Nghiên cứu thử nghiệm thiết bị tiết kiệm điện cho hệ thống chiếu sáng công cộng thị xã ninh hòa tỉnh khánh hòa

Thực hiện Chỉ thị số 171 CT TTg ngày 26 tháng 01 năm 2011 của Chính phủ về chủ trương toàn dân tiết kiệm điện Theo đó yêu cầu chính quyền địa phương các cấp có những chỉ thị cụ thể cho việc thực hành triệt để tiết kiệm điện nơi công sở cộng cộng những nơi dùng ngân sách địa phương để thanh toán tiền điện Vì thế chiếu sáng công cộng CSCC là đối tượng đầu tiên được chọn để triển khai chỉ thị Có nhiều giải pháp tiết kiệm điện năng như giải pháp hành chính giải pháp đầu tư giải pháp kỹ thuật đã được các nhà quản lý chiếu sáng áp dụng Tuy nhiên mỗi giải pháp đều tồn tại các nhược điểm nhất định Trong khuôn khổ của luận văn tác giả sẽ khái quát các giải pháp hiện đang áp dụng để tiết kiệm điện cho CSCC Dựa trên cơ sở ưu và nhược điểm của từng giải pháp chọn một giải pháp tối ưu và kiểm chứng bằng thực nghiệm nhằm đánh giá các tiêu chí như hiệu quả tiết kiệm khả năng áp dụng và tính năng trong việc hạn chế tối đa các nhược điểm Từ giải pháp được chọn tác giả và nhóm thực hiện đặt hàng chế tạo thiết bị nhằm triển khai thử nghiệm Trong quá trình triển khai sẽ ghi nhận các thông số chiếu sáng thông số nguồn kết hợp với phân tích chuyên sâu nhằm chứng minh giải pháp kỹ thuật đã đề xuất là tối ưu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ XUÂN HẢI

NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ TIẾT KIỆM ĐIỆN CHO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG

THỊ XÃ NINH HÒA TỈNH KHÁNH HÒA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2017

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ XUÂN HẢI

NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ TIẾT KIỆM ĐIỆN CHO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG

THỊ XÃ NINH HÒA TỈNH KHÁNH HÒA

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60 52 02 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS TRỊNH TRUNG HIẾU

Đà Nẵng - Năm 2017

i

LỜI CAM ĐOAN

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 ký

có những chỉ thị cụ thể cho việc thực hành triệt để tiết kiệm điện nơi công sở, cộng cộng (những nơi dùng ngân sách địa phương để thanh toán tiền điện)

Vì thế, chiếu sáng công cộng (CSCC) là đối tượng đầu tiên được chọn để triển khai chỉ thị Có nhiều giải pháp tiết kiệm điện năng như: giải pháp hành chính, giải pháp đầu tư, giải pháp kỹ thuật đã được các nhà quản lý chiếu sáng áp dụng Tuy nhiên, mỗi giải pháp đều tồn tại các nhược điểm nhất định

Trong khuôn khổ của luận văn, tác giả sẽ khái quát các giải pháp hiện đang áp dụng

để tiết kiệm điện cho CSCC Dựa trên cơ sở ưu và nhược điểm của từng giải pháp, chọn một giải pháp tối ưu và kiểm chứng bằng thực nghiệm nhằm đánh giá các tiêu chí như: hiệu quả tiết kiệm, khả năng áp dụng và tính năng trong việc hạn chế tối đa các nhược điểm

Từ giải pháp được chọn, tác giả và nhóm thực hiện đặt hàng chế tạo thiết bị nhằm triển khai thử nghiệm Trong quá trình triển khai sẽ ghi nhận các thông số chiếu sáng, thông số nguồn kết hợp với phân tích chuyên sâu nhằm chứng minh giải pháp kỹ thuật đã đề xuất là tối ưu

Từ khóa - Tiết kiệm điện; giải pháp kỹ thuật; điều chỉnh điện áp vô cấp; chiếu sáng

công cộng; biến áp xuyến

Abstract - In implementation of Directive No 171 / CT-TTg, dated January 26,

2011 by the Government on the policy of saving electricity Accordingly, request local authorities at all levels have specific instructions for practicing full power savings in the workplace, public (where using local budget to pay for electricity)

Therefore, public lighting is the first object chosen to implement the directive There are many solutions to save power such as administrative solutions, investment solutions, technical solutions have been applied by lighting managers However, each solution has its own disadvantages

Within the framework of the thesis, the author will outline the current solutions applied to save power for the CSCC Based on the advantages and disadvantages of each solution, select an optimal solution and experimentally verify the criteria such as: efficiency, applicability and features in the restriction of disadvantages

From the solution chosen, the author and the team made the order to manufacture the equipment for the test deployment During implementation, the lighting parameters and source parameters will be recorded in combination with in-depth analysis to demonstrate that the proposed technical solution is optimal

Keywords - Power Saving; Technical solution; Adjustable stepless voltage, public lighting;

Toroidal transform

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH viii

MỞ ĐẦU 1

1 Mục đích và mục tiêu nghiên cứu 2

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

3 Tính khoa học và thực tiễn 3

4 Cấu trúc của luận văn: 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 4

1.1 VAI TRÒ CỦA CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 4

1.2 TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 5

1.3 XU HƯỚNG SỬ DỤNG CSCC CỦA CÁC NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI 5

1.4 HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG CSCC TẠI VIỆT NAM 6

1.4.1 Hiện trạng CSCC tại các TP lớn 6

1.4.2 Hiện trạng sử dụng CSCC tại các tỉnh lân cận 7

1.5 HIỆN TRẠNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG TX NINH HÒA 8

1.5.1 Đặc điểm chung hệ thống chiếu sáng công cộng 8

1.5.2 Cơ chế hoạt động của hệ thống chiếu sáng 8

1.5.3 Chiếu sáng công viên 9

1.5.4 Chiếu sáng đường phố 9

1.5.4.1 Thông số đường tiêu chuẩn 16 m 9

1.5.4.2 Thông số đường tiêu chuẩn 8 m 10

1.5.5 Chiếu sáng ngõ hẽm, liên thôn 10

1.5.6 Hiện trạng thiết bị và đèn chiếu sáng 11

1.5.7 Giải pháp tiết kiệm điện đang thực hiện 11

1.5.8 Sản lượng điện và phương thức thanh toán 12

1.5.9 Chất lượng chiếu sáng hiện nay 13

1.6 CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG HIỆN NAY 14

1.6.1 Giải pháp đầu tư thiết bị hiệu suất cao 15

1.6.2 Giải pháp quản lý, ứng dụng tiến bộ khoa học và công nghệ 16

1.6.3 Giải pháp hành chính 17

1.6.4 Giải pháp kỹ thuật 18

1.6.4.1 Phương pháp điều chỉnh điện áp kiểu bậc thang (biến áp tự ngẫu) 19

1.6.4.2 Phương pháp điều chỉnh điện áp kiểu vô cấp (biến áp xuyến) 22

iv

1.6.4.3 Phương pháp điều chỉnh điện áp kiểu bán dẫn (điện tử công suất) 24

1.7 CHỌN GIẢI PHÁP 24

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP VÔ CẤP BẰNG BIẾN ÁP XUYẾN 26

2.1 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP VÔ CẤP 26

2.1.1 Khái niệm 26

2.1.2 Ảnh hưởng của điện áp đến công suất đèn 26

2.1.3 Ảnh hưởng của điện áp đến tuổi thọ đèn 27

2.1.4 Thiết bị hỗ trợ đo và phân tích các thông số nguồn điện 28

2.1.4 Thiết bị hỗ trợ điều chỉnh điện áp kiểu vô cấp 29

2.2 CHỌN TUYẾN THỬ NGHIỆM 30

2.2.1 Thông số tuyến đèn đường 30

2.2.2 Chọn thiết bị phục vụ thử nghiệm 31

2.3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ TIẾT KIỆM ĐIỆN (TKĐ) 31

2.3.1 Nguyên tắc thử nghiệm 31

2.3.2 Chế độ không tiết kiệm (đối chứng) 32

2.3.3 Chế độ tiết kiệm điện 32

2.4 QUY TRÌNH LẮP ĐẶT 33

2.5 XÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN HÀNH THIẾT BỊ 34

2.5.1 Căn cứ tính năng làm việc thiết bị 34

2.5.2 Căn cứ vào nhu cầu giao thông 34

2.5.3 Xây dựng biểu đồ vận hành khi lắp thiết bị TKĐ 35

2.6 PHƯƠNG PHÁP THU THẬP SỐ LIỆU 36

2.7 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN HIỆU SUẤT TIẾT KIỆM ĐIỆN 37

