Giáo trình sản xuất sạch hơn - Phần 4 ppsx

ở một thời điểm nào đó, để xét vai trò của năng lượng trong hoạt động kinh tế người ta dựa vào cường độ sử dụng năng lượng I: E : mức tiêu thụ năng lượng trong 1 năm qui đổi về tấn dầu h

I – năng lượng & phát triển kinh tế 1111 Các nguồn năng Các nguồn năng Các nguồn năng lượnglượnglượng : : : :

Tiền sử: sức kéo động vật, sức gió, sức nước,

TK17: biến nhiệt năng thành cơ năng, điện năng, Năng lượng được phân thành 2 loại:

- Năng lượng tái tạo được → cần sử dụng hợp lý

- Năng lượng không tái tạo được → cần tiết kiệm

2

2 Các nguồn năng Các nguồn năng Các nguồn năng lượnglượnglượng : : : :

Năng lượng đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế, x, hội ở một thời điểm nào đó, để xét vai trò của năng lượng trong hoạt động kinh tế người ta dựa vào cường độ sử dụng năng lượng (I):

E : mức tiêu thụ năng lượng trong 1 năm (qui đổi về tấn dầu hoặc than qui chuẩn)

Y : tổng sản phẩm quốc nội (GDP), được tính bằng tiền

Cường độ năng lượng I có thể được hiểu nh số năng lượng cần thiết để sản xuất được 1 đồng (hoặc 1USD)

Để tiết kiệm năng lượng thì cần phải thay đổi cơ cấu sản xuất cho hợp lý

Ví dụ, ở Mỹ để sản xuất ra 1 USD sản phẩm quốc nội vào năm 1920 phải tốn năng lượng gấp 8 lần so với năm 1950

Chiến lược giảm cường độ năng lượng luôn được các nước quan tâm và

được thực hiện nhờ các yếu tố chính sau:

- áp dụng các thành tựu mới của khoa học công nghệ để giảm sản xuất chi phí nhiên liệu, năng lượng để sản xuất ra một sản phẩm

- Nâng cao hiệu suất của thiết bị; chuyển đổi giữa các dạng năng lượng, chẳng hạn từ than sang dầu, từ dầu sang khí,

- Thay đổi cơ cấu kinh tế, chuyển giao công nghệ sử dụng nhiều năng lượng sang các nước khác, chủ yếu là các nước đang phát triển

Y E

I =

Các nguồn năng lượng thương mại hóa thạch: than, dầu, khí vẫn còn chiếm tỉ lệ đáng kể (còn khoảng 2/3 tổng tiêu thụ năng lượng toàn cầu)

Than:

Than là nguồn năng lượng rẻ nhất trong các dạng năng lượng hoá thạch nên vẫn còn được sử dụng nhiều trong tơng lai, mặc dù theo quan điểm môi trường thì than là loại nhiên liệu “bẩn” nhất Nhiều nghiên cứu đ, được tiến hành nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong quá trình đốt than đảm bảo một công nghệ đốt than sạch

Dầu:

Dầu có ưu điểm là nhiệt lượng cao, dễ chuyên chở, có trữ lượng khá nên còn được sử dụng trong thế kỷ tới

Khí:

Khí thiên nhiên là loại nhiên liệu hoá thạch “sạch” nhất và có trữ lượng tương đối lớn Việc sử dụng khí liên quan nhiều đến khả năng vận chuyển khí và

đầu tư khá tốn kém cho hệ thống dẫn và phân phối khí Tuy nhiên, dùng khí cho phát điện đảm bảo hiệu suất phát điện cao, giá rẻ và ít ô nhiễm môi trường

Cơ cấu tiêu thụ năng lượng hoàn toàn phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên và chiến lược phát triển kinh tế năng lượng của từng quốc gia Ví dụ như tình hình sản xuất điện ở 7 nước công nghiệp phát triển chiếm hơn 1/2 tổng số điện năng của thế giới:

- Pháp: tỉ lệ điện nguyên tử: 77,1%

- Canada: tỉ lệ thuỷ điện: 60,6%

- Mỹ: điện bằng than và dầu: 68,9%

- Anh: điện bằng than và dầu: 71,2%

- Đức: điện bằng than và dầu: 65,5%

- ý: điện bằng than và dầu: 82,3%

- Nhật: điện bằng than và dầu: 60,2%

Tính theo đầu người thì tiêu thụ điện của 7 nước công nghiệp là 7.878 kwh/người.năm; trung bình thế giới là 2.027 và Việt nam là 177 kwh/người.năm (1996) Như vậy, tiêu thụ điện của Việt nam mới chỉ bằng 1/11 của thế giới và 1/44 của 7 nước công nghiệp phát triển

