Nghiên cứu các giải pháp tiết kiệm điện trong ngành công nghiệp sản xuất bia

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - NGUYỄN MẠNH TUÂN NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BIA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - NGUYỄN MẠNH TUÂN NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BIA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TSKH HỒ ĐẮC LỘC TP HỒ CHÍ MINH, tháng 03 năm 2016 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học: GS TSKH HỒ ĐẮC LỘC Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 12 tháng 03 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) Họ tên TT Chức danh Hội đồng PGS.TS Nguyễn Thanh Phương Chủ tịch PGS.TS Dương Hoài Nghĩa Phản biện TS Võ Hoàng Duy Phản biện PGS.TS Lê Minh Phương TS Đặng Xuân Kiên Ủy viên Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày … tháng… năm 2016 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN MẠNH TUÂN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/11/1983 Nơi sinh: Phú Yên Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1441830026 I- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN TRONG NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT BIA II- Nhiệm vụ nội dung: - Nghiên cứu tổng quan ngành công nghiệp sản xuất bia - Quy trình sản xuất tiềm tiết kiệm điện trình sản xuất bia - Các giải pháp tiết kiệm điện cho hệ thống thiết bị tiêu thụ điện ngành công nghiệp sản xuất bia - Phân tích trạng sử dụng lượng Nhà máy Bia Sài Gòn Củ Chi - Tính toán đề giải pháp sử dụng lượng tiết kiệm hiệu cho Nhà máy Bia Sài Gòn Củ Chi III- Ngày giao nhiệm vụ: 20/08/2015 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 06/01/2016 V- Cán hướng dẫn: GS.TSKH HỒ ĐẮC LỘC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn (Ký ghi rõ họ tên) ii LỜI CÁM ƠN Luận văn thực trường Đại học Công nghệ TP.HCM Để hoàn thành luận văn nhận nhiều động viên, giúp đỡ nhiều cá nhân tập thể Trước hết, xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến GS.TSKH Hồ Đắc Lộc; PGS.TS Nguyễn Thanh Phương hướng dẫn thực nghiên cứu Xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới tập thể thầy cô giáo Trường đem lại cho kiến thức bổ trợ vô có ích suốt thời gian học tập vừa qua Cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học trường Đại học Công nghệ TP.HCM tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập nghiên cứu Ngoài ra, để đạt kết nhờ giúp đỡ Lãnh đạo Nhà máy Bia Sài Gòn Củ Chi, tận tình anh em Phòng kỹ thuật Nhà máy giúp hoàn thành luận văn Bên cạnh đó, cho gửi lời cảm ơn đến Lãnh đạo Trung tâm Tiết kiệm Năng lượng TP.HCM - Sở Khoa học Công nghệ TP.HCM tạo điều kiện tốt cho trình học tập Cuối cùng, cảm ơn lời động viên từ gia đình, bạn bè người bên tôi, khuyến khích trình thực đề tài nghiên cứu Nguyễn Mạnh Tuân iii TÓM TẮT Các nguồn lượng sử dụng phổ biến giới nguồn lượng hóa thạch than, dầu, khí…Tuy nhiên tất nguồn lượng lại đứng trước vấn đề cạn kiệt Các nguồn lượng khác lượng mặt trời, lượng gió…việc khai thác sử dụng chúng gặp nhiều