2.8 TIỂU KẾT CHƯƠNG 2 37

CHƯƠNG 3 39ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIẢI PHÁP 39

3.1 HIỆU QUẢ VỀ MẶT KỸ THUẬT 39

3.1.1 Thu thập số liệu thử nghiệm 39

3.1.1.1 Tại chế độ đối chứng - không tiết kiệm điện (KTKĐ) 39

3.1.1.2 Thu thập số liệu tại chế độ tiết kiệm điện (TKĐ) 41

3.1.2 Đánh giá hiệu suất 43

3.1.3 Đánh giá các thông số chiếu sáng 43

3.1.3.1 Độ chói 43

3.1.3.2 Độ đồng đều của độ chói 44

3.1.3.3 Độ rọi 44

3.1.4 Đánh giá các thông số nguồn 44

3.1.4.1 Đánh giá chế độ không tiết kiệm điện 45

3.1.4.2 Đánh giá chế độ tiết kiệm điện (TKĐ) 46

v

3.2 HIỆU QUẢ VỀ MẶT KINH TẾ 48

3.2.1 Tính toán chi phí tiết kiệm cho tuyến quy chuẩn 16 m 48

3.2.1.1 Căn cứ tính toán 48

3.2.1.2 Thông số thiết bị 48

3.2.1.3 Tính toán tiền tiết kiệm hàng tháng cho tuyến đèn 32 bộ (250W), tổng công suất 9,16 KW ( tính cả tổn hao biến áp xuyến) 48

3.2.1.4 Thời gian thu hồi vốn đầu tư 48

3.2.2 Dự kiến tiềm năng tiết kiệm cho CSCC Thị xã Ninh Hòa 48

3.3.2.2 Tiềm năng tiết kiệm điện của hệ thống chiếu sáng TX.Ninh Hòa 48

3.3 TIỂU KẾT CHƯƠNG 3 49

KẾT LUẬN 51

KIẾN NGHỊ 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

PHỤ LỤC 56 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SỸ (BẢN SAO)

BIÊN BẢN HỌP HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SỸ (BẢN SAO)

vi

DANH MỤC VIẾT TẮT

I Phần viết tắt thông dụng:

- CSCC Chiếu sáng công cộng

- TKĐ Tiết kiệm điện

- KTKĐ Không tiết kiệm điện

- CSCT Chỉ số công tơ

- SLĐ Sản lượng điện

II Phần danh từ kỹ thuật:

- E Độ rọi

- Emin Độ rọi nhỏ nhất

- Etb Độ rọi trung bình

- TOTAL MAX Công suất tối đa

- TOTAL AVE Công suất trung bình

- W Công suất

- A Dòng điện

- V Điện áp

- Uave Điện áp trung bình

- Iave Dòng điện trung bình

- Uunbalance Điện áp không cân bằng

- Pdem+ Biểu đồ công suất dương

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Số

2.1 Thống kê sản lượng điện trên 97 tuyến CSCC của TX Ninh Hòa

trong 7 tháng đầu năm 2016 27 3.1 Số liệu thu thập tại chế độ đối chứng (KTKĐ) 40 3.2 Số liệu thu thập tại chế độ tiết kiệm điện (TKĐ) 42

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số

1.1 Chiếu sáng hiệu suất cao 4 1.2 Chiếu sáng công cộng sử dụng đèn LED hiệu suất cao 9 1.3 Hệ thống điều khiển và giám sát từng đèn chiếu sáng công cộng 10 1.4 Tuyến chiếu sáng công cộng áp dụng giải pháp tắt đèn xen kẽ 11 1.5 Mối quan hệ giữa điện áp và công suất của đèn chiếu sáng 13 1.6 Sơ đồ nguyên lý bộ tiết kiệm điện chiếu sáng kiểu tự ngẫu 13 1.7 Biều đồ vận hành của thiết bị điều chỉnh điện áp kiểu bậc thang 14 1.8 Sơ đồ khối thiết bị 15 1.9 Biểu đồ điện áp của thiết bị điều chỉnh điển áp kiểu vô cấp 16 1.10 a Sơ đồ khối nguyên lý điều chỉnh điện áp kiểu ối tiếp 17 1.11 b Sơ đồ khối nguyên lý đ chỉnh điện áp kiểu song song 17 2.1 Mối quan hệ giữa các đại lượng A,W khi điều chỉnh thông số V của

đèn Sodium dùng trong CSCC 19 2.2 Biểu đồ mô tả tuổi thọ đèn 20 2.3 Thiết bị đo Kyoritsu 6300 21 2.4 Giao diện tùy chọn 21 2.5 Giao diện phân tích 21 2.6 Sơ đồ khối thiết bị 22 2.7 Biến áp động lực của thiết bị 22 2.8 Sơ đồ mạch động lực thiết bị 23 2.9 Lưới điểm và biểu đồ phân bố độ rọi trên mặt đường khi thực hiện

giải pháp hành chính – cắt đèn xen kẽ 29 2.10 Tuyến đường phục vụ thử nghiệm đề tài 31 2.11 Sơ đồ lắp đặt thiết bị TKĐ vào hệ thống đèn 33 2.12 Thiết bị tiết kiệm điện lắp đặt tại hiện trường 33 2.13 Biểu đồ cài đặt thông số điện áp theo nhu cầu giao thông 35 2.14 Giao diện cài đặt các thông số vận hành 36 3.1 Lưới điểm đo độ rọi tuyến thử nghiệm 39 3.2 Biểu đồ phân bố độ rọi trên nền đường 39 3.3 Biểu đồ điện năng (Wh) tại chế độ đối chứng (KTKĐ) 41 3.4 Lưới điểm và biểu đồ phân bố độ rọi trên mặt đường khi thực hiện41

3.5 Biểu đồ điện năng ( Wh) tại chế độ KTĐ 43

ix

Số

3.6 Biểu đồ điện áp V tại chế độ KTKĐ 45 3.7 Biểu đồ công suất W tại chế độ đối chứng - KTKĐ 45 3.8 Biểu đồ đại lượng U,P tại chế độ TKĐ 46 3.9 Biểu đồ (W) khi khuếch đại đoạn chuyển mạch giảm “mềm” điện áp 47

1

MỞ ĐẦU

Trong những năm qua, Chính phủ đã tập trung chỉ đạo đầu tư phát triển nguồn

và lưới điện nhằm đảm bảo cung cấp điện cho các mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội, đảm bảo an ninh, quốc phòng và đáp ứng nhu cầu sử dụng điện cho sinh hoạt của nhân dân Tuy nhiên, năm 2017 và một vài năm tới, cả nước có thể còn gặp khó khăn trong việc bảo đảm cung cấp điện trong các tháng mùa khô, nhất là khi gặp hạn hán kéo dài, không đủ lượng nước cho các nhà máy thủy điện Vào các tháng cao điểm mùa khô năm 2009 và 2010, Tập đoàn điện lực Việt Nam phải quy định hạn mức sử dụng năng lượng điện cho từng tỉnh, thành phố trong cả nước Một quy định có vẻ như đi ngược với sự phát triển của xã hội nhưng thực tế đã xảy ra Để đảm bảo điện phục vụ cho cả nước và không một vùng miền nào thiếu điện cục bộ thì quy định trên của tập đoàn điện lực là công bằng Nhằm bắt buộc các cá nhân, doanh nghiệp trong cả nước có nhận thức rõ trong việc sử dụng năng lượng hợp lý và hiệu quả trước thực trạng thiếu thiếu điện do hạn hán bất thường xảy ra

Phần lớn, quan điểm của cộng đồng và doanh nghiệp về việc sử dụng năng lượng hiệu quả, thiết bị sử dụng điện tiết kiệm; giải pháp tiết kiệm điện chưa quan tâm đúng mức, những thuật ngữ trên chưa phổ biến với người dân và doanh nghiệp Đa số đều cho rằng tiết kiệm điện chỉ là “ăn cắp” điện, cộng thêm các sản phẩm tiết kiệm điện được bày bán trên thị trường có xuất xứ từ Trung Quốc không được các cơ quan chức năng kiểm định và đánh giá, thì suy nghĩ trên là điều hiển nhiên

