5. Hiệu quả kinh tế khi tồ nhà áp dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng
5.1. Tính tốn giải pháp lắp biến tần Altivar 61 cho bơm nước lạnh
- Tính tốn chi phí tiết kiệm
Giới thiệu sơ qua về loại biến tần này:
Biến tần Altivar 61 là một giải pháp phù hợp cho các ứng dụng cơng nghiệp với các chức năng được thiết kế đặc biệt cho việc điều khiển lưu lượng. Thiết bị
này giúp tiết kiệm năng lượng và tương thích với nhiều mạng giao tiếp.
Các đặc tính của Altivar 61
- Giám sát và điều khiển hoạt động qua cổng giao tiếp
- Chức năng riêng cho điều khiển hệ thống máy bơm và quạt
- Cài sẵn các thơng số ngầm định để cĩ thể khởi động ngay lập tức sau khi lắp đặt
- Cĩ thể cài đặt lại thơng số theo yêu cầu một cách đơn giản qua màn hình tích hợp sẵn hoặc phần mềm PowerSuite
- Các giải pháp triệt sĩng hài: lọc nguồn, bộ lọc nhiễu bổ sung…
Altivar 61 được thiết kế cho các ứng dụng Hệ thống điều hịa nhiệt độ, hệ thống sưởi:
- Điều chỉnh mức lưu lượng dựa trên nhu cầu thực tế nhằm quản lý năng lượng tốt nhất nhờ sử dụng bộđiều chỉnh PI tích hợp
- Khử bỏ cộng hưởng cơ học nhờ chức năng khĩa tần số làm việc cĩ hại - Tính năng tiện nghi với giải pháp làm giảm độ ồn cơ gây ra bởi vận hành của máy quạt nhờ sử dụng tần sốđĩng cắt cao
- Khả năng hoạt động liên tục được đảm bảo ngay cả trong trường hợp bị sự
cố mất tín hiệu đo: vị trí rút về, điều khiển tựđộng/điều khiển bằng tay
- Hiển thị từ xa hệ thống thiết bị bằng cách nối kết biến tần với mạng giao tiếp
Đây là hệ thống bơm được vận hành song song, trong quá trình hoạt động tùy vào thời tiết trong năm mà số lượng bơm vận hành sẽ khác nhau (thời điểm mùa hè là 4 chiếc, mùa đơng 3 chiếc ). Với tính năng của loại biến tần này cĩ thể
tích hợp dùng 1 biến tần đểđiều khiển tối đa 5 bơm. Sơđồ như sau:
Nguyên lý hoạt động của hệ thống này khi lắp biến tần như sau: Khi hệ
thống hoạt động, biến tần sẽ khởi động 1 bơm trước (bơm M1), áp suất chưa đủ nên nĩ sẽ đưa thêm 1 bơm nữa vào (bơm M1) được điều khiển bằng các tiếp điểm Q1 tới Q4. Khi bơm M2 được khởi động sẽ chạy với tốc độ cốđịnh đểđảm bảo đủ yêu cầu và khi này biến tần sẽ điều chỉnh tốc độ của động cơ M1. Đây chính là điểm tiết kiệm của hệ thống này. 4 bơm này sẽ được đưa vào lần lượt nếu như chưa đảm bảo yêu cầu kỹ thuật của hệ thống đề ra, ở đây điều kiện mà chúng ta quan tâm là nhiệt độ của nước giải nhiệt sau khi đưa đi giải nhiệt cho các máy lạnh cục bộ. Thiết bị cảm biến nhiệt độ sẽ được đưa vào vị trí PI feedback (tín hiệu phản hồi) để điều khiển cho biến tần. Cịn tín hiệu đặt tại hệ thống sẽ đưa tới PI reference đặt mức nhiệt độ nhất định từ đĩ tín hiệu phản hồi sẽ so sánh với tín hiệu đặt này để điều khiển tốc độ bơm M1 cho phù hợp và đưa những bơm cịn lại vào vận hành sao cho hệ thống đảm bảo yêu cầu kỹ thuật và đạt được hiệu quả khi sử dụng.
