễ bảo trì từ các quản trị viên hệ thống

Quản trị hệ thống thông báo cho thiết bị eEMS qua các thông thiết bị giao tiếp, các thiết bị eEMS sẽ có đủ thông tin của từng thiết bị để thực hiện nhiệm vụ này Các thiết bị quản lý sử dụng các giao thức riêng về quản lý năng lượng trên các thiết bị, ví dụ như giao thức “gọi hoạt động thông qua mạng cục bộ” (WoL – Wake on LAN), hoặc tắt nguồn như “shoutdown” trong giao thức SNMP Trong một số trường hợp, để quyết định tắt hay bật nguồn điện trên một thiết bị, họ sử dụng các thiết bị giám sát để phân tích các ứng dụng, các dịch vụ và lưu lượng mạng hiện tại Bằng cách này, nếu thiết bị nhận được một yêu cầu, nó sẽ yêu cầu thiết bị giám sát và thiết bị quản lý để

nó tự thực hiện công việc được yêu cầu

Do đó, các thiết bị eEMS đại diện cho trung tâm của hệ thống Hình 2.1 cho thấy sơ đồ cấu trúc các thiết bị và các nhân tố tham gia trong dịch vụ, cùng với mối quan hệ giữa chúng Ta có thể tổng hợp này như sau: thiết bị eEMS, linh kiện mạng, dịch vụ tìm kiếm, EMS trung tâm, EMS khách hàng, một nhóm các thiết bị phần mềm và giao thức ứng dụng EMS (EMS Protocol)

Các thiết bị eEMS, như đã thấy, là nền tảng của dịch vụ quản lý năng lượng Nó được thiết kế để hoạt động như một “Proxy” giữa mạng diện rộng (WAN) và mạng cục bộ (LAN) mà nó hỗ trợ

Giao tiếp thiết bị với các quản trị viên hệ thống và với các thiết bị quản

lý khác được cung cấp bởi các thiết bị “agent” hoạt động như một dịch vụ Web nhúng (xem Hình 2.1) Nhìn từ quan điểm chức năng, đây là lý do tại sao một thiết bị eEMS có thể được sử dụng, chỉ cần nó là một dịch vụ Web Bằng cách này, một thiết bị eEMS chịu trách nhiệm thu thập các yêu cầu quản

lý từ WAN Các yêu cầu này được dựa trên giao thức EMSP và được đóng gói trong gói tin giao thức SOAP (Simple Object Access Protocol) khi chúng được gửi đến giao diện dịch vụ Web

Các thành phần mạng là mục tiêu của các dịch vụ giám sát mạng và bao gồm tất cả các thiết bị kết nối với mạng TCP / IP bao gồm máy tính, máy chủ, máy in, thiết bị định tuyến nói chung và bất kỳ thiết bị có bật hoặc tắt nguồn

từ xa

Dịch vụ tìm kiếm bao gồm dịch vụ mô tả, tìm kiếm và tích hợp chung – Universal Description, Discovery & Integration (UDDI) Nó chịu trách nhiệm duy trì các trang mô tả các dịch vụ EMS trong ngôn ngữ mô tả định dạng dịch

vụ Web (WSDL - Web Service Description Language), cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho thông tin tới các khách hàng có nhu cầu truy cập dịch vụ Trung tâm EMS thường là bảng điều khiển tự động cho các thiết bị eEMS phân bố thông qua Internet Kiểm soát này được thực hiện thông qua các thiết bị lập kế hoạch và xác minh tất cả các nhiệm vụ được xác lập trước trên các thiết bị eEMS Trung tâm EMS cũng chịu trách nhiệm cho việc quản

lý và lưu trữ các thiết bị giám sát Mặc dù trong phần cài đặt có khuyến cáo rằng các dịch vụ quản lý và lập kế hoạch đã có sẵn, và sự tồn tại của một trung tâm EMS là không cần thiết Tương tự như vậy, mặc dù mỗi trung tâm EMS có thể quản lý khoảng một nghìn thiết bị eEMS, nhưng ta vẫn có thể sử dụng một số trung tâm EMS, và có thể tạo ra một hệ thống phân cấp với các yếu tố này