Về mặt quản lý nhà nước, việc thiếu điện vào cao điểm mùa khô các năm qua là một thực trạng báo động cần có giải pháp để ứng phó với tình trạng trên cả về nguồn cung năng lượng lẫn quan điểm sử dụng năng lượng của cộng đồng nhằm sử dụng điện tiết kiệm và hiệu quả Trước thực trạng đó, Chính phủ đã ban hành Chỉ thị số 171/CT-TTg, ngày 26 tháng 01 năm 2011 của Thủ tướng Chính phủ về việc tăng cường thực hiện tiết kiệm điện tại cơ quan, đơn vị yêu cầu các địa phương thực hiện triệt để chỉ thị trên

Tuy nhiên, ở góc độ của cơ quan quản lý địa phương để triển khai công tác sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả chỉ dừng lại ở các giải pháp mang tính hành chính như: tắt hết đèn khi ra khỏi phòng, quy định sử dụng điều hòa…đối với công sở

và nơi công cộng rút ngắn thời gian chiếu sáng đèn đường hoặc cắt bớt đèn chiếu sáng… Việc rút ngắn thời gian và tắt bớt đến ½ số đèn trong tuyến chiếu sáng công cộng về mặt hành chính, giải pháp này sẽ tiết giảm ngay một lượng điện năng lên đến

2

50 % Tuy nhiên, về mặt kỹ thuật giải pháp hành chính trên đã làm hạn chế chức năng dẫn hướng trong giao thông, tạo hiệu ứng bậc thang do các khoảng sáng tối của tuyến gây nên làm mỏi mắt người tham gia giao thông Về mặt mỹ quan đô thị không được đảm bảo do chất lượng chiếu sáng thấp, ảnh hưởng đến an ninh đô thị

Một bất hợp lý nữa trong hệ thống CSCC là nhu cầu chiếu sáng chưa hợp lý Vào giờ cao điểm, nhu cầu giao thông tăng cao nhưng chất lượng chiếu sáng không đáp ứng do phải cắt đèn để tiết kiệm điện; giờ thấp điểm mật độ tham gia giao thông giảm mạnh nhưng công suất chiếu sáng vẫn không thay đổi, thậm chí cao hơn do nhu cầu phụ tải đô thị giảm, dẫn đến điện áp khi về đêm có xu hướng tăng cao và điện năng tiêu thụ của tuyến đèn tăng tương ứng - nhu cầu thấp, chiếu sáng cao; nhu cầu cao chiếu sáng thấp gây lãng phí

Trong khuôn khổ của luận văn, tác giả sẽ trình bày các giải pháp ứng dụng tiết kiệm điện năng trong mảng chiếu sáng công cộng (CSCC) thay cho giải pháp hành chính Qua đó, đi sâu nghiên cứu và chọn một giải pháp nhằm tối ưu về mặt kỹ thuật, hiệu quả tiết kiệm điện năng và tính kinh tế

1 Mục đích và mục tiêu nghiên cứu

1.1 Mục đích nghiên cứu

- Tiết kiệm điện năng cho hệ thống CSCC

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

- Hiệu quả tiết kiệm điện năng đạt từ (20 – 30) %

- Nghiên cứu, ứng dụng phương pháp điều chỉnh điện áp vô cấp cho hệ thống chiếu sáng công cộng;

- Đề xuất phương án triển khai ứng dụng

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Đèn chiếu sáng công cộng sử dụng nguyên lý phóng điện;

- Thiết bị tiết kiệm điện bằng phương pháp điều chỉnh điện áp vô cấp

2.2 Phạm vi nghiên cứu

- Một tuyến đèn CSCC 1 pha 220V; đèn Sodium, Metal halide

- Nghiên cứu, xác định dải điện áp điều chỉnh tối ưu cấp cho tuyến đèn;

- Đánh giá bằng thực nghiệm phương pháp điều chỉnh điện áp vô cấp đến phụ tải chiếu sáng nhằm tránh hiện tượng dao động công suất bất thường hay nguồn sáng ( đột ngột tắt, sáng) trên tuyến của đề tài nghiên cứu trước

- Thời gian nghiên cứu: 06 tháng

3

3 Tính khoa học và thực tiễn

Đề tài có nhiệm vụ làm rõ tính khoa học của giải pháp kỹ thuật so với các giải pháp khác nhằm tối ưu về điện năng tiêu thụ và tính kinh tế cho hệ thống chiếu sáng công cộng như hiện nay; giúp hạn chế tình trạng cắt bớt đèn để tiết kiệm điện của Thị

xã Ninh Hòa Qua đó, đi sâu nghiên cứu, hoàn thiện giải pháp kỹ thuật nhằm khắc phục các nhược điểm hiện đang tồn tại từ nghiên cứu trước

Đề tài cung cấp các luận cứ thuyết phục, giúp cho nhà quản lý tham mưu với cấp trên đề xuất triển khai ứng dụng

Đề tài đã đề xuất phương án khai thác và quản lý hệ thống chiếu sáng công cộng theo hướng khoán chi tiền điện cho đơn vị trực tiếp quản lý và vận hành hệ thống chiếu sáng của TX Ninh Hòa

4 Cấu trúc của luận văn:

Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo trong luận văn gồm có các chương như sau :

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP VÔ CẤP BẰNG BIẾN ÁP XUYẾN

CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT

4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG

1.1 VAI TRÒ CỦA CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG

Hệ thống chiếu sáng công cộng (CSCC) là thành phần không thể thiếu trong mọi không gian kiến trúc của một đô thị Ngoài chức năng bảo đảm an toàn cho các phương tiện tham gia giao thông, an toàn cho cuộc sống đô thị về đêm, chiếu sáng công cộng còn làm đẹp cho các công trình kiến trúc góp phần tạo cảnh quan cho các công trình đô thị

Hình 1.1 Chiếu sáng hiệu suất cao [1]

Một hệ thống chiếu sáng đường phố phải bảo đảm các chức năng sau:

- Bảo đảm chức năng định vị, dẫn hướng cho các phương tiện tham gia giao thông;

- Có tính thẩm mỹ, hài hoà với cảnh quan, môi trường xung quanh;

- Có hiệu quả kinh tế, mức tiêu thụ điện năng thấp, sử dụng nguồn sáng có hiệu suất năng lượng cao, tuổi thọ của thiết bị chiếu sáng cao, duy trì tính năng kỹ thuật trong quá trình sử dụng;

- Chất lượng chiếu sáng đáp ứng yêu cầu theo tiêu chuẩn quy định

5

1.2 TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG

Nếu chiếu sáng nội thất, chiếu sáng làm việc có yêu cầu cao về thông số độ rọi

(độ sáng) và độ hoàn màu (chất lượng hiển thị màu của nguồn sáng) thì chiếu sáng

công cộng lại quan tâm đến hai thông số chính là độ chói và độ đồng đều chung của

độ chói [2]

Các tiêu chuẩn chất lượng chiếu sáng đường phố thực chất đòi hỏi phải tạo nên tri giác nhìn nhanh chóng, chính xác và tiện nghi Vì vậy, theo tiêu chuẩn Việt Nam về chiếu sáng công cộng: TCVN 1404 : 2005; TCVN CIE : 115 – 1995, cần đánh giá trên các tiêu chí sau:

Độ chói mặt đường: Đại lượng quang học tác động trực tiếp đến mắt người tham

gia giao thông không phải là độ rọi (lux) mà là độ chói (Caldela - cd/m2) của mặt đường Vì vậy, độ chói trung bình của mặt đường được xem là tiêu chuẩn đầu tiên để đánh giá chiếu sáng đường phố

Độ đồng đều của độ chói trên mặt đường: Độ đồng đều của độ chói được xem

xét trên nhiều điểm của mặt đường, đây là tiêu chuẩn thứ 2 để đánh giá chiếu sáng đường phố

Độ rọi trung bình: Ngoài ra tiêu chuẩn về độ rọi cũng được qui định phụ thuộc

vào loại đường, địa điểm, vị trí, công năng chiếu sáng

* Độ chói trung bình: ( TCVN 1404 : 2005)

Chuẩn (0,5 – 2,0) cd/m2 ( Candela/m2)

* Độ đồng đều chung của độ chói: (TCVN CIE 115 – 1995)

Uo = Lmin/ Ltb = 0.4 ( Độ rọi min/ độ rọi trung bình)

* Độ rọi trung bình: (TCVN 1404 : 2005)

