Đánh giá các giải pháp công nghệ mới nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng điện ở các công ty khai thác mỏ

Bài viết Đánh giá các giải pháp công nghệ mới nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng điện ở các công ty khai thác mỏ trình bày đánh giá hiệu quả của việc áp dụng các giải pháp này trong thực tế, từ đó đưa ra các đề xuất để áp dụng rộng rãi các giải pháp này nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng điện tại các mỏ.

CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ MỚI NHẰM NÂNG CAO HIỆU QUẢ SỬ DỤNG ĐIỆN Ở CÁC CÔNG TY KHAI THÁC MỎ PHẠM TRUNG SƠN, NGUYỄN THỊ BÍCH HẬU Trường Đại học Mỏ-Địa chất NGUYỄN ĐÌNH TIẾN Trường Đại học Cơng nghiệp Hà Nội E-mail: phamtrungson_istu_ru@mail.ru TĨM TẮT Chi phí điện chiếm tỷ trọng đáng kể chi phí khai thác than Vì vậy, thời gian qua, nhiều doanh nghiệp áp dụng nhiều giải pháp công nghệ dây chuyền sản xuất để giảm chi phí điện Bài báo đánh giá hiệu việc áp dụng giải pháp thực tế, từ đưa đề xuất để áp dụng rộng rãi giải pháp nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ Từ khóa: cơng nghệ đại, hiệu điện năng, mạng điện công ty khai thác mỏ, tiết kiệm điện năng, điện tử công suất, biến tần ĐẶT VẤN ĐỀ Chi phí điện chiếm tỷ trọng đáng kể giá thành than khai thác Trong mỏ hầm lò, điện tiêu thụ thiết bị cố định trạm quạt, trạm bơm máy móc thiết bị di động khác (máy khai thác, máy vận tải) chiếm khoảng 85÷90%, thiết bị điện khác tiêu thụ khoảng 10÷15% điện chung toàn mỏ Trên mỏ lộ thiên, điện tiêu thụ máy xúc, máy khoan, thiết bị vận tải bơm nước chiếm khoảng 87÷92%, cịn thiết bị tiêu thụ điện khác chiếm khoảng 8÷13% Đã có nhiều nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến chi phí điện mạng điện mỏ đề xuất giải pháp nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện hạ giá thành sản phẩm, mang lại hiệu cho sản xuất [1-5] Để đáp ứng nhu cầu gia tăng sản lượng, năm qua công ty khai thác mỏ đưa vào áp dụng nhiều giải pháp công nghệ sản xuất Tuy nhiên, đôi với việc áp dụng công nghệ đại vấn đề nâng cao hiệu sử dụng điện cần quan tâm mức Bài báo đưa số đánh giá, qua đưa khuyến nghị triển khai áp dụng giải pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện công ty khai thác mỏ 50 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 Nội dung nghiên cứu 2.1 Các giải pháp công nghệ nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện Để nâng cao hiệu sử dụng điện năng, giải pháp tổ chức sản xuất áp dụng công nghệ bao gồm: Tổ chức vận hành hợp lý thiết bị điện mỏ, có nghiên cứu biểu đồ phụ tải thực tế để có kế hoạch sửa chữa định kỳ hợp lý, điều hành phụ tải cho phù hợp, có chế khen thưởng, khuyến khích xử phạt mức với người vận hành thiết bị; Điều khiển tự động thiết bị công nghệ, tuyến băng, trạm quạt trạm bơm phù hợp với công nghệ sản xuất; Ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật, áp dụng hệ điều khiển tự động mới, thay linh kiện điện tử linh kiện bán dẫn, điều khiển tiếp điểm điều khiển không tiếp điểm; Tăng cường chất lượng cung cấp điện, độ tin cậy cung cấp điện; Đề xuất sơ đồ, giải pháp cung cấp điện hợp lý nâng cao cấp điện áp; NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ Tự động bù công suất phản kháng, nhằm ổn định hệ số công suất cosϕ; Giám sát quản lý trực tiếp đơn vị sử dụng điện 2.2 Hiệu việc áp dụng giải pháp công nghệ 2.2.1.Bù tự động thiết bị điều khiển đại Giá trị hệ số công suất phụ thuộc vào đặc điểm phụ tải Hệ số công suất phụ tải phổ biến động không đồng thể Bảng Bảng Mối quan hệ hệ số cos φ theo tỉ lệ mang tải động không đồng Tỉ lệ mang tải, % Động không đồng thông thường Cos φ Tang φ 0,17 5,80 25 0,55 1,52 50 0,73 0,94 75 0,80 0,75 100 0,85 0,62 Khi vận hành với điều kiện tải thực tế khác hệ số cosϕ khác nhau, điều làm xấu tiêu kinh tế, kỹ thuật hệ thống cung cấp điện Theo “Thông tư Quy định mua, bán cơng suất phản kháng” có hiệu lực từ ngày 10/12/2014 Bộ Công Thương, người sử dụng điện bị phạt tiền hệ số công suất dưới mức cho phép [6,7] Bảng Quy định mua bán công suất phản kháng [7] Hệ số công suất Cosφ k (%) Hệ số công suất Cosφ k (%) Từ 0,9 trở lên 0,74 21,62 0,89 1,12 0,73 23,29 0,88 2,27 0,72 25 0,87 3,45 0,71 26,76 0,86 4,65 0,7 28,57 0,85 5,88 0,69 30,43 0,84 7,14 0,68 32,35 0,83 8,43 0,67 34,33 0,82 9,76 0,66 36,36 0,81 11,11 0,65 38,46 0,8 12,5 0,64 40,63 0,79 13,92 0,63 42,86 0,78 15,38 0,62 45,16 0,77 16,88 0,61 47,54 0,76 18,42 0,6 50 0,75 20 Dưới 0,6 52,54 Trường hợp cosϕ hệ thống điện nhỏ 0,9, khách hàng phải đóng tiền mua cơng suất phản kháng Cosϕ thấp hệ số phạt cao [7] Để đánh giá hiệu việc áp dụng biện pháp bù công suất phản kháng, báo đánh giá cụ thể trạng cho khu vực Tràng Khê, Cơng ty than ng Bí Biểu đồ phụ tải ngày điển hình Trạm biến áp mỏ thể hình H.1 Tiền mua cơng suất phản kháng số tiền mà người mua điện phải trả cho bên bán điện để bù đắp cho khoản chi phí phát sinh thêm bên mua điện sử dụng lượng công suất phản kháng quy định tính theo cơng thức sau [6,7]: Tq = Tp * k% (1) Trong đó: Tq – tiền mua cơng suất phản kháng; Tp – tiền mua công suất tác dụng (chưa tính thuế giá trị gia tăng); k – hệ số bù đắp chi phí bên mua điện sử dụng lượng công suất phản kháng quy định, % Hệ số k xác định theo Bảng H.1 Biểu đồ phụ tải ngày điển hình khu vực Tràng Khê, Cơng ty than ng Bí Phụ tải trung bình: 4.588 (kW) Áp dụng cơng thức để đánh giá hiệu bù, với giả thiết phụ tải huy động làm việc đầy tải, đạt hệ số cosϕ = 0,85, thực bù CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 51 CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ lên cosϕ = 0,9 tiết kiệm lượng tiền cần mua công suất phản kháng là: = 4588*303*24*2000*5,88% = 3.923.598.873,6 đồng/năm đó: , đồng T – thời gian làm việc năm trừ số ngày nghỉ chủ nhật ngày nghỉ lễ, h/năm; a – đơn giá điện trung bình Xí nghiệp công nghiệp, đồng/kW.h Công suất cần bù hệ số công suất cosϕ = 0,85, bù lên cosϕ = 0,9 là: Qbù = Ptb(tgϕtbtr- tgϕtbs) = 4588(0,61-0,48) = 596,44 kVAr Như cần 02 tụ bù 300 kVAr, cấp điện áp 6,0 kV Giá thị trường 01 tụ bù 300 kVAr, trung bình 22.700.000 đồng Do đó, vốn đầu tư trường hợp này: V = Số * đơn giá = 2*22.700.000 = 45.400.000 đồng Lợi ích kinh tế đạt được, với điều kiện coi tụ khấu hao 01 năm: L = Tq-V = 3.923.598.873,6 - 45.400.000 = 3.878.198.873,6 đồng/năm Nếu giả thiết phụ tải huy động làm việc với 50% tải, có hệ số cosϕ = 0,73, thực bù lên cosϕ = 0,9 tiết kiệm lượng tiền cần mua công suất phản kháng là: Tq = Tp*k% 4588 * 303 * 24 * 23,29% = 15.540.921.388,8 đồng Công suất cần bù hệ số công suất cosϕ = 0,73, bù