Việc điều khiển hệ thống sẽ do biến tần tự điều chỉnh và thơng qua card AW3A3502 để điều khiển những bơm được đưa vào, do đĩ người vận hành hệ
thống sẽ khơng cần quan tâm tới việc sẽ phải cho thêm 1 bơm chạy nữa khơng trong những thời điểm giao mùa vì lúc đĩ thời tiết cĩ thay đổi tương đối nhiều.
Ở hệ thống này sẽ cĩ 1 bơm được đặt là chính và chỉ bơm này mới điều chỉnh được tốc độ, các bơm cịn lại chỉ vận hành ở mức cơng suất khơng đổi.
Đây là một cách mắc khác so với mơ hình trên. Về mặt nguyên lý hoạt động của hệ thống này khơng khác nhiều so với mơ hình trên, chỉ cĩ điểm khác là ở mơ hình này khơng cĩ bơm nào được coi là bơm chính mà tất cả 5 bơm sẽ được biến tần luân phiên điều khiển làm bơm chính, khi biến tần đã đặt 1 bơm làm bơm chính
để điều khiển thì quá trình làm việc cũng diễn ra tương tự như mơ hình trên - lần lượt đưa bơm vào để đảm bảo đúng yêu cầu nhiệt độ đặt. Mơ hình này bơm chính sẽ lần lượt được luân phiên nhau và biến tần sẽ tự động ghi nhận thời gian mà bơm nào hoạt động ít nhất trong hệ thống để cho vận hành trước. Tiếp điểm KD1 tới KD5 là những tiếp điểm để biến tần chọn bơm cần điều khiển tốc độ, khi một tiếp
điểm KD nào được đĩng lại thì tiếp điểm tương ứng KM đĩ sẽ bị mở ra. Khi 1 bơm
được chọn là bơm chính thì những bơm cịn lại sẽ được điều khiển để đưa vào và vận hành ở mức cơng suất khơng đổi.
Đĩ là 2 sơ đồ điều khiển ứng dụng loại biến tần Altivar 61, đây là một ứng dụng hữu ích vì trong hệ thống điều hịa hiện nay thường hệ bơm được mắc song song để cùng đảm nhiệm một chức năng. Với mơ hình này chỉ cần dùng 1 biến tần
để điều khiển cho cả hệ bơm (tối đa 5 chiếc) thiết bị dùng phụ trợ là cảm biến nhiệt
độ và card AW3A3502 để điều khiển đưa bơm vào hoạt động. Sau đây ta sẽ tính tốn lượng năng lượng cĩ thể tiết kiệm được, mức đầu tư và hiệu quả kinh tế khi áp dụng giải pháp này sẽ mang lại.
Theo như giải pháp này thì lượng điện tiết kiệm được sẽ được tính cho 1 bơm được biến tần điều khiển, cịn tùy thuộc vào điều kiện thực tế mà số bơm được
đưa vào là mấy chiếc để đủ đảm bảo yêu cầu nhiệt độ nước đã đặt cho hệ thống thơng qua thiết bị cảm biến. Hiện tại hệ thống bơm nước lạnh đang sử dụng 02 bơm trong mùa hè và trong mùa đơng, một bơm dự phịng, ta sẽ tính tốn lượng điện tiết kiệm được vào thời điểm mùa hè và lượng tiết kiệm sẽ được tính tốn trên một bơm mà biến tần điều khiển tốc độ cịn 2 bơm cịn lại sẽ làm việc với cơng suất nhất
định. Với cách hoạt động như vậy thì phần trăm tiết kiệm được sẽ tương đối cao vì khi hệ thống đã cĩ 2 bơm hoạt động với cơng suất cốđịnh cịn bơm thứ 3 sẽ được biến tần điều khiển sao cho bơm hoạt động với mức cơng suất phù hợp đểđảm bảo nhiệt độ nước đưa về Water Chiler đạt được nhiệt độđã đặt.
Khi áp dụng giải pháp này, ước tính lượng tiết kiệm đạt 25% so với cơng suất của bơm và đây là con số để tính tốn kinh tế cho giải pháp này. Đây chắc chắn chưa phải là mức cao nhất mà biến tần cĩ thể tiết kiệm được cho động cơ ở hệ
thống hoạt động như vậy.
