II.2. NHỮNG CƠ SỞ LÝ LUẬN CHUNG V Ề DSM
II.2.2. Các chiến lược của DSM
DSM được xây dựng trên cơ sở hai chiến lược chủ yếu sau đây :
• Nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của các hộ dùng điện.
• Điều khiển nhu cầu dùng điện cho phù hợp với khả năng cung cấp một cách kinh tế nhất.
a. Nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của các hộ dùng điện:
Chiến lược nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của các hộ dùng điện nhằm làm giảm nhu cầu tiêu thụ điện một cách hợp lý. Nhờ đó có thể giảm vốn đầu tư phát triển nguồn lưới đồng thời khách hàng phải trả ít tiền điện hơn. Ngành điện có điều kiện nâng cấp thiết bị, chủ động trong việc đáp ứng nhu cầu của phụ tải điện, giảm thiểu tổn thất và nâng cao chất lượng điện năng. Chiến lược này bao gồm nội dung sau:
• Sử dụng các thiết bị điện có hiệu suất cao.
• Giảm thiểu tối đa việc tiêu phí năng lượng một cách vô ích.
a1. Sử dụng các thiết bị có hiệu suất cao:
Nhờ có tiến bộ khoa học và công nghệ, giờ đây người ta chế tạo thành công được những thiết bị dùng điện có hiệu suất cao, tuổi thọ lớn và giá thành gia tăng không đáng kể. Vì vậy, một lượng điện năng lớn sẽ được tiết kiệm trong một loạt các lĩnh vực đời sống và sản xuất như:
• Sử dụng thiết bị chiếu sáng có hiệu suất cao.
• Sử dụng các độ cơ điện hay các thiết bị dùng động cơ điện có hiệu suất cao.
• Sử dụng các thiết bị điện tử đã được sản xuất theo các tiêu chuẩn hiệu năng cao thay thế các thiết bị điện cơ.
Trong bảng .1 trình bày các số liệu liên quan đến mức tiêu thụ điện của một 2 vài loại thiết bị điện có tính năng giống nhau sử dụng tại Mỹ vào những năm 1986 1990.-
Bảng 2.1: Điện năng tiêu thụ trung bình của một vài loại thiết bị điện thông dụng được sử dụng ở Mỹ.
Tên thiết bị điện
Điện năng tiêu thụ trung bình của loại tốt nhất sản xuất năm
1986 (kWh/năm)
Điện năng tiêu thụ của loại đã được cải tiến năm 1990
(kWh/năm )
Tủ lạnh 750 300 500-
Tủ đá 430 200 300-
Điều hòa trung tâm
1800 1200 1500-
Điều hòa khồng khí
500 300 400-
Bình đun nước nóng
1600 1000 1500-
Lò điện 700 400 500-
Máy sấy quần áo
800 250 500-
Chiếu sáng 650 350 500-
Cho tới thời điểm này các mức điện năng tiêu thụ hàng năm của các thiết bị trên đã giảm thấp thêm được 5-10%. Nền kinh tế càng phát triển, đời sống nhân dân càng được nâng cao thì tốc độ gia tăng các thiết bị dùng điện càng lớn, việc lựa chọn các thiết bị điện có hiệu suất tốt hơn sẽ đem lại những hiệu quả to lớn.
Có thể chia các thiết bị dùng điện làm hai mảng: Thiết bị dân dụng và thiết bị công nghiệp.
Các thiết bị điện dân dụng sử dụng phổ biến trong khu vực dân cư, công sở, các tòa nhà thương mại, các khu vực hành chính… đèn chiếu sáng, quạt, máy thu thanh, máy thu hình, Video ( VTR- Video tape recoder ), tủ lạnh tủ đá, bình đun nước nóng, máy điều hòa không khí, máy giặt, máy hút ẩm, bàn là, bếp
và tiêu thụ một lượng điện năng rất lớn. Vì vậy chúng được đầu tư nghiên cứu để nâng cao hiệu suất như các loại đèn chiếu sáng, tivi, tủ lạnh, VTR, AC, bình đun nước nóng, nồi cơm điện, máy giặt. Nhật Bản là một trong những nước đã quan tâm rất sớm đến việc nâng cao hiệu suất của các thiết bị dùng điện (1974).
Nhờ vậy họ thu được nhiều kết quả đáng kể trong việc tiết kiệm điện năng và chiếm lĩnh thị trường tiêu thụ. Chỉ lấy ví dụ, từ năm 1973 đến năm 1994, các nhà sản xuất Nhật Bản đã nâng hiệu suất của các loại TV, AC lên gấp hai lần, với tủ lạnh gấp ba lần.
