3.3 Tính toán giải pháp lắp biến tần Altivar 61 và AOMAO
3.3.1 Giải pháp lắp biến tần Altivar 61 cho hệ thống bơm nước lạnh
Biến tần Altivar 61 là một giải pháp phù hợp cho các ứng dụng công 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, đặc tính của Altivar 61 gồm có:
- 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 thông số ngầm định để có thể khởi động ngay lập tức sau khi lắp đặt
- Có thể cài đặt lại thông số theo yêu cầu một cách đơn giản qua màn hình tích hợp sẵn hoặc phần mềm PowerSuite
- Các giải pháp triệt sóng hài: lọc nguồn, bộ lọc nhiễu bổ sung… Altivar 61 được thiết kế cho các ứng dụng:
- Hệ thống điều hòa 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 bộ điều chỉnh PI tích hợp
- Khử bỏ cộng hưởng cơ học nhờ chức năng khóa tần số làm việc có 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 số đóng 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 tự động/điều khiển bằng tay
- Hiển thị từ xa hệ thống thiết bị bằng cách nối kết biến tần với mạng giao tiếp
Loại biến tần này dùng nguồn cấp: 3 pha, 380 ...400 V
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 đông 3 chiếc ). Với tính năng của loại biến tần này có thể tích hợp dùng 1 biến tần để điều khiển tối đa 5 bơm. Sơ đồ như sau:
Hình 3.3. Sơ đồ đấu nối biến tần Altivar 61 vào bơm cách 1
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 nó 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 cố định để đảm 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. Còn tín hiệu đặt tại hệ thống sẽ đưa tới PI reference đặt mức nhiệt độ nhất định từ đó 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 còn 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 thông qua card AW3A3502 để điều khiển những bơm được đưa vào, do đó người vận hành hệ thống sẽ không cần quan tâm tới việc sẽ phải cho thêm 1 bơm chạy nữa không trong những thời điểm giao mùa vì lúc đó thời tiết có thay đổi tương đối nhiều.
Ở hệ thống này sẽ có 1 bơm được đặt là chính và chỉ bơm này mới điều chỉnh được tốc độ, các bơm còn lại chỉ vận hành ở mức công suất không đổi.
Hình 3.4. Sơ đồ đấu nối biến tần Altivar 61 vào bơm cách 2
Đây là một cách mắc khác so với mô hình trên. Về mặt nguyên lý hoạt động của hệ thống này không khác nhiều so với mô hình trên, chỉ có điểm khác là ở mô hình này không có 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 mô hình trên - lần lượt đưa bơm vào để đảm bảo đúng yêu cầu nhiệt độ đặt. Mô 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 đóng lại thì tiếp điểm tương ứng KM đó sẽ bị mở ra. Khi 1 bơm được chọn là bơm chính thì những bơm còn lại sẽ được điều khiển để đưa vào và vận hành ở mức công suất không đổi.
Đó 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 hòa hiện nay thường hệ bơm được mắc song song để cùng đảm nhiệm một chức năng. Với mô 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 toán lượng năng lượng có 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, còn 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 thông qua thiết bị cảm biến. Hiện tại hệ thống bơm nước lạnh đang sử dụng 02 bơm trong mùa hè và trong mùa đông, một bơm dự phòng, ta sẽ tính toán lượng điện tiết kiệm được vào thời điểm mùa hè và lượng tiết kiệm sẽ được tính toán trên một bơm mà biến tần điều khiển tốc độ còn 2 bơm còn lại sẽ làm việc với công suất nhất định. Với cách hoạt động như vậy thì phần trăm tiết kiệm được sẽ tương đối cao vì khi hệ thống đã có 2 bơm hoạt động với công suất cố định còn bơm thứ 3 sẽ được biến tần điều khiển sao cho bơm hoạt động với mức công suất phù hợp để đảm bảo nhiệt độ nước đưa về Water Chiler đạt được nhiệt độ đã đặt.
Khi áp dụng giải pháp này, ước tính lượng tiết kiệm đạt 25% so với công suất của bơm và đây là con số để tính toán kinh tế cho giải pháp này. Đây chắc chắn chưa phải là mức cao nhất mà biến tần có thể tiết kiệm được cho động cơ ở hệ thống hoạt động như vậy.
Đối với hệ thống bơm nước lạnh 11 kW
Bảng 3.11 Mức quy đổi tiết kiệm năng lượng khi sử dụng biến tần Altivar 61 cho hệ thống bơm nước lạnh 11kW
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 có 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
Bảng 3.12 Mức quy đổi tiết kiệm năng lượng khi sử dụng biến tần Altivar 61 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 có 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
Qua kết quả trên ta thấy bằng cách lắp thêm biến tần điều khiển động cơ đã tiết kiệm được một lượng điện năng không nhỏ. Tuy nhiên các số liệu trên chỉ là con số ước tính sơ bộ, trong thực tế lượng tiết kiệm còn có thể lớn hơn nữa nếu biến tần được hiệu chỉnh tốt và tùy thuộc vào nhu cầu thực tế của hệ thống. Ngoài 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 toán 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 thông số ước lượng như trên.
Để tính được các hiệu quả kinh tế, ta tính giá điện trung bình cho 1 kWh điện tại Việt Á-Tower. Giá điện sử dụng theo công tơ 3 giá.
Giờ bình thường: 1580 VND Giờ cao điểm: 2855 VND Giờ thấp điểm: 915 VND
(1580*14 + 2855*4 + 915*6)/24 = 1.626 đồng/kWh
Tính toán mức đầu tư và hiệu quả kinh tế cho phương án lắp biến tần của bơm nước lạnh công 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 có công suất động cơ 11 kW thì ta phải chọn loại biến tần có công suất tương đương ATV31HDN4A - 11 kW và card AW3A3502 (giá này không tính thuế 5% ):
Giá biến tần: 1.360,94 USD Giá card AW3A3502: 392 USD
Giá USD để tính toán: 1 USD = 23.356 VNĐ. Vậy giá thiết bị này là: 47.352 triệu đồng.
Bảng 3.13 Tính toán lợi ích kinh tế cho giải pháp lắp biến tần cho bơm nước lạnh công suất 11 kW
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 có 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 điện năng trung bình
Ngàn
đồng 1,626
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 47.352 Thời gian hoàn vốn giản đơn Năm 2,21
Hệ số hoàn vốn nội tại % 35%
Giá trị hiện tại thuần
Ngàn
Khi áp dụng những giải pháp này ngoài việc tiết kiệm chi phí điện năng còn giúp giảm phát thải CO2 và sẽ có được tương ứng lượng TOE (tấn dầu quy đổi) tiết kiệm được như bảng 3.14
Bảng 3.14. Mức quy đổi năng lượng về TOE vầ giảm phát thải CO2
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)
10.038 kWh 0,9 5,6
Tính toán mức đầu tư và hiệu quả kinh tế cho phương án lắp biến tần của bơm nước lạnh công suất 5.5 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 có công suất động cơ 5,5 kW thì ta phải chọn loại biến tần có công suất tương đương ATV31HU55N4A - 11 kW và card AW3A3502 (giá này không tính thuế 5% ):
Giá biến tần: 851,98 USD Giá card AW3A3502: 392 USD
Giá USD để tính toán: 1 USD = 23,352 VNĐ. Vậy giá thiết bị này là: 35.052 triệu đồng.
Bảng 3.15 Mức quy đổi tiết kiệm năng lượng khi sử dụng biến tần Altivar 61
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 có 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 35.052 Thời gian hoàn vốn giản đơn Năm 3,31
Hệ số hoàn vốn nội tại % 52%
Giá trị hiện tại thuần Ngàn đồng 33.182
Khi áp dụng những giải pháp này ngoài việc tiết kiệm chi phí điện năng còn giúp giảm phát thải CO2 và sẽ có được tương ứng lượng TOE (tấn dầu quy đổi) tiết kiệm được như bảng 3.16
Bảng 3.16 Mức quy đổi năng lượng về TOE vầ giảm phát thải CO2
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)
3.3.2. Tính toán mức đầu tư và hiệu quả kinh tế cho phương án lắp đặt thiết bị AOMAO cho các điều hòa không khí cục bộ
- Lắp đặt thiết bị AOMAO tiết kiệm điện cho các điều hoà cục bộ có công suất lạnh 9.000 BTU/h
Bảng 3. 17. Tính toán lợi ích kinh tế cho giải pháp lắp thiết bị tiết kiệm điện cho các máy điều hòa cục bộ 9.000 BTU/h
Các chỉ tiêu Đơn vị tính Hệ thống điều hoà hiện tại của toà nhà với 38 chiếc Hệ thống điều hoà khi áp dụng công nghệ AOMAO
Chi phí điện năng trung bình
Ngàn
đồng/kWh 1,626 1,626 Tổng số tiền tiết kiệm hàng
năm
Ngàn đồng 21.594,52
Chi phí mua thiết bị
AOMAO (Đã có thuế VAT 5% và công lắp đặt)
Ngàn đồng 970
Số lượng AOMAO yêu cầu Chiếc 38 Chi phí cho khảo sát để lắp
đặt Ngàn đồng
3.000
Tổng giá trị đầu tư [(12)x(13)]
Ngàn đồng 39.860
Thời gian hoàn vốn giản đơn
Năm 1,85
Hệ số hoàn vốn nội tại % 46% Giá trị hiện tại thuần VNĐ 37.983
Lắp đặt thiết bị AOMAO tiết kiệm điện cho các điều hoà cục bộ có công suất lạnh 12.000 BTU/h
Bảng 3.18. Tính toán lợi ích kinh tế cho giải pháp lắp thiết bị tiết kiệm điện cho các máy điều hòa cục bộ 12.000 BTU/h
Các chỉ tiêu Đơn vị tính Hệ thống điều hoà hiện tại của toà nhà với 24 chiếc Hệ thống điều hoà khi áp dụng công nghệ AOMAO
Chi phí điện năng trung bình Ngàn
đồng/kWh 1,626 1,626
Tổng số tiền tiết kiệm hàng năm
Ngàn đồng 22.162,80
Chi phí mua thiết bị AOMAO (Đã có thuế VAT 5% và công lắp đặt)
Ngàn đồng 970
Số lượng AOMAO yêu cầu Chiếc 24 Chi phí cho khảo sát để lắp
đặt Ngàn đồng
2.500
Tổng giá trị đầu tư [(12)x(13)] Ngàn đồng 25.780 Thời gian hoàn vốn giản đơn Năm 1,16 Hệ số hoàn vốn nội tại % 82% Giá trị hiện tại thuần VNĐ 54.112
Lắp đặt thiết bị AOMAO tiết kiệm điện cho các điều hoà cục bộ có công suất lạnh 18.000 BTU/h.
Bảng 3.19 Tính toán lợi ích kinh tế cho giải pháp lắp thiết bị tiết kiệm điện cho các máy điều hòa cục bộ 18.000 BTU/h
Các chỉ tiêu Đơn vị