Tài liệu Nghiên cứu, tính toán các giải pháp tiết kiệm điện năng cho trạm xử lý nước thải thọ quang.

MỤC LỤC MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài...................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 1 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................1 4. Phƣơng pháp nghiên cứu ...................................................................................... 2 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ..............................................................................2 6. Tên luận văn ..........................................................................................................2 7. Cấu trúc của luận văn ............................................................................................ 2 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHƢƠNG TRÌNH QUẢN LÝ NHU CẦU (DSM) .............................................................................................................................. 3 1.1. KHÁI NIỆM VỀ DSM ............................................................................................. 3 1.2. CHIẾN LƢỢC CỦA DSM ....................................................................................... 3 1.2.1. Điều khiển nhu cầu điện năng phù hợp với khả năng cung cấp điện một cách kinh tế nhất ..............................................................................................................3 1.2.2. Nâng cao hiệu suất sử dụng điện của hộ tiêu thụ............................................8 1.3. KẾT LUẬN .............................................................................................................10 CHƢƠNG 2. CÁC GIẢI PHÁP VÀ HIỆU QUẢ TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG TRONG SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM......................................................................11 2.1. MỞ ĐẦU.................................................................................................................11 2.2. HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ................................................................................... 11 2.2.1. Khái niệm và một số định nghĩa ...................................................................11 2.2.2. Thiết kế chiếu sáng ....................................................................................... 11 2.2.3. Giải pháp sử dụng năng lƣợng hiệu quả ....................................................... 13 2.3. HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ ......................................................................................... 13 2.3.1. Giải pháp điều chỉnh hệ số công suất ........................................................... 14 2.3.2. Bù công suất phản kháng ..............................................................................18 2.3.3. Xác định dung lƣợng bù................................................................................19 2.3.4. Các thiết bị bù ............................................................................................... 20 2.4. GIẢI PHÁP DÙNG BIẾN TẦN .............................................................................21 2.4.1. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ khi thay đổi tần số ..........................................21 2.4.2. Các bộ biến tần dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ .....................................23 2.4.3. Sự thay đổi công suất khi thay đổi tốc độ động cơ .......................................26 2.5. KẾT LUẬN .............................................................................................................30 CHƢƠNG 3. TÍNH TOÁN TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG TẠI TRẠM XỬ LÝ NƢỚC THẢI THỌ QUANG ..................................................................................... 31 3.1. MỞ ĐẦU ................................................................................................................31 3.2. TỔNG QUAN VỀ TRẠM XỬ LÝ ........................................................................31 3.2.1. Quy trình xử lý .............................................................................................. 