khó khăn mặt công nghệ chưa hoàn toàn hiệu mặt kinh tế Hơn biến động giá lượng ngày tăng làm thúc đẩy việc thực tiết kiệm lượng cho ngành sản xuất công nghiệp, đặc biệt ngành công nghiệp sản xuất bia phát triển thị trường Chính việc nghiên cứu tìm kiếm giải pháp sử dụng lượng tiết kiệm hiệu ngành công nghiệp sản xuất bia nhằm mang lại lợi ích kinh tế, cải thiện môi trường, thực phát triển kinh tế - xã hội bền vững, qua góp phần đảm bảo an ninh lượng quốc gia iv ABSTRACT Nowadays, fossil energy resources such as coal, oil and gas are popular used all around the world Nevertheless, all of the kind of these energies will have been facing to become exhausted Other energies such as solar energy, wind energy to exploit and use are facing many issues about technology In addition, these energies are not efficiency in economic Furthermore, fluctuation of prices of energy prices will have been increasing day by day This action has been speeding up saving energy processes in industry manufacturing especially in beer manufacturing industry market Hence, researching and seeking the saving energy solutions also efficiency solution in beer manufacturing industry to enhance the benefit economic, improving environment, implement sustainable economy – social and through that action to ensure national energy security v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix DANH MỤC BẢNG x DANH MỤC HÌNH xi LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ix DANH MỤC BẢNG x DANH MỤC HÌNH xi CHƯƠNG : MỞ ĐẦU .1 1.1.Đặt vấn đề: 1.2.Tính cấp thiết đề tài: 1.3.Mục tiêu, nội dung phương pháp nghiên cứu: .6 1.3.1 Mục tiêu đề tài: 1.4.Nội dung nghiên cứu: 1.5.Phương pháp luận phương pháp nghiên cứu: 1.6.Ý nghĩa khoa học tính thực tiễn đề tài: 1.7.Cấu trúc luận văn: CHƯƠNG : TỔNG QUAN 2.1.Lịch sử hình thành: 2.2.Đặc điểm bia: vi 2.3.Nguyên liệu chính: 2.4.Malt: 2.3.Hoa houblon: .13 2.4.Nước: 13 2.5.Thế liệu: 14 2.6.Nấm men: 15 CHƯƠNG : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ TIỀM NĂNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG CÔNG NGHỆ .16 SẢN XUẤT BIA .16 3.1.Các công đoạn sản xuất bia: 16 3.2.Công đoạn chuẩn bị liệu: 17 3.4.Công đoạn chuẩn bị dịch lên men: 19 3.5.Công đoạn lên men: 23 3.6.Quá trình hoàn thiện sản phẩm: 25 3.7.Tiềm tiết kiệm lượng trình sản xuất bia: .28 3.7.1.Quá trình vệ sinh: .28 3.7.2.Quá trình cung cấp hơi: 29 3.7.3.Quá trình cung cấp lạnh: 29 3.7.4.Quá trình cung cấp khí nén: .29 3.7.5.Quá trình thu hồi sử dụng CO2: 29 CHƯƠNG : NĂNG LƯỢNG TIÊU THỤ TRONG NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIA 30 4.1.Tiêu thụ nhiên liệu: 31 4.2.Tiêu thụ điện: 33 CHƯƠNG : GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN CHO CÁC HỆ THỐNG THIẾT BỊ ĐIỆN CHÍNH 36 5.1.HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG: 36 5.1.2.Lợi ích hệ thống quản lý lượng: .36 5.1.3.Thành lập Ban quản lý lượng: 36 67 + Các tổ chức tài cho vay đầu tư giải pháp tiết kiệm lượng ngân hàng Viettinbank, công ty ESCO Tuy nhiên, trình thực hiện, nhà máy cần lưu ý số khó