Khách hàng EMS, thông qua các thiết bị EMS, cung cấp cho người dùng quyền truy cập vào trung tâm EMS (để quản lý kế hoạch công việc hoặc các tập tin đăng nhập truy vấn) và các thiết bị eEMS (để quản lý các thiết bị đặc biệt)

Hình 2.1 Cấu trúc và chức năng của dịch vụ EMS

Chức năng hệ thống đã được định nghĩa như là một ứng dụng phân tán dựa vào phần mềm, vì phương pháp này về bản chất bao gồm các khía cạnh như: thông tin liên lạc, đồng bộ hóa, cập nhật, v.v Trong số các thiết bị đã được xác định trong hệ thống, quan trọng nhất là các thiết bị được đặt trong thiết bị eEMS, chúng bao gồm phần cốt lõi của hệ thống Các thiết bị giao tiếp

là quan trọng hàng đầu vì chúng cho phép các thiết bị cung cấp chức năng của

nó đến các yếu tố bên ngoài

Giao thức EMS (EMSP) là một giao thức ứng dụng giữa đáp ứng và yêu cầu bằng cách sử dụng các gói tin SOAP Giao thức này được sử dụng bởi các thành phần hệ thống khác nhau để giao tiếp được với nhau Trong thực tế, khi các ứng dụng đã được thiết kế như là một tập hợp các phần mềm, giao thức sẽ được sử dụng bởi các đại lý phần mềm để giao tiếp với nhau

Nhân tố mạng

Nhân tố mạng

Nhân tố mạng

Nhân tố mạng

Dịch vụ tìm kiếm WSDL Mô tả

Agent quản

lý

Tìm kiếm

Lập kế hoạch Agent giám sát quản lý

Agent kế

hoạch

Agent đăng ký Agent giao tiếp EMS

khách

hàng

EMS trung tâm

Agent giám sát quản lý Agent

nhận diện

2.1.3 Phần mềm

Phần mềm không tạo thành một hệ thống thông thường bởi vì một bối cảnh chung không được xác định cho chúng, chúng không sử dụng ngôn ngữ truyền thông tiêu chuẩn và chúng không làm việc để đạt được một mục tiêu chung Trong thực tế, tập hợp các phần mềm thực hiện một phần các chức năng của một ứng dụng phân bố được thiết kế để cung cấp một dịch vụ mạng, trong trường hợp này, là các dịch vụ giám sát Lý do tại sao cách tiếp cận được sử dụng nằm chính trong sự đơn giản của nó để thiết kế các ứng dụng phân bố và được sử dụng chẳng hạn như cập nhật thông tin liên lạc, thong tin

di động và phần mềm

Mỗi thiết bị eEMS bao gồm một tập hợp các phần mềm thực hiện giao tiếp với các quản trị viên hệ thống hoặc với các thành phần khác của hệ thống (khách hàng EMS hoặc trung tâm EMS) Để đảm bảo khả năng tương thích của hệ thống, một vài phần mềm giao tiếp được sử dụng Bằng cách này, các phần mềm giao tiếp cung cấp giao diện phù hợp với các dịch vụ Web dựa trên các ứng dụng Các phần mềm giao tiếp có thể xác định các lệnh dựa trên giao thức EMSP, và từ các lệnh này, có kế hoạch làm việc cho các thiết bị eEMS Thiết bị EMS, thiết bị quản lý và các thiết bị giám sát là một dạng khác của thiết bị đặt trong thiết bị eEMS và được thiết kế để thực hiện các dịch vụ quản

lý năng lượng Ngoài các thiết bị lõi, các thiết bị khác cũng được đặt trong mỗi thiết bị eEMS để thực hiện các nhiệm vụ phụ trợ

