Phân tích và đề xuất các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả tại trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng 2 (tt)

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM VĂN HIẾU PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ TẠI TRUNG TÂM KỸ THUẬT TIÊU CHUẨN ĐO LƯỜNG CHẤT LƯỢNG Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số : 8520201 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2021 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS LƯU NGỌC AN Phản biện 1: TS Đoàn Anh Tuấn Phản biện 2: TS Trần Vinh Tịnh Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành Kỹ thuật Điện họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 19 tháng 02 năm 2022 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa - Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Thiếu hụt lượng vấn đề nhức nhối toàn giới Các nguồn lượng truyền thống sử dụng phổ biến nguồn lượng hóa thạch như: than đá, dầu mỏ, khí đốt,… Tuy nhiên nguồn lượng lại bị sử dụng mức đứng trước nguy cạn kiệt Giải pháp tìm kiếm nguồn lượng thay thế, nguồn lượng có khả tái tạo như: lượng mặt trời, lượng gió… sử dụng cịn nhiều hạng chế, khó khăn mặt cơng nghệ, chưa đạt hiệu mặt kinh tế Do đó, giải pháp tiết kiệm lượng vấn đề quan trọng quan tâm hàng đầu toàn giới Đặc biệt trình sản suất, biến động giá lượng theo chiều hướng ngày tăng, việc đưa giải pháp tiết kiệm lượng q trình sản xuất cho doanh nghiệp ln giải pháp cần thiết cho việc giảm chi phí sản xuất, tăng cao lợi nhuận cho doanh nghiệp Bên cạnh đó, việc tiết kiệm lượng góp phần vào việc giảm lượng khí CO2 thải ra, bảo vệ mơi trường sống, đảm bảo thực sách phát triển bền vững kinh tế song song với bảo vệ môi trường Trung tâm Kỹ thuật Tiêu Chuẩn Đo lường Chất lượng (QUATEST 2) tổ chức Khoa học Công nghệ thuộc Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng - Bộ khoa học & Công nghệ thực chức phục vụ quản lý Nhà nước Tiêu chuẩn, Đo lường, Chất lượng; nghiên cứu khoa học cung cấp dịch vụ kỹ thuật theo yêu cầu tổ chức, cá nhân nước Sau chặn đường giài phát triển, năm gần đây, THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội QUATEST có phát triển vượt bậc quy mô, sở vật chất, trang thiết bị, nhân lực không ngừng tăng trưởng doanh thu theo năm Song song với việc phát triển nhu cầu sử dụng lượng QUATEST không ngừng tăng cao Đứng trước vấn đề đó, việc đưa giải pháp để sử dụng tiết kiệm hiệu nguồn lượng QUATEST vấn đề cấp thiết nhằm xây dựng trình vận hành hiệu góp phần phát triển bền vững QUATEST tương lai Mục tiêu đề tài Phân tích, đánh giá tình hình sử dụng lượng Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng (QUATEST 2) Đưa giải pháp nhằm sử dụng hiệu tiết kiệm điện Giảm thiểu tiêu hao lượng trình vận hành thiết bị Giảm chi phí cho việc sử dụng lượng sản xuất QUATEST Đối tượng, phạm vi phương pháp nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu - Nhu cầu sử dụng