Môn học kinh tế năng lượng tiểu luận tổng quan về tình hình hiện tại của công nghiệp lạnh thương mại

Bài báo này xem xét những phát triển gần đây nhất trong điện lạnh thương mại có sẵn trong tài liệu và trình bày một lượng lớn kết quả cung cấp các hệ thống này, bao gồm một số ưu điểm và

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

KHOA ĐÀO TẠO QUỐC TẾ



MÔN HỌC: KINH TẾ NĂNG LƯỢNG

TIỂU LUẬN

TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH HIỆN TẠI CỦA CÔNG NGHIỆP LẠNH THƯƠNG MẠI

GVHD: Đặng Thành Trung SVTH:

Lê Huỳnh Gia Huy 22147007

Võ Nguyễn Xuân Ý 21147163 Phan Hoàng Thuận 22147025

Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2024

BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ

TH

Ứ

TỰ

- Tổng hợp, chỉnh sửa tiểu luận Hoàn thành tốt

4

5

ĐIỂM SỐ

ĐIỂM

NHẬN XÉT

Ký tên

GV Đặng Thành Trung

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ……… …

1 Lý do chọn đề tài ……… …………

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ……….

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH NĂNG LƯỢNG CỦA SIÊU THỊ ……… …

CHƯƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN………

CHƯƠNG 4 CẢI TIẾN CHU TRÌNH LÀM LẠNH 4.1 Làm mát phụ………

4.2 Ejector……….

4.3 Các sửa đổi hệ thống và thành phần khác………

CHƯƠNG 5 BA THẾ HỆ………

CHƯƠNG 6 THAY THẾ HFC GWP CAO……….

6.1 Hydrocacbon………

6.2 Chất làm lạnh tự nhiên……….

KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Điện lạnh thương mại bao gồm đông lạnh và bảo quản thực phẩm

trong các cửa hàng bán lẻ và siêu thị, vì vậy, đây là một trong những lĩnh vực tiêu thụ năng lượng phù hợp nhất và mức độ liên quan của nó ngày càng tăng Bài báo này xem xét những phát triển gần đây nhất trong điện lạnh thương mại có sẵn trong tài liệu và trình bày một lượng lớn kết quả cung cấp các hệ thống này, bao gồm một số ưu điểm và nhược điểm trong hệ thống và chất lỏng làm việc Các nghiên cứu mới nhất tập trung vào tiết kiệm năng lượng để giảm lượng khí thải CO2 gián tiếp do đốt nhiên liệu hóa thạch Họ tập trung vào các sửa đổi hệ thống và kiểm soát điều kiện bay hơi tốt hơn

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

1.1 Giới thiệu

Điện lạnh thương mại bao gồm tất cả các thiết bị được sử dụng bởi các cửa hàng bán lẻ (siêu thị và bán thực phẩm) để chuẩn bị, giữ và trưng bày thực phẩm và đồ uống đông lạnh và tươi sống để khách hàng mua Khoảng một nửa mức tiêu thụ năng lượng trong siêu thị liên quan đến hệ thống lạnh Các siêu thị tạo ra tác động đáng kể đến sự nóng lên toàn cầu do phát thải khí nhà kính (GHG): phát thải CO2 gián tiếp từ sản xuất điện trong các nhà máy điện và GWP cao (Tiềm năng nóng lên toàn cầu) Khí thải trực tiếp HFC, rò rỉ từ hệ thống nén hơi

Một mặt, hiệu suất của hệ thống lạnh (liên quan đến việc lựa chọn chất làm lạnh, thiết kế và lựa chọn hệ thống) ảnh hưởng lớn đến lượng khí thải CO2 15% lượng điện tiêu thụ trên toàn thế giới được sử dụng để làm lạnh và dây chuyền lạnh chiếm khoảng 1% lượng khí thải CO2 trên thế giới

Mặt khác, các hệ thống lạnh thương mại sử dụng HydroFluoroCarbon (HFC) góp phần lớn vào hiệu ứng nhà kính: Tỷ lệ rò rỉ hàng năm cho các ứng dụng thương mại độc lập và vừa và lớn lần lượt là 2% và 11% Bên cạnh đó, lượng chất làm lạnh điển hình thay đổi từ 3 đến 30kg; và lần lượt là 30 và 300 kg

