Các giải pháp tiết kiệm điện năng

LỜI NÓI ĐẦU 3 Chương I 4 NĂNG LƯỢNG TRONG SẢN XUẤT 4 VÀ TRONG ĐỜI SỐNG 4 I. Tình hình sản xuất điện trên thế giới 4 II. Tình hình khai thác và sử dụng năng lượng ở Việt Nam 5 II.1. Tổng quan về năng lượng Việt Nam 5 II.2. Tác động của việc sử dụng năng lượng đến môi trường 8 II.3. Chính sách năng lượng của Việt nam 9 II.3.1. Quan điểm và chính sách năng lượng 9 II.3.2. Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả 10 II.3.3. Các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả: 12 II.4. Năng lượng trong các quá trình công nghiệp điển hình 13 II.4.1. Công nghệ sản xuất xi măng 13 II.4.2. Công nghệ sản xuất gạch, gốm sứ 15 II.4.3 Công nghệ giấy 17 II.4.4. Công nghệ sản xuất thép 18 II.4.5. Công nghệ thực phẩm 20 II.4.6. Năng lượng trong giao thông vận tải 20 II.5. Năng lượng trong đời sống 21 II.5.1. Năng lượng trong ngành xây dựng 21 II.5.2. Năng lượng trong lĩnh vực sinh hoạt 22 II.6. Quản lý năng lượng 23 II.6.1. Nguyên lý quản lý năng lượng 23 II.6.2. Xây dựng hệ thống quản lý năng lượng 23 II.7. Kiểm toán năng lượng 24 Chương II 25 SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG 25 TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ 25 I. Hệ thống điện 25 I.1. Lợi ích kinh tế và kỹ thuật của hệ thống điện quốc gia 26 I.2. Vận hành kinh tế của hệ thống điện 26 II. Hệ thống truyền tải điện 27 II.1. Đồ thị phụ tải của hệ thống 27 II.2. Điều độ hệ thống điện 30 III. Hệ thống cung cấp điện 31 III.1. Chất lượng điện năng 31 III.2. Tổn hao trong HTĐ và các biện pháp giảm tổn hao công suất và tổn hao điện áp 32 III.3. Nâng cao hệ số công suất 33 III.4. Biện pháp tiết kiệm điện năng trong phụ tải có đặc tính phi tuyến 37 III.4.1 Bộ bù động 37 III.4.2 Bộ lọc điều hòa bậc ba 39 III.4.3 Nâng cao chất lượng điện áp và tiết kiệm điện bằng bộ bù tĩnh trong thời gian thực 41 III.5. Quản lý nhu cầu điện năng DSM (Demand Side Management) 42 III.6. Tiết kiệm điện năng trong thiết kế chế tạo, lắp đặt, vận hành sử dụng thiết bị điện công nghiệp 45 III.6.1. Máy biến áp (MBA) 45 III.6.2. Động cơ không đồng bộ 50 III.6.3. Máy điện một chiều 60 III.6.4 Máy điện đồng bộ 64 Chương III 67 CHIẾU SÁNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ 67 I. Tổng quan về chiếu sáng 67 II. Các loại đèn thường dùng: 67 III. Các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho chiếu sáng 70 III.1 Lựa chọn đèn có hiệu suất năng lượng cao 70 III.2. Sử dụng bộ đèn và phương pháp chiếu sáng thích hợp 71 III.3. Chiếu sáng đường giao thông 73 III.4. Sử dụng chấn lưu điện từ tổn hao thấp và chấn lưu điện tử 73 III.5. Sử dụng ánh sáng tự nhiên 75 IV. Điều khiển hệ thống chiếu sáng để tiết kiệm năng lượng 78 IV.1. Đại cương về điều khiển chiếu sáng 78 IV.2. Các phuơng pháp điều khiển chiếu sáng để tiết kiệm năng lượng 78 IV.2.1. Sử dụng bộ cảm biến 80 IV.2.2. Sử dụng bộ thời gian 83 IV.2.3. Sử dụng bộ vi điều khiển và bộ logic khả trình PLC 84

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU

Trong cuộc sống ngày nay, năng lượng là yếu tố quyết định trong mọiquá trình sản xuất, lao động cũng như sinh hoạt của con người Từ côngnghiệp, nông nghiệp, dịch vụ thậm chí đến nghiên cứu khoa học, khám pháthiên nhiên đều cần năng lượng, đặc biệt là năng lượng điện

Điện năng là nguồn năng lượng cực kỳ quý báu cho sản xuất và đờisống Chúng ta đều biết tại các nhà máy, chi phí điện năng chiếm một tỉ lệrất lớn Vì thế, việc tìm ra những giải pháp tiết kiệm năng lượng là điều quantâm hàng đầu của các nhà sản xuất nhằm giảm chi phí, giảm giá thành vànâng cao được tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường Đồng thời, việcnày cũng giúp giảm được sự tiêu tốn tài nguyên thiên nhiên, góp phần tíchcực vào việc bảo vệ môi trường

Được sự giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo Lê Văn Doanhcùng các thầy cô trong khoa công nghệ trường Đại học Qui Nhơn, em đãhoàn thành đề tài “ Các giải pháp tiết kiệm điện năng ”

Nội dung của đề tài gồm có 3 chương:

Chương I : Năng lượng trong sản xuất và trong đời sống

Chương II : Sử dụng điện năng tiết kiệm và hiệu quả

Chương III : Chiếu Sáng tiết kiệm và hiệu quả.

Do thời gian có hạn, kiến thức bản thân còn hạn chế, hiểu biết thực tếcòn ít nên trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp em còn một số sai sót

Em kính mong nhận được sự thông cảm, chỉ bảo và giúp đỡ của các thầy côgiáo và các bạn để đề tài này hoàn thành tốt hơn

Qua đây em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô trong

khoa, các thầy cô đã từng giảng dạy và đặc biệt là thầy Lê Văn Doanh đã

giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Quy Nhơn, Tháng 6 Năm 2009

Sinh viên thực hiện

Phan Hồ Mỹ

Chương INĂNG LƯỢNG TRONG SẢN XUẤT

VÀ TRONG ĐỜI SỐNG

I Tình hình sản xuất điện trên thế giới

Điện năng trên thế giới được sản xuất từ nhiều nguồn nhiên liệu khácnhau Trong đó nhiên liệu hóa thạch chiếm 64%, năng lượng hạt nhân chiếm17%, thủy điện chiếm 18%, năng lượng tái tạo chiếm 1% như hình 1.1

Hình 1.1 Sản xuất điện năng toàn cầuTình hình sản xuất điện trên thế giới năm 2005 được biểu diễn trênbiểu đồ hình 1.2 Trong tổng số 16100 TWh thì thủy điện chiếm 15,5%,điện nguyên tử chiếm 14%, năng lượng tái tạo (không kể thủy điện truyềnthống) chiếm 3,1 % còn lại là nhiệt điện than và dầu khí

Năng lượng hạt nhân 17%

Nhiên liệu hóa thạch 64%

Năng lượng tái tạo 1%

Thủy điện 18%

Hình 1.2 Tình hình sản xuất điện trên thế giới năm 2005

Sản xuất điện năm 2007 của các nước công nghiệp hàng đầu được nêutrong bảng sau:

Bảng 1.1 Sản xuất điện năm 2007 của các nước công nghiệp hàng đầu

II Tình hình khai thác và sử dụng năng lượng ở Việt Nam

II.1 Tổng quan về năng lượng Việt Nam

Việt Nam đã và đang khai thác các dạng năng lượng sơ cấp: than, dầu

Oil Equivalent – tấn dầu tương đương) Đến năm 2003 đã là 35,1 triệu TOE.Nguồn năng lượng mới và tái tạo như năng lượng mặt trời, gió, địa nhiệt đang sử dụng như là một bước thử nghiệm Theo tổng hợp của chương trìnhKHCN-09 (12/2001) thì trữ lượng nguồn năng lượng sơ cấp ở Việt Namđược cho trong bảng 1.2.

Bảng 1.2 Tiềm năng năng lượng sơ cấp của Việt Nam

MW

Để phục vụ phát triển kinh tế ngành năng lượng Việt Nam tăng trưởngvới tốc độ cao trong giai đoạn gần đây trong tất cả các lĩnh vực: khảo sátthăm dò, khai thác nguồn, truyền tải phân phối, xuất, nhập khẩu năng lượng.Tuy nhiên vẫn tồn tại nhiều vấn đề yếu kém trong ngành năng lượng là:

• Năng lực sản xuất còn thấp, còn tồn tại nhiều công nghệ cũ, lạc hậu,hiệu suất sử dụng thấp

• Gây ô nhiễm môi trường

• Hiệu quả kinh doanh của ngành thấp

• Giá năng lượng cố định không thích hợp

• Đầu tư cho ngành năng lượng còn thấp so với yêu cầu, thủ tục đầu tưrườm rà

Sản xuất than tăng từ 7,82 triệu tấn năm 1995 lên 45,84 triệu tấn năm

2006 với tốc độ tăng trưởng bình quân hàng năm là 17,4%, xuất khẩu than

tăng 23,9% Từ năm 2007 chính phủ hạn chế xuất khẩu than nên sản xuấtthan năm 2008 có xu hướng giảm Bảng 1.3 nêu tình hình sản xuất than giaiđoạn 2000-2008.