lượng Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng (QUATEST 2) Phân tích đưa giải pháp để sử dụng tiết kiệm hiệu lượng Phạm vi nghiên cứu - Tình hình cơng tác sử dụng lượng Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng (QUATEST 2) Phương pháp nghiên cứu - Lấy số liệu, thu thập xử lý tổng hợp thông tin liên quan đến đề tài nghiên cứu, qua tiến hành tra cứu, phân tích kết quả, thơng tin đưa giải pháp Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội Đề tài nghiên cứu tình hình sử dụng lượng đưa giải pháp làm tăng tính hiệu tiết kiệm sử dụng lượng Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng (QUATEST 2) Đồng thời, đề tài áp dụng lên doanh nghiệp khác nhằm giảm thiểu chi phí, nâng cao hiệu kinh tế q trình vận hành, góp phần làm giảm nguy thiếu hụt lượng, đảm bảo an ninh lượng cho đất nước bảo vệ môi trường Kết cấu luận văn Ngoài phần mở đầu kết luận, nội dung luận văn bao gồm chương sau: CHƯƠNG I: Tổng quan tình hình tiết kiệm lượng Thế giới Việt Nam CHƯƠNG II: Tổng quan hoạt động, công tác sở vật chất – Phân tích đưa giải pháp tiết kiệm điện CHƯƠNG III: Tính tốn thiết hệ thống điện mặt trời bám lưới có lưu trữ, đề xuất phát triển hệ thống quản lý nhà cho Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 1.1 Tầm quan trọng vấn đề lượng người Vấn đề lượng gắng liền với toàn hoạt động người Do đó, thiếu hụt lượng ảnh hưởng lớn đến hoạt động tồn nhân loại Vì người cần chủ động việc tìm kiếm nguồn lượng thay mới, đồng thời có sách việc tiết kiệm sử dụng hiệu nguồn lượng truyền thống dần cạn kiệt 1.2 Đánh giá tình hình tiêu thụ lượng giới Hiện nay, khủng hoảng lượng vấn đề lớn quan tâm toàn giới Việc sử dụng lượng hiệu giải pháp cần thiết để phát triển bền vững kỷ 21 Tiêu thụ lượng sơ cấp toàn cầu năm 2018 đạt 13.864,9 triệu TOE, dầu mỏ 4.662,1 triệu TOE (33,6%), khí đốt 3.309,4 triệu TOE (23,9%), than 3.772,1 triệu TOE (27,2%), điện hạt nhân 611,3 triệu TOE (4,4%), thủy điện 948,8 triệu TOE (6,8%), lượng tái tạo 561,3 triệu TOE (4,1%) 1.3 Tình hình sử dụng lượng Việt Nam Những năm gần đây, Việt Nam kinh tế có tốc độ phát triển cao so với nước khu vực.Ngành lượng đóng vai trị quan trọng việc thúc đẩy phát triển đất nước Các giải pháp tiếp cận nguồn lượng có chi phí thấp độ ổn định cao ưu tiên hàng đầu, tạo sở thúc đẩy tăng trưởng kinh tế Thống kê cho thấy, từ năm 2012 đến 2018, tổng tiêu thụ lượng tăng bình quân 6%/ năm Riêng điện năng, từ năm 2011 đến THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 2019 tăng bình quân 10%/năm CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC HOẠT ĐỘNG CÔNG TÁC VÀ CƠ SỞ VẬT CHẤT - PHÂN TÍCH VÀ ĐƯA RA GIẢI PHÁP THAY THẾ ĐỂ TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG 2.1 Quá trình hình thành phát triển Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng (QUATEST 2) QUATEST tổ chức Khoa học Công nghệ thành lập năm 1979 thuộc Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng - Bộ khoa học & Công nghệ thực chức