31 3.2.2. Danh mục thiết bị .......................................................................................... 34 3.3. CÁC HỆ THỐNG VÀ THIẾT BỊ TIÊU THỤ ĐIỆN NĂNG ................................ 34 3.3.1. Hệ thống động cơ .......................................................................................... 34 3.3.2. Hệ thống chiếu sáng ...................................................................................... 35 3.4. TÍNH TOÁN KINH TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KHI DÙNG GIẢI PHÁP THAY THẾ LOẠI BÓNG TIẾT KIỆM ĐIỆN CHO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG ............................................................................................................................ 36 3.4.1. Hiện trạng.....................................................................................................36 3.4.2. Biện pháp đề xuất.......................................................................................... 36 3.4.3. Phân tích lợi ích khi thay thế cho hệ thống chiếu sáng.................................36 3.5. TÍNH TOÁN KINH TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KHI DÙNG PHƢƠNG PHÁP BÙ ...................................................................................................................... 40 3.5.1. Tính toán kinh tế khi dùng giải pháp bù ....................................................... 40 3.6. TÍNH TOÁN KINH TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA GIẢI PHÁP SỬ DỤNG BIẾN TẦN ...................................................................................... 43 3.6.1. Các công thức tính toán ................................................................................43 3.6.2. Tính toán cụ thể cho các động cơ tại trạm xử lý ...........................................45 3.6.3. Sơ đồ hệ thống biến tần điều khiển động cơ và nguyên lý hoạt động ..........49 3.7. TÍNH TOÁN KINH TẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA GIẢI PHÁP CHUYỂN DỊCH PHỤ TẢI ................................................................................51 3.7.1. Hiện trạng......................................................................................................51 3.7.2. Biện pháp đề xuất.......................................................................................... 52 3.7.3. Phân tích lợi ích khi thực hiện chuyển dịch phụ tải ......................................52 3.8. KẾT LUẬN ............................................................................................................52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................................... 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO TÓM TẮT NGHIÊN CỨU, TÍNH TOÁN CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG CHO TRẠM XỬ LÝ NƢỚC THẢI THỌ QUANG Học viên: Huỳnh Ngọc Mai Chuyên ngành: Mạng và hệ thống điện Mã số: 60 52 02 02 Khóa: K31 Trƣờng Đại học Bách Khoa-ĐHĐN Tóm tắt-Một trong những giải pháp để tiết kiệm năng mà nhiều nƣớc trên thế giới và Việt Nam đang áp dụng đó là chƣơng trình quản lý nhu cầu . Tiềm năng của nó với các thành phần phụ tải là rất đa dạng và phong phú, với phụ tải của trạm xử lý nƣớc thải Thọ Quang chủ yếu là các động cơ điện không đồng bộ là đối tƣợng tác động mạnh mẽ và có hiệu quả rất lớn trong chƣơng trình quản lý nhu cầu. Dựa vào 1 số các giải pháp trong chƣơng trình quản lý nhu cầu, tác giả đã phân tích đánh giá hiệu quả của các giải pháp khi áp dụng cho trạm xử lý nƣớc thải Thọ quang, đƣa ra kiến nghị nhằm tiết kiệm năng lƣợng, tiết kiệm chi phí vận hành cho trạm xử lý nƣớc thải. Từ khóa: xử lý nƣớc thải, tiết kiệm năng lƣợng,DSM, biến tần. RESEARCH AND CALCULATION OF ENERGY SAVING SOLUTIONS FOR THO QUANG WASTE WATER TREATMENT STATION Abstract - One of the solutions for saving energy that many countries in the world and Vietnam are applying is the Energy demand management program. The potential of this program with additional charge components is varied and plentiful. For additional charges of Tho Quang wastewater treatment plant, they are mainly asynchronous electric motors affected powerfully and effectively in the Energy demand management program. Based on a number of solutions in the Energy demand management program, the author analyzed and