∆P tiết kiệm (kW) Chi phớ tiết kiệm trong 5 năm (tr.đồng)
Chi phớ tiết kiệm từng năm (tr.đồng)
38,25 652.353,75 130.470,75
Nhận xột:
- Sau khi lắp đặt cỏc bộ tụ bự, theo tớnh toỏn của phần mềm PSS/ADEPT, tổng tổn thất cụng suất tiết kiệm được là 38,25 (kW), chi phớ tiết kiệm được do giảm tổn thất điện năng trong 5 năm (tuổi thọ bộ tụ) là: 652.353,75 tr.đồng.
3.4. Ứng dụng cỏc thiết bị điều khiển mới phự hợp thực tế sản xuất ở Cụng ty than Mạo Khờ-Vinacomin than Mạo Khờ-Vinacomin
Cụng ty than Mạo Khờ sử dụng đa dạng cỏc hệ thống điện như quạt giú chớnh, bơm nước trung tõm, trục tải, băng tải, tàu điện, mỏy nộn khớ. Cỏc thiết bị cũn lại như quạt cục bộ, mỏng cào, mỏy xỳc đỏ… đều cú cụng suất nhỏ hơn nhiều và nằm trong khoảng từ 5,5 đến 37 kW.
Trong đú cỏc hệ thống điện cú cụng suất lớn, quyết định chủ yếu đến điện năng tiờu thụ của toàn mỏ đú là:
- Cỏc hệ truyền động quạt giú, bơm nước - Cỏc hệ truyền động cho tời trục, băng tải
Bởi vậy việc điều khiển hợp lý cho cỏc hệ truyền động của cỏc thiết bị này cú tỏc dụng đỏng kể nhằm giảm chi phớ đầu tư vào giỏ thành tấn than.
3.4.1. Ứng dụng thiết bị điều khiển mới cho hệ truyền động quạt giú, bơm nƣớc và băng tải 6kV
1. Đặc điểm quạt giú, bơm nƣớc
Quạt giú và bơm thoỏt nước là những thiết bị hiệnđang sử dụng trong Cụng ty than Mạo Khờ và tiờu hao nhiều điện năng nhất trong mỏ. Song quạt giú và bơm thoỏt nước lại thường xuyờn làm việc với hiệu suất thấp hơn 0,6. Lý do là vỡ trong quỏ trỡnh sản xuất diện khai thỏc thay đổi, hệ thống đường lũ thay đổi, nhiệt độ và cỏc khớ thải trong lũ thay đổi theo dẫn đến quạt giú làm việc khỏc xa với chế độ tớnh toỏn ban đầu. Mặt khỏc trong quỏ trỡnh vận hành khi cỏc thụng số thay đổi liờn tục mà khụng điều chỉnh được cụng suất quạt sẽ gõy lóng phớ cụng suất và hiệu quả sử dụng thấp.
Vớ dụ: Vào cỏc ngày nghỉ cuối tuần mà để năng suất quạt lớn sẽ gõy lóng phớ điện năng, cũn khi độ thoỏt khớ ở mức cao, năng suất quạt thấp làm tăng nguy cơ đe doạ chỏy nổ khớ.
Qua khảo sỏt cỏc trạm quạt, trạm bơm của Cụng ty than Mạo Khờ cho thấy hiện nay một số thiết bị bơm nước và quạt giú ỏp dụng khởi động bằng cỏc khởi động mềm, để điều chỉnh tốc độ . Để điều chỉnh năng suất cho quạt thường sử dụng phương phỏp phổ biến là xoay gúc cỏnh giú, tuy nhiờn phương phỏp này vẫn bộc lộ những nhược điểm đú là tớnh phức tạp trong điều chỉnh, độ bền và độ tin cậy khụng cao, khụng đảm bảo độ rộng điều chỉnh và khụng đảm bảo hiệu suất cao cho thiết bị thụng giú. Để điều chỉnh năng suất bơm người ta vẫn thường sử dụng van tiết lưu, một phương phỏp gõy ra những tổn thất lớn về cụng suất dẫn đến tổn thất lớn về điện năng.