Hiện tại, HFC R404A và R507A là những chất làm lạnh được mở rộng nhiều nhất trong điện lạnh thương mại ở các nước phát triển cho nhu cầu cấp đông và bảo tồn Chúng đã thay thế HydroChloroFluoroCarbon (HCFC) R22 và R502 làm suy giảm tầng ozone do ứng dụng Giao thức Montreal, mặc dù chúng có hiệu suất năng lượng thấp hơn Do quy định

về khí F của Châu Âu, các chất làm lạnh GWP cao (như R404A và R507A) sẽ bị loại bỏ trong hầu hết các ứng dụng làm lạnh và điều hòa không khí, để giảm phát thải khí nhà kính trực tiếp Quy định này sẽ tạo

ra những thay đổi có liên quan trong các hệ thống lạnh thương mại hiện

có của Châu Âu, Bảng 1

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH NĂNG LƯỢNG CỦA SIÊU THỊ

Một số phương pháp tiết kiệm năng lượng có thể dễ dàng đạt được với mức hoàn vốn rất thấp (dưới 3 năm), mặc dù các sửa đổi phải được phân tích riêng cho từng tình huống để tối ưu hóa hoàn toàn hiệu suất và do đó tiết kiệm năng lượng tối đa

Một số thông số cơ bản có thể đóng một vai trò quan trọng đối với mức tiêu thụ năng lượng cuối cùng của siêu thị Mossad nhấn mạnh sự liên quan lớn của các giai đoạn thiết kế, vận hành và bảo trì để giảm mức tiêu thụ năng lượng trong tủ thực phẩm lạnh Evans và cộng sự đã tính toán mối quan hệ giữa khối lượng kho lạnh và việc sử dụng năng lượng của nó: đối với kho lạnh ướp lạnh, 93% sự thay đổi năng lượng có liên quan đến khối lượng kho lạnh; và đối với cửa hàng đông lạnh và cửa hàng hỗn hợp, lần lượt là 56% và 67% Ngoài mức độ liên quan đến khối lượng cửa hàng, độ ẩm tương đối của cửa hàng cũng có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc tiêu thụ năng lượng của siêu thị; Bahman và cộng sự đã chứng minh rằng giảm 5% độ ẩm có nghĩa là giảm 4,84% tổng tải năng lượng lưu trữ

CHƯƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN

Ngoài việc phân tích mức tiêu thụ năng lượng của siêu thị, kiểm soát đông lạnh và bảo tồn là một phương pháp tiết kiệm năng lượng khác không tạo ra các sửa đổi hệ thống và do đó ít tốn kém hơn các phương pháp khác Kiểm soát tốt các điều kiện hoạt động là cần thiết để có được chất lượng thực phẩm và đồ uống tối ưu Mặc dù việc kiểm soát nhiệt độ của các sản phẩm thực phẩm trong siêu thị (hoặc cửa hàng thực phẩm) là điều cần thiết, nhưng người ta chứng minh rằng quy định này chưa được thực hiện triệt để Ngoài ra, việc kiểm soát hệ thống lạnh tốt hơn (cùng với thiết kế lại hệ thống) cũng làm giảm lượng chất làm lạnh

và do đó, rò rỉ chất làm lạnh Wisniewski và cộng sự đã nghiên cứu hoạt động đồng bộ của tất cả các tủ trưng bày vì nhiệt độ trong tủ trưng bày ảnh hưởng đến nhiệt độ trong các tủ trưng bày khác, dẫn đến tiêu thụ năng lượng cao hơn

Lawrence Ricker đã đề xuất một điều khiển lai dự đoán để giảm thiểu chu kỳ máy nén Nó bao gồm điều khiển dự đoán phi tập trung của nhiệt độ tủ trưng bày kết hợp với điều khiển dự đoán áp suất ống hút Bach và cộng sự đã áp dụng điều khiển lai cho hệ thống làm lạnh không cửa bộ R404A ở các điều kiện khác nhau Koeln và cộng sự đã chứng minh cho R134a và R404A rằng hiệu suất hệ thống cao hơn (lên đến 9%) có thể đạt được bằng cách sử dụng kiến trúc hệ thống thay thế và kiểm soát cực đoan để vận hành hệ thống ở mức làm mát phụ bình ngưng tối ưu Tiềm năng thu hồi nhiệt của hệ thống lạnh toàn tầng CO2 trong siêu thị có thể được tăng lên bằng cách tăng áp suất bình ngưng / làm mát khí Tuy nhiên, mức thu hồi nhiệt tối ưu sẽ thay đổi trong năm

và hệ thống điều khiển sẽ có thể liên tục tối ưu hóa mức này dựa trên chi phí năng lượng tương đối

CHƯƠNG 4

CẢI TIẾN CHU TRÌNH LÀM LẠNH

Phần này xem xét một số cải tiến chu kỳ cơ bản để tăng hiệu suất năng lượng Những nỗ lực cuối cùng nhằm phát triển công nghệ làm mát phụ và đầu phun Các sửa đổi chu trình cơ bản gần đây khác được phát triển để tăng hiệu quả năng lượng cũng được xác định và xem xét trong phần này

4.1 Làm mát phụ

Làm mát phụ chuyên dụng có thể được sử dụng để dễ dàng tăng công suất và hiệu quả làm mát, mức tăng này tỷ lệ nghịch với sự thay đổi nhiệt độ môi trường, Hình 1.