evaluated the effectiveness of the solutions when it is applied to the waste water treatment plant and from that, proposed to save energy, save cost for operation of wastewater treatment station. Key words: Waste water treatment, energy saving, DSM, inverter DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BT CSPK DSM ĐC ĐNTK HSCS HTĐ KĐB SSM XLNT TBA TKNL TOU VNĐ : Biến tần : Công suất phản kháng : Demand Side Management ( quản lý nhu cầu) : Động cơ : Điện năng tiết kiệm : Hệ số công suất : Hệ thống điện : Không đồng bộ : Supply Side Management (Quản lý nguồn cung cấp) : Xử lý nƣớc thải : Trạm biến áp : Tiết kiệm năng lƣợng : Time of use : Đồng Việt Nam DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 2.1. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. 3.7. 3.8. 3.9. 3.10. 3.11. 3.13. 3.14. 3.15. Tên bảng Suất tổn thất công suất tác dụng của các loại thiết bị bù Tình hình tiêu thụ công suất năm 2016 của trạm XLNT Danh mục thiết bị chiếu sáng Danh mục động cơ điện Bảng danh mục động cơ tại trạm bơm trung chuyển SPS 2 Danh mục đèn chiếu sáng cho nhà máy Thông số kỹ thuật của các loại bóng Chi phí đầu tƣ đèn TUBE LED 01 120/20W Hiệu quả đầu tƣ đèn tube led 01 120/20W Chi phí đầu tƣ đèn led D CSD01L/35W Hiệu quả đầu tƣ đèn led D CSD01L/35W Tổng hợp tính toán lắp đặt bộ tụ bù cho trạm xử lý. Danh mục động cơ phải dùng giải pháp biến tần Tổng hợp tính toán lắp đặt bộ biến tần cho bơm bể điều hòa Tổng hợp tính toán lắp đặt bộ biến tần cho bơm tuần hoàn Trang 21 33 34 34 35 35 37 38 38 39 40 42 45 47 49 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình 1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6. Tên hình Nhà máy điện gió Nhà máy điện năng lƣợng mặt trời Nhà máy điện từ sóng biển Nhà máy điện thủy triều Sihwa- Hàn Quốc Nhà máy điện sinh khối Các khu vực tiết kiệm năng lƣợng Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần trực tiếp Sơ đồ bộ biến tần có khâu trung gian một chiều Biểu đồ quan hệ giữa tố độ và lƣu lƣợng Biểu đồ quan hệ giữa tốc độ và áp suất Biểu đồ quan hệ giữa tốc độ và công suất Giản đồ thay đổi công suất khi thay đổi lƣu lƣợng Quy trình dây chuyền xử lý nƣớc thải Biểu đồ tiêu thụ điện năng của trạm xử lý nƣớc thải Bóng đèn TUBE LED 01 120/20W Đèn led D CSD01L/35W Biến tần Siemens Micromaster 430, 380V-7.5KW Sơ đồ điều khiển bơm Trang 5 5 6 6 7 9 23 25 27 28 28 29 32 33 37 39 46 50 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nƣớc, năng lƣợng nói chung và năng lƣợng điện nói riêng luôn đóng một vai trò then chốt và ảnh hƣởng đến mọi lĩnh vực của cuộc sống. Các nguồn nhiên liệu hóa thạch nhƣ dầu thô, than đá, khí tự nhiên cũng đang cạn dần. Do vậy việc sử dụng năng lƣợng tiết kiệm và hiệu quả là ƣu tiên quan trọng trong chính sách năng lƣợng quốc gia. Một trong những giải pháp để tiết kiệm năng lƣợng nói chung và năng lƣợng điện nói riêng mà nhiều nƣớc trên thế giới và Việt Nam đang áp dụng đó là chƣơng trình quản lý nhu cầu ( Demand Side Managent gọi tắt là DSM). Tiềm năng của DSM với các thành phần phụ tải là rất đa dạng và phong phú, với phụ tải công nghiệp chủ yếu là các động cơ điện không đồng bộ là đối tƣợng tác động mạnh mẽ và có hiệu quả rất lớn trong chƣơng trình quản lý nhu cầu. Động cơ không đồng bộ có cấu tạo đơn giản, dải công suất rộng, dễ sử dụng, bảo dƣỡng sữa chữa nên đƣợc dùng nhiều trong thực tế. Tuy nhiên việc lựa chọn và sử dụng động cơ không đồng bộ sao cho hiệu quả tránh lãng phí không phải là điều đơn giản. Do đó việc sử dụng hiệu quả động cơ không đồng bộ sẽ góp phần tiết kiệm điện cho nhà máy, xí nghiệp. Trạm xử lý nƣớc thải Thọ Quang là 1 trong 5 trạm xử lý nƣớc thải trực thuộc Công ty Thoát Nƣớc và xử lý nƣớc thải Đà Nẵng. Có chức năng xử lý toàn bộ nƣớc thải trong khu công nghiệp chế biến thủy sản Thọ Quang với công suất thiết kế 2000 m3/ngày đêm . Phụ tải điện chủ yếu của trạm xử lý chủ yếu là động cơ không đồng bộ 3 pha dùng để bơm nƣớc và cấp khí cho hệ thống xử lý nƣớc thải. Các động cơ điện không có hệ thống điều khiển điều chỉnh tốc độ hầu hết đều hoạt động ở chế độ định mức. Mỗi năm chi phí tiền điện khoảng 1,2 tỉ đồng chiếm gần 30% so với tổng doanh thu. Việc sử dụng điện chƣa thực sự hiệu quả tại một số khâu xử lý, động cơ lắp đặt chƣa phù hợp với nhu cầu tải thực tế. Chính vì vậy tôi thực hiện đề tài: Nghiên cứu, tính toán các giải pháp tiết kiệm điện năng cho trạm xử lý nƣớc thải Thọ Quang. 