Theo số liệu thống kê, năm 2000:

- Sản lượng điện của Việt nam 26,5 tỉ kwh

- Dầu thô 17,5 triệu tấn

- Khí thiên nhiên 2,6 tỉ m3

- Than đá 8,5 triệu tấn

Năm 2010, để đáp ứng nhu cầu năng lượng thương mại trong cả nước thì phải đạt được mục tiêu là:

- Sản lượng điện 70 tỉ kwh

- Dầu thô 25 triệu tấn

- Khí thiên nhiên 7,5 tỉ m3

- Than đá 15 triệu tấn

Thế giới hiện nay phổ biến sản xuất điện bằng than là vì:

- Giá than, tính trên cùng đơn vị nhiệt lượng, chỉ bằng 1/3 đến 1/2 giá dầu

và khí nên giá thành sản xuất điện thấp

- Các nhà máy nhiệt điện nói chung và đốt than nói riêng, đ, khá ổn định về công nghệ và thiết bị, tuổi thọ của nhà máy cao (trên 30 năm)

- ở các nhà máy nhiệt điện đốt than hiện đại sử dụng các tổ máy công suất lớn (1000, 1500, 2000 MW và lớn hơn) nên lợi ích kinh tế cao hơn

II - Quản lý nhu cầu năng lượng (DMS):

DMS: Demand Side Management (Quản lý nhu cầu)

Quản lý nhu cầu tiêu thụ, trong đó có tiêu thụ năng lượng và tiêu thụ điện năng là một vấn đề lớn, mang tính toàn cầu Hiện nay người ta chú trọng nhất là vấn đề tiêu thụ điện năng

1/ Sự phân bố không đồng đều theo thời gian của nhu cầu:

cầu:

Trong các hệ thống dịch vụ theo thời gian thực (các hệ thống thông tin liên lạc, giao thông vận tải, cung cấp điện, phục vụ sinh hoạt) thường nhu cầu

dịch vụ xuất hiện không đồng đều theo thời gian trong ngày, giữa các ngày trong tuần, giữa các mùa trong năm

Trong hệ thống này luôn xảy ra tình trạng “cao điểm” và “thấp điểm” Sự phân bố không đồng đều này thường do thói quen sinh hoạt, cách tổ chức sản xuất, làm việc và nghỉ ngơi, sự thay đổi thời tiết,

Sự chênh lệch có thể rất lớn giữa cao điểm và thấp điểm của nhu cầu làm cho việc vận hành hệ thống khó khăn, gây quá tải trong giờ cao điểm và giảm hiệu quả khai thác trong giờ thấp điểm, đôi khi dẫn đến trục trặc kỹ thuật hoặc hỏng hóc, sự cố đối với hệ thống

Đối với hệ thống điện Việt nam, sự chênh lệch giữa công suất cao điểm và thấp điểm trong ngày là rất lớn (2,5 lần)

Vào mùa khô, cao điểm, hệ thống phải huy động những loại nguồn có chi phí nhiên liệu lớn như diesel, các máy phát chạy dầu, Còn vào giờ thấp điểm của mùa nước, mặc dù đ, ngừng hầu hết các nhà máy điện, ở các nhà máy thuỷ

điện vẫn phải dừng bớt một số tổ máy và xả nước đi

Nhược điểm của những biến động liên tục của cao điểm và thấp điểm:

- Quá trình khởi động và dừng máy diễn ra thường xuyên -> ảnh hưởng đến tuổi thọ và chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của nhà máy

- Tổn thất công suất và điện năng cũng như các chỉ tiêu chất lượng điện năng khác luôn biến động trong giới hạn rộng -> gây ra nhiều bất lợi Vì vậy, vấn đề điều khiển, quản lý nhu cầu điện năng (DSM) đ, được nhiều nước phát triển áp dụng từ nhiều năm nay và hiện nay nhiều quốc gia đ, xem DSM như là phần quan trọng trong chương trình năng lượng của mình bao gồm nhiều giải pháp phối hợp từ chính sách, tiêu chuẩn thiết kế, sản xuất thiết bị