- Đối với hệ thống bơm nước lạnh 11 kW
Giải pháp dùng biến tần điều khiển động cơ bơm nước lạnh 11 kW Hiện trạng vận hành bơm nước lạnh kW 11 Số bơm nước lạnh được điều khiển Chiếc 1 Số giờ hoạt động trong ngày Giờ 10 Số ngày hoạt động trong năm Ngày 365
Khi chưa lắp biến tần
Tổng điện năng tiêu thụ 1 năm khi chưa cĩ biến tần kWh 40,150
Sau khi lắp biến tần điều khiển bơm nước lạnh
Ước tính phần trăm tiết kiệm được khi lắp biến tần % 25 - Đối với hệ thống bơm nước lạnh 5,5 kW
Giải pháp dùng biến tần điều khiển động cơ bơm nước lạnh 5.5 kW Hiện trạng vận hành bơm nước lạnh kW 5.5 Số bơm nước lạnh được điều khiển Chiếc 1 Số giờ hoạt động trong ngày Giờ 10 Số ngày hoạt động trong năm Ngày 365
Khi chưa lắp biến tần
Tổng điện năng tiêu thụ 1 năm khi chưa cĩ biến tần kWh 20,075
Sau khi lắp biến tần điều khiển bơm nước lạnh
Ước tính phần trăm tiết kiệm được khi lắp biến tần % 25 Tiết kiệm năng lượng nhờ lắp thêm biến tần kWh 5,019
Bảng 4. Tính tốn lượng tiết kiệm cho hệ thống bơm nước lạnh
Qua kết quả trên ta thấy bằng cách lắp thêm biến tần điều khiển động cơ đã tiết kiệm được một lượng điện năng khơng nhỏ. Tuy nhiên các số liệu trên chỉ là con số ước tính sơ bộ, trong thực tế lượng tiết kiệm cịn cĩ thể lớn hơn nữa nếu biến tần được hiệu chỉnh tốt và tùy thuộc vào nhu cầu thực tế của hệ thống. Ngồi ra, khi được lắp đặt thử nghiệm sẽ tính được lượng tiết kiệm điện năng thực tế qua việc đo kiểm, giám sát chi tiết hơn. Ta lấy điều này làm cơ sở cho việc tính tốn lượng chi phí tiết kiệm được khi áp dụng giải pháp. Dưới đây là bảng thống kê lượng điện năng tiết kiệm của động cơ bơm nước giải nhiệt khi chúng ta lắp biến tần với các thơng sốước lượng như trên.
Để tính được các hiệu quả kinh tế, ta tính giá điện trung bình cho 1 kWh điện tại V-Tower. Giá điện sử dụng theo cơng tơ 3 giá.
Giờ cao điểm: 2855 VND Giờ thấp điểm: 915 VND
(1580*14 + 2855*4 + 915*6)/24 = 1.626 đồng/kWh
- Tính tốn mức đầu tư và hiệu quả kinh tế cho phương án lắp biến tần của bơm nước lạnh cơng suất 11 kW
Khi lắp đặt biến tần cho bơm nước lạnh chúng ta cần xác định các chi phí sau: chi phí cho biến tần, chi phí phụ kiện lắp ráp.
- Chi phí phụ kiện lắp đặt là: 5.000.000 VNĐ
- Với động cơ bơm nước lạnh cĩ cơng suất động cơ 11 kW thì ta phải chọn loại biến tần cĩ cơng suất tương đương ATV31HDN4A - 11 kW và card AW3A3502 (giá này khơng tính thuế 5% ):
Giá biến tần: 1.360,94 USD Giá card AW3A3502: 392 USD
Giá USD để tính tốn: 1 USD = 17,7 VNĐ. Vậy giá thiết bị này là: 36.027 triệu đồng.
