Thực tế phần lớn cỏc sản phẩm đều đòi hỏi việc sử dụng cỏc động cơ ở một vài cụng đoạn nào đú trong quỏ trỡnh sản xuất, chỳng ta khụng ngạc nhiờn khi núi rằng động cơ điện là thiết bị tiờu thụ nhiều điện năng nhất.
Hao tổn điện năng của động cơ khụng đồng bộ gồm hai thành phần : Đú là tổn hao đồng Pcu và tổn hao sắt Pfe. Trong động cơ khụng đồng bộ thỡ tổn hao đồng chiếm đến 70% còn hao tổn sắt chỉ chiếm đến 30%. Cỏc cụng thức tớnh hao tổn trong động cơ như sau :
.
- Hao tổn đồng được tớnh theo cụng thức : ;
Trong đó : Stt = Sdo/cosϕdo; Sdm = Pdm/cosϕdm.
k1, k2 - là cỏc hệ số tỷ lệ hao tổn trong thép và đồng. Nú tựy thuộc vào từng loại động cơ. Với động cơ khụng đồng bộ thực nghiệm cho thấy k1 = 0,3 và k2 = 0,7.
η - là hiệu suất làm việc của động cơ, nú phụ thuộc vào tớnh chất tải và hệ số mang tải, thường là hàm của hệ số mang tải η = f(kmt) và được xỏc định bằng những cụng thức thực nghiệm.
Hao tổn cụng suất trong động cơ được tớnh là: ∆P = ∆Pcu + ∆PFe;
Hao tổn điện năng trong thỏng được tớnh như sau: ∆A = ∆P.t (kWh);
Trong đú t là thời gian làm việc của động cơ trong năm (h). 2.6 GẢI PHÁP CHỦ YẾU TIẾT KIỆM ĐIỆN TRONG DNCN
Trong phạm vi luận văn, sau khi nghiờn cứu cỏc giải phỏp, thiết bị cú khả năng ỏp dụng tương ứng với tiềm năng về tiết kiệm điện của DNCN. Chỳng tụi đưa ra một số giải phỏp ỏp dụng cho doanh nghiệp cụng nghiệp như sau:
• Giải phỏp về tụ̉ chức quản lý kỹ thuật:
- Khuyến nghị cỏc doanh nghiệp cụng nghiệp tổ chức làm việc theo ca - kớp, nhằm thực hiện tiờu thụ điện vào thời gian thấp nhất ở đồ thị phụ tải của hệ thống, sẽ giảm được hao tổn điện năng trong mỏy biến ỏp, cũng với việc đú thỡ doanh nghiệp sẽ được hưởng giỏ điện ở mức thấp nhất.
- Cỏc xớ nghiệp tổ chức làm việc ca kớp sẽ giảm thời gian chạy khụng tải của mỏy múc thiết bị đồng nghĩa với việc giảm chi phớ điện năng trờn một đơn vị sản phẩm.
- Đúng điện cỏc động cơ thụng qua cỏc bộ điều khiển bằng thiết bị khả trỡnh để giảm thiểu dòng điện mở mỏy, và giảm tối đa sự đồng thời mở mỏy động cơ của cỏc xớ nghiệp.
• Giải phỏp cụng nghệ ỏp dụng cho cỏc đối tượng của mạng điện là:
- Trong cỏc động cơ điện;
- Trong hệ thống chiếu sỏng, thụng giú; - Trong hệ thống nhiệt;
- Trong hệ thống cung cấp điện. 2.6.1 Trong cỏc đụ̣ng cơ điện
2.6.1.1 Giải phỏp nõng cao hệ số cụng suất cosϕ
Hệ số cụng suất cosϕ càng lớn thỡ càng cú lợi cho việc cung cấp điện lẫn khỏch hàng tiờu thụ điện:
cos = = .