điện, biểu giá điện, sử dụng hợp lý và tiết kiệm năng lượng, các giải pháp kỹ thuật để thực hiện DSM

2/

2/ Một số biện pháMột số biện pháMột số biện pháp DSM:p DSM:p DSM:

 Cân đối biểu giá điện:

Để khuyến khích sử dụng điện hợp lý, Công ty Điện lực đ, tạo ra sự chênh lệch đủ lớn giữa giá điện trong giờ cao điểm và thấp điểm để thúc đẩy người dùng điện tự nguyện chuyển dịch một số nhu cầu tiêu thụ điện từ giờ cao điểm sang giờ thấp điểm

Đứng trước tình hình đó công ty cũng phải có biện pháp chuyển đổi phù hợp với lợi ích kinh tế của mình cũng như góp phần vào công cuộc tiết kiệm năng lượng chung của đất nước:

- Tổ chức lại ca kíp sản xuất

- Chuyển một số khâu tiêu thụ nhiều năng lượng sang giờ thấp điểm

(Các hộ tiêu thụ dân dụng cũng có thể chuyển một số nhu cầu sử dụng điện sang giờ thấp điểm mà không ảnh hưởng gì đến tiện nghi sinh hoạt như: bơm nước, máy giặt, là quần áo, đun và tích trữ nước nóng, )

 Khía cạnh kỹ thuật:

- Sử dụng các thiết bị tích điện năng (thuỷ điện, nén khí, acqui, )

- Xây dựng dây chuyền công nghệ tự động làm việc vào giờ thấp điểm

- Sử dụng các phương tiện kỹ thuật để điều khiển trình tự đóng cắt các dụng

cụ và thiết bị điện làm việc theo chu trình Điều khiển tự động chu trình làm việc của các thiết bị xen kẽ để không xảy ra tình trạng hoạt động đồng thời gây quá tải

Để kiểm soát và đánh giá hiệu quả của công việc thực hiện DMS cần phải

có một số hệ thống đo đếm hiện đại, lắp đặt và sử dụng công tơ điện đo giá trị sử dụng theo thời gian để có thể ghi nhận số công suất cực đại theo giờ

Đối với nhà nước thì phải lắp đặt công tơ điện nhiều giá (theo giờ)

III - Tiết kiệm năng lượng trong sản xuất nước sạch:

Thực tế các công trình cấp nước hiện nay phần lớn nhu cầu dùng nước nhiều hơn khả năng cấp nước, bên cạnh đó chất lượng đường ống không đảm bảo nên trạm bơm cấp 2 làm việc không đúng với thông số thiết kế Mạng phân phối thường làm việc thấp hơn nhiều áp suất thiết kế của bơm

Để điều chỉnh lưu lượng và áp lực cho phù hợp với điều kiện thực tế, theo phương pháp truyền thống người ta thường điều chỉnh van đầu đẩy của bơm, với cách thực hiện như vậy sự tổn hao năng lượng có thể đến 40% và điều kiện làm việc rất nặng nề

Với cách làm hiện đại là người ta sử dụng biến tần để thay đổi số vòng quay của bơm để điều chỉnh lưu lượng và cột áp của hệ thống Với cách làm này

hệ thống sẽ làm việc rất ổn định và tiết kiệm năng lượng một cách đáng kể

1/ Nhược điểm của trạm bơm khi chưa lắp biến tần:

1/ Nhược điểm của trạm bơm khi chưa lắp biến tần:

Khởi động bơm nhiều lần trong ngày gây khó khăn cho công tác vận hành

và tiêu tốn năng lượng

Chế độ vận hành bơm phức tạp làm giảm tuổi thọ của bơm

Tiêu tốn điện năng do điều kiện vận hành khác với điều kiện thiết kế Tăng áp suất đột ngột trên đường ống gây sức va thuỷ lực và giảm tuổi thọ của van

Không có khả năng điều tiết tự động các thông số lưu lượng và áp lực cấp vào mạng

Để khắc phục những nhược điểm trên, mục tiêu đặt ra là:

Tiết kiệm năng lượng cho quá trình sản xuất

Từng bước tự động hoá quá trình và vận hành hệ thống

Tăng tuổi thọ cho các chi tiết công tác của bơm và van

ổn định áp lực trên mạng lưới đường ống

Cung cấp nước sát với nhu cầu thực tế

2/ Các giải pháp điều chỉnh lưu lượng và áp lực cấp vào mạng:

mạng:

 Điều chỉnh van tiết lưu:

Điểm làm việc theo thiết kế là ATK, tức là áp lực của bơm bằng trở lực của mạng:

PAtk = Hmạng TK

Thực tế, khi mạng làm việc với áp lực Hmạng TT < Hmạng TK , nếu không đóng van tiết lưu thì lưu lượng sẽ tăng từ NTK → NB lúc này có thể dẫn đến quá tải và gây cháy động cơ

Để tránh cháy động cơ do quá tải, người đóng bớt van tiết lưu để giảm lưu lượng, lúc này điểm làm việc là điểm C (hình vẽ):

A tk B C

B

N B

N TK

QTK QTT

Pb m

Hm

Hv

Hm

H

Q

N (kW)

Q

Thiết kế

Thực tế

Công suất đầu trục

Q TK Q TT

Q-H

Khi đóng van để có điểm là việc C, tổn thất áp lực qua van là ∆Hvan:

ngTT

ạ m bom

∆

 Thay đổi sự hoạt động đồng thời của các bơm:

Khi thay đổi số lượng bơm hoạt động thì đặ tính Q-H của hệ thống bơm sẽ thay đổi theo Tuy nhiên, phương pháp này vẫn phụ thuộc vào điểm làm việc thực tế của mạng khác với điều kiện thiết kế của bơm Phương pháp này thường

áp dụng để thay đổi lưu lượng nước cấp vào mạng

 Can thiệp vào bơm:

Đặc tính Q-H của bơm phụ thuộc vào đường kính cánh bơm, tốc độ và công suất của động cơ điện

Để thay đổi đặc tính Q-H có thể thực hiện bằng cách:

Gọt bớt cánh bơm: giải pháp này tuy đơn giản nhưng kém an toàn đối với những bơm công suất lớn đòi hỏi cân bằng động cao và khi cần tăng áp lực bơm thì không thực hiện được

Thay đổi số vòng quay của động cơ bằng cách sử dụng biến tần

3/ Biến tần:

3/ Biến tần:

H [m]

AI

QI+II

QI

AI+II

Ghép bơm song song.

C

E

H [m]

E

C

Ghép bơm nối tiếp

QI+II

QI

AI+II

AI

AC

DC

DC

DC

M

Hz

50

V

380

3 ì

Tín hiệu điều khiển bên ngoài

4

5

8

7

9

Điện áp cung cấp chính:

 3ì200 - 240VAC, 50/60Hz

 3ì380 - 460VAC, 50/60Hz

1- Bộ lọc sóng radio (RFI Filter to EN 55011)

2- Chỉnh lưu : bộ chỉnh lưu cầu 3 pha chuyển đổi dòng xoay chiều thành dòng 1 chiều

3- Mạch trung gian : điện áp DC = Sqrt(2)ìđiện áp AC

4- Cuộn dây mạch trung gian : làm trơn ổn định dòng điện mạch trung gian và giới hạn sự ảnh hưởng của nhiễu dòng điện mạch động lực

5- Tụ điện mạch trung gian : làm trơn và ổn định điện áp mạch trung gian

6- Nghịch lưu : chuyển đổi điện áp 1 chiều thành điện áp xoay chiều với tần số biến đổi

7- Điện áp động cơ : điện áp xoay chiều AC với tần số biến thiên từ 15-50Hz

8- Card điều khiển : đây là nơi có bộ vi xử lý để điều khiển quá trình nghịch lưu được thực hiện bằng máy phát xung đóng mở van điều khiển để chuyển đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều với tần số biến đổi

9- Vỏ nhôm đúc chống nhiễu và tản nhiệt tốt

Công dụng của biến tần là thay đổi số vòng quay của động cơ → thay đổi vòng quay của cánh bơm → thay đổi chỉ tiêu bơm

đổi theo qui luật sau:

1

1 n

n Q

Q

=

2

1

1 n

n H

H













=

3

1

1 n

n N

N













=

Thực tế cho thấy:

Dùng biến tần thường 6-8 tháng là hoàn vốn

Lắp biến tần → bơm hoạt động êm hơn (ít rung, ít ồn)

Tuổi thọ bơm được nâng cao

Hiệu quả của việc sử dụng biến tần ở trạm bơm Cẩm Thượng – Hải Dương (2000):