Bảng 1.3 Tình hình sản xuất than Việt Nam giai đoạn 2000-2008

Theo Văn phòng tiết kiệm năng lượng Bộ Công Thương

Dầu khí tăng trưởng với tốc độ nhanh và được cho trong bảng 1.4

Bảng 1.4 Tình hình khai thác và sử dụng dầu khí Việt Nam

Theo Văn phòng tiết kiệm năng lượng Bộ Công Thương

và được cho trong bảng 1.5 sau đây:

Bảng 1.5 Tình hình sản xuất điện năng Việt Nam

giá vào khoảng 800-1400 kWh/m3 năm, tại các hải đảo, từ 500-1000kWh/m2 năm tại các vùng duyên hải và Tây Nguyên.

II.2 Tác động của việc sử dụng năng lượng đến môi trường

Việc gia tăng mức độ sử dụng năng lượng, luôn kèm theo nguy cơ gây

ô nhiễm môi trường tại khu vực hoạt động năng lượng và góp phần làm suygiảm chất lượng môi trường toàn cầu Hơn 80% nguồn năng lượng sử dụngcủa nước ta là nhiên liệu hoá thạch, nhiên liệu có nguồn gốc hữu cơ Quátrình cháy của nhiên liệu hóa thạch tạo nên điôxit cácbon CO2 và mêtan CH4

cả hai là chất khí gây hiệu ứng nhà kính là nguyên nhân thay đổi khí hậu vàlàm nóng toàn cầu.Việc sử dụng năng lượng đóng góp khoảng 25% lượngphát thải CO2 và khoảng 15% tổng lượng khí nhà kính sinh ra do hoạt độngcủa con người Quá trình cháy nhiên liệu nói riêng và hoạt động năng lượngnói chung là nhân tố quan trọng gây ô nhiễm môi trường

Theo thống kê trong số các chất khí gây hiệu ứng nhà kính CO2 chiếm54%, mêtan 12%, ôzon 7% Than là nhiên liệu phát thải CO2 nhiều nhất,trung bình 1 kg than phát thải 1,83 kg CO2 Như vậy các nhà máy nhiệt điệnthan trên thế giới hàng năm tạo nên 3,7 tỷ tấn cácbon điôxit (CO2), 10000tấn sunfua điôxit (SO2) - nguyên nhân chính gây mưa axit, 10200 tấn NOx

• Xăng phát thải 2,22 kg CO2/lít nhiên liệu

• Dầu điêzen phát thải 2,68 kg CO2/lít nhiên liệu

• Khí hóa lỏng phát thải 1,66 kg CO2/lít nhiên liệu

Các nguồn năng lượng hoá thạch phát thải tro bụi chứa thủy ngân,uranium, thorium, asen và các kim loại nặng khác là nguyên nhân gây ungthư và các bệnh hô hấp Ngoài ra việc sử dụng năng lượng còn gây ô nhiễmmôi trường nước thải, gây tiếng ồn

Ở Việt Nam theo số liệu của Tổng cục khí tượng thủy văn trong vòng

50 năm qua nhiệt độ trung bình tăng 0,70C, mực nước biển tăng 20cm,

nhiều khu vực bị khô hạn trong khi đó thiên tai lụt lội với cường độ ngàycàng tăng.

II.3 Chính sách năng lượng của Việt nam

II.3.1 Quan điểm và chính sách năng lượng

Quan điểm và chính sách năng lượng của Việt nam dựa trên sự hàihòa giữa hiệu quả kinh tế, an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường Cụ thểlà:

1 Khai thác đa dạng, hợp lý và có hiệu quả nguồn tài nguyên trongnước, kết hợp với xuất nhập khẩu hợp lý trên cơ sở giảm dần, tiến đến khôngxuất khẩu nhiên liệu sơ cấp, đáp ứng nhu cầu năng lượng cho phát triển kinh

tế xã hội, bảo tồn nhiên liệu và đảm bảo an ninh năng lượng cho tương lai

2 Phát triển các công trình mới đồng thời với việc cải tạo nâng cấpcác công trinh cũ Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong các khâu

từ sản xuất, truyền tải, chế biến và sử dụng năng lượng

3 Phát triển năng lượng đi đôi với bảo tồn tài nguyên, bảo vệ môitrường sinh thái Đảm bảo phát triển bền vững ngành năng lượng

4 Từng bước hình thành thị trường cạnh tranh, đa dạng hóa phươngthức đầu tư và kinh doanh ngành năng lượng Nhà nước chỉ độc quyềnnhững khâu then chốt để đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia

5 Đẩy mạnh chương trình năng lượng nông thôn Nghiên cứu pháttriển các dạng năng lượng mới và tái tạo để đáp ứng cho nhu cầu sử dụngnăng lượng, đặc biệt đối với các hải đảo, vùng sâu, vùng xa

6 Phát triển nhanh ngành năng lượng theo hướng đồng bộ, hiệu quả,trên cơ sở phát huy nguồn nội lực, kết hợp với hợp tác quốc tế

7 Phát triển dựa trên cơ sở sử dụng hợp lý, có hiệu quả nguồn tàinguyên năng lượng mỗi miền, đảm bảo cung cấp đầy đủ, liên tục, an toàncho nhu cầu năng lượng của tất cả các vùng trong toàn quốc

8 Khuyến khích các thành phần kinh tế tham gia phát triển nguồnđiện trên cơ sở tiềm năng năng lượng sẵn có của Việt Nam, hạn chế phụthuộc vào năng lượng nhập khẩu.

II.3.2 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là sử dụng năng lượng mộtcách hợp lý, nhằm giảm mức tiêu thụ năng lượng, giảm chi phí năng lượngcho hoạt động của các phương tiện, thiết bị sử dụng năng lượng mà vẫn đảmbảo nhu cầu năng lượng cần thiết cho các quá trình sản xuất, dịch vụ và sinhhoạt

Việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả có ý nghĩa rất quantrọng trong quá trình phát triển năng lượng Thực hiện tốt công tác này sẽgóp phần đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng ngày một cao hơn của nềnkinh tế quốc dân, đồng thời bảo vệ được môi trường Khai thác hợp lý cácnguồn tài nguyên năng lượng giúp tiết kiệm ngoại tệ, phát triển kinh tế –xãhội một cách bền vững

Tính toán cho thấy nếu giảm hệ số đàn hồi (tỷ số giữa tốc độ tăng tiêuthụ năng lượng/ tốc độ tăng trưởng GDP trong cùng giai đoạn) từ 1,46 hiệnnay xuống 0,9 vào năm 2010, và 0,8 vào năm 2020 và các năm sau thì cóthể tiết kiệm được khoảng 1 triệu TOE, tương đương với khoảng 250 triệuUSD vào năm 2010 và 2 triệu TOE khoảng 500 triệu USD vào năm 2020

Mục tiêu giảm hệ số đàn hồi trước hết là nhằm vào công nghiệp vàgiao thông vận tải - hai ngành tiêu thụ năng lượng chính (chiếm khoảng 38%

và 35% nhu cầu năng lượng), tiếp đến là ngành thương mại, dịch vụ và dândụng Biện pháp thực hiện đối với các ngành như sau:

Đối với các doanh nghiệp sản xuất công nghiệp:

- Thực hiện các biện pháp công nghệ, cải tiến quản lý sửa chữaphục hồi cải tiến thiết bị

- Đổi mới nâng cấp thiết bị thay thế các thiết bị có hiệu suất thấpđổi mới công nghệ, sử dụng thiết bị hiện đại có hiệu suất năng lượng cao

- Thực hiện các giải pháp khoa học và công nghệ nhằm thiết kếchế tạo các trang thiết bị và phương tiện sử dụng năng lượng.

