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

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 ii TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM THIẾT BỊ TIẾT KIỆM ĐIỆN TRONG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG ỨNG DỤNG CHO THỊ XÃ NINH HÒA TỈNH KHÁNH HÒA Tóm tắt – 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. 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 - L Độ chói - Lmin Độ chói nhỏ nhất - Ltb Độ chói trung bình - Uo Hệ số đồng đều - SODIUM Đèn SODIUM - 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 Tên bảng hiệu 2.1 Thống kê sản lượng điện trên 97 tuyến CSCC của TX. Ninh Hòa trong 7 tháng đầu năm 2016 Trang 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 hiệu 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8. 1.9. 1.10. 1.11. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. Tên hình Chiếu sáng hiệu suất cao Chiếu sáng công cộng sử dụng đèn LED hiệu suất cao Hệ thống điều khiển và giám sát từng đèn chiếu sáng công cộng Tuyến chiếu sáng công cộng áp dụng giải pháp tắt đèn xen kẽ Mối quan hệ giữa điện áp và công suất của đèn chiếu sáng Sơ đồ nguyên lý bộ tiết kiệm điện chiếu sáng kiểu tự ngẫu Biều đồ vận hành của thiết bị điều chỉnh điện áp kiểu bậc thang Sơ đồ khối thiết bị. Biểu đồ điện áp của thiết bị điều chỉnh điển áp kiểu vô cấp a. Sơ đồ khối nguyên lý điều chỉnh điện áp kiểu ối tiếp b. Sơ đồ khối nguyên lý đ. chỉnh điện áp kiểu song song Mối quan hệ giữa các đại lượng A,W khi điều chỉnh thông số V của đèn Sodium dùng trong CSCC. Biểu đồ mô tả tuổi thọ đèn Thiết bị đo Kyoritsu 6300 Giao diện tùy chọn Giao diện phân tích Sơ đồ khối thiết bị. Biến áp động lực của thiết bị Sơ đồ mạch động lực thiết bị. Lưới điểm và biểu đồ phân bố độ rọi trên mặt đường khi thực hiện giải pháp hành chính – cắt đèn xen kẽ. Trang 4 9 10 11 13 13 14 15 16 17 17 19 20 21 21 21 22 22 23 29 2.10. Tuyến đường phục vụ thử nghiệm đề tài. 2.11. Sơ đồ lắp đặt thiết bị TKĐ vào hệ thống đèn. 31 2.12. Thiết bị tiết kiệm điện lắp đặt tại hiện trường 2.13. Biểu đồ cài đặt thông số điện áp theo nhu cầu giao thông 2.14. Giao diện cài đặt các thông số vận hành 3.1. Lưới điểm đo độ rọi tuyến thử nghiệm 3.2. Biểu đồ phân bố độ rọi trên nền đường 3.3. Biểu đồ điện năng (Wh) tại chế độ đối chứng (KTKĐ) Lưới điểm và biểu đồ phân bố độ rọi trên mặt đường khi thực hiện41 3.4. giải pháp kỹ thuật. 3.5. Biểu đồ điện năng ( Wh) tại chế độ KTĐ 33 33 35 36 39 39 41 41 43 ix Số hiệu 3.6. 3.7. 3.8. 3.9. Tên hình Biểu đồ điện áp V tại chế độ KTKĐ Biểu đồ công suất W tại chế độ đối chứng - KTKĐ Biểu đồ đại lượng U,P tại chế độ TKĐ Biểu đồ (W) khi khuếch đại đoạn chuyển mạch giảm “mềm” điện áp Trang 45 45 46 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/CTTTg, 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 6 trường. Trong đó, xu hướng sử dụng LED trong chiếu sáng công cộng ngày càng phổ biến [3]. Tại Mỹ, đầu năm 2014, một đạo luật về việc cấm kinh doanh và nhập khẩu bóng đèn dây tóc đã chính thức có hiệu lực vì nằm trong danh mục các loại đèn có hiệu năng sử dụng thấp, tiêu tốn nhiều năng lượng. Nhà nước đã kêu gọi người dân sử dụng các loại bóng đèn khác tiết kiệm năng lượng hơn như bóng đèn LED. Đồng thời, tiến hành thay thế các công trình chiếu sáng công cộng bằng những hệ thống đèn LED tiết kiệm năng lượng [4]. 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 7 đèn LED. Chiếu sáng đô thị đang có xu hướng được chính quyền các đô thị đặc biệt quan tâm nhằm đảm bảo an ninh, an toàn giao thông, tiết kiệm năng lượng, góp phần tạo ra sự khác biệt, hấp dẫn, làm tăng thêm giá trị thương hiệu, hình ảnh mang tính biểu tượng của các đô thị trong phạm vi toàn cầu. Nghệ thuật chiếu sáng đô thị ở các thành phố như NewYork, Paris, London, Thượng Hải, Hồng Kông, Singapore… đã đạt tới trình độ đỉnh cao. Nó không những làm tăng thêm vẻ đẹp, chất lượng, thương hiệu cho các thành phố này mà còn mang lại cho người dân nơi đây cơ hội phát triển kinh tế… 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 (3050)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.