Vì vậy, các thiết bị kiểm tra các dịch vụ giám sát trong một dịch vụ tìm kiếm và các thiết bị người sử dụng có trách nhiệm định vị các thiết bị quản lý hoặc thiết bị giám sát theo yêu cầu của thiết bị eEMS để thực hiện nhiệm vụ của mình Các thiết bị là di động, nếu nó có thể nằm trong một trung tâm EMS

CMD ACTION ARG FUNTION

SET MODE Báo cáo chế độ hoạt động hiện tại

Cổng thụ động thông số về port Thiết lập chế độ thụ động và tùy chọn đợi ACTIVE <ip>

[:port]

Thiết lập chế độ hoạt động, xác định địa chỉ

IP của trung tâm EMS và thông số port RUN Báo cáo dịch vụ EMS hiện nay

<STARTS STOP> Bắt đầu hoặc dừng dịch vụ EMS GET SCHDL Trả về danh sách các nhiệm vụ theo lịch trình

<host>:<port><

time><service>

[arguments]*

Thiết lập một quy tắc giám sát cho địa chỉ:

<host><port>, thiết lập thời gian poliing trong vài giây và màn hình sẽ đƣợc sử dụng cũng nhƣ các đối thông số đòi hỏi

OFF <host>:<port><

service> Hủy bỏ một quy tắc giám sát ALERT Gửi một cảnh báo lỗi

Bảng 2.1 Tập lệnh chính của giao thức EMS

Bên cạnh các thiết bị nằm trong mỗi eEMS, ứng dụng phân bố là hoàn thiện bởi các thiết bị phụ trợ khác nằm bên ngoài hỗ trợ thêm chức năng Kết quả là, các thiết bị khách hàng EMS chịu trách nhiệm cung cấp một giao tiếp thích hợp với các quản trị viên để nó có thể truy cập trung tâm EMS hoặc thiết bị eEMS từ bất kỳ nơi nào có kết nối internet Các thiết bị lập kế hoạch nằm bên trong trung tâm EMS và thực hiện quản lý các thiết bị eEMS

2.1.4 Giao thức EMS

Các thiết bị hệ thống giao tiếp với nhau bằng gói tin có chứa các lệnh dịch và lệnh thực thi Những lệnh này, cùng với cú pháp của chúng và đáp ứng thích hợp của chúng, đƣợc quy định bởi giao thức EMSP Khi các thiết bị

cụ thể hoạt động nhƣ các dịch vụ Web, các lệnh này sẽ nằm bên trong các gói

tin yêu cầu và gói tin đáp ứng SOAP Dịch vụ Web đã được lựa chọn sẽ như giao thức truyền thông vì nó là một đặc điểm kỹ thuật tương đương và nó cho phép tách hoàn toàn các hoạt động khác của hệ thống

Giao thức EMSP là một giao thức ở cấp hỏi đáp ứng dụng mà tập hợp tất

cả các chức năng dịch vụ giám sát thông qua một tập hợp các lệnh Giao thức này được định nghĩa như là một giao thức dựa trên giao thức văn bản hỏi đáp Điều này cho phép nó dễ dàng thích nghi với các mô hình khác nhau, chẳng hạn như máy chủ - khách (qua giao thức cơ bản như HTTP, SMTP hay telnet)

và SOA

Sơ đồ trình tự trong Hình 2.2 cho thấy các hoạt động dịch vụ cơ bản và thông tin liên lạc giữa các phần mềm hệ thống Sơ đồ bao gồm hai khối và được thực hiện liên tục trong chế độ song song Trong khối đầu tiên các thiết

bị giao tiếp đang ở chế độ chờ yêu cầu (từ một thiết bị lập kế hoạch hoặc trực tiếp từ một thiết bị khách) Khi các thiết bị giao tiếp nhận được một yêu cầu giám sát, nó sẽ thêm nhiệm vụ trong cơ sở dữ liệu “Kế hoạch” của thiết bị eEMS Khối thứ hai tương ứng với việc thực hiện các nhiệm vụ được lập trình Trong trường hợp này các thiết bị EMS liên tục kiểm tra cơ sở dữ liệu