Phần lớn cỏc thiết bị dựng điện đều tiờu thụ cụng suất tỏc dụng P và cụng suất phản khỏng Q, đặc biệt là động cơ khụng đồng bộ, tiờu thụ khoảng 60 - 65% tổng cụng suất phản khỏng. Vỡ vậy việc làm giảm cụng suất phản khỏng là giải phỏp cần phải được quan tõm. Cú rất nhiều giải phỏp làm giảm cụng suất phản khỏng, song chỳng ta phải biết lựa chọn cho thớch hợp. Sau đõy là một số giải phỏp:
a) Nõng cao hệ số cosϕ tự nhiờn
Đú là tỡm ra cỏc phương phỏp để động cơ giảm bớt được lượng cụng suất phản khỏng tiờu thụ, ta cú thể ỏp dụng cỏc cụng nghệ tiờn tiến, sử dụng
cỏc thiết bị một cỏch hợp lý… Biện phỏp này đem lại hiệu quả kinh tế mà khụng phải đặt thờm thiết bị bự.
Cỏc cỏn bộ phải chỉ đạo, thay đổi cải tiến qui trỡnh, cụng nghệ để cỏc thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất. Căn cứ vào điều kiện cụ thể của doanh nghiệp để sắp xếp qui trỡnh cụng nghệ một cỏch hợp lý nhất. Việc giảm bớt những động tỏc, những nguyờn cụng thừa đều đưa đến hiệu quả tiết kiệm điện, giảm bớt điện năng tiờu thụ trờn một sản phẩm.
- Hạn chế động cơ chạy khụng tải.
- Nõng cao chất lượng sửa chữa động cơ.
- Dựng động cơ đồng bộ thay thế cho động cơ khụng đồng bộ.
- Nếu động cơ nào khụng cần điều chỉnh tốc độ thỡ ta nờn dựng động cơ khụng đồng bộ vỡ:
+ Động cơ đồng bộ cú hệ số cụng suất cosϕ cao, cú thể làm việc ở chế độ quỏ kớch từ để trở thành một mỏy bự cung cấp thờm cụng suất phản khỏng cho mạng.
+ Mụ men quay tỉ lệ bậc nhất với điện ỏp của mạng nờn ớt phụ thuộc vào phụ tải do đú năng xuất làm việc của mỏy cao.
- Thay thế những động cơ làm việc non tải bằng những động cơ cú dung lượng cụng suất nhỏ hơn.
Đối với cỏc nhà mỏy, xớ nghiệp lõu năm thường động cơ đó cũ rớch, tiờu thụ nhiều điện, gõy hao tổn cụng suất lớn, làm việc bị non tải…ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và nền kinh tế của doanh nghiệp. Khi động cơ làm việc non tải được thay bằng động cơ cú cụng suất nhỏ hơn ta sẽ tăng được hệ số phụ tải kpt dẫn đến cosϕ tăng. Nhưng việc thay thế phải:
+ Giảm được tổn thất cụng suất tỏc dụng trong mạng và động cơ vỡ cú như vậy thỡ việc thay thế mới cú lợi. Qua kinh nghiệm cho thấy:
+ Nếu kpt < 0,45 thỡ việc thay thế bao giờ cũng cú lợi;
+ Nếu 0,45 < kpt < 0,78 thỡ phải so sỏnh kinh tế kỹ thuật mới xỏc định được việc thay thế cú lợi hay khụng.
Phụ tải cực tiểu 0 2 4 6 10 12 14 16 18 20 22 24
+ Điều kiện kỹ thuật: Việc thay thế động cơ phải đảm bảo nhiệt độ của động cơ nhỏ hơn nhiệt độ cho phép (tđc < tcp), đảm bảo điều kiện mở mỏy làm việc ổn định của động cơ.
b) Dựng phương phỏp bự để nõng cao hệ số cụng suất cosϕ
Bự cụng suất phản khỏng sẽ nõng cao được hệ số cụng suất cosϕ và giảm tổn thất ∆P để tiết kiệm điện và quan trọng hơn là điều chỉnh và ổn định được điện ỏp của mạng.