Qua việc phõn tớch tỏc giả cú nhận xột rằng việc duy trỡ năng suất cho cỏc thiết bị cụng nghiệp loại này lớn hơn nhu cầu thực tế sẽ gõy tổn thất đỏng kể về điện năng vỡ vậy phương phỏp duy nhất đảm bảo hiệu quả điều chỉnh năng suất là phương phỏp thay đổi tốc độ của động cơ, bằng cỏch này ta cú thể đạt được cả hai mục đớch đú là thay đổi năng suất và giảm cụng suất tiờu thụ.
2. Ứng dụng bộ biến tần để điều khiển cho quạt giú
a) Sơ đồ khối sử dụng bộ biến tần ỏp dụng cho cỏc thiết bị cụng nghệ
Hỡnh 3.4. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ bằng biến tần
trong đú: Z – tiến hiệu đặt;
R - bộ điều chỉnh tốc độ; RI – bộ điều chỉnh dũng điện; BT – biến tần. R RI SI Z KI K BT FT ĐC
b) Nguyờn lý tiết kiệm điện năng khi sử dụng biến tần
Cụng suất đầu ra trờn trục động cơ: P2 = M. Hệ làm việc ổn định khi: M = Mc
P2 = Mc.
trong đú: M – mụmen do động cơ sinh ra; - tốc độ của động cơ.
Mc – mụmen cản.
Nếu khụng sử dụng biến tần để điều khiển tốc độ của động cơ thỡ cụng suất cơ trờn trục của động cơ tỷ lệ với mụmen cản (P2 = Mc. ).
Khi sử dụng biến tần vào điều chỉnh tốc độ động cơ thỡ cụng suất cơ trờn trục khụng những thay đổi theo mụmen cản mà cũn thay đổi theo tốc độ được điều chỉnh:
P2BT = Mc. BT
trong đú: BT – tốc độ thay đổi khi sử dụng biến tần
Hỡnh 3.5.Đặc tớnh cơ của ĐCKĐB ba pha khi điều khiển bằng biến tần khi mụmen cản khụng thay đổi theo tốc độ
Tỷ số cụng suất cơ trờn trục động cơ khi sử biến tần và khụng sử dụng biến tần được xỏc định theo cụng thức: BT BT BT BT P P P P 2 2 2 2
Nếu giả thiết hiệu suất của động cơ (=BT) là khụng thay đổi khi cú sử dụng
hoặc khụng sử dụng biến tần thỡ động cơ tiờu thụ một cụng suất từ lưới điện trong hai trường hợp là ( 1 1 P P ): BT BT P P1 1
Như vậy nếu sử dụng biến tần điều khiển tốc độ động cơ (dưới tốc độ) thỡ sẽ giảm được cụng suất tiờu thụ từ lưới điện so với khi khụng sử dụng biến tần theo tỷ số
BT
.
c) Lợi ớch kinh tế từ ứng dụng bộ biến tần
Phõn tớch hiệu quả kinh tế khi ứng dụng bộ biến tần 160kW-DAN FOSS để điều khiển cho động cơ quạt giú 160 kW.
Giả thiết quạt chạy 365 ngày/năm, mỗi ngày chạy 3 ca, với đơn giỏ tiền điện như hiện nay C0=2000đ/kWh.
Chi phớ điện năng cho quạt này chạy một ngày đờm (3 ca) bằng: Y1= 3x8x160x2000 = 4.608.000 đ
Chi phớ điện năng cho quạt tiờu thụ cả năm: Y2= 365x4.608.000 = 1.681.920.000 đ
Nếu giả thiết trong một ngày vào 1 giờ đầu ca và cuối ca (khi làm cụng tỏc chuẩn bị và giao ca) và 1 ngày nghỉ cuối tuần, tốc độ động cơ được điều chỉnh giảm 20% so với định mức, do cụng suất tiờu thụ tỉ lệ với tốc độ theo quan hệ P n3, cụng suất tiờu thụ của quạt sẽ cũn bằng 51,2% cụng suất định mức. Như vậy điện năng tiết kiệm được là:
A=P20%.174 h/thỏng.12thỏng =160x0,488x174x12=163.031,04 kWh Giỏ tiền mỏ tiết kiệm được
Y=A.C0=163.031,04x2000= 326.062.080 đ
Đơn giỏ của tủ biến tần 160kW-DAN FOSS trung bỡnh ko = 100 USD/kW tương đương
ko = 1,6.106 đồng/kW. Như vậy giỏ mua thiết bị (chi phớ đầu tư): K = 160x1,6.106 = 256.106,đ
Thời gian thu hồi vốn: 31 , 1 248 . 637 . 195 10 . 256 6 Y K T năm
Việc đầu tư như vậy là cú hiệu quả.