- Xây dựng mô hình quản lý sử dụng năng lượng tiết kiệm vàhiệu quả trong doanh nghiệp

Đối với nghành giao thông vận tải:

- Sử dụng có hiệu quả mạng lưới đường bộ, đường sắt, đườngthủy, đường hảng không; khai thác tối đa năng lực của phương tiện, thiết bị;giảm thiểu lượng nhiên liệu tiêu thụ, hạn chế lượng phát thải vào môitrường

- Tăng cường vận tải hành khách và hàng hóa bằng đường sắtthay cho đường bộ

- Nghiên cứu phát triển hệ thống tàu điện ngầm tại Hà Nội vàthành phố Hồ Chí Minh

- Tăng cường sử dụng các loại xe có hiệu suất năng lượng cao,loại bỏ các phương tiện cũ và hiệu suất thấp

- Xây dựng quy hoạch giao thông trong các thành phố và quốcgia để xác định các tuyến vận tải hơp lý

- Đầu tư để phát triển hệ thông phân phối và phương tiện sử dụngkhí hoá lỏng

Đối với nghành chiếu sáng:

- Thực hiện tốt chương trình quốc gia Chiếu sáng tiết kiệm vàhiệu quả

- Xây dựng hệ thống mới, cải tạo hệ thống chiếu sáng cũ, giatăng chất lượng chiếu sáng đồng thời tìm cách giảm nhu cầu năng lượng chochiếu sáng

- Thực hiện các hoạt động chuyển giao kỹ thuật sẽ hỗ trợ ngànhchiếu sáng Việt Nam để đáp ứng những thị trường mới

- Nâng cao chất lượng thiết kế và lắp đặt các thiết bị chiếu sáng.Hơn 10 năm qua, cường độ năng lượng của Việt Nam không ngừngtăng lên, trong khi cường độ năng lượng của các nước phát triển giảmxuống Do đó cần phải sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm và hiệu quả

Giảm tiêu thụ năng lượng thông qua chính sách sử dụng năng lượng tiếtkiệm và hiệu quả sẽ giảm gánh nặng về nhập khẩu năng lượng, giảm sức épvốn đầu tư và tiết kiệm được ngoại tệ.

II.3.3 Các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả:

1 Tăng cường quản lý của nhà nước về sử dụng năng lượng tiết kiệm

và hiệu quả, tổ chức hệ thống quản lý về tiết kiệm năng lương

- Hoàn thiện khung pháp lý về sử dụng năng lượng tiết kiệm vàhiệu quả trong sản xuất công nghiệp, trong quản lý các công trình xây dựng,trong sinh hoạt đời sống và đối với các trang thiết bị sử dụng năng lượng

- Thành lập Ban chỉ đạo thực hiện Chương trình mục tiêu quốcgia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

- Soạn thảo, trình quốc hội thông qua luật về sử dụng năng lượngtiết kiệm và hiệu quả

2 Tăng cường giáo dục, tuyên truyền phổ biến thông tin, vận độngcộng đồng, nâng cao nhân thức, thúc đẩy sử dụng năng lượng tiết kiệm vàhiệu quả, bảo vệ môi trường

- Tuyên truyền, truyền thông, nâng cao nhận thức về sử dụngnăng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong nhân dân

- Đưa các nội dung về giáo dục sử dụng năng lượng tiết kiệm vàhiệu quả vào hệ thống giáo dục quốc gia

- Triển khai thí điểm cuộc vận động xây dựng mô hình "Sử dụngtiết kiệm điện trong gia đình"

3 Phát triển, phổ biến các tiểu chuẩn và trang thiết bị hiệu suất cao,tiết kiệm năng lượng, từng bước loại bỏ các trang thiết bị hiệu suất thấp

- Phát triển các tiểu chuẩn và tem chứng nhận sản phẩm tiết kiệmnăng lượng cho một số sản phẩm tiết kiệm năng lượng

- Hỗ trợ kỹ thuật đối với các nhà sản xuất trong nước tuân theocác tiêu chuẩn hiệu suất năng lượng

4 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong các doanh nghiệpsản xuất công nghiệp

- Xây dựng mô hình quản lý và sử dụng năng lượng tiết kiệm vàhiệu quả trong các doanh nghiệp.

- Hỗ trợ các doanh nghiệp sản xuất công nghiệp thực hiện nângcấp, cải tiến, hợp lý hóa dây chuyền công nghệ nhằm sử dụng năng lượngtiết kiệm và hiệu quả

5 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong các tòa nhà

- Nâng cao năng lực và triển khai hoạt động sử dụng năng lượngtiết kiệm và hiệu quả trong thiết kế xây dựn và quản lý các tòa nhà

- Xây dựng mô hình và dựa vào hoạt động có nề nếp công tácquản lý sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong các tòa nhà

6 Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong hoạt động giaothông vận tải: Khai thác tối ưu năng lực của phương tiện, thiết bị giao thông,giảm thiểu nhiên liệu tiêu thụ, hạn chế lượng phát thải vào môi trường

II.4 Năng lượng trong các quá trình công nghiệp điển hình

II.4.1 Công nghệ sản xuất xi măng

Xi măng là một sản phẩm đòi hỏi tiêu phí nhiều năng lượng Trong mộtnhà máy sản xuất xi măng, năng lượng thường chiếm khoảng 20-25% tổnggiá thành sản xuất Có 4 công nghệ cơ bản sản xuất xi măng:

• Công nghệ ướt: Nguyên liệu thô hòa trộn với 30-40 % nước và đượcnung trong lò Công nghệ ướt tiêu tốn nhiều năng lượng hơn các côngnghệ khác

• Công nghệ bán ướt: Nguyên liệu thô được chuẩn bị theo công nghệướt sau đó được sấy và cấp vào lò dưới dạng hạt nhỏ thành một khốikhô

• Công nghệ bán khô: Nguyên liệu được nghiền theo quy trình khô vàthêm khoảng 12-12 % nước

• Công nghệ khô là công nghệ của các lò nung hiện đại trong đó nguyênliệu cấp dưới dạng bột khô

Hình 1.3 Lò nung xi măngQuá trình sản xuất xi măng sử dụng hai dạng năng lượng sơ cấp: nhiệtnăng dùng nhiên liệu than hoặc khí đốt và năng lượng cơ được truyền độngbằng điện Nhiệt năng chiếm khoảng 87% tổng năng lượng Hai cụm tiêu thụnăng lượng nhiều nhất trong quá trình sản xuất xi măng là quá trình sản xuấtclinker và quá trình nghiền Tiêu thụ năng lượng điển hình cho sản xuất ximăng được cho trong bảng 1.6.

Bảng 1.6 Tiêu thụ điện và nhiệt năng cho công nghệ sản xuất xi măng

Công nghệ Nhiệt năng (GJ/ tấn) Điện năng (kWh/tấn)

Các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong sản xuất xi măng:

Giải pháp dài hạn và trung hạn: chuyển từ công nghệ cũ sang côngnghệ mới hoặc công nghệ có hiệu suất cao, tái sử dụng nguyên liệu và nhiệtthải Hệ thống lọc bụi tốt giảm tổn thất nguyên liệu Mỗi phần trăm nguyênliệu tổn thất sẽ tiêu thụ năng lượng thêm 42 MJ/ tấn clinker Các ước lượng

sự tiết kiệm năng lượng theo sự thay đổi công nghệ được cho trong bảng 1.7

Bảng 1.7 Tiết kiệm năng lượng theo sự thay đổi công nghệ

Hoạt động Công nghệ cũ Công nghệ mới Tiết kiệm năng

lượng (lần)Thay thế ướt Khô với gia nhiệt sơ bộ 1,8-5,0Chuyển đổi ướt Khô với gia nhiệt sơ bộ 1,8-4,0

Thay thế ướt bán ướt với gia nhiệt sơ

Giải pháp ngắn hạn:

• Kiểm soát không khí cháy (giảm 10% hệ số không khí thừa có thể tiếtkiệm được 35-85 MJ/tấn clinker)

• Tăng cường cách nhiệt của lò nung

• Kiểm soát các thành phần cấu tạo của nguyên liệu thô

• Bịt kín không cho không khí lọt vào

• Vận hành đảm bảo lò làm việc liên tục

Các giải pháp ngắn hạn có thể tiết kiệm 10-15% năng lượng

II.4.2 Công nghệ sản xuất gạch, gốm sứ

Nguyên liệu thô dùng làm gốm sứ chủ yếu là cao lanh, đất sét và các chất phụ gia

Trong công nghệ gốm sứ sử dụng hai dạng năng lượng là điện vànhiệt Điện năng sử dụng cho truyền động cho các máy nghiền, trộn, bơmquạt và thắp sáng Nhiệt năng dùng cho sấy và nung trong đó nhiệt năngchiếm phần lớn Công đoạn nung tiêu tốn nhiệt năng nhiều nhất nên cần tậptrung cải tiến trong giai đoạn này Chi phí năng lượng thường chiếm từ 15-20% giá thành

Trong công nghệ sản xuất gạch năng lượng được sử dụng trong haicông đoạn:

• Đùn ép, chế biến gạch mộc Các máy đùn ép thường chạy bằng máy

nổ 12-16 V hoặc động cơ điện không đồng bộ công suất dưới 15 kWlàm việc với tải cực đại

• Nung đốt trong lò theo kiểu gián đoạn Đây là công đoạn tiêu tốn nănglượng nhiều nhất và khí thải ảnh hưởng lớn đến môi trường Với côngnghệ đốt truyền thống các mẻ đốt kéo dài và không sử dụng đượcnhiệt thừa của khói thải và của gạch đã nung trong giai đoạn nguộikhiến cho tiêu hao năng lượng lớn

Các biện pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong côngnghiệp gốm sứ được cho trong bảng 1.8 sau đây:

Bảng 1.8 Các biện pháp tiết kiệm năng lượng cho ngành gốm sứ

Biện pháp Quá trình sấy Quá trình nung

-Khống chế nhiệt độ khói thải

-Hạn chế rò rỉ khí nóng và lọt khí lạnh

-Hiệu chỉnh lượng không khí đốt

-Giám sát quá trình nung, điều chỉnh tốc độ nạp phôi

2 Cải tiến

thiết bị

- Cách nhiệt tường lò

- Nên chuyển sang dạng lò nung liên tục

- Nên lắp đặt tthiết bị thu hồi nhiệt khói thải

Nguyên liệu đầu vào chủ yếu của ngành giấy là gỗ, tre, nứa, bã mía,rơm… Các công đoạn sản xuất giấy và năng lượng tiêu thụ được cho trongbảng 1.9.

