Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành cho hệ thống chiếu sáng tại thành phố quảng ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN LỘC NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH CHO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TẠI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN LỘC NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH CHO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TẠI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60 52 02 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ THỊ TỊNH MINH Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH CHO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG TẠI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI Học viên: Nguyễn Văn Lộc Mã số: 60 52 02 02 Khóa: 2017- 2018 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Thực trạng chiếu sáng cơng cộng thành phố Quảng Ngãi tiêu hao điện lớn chất lượng chiếu sáng không đảm bảo theo quy chuẩn QCVN 077:2016/BXD Đồng thời thành phố Quảng Ngãi phải thực theo thị số 34/CTTTg ngày 07 tháng 08 năm 2017, Thủ tướng Chính phủ việc tiết kiệm điện chiếu sáng công cộng (CSCC) Đề tài tiến hành tìm hiểu đề xuất giải pháp nâng cao hiệu vận hành hệ thống CSCC cho thành phố Quảng Ngãi Theo lý thuyết nay, hai loại giải pháp tiết kiệm điện cho hệ thống CSCC: giải pháp vận hành giải pháp kỹ thuật Dựa phân tích trạng, ưu nhược điểm giải pháp, tác giả đề xuất sở khoa học có tính tốn kiểm chứng giải pháp thay đèn SODIUM trạng đèn LED có tiết giảm cơng suất hợp lý Đồng thời, đề tài kiểm chứng thực nghiệm giải pháp sử dụng đèn LED cho toàn thành phố Quảng Ngãi dựa số liệu đo đạt thực tế kỹ thuật như: độ chói, độ rọi, điện tuyến đường Phạm Văn Đồng Kết đánh giá hiệu kinh tế giải pháp xét đến chi phí tiết kiệm điện thu dự tính thời gian thu hồi vốn đầu tư Từ khóa - Tiết kiệm điện; giải pháp vận hành, giải pháp kỹ thuật; chiếu sáng công cộng, đèn LED, thành phốQuảng Ngãi Summary - The public lighting in Quang Ngai City consumes a lot of energy however the lighting qualities are not satified with QCVN 07-7: 2016 / BXD standards At the same time, it is required to implement the Directive No 34 / CT-TTg dated August 07, 2017 of the Prime Minister on public lighting energy saving (CSCC) at Quảng Ngãi city This project have introduced some solutions to improve the operation of the CSCC system According to theories of power saving, two current solutions for CSCC system are operation solution and technical solution Based on analysising advantages and disadvantages of each solution, the author proposed to replace the current SODIUM lamps by LEDs technique for CSCC system This project also gives scientific and calculated results reasons for applying the LEDs techinique for the entire Quang Ngai city The results are based on real measured data on Pham Van Dong stress about technical brightness, luinance, and energy consumer creteria The cost investment and the economic efficiency have taken in this project for the whole city Keywords - Energy Saving; operation solution, technical solution; public lighting, LEDs technique, Quang Ngai city MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lý