Nhận xột: Đối với hệ truyền động quạt giú, giải phỏp điều chỉnh năng suất kinh tế
nhất là sử dụng bộ biến tần, bởi vỡ nú cú một số lợi ớch cơ bản như sau:
- Tiết kiệm điện năng, cụng suất tiờu thụ kịp thời được điều chỉnh, thớch ứng với nhu cầu
- Tuổi thọ thiết bị được nõng cao: Loại bỏ cỏc sự cố về tiếp điểm khởi động cũng như cỏc sự cố động cơ do xung giật cơ học khi khởi động cứng.
- Khả năng điều khiển từ xa, tự động điều khiển năng suất quạt theo cỏc thụng số thụng giú của mỏ, giảm lao động vận hành trực tiếp.
3. Ứng dụng bộ biến tần để điều khiển cho băng tải động cơ 6kV
Biện phỏp để tiết kiệm điện năng (giảm tổn thất điện năng) được ỏp dụng cho băng tải là cung cấp cho động cơ qua bộ biến đổi điện ỏp và tần số. Việc sử dụng thiết bị tự động ghi nhận tải của động cơ để tự động điều chỉnh điện ỏp và tần số dũng điện cung cấp cho động cơ sẽ luụn luụn tạo ra được chế độ làm việc định mức cú hiệu suất định mức (đm) và hệ số cụng suất định mức (cosđm) tương ứng với cụng suất tải (Pt). Như vậy với giải phỏp này việc tiết kiệm điện năng là do giảm
được đồng thời tổn thất cụng suất tỏc dụng trong động cơ và giảm được tổn thất cụng suất tỏc dụng trong lưới điện.
Tổn thất cụng suất tỏc dụng do động cơ mang tải Pt< Pđm được xỏc định Pt = (1- t).Pt + kkt.Pt.tgt
trong đú:
t - hiệu suất của động cơ ứng với tải Pt;
tgt được xỏc định từ hệ số cụng suất cost ứng với tải Pt của động cơ; kkt - đương lượng kinh tế của hệ thống điện.
Tổn thất cụng suất tỏc dụng khi động cơ được cung cấp qua bộ biến tần: Pđm = (1- đm).Pt + kkt.Pt.tgđm
Vỡ đm>t, tgt> tgđm (do cost< cosđm) nờn ứng với một giỏ trị tải Pt, lượng tổn thất cụng suất tỏc dụng tiết kiệm được:
P = Pt - Pđm = Pt.[(đm - t + kkt (tgt - tgđm)]
Theo sự thay đổi hiệu suất và hệ số cụng suất cos theo hệ số mang tải động cơ dm t t P P k của cỏc động cơ.
Động cơ Băng tải cú Pđm = 315kW, cosφdm = 0,89, hiệu suất ηdm =86%, làm việc với kt = 0,7.
Lượng giảm tổn thất cụng suất tỏc dụng khi sử dụng biến tần để điều khiển động cơ và khi khụng sử dụng biến tần được xỏc định như sau:
Thay: cosφtt = 0,75 → tagφtt = 0,88; cosφdm = 0,89 →tagφdm = 0,51, kkt = 0,12 vào cụng thức trờn cú:
= 0,7.315.[0,89-0,8+0,12(0,88-0,51)]= 29,64kW
Nếu động cơ làm việc 5.000 giờ/năm thỡ lượng điện năng tiết kiệm được là W = P.T = 29,64.5000 = 148200 (kWh)
Với đơn giỏ điện năng hiện nay là: Co = 2000 (đồng/kWh) thỡ lượng tiền tiết kiệm hàng năm:
C = Co. W = 2000 x 14100 = 296,4 (tr.đồng)
Hiện nay cỏc mỏ than trong khu vực đang sử dụng chủ yếu loại biến tần SIEMENS để điều chỉnh tốc độ cho hệ thống tời trục và băng tải chớnh, vỡ vậy cũng ỏp dụng hệ thống biến tần của hóng này cho Cụng ty than Mạo Khờ- Vinacomin.