PHÂN TÍCH LỢI ÍCH CHI PHÍ
Giải pháp dùng biến tần điều khiển động cơ bơm nước lạnh 11 kW Hiện trạng vận hành bơm nước lạnh kW 11 Số bơm nước lạnh được điều khiển Chiếc 1 Số giờ hoạt động trong ngày Giờ 10 Số ngày hoạt động trong năm Ngày 365
Khi chưa lắp biến tần
Tổng điện năng tiêu thụ 1 năm khi chưa cĩ biến tần kWh 40.150
Sau khi lắp biến tần điều khiển bơm nước lạnh
Ước tính phần trăm tiết kiệm được khi lắp biến tần % 25 Tiết kiệm năng lượng nhờ lắp thêm biến tần kWh 10.038
Phân tích kinh tế
Chi phí i n n ng trung bình
Ngàn
Tổng tiết kiệm tiền hàng năm Ngàn đồng 16.323 Chi phí cho biến tần Ngàn đồng 31.027 Chi phí phụ kiện Ngàn đồng 5.000 Tổng chi phí đầu tư và lắp đặt Ngàn đồng 36.027 Thời gian hồn vốn giản đơn Năm 2,21 Hệ số hồn vốn nội tại % 35% Giá trị hiện tại thuần Ngàn đồng 22.815
Bảng 5. Tính tốn lợi ích kinh tế cho giải pháp lắp biến tần cho bơm nước lạnh cơng suất 11 kW
Khi áp dụng những giải pháp này ngồi việc tiết kiệm chi phí điện năng cịn giúp giảm phát thải CO2 và sẽ cĩ được tương ứng lượng TOE (tấn dầu quy đổi) tiết kiệm được như sau: Lượng điện tiết kiệm khi áp dụng giải pháp đối với hệ thống bơm nước lạnh Tổng mức tiết kiệm NL Qui đổi về TOE Tổng mức tiết giảm NL Qui đổi về phát thải CO2 (Tấn) 10.038kWh 0,9 5,6
- Tính tốn mức đầu tư và hiệu quả kinh tế cho phương án lắp biến tần của bơm nước lạnh cơng suất 11 kW
Khi lắp đặt biến tần cho bơm nước lạnh chúng ta cần xác định các chi phí sau: chi phí cho biến tần, chi phí phụ kiện lắp ráp.
- Chi phí phụ kiện lắp đặt là: 5.000.000 VNĐ
- Với động cơ bơm nước lạnh cĩ cơng suất động cơ 5,5 kW thì ta phải chọn loại biến tần cĩ cơng suất tương đương ATV31HU55N4A - 11 kW và card AW3A3502 (giá này khơng tính thuế 5% ):
Giá biến tần: 851,98 USD Giá card AW3A3502: 392 USD
Giá USD để tính tốn: 1 USD = 17,7 VNĐ. Vậy giá thiết bị này là: 27.018 triệu đồng.
Giải pháp dùng biến tần điều khiển động cơ bơm nước lạnh 5.5 kW
Hiện trạng vận hành bơm nước lạnh kW 5,5
Số bơm nước lạnh được điều khiển Chiếc 1 Số giờ hoạt động trong ngày Giờ 10 Số ngày hoạt động trong năm Ngày 365
Khi chưa lắp biến tần
Tổng điện năng tiêu thụ 1 năm khi chưa cĩ biến tần kWh 20.075
Sau khi lắp biến tần điều khiển bơm nước lạnh
Ước tính phần trăm tiết kiệm được khi lắp biến tần % 25 Tiết kiệm năng lượng nhờ lắp thêm biến tần kWh 5.019 Phân tích kinh tế Chi phí điện năng trung bình Ngàn đồng 1,626 Tổng tiết kiệm tiền hàng năm Ngàn đồng 8.162 Chi phí cho biến tần Ngàn đồng 22.018 Chi phí phụ kiện Ngàn đồng 5.000 Tổng chi phí đầu tư và lắp đặt Ngàn đồng 27.018 Thời gian hồn vốn giản đơn Năm 3,31 Hệ số hồn vốn nội tại % 53% Giá trị hiện tại thuần Ngàn đồng 31.824
Bảng 6. Tính tốn lợi ích kinh tế cho giải pháp lắp biến tần cho bơm nước lạnh cơng suất 5,5 kW
Khi áp dụng những giải pháp này ngồi việc tiết kiệm chi phí điện năng cịn giúp giảm phát thải CO2 và sẽ cĩ được tương ứng lượng TOE (tấn dầu quy đổi) tiết kiệm được như sau:
Lượng điện tiết kiệm khi áp dụng giải pháp đối với hệ thống bơm nước lạnh Tổng mức tiết kiệm NL Qui đổi về TOE Tổng mức tiết giảm NL Qui đổi về phát thải CO2 (Tấn) 5.019 kWh 0,4 2,8