báo cáo nghiên cứu khoa học 'kiểm toán năng lượng trong các cơ sở sản xuất công nghiệp, đề xuất giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm vầ hiệu quả'

KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC CƠ SỞ SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VẦ HIỆU QUẢ AUDIT OF ENERGY USED IN INDUSTRIAL PRODUCTION BASIS AND SOLUTION

KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC CƠ SỞ

SẢN XUẤT CÔNG NGHIỆP, ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP

SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM

VẦ HIỆU QUẢ

AUDIT OF ENERGY USED IN INDUSTRIAL PRODUCTION BASIS

AND SOLUTION TO AN ECONOMIC AND

EFFECTIVE ENERGY UTILIZATION

LÊ KIM HÙNG

Đại học Đà Nẵng

NGUYỄN THỊ NGỌC MINH

Trường Cao đẳng Nghề Đà Nẵng

TÓM TẮT

Bài báo này giới thiệu quy trình xây dựng dự án kiểm toán năng lượng và các phương pháp

sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong các cơ sở sản xuất công nghiệp Dựa trên các kết quả của công tác kiểm toán để xác định tiềm năng tiết kiệm năng lượng và đề ra các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Ứng dụng cụ thể được thực hiện tại Xí nghiệp Hồ dệt Duy Sơn II- Duy Xuyên

ABSTRACT

This article introduces procedures of forming an energy audited project and economic and effective methods of using energy in industrial production basis Based on audited results, potentials of energy saving and solutions of economic and effective use of energy are determined Concrete application is carried at Duy Son II textile and starching Factory at Duy Xuyen

ĐẶT VẤN ĐỀ

Sử dụng năng lượng một cách hiệu quả có tầm quan trọng ngày càng lớn trong bối cảnh thị trường cạnh tranh hiện nay Tại các nước đang phát triển, năng lượng sử dụng kém hiệu quả hơn ở các nước có nền kinh tế đã phát triển Điều đó có nghĩa là cơ hội tiết kiệm năng lượng ở các nước đang phát triển có khả năng lớn hơn vì hầu hết các hệ thống thiết bị đã quá cũ và công nghệ còn lạc hậu

Việc sử dụng năng lượng không hiệu quả và lãng phí đồng nghĩa với tăng chi phí sản xuất và giảm sức cạnh tranh mà một trong những nguyên nhân chính là nhận thức chưa sâu sắc của lãnh đạo doanh nghiệp, ý thức “lối mòn” của công nhân vận hành hoặc là do sự đầu tư trang thiết bị chắp vá, không đồng bộ Ngoài ra, điều này còn gây nên lãng phí năng lượng, tăng sự phát sinh chất thải, ô nhiễm môi trường Để xác định đâu là nguyên nhân gây tiêu hao năng lượng lớn của quá trình sản xuất hay của từng thiết bị sử dụng năng lượng bắt buộc doanh nghiệp phải định kỳ tiến hành kiểm toán năng lượng (KTNL)

1 Quy trình kiểm toán năng lượng trong các cơ sở sản xuất

1.1 Quy trình kiểm toán năng lượng (KTNL)

Kiểm toán năng lượng là hoạt động nhằm xác định một phương tiện sử dụng ở đâu, với số lượng bao nhiêu và xác định các cơ hội tiết kiệm năng lượng (TKNL) Hay nói cách

khác đó là hoạt động nhằm kiểm tra, tính toán lại các thiết bị, dòng năng lượng, từ đó xác định các cơ hội TKNL

Các bước xây dựng quy trình KTNL được minh họa qua sơ đồ khối ở hình 1

Hình 1: Các bước xây dựng quy trình KTNL

Công cụ kiểm toán năng lượng

1.2.1 Công cụ quản lý:

Để thực hiện công việc tính toán trong quá trình KTNL ở đây chúng tôi sử dụng công

cụ tính toán SaveX Đây là công cụ mở và là công cụ để quản lý chung các hoạt động sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả (SDNL TK & HQ )