Bộ biến tần loại hóng SIEMENS tuổi thọ 5 năm để điều khiển băng tải cú giỏ: 650.000.000 đồng.
Như vậy giỏ mua thiết bị (chi phớ đầu tư): V = 650.000.000, đồng Thời gian thu hồi vốn:
năm
Chi phớ tiết kiệm được hằng năm:
C= (∆C.Ttc – V))/Ttc = (296,4.5-650)/5 = 166,4 (tr.đồng) dm t kt t dm t dm t P P k tg tg P P
Khấu hao của biến tần tớnh 5 năm do vậy việc đầu tư là cú hiệu quả.
3.4.2. Ứng dụng thiết bị điều khiển mới cho hệ truyền động băng tải hạ ỏp:
Băng tải hạ ỏp sử dụng cấp điện ỏp 660V và 380V đều được truyền động bằng động cơ xoay chiều rụ to lồng súc và được khởi động trực tiếp qua cỏc khởi động từ. Cỏc băng tải ở Cụng ty than Mạo Khờ thường chạy non tải và giỏn đoạn hoặc đụi khi cú thể chạy khụng tải, do đặc điểm cụng nghệ khai thỏc và chuyển tải từ lũ chợ. Cỏc tời trục giếng nghiờng được dẫn động bằng động cơ rụ to dõy quấn, khởi động và điều chỉnh tốc độ bằng bộ điều khiển cắt trở, do lượng vật liệu (than và đất đỏ) chuyển ra chõn giếng khụng liờn tục nờn cỏc tời trục vận hành trong chế độ ngắt quóng, thường xuyờn phải khởi động và hóm.
Với động cơ Băng tải cú Pđm = 30kW, cosφdm = 0,89, hiệu suất ηdm =86%, làm việc với kt = 0,7.
Lượng giảm tổn thất cụng suất tỏc dụng khi sử dụng biến tần để điều khiển động cơ và khi khụng sử dụng biến tần được xỏc định như sau:
Thay: cosφtt = 0,75 → tagφtt = 0,88; cosφdm = 0,89 →tagφdm = 0,51, kkt = 0,12 vào cụng thức trờn cú:
= 0,7.30.[0,89-0,8+0,12(0,88-0,51)]= 2,82kW
Nếu động cơ làm việc 5.000 giờ/năm thỡ lượng điện năng tiết kiệm được là W = P.T = 2,82.5000 = 14100 (kWh)
Với đơn giỏ điện năng hiện nay là: Co = 2000 (đồng/kWh) thỡ lượng tiền tiết kiệm hàng năm:
C = Co. W = 2000 x 14100 = 28,2 (tr.đồng)
Hiện nay cỏc mỏ than trong khu vực đang sử dụng chủ yếu loại biến tần SIEMENS để điều chỉnh tốc độ cho hệ thống tời trục và băng tải chớnh, vỡ vậy cũng ỏp dụng hệ thống biến tần của hóng này cho Cụng ty than Mạo Khờ- Vinacomin.
Bộ biến tần loại hóng SIEMENS tuổi thọ 5 năm để điều khiển băng tải cú giỏ: 65.000.000 đồng.
Như vậy giỏ mua thiết bị (chi phớ đầu tư): V = 65.000.000, đồng
dm t kt t dm t dm t P P k tg tg P P
Thời gian thu hồi vốn:
năm
Chi phớ tiết kiệm được hằng năm:
C= (∆C.Ttc – V))/Ttc = (28,2.5-65)/5 = 15,2 (tr.đồng) Khấu hao của biến tần tớnh 5 năm do vậy việc đầu tư là cú hiệu quả.
KẾT LUẬN
Nghiờn cứu đề xuất một số giải phỏp hữu hiệu nhằm nõng cao hiệu quả sử dụng điện năng Cụng ty than Mạo Khờ - Vinacomin, làm giảm giỏ thành tấn than khai thỏc, cải thiện điều kiện làm việc và nõng cao mức sống cho người lao động. Để giải quyết được mục tiờu đó nờu, đề tài đó tập trung giải quyết cỏc nội dung chớnh như sau:
- Đỏnh giỏ tổng quan hệ thống cung cấp điện Cụng ty than Mạo Khờ - Vinacomin.
