Chuong VI - PHÂN TÍCH NĂNG LƯỢNG CHI PHÍ SƠ BỘ CHO HỆ THỐNG TÍCH TRỮ LẠNH

Phân tích sơ bộ tính kinh tế cho các phương án tích trữ lạnh

Trang 1

6.1 Phân tích sơ bộ tính kinh tế cho các phương án tích trữ lạnh

Từ kết quả tính toán của chương II ta có:

Hệ thống chiller cần cấp phụ tải khi không sử dụng bình tích trữ lạnh cho hệ thống:

 Vào mùa khô: Qo = 3354264W = 3354,264kW = 954tấn lạnh

 Vào mùa mưa: Qo = 3041340W = 3041,340kW = 865tấn lạnh

Lấy kết quả tính toán được ở phần mềm Excel và kết hợp với phần mềm TRACE 700 của hãng TRANE để phân tích tính kinh tế Qua phân tích chúng ta thu được đồ thị phân

bố tải trong 24giờ như hình 6.1

Theo thông tin từ internet thì giá điện của công ty TNHH Điện Lực Hiệp Phước đưa

ra cho những khách hàng mua điện của họ cũng như các hộ sử dụng điện ở Phú Mỹ Hưng thì được trình bày ở bảng 6.1 và hình 6.2 - Bảng giá và đồ thị giá điện 3 giá của công ty TNHH Điện Lực Hiệp Phước bán cho Phú Mỹ Hưng – cập nhật tháng 8/2009

 Qua đồ thi phụ tải lạnh và đồ thị giá điện 3 giá cho chung cư CR3.1 – A này chúng ta thấy:

Các toàn nhà cao ốc, văn phòng hay chung cư tổng hợp thì sự phân bố phụ tải theo thời gian trong ngày là gần như tương tự nhau

Từ các đồ thị trên ta thấy phụ tải lạnh đỉnh đa số phân bố vào các giờ cao điểm như lúc 8 giờ tới 8 giờ 30’sáng và lúc 13 giờ tới 18 giờ chiều

Trước lúc chưa áp dụng tích trữ lạnh thì hệ thống điều hòa không khí phải chạy liên tục hầu như là gần hết công suất, hết tải cho các khoảng thời gian cao điểm của phụ tải lạnh như vào lúc 8 giờ sáng và từ lúc 15 giờ trưa tới 18 giờ tối Vậy thời gian chạy tải đỉnh là 5 giờ Trong đó có 2 giờ là trùng vào giờ cao điểm của giá điện 3 giá (lúc 17 giờ, 18 giờ) Trên đồ thị chúng ta còn thấy vào lúc 9 giờ sáng và từ 12 giờ trưa tới 19 giờ tối đều rơi vào lúc phụ tải lạnh hơn 800 tấn lạnh,

gần xấp xỉ 954tấn lạnh ở giờ cao phụ tải đỉnh

Trang 2

Hình 6.1

Như đã phân tích ở phần trước, hệ thống tích trữ lạnh của công trình chung cư CR3.1 – A chúng ta chọn là hệ thống tích trữ lạnh một phần kiểu san bằng tải Hệ thống sử dụng phương pháp này là rất phù hợp cho những nơi có giá điện cao và

có sự chênh lệch lớn về mức giá điện theo thời gian, mức độ chênh lệch giữa tải đỉnh và tải trung bình cao hoặc thời gian có tải đỉnh lớn

Trang 3

Hình 6.2

 Ta có giá tiền điện phải trả trên một ngày cho hệ thống điều hòa không khí lúc chưa

áp dụng tích trữ lạnh:

Ta có: Tiền điện = giá điện công suất hiệu dụng (cho máy nén + quạt giàn lạnh +

quạt giàn nóng + bơm nước) = giá điện Ne.số giờ

Với Ne = Q0/Ke = Q0/3,55 ; Ke = 3,55 lấy từ kết quả chương 3 Vậy ta có:

Giờ bình thường: Từ 4 giờ sáng đến 9giờ 30’ (suy ra tiêu thụ trong 5,5 giờ), từ

11giờ30’ đến 17giờ (tiêu thụ trong 5,5 giờ) và từ 20giờ đến 22giờ tối (tiêu thụ hết

2 giờ) giá là 1118,75đồng/kWh

Trang 4

Vậy giá tiền điện phải trả (trên một ngày) cho hệ thống điều hòa không khí lúc

chưa áp dụng tích trữ lạnh là: M = 17,4111triệu đồng/ngày

 Bây giờ hệ thống này có áp dụng hệ thống tích trữ lạnh một phần kiểu san bằng tải Ta

đưa ra một số trường hợp rồi phân tích và chọn lữa một trong các phương án đó Vậy

ta có giá tiền điện phải trả trên một ngày cho hệ thống điều hòa không khí khi áp dụng

tích trữ lạnh là:

Ta có: Tiền điện = giá điện công suất hiệu dụng (cho máy nén + quạt giàn lạnh + quạt

giàn nóng + bơm nước) = giá điện Ne.số giờ

Với Ne = Q0/Ke = Q0/3,55 Vậy ta có:

o Phương án 1: Hệ thống điều hòa không khí cấp 800 tấn lạnh còn lại là tích trữ

lạnh cung cấp

Suy ra hệ tích trữ lạnh phải cung cấp đủ 954 – 800 = 154tấn lạnh vào giờ phụ tải

cao điểm nhất và tương tự cho các phụ tải thấp hơn cho đến khi bằng 800 tấn

lạnh Và theo đồ thị phụ tải ta tính được tích trữ lạnh cần cung cấp 904 tấn

lạnh/ngày cho hệ thống vào giờ cao điểm – tức là phụ tải hệ thống cao hơn 800

tấn lạnh thì tích trữ lạnh sẽ phụ thêm cho đủ 954tấn lạnh vào giờ phụ tải đỉnh

Hình 6.3 là đồ thị phụ tải lạnh của phương án 1 cho chung cư CR3.1 – A

Hình 6.3

o Giờ bình thường: Từ 4 giờ sáng đến 9giờ 30’, từ 11giờ30’ đến 17giờ và từ

20giờ đến 22giờ tối giá là 1118,75đồng/kWh

Mbt =1118,75.(86+800+400+380+800.5+1030).1.3,516/3,55 = 7419403đồng = 7,419triệu đồng

o Giờ thấp điểm: Từ 22giờ đến 4giờ sáng giá là 631,25đồng/kWh

Trang 5

Vậy giá tiền điện phải trả (trên một ngày) cho hệ thống điều hòa không khí khi áp

dụng tích trữ lạnh ở phương án 1 là: M = 16,68triệu đồng/ngày

thị phụ tải lạnh của phương án 2 cho chung cư CR3.1 – A

Trang 6

M’ = Mbt + Mtđ + Mcđ + Mtl = 6,666 + 0,105 + 7,691 + 1,244 =

= 15,706triệu đồng

Hình 6.4

 Tiết kiệm được từ tích trữ lạnh:

∆M = M – M’ = 17,411 – 15,706 = 1,7051triệu đồng/ngày

o Phương án 3: Hệ thống điều hòa không khí cấp 600tấn lạnh còn lại là tích trữ

lạnh cung cấp

cao điểm nhất và tương tự cho các phụ tải thấp hơn cho đến khi bằng 600tấn lạnh

Và theo đồ thị phụ tải ta tính được tích trữ lạnh cần cung cấp 3190tấn lạnh/ngày

cho hệ thống vào giờ cao điểm – tức là phụ tải hệ thống cao hơn 600tấn lạnh thì

tích trữ lạnh sẽ phụ thêm cho đủ 954tấn lạnh vào giờ phụ tải đỉnh Hình 6.5 là đồ

Trang 7

Trang 8

Trang 9

Trang 10

Nhưng mức hạ xuống của sự cấp phụ tải lạnh chiller và mức tăng tích trữ của hệ thống tích trữ lạnh đều có giới hạn của nó Chúng ta không thể tăng quá cao mức tích trữ lạnh của hệ thống tích trữ được vì còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố như không gian đặt bồn tích trữ, máy chiller cần thiết để chạy tạo ra lạnh để tích trữ và thời gian cần tích trữ số lượng lạnh tích trữ ấy

Và chúng ta cũng không thể hạ quá thấp mức tích trữ của hệ thống tích trữ lạnh được vì nếu làm như vậy thì vấn đề áp dụng hệ thống tích trữ lạnh vào hệ thống công trình là chưa được thật sự chú trọng, đầu tư và lợi nhuận thu được từ các lợi ích của hệ thống tích trữ đem lại cũng ít ỏi, sỉg đáng là bao

 Theo chương 5, mục 5.2, kinh nghiệm từ một số các công trình cụ thể đã ứng dụng công nghệ tích trữ lạnh vào trong kỹ thuật điều hòa không khí như:

o Công trình bệnh viện Serdan ở Malaysia:

o Nhu cầu tải cực đại: 2000tấn lạnh = 7032kW

Trang 11

o Năng lượng lạnh được trữ trên ngày: 21096kWh

o Thể tích bình tích trữ: 400m 3

o Số lượng bình tích trữ: 2

o Đường kính bình tích trữ: 3,4m

o Chiều dài bình tích trữ: 21m

o Hệ thống máy bao gồm hai bình tích trữ lạnh 200m3

, với hai máy làm lạnh

tung tâm cơ bản (400tấn lạnh ) và hai máy làm lạnh trung tâm chạy bằng nước muối (374tấn lạnh)

o Bình trích trữ lạnh sẽ cung cấp 23% nhu cầu tải cho bệnh viện và được nạp tải vào ban đêm

o Viện nghiên cứu công nghệ nguyên tử Malaysia:

o Yêu cầu tải cực đại: 1500tấn lạnh = 5274kW

o Tổng năng lượng tích trữ được trên ngày: 21658,56kWh

tung tâm nước muối 383tấn lạnh

o Bình tích trữ lạnh STL cung cấp khoảng 49% năng lượng lạnh yêu cầu và được nạp tải vào ban đêm