“Kế hoạch” và lựa chọn các thiết bị giám sát và thiết bị quản lý phù hợp để thực hiện các nhiệm vụ được yêu cầu

Mặc dù không được hiển thị trong sơ đồ này, khối thứ ba liên quan đến việc liên kết các thiết bị giám sát Khi không có giám sát hay quản lý, một thiết bị có thể liên kết với các dịch vụ được yêu cầu, thiết bị EMS và thiết bị giao tiếp phát hiện sự thiếu hụt này, chúng có thể tạo một yêu cầu cho các thiết bị employer để đưa vào “Kế hoạch” làm việc Thiết bị employer sau đó chịu trách nhiệm để có được những thiết bị giám sát theo yêu cầu Thiết bị

này có trách nhiệm đàm phán và kiểm tra toàn bộ quá trình Thiết bị giám sát

và quản lý di động nằm trong trung tâm EMS

Hình 2.2 Lưu đồ các chức năng chính của

2.1.5 Quá trình thử nghiệm thiết bị eEMS

Để xác nhận tính hợp lệ được mô tả trong các nghiên cứu về hệ thống và

cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin được hỗ trợ bởi các ứng dụng Web, Trường

Khách hàng

EMS

Trung tâm EMS

Dịch vụ EMS

Agent

khách hàng

Planing Agent

Agent giao tiếp Kế hoạch

hoạt động

Agent EMS Giám sát, quản lý

Nhân tố mạng

Đại học Bách khoa Alicante đã được lựa chọn như một kịch bản thử nghiệm (Hình 2.3) Đó là một kịch bản bao gồm các tính năng sẵn sàng và có lỗi Các ứng dụng Web cung cấp các dịch vụ khác nhau cho 9044 sinh viên,

609 giáo sư và khối hành chính và cán bộ nhân viên cũng như cho người sử dụng bên ngoài Các ứng dụng này sẵn sang trong suốt 24 giờ mỗi ngày và 7 ngày mỗi tuần (hệ thống mô tả, hệ thống lưu trữ Web, hệ thống email, hệ thống quản lý, hệ thống lớp học ảo, thông tin tổng quát và các ứng dụng Web khác)

Hình 2.3 Kiến trúc của thiết bị eEMS (trái) và thiết bị eEMS thật (phải).

Trong Hình 2.4 cho thấy biểu đồ bao gồm truy cập trung bình của tất cả các người sử dụng các ứng dụng và lưu lượng truy cập web trong một ngày Dựa trên các thông tin được hiển thị trong biểu đồ năng lượng sử dụng, họ sẽ đưa ra một chiến lược tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ và các nguồn tài nguyên khác

Trong thiết bị eEMS, một kế hoạch đã được thành lập để xác định khoảng thời gian mà trong đó tất cả các máy chủ được bật, chúng ta cũng xem xét lưu lượng truy cập tới chúng Những yêu cầu của người dùng khi có nhiều

Hệ điều hành nhúng

Thiết bị dịch vụ nhúng

hoặc không có nhu cầu xử lý thông tin đến các máy chủ sẽ là nguyên nhân gây tăng hoặc giảm lượng tiêu thụ điện năng Việc lập kế hoạch này được thực hiện theo các thông tin thu được về lưu lượng truy cập của người dùng đến các ứng dụng khác nhau Trong thời gian cao điểm, việc lập kế hoạch là bắt buộc để duy trì hệ thống hoạt động đầy đủ Trong thời gian xác định khác, các eEMS tự động phân tích lưu lượng thông tin truy cập, số lượng yêu cầu và truy cập đến các ứng dụng khác nhau Trong khi phân tích, các eEMS sẽ gửi chuỗi các lệnh để bật hay tắt nguồn ra khỏi các nút hệ thống khác nhau Hệ thống sẽ được duy trì một cách năng động trên cơ sở các yêu cầu