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu các giải pháp quản lý điện năng, giải pháp sử dụng điện năng tính toán đề ra giải pháp tiết kiệm điện nhằm mang lại hiệu giảm thiểu chi phí sản xuất, nâng cao lợi nhuận cho công ty. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu: Khảo sát nghiên cứu đƣa ra các giải pháp kỹ thuật và quản lý năng lƣợng nhằm sử dụng năng lƣợng tiết kiệm và hiệu quả cho Trạm xử lý nƣớc thải Thọ Quang. 2 Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu dây chuyền công nghệ của trạm xử lý. Khảo sát thực trạng sử dụng năng lƣợng và nghiên cứu các giải pháp sử dụng năng lƣợng tiết kiệm hiệu quả. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm. Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu sách, báo, chuyên đề khoa học về tiết kiệm năng lƣợng, giáo trình. Nghiên cứu thực nghiệm: Áp dụng các lý thuyết đã nghiên cứu để tính toán cho trạm xử lý nƣớc thải Thọ Quang. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Góp phần phát triển các ứng dụng của các thiết bị điều khiển thông minh vào quy trình xử lý nƣớc thải, tự động hóa trạm xử lý, ổn định chất lƣợng nƣớc thải sau xử lý của trạm xử lý nƣớc thải. Trên cơ sở đó có thể áp dụng cho các trạm xử lý nƣớc thải khác trong công ty cũng nhƣ các trạm xử lý ngoài công ty. Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu các giải pháp sử dụng năng lƣợng hiệu quả đối với các phụ tải điện, qua đó tiết kiệm đƣợc điện năng, giảm chi phí sản xuất của trạm xử lý, góp phần cải tạo môi trƣờng. 6. Tên luận văn Căn cứ theo đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu, mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, luận văn đƣợc đặt tên là: “nghiên cứu, tính toán các giải pháp tiết kiệm điện năng cho Trạm xử lý nước thải Thọ Quang”. 7. Cấu trúc của luận văn Luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận thì gồm có 3 chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan về chƣơng trình quản lý nhu cầu (DSM) Chƣơng 2: Các giải pháp và hiệu quả tiết kiệm điện năng trong sản xuất ở Việt Nam. Chƣơng 3: Tính toán tiết kiệm năng lƣợng tại trạm xử lý nƣớc thải Thọ Quang. 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CHƢƠNG TRÌNH QUẢN LÝ NHU CẦU (DSM) 1.1. KHÁI NIỆM VỀ DSM Chƣơng trình quản lý nhu cầu gọi tắt là DSM. DSM là một hợp tác 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 chƣơng trình tổng thể quản lý nguồn cung cấp (SSM- Supply Side Management). Trong những năm trƣớc đây, để thõa mãn nhu cầu sử dụng ngày càng tăng của phụ tải ngƣời ta quan tâm đến đầu tƣ khai thác và xây dựng các nhà máy điện mới. Giờ đây, do sự phát triển quá nhanh của nhu cầu dùng điện, lƣợng vốn đầu tƣ cho ngành điện trở thành gánh nặng cho các quốc gia. Lƣợng than, dầu, khí đốt dùng trong các nhà máy nhiệt điện ngày một lớn kèm theo sự ô nhiễm môi trƣờng ngày càng nghiêm trọng, dẫn đến DSM đƣợc xem nhƣ một nguồn cung cấp điện rẻ và sạch nhất, bởi vì DSM giúp chúng ta giảm nhẹ vốn đầu tƣ xây dựng các nhà máy điện mới, tiết kiệm tài nguyên, giảm bớt sự ô nhiễm môi trƣờng. Không chỉ vậy , nhờ DSM ngƣời tiêu dùng có thể đƣợc cung cấp điện năng với giá rẻ và chất lƣợng cao hơn. Thực tế, kết quả thực hiện DSM tại các nƣớc trên thế giới đã đƣa ra kết luận là DSM có thể giảm trên 10% nhu cầu dùng điện với mức chi phí vào khoảng (0,3 ÷ 0,5) chi phí cần thiết để xây dựng nguồn và lƣới để đáp ứng lƣợng điện năng tƣơng ứng. Nhờ đó, DSM mang lại lợi ích về mặt kinh tế cũng nhƣ môi trƣờng cho quốc gia, ngành điện và cho khách hàng. DSM đƣợc xây dựng dựa vào hai chiến lƣợc 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 lƣợng của các hộ dùng điện để giảm điện năng tiêu thụ 1.2. CHIẾN LƢỢC CỦA DSM 1.2.1. Điều khiển nhu cầu điện năng phù hợp với khả năng cung cấp điện một cách kinh tế nhất Các giải pháp chủ yếu của chiến lƣợc này bao gồm: Điều khiển trực tiếp dòng điện, tích trữ năng lƣợng, sử dụng các nguồn năng lƣợng mới, 1.2.1.1. Điều khiển trực tiếp dòng điện Mục tiêu chính là thay đổi hình dáng đồ thị phụ tải, điều hòa nhu cầu tối đa và tối thiểu hằng ngày của năng lƣợng điện để sử dụng có hiệu quả nhất các nguồn năng lƣợng để giải tỏa nhu cầu xây dựng thêm các nhà máy sản xuất điện