Giảm tiêu thụ điện năng: 1.873 kWh/ngày

Tiết khiệm chi phí ngày: 1.592.050 đồng/ngày

Tiết kiệm chi phí tháng: 47.761.500 đồng/tháng

Tiết kiệm chi phí năm: 581.098.250 đồng/năm

5.2- sử dụng năng lượng mặt trời:

1/ Bức xạ mặt trời:

1/ Bức xạ mặt trời:

Đây được coi là nguồn năng lượng do thiên nhiên ban tặng và là nguồn

NL vô tận, con người chỉ cần khai thác như thế nào cho hiệu quả mà không cần phải bảo vệ và tiết kiệm

Mặt trời luôn xảy ra quá trình phản ứng nhiệt hạch từ nguyên tử Hydro sang nguyên tử Heli nên có 1 năng lượng cực lớn Bức xạ phát ra là một dải các bước sóng khác nhau, trong đó phổ năng lượng tập trung chủ yếu ở khoảng ánh sáng nhìn thấy (khoảng 50%):

Khi chiếu xuống bề mặt Trái đất với khoảng cách 149,5 triệu km và đi qua các tầng khí quyển nên năng lượng bức xạ này bị giảm đi rất nhiều Nguồn năng lượng đưa xuống TĐ tuy rất nhỏ so với năng lượng vốn có của mặt trời nhưng lại

lượng điện của Mỹ hàng năm 7x108kW tương đương với nguồn năng lượng BX mặt trời trên 1000 dặm vuông (≈2600 km2222) Công suất điện hiện nay của Việt nam

107777kW tương đương với năng lượng BXMT kW tương đương với năng lượng BXMT trên 40kmtrên 40km2222 của mặt phẳng ngang của mặt phẳng ngang

Năng lượng trên bề mặt Trái Đất chúng ta nhận được bao gồm năng lượng trực xạ và năng lượng tán xạ qua các hạt vật chất trong khí quyển Năng lượng này đủ để duy trì cho sự sống trên Trái đất được diễn ra

λ=380nm λ=780nm

2 ]

λ, [nm]

Phổ năng lượng bức xạ mặt trời

2/ Các phương ph

2/ Các phương pháp sử dụng nguồn năng lượng mặt áp sử dụng nguồn năng lượng mặt trời:

trời:

Có thể liệt kê một vài phương pháp sử dụng nguồn năng lượng BXMT hiện nay như sau:

 Collector mặt trời kiểu phẳng:

Đây là thiết bị thu nhiệt mặt trời theo nguyên tắc lồng kính Nó được ứng dụng để đun nước nóng cấp cho sinh hoạt của con người

Cường độ bức xạ hiệu quả phụ thuộc vào lượng bức xạ ở địa phương (cường độ bức xạ và số giờ bức xạ trong năm) Góc nghiêng và hướng của Collector có ảnh hưởng rất đáng kể đến hiệu quả của thiết bị Đối với Việt nam, theo nghiên cứu cho thấy Collector đặt nghiêng 250 và lệch với phương Nam khoảng 150 về hướng Tây là có hiệu quả cao nhất (góc phương vị trong khoảng 0

→ -45o)

Việc sử dụng Collector mặt trời này còn có ý nghĩa về mặt cách nhiệt cho mái nhà, thường kh

mái nhà, thường khi có Collector mặt trời thì nhiệt truyền qua mái chỉ còn i có Collector mặt trời thì nhiệt truyền qua mái chỉ còn khoảng 30%

khoảng 30%

 Sử dụng năng lượng BXMT để ĐHKK:

Có thể sử dụng NL BXMT để chạy máy ĐHKK, đặc biệt là máy lạnh kiểu hấp thụ sẽ mang lại hiệu quả cao Đối với nhà ở vùng nhiệt đới thì nhu cầu về

điều hoà không khí luôn đồng thời với thời điểm bức xạ mặt trời có giá trị lớn, vì vậy việc sử dụng năng lượng mặt trời cho ĐHKK là một vấn đề hợp lý

Nhiệt năng từ Collector mặt trời được sử dụng để tách cặp tác nhân

thụ

Kính Tấm KL hấp thụ nhiệt Tấm phản xạ nhiệt

Lớp cách nhiệt Hệ thống nhận nhiệt

Bình trao

đổi nhiệt