Bảng 1.9 Các công đoạn sản xuất giấy và năng lượng tiêu thụ

Công đoạn Nhiệt năng tiêu thụ

Những biện pháp tiết kiệm năng lượng trong công nghệ giấy:

Giải pháp thu hồi vốn nhanh với mức tiết kiệm khoảng 5% lượng hơi tiêuthụ mà không cần đầu tư, hoặc đầu tư ít

• Điều khiển chính xác thiết bị bốc hơi và nồi nấu

• Điều khiển chính xác tiêu thụ nước

• Tái sử dụng nước trắng và quản lý tốt sử dụng nước nóng

• Tăng công suất thiết bị bốc hơi

Giải pháp có thời gian thu hồi vốn ngắn hạn dưới 2 năm có thể giảm tiêuthụ 5-10% hơi liên quan đến tận dụng nhiệt có nhiệt độ cao để tận dụng lòhơi:

• Thu hồi nhiệt từ nước ngưng của thiết bị bốc hơi, nhiệt thải của thiết

bị tẩy trắng, nước xả đáy lò hơi, khói lò hơi

Giải pháp tiết kiệm năng lượng có thời gian thu hồi vốn trung bình từ 2-4năm cho phép giảm tiêu thụ 10-15% hơi đi kèm với việc thiết kế lại hệ thốngtrao đổi nhiệt:

• Tận dụng nhiệt của quá trình công nghệ, của nồi nấu, của lò hơi

• Thiết kế lại phần trao đổi nhiệt thiết bị bốc hơi.

Giải pháp tiết kiệm năng lượng có thời gian thu hồi vốn từ 4-6 năm chophép tiết kiệm 25 % năng lượng:

• Đầu tư hệ thống đồng phát nhiệt điện

• Tăng cường hiệu quả của thiết bị bốc hơi

• Thu hồi nhiệt khí thải

• Tận dụng nhiệt của nồi tinh chế

II.4.4 Công nghệ sản xuất thép

Ngành công nghiệp sắt thép tiêu tốn rất nhiều năng lượng, chiếm khoảng20-45% tổng yêu cầu năng lượng công nghiệp Dựa vào nguyên liệu thô vàquá trình chế biến có thể chia các nhà máy luyện thép gồm 4 công đoạnchính:

• Cốc hóa than

• Sản xuất gang

• Chuyển hóa gang thành thép

• Đúc khuôn và hoàn thiện

Thường sử dụng các loại lò sau:

• Lò thổi và lò đáy mở (blast furnace and open hearth furnace)

• Lò thổi luyện ôxi cơ bản (blast furnace and basic oxygen furnace)

• Lò khử trực tiếp và hồ quang (direct reduction and electric arc

Hình 1.4 Lò luyện thépViệc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là mở rộng việc sử dụngnăng lượng phụ và giảm thiểu nhu cầu về các nguồn năng lượng chính.Những yếu tố ảnh hưởng đến tiêu thụ năng lượng trong nhà máy thép liênhợp điển hình:

• Tập huấn vận hành những trang thiết bị đòi hỏi sử dụng nhiều nănglượng

• Tắt các động cơ và thiết bị nhiệt khi không sử dụng

Việc đầu tư mức thấp bao gồm:

• Tăng cường sử dụng thép viên nhỏ trong lò cao Năng lượng tiết kiệm1,15 GJ/tấn thép

• Sử dụng than cốc có hàm lượng lưu huỳnh và tro ít hơn

• Tăng dung tích lò

• Tăng cường sử dụng cảm ứng nhiệt với những thanh thép Năng lượngtiết kiệm 1,37GJ/tấn thép

• Cải tạo cách nhiệt của lò và đường hơi

• Giảm hệ số không khí thừa, sử dụng cảm biến ôxi

Đối với giải pháp trung hạn cần chuyển sang công nghệ mới hiệu quảhơn

Giải pháp dài hạn là sản xuất thép trực tiếp, quặng sắt được biến đổithành thép bằng một phản ứng đơn giản Quá trình này dễ điều khiển, giảmthời gian chuyển đổi và ít gây ảnh hưởng với môi trường.

Chương trình quản lý năng lượng cần thiết lập một trung tâm năng lượng

để giám sát điều kiện vận hành của năng lượng tiêu thụ, sản xuất và phânphối, cải thiện vận hành bằng cách sử dụng tối đa sản phẩm phụ, ổn địnhnguồn cung cấp

II.4.5 Công nghệ thực phẩm

Công nghiệp thực phẩm bao gồm nhiều lĩnh vực rất đa dạng:

• Xay sát và bảo quản chế và chế biến lương thực

• Công nghệ sản xuất đồ hộp

• Công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm sữa

• Công nghệ chế biến rượu, bia, đồ uống…

Việc chế biến thực phẩm có nhiều tiềm năng tiết kiệm năng lượng như

sử dụng nhiệt phục vụ cho việc sấy, nấu, cô đặc, làm lạnh, dung hơi nướccho các quá trình Các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong nghành côngnghiệp thực phẩm phụ thuộc vào dây chuyền cụ thể Đó là các biện pháptổng hợp về hệ thống cơ điện, nhiệt, chiếu sáng Sau đây là một số biện phápquan trọng:

• Đối với hệ thống hơi cần đảm bảo áp suất hơi phù hợp

• Hệ thống truyền dẫn cần đảm bảo bảo ôn tốt

• Có thu hồi nước ngưng

• Hiệu suất của lò hơi

II.4.6 Năng lượng trong giao thông vận tải

Ở Việt nam theo Tổng cục Thống kê, từ 1990 đến 2005, lượng hàngluân chuyển tăng 9,4% mỗi năm, cao hơn tăng trưởng trung bình của tổngsản lượng quốc nội chừng 1,5% (hình 1.5)

Theo TCTK, 2005

H×nh 1.5 ThÞ phÇn vµ t¨ng trëng nh÷ng ph¬ng tiÖn giao th«ng vËn t¶i

Những thống kê chi tiết cho thấy, trái với xu hướng các nước côngnghiệp tiên tiến đang tìm cách giảm tỷ số lượng hang vận chuyển bằngđường bộ ngành đường sắt và đường song gia tăng ít hơn tăng trưởng củatổng sản phẩm quốc nội

Ngành hàng hải chỉ tăng 10% mỗi năm ít hơn tăng trưởng 14% mỗinăm của ngoại thương mà hàng ngoại thương thì chủ yếu được luân chuyểnbằng đường biển

Tỷ lệ tăng trưởng nhanh của ngành hang không ít có ý nghĩa vì lượnghàng luân chuyển bằng phương tiện này không đáng kể tuy nhiên cũng giatăng nhu cầu năng lương

Chính sách đô thị với nhiều cao ốc và trung tâm thương mại gây ratiêu thụ năng lượng và ùn tắc giao thong Ùn tắc giao thong gây lãng phínhiên liệu một cách vô ích và làm tăng ô nhiễm môi trường

II.5 Năng lượng trong đời sống

II.5.1 Năng lượng trong ngành xây dựng

Theo Bộ Xây dựng tốc độ tăng trưởng của ngành là từ 12-16% mỗinăm và tiêu thụ khoảng 20-24% tổng năng lượng quốc gia Vấn đề tiết kiệm

và sử dụng có hiệu quả nguyên nhiên liệu đầu vào và năng lượng có ý nghĩaquan trọng trong việc giảm giá thành và nâng cao sức cạnh tranh của cácdoanh nghiệp

Công tác xây dựng không tuân thủ quy tắc kiến trúc khí hậu sinh hoạttruyền thống, cách nhiệt không tốt, kém thông thoáng, không che chắn trực

xạ gây lãng phí năng lượng để đảm bảo tiện nghi tối thiểu Để khắc phụctình trạng này cần thực hiện các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm vàhiệu quả sau đây:

- Tận dụng các điều kiện tự nhiên hoặc các giải pháp cấu tạo kiến trúc

thích hợp nhằm giảm tiêu hao năng lượng cho chiếu sáng, thông gió, làmmát, và sưởi ấm

- Sử dụng các vật liệu cách nhiệt được sản xuất theo tiêu chuẩn tiết

kiệm năng lượng để hạn chế việc truyền nhiệt qua tường, cửa ra vào và cửasổ

- Sử dụng các thiết bị được chế tạo theo tiêu chuẩn tiết kiệm năng

lượng để lắp đặt trong tòa nhà

- Bố trí các trang thiết bị nhằm đạt được hiểu quả cao theo hướng tiết

kiệm năng lượng

II.5.2 Năng lượng trong lĩnh vực sinh hoạt

Trong khu vực sinh hoạt tiềm năng tiết kiệm năng lượng còn rất lớn.Đặc biệt đối với khu vực hành chính công, cần tăng cường tuyên truyền và

có biện pháp khoán gọn tiêu thụ điện trong khu vực hành chính công Giảipháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong sinh hoạt là:

- Sử dụng các trang thiết bị có hiệu suất cao thay thế trang thiết bị có

chỉ tiêu năng lượng lạc hậu, nhằm giảm chi phí năng lượng và góp phần thựchiện chính sách tiết kiệm năng lượng của nhà nước

- Áp dụng chính sách giá năng lượng hợp lý trong sinh hoạt nhằm

thúc đẩy việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

- Áp dụng các chỉ dẫn của Bộ Xây dựng về sử dụng các vật liệu xây

dựng và các trang thiết bị sử dụng nhiều năng lương như: máy điều hòakhông khí, các thiết bị cơ khí dùng cho mục đích thông gió, thiết bị chiếusáng, thiết bị cùng cấp nước nóng, thang máy lắp đặt trong nhà ở để đạtmục đích sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả

- Hạn chế tối đa sử dụng các thiết bị điện công suất lớn vào các giờ

cao điểm của biểu đồ phụ tải hệ thống điện

II.6 Quản lý năng lượng

II.6.1 Nguyên lý quản lý năng lượng

Quản lý năng lượng bền vững là quá trình quản lý năng lượng tại công

ty nhằm đảm bảo năng lượng được sử dụng một cách hiệu quả

Hệ thống quản lý năng lượng bền vững mang lại hiệu quả sau:

• Giảm chi phí vận hành và bảo dưỡng

• Quản lý giá năng lượng một cách hệ thống và làm giảm giá thành sảnphẩm

• Tăng cường tính đảm bảo liên tục của hệ thống sản xuất

• Xây dựng được quy trình kiểm soát, hỗ trợ các hoạt động chất lượngkhác của công ty như ISO, Bảo dưỡng sản xuất tổng thể TPM (TotalProductive Maintenance), Quản lý chất lượng tổng thể TQM (TotalQuality Management)…

Đồng thời phải khắc phục việc sử dụng năng lượng kém hiệu quả là donhiều rào cản về nhận thức và công nghệ:

• Ý thức và thói quen bao cấp và bù giá về năng lượng, biểu giá nănglượng cố định hoặc ít thay đổi trong thời gian dài

• Không nhận thức đúng về vai trò của năng lượng trong hệ thống sảnxuất

• Thiếu hiểu biết về các khả năng tiết kiệm năng lượng, thiếu thông tin

về thiết bị mới

• Chỉ tập trung vào sản lượng, tốc độ sản xuất, ít quan tâm đến chi phívận hành

• Không chịu cải tiến đổi mới công nghệ

II.6.2 Xây dựng hệ thống quản lý năng lượng

Lộ trình xây dựng hệ thống quản lý năng lượng bền vững gồm 4 bước:

• Đánh giá hiện trạng quản lý năng lượng

• Thành lập ban quản lý năng lượng có trách nhiệm xây dựng và quản

lý các hoạt động của hệ thống tuân theo quy trình đã được thống nhất

• Thực hiện các biện pháp tiết kiệm năng lượng:

• Tích hợp hệ thống quản lý năng lượng và các hệ thống quản lý khác

II.7 Kiểm toán năng lượng

Kiểm toán năng lượng là quá trình khảo sát, phân tích và đánh giá

thực trạng các hoạt động tiêu thụ năng lượng nhằm xác định mức tiêu thụnăng lượng của đơn vị kinh doanh dịch vụ, các nhà máy sản xuất hay hộ giađình, đồng thời tìm ra các lĩnh vực sử dụng năng lượng lãng phí, đưa ra các

cơ hội bảo tồn năng lượng và biện pháp mang lại tiết kiệm năng lượng

Kiểm toán năng lượng là một trong những chương trình thực hiện sửdụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả của quốc gia nhằm mục đích:

- Đánh giá được tình hình sử dụng năng lượng của đơn vị trong hiện tại

- Từ các phân tích về thực trạng sử dụng năng lượng ta có thể nhận

biết được các cơ hội bảo tồn năng lượng và tiềm năng tiết kiệm chi phí trong

hệ thống sử dụng năng lượng dựa trên thực trạng sử dụng năng lượng củađơn vị

- Kiểm tra tổng thể đơn vị, đồng thời kiểm tra chi tiết các hệ thống

tiêu thụ năng lượng và các bộ phận liên quan để xác định tiềm năng tiết kiệmchi phí năng lượng

- Sau khi phân tích số liệu về khía cạnh tiêu thụ năng lượng của đơn

vị, ta sẽ đánh giá về cả mặt kỷ thuật và mặt kinh tế của các cơ hội bảo tồnnăng lượng và tiềm năng tiết kiệm chi phí trong hệ thống sử dụng nănglượng thông qua các chỉ tiêu kinh tế kỷ thuật

- Đưa ra các giải pháp nhằm mang lại tiết kiệm chi phí sử dụng năng

lượng cho

Chương II

SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG

TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ

I Hệ thống điện

Hệ thống điện (HTĐ) bao gồm các nhà máy điện, đường dây truyền tải

và phân phối đảm bảo cung cấp điện năng an toàn và liên tục và ổn định đếncác hộ tiêu thụ Đối với HTĐ vấn đề tiết kiệm và hiệu quả phải được quánxuyến thường xuyên trong mọi khâu từ thiết kế, lắp đặt, vận hành sử dụng,quản lý và bảo dưỡng Tối ưu hóa một hệ thống lớn như HTĐ đòi hỏi nhữngcông cụ và phương pháp nghiên cứu mới

Điện năng có những đặc điểm quan trọng:

• Điện năng có thể sản xuất tập trung với công suất lớn trong các nhàmáy điện

• Điện năng dễ dàng truyền tải đi xa hàng ngàn kilômét với hiệu suấtcao nhờ hệ thống truyền tải và phân phối điện

• Điện năng dễ dàng biến đổi thành các dạng năng lượng khác với hiệusuất cao

• Dễ dàng tự đông hóa và điều khiển từ xa

I.1 Lợi ích kinh tế và kỹ thuật của hệ thống điện quốc gia

Các nhà máy điện của mỗi quốc gia và của cả nhiều khu vực lớn trên thếgiới đều được vận hành song song, nối thành hệ thống điện thống nhất vìnhững lý do cơ bản sau đây:

• Tăng cường tính đảm bảo, an toàn và liên tục cung cấp điện Có sự hỗtrợ về công suất trong hệ thống để đảm bảo cung cấp đủ công suất chotoàn hệ thống

• Dự trữ chung của toàn hệ thống giảm đi

• Vận hành tối ưu toàn hệ thống Trong từng thời điểm, căn cứ vào yêucầu của đồ thị phụ tải toàn hệ thống, vào chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật củatừng nhà máy, các nhà máy điện tham gia vào hệ thống sẽ được vậnhành với công suất tác dụng và công suất phản kháng quy định Điềunày đảm bảo lợi ích kinh tế chung toàn hệ thống

Chẳng hạn như trong mùa mưa các nhà máy thủy điện sẽ được ưu tiênchạy hết công suất trong khi đó vào mùa khô các nhà máy nhiệt điện đảmbảo phần lớn phụ tải hệ thống Trung tâm điều độ sẽ điều khiển và giám sát

sự vận hành của từng nhà máy điện căn cứ vào chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuậtcủa từng tổ máy và nhu cầu đồ thị phụ tải của toàn hệ thống

I.2 Vận hành kinh tế của hệ thống điện

Để giảm chi phí vận hành cho toàn HTĐ cần triệt để sử dụng nguồnnước của thủy điện, giảm thiểu nước xả không qua tuabin

Để giảm thiểu chi phí sản xuất trong ngày – đêm các nhà máy nhiệtđiện phải phát công suất bằng nhau trong mọi giờ vận hành nghĩa là nằmdưới đáy của đồ thị phụ tải HTĐ như hình 2.2

Hình 2.2 Phân bố công suất của các nhà máy điện trong HTĐ

Phối hợp sử dụng nước của thủy điện với sử dụng các nhà máy nhiệtđiện và phối hợp giữa các nhà máy nhiệt điện với nhau sao cho chi phí sảnxuất điện năng là nhỏ nhất