Trong các hệ thống này, chất làm lạnh ở đầu ra của bình ngưng được làm mát bằng một bộ trao đổi nhiệt bổ sung, được gọi là bộ làm mát

phụ Cô và cộng sự đã sử dụng công suất đầu ra của bộ giãn nở để điều khiển máy nén của chu trình làm mát phụ và họ nhận thấy rằng cấu hình này rất có lợi cho R744, R404A và R507A

4.2 Ejector

Việc bao gồm một đầu phun thay vì một van giãn nở (Hình 2)

Trong hệ thống lạnh cũng có thể dẫn đến tăng hiệu quả năng lượng so

dựng, lắp đặt và bảo trì Bên cạnh đó, sự sụt giảm áp suất bổ sung do bao gồm đầu phun gần như không đáng kể

4.3 Các sửa đổi hệ thống và thành phần khác

Đánh giá được thực hiện bởi Barbosa và cộng sự trình bày các nghiên cứu gần đây về các nguyên tắc cơ bản, thiết kế và các khía cạnh ứng dụng của hệ thống lạnh nén hơi cơ học nhỏ gọn và thu nhỏ Patil kết luận rằng khả năng làm mát và Hệ số hiệu suất (COP) của hệ thống R404A có thể được tăng lên đến 10% và 17% bằng cách sử dụng ống vây siêu nhỏ thay vì bình ngưng ống chữ U trơn tru Cuối cùng,

Bagarella et al [40] đã giảm 57% lượng khí thải CO2 bằng cách sử dụng giải pháp khép kín vòng nước thay vì hệ thống ghép kênh

truyền thống (thông qua giảm lượng chất làm lạnh), Hình 3

CHƯƠNG 5

BA THẾ HỆ

Siêu thị có tiêu thụ điện, sưởi ấm và làm mát Chúng có thể được cung cấp cùng nhau giúp tiết kiệm năng lượng ngoài việc chỉ tối ưu hóa hoặc sửa đổi chu trình làm lạnh Như Fricke khẳng định, một trong những lựa chọn thú vị nhất từ quan điểm kinh tế và năng lượng là xem xét các

hệ thống thu hồi nhiệt Các nghiên cứu về siêu thị ba thế hệ sử dụng CO2 làm chất lỏng làm việc của chu trình làm lạnh là rất phổ biến Trong hệ thống ba phát tuabin vi mô, hệ thống này có thể tạo ra hơn 90% điện năng cần thiết bằng cách tiêu thụ nhiều khí hơn để đáp ứng nhu cầu sưởi ấm và làm mát không gian Suamir và cộng sự đã mô hình hóa các hệ thống điện lạnh CO2 thông thường và tích hợp và hệ thống năng lượng ba thế hệ siêu thị Nó giúp tiết kiệm năng lượng nhiên liệu

và tiết kiệm lượng khí thải CO2 khoảng 30% và 43% (so với hệ thống thông thường), với thời gian hoàn vốn 3,2 năm Làm mát được tạo ra bởi các hệ thống ba phát đảm bảo hoạt động dưới tới hạn trong suốt cả năm ngưng tụ chất lỏng CO2 Marimón và cộng sự đã nghiên cứu các lựa chọn đa dạng của hệ thống ba thế hệ (hai máy làm lạnh R717 / nước thương mại) với hệ thống xếp tầng làm lạnh gián tiếp trong tủ nhiệt độ thấp và trung bình, Hình 4 Hoàn vốn thấp nhất thu được là 4,6 năm và tiết kiệm lượng khí thải CO2 là khoảng 22,7 tấn CO2

CHƯƠNG 6

THAY THẾ HFC GWP CAO

Vì tác động bất lợi của phát xạ HFC đối với khí quyển đã được phát hiện, chúng được dự định thay thế bằng chất lỏng có giá trị GWP thấp hơn R404A và R507A có GWP là 3922 và 3985, là hai trong số các chất làm lạnh được sử dụng phổ biến nhất với GWP cao nhất Các cuộc điều tra về việc thay thế các chất làm lạnh hiện đang được sử dụng tập trung vào việc tìm kiếm các chất thay thế an toàn, ổn định, tiết kiệm năng lượng và thân thiện với môi trường (các lựa chọn thay thế thả vào hoặc trang bị thêm nếu có thể) Thật không may, không có chất làm lạnh nào đáp ứng hoàn toàn các yêu cầu này Các tùy chọn khả thi để thay thế R404A và R507A trong các hệ thống thương mại có thể được phân loại là: hydrocacbon, chất làm lạnh tự nhiên hoặc chất lỏng HFC

và HydroFluoroOlefin (HFO) GWP thấp hơn Các đặc điểm chính của từng ứng viên được thể hiện trong Bảng 2