- Dung lượng bự được xỏc định theo cụng thức: Qb = Q.α.(tgϕ1- tgϕ2);
Trong đó: ϕ1 - Gúc ứng với hệ số cụng suất trung bỡnh trước khi bự; ϕ2 - Gúc ứng với với hệ số cụng suất mong muốn sau khi bự; α = 0,9 - 1 - Hệ số xét tới khả năng nõng cao cosϕ bằng cỏc biện phỏp khỏc;
Q - Cụng suất phản khỏng động cơ tiờu thụ. - Chọn loại thiết bị bự:
Thiết bị bự được lựa chọn dựa trờn cơ sở tớnh toỏn cỏc so sỏnh về kinh tế và kỹ thuật.
2.6.1.2 Dựa vào đụ̀ thị phụ tải hàng ngày để giảm bớt nhu cõ̀u điện ở giờ cao điểm cho sản xuất
a) Điờ̀u chỉnh đụ̀ thị phụ tải hàng ngày
Giả sử một doanh nghiệp sản xuất làm việc với phụ tải:
- Cực đại là: 2,85 MW - Cực tiểu là: 1 MW - Trung bỡnh là: 1,9MW. Giờ cao điểm từ 18 giờ đến 22 giờ tối, giờ thấp điểm từ 22 giờ đến 4 giờ sỏng ngày hụm sau, còn lại giờ trung bỡnh thường là từ 4 giờ sỏng đến 18 giờ tối.
Hỡnh 2.1: Đồ thị phụ tải ngày đặc trưng
Từ đồ thị này ta nhận thấy: Ở giờ cao điểm (từ 18 đến 22 giờ) phụ tải yờu cầu là cực đại, đạt giỏ trị đỉnh 2,85 MW. Do đú để trỏnh phụ tải cực đại giờ cao điểm, chỳng ta hóy chọn phương thức vận hành cỏc thiết bị sao cho: Cỏc thiết bị nào cú thể vận hành được vào cỏc giờ khỏc mà khụng ảnh hưởng nhiều đến sản xuất thỡ hóy vận hành chỳng vào cỏc giờ khỏc để trỏnh vận hành vào giờ cao điểm. Mục đớch cuối cựng là để cho phụ tải ở giờ cao điểm của nhà mỏy sẽ được san bằng tạo nờn đồ thị được bằng phẳng hơn. Nếu được tốt nhất hóy tạo phụ tải của nhà mỏy ở giờ thấp điểm được cao hơn phụ tải ở giờ cao điểm nhằm tiết kiệm được tiền điện phải trả giỏ cao do việc sử dụng điện ở giờ cao điểm.
Trờn đồ thị phụ tải hỡnh 2.2 Đường nét đứt biểu diờ̃n đồ thị phụ tải ở giờ cao điểm đó được san bằng một ớt vào giờ thấp điểm, giờ trung bỡnh được san bằng vào giờ thấp điểm. Do đú trỏnh được việc phải trả tiền điện với giỏ biểu cao. b) Bố trớ sản xuất một cỏch đờ̀u đặn hàng ngày, hàng tuõ̀n
Chỳng ta nờn cố gắng sắp xếp cho đồ thị phụ tải hàng ngày gần như bằng phẳng và nếu cú thể được, cỏc nhúm tiờu thụ cụng suất lớn nờn cho vận hành vào ban đờm, vào giờ thấp điểm thỡ hiệu quả kinh tế sẽ rất cao. Mặt khỏc cũng cần lưu ý nờn bố trớ sản xuất ba ca, trỏnh dồn vào ngày nghỉ thứ bảy hay
trỏnh được căng thẳng về thiếu thiết bị hay thiếu cụng suất nguồn. Đồng thời như vậy sẽ đưa đến thời gian khấu hao thiết bị nhanh, nhanh chúng thay đổi được cụng nghệ sản xuất mới, phự hợp với sự phỏt triển đổi mới cụng nghệ đang diờ̃n ra với tốc độ nhanh hiện nay. Cú được như vậy mới làm năng suất cao, giỏ thành rẻ và đỏp ứng được sự tiến bộ kỹ thuật, cạnh tranh được trong thị trường sản xuất hàng húa.