Hình 2.4 Lượng yêu cầu của người dùng và tổng lưu lượng mỗi ngày

eEMS có thể quản lý tất cả các máy tham gia vào cơ sở hạ tầng, số lượng máy được bật nguồn phụ thuộc vào lưu lượng được tạo ra bởi người sử dụng trong ngày Trong kịch bản của Trường Đại học Bách khoa Alicante luôn có 7

Thời gian trong ngày

máy tính bật khi hệ thống cần hỗ trợ cho các ứng dụng quan trọng Tuy nhiên, thời gian trong ngày, các hệ thống eEMS tắt một số máy

Trong một cơ sở hạ tầng thông thường, luôn luôn có 10 máy được bật nguồn điện và một số máy không được sử dụng do lý do tiêu thụ năng lượng

sẽ cao hơn eEMS cho phép sử dụng hệ thống một cách hiệu quả hơn để đạt việc tiết kiệm tiêu thụ năng lượng Trong thời gian một tuần, một số thử nghiệm đã được thực hiện bằng cách sử dụng các dịch vụ quản lý và kết quả

là giảm 13,7% tiêu thụ năng lượng so với hệ thống không có các thiết bị eEMS

Hình 2.5 Mối quan hệ giữa tiêu thụ năng lượng khi sử dụng hệ thống EMS và khi không sử

Thời gian trong ngày

Hệ thống sử dụng EMS(wh) Không sử dụng EMS(wh)

Ngoài ra, họ xem xét các thiết bị nhúng gồm công nghệ PoE, tức là khi eEMS nằm trong trong hệ thống thì mức tiêu thụ của nó là không đáng kể Nếu cơ sở hạ tầng mạng nơi eEMS được kết nối không hỗ trợ công nghệ PoE, tiêu thụ do cổng chuyển đổi nơi mà các dịch vụ EMS được tích hợp sẽ là 0.957 W

2.1.6 Tổng kết

Các nhà nghiên cứu tại Trường Đại học Bách khoa Alicante đã trình bày

ở trên một hệ thống quản lý năng lượng cho cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin được thiết kế để tiết kiệm năng lượng tiêu thụ Hệ thống này là hoàn toàn thích hợp với những phương pháp tiếp cận định hướng tiết kiệm năng lượng khác và đủ linh hoạt để thích ứng với các kịch bản khác nhau Một trong những khía cạnh liên quan nhất của hệ thống này bao gồm cung cấp các dịch

vụ quản lý nhúng trong các thiết bị mạng với kích thước nhỏ, tiêu thụ điện năng thấp và đơn giản, chi phí điều chỉnh, tự hành, được thiết kế với tiêu chuẩn an toàn và mạnh mẽ, và tương thích với các dịch vụ mạng truyền thống thông qua các tiêu chuẩn giao thức như: SOAP, SMTP hoặc HTTP Một mẫu thử nghiệm chức năng đã được thực hiện và đã được sử dụng trong một kịch bản thật, thu được kết quả tốt Hiện họ đang làm việc với các dịch vụ mạng nhúng và tích hợp tất cả trong một mô hình dựa trên các dịch vụ Web Do đó trong tương lai, nó sẽ không chỉ tương thích với các dịch vụ hiện có, mà còn tương thích với các dịch vụ mới hoặc các thiết lập mà không được xem xét trong ban đầu thiết kế

2.2 Quản lý tối ưu năng lượng

2.2.1 Giới thiệu

Nhu cầu năng lượng ngày càng tăng cùng với sự quan tâm về vấn đề môi trường, tiết kiệm năng lượng trở thành một trong những nhiệm vụ chính tại

thời điểm hiện tại và nó có thể trở nên quan trọng hơn trong thập kỷ tiếp theo, đặc biệt như ở các nước đang trên đà tăng trưởng kinh tế như Trung Quốc, Ấn

Độ và Brazil

Trên thế giới đã ban hành nhiều quy định nghiêm ngặt về ô nhiễm và khí

năng lượng, do đó, trở thành một chiến lược, nhằm tăng lợi nhuận của doanh nghiệp và khả năng cạnh tranh Hơn nữa, chi phí năng lượng giảm sẽ cắt giảm