6.1 Hydrocacbon

Hydrocacbon là chất lỏng dễ cháy với giá trị GWP thấp có thể được xem xét trong các hệ thống không có người sử dụng hoặc các ứng dụng điện tích thấp Cleland và cộng sự đã nghiên cứu hiệu suất và độ an toàn của hỗn hợp propan-ethane (R290-R170) trong thiết bị làm mát sữa tại trang trại Coulbourne và Espersen đã nghiên cứu nguy cơ dễ cháy của R290A trong tủ kem kiểu ngang Họ nhận thấy rủi ro không đáng kể so

6.2 Chất làm lạnh tự nhiên

Carbon dioxide (R744) là chất thay thế chất làm lạnh tự nhiên duy nhất được biết là không độc hại, không cháy và không gây hại cho môi trường Nó là một trong những chất làm lạnh hứa hẹn nhất cho hệ thống lạnh Amoniac (R717) là một chất làm lạnh tự nhiên rất tiết kiệm năng lượng nhưng dễ cháy và độc hại, có thể được xem xét cho các không gian không có người ở và được kiểm soát

Một số tác giả cho rằng hệ thống bơm nhiệt và làm lạnh R744 qua tới hạn sẽ trở nên phổ biến hơn nhiều so với hệ thống HFO Sharma và cộng

sự đã so sánh hệ thống mở rộng trực tiếp (DX) đa kênh R404A với bảy

hệ thống lạnh R744 Hệ thống tăng áp qua tới hạn với máy nén rẽ nhánh hoạt động tương đương hoặc tốt hơn hệ thống R404A chỉ ở phần phía bắc Hoa Kỳ (khí hậu lạnh) Srinivasan đã đánh giá áp suất giữa các giai đoạn tối ưu cho các chu kỳ làm lạnh R744 qua tới hạn hai giai đoạn, thu được các giá trị trên chỉ số áp suất điển hình là 0,5

KẾT LUẬN

Hệ thống lạnh thương mại là một trong những lĩnh vực phù hợp nhất

về tiêu thụ năng lượng và phát thải khí nhà kính vào khí quyển Bài báo này đánh giá hiện đại của những phát triển gần đây và bao gồm các chủ

đề quan trọng như hiệu quả năng lượng của hệ thống lạnh siêu thị, quy định kiểm soát khí thải nhà kính, loại bỏ HFC và các lựa chọn thay thế GWP thấp Kết luận chính của nghiên cứu là những kết luận sau

Công nghệ làm lạnh thương mại đang được cải thiện chậm và điều đó là không đủ để khắc phục những hạn chế của nó Thực hiện phân tích mức tiêu thụ năng lượng của từng siêu thị là rất quan trọng để xác định các

kỹ thuật tiết kiệm năng lượng có lợi nhất Có sẵn trong tài liệu các mô hình siêu thị có tính đến phần lớn các biến Kiểm soát tốt siêu thị là cần thiết để có được chất lượng thực phẩm tốt và cho phép giảm tiêu thụ năng lượng Trong những năm qua, các kỹ thuật kiểm soát mới đã được phát triển để cho phép hiệu suất năng lượng tốt hơn so với các phương pháp điều khiển thông thường Trong số các cải tiến chu trình làm lạnh, đầu phun và làm mát phụ bổ sung chất làm lạnh là những tiến bộ được nghiên cứu nhiều nhất trong những năm qua Trigeneration là một lựa chọn thú vị trong các siêu thị giúp tiết kiệm năng lượng và khí thải CO2 tuyệt vời, đặc biệt là khi CO2 là chất lỏng làm việc được chọn

Các quy định mới về GHG áp đặt các hạn chế GWP mạnh mẽ sẽ loại bỏ dần các chất làm lạnh HFC hiện đang được sử dụng (trong điện lạnh thương mại R404A và R507A) Chưa có chất làm lạnh nào được áp dụng trong điện lạnh thương mại và các cuộc điều tra đề xuất các lựa chọn thay thế khác nhau: propan trong các ứng dụng sạc thấp, cho thấy hiệu suất tốt; hỗn hợp HFC hoặc HFC / HFO có GWP thấp làm thay thế thả vào hoặc trang bị thêm (với ít sửa đổi hệ thống); và hệ thống CO2 trong các hệ thống xuyên tới hạn hoặc ở giai đoạn thấp của hệ thống tầng

TÀI LIỆU THAM KHẢO