1 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN PHÚ QUÝ NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ CHO CƠNG TY THỐT NƢỚC VÀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI ĐÀ NẴNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số : 60 52 02 02 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Đà Nẵng – Năm 2017 Cơng trình hoàn thành TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS ĐOÀN ANH TUẤN Phản biện 1: TS TRẦN VINH TỊNH Phản biện 2: TS LÊ KỶ Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật điện họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 13 tháng năm 2017 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Năng lượng nói chung lượng điện nói riêng có vai trò quan trọng ảnh hưởng đến lĩnh vực đời sống kinh tế xã hội, đồng thời yếu tố trì sống trái đất Trong tương lai, nhiên liệu hóa thạch dầu thơ, than đá, khí tự nhiên, chiếm đa phần nhiên liệu bị cạn kiệt, đồng thời việc sử dụng dạng lượng gây nhiều vấn đề nghiêm trọng ảnh hưởng đến môi trường sống Đây vấn đề lớn toàn cầu Do vấn đề sử dụng lượng tiết kiệm hiệu nước phát triển quan tâm Từ đó, để sử dụng lượng tiết kiệm hiệu quả, trước tiên cần phải có hoạt động quản lý lượng cách chặt chẽ doanh nghiệp, sở tiêu thụ lượng để tìm giải pháp tiết kiệm lượng Luật sử dụng lượng tiết kiệm hiệu Quốc Hội thông qua theo Nghị Quyết số 51/2001/QH10, việc tiến hành nghiên cứu đề xuất giải pháp tiết kiệm lượng cần thiết Một giải pháp để tiết kiệm lượng nói chung, lượng điện nói riêng mà nhiều nước giới Việt Nam áp dụng chương trình quản lý nhu cầu DSM (Demand Side Managent) Nhận thức tầm quan trọng việc tiết kiệm lượng nói chung, điện nói riêng ảnh hưởng động KĐB việc sử dụng lượng tiết kiệm hiệu quả, lý mà tác giả nghiên cứu đề xuất giải pháp sử dụng lượng tiết kiệm hiệu cho Cơng ty Thốt nước Xử lý nước thải Đà Nẵng, từ áp dụng số giải pháp cụ thể trạm bơm nước thải địa bàn Thành phố Đà Nẵng Mục đích mục tiêu nghiên cứu đề tài 2.1 Mục đích nghiên cứu - Khảo sát, đánh giá thực trạng sử dụng lượng sử dụng động không đồng ba pha trạm bơm nước thải thành phố Đà Nẵng - Tính tốn, lựa chọn thiết bị điều khiển tối ưu nâng cao hiệu suất sử dụng lượng, cải thiện môi trường, thực phát triển kinh tế - xã hội bền vững, qua góp phần đảm bảo an ninh lượng đất nước 2.1.1 Các giải pháp sử dụng lượng tiết kiệm hiệu sản xuất Nghiên cứu giải pháp sau đây: - Giải pháp tiết kiệm lượng khâu quản lý - Giải pháp tiết kiệm lượng khâu kỹ thuật: 2.1.2 Nghiên cứu đề xuất, ứng dụng thiết bị điều khiển tối ưu động không đồng Nghiên cứu cơng nghệ, từ đề xuất giải pháp sử dụng các thiết bị điều khiển tối ưu hệ thống động không đồng bộ, hệ thống máy bơm,… 2.1.3 Tính tốn hiệu vốn đầu tư, thời gian đầu tư, thời gian hoàn vốn 2.2 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu chiến lược chương trình quản lý, giải pháp sử dụng lượng hiệu động KĐB, tiết kiệm điện chủ yếu phương pháp bù công suất phản kháng điều chỉnh tốc độ động biến tần, áp dụng cụ thể cho trạm bơm nước thải Đà Nẵng Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tượng nghiên cứu - Phụ tải điện động KĐB nói chung số loại tải động KĐB trạm bơm nước thải địa bàn TP Đà Nẵng - Đề tài sâu