mới. a) Cắt giảm đỉnh: là giảm phụ tải của hệ thống trong thời gian cao điểm. Điều này có thể làm chậm lại nhu cầu tăng công suất phát. Hiệu quả là giảm điện năng tiêu 4 thụ và phụ tải đỉnh. Biện pháp thực hiện thông thƣờng nhất là công ty điện trực tiếp điều khiển các thiết bị sử dụng cuối cùng của khách hàng. b) Lấp thấp điểm: là tăng thêm các phụ tải vào thời gian thấp điểm. Biện pháp này đặc biệt tốt khi chi trả dần dài hạn nhỏ hơn giá trị điện trung bình. Biện pháp này thƣờng áp dụng khi công suất thừa đƣợc vận hành bằng nhiên liệu giá thấp. Hiệu quả là tăng tiêu thụ điện năng tổng mà không tăng công suất đỉnh. Để thực hiện cần tạo ra các phụ tải mới mà trƣớc đây chúng vận hành bằng nhiên liệu không phải là điện nhƣ nạp điện ban đêm cho ô tô điện, tích năng lƣợng nhiệt… c) Chuyển dịch phụ tải: Chuyển phụ tải từ thời gian cao điểm sang thời gian thấp điểm. Hiệu quả là giảm công suất đỉnh nhƣng không làm thay đổi tổng điện năng tiêu thụ. Biện pháp thực hiện là chuyển các thiết bị tích năng lƣợng 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 thiết bị dùng điện. Hiệu quả là giảm công suất đỉnh và giảm tổng điện năng tiêu thụ. e) Tăng trƣởng dòng điện: là biện pháp tăng thêm khách hàng mới. Ví dụ mở rộng chƣơng trình điện khí hóa nông thôn. Hiệu quả là tăng cả công suất đỉnh và điện năng tiêu thụ. f) Biểu đồ phụ tải linh hoạt: làm thay đổi độ tin cậy và chất lƣợng phục vụ. Thay vì tác động vào biểu đồ phụ tải một cách lâu dài thì công ty điện có phƣơng án cắt một số phụ tải khi cần. Hiệu quả là giảm công suất đỉnh và thay đổi một ít tổng 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 đƣợc biểu đồ phụ tải nhƣ mong muốn. 1.2.1.2. Tích trữ năng lượng Đây là biện pháp tận dụng nguồn điện năng sản xuất từ những dạng nguyên liệu rẻ tiền và dƣ thừa trong giờ thấp điểm, để đƣa 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 lƣợng phổ biến nhƣ: - Tích trữ điện một chiều bằng Ac quy - Tích trữ cho kho trữ nhiệt (nóng và lạnh) để phục vụ cho nhu cầu điều hòa nhiệt độ và một số công đoạn của quá trình sản xuất. - Tích trữ nƣớc cho nhu cầu sinh hoạt. - Nhà máy thủy điện tích năng: tác động lớn đến DSM và là nguồn điện dự phòng tin cậy cho hệ thống điện (HTĐ). 5 1.2.1.3. Sử dụng nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng mới Nguồn năng lƣợng tái tạo, năng lƣợng mới là giải pháp ứng dụng cho các công nghệ sử dụng năng lƣợng mới để bổ sung thay thế các dạng năng lƣợng hóa thạch. Giải pháp này sẽ giúp gia tăng công suất và sản lƣợng điện, giảm ô nhiễm môi trƣờng, góp phần thúc đẩy kinh tế xã hội phát triển. Một số nguồn năng lƣợng tái tạo, năng lƣợng mới nhƣ: - Năng lƣợng gió - Hình 1.1. Nhà máy điện gió Năng lƣợng mặt trời Hình 1.2. Nhà máy điện năng lượng mặt trời 6 - Năng lƣợng sóng biển Hình 1.3. Nhà máy điện từ sóng biển - Năng lƣợng thủy triều Hình 1.4. Nhà máy điện thủy triều Sihwa- Hàn Quốc 7 - Năng lƣợng sinh khối Hình 1.5. Nhà máy điện sinh khối 1.2.1.4. Giá bán điện thay đổi Chính sách giá điện đƣợc xem là biện pháp tài chính hiệu quả thay cho biện pháp mệnh lệnh hành chính để điều chỉnh phƣơng thức sử dụng điện của hộ tiêu thụ. Nhờ vậy, điện năng đƣợc sử dụng một cách có hiệu quả, tránh lãng phí đem lại lợi ích kinh tế cho cả nhà sản xuất điện và hộ tiêu thụ điện. Nói chung biểu giá điện phải đƣợc xét ở góc độ hiệu quả tổng thể của chƣơng trình DSM. Một số loại biểu giá đƣợc áp dụng phổ biến hiện nay trên thế giới: - Giá điện theo thời điểm TOU ( time of use): đây là loại biểu giá đƣợc sử dụng khá phổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới để điều hòa đồ thị phụ tải với khả năng cung cấp điện. Giá điện TOU đặc biệt mang lại hiệu quả cao khi chi phí điện năng chiếm tỉ trọng lớn trong giá thành sản xuất sản phẩm ( đối với hộ tiêu thụ sử dụng điện cho mục đích sản xuất), thu nhập bình quân đầu ngƣời ( đối với hộ tiêu thụ điện cho mục đích sinh hoạt). Ở Việt Nam thông qua việc thực hiện bán điện theo 3 giá, giúp hộ dùng điện giảm chi phí tiền điện đến mức thấp nhất và nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống điện. Thực hiện chƣơng trình giá điện theo thời gian, EVN đã đẩy mạnh việc lắp đặt công tơ 3 giá cho các hộ tiêu thụ điện từ hộ cá thể đến hộ sản xuất. - Giá cho phép cắt trực tiếp: đây là biểu giá hiệp thƣơng để khuyến khích