Giá trị từ (5 - 20) Lux

1.3 XU HƯỚNG SỬ DỤNG CSCC CỦA CÁC NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI

Ở các nước phát triển, hệ thống chiếu sáng công cộng (CSCC) được chuẩn hoá

từ bước thiết kế, đầu tư xây dựng, các loại đèn hiệu suất cao được lựa chọn và đặc biệt

là xây dựng hệ thống giám sát, điều khiển trung tâm, có thể tự động điều chỉnh độ sáng theo nhu cầu (khi cần thiết chiếu sáng thì đèn mới cung cấp đủ độ sáng phù hợp) Tuy đầu tư ban đầu cao nhưng chi phí tiền điện được tiết kiệm đến mức tối ưu, vòng đời của dự án đạt hiệu quả cao

Hiện nay trên thế giới, công nghệ chiếu sáng LED (Light Emitting Diode) được xem là công nghệ chiếu sáng cho thế kỷ 21 với ưu điểm cho hiệu suất phát quang liên tục tăng cao Đèn LED còn ứng dụng trong nhiều lĩnh vực và thân thiện với môi

Nhật Bản cũng đang hướng đến một tương lai trong đó đèn LED sẽ thay thế hoàn toàn các loại đèn truyền thống Tại Nhật, cứ 10 chiếc đèn được bán ra thì có đến

1.4 HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG CSCC TẠI VIỆT NAM

1.4.1 Hiện trạng CSCC tại các TP lớn

Đối lập với xu hướng sử dụng chiếu sáng hiệu suất cao của các quốc gia nêu trên Ở nước ta hiện nay, chủ yếu vẫn sử dụng các loại đèn thế hệ cũ như: đèn thủy ngân cao áp hoặc sodium cao áp… cho hệ thống chiếu sáng công cộng Các loại đèn này tiêu thụ nhiều điện năng, hiệu suất chiếu sáng chưa cao, tuổi thọ trung bình chỉ đạt 6.000 – 8.000 giờ, chất lượng và hiệu quả sử dụng còn rất thấp

Bên cạnh đó, do sự tác động cực đoan của thời tiết, dẫn đến tình trạng thiếu điện vào cao điểm mùa khô các năm qua đã làm ảnh hưởng đến nguồn cung năng lượng phục vụ cho các hoạt động sản xuất và kinh doanh Trước thực trạng đó, Chính phủ đã ban hành Chỉ thị số 171/CT-TTg, ngày 26 tháng 01 năm 2011 của Thủ tướng Chính phủ về việc tăng cường thực hiện tiết kiệm điện tại cơ quan, đơn vị yêu cầu các địa phương thực hiện triệt để chỉ thị trên Vì vậy, CSCC là đối tượng được cắt giảm đầu tiên mà phần lớn các địa phương trong cả nước áp dụng Để triển khai tiết kiệm điện cho đối tượng này, giải pháp đưa ra là rút ngắn thời gian và tắt bớt đến ½ số đèn trong tuyến chiếu sáng công cộng – giải pháp hành chính Giải pháp này làm ảnh hưởng đến chất lượng chiếu sáng, tạo nên các khoảng sáng tối gây mỏi mắt người

7

tham gia giao thông Trước thực trạng đó, hầu hết các địa phương trong cả nước đã triển khai các giải pháp khác nhằm tiết giảm điện năng tiêu thụ mà vẫn đảm bảo chất lượng chiếu sáng

Năm 2013, TpHCM đã đầu tư xây dựng trung tâm quản lý CSCC với công nghệ hiện đại nhằm triển khai dự án "Chiếu sáng công cộng hiệu suất cao tại Việt Nam" (VEEPL) là dự án quốc gia được tài trợ bởi Quỹ Môi Trường toàn cầu (GEF)

Trung tâm ứng dụng Khoa học Công nghệ Tỉnh Quảng Ninh cùng Công ty cổ

phần Công nghệ quản lí Năng lượng-EMTECH phối hợp với Công ty cổ phần Môi trường Đô thị Hạ Long Quảng Ninh đã hoàn thành việc triển khai lắp đặt hệ thống Savelite trên tuyến đường Hoàng Quốc Việt – TP Hạ Long Đây là tuyến đường đầu tiên trên địa bàn tỉnh được lắp đặt thử nghiệm hệ thống thiết bị giám sát và điều khiển điện chiếu sáng công cộng Savelite ứng dụng kết hợp công nghệ PLC và GPRS của tập đoàn Unique Technology-Israel [5]

Giám sát chiếu sáng công cộng bằng công nghệ thông minh Đó là gải pháp công nghệ cao mà Quảng Nam đang thực hiện Hệ thống này cho phép điều khiển, giám sát, quản lý vận hành lưới điện chiếu sáng hoàn toàn tự động tại trung tâm, thông tin hiển thị trên màn hình máy tính (theo khu vực và bản đồ số GIS), bản đồ LCD trên tường Hiện nay TP Hà Nội đã triển khai đề án: Ứng dụng thiết bị tự động điều chỉnh điện áp theo thời gian và yêu cầu chiếu sáng để tiết kiệm điện trong đô thị nội dung của đề án này là sử dụng thiết bị để điều chỉnh công suất, cụ thể là dùng đèn hai cấp công suất thay cho hệ thống đèn hiện có

- Tại TP Đà Nẵng: Nghiên cứu và lắp đặt đèn chiếu sáng ngõ xóm, áp dụng

công nghệ Led nano Là đề tài thuộc lĩnh vực tiết kiệm năng lượng mà công ty chiếu

sáng đô thị TP Đà Nẵng đang lắp đặt thử nghiệm Đồng thời triển khai giải pháp đèn hai cấp công suất cho chiếu sáng công cộng thay cho các đèn hiện có

1.4.2 Hiện trạng sử dụng CSCC tại các tỉnh lân cận

Tại Phú Yên: Triển khai đề án cải tạo lại hệ thống chiếu sáng công cộng Nội

dung của đề án là rà soát, đánh giá tình hình sử dụng đèn chiếu sáng hiện nay Tùy theo nhu cầu sử dụng của từng khu vực, đề xuất thay và giảm công suất chiếu sáng của bóng đèn Đồng thời việc duy tu bảo dưỡng định kỳ, nhằm tăng hiệu suất phát sáng của đèn Việc tính toán hợp lý nhu cầu chiếu sáng của từng khu vực cũng là một giải pháp tiết kiệm điện hiệu quả

Tại Ninh Thuận: Sở Khoa Học Công Nghệ Ninh Thuận phối hợp với trung tâm

Tiết kiệm Năng Lượng TP HCM tổ chức hội thảo “ Chiếu sáng công cộng tại Ninh Thuận” nhằm đánh giá hiện trạng, đồng thời giới thiệu các giải pháp tiết kiệm năng

8

lượng và các phương án đầu tư tài chính cho các hệ thống chiếu sáng công cộng tại Ninh Thuận Giải pháp đưa ra là thay thế các đèn hiện hữu bằng đèn hai cấp công suất tiết kiệm điện

Tại Khánh Hoà: Năm 2012, đã triển khai đề tài “Nghiên cứu thử nghiệm thiết

bị tiết kiệm điện chiếu sáng công cộng bằng phương pháp điều chỉnh điện áp, trên một tuyến đường của TP Nha Trang” do Sở Công Thương chủ trì [6]

Theo đó, điều kiện để ứng dụng giải pháp là hoàn nguyên chế độ vận hành – do đang áp dụng giải pháp hành chính (tắt đèn xen kẽ), tức 100 % số đèn trong tuyến hoạt động; lắp đặt thiết bị giảm điện áp tại đầu tuyến đèn, ngay sau trạm điều khiển chiếu sáng Điện năng tiết giảm được của giải pháp này sẽ so sánh với chế độ đối chứng (trên cùng một tuyến), tức so sánh với điện năng tiêu thụ khi hoạt động với điện áp định mức trong cùng một chu kỳ thử nghiệm

Bản chất của giải pháp là sử dụng một biến áp tự ngẫu với các nấc phân áp giảm áp (giảm áp kiểu bậc thang) để điều chỉnh công suất cấp cho hệ thống đèn, giảm

áp trong ngưỡng giới hạn sẽ giảm được điện năng tiêu thụ

Trên đây là các hoạt động ứng dụng các giải pháp giúp tiết kiệm điện năng và nâng cao chất lượng chiếu sáng công cộng tại các địa phương trong cả nước Nhằm khắc phục tình trạng cắt bớt đèn chiếu sáng để tiết kiệm năng lượng

1.5 HIỆN TRẠNG CSCC TX NINH HÒA TỈNH KHÁNH HÒA

1.5.1 Đặc điểm chung hệ thống chiếu sáng công cộng

- Loại đèn sử dụng cho chiếu sáng công cộng là loại: SODIUM, METAL tạo ánh sáng vàng hoặc trắng Có các gam công suất từ : (70 – 400) W