Theo thống kê, trên thế giới các động cơ điện là thiết bị tiêu thụ điện năng lớn nhất trong tổng điện năng thương phẩm. Trong bảng 2.2 trình bày cơ cầu tiêu thụ điện năng thuộc khu vực công nghiệp và dịch vụ ở Thụy Điển. Hiện ở các nước đang phát triển còn sử dụng phổ biến loại động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc. Đây là loại động cơ có kết cấu đơn giản rẻ tiền, chi phí bảo quản thấp song hiệu suất và cos thấp dẫn tới hiệu quả sử dụng năng lượng thấp. Các động φ cơ điện thế hệ mới ( EEMS- Energy Efficient Motor Sport) nhờ những cải tiến như: Tăng tiết diện lõi thép, sử dụng các vật liệu có tổn hao từ thấp, dùng dây quấn có điện trở bé và tiết diện lớn hơn, tối ưu hóa khe hở giữa rôto và stato đã nâng cao được hiệu suất (3-8)% và cosφ cao hơn. Tuy giá thành của các loại động cơ này có cao hơn (15-25)% song nhìn chung vẫn thuận lợi cho quá trình làm việc.
Có thể lắp thêm EEMs thường xuyên làm việc ở chế độ tải luôn thay đổi các bộ tự động điều chỉnh tốc độ động cơ ( ASD – Adjustable Speed Drives ) sẽ tạo khả năng tiết kiệm thêm được khoảng (20-30)% lượng điện tiêu thụ.
Bảng 2.2: Cơ cấu tiêu thụ điện năng trong các khu vực công nghiệp và dịch vụ ở Thụy Điển.
Sử dụng cuối cùng
Điện năng tiêu thụ
TWh/năm %
Khu vực công nghiệp
Bơm và quạt 13 27
Sử dụng các động cơ khác 7,9 17
Nghiền và làm mịn 9,5 12
Máy nén khí 1,5 3
Phân xưởng lạnh 0,6 1
Điện phân 3,8 8
Các quá trình liên quan 3,6 8
Nấu chảy 3,4 7
Thắp sáng 2,6 5
Sưởi ấm 2,3 5
Gia công phụ 2,1 4
Gia nhiệt 1,4 3
Tổng cộng 51,7 100
Khu vực dịch vụ
Quạt , bơm 9 37
Chiếu sáng 7,5 31
Chế biến thực phẩm và làm lạnh 4,0 17
Thiết bị điện tử, văn phòng 3,3 14
Các thứ khác 0,4 1
Tổng cộng 24,2 100
Trong khu vực công nghiệp các hệ thống khí nén cũng được quan tâm cải tiến và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng (Chọn máy nén khí thích hợp, thiết kế hệ thống nén khí thật hợp lý; Kích thước và cách bố trí hệ thống ống dẫn khí, hạn chế dò rỉ để giảm nhu cầu khí nén, vận hành thật hiệu quả, giảm áp suất đầu ra, giảm nhiệt độ và độ ẩm đầu vào, sử dụng máy nén khí nhiều cấp… )
Để thực hiện nội dung sử dụng các thiết bị điện có hiệu suất cao cần chú ý tới các công việc sau:
1. Luôn cập nhật các thông tin về công nghệ chế tạo thiết bị điện.
2. Thành lập hệ thống kiểm định đánh giá chất lượng và hiệu suất các thiết bị điện được sản xuất hoặc nhập khẩu.
3. Thực hiện chế độ gián nhãn ( Labelling ) cho các thiết bị điện có chất lượng và hiệu quả sử dụng năng lượng cao.
4. Thông tin, tuyên truyền, đào tạo để giúp cho những người sử dụng điện biết cách lựa chọn sử dụng các thiết bị điện có hiệu suất cao.
5. Trợ giúp các khách hàng chấp nhận việc sử dụng và thay thế các thiết bị điện cũ bằng các thiết bị điện có hiệu năng cao hơn về kỹ thuật và vốn.
6. Đưa ra những chỉ tiêu nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của từng loại thiết bị dùng điện cần phấn đấu đạt được trong các kế hoạch thực hiện DSM cho các nhà sản xuất.Ví dụ một số chỉ tiêu giảm lượng điện năng tiêu thụ của các thiết bị dùng điện mà Nhật Bản đặt ra cho các nhà sản xuất cần thực hiện trong giai đoạn (1992-1997): AC -6%, đèn ống - 7% ,TV (5-7)% ,VTR -10% (điện năng sử dụng trong thời gian chờ ).