 Từ kinh nghiệm từ các công trình trên ta thấy phương án 3 là hoàn toàn hợp lý nhất

vì tổng phụ tải của công trình vào mùa khô là 954tấn lạnh, chiller cần cung cấp liên tục cho phụ tải là 600tấn lạnh, số còn lại 354tấn lạnh là do hệ thống tích trữ đáp ứng

tự động vào những lúc phụ tải vượt cao hơn 600tấn lạnh Hình 6.8 là đồ thị nạp tải

(chiller cấp tải cho bồn tích trữ lạnh – Ice –Storage) và xả tải (chiller cung cấp cho

phụ tải 600tấn lạnh, số phụ tải còn lại là Ice Storage cấp) của phương án 3

Vậy theo phương án này thì bình tích trữ lạnh cung cấp khoảng 354/954 = 37% năng lượng phụ tải lạnh yêu cầu của công trình Con số này hoàn toàn phù hợp với các các công trình đã tham khảo ở chương 5, mục 5.2

Theo đồ thị phụ tải của công trình thì hệ thông tích trữ lạnh có:

o Tổng thời gian nạp tải là từ 24 giờ tối tới 6 giờ sáng tức là tổng thời gian nạp tải là 7 giờ

o Tổng thời gian xả tải tự động là từ 8 giờ sáng tới 20 giờ tối tức là tổng thời

gian xả tải là 12giờ vì có 2 giờ là không xả tải cũng như không nạp tải (là lúc

20 giờ và 21 giờ) Nghĩa là giai đoạn này bản thân Chiller tự cung cấp được phụ tải lạnh cho hệ thống và số phụ tải lạnh dư ra không đáng bao nhiêu cả nên không áp dụng số dư đó vào vấn đề nạp tải cho bồn tích trữ lạnh

Trang 12

Hình 6.8

o Hệ thống 3 cụm Chiller cũng cần có thời gian để nghỉ ngơi, bảo trì, bảo dưỡng

và thời gian nghỉ đó là 3 giờ ( lúc 22 giờ, 23 giờ và 7 giờ sáng) là hệ thống chiller lúc này tạm ngưng hoạt động để đi nghỉ ngơi đảm bảo cho hệ thống tiếp tục chạy nạp tải được diễn ra tốt đẹp Còn phụ tải lạnh của hệ thống lúc đó thì

sẽ được hệ thống tích trữ lạnh xả tải và cung cấp

Ta có công suất bồn tích trữ lạnh phải cung cấp ở chế độ xả tải lạnh cho công trình trong suốt 12 giờ là:

QXả= 1.3,516.[ 20ℎ=8(𝑄ℎ − 600)] = 11216kWh

Ta chọn hiệu suất làm việc của hệ thống bồn tích trữ lạnh là: 𝜂s = 0,9

Suy ra số năng lượng lạnh thực tế cần để cung cấp cho vấn đề xả tải là:

QXả = 11216/0,9 = 12462kWh

Và để tính công suất bồn tích trữ lạnh phải đủ dung tích để chứa lượng năng lượng lạnh trong 7 giờ nạp tải liên tục và đáp ứng đủ hoặc dư lượng QXả = 12462kWh thì tổng công suất 3 cụm chiller cần cung cấp cho vấn đề nạp tải vào ban đêm trong vòng thời gian nạp tải (trong 7 giờ) là:

o Chế độ vận hành 1:

Nếu ta cho 3 cụm chiller làm việc đúng với công suất lạnh là 600 tấn lạnh thì

ta có số năng lượng tích trữ được là:

Trang 13

Mà số năng lượng lạnh cần để xả tải là: 12462kWh

Suy ra lượng năng lượng lạnh còn lại trong bồn tích trữ là:

∆Q = QNạp – QXả = 13536,6 – 12462 = 1072,6kWh

So hai chế độ vận hành thì ta thấy ở chế độ vận hành 2 có lợi hơn về mặt kinh tế

như:

o Công suất 3 cụm chiller làm việc chỉ cần tạo ra tổng công suất là 550 tấn lạnh

Suy ra 3 cụm Chiller làm việc với 550/(3.250) = 73,33% tải, vậy vừa giúp chiller làm việc non tải, tốt cho hệ máy móc hoạt động (không bị quá tải) đồng thời tăng hệ số COP hay tăng hiệu suất máy nén cũng như hiệu suất thiết bị bình ngưng, bình bay hơi hay tăng hiệu suất toàn bộ cụm chiller Giá trị 250 tấn lạnh ở đây là giá trị công suất lạnh của mỗi chiller được chọn sau khi áp dụng hệ thống tích trữ lạnh cho công trình CR3.1 – A và được trình bày ở mục 6.2.1

o Với ∆Q = 1072,6kWh là giá trị nguồn lạnh dự phòng rất hợp lý, nếu như có sự

cố gì sảy ra thì số tấn lạnh này có thể tham gia đáp ứng được một phần nào đó

Nếu ∆Q quá lớn thì sự nạp tải và xả tải của chúng ta sẽ luôn có một số lượng lớn năng lượng được tích trữ dưới dạng băng và luôn nằm trong các bồn tích trữ, gây chiếm chỗ và gây nhiều vấn đề phát sinh không mong muốn khác

6.2 Đánh giá sơ bộ tính kinh tế khi áp dụng hệ thống tích trữ lạnh

6.2.1 Chi phí đầu tƣ sơ bộ tiết kiệm đƣợc khi sử dụng bồn tích trữ lạnh

Quay lại với phần trên thì với trường hợp 3 thì hệ thống tích trữ lạnh cho ta vào

mùa khô tiết kiệm được 2,811triệu đồng/ngày, tương đương 2,811.365 =

= 1026,015triệu đồng/năm = 1,026015tỷ đồng/năm

Vậy với phương án 3 thì hệ thống tích trữ lạnh sẽ tiết kiệm cho chúng ta:

T1 = 1,026015tỷ đồng/năm

T1 đó mới là số tiền tiết kiệm được từ sự giảm chi phí tiền điện phải trả trên năm,

còn khi chúng ta giảm công suất chiller phải cung cấp cho công trình xuống từ 954 tấn

lạnh (lúc chưa áp dụng hệ thống tích trữ) giảm xuống còn 600 tấn lạnh thì tức là giảm

Trang 14

đi 954/600 = 1,59 lần phụ tải lạnh cần cung cấp, số lần này cũng gần như tương đương với số lần giảm vốn đầu tư cho hệ thống thiết bị chiller

Từ việc cần cung cấp 954tấn lạnh cho hệ thống, ta chọn 3 cụm chiller, mỗi cụm

là 375 tấn lạnh, ứng với hiệu suất hiệu dụng của máy nén trục vít là ηe = 0,648 thì hệ

số COPhieu dung = 3,55 Sau khi áp dụng hệ thống tích trữ lạnh thì chiller chỉ cần cung

cấp 600 tấn lạnh, do đó 3 cụm chiller, mỗi cụm chọn là 250tấn lạnh, thì hệ số COPhieu

dung cũng tăng lên không đáng bao nhiêu

Nhưng nếu chúng ta vẫn giữ nguyên là mỗi cụm chiller là 375 tấn lạnh, thì 3 cụm

chỉ cần cung cấp 600tấn lạnh Vậy mỗi cụm chiller chỉ cần làm việc khoảng 250/375

= 66,67% công suất Và do chạy 66,67% công suất này mà hiệu suất hiệu dụng của máy nén sẽ được tăng cao thêm, hiệu suất trao đổi nhiệt của bình ngưng, bình bay hơi cũng tăng lên Suy ra hệ số COP’hieu dung > COPhieu dung

Vậy với ∆COPhieu dung > 0, con số này rất có ý nghĩa về mặt tiết kiệm năng lượng tiêu thụ cho chiller Ngoài ra chúng ta còn tiết kiệm được một khoản tiền cũng không nhỏ từ việc mua tháp giải nhiệt có công suất nhỏ hơn, và một số thiết bị khác nhỏ hơn nữa,…Số chi phí giảm được đáng kể này gọi là T2

Suy ra tổng số tiền tiết kiệm được từ việc áp dụng hệ thống tích trữ lạnh là:

TA = T1 + T2, tỷ đồng/năm

6.2.2 Phân tích sơ bộ thời gian thu hồi vốn khi sử dụng bồn tích trữ lạnh

Ta có theo kinh nghiệm từ thực tế giá thành thiết bị và giá thành lắp đặt nên chọn cao hơn mức trung bình để tính cho trường hợp đơn đặt hàng mua các thiết bị cho hệ thống tích trữ lạnh với số lượng ít cũng như là với số lượng nhiều

Tra bảng ở một số tài liệu, cụ thể như tài liệu [10, bảng 3.1, trang 32] ta được

bảng 6.3 so sánh đặc tính của các loại sơ đồ tích trữ lạnh như sau:

Thời gian nạp tải là: 7 giờ

Năng lượng lạnh lạnh cần tích trữ trên một giờ là: