Chương 7 : KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG
10.2.Động cơ điện
Cỏc động cơ điện là hộ tiờu thụ điện lớn nhất và cần được đặc biệt chỳ ý khi lựa chọn, vận hành bảo trỡ. Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến họat động của động cơ như sau:
- Chế độ và phụ tải
- Điện ỏp nguồn, số pha, tần số, bộ điều chỉnh
- Lắp rỏp cơ khớ: động cơ và khớp nối truyền động, cỏc ổ trục và bụi trơn
- Tốc độ và cụng suất yờu cầu,
- Phương phỏp khởi động và điều khiển tốc độ - Tần suất khởi động
Hỡnh 10.5. Hệ thống mạng điện ba pha
Cỏc cơ hội tiết kiệm năng lượng đối với động cơ điện
-Duy trỡ kế hoạch bảo trỡ, bảo dưỡng
-Hạn chế hoặc trỏnh vận hành ở phụ tải thấp, khụng tải
-Sử dụng động cơ điện cú cụng suất phự hợp
-Lắp tụ điện điều chỉnh hệ số cụng suất
-Sử dụng loại động cơ hiệu quả năng lượng
-Sử dụng bộ điều khiển thay đổi tốc độ (biến tần).
10.3. BIẾN TẦN VÀ CÁC ỨNG DỤNG BIẾN TẦN
Bộ biến tần là thiết bị dựng để biến đổi điện ỏp hoặc dũng điện xoay chiều ở đầu vào từ một tần số này thành điện ỏp hoặc dũng điện cú tần số khỏc ở đầu ra.
Nguyờn lý làm việc chung của bộ biến tần như sau: Nguồn điện xoay chiều một pha hay ba pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn điện một chiều bởi bộ chỉnh lưu. Nhờ vậy, hệ số cụng suất cos ϕcủa biến tần
Dây đất Cột sắt Dòng điện rò DC CB 380 380 380 Bộ chống sét P1 P2 P3 N Bộ A Bộ B Bộ C NHSX 15 kv/220-380V-3PH MBA 3 pha Cầu chì rời CB
khụng phụ thuộc vào tải và cú giỏ trị ớt nhất khoảng 0,96. Điện ỏp một chiều này lại được biến đổi thành điện ỏp xoay chiều ba pha đối xứng thụng qua hệ IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) bằng phương phỏp điều chế độ rộng xung PWM (Pulse-Width Modulation). Bộ biến tần làm việc theo nguyờn tắc thay đổi tần số (cựng với thay đổi điện ỏp) nờn luụn đảm bảo mụmen khởi động đủ vượt tải ngay cả khi ở tốc độ rất thấp. Đồng thời dũng điện đưa vào động cơ khụng tăng, do phối hợp giữa điện ỏp và tần số để giữ cho từ thụng đủ sinh mụmen. Dũng khởi động lớn nhất của hệ truyền động biến tần chỉ bằng dũng định mức. Chớnh vỡ vậy, nú khụng làm sụt ỏp lưới khi khởi động, đảm bảo cỏc ứng dụng khỏc khụng bị ảnh hưởng.
Bản chất tiết kiệm điện năng khi sử dụng biến tần như sau:
- Đặc tớnh khởi động của biến tần cho phộp khống chế dũng khởi động khụng vượt quỏ dũng định mức của động cơ, do đú tiết kiệm điện năng khi khởi động.
- Biến tần làm tăng hệ số cos ϕ (thường khoảng 0,96), tăng hiệu suất sử dụng điện, giảm tổn thất cho lưới.
- Biến tần điều chỉnh tốc động động cơ cho phự hợp với yờu cầu tải thực tế, tối ưu được việc sử dụng điện năng
Bộ biến tần thường dựng để điều vận tốc dũng xoay chiều theo phương phỏp điều chỉnh tần số. Theo đú tần số của lưới nguồn sẽ thay đổi thành tần số biến thiờn. Ngoài việc thay đổi tần số cũn cú sự thay đổi tổng số pha. Từ nguồn điện lưới một pha, với sự giỳp đỡ của bộ biến tần, ta cú thể mắc vào tải động cơ ba pha
Bộ biến tần được sử dụng rộng rói trong động cơ và thiết bị điện khỏc, như thể hiện ở hỡnh 10.6.
10.4. HỆ THỐNG CHIẾU SÁNG
Chiếu sỏng là một ứng dụng được sử dụng rộng rói và quan trọng nhất trong nhiều ngành cụng nghiệp. Hệ thống chiếu sỏng thường chiếm khoảng 2%-10% tổng điện năng tiờu thụ trong nhà mỏy. Mỗi tũa nhà, mỗi khu vực trong nhà mỏy đều cú những đặc tớnh riờng và cần được khảo sỏt kỹ nhằm đảm bảo chất lượng và số lượng chiếu sỏng tối ưu. Mục tiờu của hệ thống quản lý chiếu sỏng là nhằm tăng cường chất lượng chiếu sỏng mà vẫn giảm thiểu được mức tiờu thụ điện năng.
10.4.1. Cỏc loại nguồn sỏng a) Cỏc loại đốn nung sỏng
- Đốn thụng thường: cụng suất P =15-2000W; tuổi thọ: 1000 giờ - Đốn màu
- Đốn hồng ngoại dựng để sấy cỏc verni, giấy hoặc chữa bệnh. - Đốn cú ỏnh sỏng bạc: phớa đầu đốn cú trỏng lớp mạ nhuộm màu trắng bạc làm phản xạ ỏnh sỏng ra phớa đuụi đốn, tạo nờn chựm ỏnh sỏng rộng, đồng nhất.
- Đốn halogen: trong đốn ngoài khớ trơ cũn cú khớ thuộc nhúm halogen.
b) Cỏc loại đốn phúng điện
- Đốn huỳnh quang: Đốn huỳnh quang là những đốn phúng điện trong hơi thủy ngõn ỏp suất thấp. Nhờ cú lớp bột huỳnh quang ở trong thành búng đốn mà biến đổi những tia cực tớm thành cỏc tia ỏnh sỏng nhỡn thấy.
- Đốn huỳnh quang thu gọn: Đốn compact cú đường kớnh ống huỳnh quang (hỡnh 10.7) nhỏ hơn và đươc xếp gọn lại bằng nhiều cỏch để giảm kớch thước tổng thể, nú được thiết kế, chế tạo thành nhiều hỡnh dỏng khỏc nhau để phự hợp với cỏc đuụi đốn dõy túc thụng thường, loại đốn này được xem là loại thay thế tốt nhất cho đốn dõy túc, nhưng cú cụng suất thấp hơn. Hiệu quả chiếu sỏng của đốn compact nằm trong khoảng 55 - 65 Lumen/Walt. Đốn compact: cú chi phớ đầu tư khỏ cao, nhưng lại cú tuổi thọ cao, khoảng 8000 giờ, lõu hơn 8 lần đến 10 lần đốn dõy túc thụng thường. Trong suốt thời gian vận hành, đốn compact cú thể tiết kiệm khoảng 30% tổng chi phớ đầu tư và chi phớ vận hành so với đốn dõy túc cú cựng quang thụng.
- Đốn thuỷ ngõn cao ỏp: Trong búng đốn ngoài khớ trơ cũn cú hơi thuỷ ngõn. Khi làm việc ỏp suất của thuỷ ngõn từ 2 – 5at.
10.4.2. Cỏc cơ hội tiết kiệm năng lượng
- Sử dụng cỏc búng đốn cú hiệu suất cao.
- Sử dụng ballast hiệu suất cao: Ngoại trừ đốn dõy túc, gần như tất cả cỏc hệ thống chiếu sỏng (huỳnh quang, phúng điện cường độ cao) đều đũi hỏi cú ballast. Bộ ballast điều khiển dũng điện và điện ỏp cấp cho đốn. Cú hai loại ballast: điện từ và điện tử. Cỏc ballast điện từ truyền thống tiờu thụ cộng suất từ 9W -12W. Do đú, đốn ống huỳnh quang 36W phải cần cụng suất từ 45W - 48W nếu tớnh cả cụng suất tiờu thụ bởi ballast. Cỏc ballast điện từ hiệu suất cao và ballast điện tử tiờu thụ tương ứng là 6W và 1,5 - 3W, giỳp tiết kiệm năng lượng đỏng kể so với ballast truyền thống.
- Sử dụng cỏc chúa chụp đốn hiệu suất cao: Một đốn gồm cú đốn, ballast, tấm phản xạ, thấu kớnh, chúa cú đốn và mỏng đốn. Chức năng chớnh của bộ đốn hội tụ hoặc phõn tỏn ỏnh sỏng đốn. Nếu khụng cú chúa đốn, hệ thống chiếu sỏng sẽ khụng sỏng hơn và gõy chúi. Ngoại trừ búng đốn ra, thỡ bộ phận quan trọng nhất trong bộ đốn là chúa đốn, thường làm bằng tấm kim loại và sơn trắng. Ta cú thể cải tạo choỏ đốn để nõng cao hiệu suất sỏng của bộ đốn lờn thờm ớt nhất 15%.
- Sử dụng ỏnh sỏng tự nhiờn khi cú thể.
- Lắp đặt vị trớ đốn phự hợp: Cần xỏc định rừ đối tượng cần chiếu sỏng. Hỡnh 10.8 cho thấy ỏnh sỏng đó chiếu tập trung xuống mặt đường, chiếu đỳng đối tượng cần chiếu sỏng.
Chương 11
SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
11.1. NĂNG LƯỢNG MỚI
Năng lượng mới được tham khảo như là những dạng mới của năng lượng như năng lượng thay thế, năng lượng miễn phớ, năng lượng tỏi tạo [18],... Năng lượng mới bao gồm năng lượng nhiờn liệu sinh học, năng lượng giú, năng lượng hạt nhõn, năng lượng mặt trời,… Một số hỡnh ảnh của nguồn năng lượng này thể hiện ở hỡnh 11.1.
a) Nhiờn liệu sinh học [19] b) Năng lượng giú [20]
c) Năng lượng mặt trời [21] d) Năng lượng hạt nhõn [22]
11.2. NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 11.2.1. Năng lượng tỏi tạo
Năng lượng tỏi tạo được định nghĩa như là nguồn năng lượng được con người tỏi tạo lại trong tự nhiờn; những nguồn này được kể đến như là ỏnh sỏng mặt trời, giú, mưa, nước, thủy triều, súng và địa nhiệt [23]. Nguồn năng lượng tỏi tạo được thay thế cho cỏc nguồn nhiờn liệu truyền thống trong bốn lĩnh vực chớnh như sản xuất ra điện, gia nhiệt nước núng hay khụng gian phũng, nhiờn liệu động cơ và cung cấp năng lượng vựng xa.
Hỡnh 11.2. Tổng tiờu thụ năng lượng thế giới năm 2010 [23]
Tổng tiờu thụ năng lượng thế giới năm 2010 được thể hiện ở hỡnh 11.2; trong đú, năng lượng húa thạch chiếm 80,6 %, năng lượng hạt nhõn chiếm 2,7 % và năng lượng tỏi tạo chiếm 16,7 %. Năng lượng tỏi tạo được phõn ra 12 loại chớnh; trong đú, nguồn năng lượng chiếm đa số là năng lượng sinh khối, kế tiếp là năng lượng thủy điện. Từ hỡnh 11.1 cho ta thấy rằng năng lượng giú dựng nhiều hơn cỏc loại năng lượng mặt trời cộng lại. Trong năng lượng mặt trời thỡ năng lượng mặt trời gia nhiệt nước núng sử dụng nhiều hơn điện mặt trời kết hợp với CSP mặt trời (Concentrated Solar Thermal).
Ngược với nguồn năng lượng tỏi tạo là nguồn năng lượng phi tỏi tạo [24]. Những nguồn năng lượng phi tỏi tạo cũng được gọi là nguồn năng lượng hạn chế, nú khụng cú khả năng tỏi tạo lại được. Nhiờn liệu húa thạch (như là than, dầu và khớ thiờn nhiờn), nhiờn liệu phúng xạ (hạt nhõn) và tầng ngậm nước (aquifer) là những nguồn năng lượng phi tỏi tạo.
11.2.2. Năng lượng thay thế
Năng lượng thay thế là những nguồn năng lượng dựng để thay thế cho cỏc nguồn năng lượng húa thạch. Đa số cỏc nguồn năng lượng tỏi tạo cũng chớnh là nguồn năng lượng thay thế cho năng lượng húa thạch. Một số loại năng lượng thay thế điển hỡnh như năng lượng mặt trời, năng lượng giú, năng lượng địa nhiệt, nhiờn liệu sinh học và Ethanol, năng lượng hạt nhõn và năng lượng hydro [25].
11.3. SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
Trong tỡnh hỡnh nguồn năng lượng húa thạch ngày càng cạn kiệt dần, chi phớ năng lượng đó ngày càng tăng. Do vậy, xu hướng tất yếu trong việc phỏt triển năng lượng bền vững đú là tiết kiệm và quản lý năng lượng hiệu quả, đồng thời thay thế dần những nguồn năng lượng húa thạch bởi những nguồn năng lượng tỏi tạo/thay thế.
Tổng sơ đồ phỏt triển điện giai đoạn 2011 - 2020, tầm nhỡn đến 2030 và cỏc kế hoạch phỏt triển điện từ cỏc nguồn năng lượng tỏi tạo [26]:
- Cung cấp đủ nhu cầu điện cho phỏt triển: năm 2015 (194 - 210 tỷ kWh); năm 2020 (330 - 362 tỷ kWh); năm 2030 (695 - 834 tỷ kWh)
- Ưu tiờn phỏt triển nguồn điện tỏi tạo: Tăng tỷ lệ điện tỏi tạo trong cơ cấu sản xuất điện đạt 4,5% vào năm 2020, 6% vào năm 2030
- Giảm hệ số đàn hồi điện/GDP: từ 2 xuống cũn 1,5 vào năm 2015 và 1,0 vào năm 2020
- Đến năm 2020, 100% số hộ dõn trong cả nước được cung cấp điện Hiện trạng năng lượng giú tại Việt Nam đến năm 2014 [26]: - Dự ỏn điện giú Bỡnh Thuận (cụng suất 30 MW, REVN);
- Dự ỏn điện giú Bạc Liờu (cụng suất 16 MW, Cụng ty Cụng Lý); - Dự ỏn điện giú Phỳ Quý (cụng suất 6 MW, Cụng ty Dầu khớ); - Một số dự ỏn mới khởi cụng (Mũi Dinh, Phỳ Lạc,…);
Bảng 11.1. Thống kờ dự ỏn năng lượng giú ở Việt Nam [26]
Thống kờ dự ỏn năng lượng giú ở Việt Nam được thể hiện ở Bảng 11.1.
Hiện trạng năng lượng mặt trời tại Việt Nam [26]:
- Việc nghiờn cứu và ứng dụng cụng nghệ năng lượng mặt trời núi riờng vẫn cũn ở mức thấp, quy mụ nhỏ và phõn tỏn. Hầu hết cỏc dự ỏn ứng dụng mới chỉ mang tớnh trỡnh diễn.
- Phỏt triển khỏ tốt mảng nhiệt mặt trời để gia nhiệt nước và sấy khụng khớ.
- Cụng nghệ ứng dụng chớnh là hệ thống năng lượng mặt trời độc lập để cung cấp điện cho cỏc khu vực nụng thụn (như thắp sỏng, ti vi, nghe đài cho hộ gia đỡnh); thiết bị cụng cộng (như trường học, trạm y tế làng, nhà văn húa, trung tõm xó); viễn thụng ở khu vực miền nỳi, hải đảo và cỏc đốn tớn hiệu điện/ hải đăng để thụng tin liờn lạc biển,…
- Phần lớn cỏc tấm pin mặt trời là nhập khẩu. Cỏc thành phần khỏc như bộ điều khiển, biến tần, ắc quy cú thể được thiết kế, sản xuất một phần trong nước.
- Cụng suất lắp đặt tớch lũy trong cả nước đến nay được ước tớnh hơn 4 MWp. Cỏc khỏch hàng chủ yếu là quõn đội, viễn thụng, truyền thụng, hàng hải, cỏc hộ gia đỡnh nụng thụn và cộng đồng.
- Chớnh phủ vẫn chưa cú cơ chế chớnh sỏch hỗ trợ phỏt triển năng lượng mặt trời.
Hiện trạng năng lượng sinh khối tại Việt Nam [26]:
- Ba hợp đồng chuẩn bị cho việc xõy dựng Nhà mỏy Nhiệt điện đốt bằng vỏ trấu Hậu Giang, nhà mỏy đầu tiờn trong Dự ỏn xõy dựng 20 nhà mỏy nhiệt điện đốt bằng vỏ trấu tại Việt Nam đó được ký kết ngày 25/9/2013, tại thành phố Vị Thanh (Hậu Giang). Cỏc nhà mỏy điện sinh khối này sẽ tiờu thụ 250 tấn trấu mỗi ngày. Chất thải của nhà mỏy tiếp tục được sử dụng để sản xuất xi măng cao cấp và chất liệu cỏch điện. Mỗi nhà mỏy cú thể sản xuất 10MW điện. xõy dựng tại 5 tỉnh gồm: An Giang, Kiờn Giang, Hậu Giang, Đồng Thỏp và Cần Thơ với tổng cụng suất 200 MW.
- Cỏc nhà mỏy đường phỏt điện và nhiệt từ bó mớa. - Một số nguồn khỏc:
Sản lượng gỗ từ cỏc nguồn cung cấp
Rừng tự nhiờn
Rừng trồng
Đất trống đồi trọc
Cõy cụng nghiệp lõu năm
Cõy ăn quả
Cõy phõn tỏn
Phụ phẩm từ gỗ sử dụng trong cung cấp năng lượng
Gốc và vỏ cõy
Mựn cưa và phoi bào
Cao ốc (gỗ xõy dựng và sửa nhà) Chất thải nụng nghiệp
Rơm
Phụ phẩm mớa sau thu hoạch
Phụ phẩm ngụ sau thu hoạch
Thõn cõy sắn
Trấu
Bó mớa
Vỏ lạc
Vỏ hạt điều
Khỏc (dừa, đậu nành, v.v.)
Ngoài ra cũn nhiều nguồn năng lượng tỏi tạo khỏc cú thể được đưa vào sử dụng. Hỡnh 11.3 giới thiệu một mụ hỡnh kết hợp cỏc nguồn năng lượng tỏi tạo [27]. Tựy theo điều kiện tự nhiờn, địa lý từng vựng, từng quốc gia mà nờn cú chớnh sỏch và phương ỏn sử dụng nguồn năng lượng tỏi tạo/thay thế cho phự hợp.
PHỤ LỤC
BẢNG CÁC THỪA SỐ LÃI SUẤT KẫP (i = 0.5 %)
n F/P P/F A/F A/P F/A P/A F/G P/G
1 1.0050 0.9950 1.0000 1.0050 1.0000 0.9950 0.0000 0.0000 2 1.0100 0.9901 0.4988 0.5038 2.0050 1.9851 1.0000 0.9901 3 1.0151 0.9851 0.3317 0.3367 3.0150 2.9702 3.0050 2.9604 4 1.0202 0.9802 0.2481 0.2531 4.0301 3.9505 6.0200 5.9011 5 1.0253 0.9754 0.1980 0.2030 5.0503 4.9259 10.0501 9.8026 6 1.0304 0.9705 0.1646 0.1696 6.0755 5.8964 15.1004 14.6552 7 1.0355 0.9657 0.1407 0.1457 7.1059 6.8621 21.1759 20.4493 8 1.0407 0.9609 0.1228 0.1278 8.1414 7.8230 28.2818 27.1755 9 1.0459 0.9561 0.1089 0.1139 9.1821 8.7791 36.4232 34.8244 10 1.0511 0.9513 0.0978 0.1028 10.2280 9.7304 45.6053 43.3865 11 1.0564 0.9466 0.0887 0.0937 11.2792 10.6770 55.8333 52.8526 12 1.0617 0.9419 0.0811 0.0861 12.3356 11.6189 67.1125 63.2136 13 1.0670 0.9372 0.0746 0.0796 13.3972 12.5562 79.4480 74.4602 14 1.0723 0.9326 0.0691 0.0741 14.4642 13.4887 92.8453 86.5835 15 1.0777 0.9279 0.0644 0.0694 15.5365 14.4166 107.3095 99.5743 16 1.0831 0.9233 0.0602 0.0652 16.6142 15.3399 122.8461 113.4238 17 1.0885 0.9187 0.0565 0.0615 17.6973 16.2586 139.4603 128.1231 18 1.0939 0.9141 0.0532 0.0582 18.7858 17.1728 157.1576 143.6634 19 1.0994 0.9096 0.0503 0.0553 19.8797 18.0824 175.9434 160.0360 20 1.1049 0.9051 0.0477 0.0527 20.9791 18.9874 195.8231 177.2322 25 1.1328 0.8828 0.0377 0.0427 26.5591 23.4456 311.8230 275.2686 30 1.1614 0.8610 0.0310 0.0360 32.2800 27.7941 456.0033 392.6324 40 1.2208 0.8191 0.0226 0.0276 44.1588 36.1722 831.7695 681.3347 50 1.2832 0.7793 0.0177 0.0227 56.6452 44.1428 1329.0326 1035.6966