II Hệ thống truyền tải điện

Hệ thống truyền tải là khâu trung gian truyền tải điện năng từ các nhàmáy điện đến hệ thống phân phối điện Theo quy mô công suất và chiều dàitruyền tải hệ thống truyền tải gồm các trạm biến áp và đường dây có điện ápđịnh mức 500, 220,110, 35 kV Hình 2.3 là sơ đồ hệ thống truyền tải và phânphối điện

Hình 2.3 Hệ thống truyền tải và phân phối điện

II.1 Đồ thị phụ tải của hệ thống

Đặc điểm của phụ tải điện là biến thiên liên tục phụ thuộc vào nhiềuyếu tố tự nhiên (thời gian trong ngày, mùa ) cũng như yếu tố tổ chức, laođộng đối với các máy móc, thiết bị Đồ thị phụ tải rất cần thiết cho việc thiết

• Đối với công tác thiết kế cần xác định đồ thị phụ tải điển hình để lựachọn các thiết bị điện, tính toán điện năng tiêu thụ

• Đối với công tác vận hành nếu biết đồ thị phụ tải có thể xác địnhphương thức vận hành các thiết bị, phần tử trong hệ thống điện mộtcách tối ưu

• Các nhà máy phát điện cần biết đồ thị phụ tải của các hộ tiêu thụ điện

để xác định phương thức vận hành của các máy phát điện cho phù hợp vớinhu cầu của phụ tải; lập kế hoạch sản xuất nhằm cân bằng giữa công suấtphát với công suất tiêu thụ; có kế hoạch dự trữ nhiên liệu, sửa chữa, bảodưỡng định kỳ mà không gây thiếu hụt công suất và san bằng phụ tải đỉnh do

đó sẽ tiết kiệm được nhiên liệu, nâng cao hiệu suất làm việc của các nhà máygóp phần hạ giá thành điện năng

Biểu diễn sự thay đổi phụ tải theo thời gian được gọi là đồ thị phụ tải.Tùy theo yêu cầu sử dụng mà người ta xây dựng các loại đồ thị phụ tải khácnhau Phân theo đại lượng đo có: đồ thị phụ tải tác dụng P(t), đồ thị phụ tảiphản kháng Q(t), đồ thị điện năng tiêu thụ A(t) Phân theo thời thời giankhảo sát có đồ thị phụ tải hàng ngày, đồ thị phụ tải hàng tháng, đồ thị phụ tảihàng năm Ngoài ra còn có khái niệm phụ tải kéo dài trong năm

Hình 2.4 biểu diễn đồ thị phụ tải ngày (a) và đồ thị phụ tải kéo dài trongnăm (b)

Hình 2.4 a) Đồ thị phụ tải ngày b) Đồ thị phụ tải kéo dài trong năm

Sự chênh lệch giữa phụ tải lớn nhất và nhỏ nhất của đồ thị phụ tải có thểrất lớn làm cho việc vận hành hệ thống khó khăn, gây quá tải cho nguồn và

thiết bị ở giờ cao điểm và ngược lại gây tình trạng vận hành không kinh tế.

Đồ thị phụ tải còn có thể được biểu diễn dưới dạng bậc thang như hình 2.5

Hình 2.5 Đồ thị phụ tải ngày (a) và phụ tải năm (b) vẽ theo bậc thang

Ở nước ta, vào mùa khô không đủ nước cho các nhà máy thủy điệnphải cắt bớt một số tổ máy do đó một mặt phải huy động những loại nguồn

có chi phí cao như: trạm phát điện điêzel, nhà máy chạy dầu…, đồng thờiphải cắt bớt tải, trong khi vào giờ thấp điểm của mùa mưa thì mặc dù đãgiảm tải tối đa của các nhà máy nhiệt điện, các nhà máy thủy điện vẫn phải

xả nước

Lợi ích của việc nghiên cứu đồ thị phụ tải:

+ Đồ thị phụ tải hàng ngày: ta có thể biết được tình trạng làm việc của

các thiết bị Từ đó có thể định qui trình vận hành hợp lý nhất nhằm đạt được

đồ thị phụ tải tương đối bằng phẳng Như vậy sẽ đạt được mục đích vậnhành kinh tế các thiết bị điện, giảm được tổn thất trong mạng điện Đồ thịphụ tải hàng ngày cũng là tài liệu làm căn cứ để chọn thiết bị điện, tính điệnnăng tiêu thụ

+ Đồ thị phụ tải hàng tháng: ta có thể biết được nhịp độ làm việc của

hộ tiêu thụ, từ đó định ra lịch vận hành sửa chữa các thiết bị điện một cáchhợp lý, đáp ứng yêu cầu sản xuất

+ Đồ thị phụ tải hàng năm: ta biết được điện năng tiêu thụ hàng năm,thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax Những số liệu đó được dùng làmcăn cứ để chọn máy biến áp, chọn thiết bị điện, đánh giá mức độ sử dụngđiện năng và tiêu hao điện năng

+ Đồ thị phụ tải kéo dài trong năm là dữ liệu quan trọng trong tínhtoán quy hoạch hệ thống điện Trên đồ thị, Tmax là thời gian sử dụng liên tụccông suất cực đại Pmax, sao cho năng lượng được sử dụng vừa đúng bằngnăng lượng sử dụng thực tế trong năm.

Trong các sổ tay tra cứu người ta thường cho các đồ thị phụ tải hàng ngày

và hằng năm điển hình ứng với các loại hộ tiêu thụ khác nhau

II.2 Điều độ hệ thống điện

Nhiệm vụ của điều độ HTĐ là đảm bảo hệ thống vận hành an toàn liêntục và tin cậy với tổng chi phí thấp nhất

Điều độ phụ trách công việc trực tiếp điều khiển vận hành HTĐ Hình 2.6

là sơ đồ phân cấp hệ thống điều độ

Hình 2.6 Sơ đồ phân cấp điều độ HTĐĐiều độ quốc gia (còn gọi là A0) có nhiệm vụ cơ bản:

• Đảm bảo hoạt động an toàn và tin cậy cho toàn hệ thống

• Đảm bảo hiệu quả kinh tế cao nhất cho toàn hệ thống, sử dụng hợp lýcác nguồn năng lượng sơ cấp

• Điều hành chung hoạt động của toàn bộ lưới điện quốc gia, trực tiếpđiều hành các nhà máy điện lớn (lớn hơn 50 MW), đường dây và trạm

500 kV và 220 kV

• Giám sát điều hành các cấp điều độ thấp hơn

Điều độ khu vực gồm có điều độ khu vực A1 (HTĐ miền Bắc), A2 (HTĐmiền Bắc Trung Bộ), A3 (HTĐ miền Nam Trung Bộ), A4 (HTĐ Nam Bộ) Cónhiệm vụ cơ bản:

• Đảm bảo vận hành của hệ thống trong từng khu vực

• Điều hành hoạt động của lưới điện khu vực (Bắc – Trung – Nam).

• Trực tiếp điều khiển các nhà máy điện có công suất trung bình đượcphân công (lưới 110 kV – 220 kV)

• Giám sát điều hành cấp điều độ địa phương

Điều độ địa phương gồm tỉnh, thành phố, khu công nghiệp ( B1, B 2 ):điều hành hoạt động lưới phân phối, các nguồn điện nhỏ ở địa phương

III.

Hệ thống cung cấp điện

III.1 Chất lượng điện năng

Đặc điểm của điện năng là các chất lượng của nó phụ thuộc đồng thờivào việc sản xuất, truyền tải, phân phối điện, vào các nhà chế tạo thiết bị lẫnngười vận hành sử dụng

Chất lượng điện năng là chủ đề có ý nghĩa chiến lược đối với toàn xã hội,tới các nhà chế tạo, lắp đặt, vận hành sử dụng, khai thác, bảo dưỡng, quản lý

vì các lý do sau đây:

• Vai trò quan trọng của điện năng đối với sản xuất và đời sống

• Việc sử dụng ngày càng rộng rãi các phụ tải nhạy cảm với nhiễu do sựsuy giảm chất lượng điện năng như công nghệ thông tin, thiết bị đolường, điều khiển, tự động hóa, điện tử viễn thông đòi hỏi điện năngphải được cung cấp liên tục ổn định với chất lượng tốt

• Chất lượng điện suy giảm làm hiệu suất sử dụng của thiết bị thấp, tiêutốn năng lượng, giảm tuổi thọ

Theo IEC chất lượng điện năng là chỉ tiêu xác định đặc tính của nguồnkhi cung cấp liên tục cho người sử dụng với điện áp đối xứng có độ lớn, tần

số và dạng sóng quy định Trước đây với công nghệ tương tự ta chỉ quan tâmđến điện áp, tần số Sai số cho phép về độ lớn điện áp∆U< 5%, ∆f < ±0 Hz, 5 ,

Ngày nay với các thiết bị kỹ thuật số ngoài các chỉ tiêu trên còn đòi hỏicao về dạng sóng điện áp với độ méo điều hòa nhỏ hơn 5%

III.2 Tổn hao trong HTĐ và các biện pháp giảm tổn hao công suất và tổn hao điện áp

Theo thống kê các xí nghiệp công nghiệp sử dụng 70% lượng điện năngđược sản xuất ra, vì vậy sử dụng hợp lý và tiết kiệm năng lượng trong các xínghiệp công nghiệp có ý nghĩa rất lớn, vừa mang lại lợi ích cho xí nghiệp,vừa mang lại lợi chung cho toàn bộ nền kinh tế quốc dân

Việc tiết kiệm điện năng có thể thực hiện qua các khâu:

- Lựa chọn các thiết bị có hiệu suất cao đồng thời có công suất phù

hợp và đúng theo mục đích sử dụng, tránh để các thiết bị không tải hoặc non tải.