- Đối với công viên, phần lớn dùng loại đèn có ánh sáng trắng, tạo cảm giác ánh sáng tự nhiên

- Chiếu sáng đường giao thông, chủ yếu sử dụng đèn ánh sáng vàng, nhằm tạo cảm giác ấm và tăng khả năng quan sát

- Đối với các tuyến đường tiêu chuẩn 16 m, đèn chiếu sáng được bố trí ở giữa làn đường hai chiều Với chiều cao treo đèn từ (8-10) m Khoảng cách các đèn từ (30-50)m Sử dụng nguồn 1 hoặc 3 pha, được bố trí ngầm và độc lập với dây dẫn của điện lực

- Đối với tuyến phụ, loại đường 8 m, đèn chiếu sáng được bố trí một phía và gắn chung với cột đỡ của điện lực

- Kiểu chiếu sáng: chiếu sáng hỗn hợp (dùng cho xe cơ giới, xe gắn máy và người

đi bộ)

1.5.2 Cơ chế hoạt động của hệ thống chiếu sáng

9

Toàn bộ hệ thống đèn đường của thị xã được giao cho Phòng Quản lý Đô thị quản lý (QLĐT), chịu trách nhiệm lập kế hoạch duy tu, sửa chữa, xác lập cơ chế hoạt động theo mùa và theo yêu cầu các sự kiện trong năm Trực tiếp vận hành, sửa chữa và thay thế đèn do Công ty cổ phần Đô thị (CPĐT) thực hiện thông qua hợp đồng giữa Phòng QLĐT và Công ty CPĐT Công tác duy tu, sửa chữa, thay thế đèn hỏng thực hiện theo định kỳ, mỗi quý một lần Vì vậy tính kịp thời không cao, luôn có một số

lượng đèn trên các tuyến không sáng

Các tuyến đèn đường đều được điều chỉnh thời gian đóng cắt tự động phù hợp theo mùa trong năm Thông thường được điều chỉnh từ 18g00 đền 5g00 sáng hôm sau hàng ngày Tùy từng mùa trong năm mà thời gian hoạt động có thể sớm hoặc muộn, trong khoảng (15 – 25) phút Chu kỳ vận hành được lặp lại nhờ bộ thiết bị tự động điều khiển và hẹn giờ theo thời gian thực

Chế độ bảo vệ: Mỗi trạm điều khiển đều có thiết bị an toàn để bảo vệ phụ tải khi

có sự cố xảy ra

Mỗi tuyến đường tùy theo độ dài tuyến có thể chia thành nhiều trạm điều khiển Mỗi trạm điều khiển chiếu sáng có công suất tối đa khoảng 50 kVA

1.5.3 Chiếu sáng công viên

- Đối với chiếu sáng công viên Loại đèn sử dụng hầu hết là đèn compact tiết kiệm điện

- Sử dụng kiểu chiếu sáng hỗn hợp, nhằm tạo hiệu ứng sinh động và rực rỡ về đêm

- Sử dụng nguồn 1, 3 pha Có thực hiện cắt tiết kiệm điện

1.5.4 Chiếu sáng đường phố

- Đối với chiếu sáng đường phố Loại đèn sử dụng là loại SODIUM, Metal Halide cho ánh sáng vàng

- Sử dụng nguồn 1 hoặc 3 pha Có thực hiện cắt đèn tiết kiệm điện

1.5.4.1 Thông số đường tiêu chuẩn 16 m

a Loại đường:

Bê tông nhựa

Đường hai chiều, sáu làn đường

- Chiều rộng đường : 16m

- Chiều rộng một làn đường : 8m

- Chiều rộng dải phân cách : 1,5m

- Màu sắc nền đường : Xám, sáng trung bình

- Kiểu phân cách : Phân cách cứng trung tâm

Bê tông nhựa

Đường hai chiều, 2 làn đường

- Chiều rộng đường : 8m

- Chiều rộng một làn đường : 4m

- Chiều rộng dải phân cách : 0 m

- Màu sắc nền đường : Xám, sáng trung bình

- Kiểu phân cách : Phân cách mềm trung tâm

1.5.4 Chiếu sáng ngõ hẽm, liên thôn

- Chiếu sáng ngõ hẽm sử dụng đèn công suất thấp Loại Compact cho ánh sáng trắng

- Sử dụng nguồn một pha, không thực hiện cắt tiết kiệm điện

- Thông số đường tiêu chuẩn 3 m

- Chiều rộng dải phân cách : không

- Màu sắc nền đường : Xám, sáng trung bình

11

- Kiểu phân cách : Phân cách mềm

- Kiểu bố trí đèn : Bố trí một bên đường

1.5.5 Hiện trạng thiết bị và đèn chiếu sáng

Theo số liệu của Phòng Quản lý Đô thị và Công ty cổ phần Đô thị Ninh Hòa, hệ thống đèn đường trên địa bàn thị xã hiện nay đã được lắp đặt cho 11 xã, phường

- Tổng chiều dài tuyến chiếu sáng công cộng: 109,6km

- Tổng số đèn chiếu sáng : 2.267 đèn, công suất lắp đặt: 516,3kW

Toàn bộ hệ thống đèn đường của thị xã được điều khiển qua 97 tủ điều khiển hay 97 tuyến CSCC Trong đó:

 Có 37 tuyến chiếu sáng thuộc loại đường tiêu chuẩn 16 m, đèn chiếu sáng được bố trí trong dải phân cách trung tâm, với công suất thiết kế từ (10 – 30) kW, sử dụng loại đèn Sodium (150 – 400) W [8]

 12 tuyến thuộc loại đường tiêu chuẩn 8 m, đèn chiếu sáng được bố trí một bên đường, với công suất thiết kế từ (8 – 10) kW, sử dụng loại đèn Sodium 250 W

 Có 48 tuyến chiếu sáng đường liên thôn sử dụng đèn Compact tiết kiệm điện

Theo thống kê của tác giả:

- Có 48 tuyến thực hiện tiết kiệm điện bằng giải pháp hành chính – cắt giảm ½

số đèn trong tuyến;

- Có 01 tuyến sử dụng đèn hai cấp công suất (đầu tư mới);

- Có 48 tuyến chiếu sáng liên thôn thực hiện tiết kiệm điện bằng cách sử đèn huỳnh quang Compact

1.5.6 Giải pháp tiết kiệm điện đang thực hiện

Có ba giải pháp tiết kiệm điện được áp dụng cho hệ thống đèn đường của thị xã như sau:

- Tắt xen kẻ đèn: là giải pháp được áp dụng đối với các tuyến đèn được thiết kế

sử dụng nguồn điện 3 pha, số lượng đèn trên tuyến được tắt bớt 1/3 và thực hiện luân phiên cho các pha tại tủ điện (bật, tắt bằng tay)

12

- Sử dụng đèn 2 cấp công suất: giải pháp tiết kiệm điện này được áp dụng cho

các tuyến đèn đường mới được đầu tư Mạch điều khiển được cài đặt sẵn 02 chế độ, thời gian trong khoảng 04 giờ đầu, đèn hoạt động ở chế độ 100% công suất, khoảng thời gian còn lại hoạt động ở chế độ tiết kiệm 60 %, tuyến áp dụng đường Cầu Dinh 2

- Sử dụng đèn huỳnh quang Compact tiết kiệm điện cho tuyến đường liên thôn

1.5.7 Sản lượng điện và phương thức thanh toán

Sản lượng điện tiêu thụ của hệ thống chiếu sáng được đo đếm thông qua các công tơ lắp đặt đầu tuyến Căn cứ vào chỉ số đầu và cuối được ấn định hàng tháng để tính ra điện năng tiêu thụ

Phần ghi nhận và tính toán sản lượng điện do chi nhánh điện Ninh Hòa phụ trách, được Phòng Tài Chính huyện kiểm tra và thanh toán

Bảng 1.1 Thống kê sản lượng điện trên 97 tuyến CSCC của TX Ninh Hòa trong

Căn cứ vào bảng 1.1, trong sáu tháng đầu năm chi phí tiền điện đạt mức

1.385.799.03 đồng Trung bình hàng tháng, ngân sách chi trả cho tiền điện khoảng

230.966.506 đồng/tháng Tuy nhiên, chi phí trên đã được cắt giảm nhờ áp dụng giải pháp hành chính – cắt đèn để tiết kiệm điện Vì theo thiết kế công suất tiêu thụ của toàn hệ thống CSCC TX Ninh Hòa sẽ cao hơn