Chức năng của SaveX: - Xác định mục tiêu chương trình SDNL TK & HQ; - Đánh giá khía cạnh kinh tế của các chương trình SDNL TK & HQ; - Thiết kế kế hoạch tài chính của chương trình SDNL TK & HQ; - Tiền đánh giá chương trình SDNL TK & HQ; - Sắp xếp thứ

tự các phương án SDNL TK & HQ

Để sử dụng chương trình SaveX, ta cần các cơ sở dữ liệu như hình 2:

Số liệu cơ sở

Biểu giá Chi phí biên Thuế

Biểu đồ phụ tải Khí thải

Giá trị xã hội

Dữ liệu đầu vào cho từng phương án SD NLTK & HK

Chi phí đầu tư Chi phí ban đầu Tiết kiệm Tuổi thọ

Kết quả: Kinh tế xã hội và tư nhân; Hiệu quả và chi phí; Tổng mức chi phí và

tiết kiệm; Giá trị; Cấp ưu tiên; Đặc tính phụ tải

Hình 2: Cơ sở dữ liệu cho công cụ SaveX

Phân tích các dòng năng lượng

- Liệt kê quy trình công nghệ, thiết bị cung cấp và tiêu hao năng lượng, xác định định mức tiêu thụ

- Xác định bước đầu các công đoạn tiêu hao năng lượng lớn

Đề xuất các cơ

hội TKNL

Duy trì

Áp dụng

- Xây dựng sơ đồ CN cho phần trọng tâm kiểm toán

- Xác định sơ đồ dòng phân bố năng lượng

- Cân bằng vật chất – năng lượng

- Xác định các cơ hội TKNL

- Lựa chọn các cơ hội tiền khả thi

- Đánh giá khả thi về Kỹ thuật, Kinh tế và Môi trường

- Lựa chọn giải pháp thực hiện

- Thực hiện các giải pháp TKNL

- Đo đạc và đánh giá kết quả

- Duy trì các giải pháp TKNL

- Lựa chọn các công đoạn tiếp theo để kiểm toán

Khảo sát sơ bộ

Lựa chọn các cơ

hội TKNL

1.2.2 Thiết bị đo

Để phục vụ cho công tác kiểm toán, chúng tôi sử dụng các thiết bị đo sau:

- Máy đo công suất Fluke–model 43B: Đo các loại công suất, cường độ dòng điện, hiệu điện thế, hệ số công suất, tần số và nhiễu hài của

dòng điện 1 pha và 3 pha

- Thiết bị phân tích khí thải Testo-model 350XL:

Phân tích nồng độ khói thải, bao gồm các chỉ tiêu sau:

O2, CO2, CO, NO, NO2, SO2, H2S, CxHy, hiệu suất

cháy, đo chênh áp, nhiệt độ, vận tốc khí

- Súng đo nhiệt độ từ xa Omega–model

OS523-2: Đo nhiệt độ các bề mặt và các điểm theo yêu cầu

- Thiết bị đo ánh sáng Extech – model EA30,

Ampe kìm

Kết quả đo đạc công suất tiêu thụ, lượng hơi tiêu

thụ được thể hiện trên bảng 1 và bảng 2

Bảng 1- Kết quả đo lượng hơi tiêu thụ cho nhánh

cung cấp hơi cho các hộ tiêu thụ là nấu hồ, máy hồ và máy sấy lô Xí nghiệp Hồ dệt Duy Sơn II- Duy Xuyên

STT Hộ tiêu

thụ

Số lượng

Lượng hơi cấp cho mỗi máy (kg/h)

Tổng lượng hơi cấp (kg/h)

Áp suất làm việc ( bar)

Ghi chú

Bảng 2- Kết quả đo ánh sáng (độ rọi) tại phân xưởng dệt và mắc hồ Xí nghiệp Hồ dệt Duy Sơn II- Duy Xuyên

1 Phân xưởng dệt

- Đầu xưởng

- Giữa xưởng

- Cuối xưởng

150

150

150

193

165

145

2 Các giải pháp SDNL TK & HQ trong sản xuất công nghiệp

Sau đây là một số giải pháp SDNL TK & HQ có thể áp dụng cho các doanh nghiệp sản xuất

2.1 Đối với hệ thống nhiệt

* Đối với lò hơi:

- Kiểm soát hệ số không khí thừa, mật độ khói thải

- Sản xuất hơi bằng nhiệt thải

- Kiểm soát xả đáy lò hơi, thu hồi nước ngưng

- Bảo ôn, gia nhiệt sơ bộ nước cấp lò hơi

- Xử lý nước cấp cho lò hơi

* Đối với hệ thống phân phối hơi:

- Lựa chọn áp suất hơi nước

- Giảm thiểu các rò rỉ

- Cách nhiệt cho các đường ống phân phối hơi nước

- Lắp đặt bẫy hơi

Hình 3: Máy đo công suất Fluke

2.2 Đối với hệ thống lạnh

Giảm nhiệt độ ngưng tụ, tăng nhiệt độ bay hơi

2.3 Đối với hệ thống điện

- Điều khiển nhu cầu phụ tải cho thích hợp

- Sử dụng động cơ hiệu suất năng lượng cao, thiết bị điều khiển tiên tiến, định kỳ kiểm tra bảo dưỡng thiết bị

- Nâng cao hệ số công suất

- Kết hợp chiếu sáng tự nhiên và chiếu sáng nhân tạo

- Sử dụng bóng đèn TKNL

2.4 Nguồn nước cấp

Xử lý nước hay tìm nguồn nước sạch, nước mềm để cung cấp cho thiết bị, tăng khả năng trao đổi nhiệt của thiết bị

2.5 Thiết bị-Công nghệ

Cải tiến, hoàn thiện công nghệ và thiết bị theo hướng giảm tiêu hao năng lượng

3 Ứng dụng kiểm toán năng lượng tại Xí nghiệp Hồ dệt Duy Sơn II Duy Xuyên

Xí nghiệp Hồ dệt Duy Sơn II Duy Xuyên có diện tích 1700m2 Chức năng Hồ-Dệt–Mắc vải các loại, số nhân viên là 53 người, thời gian vận hành hàng năm là 320 ngày/năm, tổng chi phí năng lượng và nước so với tổng doanh thu là 8%

Hệ thống phụ tải của xí nghiệp có thể chia thành các loại chính như sau:

Hệ thống điện, hệ thống nhiệt, hệ thống chiếu sáng, hệ thống thông gió

Dựa trên kết quả của công tác kiểm toán đạt được, ta có thể áp dụng các giải pháp và đánh giá hiệu quả tiết kiệm năng lượng của xí nghiệp như sau:

3.1 Hệ thống quản lý năng lượng

- Thường xuyên đào tạo, bồi dưỡng nghiệp vụ cho cán bộ làm công tác quản lý năng lượng Đặt ra các chỉ tiêu tiêu thụ năng lượng điện, nước, hơi và có chính sách khen thưởng về

tiết kiệm năng lượng

- Cần trang bị đủ các hệ thống đo đếm, ngoài trang thiết bị bắt buộc vì an toàn như đồng

hồ đo áp suất hơi, đồng hồ đo điện năng tổng nên lắp đặt thêm các đồng hồ đo điện năng và nước cho từng phân xưởng, thiết bị đo ánh sáng để dễ kiểm soát Thẩm định lại máy móc, phân loại, những máy nào không đủ tiêu chuẩn thì cần phải thay mới có hiệu suất cao hơn

- Hệ thống phân phối điện: Thực hiện cân bằng 3 pha, và có thể xem xét thêm các thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không

- Quản lý chiếu sáng: Đưa ra qui chế sử dụng đèn cho công nhân trong xí nghiệp

Đây là giải pháp quan trọng hàng đầu, không thể không thực hiện, nó sẽ chi phối các giải pháp khác Chi phí thực hiện một trong các đề xuất của giải pháp này không tốn kém hoặc chi phí thấp nếu xí nghiệp phát huy nội lực của mình

3.2 Hệ thống thu hồi nước ngưng

Theo kết quả tính toán lượng nước ngưng có thể thu hồi được khoảng 200kg nước ở nhiệt độ 96oC Toàn bộ lượng nước ngưng này nếu được thu gom đưa về lò hơi để gia nhiệt nước cấp thì lượng nhiệt tiết kiệm được là: Qngưng= Gnn *CP * T = 59.356 (kJ/h)