vào việc nghiên cứu tính toán, lựa chọn thiết bị tối ưu điều khiển động không đồng ba pha tiết kiệm điện 3.2 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu giải pháp điều khiển động - Nghiên cứu hiệu giải pháp sử dụng lượng hiệu động KĐB, áp dụng số giải pháp góp phần tiết kiệm điện cho trạm bơm nước thải thuộc Cơng ty nước Xử lý nước thải Đà Nẵng Phƣơng pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp thực nghiệm: áp dụng lý thuyết nghiên cứu để tính tốn cho cho trạm bơm nước thải Đà Nẵng 4.2 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu tài liệu, sách, báo, chuyên đề, giáo trình, giảng - Nghiên cứu tư liệu thiết bị điều khiển tối ưu động không đồng ba pha nước giới - Phân tích tổng hợp số liệu từ dây chuyền vận hành để tính tốn lựa chọn thiết bị điều khiển tối ưu động không đồng ba pha 4.3 Phương pháp thu thập xử lý thông tin - Khảo sát hệ thống dây chuyền công nghệ, thu thập thông tin khả phát triển nâng cấp dây chuyền vận hành - Thu thập số liệu thống kê, tài liệu: Thu thập thông tin chi phí sử dụng lượng, giá điện,… - Khảo sát đo đạc thông số liên quan đến việc sử dụng lượng như: Cường độ dịng diện, hệ số cosφ,… - Phân tích kinh tế tài chính: Tính tốn hiệu đầu tư, vốn đầu tư, thời gian đầu tư, thời gian hoàn vốn sử dụng thiết bị điều khiển tối ưu động KĐB ba pha Ý nghĩa khoa học thực tiễn Nghiên cứu đề xuất giải pháp tính tốn, lựa chọn thiết bị điều khiển tối ưu sử dụng lượng hiệu phụ tải động khơng đồng qua tiết kiệm điện năng, giảm chi phí xử lý vận hành Cơng ty, góp phần cải thiện mơi trường, từ nhân rộng việc áp dụng giải pháp cho nhà máy xử lý nước thải khác Tên tiểu luận Căn vào đối tượng phạm vi nghiên cứu, mục đích, mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu, luận văn đặt tên:”Nghiên cứu đề xuất giải pháp sử dụng lượng tiết kiệm hiệu cho Cơng ty nước Xử lý nước thải Đà Nẵng” Bố cục Luận văn ngồi phần mở đầu kết luận, gồm có ba chương sau: Chƣơng 1: Tổng quan Công ty Thoát nước Xử lý nước thải Đà Nẵng chương trình DSM Chƣơng 2: Các giải pháp tiết kiệm lượng vận hành phương pháp điều khiển động không đồng ba pha thiết bị biến tần Chƣơng 3:Tính tốn đề xuất giải pháp tiết kiệm điện cho trạm bơm nước thải Cơng ty Thốt nước Xử lý nước thải Đà Nẵng CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY THOÁT NƢỚC VÀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI ĐÀ NẴNG VÀ CHƢƠNG TRÌNH DSM 1.1 Tổng quan cơng ty thoát nƣớc xử lý nƣớc thải Đà Nẵng 1.1.1 Giới thiệu chung Cơng ty Cơng ty Thốt nước xử lý nước thải Đà Nẵng có trụ sở số 18 đường Hồ Nguyên Trừng - Phường Hòa Cường Nam - Quận Hải Châu – thành phố Đà Nẵng 1.1.2 Chức nhiệm vụ công ty a Chức Quản lý, vận hành bảo dưỡng tồn hệ thống nước xử lý nước thải địa bàn thành phố Đà Nẵng b Nhiệm vụ - Lập hồ sơ quản lý, quản lý khai thác vận hành tồn hệ thống nước đô thị bao gồm hệ thống xử lý nước thải; - Xây dựng kế hoạch ngắn hạn, dài hạn thường xuyên tổ chức kiểm tra, tu sửa chữa, nạo vét, xây dựng bổ sung công trình, hệ thống nước thị; - Thực nhiệm vụ khác UBND thành phố Giám đốc Sở Tài Nguyên Môi Trường giao 1.2 Hiện trạng nguồn nhân lực - Ban Giám đốc: 04 người - Phịng tổ chức – Hành chính: 14 người - Phịng kế tốn: 07 