khăn xảy trình triển khai như: Lựa chọn nhà cung cấp thiết bị đáng tin cậy Cần làm báo cáo đầu tư cho giải pháp đầu tư lớn 68 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Thế Bảo (2006), Bảo toàn lượng sử dụng hợp lý,tiết kiệm hiệu công nghiệp, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [2] Nguyễn Xuân Phú (2002), Sử dụng hợp lý tiết kiệm hiệu điện sản xuất sinh hoạt, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [3] Lê Kim Hùng, Trần Vinh Tịnh, Võ Khắc Hoàng, Nguyễn Quang Tuấn (2007), Chuyên đề quản lí nhu cầu lượng, Đại học Đà Nẵng [4] Nguyễn Xuân Nguyên (2004), Tiết kiệm tái sử dụng lượng sản xuất, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội [5] Đinh Văn Thuận Võ Đình Chính (2008) Hệ thống máy thiết bị lạnh Nhà xuất Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [6] Lê Văn Doanh cộng (2008) Kỹ thuật chiếu sáng - Chiếu sáng tiện nghi hiệu lượng Nhà xuất Nhà xuất Khoa học kỹ thuật [7] Lê Chí Hiệp (2001) Kỹ thuật điều hòa không khí Nhà xuất khoa học kỹ thuật [8] Trung tâm sản xuất Việt Nam (2011) Tài liệu hướng dẫn sản xuất ngành sản xuất bia [9] Tập đoàn tài quốc tế IFC Trung tâm Tiết kiệm Năng lượng TpHCM (2009) Tài liệu tiết kiệm lượng dành cho kỹ thuật viên [10] Trung tâm Tiết kiệm Năng lượng TpHCM (2004) Quản lý tiết kiệm lượng Nhà xuất Đại học Quốc gia TpHCM [11] Trung tâm Tiết kiệm Năng lượng TpHCM Các báo cáo kiểm toán lượng [12] Hoàng Xuân Quyến (2010) Báo cáo ngành bia Công ty Cổ phần Chứng khoán Tân Việt PHỤ LỤC Phụ lục 1: Quyết định giao đề tài Phụ lục 2: Hệ thống thiết bị sản xuất Công suất lắp Số T T Thiết bị lư ợn g đặt Công suất thiết bị (kW) Công Mục Công Đích suất sử tổng dụng Hiện trạng khảo sát suất đo tức thời (kW) (kW) BA1: 743 Máy biến áp 2,500 10,000 Biến kVA kVA áp Hoạt BA2: 945 động BA3: 338 biến áp BA4: 1363 Tủ bù cos  Compressor 1 Bù cos  450.00 450.00 Compressor 450.00 450.00 Compressor 450.00 450.00 Compressor 450.00 450.00 75.00 75.00 55.00 55.00 55.00 55.00 55.00 220.00 55.00 55.00 Main drive rice mill Einspeisung Separator1 Einspeisung Separator Cold glycol pump cellar Motor CO2 compressor 1 1 464 Làm Chạy luân lạnh phiên từ Glycol đến máy Dừng 258 432 Hoạt động nt nt nt Nén CO2 nt 90A/máy 10 Motor CO2 55.00 55.00 nt 55.00 55.00 nt 12 Separator 1 52.00 52.00 nt 13 Separator 52.00 52.00 nt 45.00 45.00 nt 45.00 45.00 nt 45.00 45.00 nt 30.00 30.00 nt 30.00 30.00 nt 30.00 120.00 nt 30.00 30.00 nt 11 14 15 16 17 compressor Motor CO2 compressor Crushing roller Crushing roller Wort pump wort kettle Wort pump holding vessel Hot water pump 18 lauter wort heat exch 19 Warm glycol pump Motor 20 refrigeration compressor Làm Motor 21 refrigeration 30.00 30.00 compressor lạnh không nt khí Motor 22 refrigeration compressor 30.00 30.00 nt Fan dust 23 removal malt intake 24 25 Fan dust removal malt Cold wort pump 1 nt 22.00 22.00 22.00 22.00 22.00 22.00 nt nt PVPP filter 26 (37KW am Netz) nt 22.00 22.00 PVPP filter 27 (37KW am Netz) nt 22.00 22.00 22.00 176.00 20.00 20.00 18.50 18.50 nt 31 Mash pump 18.50 18.50 nt 32 Lauter