Tổn hao công suất trong các thiết bị điện chủ yếu gồm tổn hao sắt và tổnhao đồng Tổn hao sắt gần đúng bằng tổn hao không tải, không đổi; tổn haonày tuy không lớn nhưng nếu máy thường xuyên được nối điện, kể cả làmviệc không tải hoặc non tải tổn hao năng lượng sẽ lớn Chẳng hạn máy biến

áp 1000 kVA – 10/0,4kV, tổn hao P0 = 1800W, Pn= 13000W; Tổn hao nănglượng không tải trong 1 ngày đêm là 1,8 24 = 43,2 kWh Trong khi đó tổnhao đồng tỉ lệ với bình phương dòng điện

- Giảm tổn thất điện năng trong các khâu truyền tải, phân phối điện

năng

Tính chung toàn hệ thống điện khoảng 8-10% năng lượng điện được phát

ra bị tổn hao trong quá trình truyền tải, phân phối điện năng (tổn hao kỹthuật) Bảng 2.1 phân tích tổn thất điện năng trong hệ thống điện (chỉ xétđến đường dây và máy biến áp)

Bảng 2.1 Phân tích tổn thất điện năng trong HTĐ

Mạng có điện áp Tổn thất điện năng %

U = 0,1 ÷ 10 kV ( tức mạng điện trong các xí nghiệp) chiếm tới 64,4% tổng

số điện năng bị tổn thất Sở dĩ như vậy bởi vì mạng điện xí nghiệp thườngdùng điện áp tương đối thấp, đường dây lại dài phân tán đến từng phụ tảinên gây ra tổn thất điện năng lớn Vì thế việc thực hiện các biện pháp tiếtkiệm điện trong xác xí nghiệp công nghiệp có ý nghĩa rất quan trọng, khôngnhững có lợi cho bản thân các xí nghiệp, mà còn có lợi chung cho nền kinh

tế quốc dân

Tổn hao công suất trong các khâu truyền tải, phân phối điện năng đượctính bằng công thức:

∆P = 3I2.R Trong đó:

P,Q : công suất tác dụng, phản kháng truyền tải

R : điện trở đường dây

Muốn giảm tổn hao trong các khâu truyền tải, phân phối điện năng cầngiảm công suất phản kháng truyền tải bằng cách bù cosϕ, phải phân phốicông suất, chọn đường truyền, chọn điện áp hợp lý

III.3 Nâng cao hệ số công suất cos ϕ

Hệ số công suất cos ϕ là một chỉ tiêu để đánh giá xí nghiệp dùng điện cóhợp lý và tiết kiệm hay không Do đó Nhà nước đã ban hành các chính sách

để khuyến khích các xí nghiệp phấn đấu nâng cao hệ số công suất cos ϕ.Việc nâng cao hệ số công suất cos ϕ là một trong những biện pháp quantrọng để tiết kiệm điện năng

Hệ số công suất cos ϕ có ý nghĩa rất quan trọng về kinh tế và kỹ thuật

Đối với nguồn điện cos ϕ cao sẽ sử dụng tốt dung lượng của nguồn Ví

dụ máy phát điện có công suất biểu kiến định mức là Sdm = 100 MVA, nếu

ϕ

cos = 0,7 thì công suất tác dụng của máy phát là P = Sdm cos ϕ = 100.0,7 =

70 MVA, nghĩa là chỉ bằng 0,7 dung lượng định mức của nó

Đối với việc truyền tải nếu truyền tải công suất P trên đường dây thì

dòng điện trên đường dây là:

ϕ

cos

U P

I =

Ta nhận thấy cos ϕ càng cao thì dòng điện trên đường dây càng giảm do

đó có thể chọn tiết diện dây dẫn nhỏ hơn, đồng thời tổn hao công suất trênđường dây và điện áp rơi trên đường dây cũng giảm

Trong thực tế tải thường có tính chất điện cảm nên cos ϕ thấp Để nângcao cos ϕ ta phải sử dụng tụ điện C nối song song với tải như hình 2.7

Hình 2.7 Bù cos ϕ bằng tụ điệnTăng hệ số công suất cos ϕ đưa đến những hiệu quả sau đây:

• Giảm tổn thất điện năng trong mạng điên:

Ta biết tổn thất điện năng trên đường dây được tính bằng công thức:

∆P = 3I2R = R

U

Q P

2

2

2 + =

R U

Q R U

P

.

2 2

2

+ = ∆P(P) +∆P(Q) Khi giảm Q truyền tải trên đường dây sẽ giảm được thành phần tổn haocông suất ∆P(Q) do Q gây ra

• Giảm tổn thất điện áp trong mạng điên:

Tổn thất điện áp trên đường dây được tính bằng công thức:

• Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp:

Khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp phụ thuộc vào điềukiện phát nóng, tức là phụ thuộc vào dòng điện cho phép của chúng

I = 2 2

3

P Q U

+

Khi I = const ta có thể tăng khả năng truyền tải công suất tác dụng P bằngcách giảm công suất phản kháng Q mà đường dây và máy biến áp phải tải đi

CU

IC

I1

Do đó một thiết bị, hoặc đường dây dẫn, nếu cosϕ cao (Q nhỏ), hệ thống cókhả năng truyền tải công suất P lớn.

Ngoài ra, việc nâng cao hệ số công suất cos ϕ còn đưa đến hiệu quả là

giảm được chi phí kim loại màu, góp phần làm ổn định điện áp, tăng khảnăng phát điện của máy phát điên v.v

Vì ý nghĩa quan trọng của hệ số công suất cos ϕ nên các công ty điệnlực buộc các hộ dùng điện phải quan tâm bằng cách quy định hệ số côngsuất tiêu chuẩn cos ϕ = 0,85 Nếu dưới giá trị này tiền điện ngoài việc tínhtheo công suất tác dụng Ta phải cộng thêm tiền mua công suất phản kháng

Cần thấy rằng việc thực hiện tiết kiệm điện và nâng cao hệ số côngsuất cos ϕ không phải là những biện pháp tạm thời đối phó với tình trạngthiếu điện, mà phải coi đó là một chủ trương lâu dài gắn liền với mục đíchphát huy hiệu quả cao nhất quá trình sản xuất, phân phối và sử dụng điệnnăng.

Hiệu quả của việc nâng cao hệ số công suất cos ϕ trong thực tế:

Một cơ sở sản xuất sử dụng điện vào giờ bình thường có công suất sửdụng trung bình là 200 kW, điện năng tiêu thụ trung bình 48 000 kWh/tháng,

hệ số công suất tại điểm đo đếm là cos ϕ = 0,8, với giá điện là 1000 đ/kWh.

+ Tiền mua điện năng tác dụng trong 1 tháng:

Ta = 48000 1000 = 48 ( triệu đồng)+ Tiền mua công suất phản kháng là (do cos ϕ = 0,8 < 0,85):

TR = Ta k = 48 10 6, 256

100 = 3 (triệu đồng) Với k% = 6,25%

+ Tổng số tiền điện mà khách hàng phải trả hàng tháng là:

48 + 3 = 51 (triệu đồng)Nhưng nếu cơ sơ sản xuất đầu tư 3 bộ tụ bù hạ thế công suất20kVAr/bộ để lắp đặt tại điểm đo đếm thì hệ số công suất lúc này sẽ là 0,91,khi đó khách hàng không phải trả tiền mua công suất phản kháng Chi phíđầu tư 3 bộ tụ bù là hơn 5 triệu đồng

Như vậy, nếu cơ sở sản xuất này đầu tư lắp đặt tụ bù hạ thế thì trongvòng chưa đầy 2 tháng sẽ thu hồi được vốn và từ tháng thứ 3 trở đi, kháchhàng sẽ tiết kiệm được khoảng tiền tương ứng khoảng 3 triệu đồng/tháng.

III.4 Biện pháp tiết kiệm điện năng trong phụ tải có đặc tính phi tuyến

Các tải có đặc tính phi tuyến cao như thiết bị điện tử công suất, các lò

hồ quang, đèn phóng điện chất khí… là nguồn gốc phát sinh các sóng hàigây ảnh hưởng xấu đến sự hoạt động của thiết bị, gây tổn hao công suất

Trên hình 2.8 biểu diễn dạng sóng và phân tích phổ của một số phần tử phituyến.

