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
Mục đích và mục tiêu nghiên cứu đề tài
- Khảo sát, đánh giá thực trạng sử dụng năng lượng khi sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha tại các trạm bơm nước thải tại thành phố Đà Nẵng nhằm đưa ra các bài toán lựa chọn thiết bị điều khiển tối ưu có thể áp dụng nhằm tăng hiệu quả sử dụng năng lượng trong Công ty
- 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
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.
Phương pháp nghiên cứu
4.1 Ph ươ ng pháp th ự c nghi ệ m Áp dụng các lý thuyết đã nghiên cứu để tính toán cho cho các trạm bơm nước thải Đà Nẵng
4.2 Ph ươ ng pháp nghiên c ứ u lý thuy ế t
- 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 Ph ươ ng pháp thu th ậ p và x ử 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.
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.
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 c ứ u đề xu ấ t các gi ả i pháp s ử d ụ ng n ă ng l ượ ng ti ế t ki ệ m và hi ệ u qu ả cho Công ty Thoát n ướ c và X ử lý n ướ c th ả i Đ à N ẵ ng ”
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.
TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY THOÁT NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÀ NẴNG VÀ CHƯƠNG TRÌNH DSM
Tổng quan về công ty thoát nước và xử lý nước thải Đà Nẵng
1.1.1 Gi ớ i thi ệ u chung v ề 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 Ch ứ c n ă ng và nhi ệ m v ụ c ủ a công ty a Ch ứ c n ă ng
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 Nhi ệ m v ụ
- 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.
Hiện trạng nguồn nhân lực
- Phòng tổ chức – Hành chính: 14 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
- Đội quản lý duy tu : 14 người v Sơ đồ tổ chức:
Phó giám đốc phụ trách thoát nước
Phó giám đốc phụ trách nội chính
Phó giám đốc phụ trách xử lý nước thải
Phòng Công nghệ môi trường nước thải
Trạm XLNT Ngũ Hành Sơn Đội Duy tu
Tổng quan về các trạm bơm nước thải cấp I (xem hình1.1)
1.3.1 H ệ th ố ng các tr ạ m b ơ m n ướ c th ả i c ấ p I
Hệ thống các trạm bơm nước thải cấp 1 tổng cộng có 09 trạm bơm (SPS) thuộc
04 lưu vực nằm trên địa bàn thành phố Đà Nẵng đó là lưu vực Sơn Trà, lưu vực Ngũ Hành Sơn, lưu vực Phú Lộc, lưu vực 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
Có hai hệ thống lớn: Phú Lộc và Hòa Cường, và hai hệ thống nhỏ: Sơn Trà và Ngũ Hành Sơn Lớn ở đây không nhằm đề cập đến độ dài tuyến ống mà là lượng nước thải được thu gom
SPS19 txl ngũ hành sơn
GID20n-800 RM20n-560 GI D1 RM 9a 19 -250 n- 560 g id 19 n -4 00 rm1 8-250 g id 1 2a -2 00 g id 13 -6 30 r m 12 -3 15 g id 1 3-5 60 r m 1 3- 560 g id 14 -8 00 r m 1 4- 630 rm15-630 g id 8- 200 g id 8 a -2 00 r m 8 -250 g id 9 a -2 00 g id 9 -560 r m 9 -560 r m 9- 560 g id 1a -250 g id 1-5 60 rm 1-400 r m 3-
SPS33 rm 33-3 15 dn800 -1200 dn80 0-12 00 dn8 00-1 200 rm 9- 560
So n trà Ði? da nang airport sân bay đà nẵng vịnh đà nẵng - da nang bay s ô n g hàn - han r iver b iể n đ ô ng
Hình 1.1 Hệ thống các trạm bơm cấp I và cấp II
Hệ thống nước thải Hòa Cường thu gom nước thải từ trung tâm thành phố Đà Nẵng, nơi đông đúc dân cư và là nơi sản sinh phần lớn nước thải Hệ thống Phú Lộc sẽ thu gom nước thải khu vực dọc Vịnh biển Nguyễn Tất Thành Các hệ thống nước thải Sơn Trà và Ngũ Hành Sơn được thu gom nước thải tại các khu dân cư Quận Sơn Trà, Quận Ngũ Hành Sơn Toàn bộ hệ thống được thu gom, vận hành liên tục trong năm và trừ các ngày mưa lớn, cấp điện thì ngừng hoạt động
Chi tiết về mỗi trạm bơm SPS được trình bày trong bảng dưới đây
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)
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
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 thi ế t b ị trong h ệ th ố ng tr ạ m b ơ m n ướ c th ả i SPS c ấ p 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 …
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 vi ệ c 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 R 3 (R 4 ) có điện dẫn đến tiếp điểm rơ le R3(R 4 ) 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.
Tổng quan về trạm bơm nước thải cấp II
1.4.1 H ệ th ố ng các tr ạ m b ơ m n ướ c th ả i c ấ p II
Chi tiết về mỗi SPS được trình bày trong bảng dưới đây
Bảng 1.2 Chi tiết các trạm bơm SPS cấp II
Lưu lượng (l/s) C/tác Tổng Loại Đ/k ống (mm) Đ/k SPS
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
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
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
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 Gi ế ng b ơ m n ướ c th ả i 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 vi ệ c c ủ a tr ạ m b ơ m SPS c ấ p 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
R 17 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.