tun gear 18.50 18.50 nt 33 Ice water pump 18.50 37.00 nt 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 18.50 28 29 30 34 35 36 Fan NH3 condenser Hydraulic platform Agitator mash tun Beer pump to KG filter CIP pre wort way Beer pump to KG filter 1 1 nt nt nt nt nt Cold glycol 36 pump brew 18.50 74.00 nt 15.00 15.00 15.00 15.00 nt 15.00 15.00 nt 15.00 30.00 nt 15.00 15.00 nt 15.00 15.00 nt 15.00 15.00 15.00 15.00 water plant 38 39 40 41 42 Fan dust removal rice Spent grains conveyor Cold wort pump Cold water pump Warm water pump nt Hot water pump 43 vapour condenser 44 45 Beer pump to PVPP filter Beer pump filtrate 1 nt nt CIP pre run 46 pum unfiltrate nt hot 47 48 49 CIP pre run pump Beer pump to PVPP filter Beer pump filtrate 1 15.00 15.00 15.00 15.00 15.00 15.00 15.00 15.00 nt nt nt Máy nén khí ZT75 - Thổi bả hèm: hoạt động 0/3 50 Motor 75.00 330.00 Cấp khí máy nén - Điều 150A/máy khiển van: hoạt động 2/3 máy Lò 51 Quạt cấp gió lò 52 Bơm cấp nước lò Hoạt động lò 30.00 90.00 15.00 90.00 Hoạt động Xử lý nước cấp 53 Bơm XL1 54 Bơm cấp nước XL1 55 Bơm XL2 56 Thiết bị khác TỔNG CỘNG 30.00 60.00 30.00 60.00 20.00 40.00 856.17 5,173.1 80A/lò Phụ lục 3: Thay đèn huỳnh quang 1.2m T8 (36W) đèn led (18W) PHÂN TÍCH LỢI ÍCH CHI PHÍ CHO HỆ THỒNG CHIẾU SÁNG Thay bóng đèn huỳnh quang 1.2m T8 (36W) đèn led 1.2m 18W Thông tin tổng quát Đơn vị Đơn giá điện trung bình đ/kWh Công suất đèn W Tổn thất chấn lưu (1*10W) W Tổng công suất hệ thống W Tổng công suất hệ thống W Tổng tải giảm thực giải pháp Số đèn thay Số vận hành trung bình ngày Số ngày vận hành trung bình năm W Bộ ngày Điện tiết kiệm hàng năm kWh Số tiền tiết kiệm hàng năm 1000đ Chi phí đèn Led 18W 1000đ Chi phí đầu tư thiết bị 1000đ Chi phí lắp đặt dự phòng 1000đ Giá trị 1,342 36 10 46 18 28 1,000 365 81,760 109,744 650 650,000 97,500 Ký hiệu Công thức tính GĐ Thông số đèn Thông số chấn lưu =(1)+(2) Thông số đèn =(3)-(5) 10 11 =(7)*(8)*(9)*(10)/1 000 12 =(11)*(GĐ)/1000 13 Giá tham khảo 14 =(13)*(8) 15 15 = 14 *15% Tổng chi phí đầu tư Tổng chi phí lượng tiết kiệm năm 1000đ 1000đ Tổng chi phí đầu tư 1000đ Thời gian hòan vốn Năm Giảm thải khí CO2 kg/ năm IRR (15 năm, 15%) % NPV (15 năm, 15%) 1000VN Đ 747,500 109,744 747,500 6.81 45,810 12.00% (105,786) 16 =(14)+(15) 17 =(12) 18 =(16) 19 =(18)/(17) 20 =(11)*0.5603 21 Hàm Excel IRR 22 Hàm Excel NPV Phụ lục 4: Lắp biến tần cho hệ thống máy nén khí PHÂN TÍCH LỢI ÍCH CHI PHÍ HỆ THỐNG KHÍ NÉN Lắp biến tần cho máy nén khí Thông tin Đơn vị Ký Công thức hiệu tính Giá trị VNĐ/k Giá điện trung bình Wh GĐ Công suất định mức máy nén AtlasCopco kW 76 máy máy % 44% kW 36 giờ/năm 7488 1,342 Số lượng máy nén khí hoạt động ngày Số lượng máy nén khí thường xuyên hoạt động chế độ chờ Tỉ lệ thời gian không tải trung bình máy nén hoạt động chế độ chờ Công suất điện trung bình máy nén hoạt động chế độ chờ Số hoạt động hệ thống khí nén năm Khả tiết giảm công suất chế độ chờ % 70% kWh/nă Điện tiết kiệm năm m 165,61 8=3*4*5*6*7 222,29 Chi phí điện tiết giảm năm 1000 đ 9=8*GĐ/1000 Chi phí đầu tư cải tạo (biến tần, phụ 543,00 kiện, nhân công…) 1000 đ 10 Giảm thải khí CO2 kg/năm 11 11=8*0.5603 Thời gian hoàn vốn năm 12 12=10/9 IRR (10 năm, 15%) % 13 92,792 2.4 39% 572,64 NPV (10 năm, 15%) 1000 đ 14 Phụ lục 5: Sử dụng bồn tích trữ lạnh tránh cao điểm PHÂN TÍCH CHI PHÍ LỢI ÍCH - HỆ THỐNG LẠNH TRUNG TÂM Sử dụng hệ thống bồn trữ lạnh Ký Thông tin Đơn vị Giá trị hiệu Công thức tính Công suất điện định mức kW 900 (1) máy nén 450 kW Công suất lạnh định mức kW 3,000 (2) máy nén 1500kW kW 824 (3) Nhật ký vận hành kW 4,200 (4) Nhật ký vận hành (5) Số liệu thực tế Công suất điện vào cao điểm Công suất lạnh vào cao điểm Số cao điểm ngày Đơn giá điện cao điểm giờ/ngày VNĐ/kWh 2,354 (6) Số liệu thực tế VNĐ/kWh 815 (7) Số liệu thực tế (8) Hằng số Đơn giá điện thấp điểm Nhiệt ẩn đóng băng nước kJ/kg 340 Dung tích nước cần cần =(4)*(5)*3600/[(8)*1 trữ lạnh m3 222 (9) 000] Dung tích bồn trữ lạnh m3 334 (10) =(9)*1.5 kWh 0.0 (11) Không tiết kiệm điện 6,341 (12) =(3)*(5)*[(6)-(7)] ngày/năm 365 (13) Số liệu thực tế năm 10 (14) Tham khảo cũ 1000VND (15) Tham khảo Chi phí mua thiết bị 1000VND 10,500,000 (16) Tham khảo (1500 Điện tiết kiệm 1000VNĐ/n Chi phí tiết kiệm Thời gian vận hành Tuổi thọ thiết bị gày Chi phí lý thiết bị USD/m3) 1,575,000 (17) Tham khảo 15% (18) Tham khảo (19) =(11)*(13) ăm 2,314,348 (20) =(12)*(13) 1000VND 12,075,000 (21) =-(15)+(16)+(17) năm 5.2 (22) =(21)/(20) IRR % 14% (23) Hàm IRR NPV 1000VND -459,822 (24) Hàm NPV (25) =(19)*0.5603 Chi phí thi công 1000VND Lãi suất ngân hàng % Điện tiết kiệm kWh/năm 1000VND/n Chi phí tiết kiệm Chi phí đầu tư Thời gian hoàn vốn Giảm phát thải CO2 kgCO2/năm Phụ lục 6: Tận dụng lượng khí sinh học để phát điện PHÂN TÍCH CHI PHÍ KHI LẮP MÁY PHÁT ĐIỆN BIOGAS Tận dụng lượng khí sinh học để phát điện Ký Đơn vị hiệu Giá điện cao điểm VNĐ 2,354 Giá điện thấp điểm VNĐ 815 Giá điện bình thường VNĐ 1,283 Đơn giá điện trung bình VNĐ 1,342 kW 30 m3/h 200 Thông tin Công thức Gía trị Công suất định mức động phát điện Lượng Biogas cần cung cấp Hiệu suất máy phát điện % 85% Khả tiết kiệm thực giải pháp kW 25.5 24 ngày 10 365 giờ/năm 11 11=9*10 năm kWh 12 12=8*9*10 223,380 Tiền tiết kiệm hàng năm 1000đ 13 13=12*4/1000 299,836 máy 14 Đơn giá máy phát điện 1000đ 15 272,000 Công lắp đặt 1000đ 16 1000đ 17 Số vận hành trung bình ngày Số ngày vận hành năm Số vận hành trung bình năm 8,760 Lượng điện tiết kiệm Số lượng máy 16=15*15% 40,800 Chi phí xây dựng hầm chứa thiết bị thu khí 237,000 18=(15+16+17)*5 Chi phí dự phòng 1000đ 18 % 27,490 Tổng chi phí đầu tư 1000đ 19 19=15+16+17+18 577,290 Năm 20 20=19/13 kg 21 21=12*0.5603 kWh 22 22=12*14 Thời gian hoàn vốn giản đơn cho máy 1.9 Giảm khí thải CO2 cho máy 125,160 Tổng lượng điện tiết kiệm năm 1,116,900 Năng lượng tiết kiệm TOE 23 23=22*0.0001543 172 năm 1000đ 24 24=13*14 1,499,182 Tổng chi phí đầu tư 1000đ 25 25=19*14 2,886,450 Năm 26 26=25/24 1.9 Giảm khí thải CO2 kg 27 27=22*0.5603 IRR (10 năm, 15%) % 28 Hàm IRR 43% NPV (10 năm,15%) 1000đ 29 Hàm NPV 2,517,764 Tổng số tiền tiết kiệm Thời gian hoàn vốn giản đơn 625,799