phục vụ quản lý Nhà nước Tiêu chuẩn, Đo lường, Chất lượng 2.2 Các hoạt động, công tác QUATEST Hoạt động Kiểm định, Hiệu chuẩn, Thử nghiệm QUATEST bao gồm nhiều lĩnh vực như: Cơ khí, vật lý, hóa, sinh, vi sinh, điện, nhiệt… chia thành hai khối Đo lường Thử nghiệm bao gồm 11 phòng kỹ thuật 2.3 Tình hình sử dụng điện 2.3.1 Lượng điện tiêu thụ QUATEST năm 2019 2020 Tình hình tiêu thụ điện năm 2019 2020 thể bảng 2.1 sau đây: Bảng 2.1: Tình hình tiêu thụ điện QUATEST năm 2019 2020 Năm 2019 Năm 2020 Điện Tháng Điện tiêu Thành tiền (*) thụ (VNĐ) Tháng (kWh) 27.920 tiêu Thành tiền (*) thụ (VNĐ) (kWh) 48.999.600 28.624 THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG 54.442.848 Lưu hành nội Năm 2019 Năm 2020 Điện Tháng Điện tiêu Thành tiền (*) thụ (VNĐ) Tháng (kWh) tiêu Thành tiền (*) thụ (VNĐ) (kWh) 23.288 40.870.440 24.264 46.150.128 36.024 64.298.160 36.888 70.160.976 46.904 89.211.408 38.384 73.006.368 57.288 108.961.776 45.624 86.776.848 69.096 131.420.592 60.944 115.915.488 67.440 128.270.880 62.840 119.521.680 63.248 120.297.696 52.136 99.162.672 53.160 101.110.320 63.424 120.632.448 10 50.120 95.328.240 10 39.032 74.238.864 11 37.344 71.028.288 11 32.456 61.731.312 12 30.456 57.927.312 12 25.000 47.550.000 Tổng 562.288 1.057.724.712 Tổng 509.616 969.289.632 (*) Số tiền chưa bao gồm thuế VAT Nhận xét: Qua biểu đồ ta thấy mức độ tiêu thụ điện QUATEST tập trung chủ yếu vào tháng mùa nóng năm Để nắm rõ tình hình tiêu thụ điện cần thực kiểm kê lại hệ thống sở vật chất trang thiết bị, qua đo đưa đánh giá giải pháp để thực việc tiết kiệm sử dụng hiệu điện QUATEST 2.3.2 Các hệ thống tiêu thụ điện QUATEST Qua khảo sát ta thấy việc tiêu thụ điện QUATEST tập trung vào hệ thống: hệ thống điều hồ khơng khí, hệ thống đèn chiếu sáng, hệ thống quạt hút khí thải phịng thí nghiệm THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội a) Hệ thống điều hồ khơng khí Hệ thống điều hồ QUATEST gồm 142 máy, khơng đồng chủng loại công suất đầu tư khác theo thời kì phát triển Đặc biệt có nhiều máy điều hồ đời cũ, hiệu suất hoạt động không cao, gây tiêu hao nhiều điện sử dụng b) Hệ thống đèn chiếu sáng Hiện QUATEST sử dụng 545 bóng đèn compact CFS – 15W cơng suất 15 , 20 bóng đèn 1m2-36W-T8 huỳnh quang công suất 36W dùng để chiếu sáng cho phòng làm việc lối Hệ thống đèn chiếu sáng khuôn viên sử dụng đèn NEPTUNE 200 công suất 200W c) Hệ thống quạt hút Hệ thống gồm quạt hút bố trí phịng thí nghiệm hóa học QUATEST Các quạt hút lắp đặt đỉnh mái, kết nối với đường ống phòng Hiện động quạt hút hoạt động với công suất định mức, gây lãng phí điện trường hợp khơng yêu cầu tốc độ hút lớn 2.4 Giải pháp tiết kiệm cho hệ thống tiêu thụ điện QUATEST 2.4.1 Các giải pháp tiết kiệm cho hệ thống tiêu thụ điện a) Lắp đặt đếm thời gian điều khiển hoạt động hệ thống điều hòa Lắp đặt đếm thời gian, cài đặt thời gian sau: Bắt đầu bật hệ thống điều hòa vào lúc sáng thay nay, tắt trước 30 phút vào buổi trưa 30 phút vào