hộ tiêu thụ cho phép ngành điện đƣợc cắt điện trong trƣờng hợp khẩn cấp. 8 - Giá theo công suất, điện năng sử dụng, giá theo cấp điện áp sử dụng. - Giá cho mục tiêu đặt biệt: đây là biểu giá đƣợc áp dụng để khuyến khích hộ tiêu thụ thực hiện một mục tiêu nào đó của ngành điện, chẳng hạn nhƣ tham gia tích cực chƣơng trình thay thế đèn chiếu sáng tiết kiệm điện. 1.2.2. Nâng cao hiệu suất sử dụng điện của hộ tiêu thụ Thực chất của chiến lƣợc này là đáp ứng một cách đầy đủ các nhu cầu của hộ tiêu thụ trên cơ sở hợp lý nhất. Các nội dung chủ yếu của chiến lƣợc này là sử dụng các thiết bị điện có hiệu suất cao và giảm thiểu sự lãng phí điện năng một cách vô ích. Chiến lƣợc này làm giảm điện năng tiêu thụ, nhờ đó có thể làm giảm vốn đầu tƣ phát triển nguồn và lƣới điện đồng thời khách hàng sẽ phải trả ít tiền hơn. Ngành điện có điều kiện nâng cấp thiết bị, chủ động trong việc đáp ứng nhu cầu của phụ tải điện, giảm thiểu tổn thất và nâng cao chất lƣợng điện năng. 1.2.2.1. Sử dụng thiết bị điện có hiệu suất cao Nội dung chủ yếu của giải pháp này là bỏ vốn thay thế các thiết bị, dây chuyền công nghệ có hiệu năng thấp bằng thiết bị mới có hiệu năng cao hơn. Khi đó giá thành thiết bị tuy tăng song do hiệu năng cao nên thời gian hoàn vốn nhờ tiết kiệm điện năng khá ngắn, do đó sẽ khả thi. Ngày nay, nhờ sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, ngƣời ta chế tạo đƣợc nhũng thiết bị dùng điện có hiệu suất cao, tuổi thọ cao mà giá thành tăng không đáng kể. để thực hiện giải pháp sử dụng các thiết bị có hiệu suất cao cần chú ý một số điểm sau: - Luôn cập nhật thông tin về công nghệ chế tạo thiết bị điện. - Thành lập hệ thống kiểm định đánh giá chất lƣợng và hiệu suất của các thiết bị đƣợc sản xuất và nhập khẩu. - Thực hiện chế độ dán nhãn cho các thiết bị điện có chất lƣợng và hiệu quả sử dụng năng lƣợng cao. - Thông tin, tuyên truyền, đào tạo để giúp những ngƣời sử dụng điện biết cách lựa chọn và sử dụng các thiết bị có hiệu suất cao. - Trợ giúp khách hành chấp nhận việc sử dụng và thay thế các thiết bị đã cũ bằng các thiết bị điện mới có hiệu năng cao hơn về kỹ thuật và vốn. - Đƣa ra các chỉ tiêu nâng cao hiệu suất sử dụng năng lƣợng của từng loại thiết bị dùng điện cần phấn đấu đạt trong các kế hoạch thực hiện DSM cho các nhà sản xuất. 1.2.2.2. Giảm thiểu sựu tiêu phí năng lượng một cách vô công Hiện nay do ý thức tiết kiệm năng lƣợng chƣa thật sự đi sâu vào ý thức từng thành viên trong cộng đồng, mặt khác do hệ thống thông tin, tuyên truyền, giáo dục, 9 đào tạo còn thiếu hoặc việc làm chƣa thật sự hiệu quả nên không phải ai cũng đều hiểu những kiến thức cần thiết về các biện pháp tiết kiệm năng lƣợng thông thƣờng. Do vậy việc sử dụng năng lƣợng nói chung và điện năng nói riêng kể cả ở các nƣớc phát triển cũng còn lãng phí và không hiệu quả. Mặc dù lƣợng điện năng tiết kiệm của từng thành viên là không lớn, tuy nhiên lƣợng điện năng tiết kiệm đƣợc của cả một cộng đồng là không nhỏ, hơn nữa vốn đầu tƣ để thực hiện giải pháp này là không nhiều nên hiệu quả kinh tế của giải pháp này thƣờng rất cao không chỉ với ngành điện , với quốc gia mà ảnh hƣởng trực tiếp đến từng cá thể, từng gia đình, từng doanh nghiệp. thể hiện qua số tiền chi trả tiền điện hàng tháng. Các biện pháp cụ thể tiết kiệm điện năng thuộc giải pháp này chia làm 3 khu vực (hình 1.6) TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG Khu vực nhà ở Khu vực công cộng . Khu vực công nghiệp Hình 1.6. Các khu vực tiết kiệm năng lượng a) Khu vực nhà ở Sử dụng thiết bị phụ trợ nhƣ: Tự động cắt điện khi ra khỏi nhà (phòng), tự động điều chỉnh độ sáng của đèn, tự động ngắt các bình đun nƣớc ra khỏi lƣới điện khi đủ nhiệt hoặc không sử dụng trong thời gian dài. Sử dụng các bình đun nƣớc có lớp cách nhiệt tốt để trành tình trạng thất thoát nhiệt ra môi trƣờng. Tận dụng ánh sáng tự nhiên nhằm giảm thời gian làm việc của các đèn chiếu sáng. Hạn chế số lần đóng mở cửa tủ lạnh, cửa phòng có điều hòa không khí, tủ đá, số lần làm việc của máy giặt bếp điện… b) Khu vực công cộng Trong các khu vực công cộng cần quan tâm đến khâu thiết kế công trình để hạn chế tiêu tốn năng lƣợng cho hệ thống chiếu sáng, làm mát có thể cho những kết quả đáng kể. Những quy định chung cụ thể, rõ ràng về việc sử dụng các thiết bị điện, hỗ trợ cho công tác an toàn và tiết kiệm điện, việc trang bị thêm các thiết bị đóng cắt tự động, các cảm biến ánh sáng, cảm biến nhiệt độ để tự động khống chế là cần thiết. Ngoài ra cần lƣu tâm đến việc tận dụng những nguồn nhiệt thừa vào mục đích gia nhiệt. 