ô nhiễm và tạo ra một môi trường làm việc lành mạnh Ví dụ tại Nhật Bản, khi nền kinh tế Nhật Bản là công nghiệp hóa và cải tiến hiệu suất năng lượng

đã cho phép ngành công nghiệp của nước này tăng sản lượng 40% bằng cách

sử dụng cùng một mức năng lượng vào năm 2001 tương đương năm 1973 Nhìn chung, các ứng dụng quản lý tối ưu năng lượng và thiết bị tiết kiệm năng lượng cho phép đạt được hiệu quả về chi phí, giảm 20% tiêu thụ công nghiệp [4]

Tiết kiệm năng lượng có thể được thực hiện thông qua các hành động khác nhau Tuy nhiên, nó thực sự là một nhiệm vụ phức tạp, nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sử dụng năng lượng, chuyển đổi và tiêu dùng Ví dụ, khi đánh giá một hành động tiêu thụ năng lượng/chuyển đổi, ta quan tâm đến các tương tác, là một trong những biện pháp ảnh hưởng đến hiệu quả tiết kiệm

Trong một ví dụ về tiết kiệm năng lượng, việc cài đặt các hệ thống năng lượng trong các nhà máy công nghiệp đã trở nên phổ biến (tức là kết hợp nhiệt và năng lượng - CHP, hệ thống năng lượng tái tạo) Việc quản lý thích hợp trở nên rất quan trọng khi giảm chi phí năng lượng và các tác động môi trường Thông thường, trong thực tế, các nhà máy điện nhỏ dành riêng cho các tòa nhà hoặc các nhà máy được vận hành đơn giản bằng cách luân chuyển

và tắt nguồn trong các khoảng thời gian dài (tức là ngày và đêm, mùa đông và

mùa hè) Tuy nhiên, các thiết bị thường được sử dụng trong các hệ thống này

có quán tính nhiệt nhỏ, do đó cho phép biến thể tải nhanh chóng, và có thể được vận hành non tải

Mục tiêu của mô hình là để tối ưu hóa hoạt động của hệ thống năng lượng Nhiều người quan tâm đến hoạt động tải nhưng lại sử dụng các mối quan hệ tuyến tính để mô tả nhiệt động lực, tuy nhiên quá trình truyền nhiệt

có thể phi tuyến Frangopoulos đã sử dụng các kỹ thuật lập trình tuyến tính để phát triển một quy trình tối ưu hóa trong một nhà máy điện được hỗ trợ bởi một phân tích hệ thống nhiệt

Mục đích của phần này chỉ ra tầm quan trọng của việc quản lý tối ưu của nhà máy điện trong việc giảm tiêu thụ nhiên liệu và chi phí năng lượng, cũng như giảm tác động môi trường

2.2.2 Cơ sở lý luận

Các nhà máy điện phục vụ một cơ sở công nghiệp hoặc dân sự là một hệ thống phức tạp của các thành phần khác nhau để đáp ứng các nhu cầu năng lượng về điện, nhiệt và làm mát Hiệu quả của một nhà máy điện được đo thông qua hiệu quả tổng thể, đó là tỷ lệ giữa năng lượng có thể sử dụng được (tức là năng lượng điện và nhiệt, làm mát) và năng lượng sử dụng chính (ví dụ như nhiên liệu) Hiệu quả của một hệ thống điện là một sự kết hợp hiệu quả các thành phần, tỷ lệ giữa sản lượng đầu ra và năng lượng đầu vào Tối đa hóa hiệu quả nhà máy điện chủ yếu theo hai cách:

Thay thế các thiết bị hiện có với hiệu suất cao hơn;

Sử dụng thiết bị đạt nhiều hiệu suất hơn các thiết bị đạt ít hiệu suất

Ý nghĩa của quản lý tối ưu của nhà máy điện là thiết lập các nhà máy điện thành phần để đáp ứng nhu cầu năng lượng trong khi giảm thiểu hoặc tối

đa hóa một hàm năng lượng nhất định (tức là chi phí năng lượng/lợi nhuận,