Hình 2.8 Phân tích phổ của một số tải phi tuyến

III.4.1 Bộ bù động

Bộ bù động trong thời gian thực cho phép tiết kiệm năng lượng vànâng cao chất lượng điện áp Đây là bộ bù tự động trong thời gian thực ứngdụng cho các tải phi tuyến

Hình 2.9 Bộ bù động trong thời gian thực

Hiệu quả của việc sử dụng bộ bù động:

Xét hệ thống bù cho nhà máy chế tạo chi tiết ô tô Concord (Ontario,Canada) Nhà máy được trang bị một MBA 2000 kVA 27,6/0,6 kV, Un =

5,23% Nhà máy sản xuất ống xả bằng công nghệ hàn điểm Những vấn đề

mà nhà máy gặp phải là:

• Khi máy hàn làm việc điện áp lưới dao động làm cho quang thông cácđèn chiếu sáng thay đổi gây mỏi mắt cho người lao động

• Khi hàn phát sinh âm thanh và làm các máy cơ khí chóng bị già hóa

• Không cho phép bổ sung thiết bị nếu không tăng công suất MBAnguồn

• Hàng năm bị phạt 6000USD do hệ số công suất thấp cos ϕ < 0,75

• Phế phẩm nhiều do khuyết tật máy hàn uốn ống, công suất máy hànkhông đủ do điện áp giảm thấp

Giải pháp: Vấn đề nhà máy gặp phải là sự dao động điện áp kéo theo

giảm năng lượng cần thiết cho máy hàn Việc bù công suất phản kháng bằng

tụ điện đóng cắt bằng công tắc tơ cơ điện không đạt yêu cầu về thời gian vìthế cần bù nhanh biến thiên công suất phản kháng điều khiển thời gian thựcqua phần tử điện tử công suất theo sơ đồ hình 2.9 Ta nhận thấy dòng điệnđỉnh đã giảm từ 2000 A xuống 1250 A, công suất phản kháng từ 600-1200kVAr xuống 0-300 kVAr cho phép nhận thêm tải mà không cần tăng côngsuất MBA Nhà máy không phải phạt hệ số công suất nữa vì cos ϕ> 0,92.Kết quả trước và sau khi bù được cho trong bảng 2.3 như sau:

Bảng 2.3 So sánh chất lượng điện năng khi bù động và không bù

Trước khi bù Sau khi bù

III.4.2 Bộ lọc điều hòa bậc ba

Do ảnh hưởng của các tải phi tuyến như lò hồ quang, đèn phóng điệnchất khí, các thiết bị điện tử công suất làm việc theo nguyên lý cắt, bămdạng sóng điện áp, dòng điện nên điện áp ra của thiết bị này có dạng khônghình sin Khi dòng điện không hình sin ta có thể áp dụng công thức Fourier

phân tích dạng sóng không hình sin bằng tổng một chuỗi các điều hòa hìnhsin có tần số khác nhau Thành phần có tần số bằng tần số sóng không hìnhsin có biên độ lớn nhất là thành phần sóng cơ bản còn các thành phần sónghài khác có biên độ giảm dần Trong số các điều hòa bậc cao điều hòa bậc ba

Hình 2.10 Dạng sóng dòng điện cơ bản và dòng bậc ba trong mạch ba phaTrên hình 2.10 b, c, d biểu diễn dạng sóng cơ bản và dòng điện bậc 3của pha A (L1), pha B (L2) và pha C (L3) Ta nhận thấy các dòng điện bậc

ba trong các pha luôn trùng pha nên tổng của chúng sẽ gấp 3 lần Vì dòng

điện trong dây trung tính bằng tổng dòng điện của cả ba pha nên sẽ bằng 3lần dòng điện bậc ba của các pha.

Dòng điện bậc ba khép mạch trong dây trung tính và có giá trị khoảng

1 A/kW đối với phụ tải chiếu sáng và 4 A/kW đối với phụ tải điện tử côngsuất, máy tính, vì thế điều hòa bậc ba có thể làm quá tải thiết bị điện, gây tổnhao công suất, phát nóng quá mức Ngoài ra điều hòa bậc ba có thể gây rađiện từ trường nhiễu, máy cắt và các thiết bị bảo vệ có thể tác động sai.Nghiên cứu mới đây cho thấy khi dòng điện các pha là 1000A nhưng do ảnhhưởng của điều hòa bậc ba dòng điên trong dây trung tính có thể đến 1250A

Dây trung tính thường có tiết diện bằng ¼ dây pha do đó dòng điềuhòa bậc ba gây quá tải toàn bộ hệ thống Để khắc phục hiện tượng này ta cóthể sử dụng bộ lọc điều hòa bậc ba THF (Third Harmonic Filter) như hình2.11

Hình 2.11 Bộ lọc điều hòa bậc ba THF

Bộ lọc điều hòa bậc ba thực chất là mạch RLC song song có trở khángbằng vô cùng lớn đối với điều hòa bậc ba và bằng không đối với điều hòa cơbản Khi nối vào trung tính (hình 2.12) chúng ngăn cản và triệt tiêu điều hòabậc ba Vì được nối vào trung tính bộ lọc điều hòa bậc ba không gây cộnghưởng đối với dòng điện các pha, có mức ổn áp thấp nhờ có điện cảm L bộlọc có thể chịu được các xung điện áp Bộ lọc điều hòa bậc ba còn có tácdụng giảm 50% từ trường xung quanh thiết bị điện

C

Hình 2.12 Nối bộ lọc điều hòa bậc ba

Bộ lọc thành phần bậc ba không chỉ nâng cao tuổi thọ các thiết bị điện

mà còn tiết kiệm điện đáng kể Thực tế vận hành cho thấy bộ lọc điều hòabậc ba tiết kiệm từ 4-5% điện năng tiêu thụ

Bộ lọc điều hòa bậc ba được thiết kế theo công suất của MBA, theo

độ méo của dòng điện tải Công ty ABB đã chế tạo bộ lọc điều hòa bậc bađặt trong nhà và ngoài trời có dòng điện định mức từ 25 đến 3000 A

Từ năm 1994 các bộ lọc điều hòa bậc ba đã được lắp đặt rộng rãi tạicác công sở, khách sạn và quá trình công nghiệp làm giảm 95% dòng điệntrong dây trung tính và tiết kiệm 4% điện năng tiêu thụ của các phụ tải cótính phi tuyến cao Như vậy bộ lọc điều hòa bậc ba là bộ tiết kiệm điện

III.4.3 Nâng cao chất lượng điện áp và tiết kiệm điện bằng bộ bù tĩnh trong thời gian thực

Để điều chỉnh công suất phản kháng dẫn đến điều chỉnh điện áp củamáy phát điện là điều chỉnh kích từ của máy phát Tuy nhiên điều chỉnh kích

từ chỉ có giới hạn về cả kinh tế và kỹ thuật Bộ bù tĩnh ra đời nó thay thếmáy bù đồng bộ và cuộn kháng bão hòa ở hầu hết ứng dụng

Phần chủ yếu đóng vai trò chuyển mạch các tụ điện và cuộn kháng làcác van tiristo nối song song ngược Trên hình 2.13 là sơ đồ tụ điện đượcchuyển mạch bằng tiristo TSC (Thyristor Switched Capacitor) và điện khángđược điều khiển bằng tiristo (Thyristor Controlled Reactor) Các tiristo công

suất được mắc nối tiếp với số lượng phụ thuộc vào điện áp lưới Việc đóngcắt các tiristo sẽ điều chỉnh công suất phản kháng của tụ điện và kháng điện

do đó có thể:

• Điều chỉnh công suất phản kháng

• Điều chỉnh điện áp

• Hạn chế quá điện áp khi tải thay đổi

• Cản dịu dòng công suất trong lưới

Hình 2.13 TSC và TCR

III.5 Quản lý nhu cầu điện năng DSM (Demand Side Management)

DSM là tập hợp các giải pháp kỹ thuật - công nghệ - kinh tế - xã hội nhằm sử dụng điện năng một cách có hiệu quả và tiết kiệm

Chương trình DSM là giải pháp tổng thể phối hợp từ chính sách, tiêuchuẩn thiết kế, sản xuất, chế tạo các thiết bị điện, biểu giá điện hợp lý và tiếtkiệm năng lượng, thực hiện các giải pháp kỹ thuật để thực hiện DSM Mụctiêu cuối cùng của DSM là nâng cao hiệu quả sử dụng và tiết kiệm nănglượng, san bằng đồ thị phụ tải và hạ thấp yêu cầu sử dụng của toàn hệ thốngnhưng vẫn đảm bảo tốt mọi hoạt động sản xuất và đời sống

Nội dung cơ bản của DSM là:

- Sử dụng các thiết bị (điện, nhiệt, cơ khí ) có hiệu suất cao,