Tổng quan về chương trình DSM
1.5.1 V ấ n đề n ă ng l ượ ng trên th ế gi ớ i và ở Vi ệ t Nam
1.5.1.1 Ti ề m n ă ng n ă ng l ượ ng trên th ế gi ớ i
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 Ti ề m n ă ng n ă ng l ượ ng ở Vi ệ t 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 m 3 dầu khí đã quy đổi, trong đó 1,25 tỷ m 3 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 U 3 O 8 , trước mắt có thể khai thác 6.000 tấn với giá ≤80 USD/kg
1.5.2 Vai trò c ủ a qu ả n lý nhu c ầ u 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)
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 Chi ế n l ượ c c ủ a 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]
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 1 Điều khiển nhu cầu điện năng phù hợp với khả năng cung cấp điện một cách kinh tế nhất
Nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của các hộ dùng điện Điều khiển trực tiếp dòng điện
- Biểu đồ phụ tải linh hoạt
- Tích trữ điện một chiều
- Tích trữ cho trữ nhiệt
- Nhà máy thủy điện tích năng
Sử dụng nguồn NL mới
Giá bán điện thay đổi
- Giá cho phép cắt điện trực tiếp
- 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
KV công nghiệp Động cơ điện KĐB
Các giải pháp sử dụng năng lượng hiệu quả 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
P P t t Hình 1.8 Cắt giảm đỉnh Hình 1.9 Lấp thấp điểm
Hình 1.10 Chuyển dịch phụ tải Hình 1.11 Biện pháp bảo tồn
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 tr ữ n ă ng l ượ ng 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)
• S ử d ụ ng ngu ồ n n ă ng l ượ ng tái t ạ o, n ă ng l ượ ng m ớ i
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.
CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG VẬN HÀNH VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA
Tổng quan về động cơ không đồng bộ ba pha
2.1.1 C ấ u t ạ o Động cơ không động bộ (KĐB) là động cơ rất thông dụng, được sử dụng cho các thiết bị khác nhau trong công nghiệp Sở dĩ loại động cơ này thông dụng như vậy là vì chúng có thiết kế đơn giản, rẻ tiền, dễ bảo trì, có thể nối trực tiếp với nguồn điện xoay chiều a Các b ộ ph ậ n
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 120 0
Hình 2.1 Cấu tạo động cơ không đồng bộ b Phân lo ạ i độ ng c ơ không đồ ng b ộ
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 Ứ ng d ụ ng độ ng c ơ không đồ ng b ộ
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.
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 độ ng c ơ tiêu chu ẩ n b ằ ng độ ng c ơ hi ệ u su ấ t 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
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
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
Dùng những thanh dẫn rotor lớn hơn để tăng tiết diện hoặc thay thế nhôm bằng đồng sẽ giảm trở kháng và tổn thất
4 Ma sát và quấn dây (15%)
Sử dụng thiết kế quạt tổn thất thấp giảm tổn thất do chuyển dịch không khí
Sử dụng thiết kế tối ưu và quy trình kiểm soát chất lượng chặt chẽ để giảm thiểu tổn thất rò tải
Nh ậ n 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 Gi ả m m ứ c non t ả i tránh s ử d ụ ng độ ng c ơ quá l ớ n 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
Nh ậ n 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 Ch ọ n công su ấ t độ ng c ơ cho t ả i thay đổ i
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 ch ấ t l ượ ng đ i ệ n
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 120 0 Sự mất cân bằng sẽ làm tăng tổn thất hệ thống và giảm hiệu suất động cơ.
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 ngh ĩ a c ủ a vi ệ c nâng cao h ệ s ố công su ấ t
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
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: ỉ Giảm được cụng 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 ỉ Giảm được tổn thất điện ỏp trong mạng điện
Tổn thất điện áp được tính như sau:
Khi giảm Q truyền tải trên đường dây, ta giảm được thành phần tổn thất điện áp
∆U (Q) do Q gây ra ỉ Tăng khả năng truyền tải của đường dõy và mỏy biến ỏp
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
Từ biểu thức (2.3) cho thấy với cùng một trình trạng phát nóng của đường dây và máy biến áp (tức là I= const) chúng ta có thể tăng khả năng truyền tải công suất tác dụng P của chúng bằng cách giảm CSPK Q mà chúng ta tải đi
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 bi ệ n pháp nâng cao h ệ s ố công su ấ t
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 h ệ s ố công su ấ t cos φ t ự 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, sử dụng hợp lý các thiết bị điện ỉ Thay đổi và cải tiến qui trỡnh cụng nghệ để cỏc thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất ỉ Thay đổi động cơ khụng đồng bộ làm việc non tải bằng động cơ cú cụng suất nhỏ hơn
Khi làm việc động cơ không đồng bộ tiêu thụ lượng CSPK:
Trong đó: Q 0 – CSPK lúc động cơ làm việc không tải
Q đm – CSPK lúc động cơ làm việc định mức k pt – hệ số phụ tải
Công suất Q 0 thường chiếm khoảng 60÷70% công suất phản kháng định mức
Hệ số công suất của động cơ được tính theo công thức sau, [7]:
Cosφ đm pt đm pt k P k Q Q
Từ các công thức trên chúng ta thấy nếu động cơ làm việc non tải (k pt bé) thì cosφ sẽ thấp Thay thế động cơ làm việc non tải bằng động cơ nhỏ hơn ta tăng được hệ số phụ tải kpt do đó nâng cao được cosφ của động cơ Điều kiện kinh tế cho phép thay thế động cơ là: việc thay thế phải giảm được tổn thất công suất tác dụng trong mạng và động cơ, vì có như vậy việc thay thế mới có lợi, các tính toán cho thấy:
- Nếu k pt < 0,45 thì việc thay thế bao giờ cũng có lợi
- Nếu 0,45< k pt