Vì vậy, giải pháp hành chính đã đặt mục tiêu tiết kiệm điện lên hàng đầu và bỏ qua chức năng của CSCC, dẫn đến chất lượng chiếu sáng không được bảo đảm, ảnh hưởng đến trật tự, an ninh xã hội; ảnh hưởng đến an toàn giao thông, cảnh quan đô thị; gây lệch pha lưới điện phân phối (nếu cắt giảm theo pha)…

Đời sống người dân thị xã ngày càng phát triển nhu cầu vui chơi, giải trí về đêm ngày càng cao Trong khi đó, chất lượng chiếu sáng không được đảm bảo làm ảnh

13

hưởng đến cảnh quan đô thị thì việc áp dụng giải pháp hành chính để tiết kiệm điện

là không phù hợp với xu thế hiện nay Cần thiết phải nghiên cứu, lựa chọn các giải

pháp khác nhằm hài hòa các lợi ích trên

1.5.8 Chất lượng chiếu sáng hiện nay

Do phải áp dụng giải pháp hành chính – cắt đèn xen kẽ trong toàn hệ thống

chiếu sáng công cộng của TX Ninh Hòa nên tác giả chỉ chọn một tuyến đường tiêu

chuẩn 16 m để đánh giá chất lượng chiếu sáng

Tác giả sử dụng phương pháp lưới điểm, tức bố trí các điểm đo độ rọi được bố

trí như hình 1.2 bên dưới

Hình 1.2 Lưới điểm và biểu đồ phân bố độ rọi trên mặt đường khi thực hiện

giải pháp hành chính – cắt đèn xen kẽ

- Tên đường : Nguyễn Thị Ngọc Oanh

14

- Loại đường : 16 m

- Điểm đo : 40 điểm

- Tổng giá trị điểm đo : E = 344 Lux

- Độ rọi trung bình : Etb =

40

1

40/

E = 8,6 Lux

- Độ rọi lớn nhất : Emax = 33 Lux

- Độ rọi nhỏ nhất : Emin = 0,3 Lux

- Độ chói trung bình : L tb = E tb / R

( Biểu thức 4.12, trang 184 Kỹ thuật chiếu sáng của Lê Văn Doanh )

Trong đó: Hệ số sử dụng R được tính như sau:

Căn cứ chọn : * Chiều cao treo đèn h : 8 m

* Chiều rộng một làn đường l : 8 m

* Đèn phân bố ánh sáng bán rộng – góc chiếu đèn

* Tính chất lớp phủ mặt đường, màu sắc mặt đường Tra

bảng 4.14, trang 184 Kỹ thuật chiếu sáng chọn R = 14

 Độ chói trung bình: L tb = 8,6 / 14 = 0,61 cd/m2

 Độ chói nhỏ nhất : Lmin = Emin/R = 0,021 cd/m2

 Hệ số đồng đều độ chói : Uo = Lmin/ Ltb

( Biểu thức 4.6, trang 171-Kỹ thuật chiếu sáng Lê Văn Doanh)

Vậy: Uo = 0,021/ 0,57 = 0,037, so với TCVN CIE 115 – 1995, Uo = 0,4

(không đạt yêu cầu, tuyến đường luôn xuất hiện khoảng sáng tối kế tiếp nhau)

Căn cứ vào tiêu chí độ đồng đều chung của độ chói (U0) cho thấy, các tuyến đèn luôn tồn tại các khoảng sáng tối kế tiếp nhau Vì vậy, chất lượng chiếu sáng hiện nay trong TX Ninh Hòa không đạt yêu cầu, nguyên nhân bắt nguồn từ hoạt động tắt đèn xen kẽ trong các tuyến

Việc tắt xen kẻ đèn chiếu sáng công cộng làm độ rọi trung bình giảm đi ½ gây khó khăn cho người tham gia giao thông Độ đồng đều giảm mạnh, gây hiệu ứng bậc thang, làm mỏi mắt người điều khiển phương tiện

1.6 CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG HIỆN NAY

Hiện nay, trên thế giới đã áp dụng nhiều giải pháp để tiết kiệm điện (TKĐ) trong chiếu sáng công cộng Tuy nhiên, có thể phân thành 4 nhóm giải pháp chính như sau:

- Giải pháp đầu tư: Sử dụng thiết bị chiếu sáng hiện đại, hiệu suất cao;

- Giải pháp quản lý: Ứng dụng tiến bộ KHCN, CNTT để vận hành hệ thống

tối ưu;

1.6.1 Giải pháp đầu tư thiết bị hiệu suất cao

Hình 1.3 Chiếu sáng công cộng sử dụng đèn LED hiệu suất cao

Cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, công nghệ sản xuất các loại nguồn sáng cũng không ngừng phát triển, từ khởi thủy đèn sợi đốt đến đèn halogen wonfam, đèn huỳnh quang, đèn hơi thuỷ ngân, đèn hơi sodium (natri), đèn LED… đã lần lượt ra đời với hiệu suất chiếu sáng ngày càng lớn, tuổi thọ ngày càng cao và lượng tiêu hao điện năng ngày càng giảm

Với chiếu sáng công cộng, trong những năm 90 của thế kỷ trước hay sử dụng là đèn Thuỷ ngân cao áp, những năm gần đây đã dần được thay thế bằng đèn Sodium, Metal halide với hiệu suất phát sáng và tuổi thọ của đèn đều cao hơn Tuy nhiên, trong đầu tư xây dựng hệ thống chiếu sáng công cộng thường có bất cập là chủ đầu tư thường không phải là đơn vị vận hành khai thác về sau nên hiệu quả đầu tư thường không được cao (có thể chi phí đầu tư ban đầu thấp nhưng vận hành trả tiền điện lâu

16

dài lại cao) Hiện nay, phần lớn các đô thị đều sử dụng giải pháp này trong việc thay thế những bóng đèn chiếu sáng hiệu suất thấp (thuỷ ngân cao áp) khi bị cháy, hỏng bằng bóng hiệu suất cao như Sodium hay Metal halide Tuy nhiên, việc thay thế đồng loạt thường rất khó khăn vì cần vốn đầu tư lớn

Trong vòng 10 năm trở lại đây, với sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật sản xuất nguồn sáng, đèn CFL và LED với ưu điểm vượt trội về hiệu suất, tuổi thọ, điện năng

sử dụng đã thực sự đột phá vào lĩnh vực chiếu sáng nói chung; theo dự báo đây sẽ là nguồn sáng được ưu tiên lựa chọn trong tương lai

Ưu điểm:

- Hiệu suất chiếu sáng cao, mật độ bố trí đèn thấp;

- Tuổi thọ đèn cao, giảm chi phí bảo dưỡng thay thế;

- Chi phí tiền điện sử dụng thấp so với cùng hiệu quả chiếu sáng

Nhược điểm:

- Chi phí đầu tư ban đầu cao (nhà đầu tư khó chấp nhận hơn);

Giải pháp này thích hợp với các công trình xây dựng mới, chủ đầu tư cũng là người khai thác về sau Với các công trình hiện hữu cũng có thể thay thế dần nhưng hiệu quả thường không cao như tính toán lắp đặt mới

1.6.2 Giải pháp quản lý, ứng dụng tiến bộ khoa học và công nghệ

Hình 1.4 Hệ thống điều khiển và giám sát từng đèn chiếu sáng công cộng

17

Với sự hỗ trợ của các thiết bị kỹ thuật số và thành tựu công nghệ thông tin, ngày nay việc tính toán lập trình xây dựng một chương trình quản lý hệ thống chiếu sáng công cộng tối ưu là điều hoàn toàn có thể Các thiết bị ngoại vi kỹ thuật số được lắp đặt ở những nút thích hợp, cho phép kết nối điều khiển từ xa sẽ giúp cho hệ thống điều hành trung tâm giám sát và vận hành tối ưu mạng lưới chiếu sáng

Cùng với việc sử dụng nguồn sáng hiệu suất cao là xây dựng một mạng lưới giám sát và điều khiển hệ thống đèn công cộng để giám sát đến từng vị trí đèn, để tự động điều khiển việc đóng cắt hoặc tăng, giảm độ sáng theo thời gian, thời tiết, mùa

vụ, mật độ giao thông, tính khẩn cấp… là giải pháp mà nhiều nước tiên tiến trên thế giới đã áp dụng gần đây đã mang lại hiệu quả cao và đặc biệt là tiết kiệm điện

Ưu điểm:

- Hiện đại, bảo đảm hiệu quả chiếu sáng

- Chi phí tiền điện sử dụng thích hợp

- Tiết giảm chi phí cho bộ máy quản lý vận hành

Nhược điểm:

- Chi phí đầu tư cao;

Giải pháp này thích hợp với những khu đô thị mới, hiện đại, khi xây dựng cơ sở

hạ tầng đã tính toán đầu tư hoàn chỉnh cho hệ thống chiếu sáng, tuy giá thành đầu tư ban đầu cao nhưng hiệu quả tổng hợp mang lại trong suốt quá trình khai thác sẽ cao tương ứng

1.6.3 Giải pháp hành chính

Hình 1.5 Tuyến chiếu sáng công cộng áp dụng giải pháp tắt đèn xen kẽ

18

Với sự thiếu hụt trầm trọng nguồn điện cung ứng cho nền kinh tế quốc dân, chính phủ đã có chủ trương kêu gọi toàn dân tiết kiệm điện, chính quyền địa phương các cấp hưởng ứng cũng đã có những chỉ thị cụ thể cho việc thực hành triệt để tiết kiệm điện nơi công sở, cộng cộng (những nơi dùng ngân sách địa phương để thanh toán tiền điện) Nhiều thành phố đã thực hiện biện pháp giảm thời gian chiếu sáng đường phố (đóng điện đèn đường muộn hơn và cắt đèn sớm hơn) và biện pháp cắt bớt đèn (xen kẻ 1/3, 1/2 thậm chí có nơi cắt đến 2/3 số lượng đèn) Giải pháp này đặt mục tiêu TKĐ lên hàng đầu, chấp nhận “hy sinh” một phần mục tiêu chiếu sáng đô thị, an toàn giao thông, an ninh xã hội

Ưu điểm:

- Tiết giảm ngay một lượng điện và chi phí tiền điện đáng kể;

- Giảm được áp lực cấp điện cho EVN, đặc biệt là giờ cao điểm tối (18h-20h)

Nhược điểm:

- Hiệu quả chiếu sáng không được bảo đảm, ảnh hưởng đến trật tự an ninh xã hội; ảnh hưởng đến an toàn giao thông, cảnh quan đô thị; gây lệch pha lưới điện phân phối (nếu cắt giảm theo pha)…

- Việc tắt xem kẻ đèn chiếu sáng công cộng làm độ rọi trung bình giảm đi ½ gây khó khăn cho người đi bộ và độ đồng đều giảm mạnh, gây hiệu ứng bậc thang, làm mỏi mắt người điều khiển phương tiện giao thông, dễ gây tai nạn Đây thực sự là giải pháp tình thế, khi ngành điện bảo đảm cung ứng đủ điện thì giải pháp này chắc chắn sẽ được giải toả

1.6.4 Giải pháp kỹ thuật

Xuất phát từ đặc điểm của các loại đèn chiếu sáng theo nguyên lý phóng điện (như đèn huỳnh quang, đèn hơi thủy ngân, đèn hơi natri…) là cần điện áp lưới (220V) ban đầu để khởi động “mồi đèn”, sau khi đèn sáng ổn định có thể giảm điện áp đầu vào mà đèn vẫn duy trì độ sáng trong phạm vi quang thông cho phép Việc giảm điện

áp sẽ làm giảm công suất tiêu thụ của đèn dẫn đến giảm được lượng điện tiêu thụ, giảm chi phí tiền điện phải trả

Công suất tiêu thụ P = Điện áp U x Dòng điện I x Cos phi Khi giảm điện áp, dòng điện sẽ giảm, công suất P giảm theo tích của UxI

Đồ thị bên dưới thể hiện khi tăng điện áp đến một giá trị đủ lớn, đèn sẽ bị hỏng

và ngược lại giảm điện áp đến mức quá thấp đèn sẽ bị tắt (điện áp đặt lên đèn không

đủ để duy trì sự phóng điện)

19

Hình 1.6 Mối quan hệ giữa điện áp và công suất của đèn chiếu sáng

Vậy, bản chất của giải pháp kỹ thuật là điều chỉnh điện áp cấp cho phụ tải chiếu sáng, điều chỉnh điện áp trong ngưỡng cho phép, dẫn đến tiết giảm được điện năng tiêu thụ của tuyến đèn Tuy nhiên, trong nhóm giải pháp kỹ thuật có hai phương pháp để điều chỉnh điện áp

1.6.4.1 Phương pháp điều chỉnh điện áp kiểu bậc thang (biến áp tự ngẫu)

Thiết bị tiết kiệm điện cho hệ thống chiếu sáng công cộng (bộ TKĐ) hoạt động theo nguyên lý điều chỉnh điện áp kiểu bậc thang cấp cho tuyến đèn như sau:

Bộ TKĐ có cấu tạo cơ bản gồm hai phần chính là phần động lực và điều khiển Phần động lực là một máy biến áp tự ngẫu, có điện áp đầu vào định mức 220V, đầu ra

có các nấc 205V-200V-195V-190V tương ứng với các chế độ tiết kiệm Phần điều khiển là một bo mạch nhằm giám sát và điều khiển các chế độ hoạt động của đèn theo các mức tiết kiệm đã được lập trình sẵn

Hình 1.7 Sơ đồ nguyên lý bộ tiết kiệm điện chiếu sáng kiểu tự ngẫu

20

Sau khi cấp nguồn, bộ TKĐ sẽ cấp điện trực tiếp cho dãy đèn bằng chính điện

áp lưới, đèn được khởi động bình thường, đồng thời mạch điều khiển (nhị thứ) sẽ giám sát dòng và áp online, đến khi nhận biết dòng tải ổn định (thường từ 6-10 phút) và điện

áp trong giới hạn cho phép mạch nhị thứ sẽ phát lệnh điều khiển đóng mạch nhất thứ vào nguồn điện áp thấp (giảm áp kiểu bậc thang) để bắt đầu quá trình vận hành tiết kiệm

Hình 1.8 Biều đồ vận hành của thiết bị điều chỉnh điện áp kiểu bậc thang

Năm 2012, thành phố Nha Trang, Khánh Hòa đã triển khai đề tài “Nghiên cứu

thử nghiệm thiết bị tiết kiệm điện chiếu sáng công cộng bằng phương pháp điều chỉnh điện áp, trên một tuyến đường của TP Nha Trang” do Sở Công Thương chủ trì và

chính tôi (học viên) làm chủ nhiệm đề tài [6] Theo đó, điều kiện để ứng dụng giải pháp là hoàn nguyên chế độ vận hành các đèn chiếu sáng, tức 100 % số đèn trong

21

tuyến hoạt động; lắp đặt thiết bị giảm điện áp tại đầu tuyến đèn, ngay sau trạm điều khiển chiếu sáng Kết quả đề tài tiết kiệm 20,79 % điện năng tiêu thụ Đồng thời các thông số chiếu sáng ghi nhận đều thỏa các TCVN về chiếu sáng công cộng Tuy nhiên, giải pháp của đề tài cũng phát sinh một nhược điểm đó là xuất hiện hiện tượng dao động nguồn sáng hay dao động dòng công suất bất thường trên tuyến đèn do thiết bị chuyển mạch các nấc phân áp để tiết kiệm điện dẫn đến thay đổi biên độ điện áp đột ngột trong khoảng thời gian cực ngắn (2 – 3) s, làm tuyến đèn đột ngột tắt, sáng

Hình 1.9 Biểu đồ giảm 4 cấp điện áp,

Bên cạnh đó, các đèn chiếu sáng có tuổi thọ cao sẽ phải khởi động lại do hiện tượng “sốc” về điện áp gây nên Hiện tượng trên tuy chỉ thoảng qua nhanh chóng nhưng gây bất ngờ cho người tham gia giao thông có thể dẫn đến những sự cố đáng tiếc

Ưu điểm:

- Chi phí đầu tư thấp;

- Giảm lượng điện năng tiêu thụ => giảm chi phí tiền điện;

22

- Vẫn bảo đảm hiệu quả chiếu sáng;

- Tăng tuổi thọ của bóng đèn, giảm chi phí duy tu bảo dưỡng thay thế;

- Giải pháp này rất thích hợp cho các công trình hiện hữu có yêu cầu về tiết kiệm điện

Nhược điểm:

- Nguồn sáng bị dao động (đột ngột tắt, sáng) khi thiết bị chuyển mạch phân

áp để tiết kiệm điện làm ảnh hưởng đến người tham gia giao thông;

- Không có khả năng ổn định điện áp;