lựa chọn đề tài Mục tiêu mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vị nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Nội dung luận văn CHƯƠNG HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG KHU VỰC THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI 1.1 Tổng quan kỹ thuật chiếu sáng thành tựu chiếu sáng Việt Nam 1.1.1 Tầm quan trọng kỹ thuật chiếu sáng 1.1.2 Hiện trạng chiếu sáng Việt Nam 1.2 Thực trạng hệ thống chiếu sáng công cộng khu vực thành phố Quảng Ngãi 1.2.1 Giới thiệu tổng quan thành phố Quảng Ngãi 1.2.2 Thực trạng hệ thống chiếu sáng công cộng khu vực thành phố Quảng Ngãi 1.3 Đánh giá tình trạng vận hành hệ thống chiếu sáng khu vực thành phố Quảng Ngãi 1.4 Quy định kỹ thuật chung hệ thống CSCC 1.4.1 Yêu cầu chung 1.4.2 Chiếu sáng cơng trình giao thơng cho xe có động 1.4.3 Chiếu sáng nút giao thông 1.5 Giới thiệu phương án thiết kế đèn CSCC thông thường 1.5.1 Các loại mặt đường điển hình 1.5.2 Các dạng bố trí chiếu sáng cơng trình giao thông 1.6 Các giải pháp tiết kiệm lượng cho hệ thống chiếu sáng công cộng 10 1.6.1 Giải pháp vận hành 10 1.6.2 Giải pháp kỹ thuật 12 1.7 Tiểu kết chương 18 CHƯƠNG TÍNH TỐN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG 19 2.1 Phần mềm tính tốn thơng số kỹ thuật CSCC 19 2.2 Các buớc tính kiểm tra chọn đèn phần mềm Dialux 20 2.3 Tính tốn kinh tế kỹ thuật giải pháp vận hành chiếu sáng công cộng 27 2.3.1 Xây dựng chế độ vận hành 28 2.3.2 Chọn tuyến đường khảo sát 28 2.3.3 Tính tốn thực trạng chiếu sáng tuyến đường Trường Chinh 29 2.3.4 Tính tốn lựa chọn giải pháp kỹ thuật tiết kiệm điện 32 2.4 Phân tích đề xuất giải pháp nâng cao CSCC 39 2.5 Chọn giải pháp tối ưu nâng cao hiệu vận hành cho CSCC TP Quảng Ngãi 40 2.6 Tiểu kết chương 41 CHƯƠNG ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP THAY THẾ ĐÈN LED TIẾT GIẢM CÔNG SUẤT CHO HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG TẠI TP QUẢNG NGÃI 42 3.1 Tính tốn chọn đèn LED thay tương ứng cho loại đèn Sodium toàn địa bàn TP Quảng Ngãi 42 3.1.1 Bảng thống kê chọn đèn LED thay 42 3.1.2 Kiểm tra thơng số kỹ thuật theo việc bố trí đèn LED tuyến đường phần mềm DIALUX 43 3.2 Xây dựng quy trình đo đạt thực nghiệm 52 3.2.1 Chọn tuyến đường đo đạt 52 3.2.2 Chọn thiết bị đo 52 3.2.3 Thu thập liệu 53 3.3 Đánh giá mặt kỹ thuật 53 3.3.1 Kết đo độ rọi, độ chói thực tế ngày (từ ngày 11/11/2017 đến ngày 16/11/2017) 53 3.3.2 Kết đo điện thực tế ngày (từ ngày 11/11/2017 đến ngày 16/11/2017): 54 3.4 Đánh giá mặt kinh tế 55 3.4.1 Tính tốn chi phí tiết kiệm điện cho tuyến đường Phạm Văn Đồng 55 3.4.2 Dự kiến tiềm tiết kiệm điện cho CSCC thành phố Quảng Ngãi 56 3.4.3 Tính toán thời gian thu hồi vồn 58 3.5 Tiểu kết chương 59 KẾT LUẬN 60 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 62 DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Chủng loại đèn trạng thành phố Quảng Ngãi 1.2 Yêu cầu chiếu sáng loại đường giao thông 1.3 Trị số độ chói trung bình quy định theo lưu lượng xe 1.4 Bảng chọn R 2.4 Nhập thông tin người thiết kế 21 2.1 Các thông số chiếu sáng trạng đường Trường Chinh lúc cao điểm 30 2.2 Các thông số chiếu sáng trạng đường Trường Chinh lúc thấp điểm 31 