lên cosϕ = 0,9 là: Qbù = Ptb(tgϕtbtr- tgϕtbs) = 4588(0,93 - 0,48) = 2.064,6 kVAr Như cần 07 tụ bù 300 kVAr, cấp điện áp 6,0 kV Vốn đầu tư trường hợp này: V = Số * đơn giá = 07*22.700.000=158.900.000 đồng Lợi ích kinh tế đạt được, với điều kiện coi tụ khấu hao 01 năm: L = Tq-V = 15.540.921.388,8 - 158.900.000 = 15.382.021.388,8 đồng/năm Như vậy, rõ ràng việc sử dụng tụ bù để bù công suất phản kháng làm tăng chất lượng điện mà mang lại hiệu kinh tế lớn Các thiết bị điều khiển bù tự động áp dụng phổ biến, bao gồm: Bù tự động theo thời gian; bù tự động theo dòng phụ tải; bù tự động theo điện áp; tự động điều chỉnh công suất bù linh hoạt thiết bị điện tử cơng suất 52 CƠNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI Nhược điểm chung tất bù tụ hay máy điện đồng là: Không thể điều chỉnh công suất bù cách liên tục, vô cấp, tốc độ phản ứng chậm Trong đó, hiệu sử dụng điện bao hàm việc giảm điện tiêu thụ đảm bảo ổn định chất lượng điện áp, đạt công suất bù tụ vừa đủ với yêu cầu phụ tải, tránh hậu tượng bù thiếu hay bù thừa Do vậy, cần thiết phải có thiết bị điều chỉnh thường xun cơng suất bù theo phụ tải Dựa đặc điểm tiêu thụ dòng biến đổi dùng van bán dẫn thyristor, xí nghiệp dùng biến đổi loại làm nguồn công suất phản kháng thơng qua việc điều chỉnh góc mở van thyristor Đối với phụ tải có tính chất diễn biến phức tạp máy xúc, máy hàn…, muốn bù cosϕ biện pháp thơng thường sử dụng khởi động từ đóng cắt nhiều lần, với dịng xung kích lớn khiến tiếp điểm khởi động từ nhanh hỏng Do vậy, giải pháp hiệu để cải thiện chất lượng điện áp bù cục với chuyển mạch dùng thyristor có ưu điểm: Tác động nhanh, khơng tạo xung kích dịng áp, độ tin cậy cao Với điều kiện mỏ Việt Nam theo đánh giá Viện KHCN Mỏ sơ đồ phù hợp mơ tả hình H.2 mạch điều khiển hình H.3 Uđb Uđk BỘ ĐIỀU KHIỂN H.2 Sơ đồ nguyên lý bù động công suất phản kháng điều khiển Thyristor Việc ứng dụng thiết bị bù công suất phản kháng chất lượng cao điều khiển thyristor trở thành nhu cầu cấp thiết nhằm nâng cao tính ổn định hiệu sử dụng hệ thống cung cấp điện nói chung phụ tải có cơng suất phản kháng thay đổi nhanh  theo cơng nghệ khai thác mỏ nói riêng NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ +15V +15V C1 R0 R1 R2 - R3 US1 Đ1 US3.1 + Uđb R4 J C K US3.2 US5.1 R13 T1 R6 T2 R5 C2 -15V R7 R8 - R9 US2 + R10 Đ2 R14 Uđb US3.3 US5.2 R12 R11 H.3 Sơ đồ mạch điều khiển chuyển mạch Thyristor 2.2.2.Ứng dụng hệ truyền động điện tử công suất Các hệ truyền động máy xúc, máy khoan, băng tải, bơm nước… tiêu thụ điện lớn, thường xuyên khởi động hãm Nhằm mục đích giảm tiêu thụ điện năng, nâng cao chất lượng điều khiển, cần hoàn thiện hệ điều khiển truyền động điện Sự phát triển nhanh chóng kỹ thuật điện tử công suất cho phép ứng dụng hệ truyền động động điện xoay chiều với tính điều chỉnh cao, khởi động mềm (tổn hao lượng thấp) áp dụng cho động máy bơm, máy nén khí đặc biệt điều chỉnh công suất (bộ biến tần), sử dụng cho máy khoan, máy xúc, băng tải So với phương pháp truyền thống điều khiển công suất máy điện quay, dùng cuộn kháng hay điện trở phụ biến đổi dùng van bán dẫn gây tổn hao điện nhỏ nhiều, chất lượng điều chỉnh cao chi phí sử dụng thấp ➢ Nguyên lý tiết kiệm điện sử dụng biến tần Thông thường, công suất trục động tỷ lệ với mômen cản: P2 = Mc.