Tùy thuộc vào hoàn cảnh cụ thể, có thể thực hiện đồng thời hoặc từng phần những công việc kể trên. Tuy nhiên, kết quả cuối cùng phụ thuộc rất nhiều vào việc thực hiện đó.
a2.Giảm thiểu sự tiêu phí năng lượng một cách vô ích:
Hiện nay do ý thức tiết kiệm năng lượng chưa thật đi s u vào từng thành viên â cộng đồng. Mặt khác do hệ thống thông tin, tuyên truyền, giáo dục, đào tạo, còn thiếu hoặc làm việc chưa thật hiệu quả nên không phải ai cũng đều hiểu những kiến thức cần thiết về các biện pháp tiết kiệm năng lượng thông thường. Do vậy việc sử dụng năng lượng nói chung và điện năng nói riêng kể cả ở trong những nước phát triển còn nhiều lãng phí. Mặc dù lượng điện năng tiết kiệm bởi từng thành viên là không lớn, song tổn thất điện năng tiết kiệm được nếu toàn cộng đồng thực hiện sẽ không phải là nhỏ. Hơn thế nữa vốn đầu tư thực hiện giải pháp này không nhiều, nên hiệu quả kinh tế của phương pháp thường rất cao không chỉ với các quốc gia mà còn trực tiếp đến từng gia đình, từng doanh nghiệp … thể hiện qua số tiền điện phải trả hàng tháng của họ. Một số biện pháp phổ biến bao gồm :
• Sử dụng các hệ thống tự động đóng cắt nguồn điện, điều chỉnh công suất tiêu thụ cho phù hợp với yêu cầu sử dụng thiết bị.
• Cải tiến các lớp cách nhiệt, chống thất thoát nhiệt của các thiết bị giữ nhiệt liên quan đến sử dụng điện năng.
• Thiết kế kiến trúc hợp lý các tòa nhà theo hướng sử dụng hiệu quả năng lượng để giảm thiểu sử dụng điện năng.
• Tối ưu hóa các quá trình vận hành thiết bị dùng điện trong công nghiệp.
Các biện pháp cụ thể để tiết kiệm điện năng thuộc biện pháp này có thể chia thành 4 khu vực sau:
1. Khu vực nhà ở.
2. Khu vực công cộng : Các trung tâm thương mại, dịch vụ, văn phòng, công sở, vui chơi, giải trí,bệnh viện , khách sạn.
3. Khu vực công nghiệp.
4. Khu vực sản xuất, truyền tải, phân phối điện năng.
Khu vực nhà ở:
Trong các khu vực nhà ở thì điện năng được sử dụng chủ yếu cho các thiết bị chiếu sáng và các thiết bị phục vụ cho sinh hoạt. Ngoài biện pháp lựa chọn các thiết bị có hiệu năng cao (đã trình bày ở trên) phù hợp yêu cầu sử dụng, việc hạn chế thời gian làm việc vô ích của các thiết bị rất có ý nghĩa đến tổng điện năng tiết kiệm được. Để thực hiện mục tiêu này có thể sử dụng các thiết bị phụ trợ như: Tự động đóng cắt điện ra khỏi nhà, tự động điều chỉnh độ sáng của đèn, tự động cắt các bình đun nước nóng ra khỏi lưới khi không sử dụng trong một thời gian hạn định nào đó … Lắp thêm các lớp vỏ bọc để hạn chế sự thất thoát nhiệt ở các hệ thống đun nước nóng. Sử dụng các mẫu thiết kế nhà ở thông thoáng, tận dụng ánh sáng tự nhiên nhằm hạn chế thời gian làm việc của các đèn chiếu sáng và quạt điện. Mặt khác, các lớp tường bao bọc và các cửa ra vào, cửa sổ phải đủ dầy, kín để giảm bớt thời gian và công suất làm việc các AC. Việc lựa chọn nhiệt độ đặt thích hợp vào mùa hè, mùa đông cho các AC cũng có thể giảm được điện năng tiêu thụ trên các thiết bị này. Ngoài ra việc hạn chế số lần đóng mở tủ lạnh, tủ đá, số lần làm việc của máy giặt, bàn là, bếp điện… cắt bỏ thời gian chờ của tivi, VTR cũng giúp giảm được điện năng tiêu thụ.