2.6.1.3 Sử dụng một số thiết bị tiết kiệm điện
a) Bộ điờ̀u khiển tốc độ động cơ bằng linh kiện điện tử VSD (Variable-Speed-Drive)
Khi sử dụng bộ biến tốc với linh kiện điện tử VSD trong đại đa số cỏc trường hợp sẽ làm phự hợp giữa cụng suất điện cung cấp vào động cơ với yờu cầu của phụ tải biến đổi, đặc biệt là đối với thiết bị tiờu thụ điện như quạt, bơm ly tõm...
- Lắp thiết bị VSD sẽ tiết kiệm được điện năng và tiền điện trong việc sử dụng đỳng phự hợp với phụ tải.
- Cú khả năng sử dụng động cơ khụng đồng bộ xoay chiều trong quỏ trỡnh sản xuất cần điều chỉnh tốc độ. Động cơ KĐB xoay chiều là loại cú giỏ bỏn trờn thị trường rẻ hơn rất nhiều và dờ̃ ràng trong vận hành, bảo dưỡng hơn những loại động cơ khỏc.
- Tăng được tớnh linh hoạt và quy mụ sản xuất. - Tăng được tớnh an toàn và độ tin cậy cao.
- Giỏ thành sản phẩm rẻ hơn do tiết kiệm được chi phớ tiền điện. Ngoài ra khi sử dụng VSD cú thể đưa đến cỏc kết quả sau:
- Đối với động cơ cũ, sau khi tớnh toỏn ỏp dụng VSD vào thỡ sẽ khụng cần thay động cơ mới khi phụ tải tăng lờn.
- Khụng cần thỏo rỡ bộ VSD khi thỏo rỡ động cơ, bởi lỳc tớnh toỏn VSD đó phự hợp.
- Nhiều động cơ cú thể đấu vào một bộ VSD.
- Dựng VSD cú thể vận hành động cơ với tốc độ từ vài % đến vài trăm % so với tốc độ ghi trờn nhón động cơ.
- Giảm tiếng ồn, tăng tuổi thọ cho động cơ.
Tuy nhiờn nú cú nhược điểm là: Ở tốc độ cực thấp thỡ trục động cơ cú thể khụng quay tròn đều.
b) Động cơ hiệu quả hay động cơ hiệu suất năng lượng cao (High Efficiency Motor- HEMs)
Động cơ hiệu quả cao hay để dờ̃ hiểu hơn ta cú thể gọi là động cơ cú hiệu suất năng lượng cao (Energy Efficiency motor HEMs). Đú là cỏc động cơ cú cỏc chỉ tiờu sau đõy:
- Tổn thất trờn điện trở ( P = I2.R) giảm,vỡ:
+ Vật liệu dẫn chất lượng cao.
+ Dõy dẫn Stato và thanh dón roto với tiết diện cắt lớn. Nờn đưa đến kết quả là: Hệ số cụng suất cao và để tăng tớnh năng mở mỏy tốt hơn nờn ở rónh rụto kớch thước phớa trờn bé lại, phớa dưới phỡnh to ra (Hỡnh 2.2) cú dạng cổ lọ và hỡnh thang nờn khi mở mỏy do hiệu ứng mặt ngoài do đú dòng điện roto hầu như tập trung trờn mặt thanh dẫn nờn điện trở roto tăng lờn rừ rệt dẫn đến kết quả làm cho tớnh năng mở mỏy tốt hơn so với cỏc loại rónh thụng thường.
Thụng thường người ta sử dụng thờm thiết bị điều khiển tốc độ hỗ trợ để phỏt huy kết quả.
- Giảm được tổn thất lừi thộp một cỏch tối đa vỡ:
+Tăng tiết diện cắt của lừi thép nờn giảm được mật độ từ thụng nhưng trọng lượng cú tăng lờn một ớt.
+ Cỏc lỏ tụn kỹ thuật điện mỏng hơn để giảm dòng điện xoỏy (làm núng, tăng tổn thất nhiệt).
+ Sử dụng vật liệu tổn thất từ thấp dẫn đến tổn thất do từ trờ̃ thấp (dựng thép silic chất lượng cao).