buổi chiều Như vậy, trung bình ngày QUATEST tiết kiệm lượng b) Thay hệ thống chiếu sáng cũ hệ thống Ngoài việc thay bóng đèn cũ bóng đèn led có hiệu THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội suất chiếu sáng cao hơn, ta sử dụng đèn lượng mặt trời trang bị chế độ cảm biến ánh sán, tự động bật tắt để chiếu sáng cho khu vực khuôn viên c) Sử dụng biến tần điều khiển tốc độ quạt hút Biến tần thiết bị dùng để thay đổi điều chỉnh tốc độ động xoay chiều Việc lắp đặt biến tần điều khiển quạt hút phịng thí nghiệm hóa học giúp giảm lãng phí điện thí nghiệm khơng u cầu độ hút khí cao 2.5 Tính tốn lợi ích mang lại cho QUATEST áp dụng giải pháp tiết kiệm 2.5.1 Tính tốn lợi ích lắp đặt đếm thời gian điều khiển hoạt động hệ thống điều hịa Qua tính tốn lựa chọn timer T57N-P-60A Hình 2.1: Bộ đếm thời gian T57N-P-60A Số tiền đầu tư ban đầu 186.600.000 đ Số tiền tiết kiệm năm khoảng 250.000.000 đ Thời gian thu hồi vốn ước tính tầm tháng THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 10 2.5.3 Tính tốn lợi ích sử dụng biến tần điều khiển tốc độ quạt hút Ta có bảng tổng hợp chi phí lợi ích thực giải pháp lắp biến tần cho quạt hút phịng thí nghiệm hóa học: Bảng 2.5: Bảng tổng hợp chi phí/lợi ích thực giải pháp lắp biến tần TT Hạng mục Tổng chi phí Tổng tiền tiết kiệm năm Đơn Quạt hút Quạt hút vị 5,5 kW kW đồng đồng/ năm Tổng cộng 46.000.000 18.667.179 20.644.308 39.311.487 Thời gian thu hồi tháng 14 vốn 2.6 Kết luận Trụ sở Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng xây dựng cách 20 năm Mặc dù qua nhiều lần bảo trì bảo dưỡng, thay hầu hết thiết bị tiêu thụ điện cũ lạc hậu so với Vì để tính tốn đưa phương án thay thế, nâng cấp toàn hệ thống điện để gặp phải khó khăn thách thức vơ lớn Hiệu mang lại giải pháp tiết kiệm điện nêu tương đối lớn song bất tiện trình cải tạo Hiện nay, việc sử dụng nguồn lượng mặt trời cho toàn nhà áp dụng nhiều nơi Ngoài ra, xu hướng lắp đặt hệ thống quảng lý THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 11 nhà BMS (Building Management System)cũng tạo giải pháp quản lý thơng minh tồn diện việc sử dụng lượng, mang đến nhiều tiện ích trình vận hành Vì vậy, vào chương sau, tác giả sâu nghiên cứu vào giải pháp xây dựng hệ thống điện mặt trời đề xuất lắp đặt hệ thống quản lý nhà BMS cho Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 12 CHƯƠNG TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI BÁM LƯỚI CÓ LƯU TRỮ, ĐỀ XUẤT PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TOÀ NHÀ CHO TRUNG TÂM KỸ THUẬT TIÊU CHUẨN ĐO LƯỜNG CHẤT LƯỢNG 3.1 Tiềm xạ Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Theo khảo sát, xạ mặt trời trung bình Đà Nẵng 4,8kWh/m2/ngày, lượng xạ cao từ tháng đến tháng 9, số nắng TP Đà Nẵng đạt xấp xỉ 2.100 giờ/năm Như lượng mặt trời Đà Nẵng có tiềm lớn để khai thác sử dụng 3.2 Lựa chọn mơ hình hệ thống điện lượng mặt trời cho Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Hiện nay, Tập đoàn Điện lực Việt Nam ngưng việc nối lưới hệ thống điện mặt trời để tránh q tải lưới điện Nên mơ hình hệ thống điện mặt trời, tác giả tìm hiểu hệ thống lượng mặt trời bám lưới Với mục tiêu quan trọng đáp ứng nhu cầu sử dụng lợi nhuận cho Trung tâm, tác giả đề xuất lựa chọn Mơ hình “Hệ thống điện NLMT bám lưới có lưu trữ” để cấp điện cho Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 3.3 Vị trí xây dựng Hệ thống ĐMT dự kiến lắp đặt mái tòa nhà Trung tâm Khu vực xung quanh tồ nhà trống trải, khơng có nhà cao nên khả hấp thụ đón ánh sáng mặt trời tốt THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 13 3.4 Tính tốn, thiết kế hệ thống lượng mặt trời bám lưới cho Trung tâm Kỹ thuật Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng 3.4.1 Xác định định khu vực bị che bóng thơng qua phần mềm mơ Sketchup Hình 3.1 Mơ tồ nhà tầng sau lắp đặt pin 3.4.2 Chọn thiết kế bố trí pin phần mềm AutoCad a) Chọn pin mặt trời có công suất cao giá thành tốt Tác giả chọn Pin loại LR5-72HPH-540M công ty LONGI Solar, sản xuất Trung Quốc Bảng 3.2 Bảng thông số kỹ thuật Pin mặt trời LR5-72HPH-540M Chi tiết Số lượng Cell/tấm pin Kích thước (Dài x Rộng x Cao) Thơng số 6x24=144 2256 x 1133 x 35 mm Trọng lượng 32.3 kg Bảo hành 15 năm 30 năm, sau 25 năm Tuổi thọ sản phẩm suy giảm tối đa 20% công suất Công suất tối đa (Pm) 540 Wp THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 14 Chi tiết Thông số Điện áp hở mạch 49,50 V Dòng điện ngắn mạch 13,85A Điện áp điểm công suất đỉnh (Vm) 41,65 V Dịng điện điểm cơng suất đỉnh (Im) 12,97 A Hiệu suất quang điện mô đun 21,1 % Ngưỡng nhiệt độ vận hành -40°C đến 85°C b) Thiết kế bố trí pin cấu trúc mái Trung tâm Với diện tích mái 456 m2, tác giả bố trí 118 pin LR5-72HPH-540M, chia thành chuỗi pin với tổng công suất DC 63.720 Wp Chuỗi 1, 2, 3, với số pin 17 tấm, công suất chuỗi 9.180 Wp Chuỗi 5, có 16 pin, cơng suất chuỗi 8640 Wp, chuỗi có 18 pin, công suất chuỗi 9720 Wp Và chuỗi có 18r pin với cơng suất 9.720 Wp Hình 3.2 Bố trí tâm pin tịa nhà THƯ VIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Lưu hành nội 15 3.4.3 Lựa chọn biến đổi điện DC-AC (Inverter) Tác giả đề xuất lựa chọn Bộ biến đổi điện có lưu trữ Sungrow SH10RT có cơng suất 10 kW Cơng ty SUNGROW – Trung Quốc Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật INVERTER Sungrow SH10RT Thông số Giá trị Đầu vào (DC) Công suất đầu vào tối đa 15000 W Điện áp vào cực đại 1100 V Dãi điện áp tối ưu MPPT/điện áp tối ưu 280 V đến 850V Điện áp vào nhỏ nhất/Điện áp để inverter bắt đầu làm việc 250 V Số cổng vào độc lập/số nhóm Dịng điện vào tối đa/dịng điện vào MPPT 2/3 48 A / 16 A Đầu vào (AC) Công suất định mức (230V, 50Hz) 10000 W Công suất đầu vào tối đa từ lưới 20600 W Cơng suất AC tồn phần tối đa 10000 VA Điện áp định mức Dãi điện áp AC Tần số lưới/Dãi tần số / N / PE, 400 V 270 – 480 V 50 Hz / 45 – 55 Hz, 60 Hz / 55 – 65 Hz Dòng điện cực đại ngõ AC 14.5 A Hệ số công suất định mức Độ méo sóng hài (THD)