Khu vực công cộng:
Trong khu vực này việc quan tâm đến khâu thiết kế công trình để hạn chế tiêu tốn năng lượng trong các khâu chiếu sáng, làm mát sưởi ấm có thể cho những kết quả đáng kể. Các điều luật về thiết kế, xây dựng, môi trường và công tác thẩm định hiệu quả sử dụng năng lượng khi cấp phép xây dựng sẽ giúp nhiều cho mục tiêu tiết kiệm năng lượng. Những qui định cụ thể, rõ ràng, về việc sử dụng các thiết bị đặc biệt là các thiết bị chiếu sáng, máy văn phòng làm mát, sưởi ấm … hỗ trợ nhiều cho công tác an toàn và tiết kiệm điện. Việc trang bị thêm các thiết bị tự động đóng cắt, tự động khống chế (ánh sáng, nhiệt độ ) là cần thiết. Thay thế các AC đặt tại nhiều điểm bằng các hệ thống điều hòa trung tâm cho phép tiêu thụ điện năng ít hơn và dễ điều chỉnh nhiệt độ thích hợp với các nhu cầu sử dụng khác nhau. Cần cân nhắc trong việc thay thế cách đun nước, sưởi ấm bằng điện sang dùng ga hóa lỏng cho những chỉ tiêu kinh tế tốt hơn. Ngoài ra cần lưu tâm đến việc tận dụng những nguồn nhiệt vào mục đích gia nhiệt.
Khu vực công nghiệp:
Các biện pháp làm giảm sự tiêu phí năng lượng trong khu vực này khá đa dạng và thường cho hiệu quả cao với chi phí thấp:
• Thiết kế và xây dựng các phân xưởng hợp lý.
• Hợp lý hóa các quá trình sản xuất.
• Bù công suất phản kháng để cải thiện cosφ.
• Thiết kế và vận hành kinh tế các trạm biến áp.
Với động cơ điện:
• Giữ đúng lịch bảo hành.
• Giảm hoặc tránh chạy non tải, hoặc không tải.
• Sử dụng các động cơ có công suất phù hợp.
• Lắp đặt thêm các ASD cho các động cơ lớn có phụ tải luôn thay đổi.
• Lắp tụ bù cho các động cơ công suất lớn.
Với hệ thống nước lạnh:
• Bảo hành đúng qui định.
• Vận hành thiết bị ở COP ( coefficient of performance ) cực đại.
• Sử dụng các thiết bị có hiệu quả cao.
• Bảo ôn mạng nước lạnh.
• Phân cấp các máy nước lạnh.
• Sử dụng nước lạnh hợp lý.
• Cân bằng phụ tải trong hệ thống điều hòa không khí.
• Tích trữ nước lạnh.
• Sử dụng máy nước lạnh hấp thụ thay máy lạnh thông thường.
• Điều chỉnh theo entanpi.
Với hệ thống nén khí:
• Chọn máy nén khí thích hợp.
• Thiết kế hệ thống nén khí thích hợp ( lựa chọn kích thước, bố trí hệ thống đường ống hợp lý )
• Hạn chế rò rỉ.
• Vận hành tối ưu ( giảm áp suất đầu ra, giảm nhiệt độ và độ ẩm đầu vào ).
• Sử dụng máy nén khí nhiều cấp.
Với hệ thống chiếu sáng:
• Sử dụng thiết bị đặt giờ và khống chế cường độ sáng.
• Dùng chao đèn có hiệu quả.
• Cải thiện thông số phòng ( giảm mức hấp thụ ánh sáng , giảm độ treo cao đèn).
• Dùng phương pháp chiếu sáng không đồng đều ( theo nhiệm vụ , điều kiện làm việc, địa điểm).
• Tận dụng ánh sáng tự nhiên .
• Thường xuyên bảo dưỡng các hệ thống chiếu sáng.
b. Điều khiển nhu cầu dùng điện cho phù hợp với khả năng cung cấp một cách kinh tế nhất:
Điều khiển nhu cầu điện là chiến lược của DSM mà các giải pháp của nó thực hiện với sự chủ động nhiều hơn từ các nhà cung cấp điện nhằm làm thay đổi nhu cầu sử dụng điện năng phù hợp với khả năng cung cấp của HTĐ.
b1. Điều khiển trực tiếp dòng điện:
Mục tiêu chính của giải pháp này là san bằng đồ thị phụ tải của hệ thống điện nhằm làm giảm tổn thất, dễ dàng định được phương thức vận hành kinh tế hệ thống, giảm nhẹ vốn đầu tư phát triển nguồn và lưới điện, cung cấp điện cho khách hàng một cách linh hoạt, tin cậy, chất lượng cao và giá thành rẻ.