- Giảm tổn thất tản mạn:
Khoảng khụng gian giữa roto và stato tạo nờn luồng khớ thoỏng mỏt tối ưu, dẫn đến giảm tổn thất vỡ giảm được yờu cầu làm mỏt động cơ và kớch thước của quạt làm mỏt cũng được giảm xuống.
Từ cỏc phõn tớch trờn, chỳng ta đó nhận thấy kết quả ưu việt của động cơ hiệu quả cao (HEMs). Sau đõy, để làm rừ hơn ta hóy nờu vài số liệu về giỏ trị kinh tế và kỹ thuật của nú:
Bảng 2.1: Số liệu từ cataloge của cỏc loại động cơ
Cỡ cụng suṍt đụ̣ng cơ (kW) Hiệu quả - Hiệu suṍt (%)
1 kW 150 kW 7200 kW 70 – 75% - 92% - 95%
• Loại HEMs có hiệu suṍt như sau:
- Gần 6 - 8% cao hơn so với loại động cơ thụng thường - đối với kớch cỡ bé, đến 15 kW.
- Gần 2 - 4% cao hơn loại động cơ thụng thường - đối với kớch cỡ lớn và trờn 20 kW.
0.75 1.1 1.5 2.2 3.7 5.6 7.5 11 15 18 22 30 37 45 56 75 93 110 150 75 75
- Gần 15 – 25% cao hơn đối với loại kớch cỡ bé. - Hơi cao hơn đụi chỳt đối với loại kớch cỡ lớn.
• Loại HEMs có đụ̣ tin cậy bằng và cao hơn loại đụ̣ng cơ tiờu chuẩn và tiờu tốn bảo trỡ tương tự như loại đụ̣ng cơ tiờu chuẩn.
Chỳng ta cú thể sử dụng đồ thị để thể hiện cỏc số liệu quan trọng. Từ cỏc thụng số được cỏc nhà sản xuất ghi trờn Cataloge của động cơ tiờu chuẩn và động cơ HEM. Sử dụng phần mềm Excel ta đi tiến hành vẽ đồ thị biểu diờ̃n mối quan hệ để so sỏnh hai loại động cơ tiờu chuẩn và HEM theo hỡnh 2.3: Ở đồ thị: - Trục tung bờn trỏi biểu thị hiệu suất %.
- Trục tung bờn phải biểu thị giỏ trị đầu tư ban đầu đối với động cơ (tớnh triệu đồng Việt Nam đối với đơn vị cụng suất kW).
- Trục hoành độ là kớch cỡ động cơ.
+ Đường biểu diờ̃n 1 - Hiệu suất động cơ HEM.
+ Đường biểu diờ̃n 2 - Hiệu suất động cơ tiờu chuẩn (thụng thường). + Đường biểu diờ̃n 3 - Giỏ trị đầu tư đối với động cơ HEM.
+ Đường biểu diờ̃n 4 - Giỏ trị đầu tư ban đầu đối với động cơ tiờu chuẩn (thụng thường).
Hỡnh 2.3:Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa cụng suất và giỏ đầu tư của hai loại động cơ HEMs và động cơ tiờu chuẩn
2.6.2 Hệ thống chiếu sỏng
a) Chọn phương ỏn chiếu sỏng hợp lý
Việc lắp đặt và phõn bố đèn trong nhà xưởng phự hợp với yờu cầu sản xuất. Chọn thiết bị chiếu sỏng phự hợp, hiệu năng cao.
Cụ thể là: Phõn bố đèn trờn mặt bằng sản xuất. Chọn chiều cao treo đèn hợp lý để đạt độ rọi tối đa mà khụng gõy lúa mắt, mua những loại đèn cú hiệu suất phỏt quang tốt, sử dụng chấn lưu hiệu năng cao. Bố trớ số lượng đèn hợp lý theo từng khu vực sản xuất và theo từng cụng tắc chung sao cho chỉ bật sỏng đèn ở những khu vực sản xuất.
b) Nõng cao hệ số cụng suất cho cỏc loại đốn huỳnh quang bằng cỏch sử dụng tụ bự hoặc sử dụng chấn lưu điện tử.
Tụ điện vừa cú chức năng bự hệ số cụng suất vừa lọc được nhiờ̃u súng