Trong đó: Gnn là khối lượng nước ngưng; Cp là nhiệt dung riêng của nước; T là độ chênh lệch nhiệt độ khi gia nhiệt

Hiệu suất lò hơi hiện nay 75%, nhiệt trị của than chọn Qnl= 20.000kJ/kg thì lượng than tiết kiệm được hàng năm sẽ là: M1than=

75

*

100

*

nl

ngung Q

Q

= 10,1 tấn than/năm

Tổng số tiền tiết kiệm được trong năm là: B= 10,1 T x 78 USD/tấn = 787,8 USD

Để thu hồi lượng nước ngưng này cần phải lắp đặt 1 bể thu gom bằng vật liệu Inox với thể tích 1m3

đặt gần lò hơi, hệ thống đường ống dẫn nước ngưng từ máy sấy về bể chứa nước ngưng và đường ống phân phối tới lò hơi

Chi phí lắp đặt hệ thống thu hồi nước ngưng cần kinh phí 405,625 USD

- Hiệu quả đầu tư:

3 Thời gian hoàn vốn giản đơn, THV=C/B Tháng 6

- Hiệu quả môi trường: Giảm khí hiệu ứng nhà kính

10,1 tấn * 1,75 tấnGHG/tấn than = 17,7 tấn GHG/năm [GHG: Greenhouse gas]

3.3 Hệ thống bảo ôn đường ống, van, bích

Nhiệt trị của than chọn Qnl= 20.000kJ/kg thì lượng than đá tiết kiệm được hàng năm khi bảo ôn đường ống, van, bích sẽ là: M2than=

100

*

75

*

nl

bo Q

Q

= 2,5 tấn than/năm

Trong đó Qbo là tổn thất nhiệt do chưa bảo ôn

Tổng số tiền tiết kiệm được trong năm là: B = 2,5 T * 78 USD/tấn = 195 USD/năm

Để giảm tổn thất, cần phải đầu tư sửa chữa và bảo ôn các đường ống, van, bích hiện chưa bảo ôn cần kinh phí 75,625 USD

- Hiệu quả đầu tư:

3 Thời gian hoàn vốn giản đơn, THV=C/B Tháng 5

- Hiệu quả môi trường: Giảm khí hiệu ứng nhà kính

2,5 tấn * 1,75 tấnGHG/tấn than = 4,4 tấn GHG/năm

3.4 Hệ thống chiếu sáng

Thay thế mới toàn bộ hệ thống bóng đèn huỳnh quang (40W) hiện có bằng bóng đèn huỳnh quang TKNL 36W (cùng quang thông)

Lượng điện tiết kiệm được trong 1 năm với loại bóng huỳnh quang 36w là:

(40-36)/1000*16h*320*80 = 1638 KW/năm = 1638*980VND (100USD) Tiền thanh lý các bóng đèn thay ra:

80 bóng * 4000 VND/bóng = 320.000 VND (20 USD) Tổng tiền tiết kiệm: B = Tiền tiết kiệm điện trong một năm + tiền thanh lý bóng cũ

= 100 + 20 = 120 USD

- Hiệu quả đầu tư:

3 Thời gian hoàn vốn giản đơn, THV=C/B Tháng 8

- Hiệu quả môi trường: Giảm khí hiệu ứng nhà kính

1638 kwh*0.75kgGHG/kwh = 1,2 tấn GHG/năm

3.5 Hệ thống thông gió phân xưởng dệt

Hiện tại, khối văn phòng, nhà xưởng mắc và hồ được kết cấu mái trần bằng tôn, chế độ thông thoáng kém nên nhiệt độ bên trong xưởng hồ thường cao hơn nhiệt độ bên ngoài tường từ 3-60C Để tăng cường khả năng thông thoáng, tạo môi trường cho công nhân làm việc tốt hơn nhằm tăng năng suất lao động nên lắp các quả cầu hút nhiệt trên mái tại phân xưởng mắc hồ

Số lượng quả cầu nhiệt: n = 288m2

/(30m2/1quả cầu ) = 9,6 (10 quả cầu)