• Cắt giảm đỉnh ( peak clipping ):
Đây là biện pháp khá thông dụng để giảm phụ tải đỉnh trong các giờ cao điểm của hệ thống điện nhằm làm giảm nhu cầu gia tăng công suất phát và tổn thất điện năng. Có thể điều khiển dòng điện của khách hàng để giảm đỉnh bằng các tín hiệu điều khiển từ xa hoặc trực tiếp tại các hộ tiêu thụ. Ngoài ra bằng các chính sách giá điện cũng có thể đạt mục tiêu này. Tuy nhiên khi áp dụng biện pháp này các khách hàng thường được thỏa thuận hoặc thông báo trước để tránh những thiệt hại do ngừng cung cấp điện.
• Lấp thấp điểm (valley filling ):
Đây là biện pháp truyền thống thứ hai để điều khiển dòng điện. Lấp thấp điểm tạo thêm các phụ tải vào thời gian thấp điểm. Điều này đặc biệt hấp dẫn nếu như giá cho các phụ tải dưới đỉnh nhỏ hơn giá trung bình. Thường áp dụng biện pháp này khi công suất thừa được sản xuất bằng nhiên liệu rẻ tiền. Hiệu quả thực là gia tăng tổng điện năng thương phẩm nhưng không tăng công suất đỉnh, tránh được hiện tượng xả nước ( thủy điện ) hoặc hơi ( Nhiệt điện ) thừa. Có thể lấp thấp điểm bằng các kho nhiệt (nóng , lạnh ), xây dựng các nhà máy thủy điện tích năng, nạp điện cho ắc quy, ô tô điện …
• Chuyển dịch phụ tải ( load shipfting ):
Chuyển dịch phụ tải thời gian cao điểm sang thời gian thấp điểm. Hiệu quả thực là giảm được công suất đỉnh song không làm thay đổi điện năng tiêu thụ
tổng. Các ứng dụng phổ biến trong trường hợp này là các kho nhiệt, các thiết bị tích năng lượng và thiết lập các hệ thống giá điện thật hợp lý.
• Biện pháp bảo tồn ( Strategic conservation ):
Đây là biện pháp giảm tiêu thụ cuối cùng dẫn tới giảm điện năng tiêu thụ nhờ việc nâng cao hiệu năng của các thiết bị dùng điện.
• Tăng trưởng dòng điện (Strategic load growth ):
Tăng thêm các khách hàng mới ( Chương trình điện khí hóa nông thôn là một ví dụ ) dẫn tới tăng cả công suất đỉnh và tổng điện năng tiêu thụ.
• Biểu đồ phụ tải linh hoạt ( flexible load shape ):
Biện pháp này xem độ tin cậy cung cấp điện như một biến số trong bài toán lập kế hoạch tiêu dùng. Và do vậy đương nhiên có thể cắt điện khi cần thiết.
Hiệu quả thực là công suất đỉnh và cả điện năng tiêu thụ tổng có thể suy giảm.
b2.Lưu trữ năng lượng :
Giải pháp này cho phép dịch chuyển nhu cầu sử dụng điện từ thời cao điểm đến thời gian thấp điểm nhờ áp dụng chính sách điện. Kết quả là giảm chi phí sử dụng điện cho các hộ tiêu thụ trong khi nhà cung cấp điện cũng đạt được mục tiêu san bằng ĐTPT, tiết kiệm vốn phát triển nguồn và lưới điện.
b3.Điện khí hóa:
Áp dụng rộng rãi công nghệ sử dụng điện năng mới để bổ sung và thay thế các dạng năng lượng khác. Mở rộng điện khí hóa nông thôn, điện khí hóa các hệ thống giao thông hoặc dùng điện để thay thế việc đốt xăng dầu trong các thiết bị động lực làm gia tăng dòng điện đỉnh và điện năng tổng của hệ thống. Song đó là việc làm cần thiết bởi nó sẽ thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội và giảm thiểu - sự hủy hoại môi trường.
b4. Chính sách giá điện năng:
Nhu cầu sử dụng điện của các phụ tải điện thường được phân bố không đều theo thời gian. Một cách tự nhiên, theo tập quán sinh hoạt, làm việc và sản xuất sẽ xuất hiện các cao điểm và thấp điểm trong đồ thị phụ tải của hệ thống. Tại khoảng thời gian cao điểm hệ thống phải huy động mọi khả năng phát điện để đáp ứng nhu cầu của phụ tải và đôi khi vẫn không tránh khỏi phải cắt điện nếu