10 c) Khu vực công nghiệp Các biện pháp làm giảm sự lãng phí năng lƣợng trong khu vực này khá đa dạng và thƣờng cho hiệu suất cao, cần chú ý các điểm sau: - Thiết kế và xây dựng nhà xƣởng hợp lý. - Tối ƣu hóa các quy trình sản xuất. - Bù hệ số công suất cosφ - Dùng biến tần để điều chỉnh tốc độ động cơ theo yêu cầu của tải. - Thiết kế vận hành kinh tế cho các trạm biến áp. - Hệ thống chiếu sáng: sử dụng cảm biến ánh sáng để đóng ngắt hệ thống chiếu sáng. Dùng chao đèn có hiệu suất cao, cải thiện thông số phòng, tận dụng ánh sáng tự nhiên, thƣờng xuyên bảo dƣỡng hệ thống chiếu sáng. - Với các động cơ điện: Áp dụng các giải pháp sử dụng hiệu quả đối với động cơ. 1.3. KẾT LUẬN Trong chƣơng 1 đã trình bày những khái niêm cơ bản về DSM và hai chiến lƣợc chủ yếu của DSM, đó là điều khiển nhu cầu dùng điện phù hợp với khả năng cung cấp điện một cách kinh tế nhất và nâng cao hiệu suất sử dụng năng lƣợng để giảm điện năng tiêu thụ. 11 CHƢƠNG 2 CÁC GIẢI PHÁP VÀ HIỆU QUẢ TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG TRONG SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM 2.1. MỞ ĐẦU Trong chƣơng 1 đã phân tích các giải pháp tiết kiệm năng lƣợng hiệu quả, trong chƣơng này sẽ đi sâu phân tích hai giải pháp chính đó là: giải pháp tiết kiệm năng lƣợng cho hệ thống chiếu sáng và giải pháp tiết kiệm điện năng cho động cơ không đồng bộ bằng phƣơng pháp điều chỉnh hệ số công suất (HSCS) kết hợp với điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần (BT). 2.2. HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG 2.2.1. Khái niệm và một số định nghĩa 2.2.1.1. Ánh sáng Ánh sáng là từ phổ thông dùng để các bức xạ điện từ có bƣớc sóng nằm trong vùng quang phổ nhìn thấy đƣợc bằng mắt thƣờng của con ngƣời ( tức khoảng 380 ÷ 700 nm). Giống nhƣ mọi bức xạ điện từ, ánh sáng có thể đƣợc mô tả nhƣ những đợt sóng hạt chuyển động gọi là photon. Ánh sáng do mặt trời tạo ra gọi là ánh nắng ( hay còn gọi là ánh sáng trắng bao gồm nhiều ánh sáng đơn sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím). 2.2.1.2. Độ rọi E Độ rọi là quang thông chiếu tới một đơn vị diện tích bề mặt. Đơn vị : lux (lx). 1lux = 1 lm/m2 2.2.1.3. Quang thông Φ Quang thông là đại lƣợng trắc quang cho biết công suất bức xạ của chùm ánh sáng phát ra từ một nguồn phát sáng điểm. Đơn vị là lumen (lm) Lumen là quang thông bắt nguồn từ điểm sáng mà cƣờng độ là 1 candel và đi qua điện tích là 1 m2 nằm trên quả cầu có bán kính 1m mà tâm là điểm sáng. 2.2.1.4. Hiệu quả ánh sáng So sánh những khác biệt của nguồn sáng, ngƣời ta tính toán số lƣợng lm nhận đƣợc đối với 1 đơn vị công suất điện mà nguồn sáng là 1W 2.2.2. Thiết kế chiếu sáng Hai yêu cầu của một thiết kế chiếu sáng đó là độ rọi và hiệu quả của chiếu sáng đối với thị giác của ngƣời. Ngoài ra chúng ta còn quan tâm đến màu sắc ánh sáng, lựa chọn các chao chụp đèn, sự bố trí ánh sáng vừa đảm bảo tính kinh tế, kỹ thuật mà còn vừa phải đảm bảo mỹ quan. Thiết kế chiếu sáng phải đảm bảo các yêu cầu sau: 12 - Không lóa mắt - Không lóa do phản xạ ánh sáng - Không có bóng tối Độ rọi yêu cầu phải đồng đều Phải tạo đƣợc ánh sáng giống nhƣ ban ngày Muốn thiết kế chiếu sáng cần có những dữ liệu đầu vào nhƣ sau: - Mặt bằng của xí nghiệp, phân xƣởng, vị trí máy đặt trên mặt bằng phân xƣởng - Mặt bằng và mặt cắt của nhà xƣởng để xác định vị trí treo đèn Những đặc điểm của quá trình công nghệ - Số liệu về nguồn điện và nguồn vật tƣ 2.2.2.1. Phương pháp tính toán chiếu sáng Quang thông của mỗi bóng đèn: F E.S .k .Z n.K Sd (2.1) Z Etb Emin (2.2) Trong đó: E: Độ rọi S: Diện tích cần chiếu K: Hệ số dự trữ N: số bóng đèn KSđ: hệ số sử dụng của đèn Z: hệ số tính toán Để tìm hệ số sử dụng ta phải tính chỉ số phòng φ  a.b H ( a  b) a,b: chiều dài và chiều rộng của phòng H: khoảng cách từ đèn đến mặt công tác 2.2.2.2. Bố trí đèn Tỉ số tốt nhất: L = 1,4÷1,6 hc L: khoảng cách nhỏ nhất các đèn hc: khoảng cách từ đèn đến trần (2.3) 13 2.2.3. Giải pháp sử dụng năng lƣợng hiệu quả 2.2.3.1. Sử dụng nguồn sáng hợp lý Các loại đèn hiện nay khá đa dạng về chủng loại, không phải