- Không ứng dụng cho các phụ tải chiếu sáng có sử dụng nguồn xung

1.6.4.2 Phương pháp điều chỉnh điện áp kiểu vô cấp (biến áp xuyến)

Hình 1.11 Sơ đồ khối thiết bị

Ngoài phần động lực là bộ biến áp xuyến, thiết bị tiết kiệm điện (TKĐ) gồm có các khối chức năng sau:

- Khối cài đặt mức điện áp tiết kiệm đặt trước (điện áp chuẩn);

- Khối lấy mẫu điện áp (phản hồi);

- Khối so sánh và khuếch đại tín hiệu;

- Khối điều khiển motor chổi than

Nguyên lý làm việc của thiết bị TKĐ là sự kết hợp của các khối chức năng như sau:

Căn cứ vào đặc điểm của hệ thống chiếu sáng (giờ cao điểm, thấp điểm) và dải điện áp có khả năng làm việc của đèn chiếu sáng (180 – 220) V người có trách nhiệm

23

vận hành sẽ cài đặt các thông số cho khối điện áp chuẩn Khối so sánh có chức năng so sánh điện áp lấy mẫu với điện áp chuẩn đặt trước Tùy thuộc vào thời điểm hoạt động (giờ cao điểm, thấp điểm) thiết bị sẽ chuyển mạch giảm hoặc tăng áp, khối điện áp chuẩn sẽ lấy mẫu Lúc này, khối so sánh sẽ xuất lệnh điều khiển cho cơ cấu chổi than tăng hoặc giảm điện áp tương ứng

Sau mỗi giai đoạn chuyển mạch, điện áp đầu ra luôn được điều chỉnh nhằm ổn định điện áp cấp cho tuyến đèn

Hình 1.12 Biểu đồ điện áp của thiết bị điều chỉnh điển áp kiểu vô cấp

- Giảm lượng điện năng tiêu thụ => giảm chi phí tiền điện;

- Bảo đảm hiệu quả chiếu sáng;

- Tăng tuổi thọ của bóng đèn, giảm chi phí duy tu bảo dưỡng thay thế;

Giải pháp này rất thích hợp cho các công trình hiện hữu có yêu cầu về tiết kiệm điện

Nhược điểm

- Chi phí đầu tư vẫn còn cao;

- Không ứng dụng cho các phụ tải chiếu sáng có sử dụng nguồn xung

- Phần tử bị điều khiển: Thường là một transistor công suất lớn, hoạt động như một

điện trở và có khả năng điều chỉnh được biên độ điện áp nguồn ra

- Khối so sánh (vi sai): So sánh điện thế lấy mẫu với điện thế đặt để tạo thành điện thế

điều khiển V

DK kích dẫn cho transistor công suất

- Khối cài điện áp chuẩn: Tạo điện thế cài đặt V

ref cho mạch so sánh

- Khối lấy mẫu: Lấy một phần điện thế ngõ ra so sánh với điện thế chuẩn (điện thế cài

đặt theo giá trị mong muốn)

Giả sử khi điều chỉnh mức điện áp cài đặt theo một giá trị mong muốn, khối so sánh sẽ tham chiếu với khối điện áp lấy mẫu và khối này có chức năng điều khiển khối điện tử công suất dẫn mạnh hoặc yếu khi có sự sai khác với biên độ điện áp lấy mẫu Sau khi kết thúc quá trình điều chỉnh điện áp đầu ra là tiếp nối quá trình ổn định biên

độ điện áp (ổn áp)

Ưu điểm

- Điện áp ngõ ra thay đổi theo hàm tuyến tính;

- Có tính năng khởi động mềm và giảm mềm điện áp;

- Có tính năng ổn áp;

- Tiết giảm được điện năng tiêu thụ;

- Vẫn bảo đảm hiệu quả chiếu sáng;

V i

R

Tuy nhiên, căn cứ vào ưu, nhược điểm của các phương pháp điều chỉnh điện áp trong nhóm giải pháp kỹ thuật, tác giả chọn phương pháp điều chỉnh điện áp vô cấp bằng biến áp xuyến để thử nghiệm và đánh giá Vì phương pháp này có khả năng ổn định được điện áp của tuyến đèn và không tạo ra nguồn sóng hài trên lưới Trong chương 2 sẽ đi sâu nghiên cứu và ứng dụng thiết bị hỗ trợ cho phương pháp này

26

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP VÔ CẤP

BẰNG BIẾN ÁP XUYẾN 2.1 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP VÔ CẤP

2.1.2 Ảnh hưởng của điện áp đến công suất đèn

Thực nghiệm mô phỏng các thông số nguồn, bằng cách sử dụng bộ biến áp xuyến điều chỉnh được điện áp vô cấp, cấp nguồn cho một phụ tải CSCC hoạt động theo nguyên lý phóng điện (đèn Sodium, Metal halide) Sử dụng thiết bị đo chuyên dụng nhằm ghi nhận mối quan hệ giữa điện áp, dòng điện và công suất đến đèn chiếu sáng diễn ra trong quá trình điều chỉnh điện áp vô cấp

Hình 2.1 Mối quan hệ giữa các đại lượng A,W khi điều chỉnh thông số V của đèn

Sodium dùng trong CSCC

Kết quả tại hình 2.1 cho thấy, khi điều chỉnh điện áp, dòng điện và công suất

thay đổi tương ứng

Tuy nhiên, giảm điện áp trong khoảng nào thì cần xét đến yếu tố quang thông đèn và yếu tố này được quy định trong TCVN về chiếu sáng công cộng

2.1.3 Ảnh hưởng của điện áp đến tuổi thọ đèn

Đánh giá theo lý thuyết:

[2]

Trong đó:

D : Là tuổi thọ đèn Uo : Điện áp định mức

U : Điện áp thay đổi Do : Tuổi thọ định mức

Căn cứ vào biểu thức trên, cho thấy khi điều chỉnh giá trị U thì giá trị của đại lượng D cũng thay đổi tương ứng

27

Uo D

28

Hình 2.2 Biểu đồ mô tả tuổi thọ đèn

Vì vậy, tham số điện áp có ảnh hưởng đến tuổi thọ đèn Vậy, với đèn có tuổi thọ

là 8000 giờ, khi điện áp giảm 10 % thì tuổi thọ đèn tăng gần gấp ba lần Khi điện áp tăng 5% thì tuổi thọ giảm một nữa

2.1.4 Thiết bị hỗ trợ đo và phân tích các thông số nguồn điện

Để ghi lưu và phân tích các thông số nguồn trong quá trình thực nghiệm, tác giả

sử dụng thiết bị đo và phần mềm phân tích chất lượng điện năng Kyoritsu 6300

a Thiết bị đo

Hình 2.3 Thiết bị đo Kyoritsu 6300

Thiết bị trên có các tính năng như : Đo các thông số tức thời; ghi lưu điện năng tiêu thụ; đo các thông số nguồn theo yêu cầu cài đặt trước…

b Phần mềm hỗ trợ Kyoritsu Analysis 2.02

29

Phần mềm Kyoritsu Analysis 2.02 có chức năng phân tích và vẽ biểu đồ các đại

lượng U,P,I,Q,S và cosphi Đồng thời cũng thể hiện giá trị các đại lượng yêu cầu dưới

dạng danh sách

Giao diện tùy chọn chứa các trường thông tin về các thông số nguồn, loại nguồn

(1- 3) pha và chế độ hiển thị các thông số theo yêu cầu dưới dạng biểu đồ hoặc danh

sách

Giao diện phân tích chứa các trường thông tin hiển thị như: Tỷ lệ biểu đồ, thời

gian hiện thị và giá trị các thông số (cực tiểu, cực đại và trung bình)…

Thông qua biểu đồ phân tích, có thể nhận xét (biên dạng, xu hướng…) của các

thông số nguồn biến thiên theo thời gian một cách chân thực nhất

2.1.4 Thiết bị hỗ trợ điều chỉnh điện áp kiểu vô cấp

a Cấu tạo

Hình 2.6 Sơ đồ khối thiết bị Hình 2.7 Biến áp động lực của thiết bị

Ngoài phần động lực là bộ biến áp xuyến, thiết bị tiết kiệm điện (TKĐ) gồm có

các khối chức năng sau:

- Khối lập trình các cấp điện áp tiết kiệm đặt trước (điện áp chuẩn);

- Khối lấy mẫu điện áp (phản hồi);

- Khối so sánh và khuếch đại tín hiệu;

- Khối điều khiển motor chổi than

b Sơ đồ động lực