2.3 Các thông số sử dụng giải pháp điều chỉnh vô cấp (biến áp xuyến) 34 2.4 Các thông số sử dụng giải pháp hai cấp công suất 35 2.5 Các thông số sử dụng giải pháp đèn Led lúc cao điểm 37 2.6 Các thông số sử dụng giải pháp đèn Led lúc thấp điểm 38 2.7 So sánh mặt kỹ thuật giải pháp cho đường Trường Chinh 39 2.8 So sánh mặt kinh tế giải pháp cho đường Trường Chinh 40 3.1 Bảng thay đèn Led loại đèn cao áp sử dụng 42 3.2 Các thông số đèn bố trí 01 bên 45 3.3 Các thơng số đèn bố trí so le 47 3.4 Các thơng số đèn bố trí đối diện 49 3.5 Các thơng số đèn dải phân cách 51 3.6 Kết đo độ rọi độ chói đoạn 35m: 53 3.7 Kết đo độ rọi độ chói đoạn 33m 53 3.8 So sánh kết tổng điện tiêu thụ toàn tuyến (sau 05 ngày) 55 Số hiệu bảng Tên bảng Trang 3.9 Khoản toán tiền từ quan nhà nước cho hệ thống CSCC 56 3.10 Chi phí thiết bị lắp đặt thay đèn Led tồn thành phố Quảng Ngãi 59 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1 Tồn cảnh thành phố Quảng Ngãi 1.2 Ứng dụng tiến KHCN, CNTT chiếu sáng công cộng 11 1.3 Tuyến chiếu sáng công cộng áp dụng giải pháp tắt đèn xen kẽ 12 1.4 Tủ điều chỉnh điện áp kiểu vô cấp (biến áp xuyến) 13 1.5 Sơ đồ mạch động lực thiết bị 14 1.6 Bộ chấn lưu cấp công suất 15 1.7 Bộ chuyển mạch công suất 15 1.8 Chiếu sáng công cộng sử dụng đèn LED hiệu suất cao 16 2.1 Hình ảnh 3D phần mềm Dialux 19 2.2 Giao diện khởi động Dialux 20 2.3 Nhập thông tin dự án 20 2.4 Nhập thông tin người thiết kế 21 2.5 Nhập tên tuyến đường 21 2.6 Lựa chọn quy cách tuyến đường 22 2.7 Nhập thông số tuyến đường 22 2.8 Chọn nhà sản xuất đèn 23 2.9 Chọn đèn từ Catalogues nhà sản xuất 23 2.10 Chèn đèn vào phần mềm 24 2.11 Nhập thông số đèn 24 2.12 Chọn cách bố trí đèn 25 2.13 Chọn thơng số đầu 25 2.14 Tính tốn kiểm tra đèn 26 2.15 Xuất chương trình tính tốn file PDF 26 2.16 Trang điển hình kết tính tốn phần mềm Dialux 27 2.17 Đồ thị thời gian vận hành hệ thống chiếu sang cao điểm thấp điểm 29 Số hiệu hình Tên hình Trang 2.18 Mơ thông số trạng 29 2.19 Độ rọi trạng chiếu sáng lúc cao điểm 30 2.20 Độ chói trạng chiếu sáng lúc cao điểm 30 2.21 Độ rọi trạng chiếu sáng đường Trường Chinh lúc thấp điểm 31 2.22 Độ chói trạng chiếu sáng đường Trường Chinh lúc thấp điểm 31 2.23 Độ rọi sử dụng giải pháp điều chỉnh vô cấp (biến áp xuyến) 33 2.24 Độ chói sử dụng giải pháp điều chỉnh vô cấp (biến áp xuyến) 33 2.25 Độ rọi sử dụng giải pháp hai cấp công suất 35 2.26 Độ chói sử dụng giải pháp hai cấp công suất 35 2.27 Độ rọi sử dụng đèn Led lúc cao điểm 37 2.28 Độ chói sử dụng đèn Led lúc cao điểm 37 2.29 Độ rọi sử dụng đèn Led lúc thấp điểm 38 2.30 Độ chói sử dụng đèn Led lúc thấp điểm 38 3.1 Thơng số đèn bố trí 01 bên 44 3.2 Độ chói đèn bố trí 01 bên 45 3.3 Độ rọi đèn bố trí 01 bên 45 3.4 Thơng số đèn bố trí so le 46 3.5 Độ chói đèn bố trí so le 47 3.6 Độ rọi đèn bố trí so le 47 3.7 Thơng số đèn bố trí đối diện 48 3.8 Độ chói đèn bố trí đèn đối diện 49 3.9 Độ rọi đèn bố trí đối diện 49 3.10 Thơng số đèn bố trí dải phân cách 50 3.11 Độ chói đèn bố trí dải phân cách 51 3.12 Độ rọi đèn bố trí dải phân cách 51 60 KẾT LUẬN Luận văn trình bày khái quát thực hệ thống CSCC thành phố Quảng Ngãi Trước yêu cầu thách thức CSCC ngày nay, luận văn tìm hiểu giải