- Nghiờn cứu tỡnh hỡnh sử dụng điện năng Cụng ty than Mạo Khờ - Vinacomin.
- Nghiờn cứu đề xuất một số giải phỏp hữu hiệu nhằm nõng cao hiệu quả sử dụng điện năng Cụng ty than Mạo Khờ - Vinacomin.
Từ kết quả khảo sỏt nghiờn cứu, cú thể rỳt ra đƣợc những kết luận và kiến nghị nhƣ sau:
1. Sử dụng năng lực trang thiết bị thực tế tại cỏc mỏ chỉ đạt 16,34% theo cụng thức kinh nghiệm của nước ngoài, cũn tớnh toỏn với điều kiện Việt Nam chừng chỉ đạt 18%. Như vậy một phần lớn năng lực trang thiết bị chưa được sử dụng, một lượng khỏ lớn vốn đầu tư bị lóng phớ. Khi sử dụng triệt để năng lực trang thiết bị điện để phục vụ cho sản xuất cú tớnh đến điều kiện của cỏc mỏ Việt Nam thỡ cụng suất của cỏc mỏy biến ỏp đó được trang bị ở cỏc trạm biến ỏp chớnh vẫn đảm bảo được yờu cầu.
2. Giỏ trị giới hạn cụng suất tải để quyết định cho 1 hoặc 2 mỏy biến ỏp của trạm biến ỏp chớnh vận hành, nhằm tiết kiệm điện năng được tiến hành theo cụng thức:
. . 3 2 ' ' N o dm gh P t P S S
Với giỏ trị Sgh tớnh toỏn thỡ tỡnh trạng sử dụng cụng suất trạm như hiện tại, cỏc mỏ cho vận hành 1 mỏy biến ỏp là hợp lý.
3. Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT tớnh toỏnxỏc định vị trớ bự cụng suất phản khỏng tối ưu.
4. Do xu hướng phỏt triển của ngành than, sản lượng than ngày càng tăng, sử dụng ngày càng nhiều cỏc mỏy múc thiết bị điện cú cụng suất lớn, để nõng cao chất lượng cung cấp điện cỏc mỏ cần ứng dụng cỏc thiết bị điều khiển mới như: Bộ biến tần, bộ nối tầng van, bộ khởi động mềm. Cho thấy hiệu quả, thời gian hoàn vốn đầu tư trang bị cho loại thiết bị này ngắn, trung bỡnh khụng quỏ 2 năm.
5. Qua việc nghiờn cứu cho thấy chiều dài trung bỡnh của cỏc tuyến cỏp hạ thế ngày càng phỏt triển, sẽ ảnh hưởng xấu đến chất lượng điện ỏp cung cấp của cỏc khu vực khai thỏc nờn cỏc mỏ này cũng cần cú kế hoạch thay thế dần.
6. Cần nghiờn cứu ứng dụng sử dụng Thiết bị khởi động mềm phũng nổ an toàn tia lửa vào trong mỏ hầm lũ để năng cao hiệu quả sử dụng điện năng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Trần Bỏ Đề (2003), Giỏo trỡnh Trạm Điện, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội.
2.Trần Bỏ Đề, Nguyễn Anh Nghĩa (1997), Giỏo trỡnh Điện khớ húa mỏ, NXB Giao thụng vận tải, Hà Nội.
3. Hoàng Hữu Hiờn, Nguyễn Đức Lượng, Bạch Quang Minh, Nguyễn Đỗ Thiện, Nguyễn Đức Trung (1977), Sổ tay cơ điện mỏ (Tập 1), NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
4. Nguyễn Anh Nghĩa (1997), An toàn điện mỏ, Giỏo trỡnh dựng cho cao học ngành mạng và hệ thống điện mỏ, Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hà Nội.
5. Nguyễn Anh Nghĩa, Nguyễn Hanh Tiến (2005), Tổ chức cung cấp điện mỏ, Giỏo trỡnh dựng cho cao học ngành mạng và hệ thống điện mỏ, Trường Đại học