loại nào cũng có thể sử dụng cho hình thức chiếu sáng nhất định. Do vậy tùy theo đối tƣợng mà cần lựa chọn nguồn sáng cho hợp lý. 2.2.3.2. Lựa chọn chủng loại chiếu sáng phù hợp Mỗi loại đèn đƣợc thiết kế và chế tạo với một mục đích sử dụng nhất định, phù hợp với chác phân bố ánh sáng của đèn. Việc sử dụng không đúng chủng loại đèn sẽ làm ảnh hƣởng đến hiệu quả của hệ thống chiếu sáng, tăng chi phí điện năng tiêu thụ và có thể tăng cả chi phí đầu tƣ ban đầu. Xu thế phát triển của công nghệ chiếu sáng đang thay đổi rất nhanh. Các nhà sản xuất tung ra thị trƣờng nhiều loại đèn và liên tục cải tiến kỹ thuật cho chúng, các loại đèn cũ dần dần nhƣờng chỗ cho các loại đèn mới tân tiến hơn phù hợp với nhu cầu thực tế hơn. 2.2.3.3. Điều khiển và vận hành hợp lý hệ thống chiếu sáng Trong giai đoạn đầu của công nghệ chiếu sáng, việc vận hành hệ thống chiếu sáng hoàn toàn do con ngƣời đảm nhiệm. Do những chủ quan nhất định mà hệ thống chiếu sáng đƣợc khai thác với hiệu suất thấp và gây lãng phí lớn so với thiết kế tính toán ban đầu. Việc sử dụng các cảm biến ánh sáng để lấy tín hiệu từ việc thay đổi độ sáng tại khu vực cần chiếu sáng để điều khiển cho hệ thống chiếu sáng giúp nâng cao hiệu quả vận hành. Những hệ thống chiếu sáng có điều khiển thuộc loại điều khiển tập trung, chúng giúp giảm thiểu sự lãng phí năng lƣợng. Bên cạnh đó cách phƣơng pháp vận hành hợp lý hệ thống cũng góp phần không nhỏ trong việc tiết kiệm điện năng cho hệ thống chiếu sáng. 2.2.3.4. Áp dụng một số công nghệ mới Hiện nay thiết bị và công nghệ chiếu sáng đang có những tiến bộ rất lớn nhờ sự hoàn thiện về vật liệu (đèn led), ứng dụng các kỹ thuật điều khiển trong tự động hóa vào hệ thống chiếu sáng cũng góp phần tăng khả năng tiết kiệm năng lƣợng… 2.3. HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ Phụ tải tiêu thụ điện trong các xi nghiệp nhà máy thì phần lớn là các động cơ điện. Để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của dây chuyền sản xuất ta cần quan tâm đến các thông số cơ bản của động cơ nhƣ hiệu suất, hệ số công suất cosφ, tốc độ động cơ và tốc độ của dây chuyền sản xuất yêu cầu khi có sự thay đổi về tải, từ đó ta đƣa ra các giải pháp tiết kiệm năng lƣợng hiệu quả hợp lý. 14 2.3.1. Giải pháp điều chỉnh hệ số công suất Hệ số công suất cosφ là một chỉ tiêu để đánh giá xí nghiệp dùng điện có hợp lý và tiết kiệm hay không, việc tiết kiệm điện năng và nâng cao hệ số công suất cosφ là chủ trƣơng 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 lƣu ý một số điểm sau để không làm ảnh hƣởng xấu đến điều kiện làm việc bình thƣờng của xí nghiệp. 2.3.1.1. Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số cosφ Các hộ dùng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng (CSTD) P và công suất phản kháng (CSPK) Q, những thiết bị tiêu thụ nhiều CSPK là: - Động cơ không đồng bộ (KĐB) tiêu thụ khoảng (60÷ 65)% tổng CSPK của mạng - Máy biến áp tiêu thụ khoảng (20÷25)%. - Đƣờng dây trên không, điện kháng và các thiết bị điện khác tiêu thụ khoảng 10%. Công suất tác dụng P là công suất đƣợc 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 công suất phản kháng giữa máy phát điện và hộ dùng điện là một quá trình dao động. trong mỗi chu kỳ của dòng điện thì CSPK đổi chiều 4 lần, giá trị trung bình của Q trong nữa chu kỳ của dòng điện là bằng không. Cho nên việc tạo ra công suất phản kháng không làm tiêu tốn năng lƣợng của động cơ sơ cấp kéo máy phát điện. Mặt khác, công suất phản kháng cấp cho hộ tiêu thụ điện không nhất thiết là phải lấy từ nguồn phát điện ( máy phát điện). để tránh truyền tải một lƣợng lớn công suất phản kháng trên đƣờng dây dẫn điện, ngƣời ta đặt gần các hộ tiêu thụ điện các máy phát công suất phản kháng, đó là các tụ điện hoặc các máy bù đồng bộ. Các thiết bị này cung cấp trực tiếp công suất phản kháng cho phụ tải. Cách làm nhƣ vậy gọi là bù công suất phản kháng. Khi bù công suất phản kháng thì góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp trong mạch sẽ nhỏ đi, hệ số cosφ của mạch đƣợc nâng cao. Quan hệ giữa P,Q và góc φ: φ = arctg Khi P không đổi, nhờ có bù công suất phản kháng, lƣợng Q truyền tải trên đƣờng dây giảm xuống do đó góc φ giảm làm cho cos φ tăng lên. Hệ số cos φ đƣợc nâng lên sẽ đƣa đến những hiệu quả sau: - Giảm đƣợc công suất tổn thất trong mạng điện