ω [8] Khi sử dụng biến tần vào điều chỉnh tốc độ động cơng suất trục khơng thay đổi theo mơmen cản mà cịn thay đổi theo tốc độ điều chỉnh: P2BT = Mc.ωBT (2) đó: ωBT - tốc độ thay đổi sử dụng biến tần Tỉ số công suất trục động cơ : (3) Nếu giả thiết hiệu suất động (η=ηBT) khơng thay đổi có sử dụng khơng sử dụng biến tần động tiêu thụ công suất từ lưới điện hai trường hợp ; (4) Như vậy, sử dụng biến tần điều khiển tốc độ động giảm cơng suất tiêu thụ từ lưới điện so với không sử dụng biến tần theo tỉ số  ➢ Đánh giá hiệu kinh tế sử dụng biến tần mỏ điển hình Do điều kiện vùng mỏ Quảng Ninh rộng lớn, nhiên cơng nghệ sử dụng khai thác khơng có nhiều khác biệt, nghiên cứu chọn mỏ Cọc Sáu làm mỏ điển hình để đánh giá Theo số liệu thống kê, Công ty than Cọc Sáu sử dụng số lượng biến tần lớn CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 53 CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI Khi động làm việc non tải, khảo sát thực tế cho thấy với tốc độ cài đặt tương ứng, kết tiêu thụ điện phụ tải thống kê Bảng Bảng So sánh trạng sử dụng công suất trạng thái vận hành khác Công suất tiêu thụ không sử dụng biến tần với hệ số mang tải; kW Công suất tiêu thụ sử dụng biến tần với hệ số mang tải; kW 1,0 0,8 0,5 1,0 0,8 0,5 2.375 1.900 1.187,5 2.375 1.520 593,75 Chênh lệch công suất tải tốc độ giảm 50% ∆P=P-PBT = 1.187,5-593,75 = 593,75kW Nếu giả thiết ngày vào ca vào hai ngày nghỉ cuối tuần, tốc độ động điều chỉnh giảm 50%, với tải 50% lượng điện tiết kiệm là: ∆A=∆P50% * 224h/tháng * 12 tháng = 593,75*224 * 12 = 1.596.000 kWh Quy đổi tiền điện với giá điện công nghiệp hành C0 = 2.000đ/kWh sau năm, sử dụng biến tần, mỏ Cọc Sáu tiết kiệm được: C=C0*∆A = 2.000*1.596.000=3.192*106 đồng Giá trung bình biến tần thị trường a=1 triệu đồng/ 1kW Vậy vốn đầu tư cho tổng công suất biến tần cần lắp đặt cho mỏ Cọc Sáu là: V = ∑PBT*a = 2.375*1.000.000 = 2.375*106 đồng Thời gian thu hồi vốn đầu tư : năm Như vậy, qua kết tính tốn sơ thấy rõ suất làm việc giảm việc áp dụng biến tần vào điều khiển khâu công nghệ hợp lý, suất làm việc giảm hiệu tiết kiệm lượng cao Với xí nghiệp bố trí q trình cơng nghệ khơng hợp lý, hiệu suất thấp việc bố trí biến tần vào điều khiển mang lại lợi ích kinh tế lớn năm áp dụng Sử dụng biến tần để điều chỉnh tốc độ động cịn có lợi sau: • Hạn chế dịng khởi động nên tiết kiệm điện năng, làm giảm xung giật học nâng cao tuổi thọ thiết bị; • Với thiết bị có đặc tính tải thay đổi thường chạy non tải băng tải, sử dụng biến tần nâng cao hệ số cơng suất cosϕ, điện áp đặt vào cực động giảm làm giảm tổn thất điện lõi sắt từ, tăng hiệu suất sử dụng điện; • Với thiết bị bơm nước, máy nén khí…, biến tần điều chỉnh tốc độ động cho phù hợp với yêu cầu tải thực tế, giảm cơng suất tiêu thụ; • Nâng cao khả tự động hóa q trình điều khiển giám sát; Ngoài sử dụng biến tần, thiết bị cịn bảo vệ thơng qua bảo vệ tải, ngắn mạch, chạm đất, pha Việc áp dụng thành công biến tần vào số phân xưởng mỏ Cọc Sáu chứng tỏ với phát triển nhanh công nghệ bán dẫn giảm thiểu đáng kể chi phí điện KẾT LUẬN Trong năm qua công ty khai thác mỏ áp dụng nhiều giải pháp công nghệ vào sản xuất Qua đánh giá thấy áp dụng giải pháp công nghệ rõ ràng nâng cao hiệu sử dụng điện năng, góp phần tăng suất, sản lượng than khai thác, cải thiện điều kiện làm việc người lao động, nâng cao mức độ an toàn hiệu sản xuất, kinh doanh xí nghiệp Tuy nhiên, bên cạnh giải pháp công nghệ cần trọng giải pháp quản lý, vận hành, đào tạo cán hợp lý tất khâu xí nghiệp.