pháp tiết kiệm điện năng, nâng cao hiệu vận hành cho hệ thống CSCC Với giải pháp tác giả phân tích đánh giá cụ thể ưu nhược điểm Theo đó, đề tài chọn phân tích tính tốn hiệu kinh tế hiệu kỹ thuật cho giải pháp: giải pháp điều chỉnh điện áp kiểu vô cấp (biến áp xuyến), giải pháp sử dụng chấn lưu cấp công suất giải pháp sử dụng đèn Led có tiết giảm cơng suất Xét từ góc độ nhà quản lý chiếu CSCC, luận văn đưa luận chứng kết tính tốn đề xuất giải pháp thay hệ thống đèn chiếu sáng công cộng thông thường hệ thống đèn Led có tiết giảm cơng suất địa bàn thành phố Quảng Ngãi phù hợp với thực tế Bằng kết thực nghiệm, sử dụng đèn Led tuyến đường Phạm Văn Đồng phần mềm thiết kế DIALUX, việc thay bóng đèn chiếu sáng thơng thường đèn Led có tiết giảm cơng suất tồn địa bàn TP Quảng Ngãi đạt yêu cầu kỹ thuật Giải pháp tiết kiệm khoảng 60% điện đảm bảo chất lượng chiếu sáng theo quy chuẩn QCVN 07-7:2016/BXD Bên cạnh đó, luận văn cịn tính tốn hiệu kinh tế cho phương án đề xuất với thời gian thu hồi vốn 4.9 năm Kết luận văn có ý nghĩa vai trị lớn học thuật mặt kinh tế xã hội cho toàn hệ thống chiếu sáng tỉnh Quảng Ngãi HƯỚNG PHÁT TRIỂN Đề tài nghiên cứu, đánh giá hiệu giải pháp thay đèn chiếu sáng công cộng thông thường chiếu sáng công nghệ Led khu vực thành phố Quảng Ngãi Hướng phát triển đề tài tiếp tục nghiên cứu nhằm tối ưu hóa vận hành hệ thống CSCC Tp.Quảng Ngãi Trong tương lai, vận hành hệ thống CSCC nên kết hợp giải pháp quản lý ứng dụng tiến khoa học công nghệ với giải pháp sử dụng đèn LED để hệ thống CSCC trở nên thông minh đại TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.sggp.org.vn/thach-thuc-phat-trien-cong-nghe-chieu-sang-tiet-kiemnang -luong -142515.html [2] Công ty CP môi trường đô thị Quảng Ngãi [3] Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 07-7:2016/BXD “Các cơng trình hạ tầng kỹ thuật - Cơng trình chiếu sáng” [4] Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam TCXDVN 259 : 2001 “Tiêu chuẩn thiết kế chiếu sáng nhân tạo đường, đường phố, quảng trường đô thị” [5] Chỉ thị số 34/CT-TTg, ngày 07 tháng năm 2017 Thủ tướng Chính phủ PHỤ LỤC PHỤ LỤC Đặc tính kỹ thuật đèn LED hãng Schreder Bỉ Công suất 75W Tuổi thọ trung bình 100.000 Quang thơng đèn 10.916lm Quang thơng trì qua thời gian @tq250C Cịn 80% quang thông sau 100.000 sử dụng Nhiệt độ màu Trắng trung tính Chỉ số hồn màu CRI > 70 Khả chống xung điện 20kV/20kA Diện tích cản gió (CxS) 0,064m² Độ kín quang học IP 66 Độ kín điện IP 66 Độ chịu va đập (kính) IK 08 Điện áp danh định 120-277V-50-60Hz Cấp cách điện Cấp I EU Vật liệu thân đèn Nhôm đúc áp lực cao, sơn tĩnh điện Vật liệu chụp bảo vệ Kính cường lực Chứng nhận phù hợp ENEC, ETL/UL Dimmer Có dimer tiết giảm cơng suất PHỤ LỤC Giải thích từ ngữ, đại lượng CSCC a) Độ rọi (E, lx) mật độ phân bố quang thông diện tích bề mặt chiếu sáng b) Độ rọi ngang trung bình (En,tb, lx) độ rọi mặt đường trung bình theo mặt phẳng ngang c) Độ rọi đứng (Eđ, lx) - gọi độ rọi trụ - độ rọi mặt đứng trung bình khối trụ nhỏ Khi đó, tỷ số độ rọi đứng độ rọi ngang gọi “Chỉ số nổi”, đặc trưng cho khả cảm nhận hình khối vật, có ý nghĩa an tồn giao thông đường hầm an ninh đường Đối với đường bộ, độ rọi đứng quy định độ cao 1,5 m từ mặt đường Trong đường hầm độ rọi đứng (Eđ, lx) độ rọi mặt đứng độ cao 0,1 m từ mặt đường theo hướng song song với dòng xe chạy tới độ cao 0,1 m từ mặt đường thể vật thể kích thước 0,2 m x 0,2 m d) Độ chói (L, cd/m2) mật độ cường độ sáng bề mặt phát sáng e) Độ chói trung bình mặt đường (Ltb, cd/m2) độ chói tính trung bình bề mặt phát sáng, thường sử dụng làm tiêu đánh giá hệ thống chiếu sáng đường giao thơng; thường tính trung bình cộng độ chói tập hợp điểm đo theo phương dọc (lấy cách m hai cột đèn) theo phương ngang (lấy hai trục xe chạy) f) Cường độ sáng (Iα,cd) tỷ số quang thơng nguồn sáng góc khối theo hướng xạ (hướng α) Khi đèn chiếu sáng đường phố có: - Cường độ sáng cực đại (Imax ) nằm phạm vi – 900, đèn thuộc loại không che, thường không dùng chiếu sáng đường cho xe có động cơ; - Cường độ sáng cực đại (Imax ) nằm phạm vi - 750, đèn thuộc loại che nửa; - Cường độ sáng cực đại (Imax ) nằm phạm vi - 650, đèn thuộc loại che hoàn toàn; - Hai loại đèn sau thường dùng để chiếu sáng đường giao thơng cho xe có động g) Ngưỡng tương phản nhìn thấy độ chênh lệch độ chói nhỏ vật để bắt đầu nhìn thấy vật h) Độ đồng độ chói chung (Uo) tỷ số độ chói cực tiểu (Lmin) độ chói trung bình (Ltb) mặt đường, Uo = Lmin / Ltb i) Độ đồng độ chói dọc (U1) tỷ số độ chói cực tiểu (Lmin) độ chói cực đại (Lmax) theo phương dọc đường, U1 = Lmin / Lmax j) Quang thông (lumen, lm) đại lượng đặc trưng cho khả xạ ánh sáng không gian k) Hiệu suất phát sáng, (lm/W), tỷ số quang thông nguồn sáng công suất nguồn tiêu thụ l) Chỉ số hạn chế loá (G) số đánh giá mức độ lố khơng tiện nghi (Discomfort Glare) Chỉ số lớn khơng cảm thấy lố G = 5, tương ứng lóa chấp nhận được, thỏa mãn khơng cảm thấy lóa m) Độ tăng ngưỡng (TI - Threshold Increment, %) mức tăng cần thiết hệ số tương phản độ chói vật mặt đường để nhận diện có nguồn sáng gây chói lóa, dùng để đánh giá tượng lóa mờ (Disability Glare) n) Độ tăng ngưỡng tối đa: Bản thân đèn hệ thống chiếu sáng nguồn sáng gây chói lóa, ta cần giới hạn chúng qua số TI max hệ thống chiếu sáng để bảo đảm giao thơng an tồn, thường phạm vi 10 % 20 %, thấp tốt o) Sự thích ứng thị giác (visual adaptation) tượng cảm nhận ánh sáng mắt người di chuyển khơng gian có độ chói khác Sự thích ứng tối (từ nơi độ chói cao sang nơi độ chói thấp) cần nhiều thời gian, quan tâm đặc biệt xe chạy vào đường hầm ban ngày cần tuân thủ CIE 88:2004 (mức chênh lệch không 70 %) p) Chiếu sáng dự phòng chiếu sáng trì điều kiện khẩn cấp, ví dụ có cố nguồn cấp điện ... điện chiếu sáng cơng cộng hiệu Do để giải vấn đề nêu chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao hiệu vận hành cho hệ thống chiếu sáng thành phố Quảng Ngãi? ?? Mục tiêu mục đích nghiên cứu. .. suất cho hệ thống chiếu sáng công cộng thành phố Quảng Ngãi 3 CHƯƠNG HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG CÔNG CỘNG KHU VỰC THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI 1.1 Tổng quan kỹ thuật chiếu sáng thành tựu chiếu sáng. .. hiệu vận hành vận Đối tượng phạm vị nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống chiếu sáng công cộng - Phạm vi nghiên cứu: Hệ thống chiếu sáng công cộng thành phố Quảng Ngãi Phương pháp nghiên cứu