Hiệu quả: Cải thiện môi trường làm việc cho công nhân, tăng năng suất lao động

3.6 Lắp đặt bộ điều khiển tốc độ động cơ(VSD) cho môtơ máy hồ trục

Đối với máy hồ trục có tải thay đổi thường xuyên nên khi lắp VSD có thể tiết kiệm được lượng điện tiêu thụ từ 20-30% mặt khác mở máy êm, ít tốn năng lượng

Công suất tiêu thụ của máy hồ trục trong 1 h là: kw

T

t P

P tb i.i 8.5 Điện năng tiêu thụ trong 1 năm là: 8.5kw*8h*320ngày = 21.760kwh/năm

Điện năng tiết kiệm khi lắp VSD là:

21.760 kwh * 25% = 5.440 kwh/năm Hay: B = 5440 kwh * 980 VND = 5.331.200 VND (331,25 USD)

- Hiệu quả đầu tư:

3 Thời gian hoàn vốn giản đơn, THV=C/B Tháng 30

- Hiệu quả môi trường: Giảm khí hiệu ứng nhà kính

5.440 kwh*0.75 kgGHG/kwh = 4,08 tấn GHG/năm

3.7 Thay thế môtơ của máy dệt bằng môtơ hiệu suất cao

Hiện tại, các môtơ máy dệt đã qua thời gian hoạt động trên 35 năm, các tổn thất điện năng lớn cũng như hệ số thiết kế dự phòng cao nên việc thay thế bằng môtơ hiệu suất cao thì sẽ tiết kiệm được điện năng tiêu thụ

Công suất môtơ của máy dệt: 0.75kw

Công suất môtơ hiệu suất cao: 0.55kw

Lượng điện năng tiết kiệm được trong 1 năm khi sử dụng động cơ hiêu suất cao 0.55kw là:

(0.75-0.55)*0.95*0.887*14h*280ngày*60máy = 39.638 Kwh/năm

hay: B = 39.638 kwh * 980 VND/kwh = 38.820.000 VND (2426,25USD)

trong đó: 0,95: Hiệu suất động cơ

0,887: Hệ số sử dụng thiết bị dệt 280ngày: Số ngày máy dệt hoạt động thực tế trong năm

- Hiệu quả đầu tư:

3 Thời gian hoàn vốn giản đơn, THV=C/B Tháng 13

- Hiệu quả môi trường: Giảm khí hiệu ứng nhà kính

39.638 kwh*0,75 kgGHG/kwh = 28,5 tấn GHG/năm

KẾT LUẬN

- Qua việc phân tích, xây dựng quy trình KTNL và đánh giá kết quả, ta thấy lợi ích thu được từ hậu KTNL là những giải pháp TKNL, chúng không những tiết kiệm được chi phí sản xuất nhằm hạ giá thành sản phẩm, tăng sức cạnh tranh mà còn giảm bớt chi phí đầu tư cho các công trình cung cấp năng lượng, giảm sự phát sinh chất thải, bảo vệ tài nguyên và môi trường

- Với các kết quả phân tích tại Xí nghiệp Hồ dệt Duy Sơn II – Duy Xuyên, xí nghiệp có thể tiết kiệm được năng lượng tiêu thụ tuỳ theo khả năng thực hiện các giải pháp đầu tư thích hợp Tuy nhiên, ngoài các giải pháp về công nghệ, việc thường xuyên thay đổi ý thức làm việc của con người trong doanh nghiệp sao cho việc sử dụng năng lượng đạt hiệu quả là quan trọng

- Chương trình TKNL có thể triển khai áp dụng ở bất cứ cơ sở nào, nhất là trong thời điểm chủ trương của nhà nước đang kêu gọi người dân SDNL TK & HQ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Thế Bảo - Bảo toàn năng lượng sử dụng hợp lý, tiết kiệm và

hiệu quả trong công nghiệp, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2006

[2] Ngô Thị Hoài Lam - Phân tích kinh tế tài chính - Các Biện pháp tiết kiệm năng lượng-

Hà Nội

[3] Nguyễn Bội Khuê - Kiểm toán năng lượng, phần phương pháp luận điện năng - Chương

trình Kiểm toán năng lượng Quốc gia - Đà Nẵng, 2000

[4] DSM-Baseline Training Program, 28 November – 1 December 2005, Electricity of

Vietnam, Hanoi