❏ TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Hữu Phúc Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu sử dụng điện xí nghiệp khai thác than vùng Quảng Ninh Luận án Tiến sĩ Trường Đại học Mỏ-Địa chất, 2009 Trần Duy Minh Nghiên cứu trạng sử dụng thiết bị điện mỏ lộ thiên đề xuất giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ lộ thiên vùng Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Mỏ-Địa chất, 2005 Nguyễn Đình Thống Nghiên cứu trạng sử dụng thiết bị điện mỏ hầm lò đề xuất giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ hầm lò vùng Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Mỏ-Địa chất, 2005 54 CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 NGHIÊN CỨU VÀ TRAO ĐỔI CƠ KHÍ VÀ CƠ ĐIỆN MỎ Nguyễn Văn Quân Nghiên cứu đề xuất giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ vùng ng Bí, Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Mỏ-Địa chất, 2008 Đỗ Như Ý Nghiên cứu đề xuất giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ lộ thiên vùng Cẩm Phả, Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Mỏ-Địa chất, 2008 https://www.evn.com.vn/d6/news/Quy-dinh-ve-mua-ban-cong-suat-phan-khang-9-134-14582.aspx https://thuvienphapluat.vn/van-ban/Thuong-mai/Thong-tu-15-2014-TT-BCT-mua-ban-cong-suatphan-khang-Bo-Cong-Thuong-231986.aspx Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền Truyền động điện Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2001 EVALUATION OF NEW TECHNOLOGICAL SOLUTIONS TO IMPROVE EFFICIENCY OF ELECTRICITY USE IN MINING COMPANIES ABSTRACT The cost of electricity accounts for a significant proportion of the cost of one ton of coal mining Therefore, in recent years, a lot of many enteprises have applied many new technological solutions in production lines to reduce electricity costs The article evaluates the efficiency of the application of these solutions in practice, from which recomendations to widely apply these ones to improve electricity efficiency at the mines Keywords: advanced technology, power efficiency, mining company electrical network, energy saving, power electronics, inverter Ngày nhận bài: 21/06/2020 Ngày gửi phản biện: 18/08/2020 Ngày nhận phản biện: 25/10/2020 Ngày chấp nhận đăng bài: 10/3/2021 Trách nhiệm pháp lý tác giả báo: Các tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm số liệu, nội dung công bố báo theo Luật Báo chí Việt Nam CÔNG NGHIỆP MỎ, SỐ - 2021 55 ... xuất giải pháp hữu hiệu nhằm nâng cao hiệu sử dụng điện mỏ lộ thiên vùng Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Mỏ- Địa chất, 2005 Nguyễn Đình Thống Nghiên cứu trạng sử dụng thiết bị điện mỏ. .. xưởng mỏ Cọc Sáu chứng tỏ với phát triển nhanh công nghệ bán dẫn giảm thiểu đáng kể chi phí điện KẾT LUẬN Trong năm qua công ty khai thác mỏ áp dụng nhiều giải pháp công nghệ vào sản xuất Qua đánh. .. Qua đánh giá thấy áp dụng giải pháp công nghệ rõ ràng nâng cao hiệu sử dụng điện năng, góp phần tăng suất, sản lượng than khai thác, cải thiện điều kiện làm việc người lao động, nâng cao mức độ