người - Phịng kỹ thuật: 14 người - Phịng kế hoạch: 06 người - Phịng cơng nghệ môi trường nước thải: 10 người - Trạm Xử lý nước thải Sơn Trà: 21 người - Trạm Xử lý nước thải Hòa Cường: 29 người - Trạm Xử lý nước thải Phú Lộc: 38 người - Trạm Xử lý nước thải Ngũ Hành Sơn: 28 người - Trạm Xử lý nước thải Thọ Quang: 26 người - Xưởng khí : 23 người - Đội quản lý tu : 14 người 1.3 Tổng quan trạm bơm nƣớc thải cấp I 1.3.1 Hệ thống trạm bơm nước thải cấp I Hệ thống trạm bơm nước thải cấp tổng cộng có 09 trạm bơm (SPS) thuộc 04 lưu vực nằm địa bàn thành phố Đà Nẵng lưu vực Sơn Trà, lưu vực Ngũ Hành Sơn, lưu vực Phú Lộc, lưu vực Hòa Cường, xây dựng nhằm thu gom nước thải từ tuyến Tuyến cống Thu gom Tự chảy Cấu trúc Chuyển dịng 1.3.2 Qui trình bơm nước thải Hệ thống nước thải thu gom chảy trạm bơm đến mức tự động khởi động máy bơm trạm bơm sau nước thải giếng bơm đạt đến cao độ khởi động bơm nước tăng lên đến mực nước xác định tiếp theo, Sự ngừng bơm thiết lập tự động Tất trạm bơm nước thải cấp trạm bơm có cơng suất nhỏ từ 5,9KW đến 13,5KW, khởi động trực tiếp bơm nước thải từ giếng bơm lên đưa vào đường ống nâng dẫn trạm bơm cuối tuyến trạm xử lý theo hiệu lệnh bơm tủ điện điều khiển nhân viên vận hành phòng SCADA 1.3.3 Các thiết bị trạm bơm nước thải SPS cấp I Tất thiết bị hệ thống trạm bơm điều giống gồm: - Từ 02 đến 03 động bơm chìm cho tram bơm SPS - 01 tủ điện điều khiển gồm: Áp tô mát, công tắc tơ, role nhiệt, bảo vệ pha, dụng cụ đo đếm dòng, áp, PLC … 1.3.4 Sơ đồ điện hệ thống bơm 1.3.5 Nguyên lý làm việc  Điều khiển tay (Manual): Chế độ hệ thống bơm quan sát điều khiển chỗ  Điều khiển tự động (Auto): Chế độ thực giám sát điều khiển tự động, can thiệp vào PLC để thay đổi liệu trạng thái, chế độ trung tâm theo dõi trạng thái bơm 1.4 Tổng quan trạm bơm nƣớc thải cấp II 1.4.1 Hệ thống trạm bơm nước thải cấp II Cũng hệ thống trạm bơm cấp I hệ thống trạm bơm nước thải cấp II có 09 trạm bơm (SPS) thuộc 04 lưu vực nằm địa bàn thành phố Đà Nẵng lưu vực Sơn Trà, Ngũ Hành Sơn, Phú Lộc, Hòa Cường, xây dựng nhằm thu gom nước thải từ tuyến Tuyến cống thu gom tự chảy Cấu trúc Chuyển dịng Cơng suất máy bơm từ 18,5KW đến 44KW 1.4.2 Qui trình bơm nước thải Giống vận hành bơm cấp I hệ thống nước thải thu gom chảy trạm bơm đến mức tự động khởi động máy bơm trạm bơm sau nước thải giếng bơm đạt đến cao độ khởi động bơm nước tăng lên đến mực nước xác định tiếp theo, nước thải đẩy trạm xử lý lưu vực Sự ngừng bơm thiết lập tự động 10 1.4.3 Giếng bơm nước thải SPS Mỗi giếng bơm nước thải cấp II gồm đến máy bơm chìm hiệu Flygt Thụy Điển 1.4.4 Nguyên lý làm việc trạm bơm SPS cấp II Giống hệ thống điện trạm bơm cấp I hệ thống trạm bơm cấp II vận hành có chế độ: Điều khiển tay (Man) điều khiển tự động (Auto) 1.5 Tổng quan chƣơng trình DSM 1.5.1 Vấn đề lượng giới Việt Nam 1.5.1.1 Tiềm năng lượng giới - Than: Ước tính khoảng 1.083 tỷ tấn, tập trung Mỹ, Liên Xô, Trung Quốc, Úc, Ấn Độ, Đức Nam Phi - Dầu mỏ: 125,8 nghìn tỷ thùng Trong đó: 63% nằm Trung Đơng, 13% nằm Trung Nam Mỹ, 24% nằm rải rác nơi khác - Khí: 100.000 tỷ m³ Trong đó: 36% nằm Trung Đông, 30% nằm nước SNG “ Liên Xô cũ”, 34% nằm rải rác nơi khác - Năng lượng nguyên tử: 4.5 triệu 1.5.1.2 Tiềm năng lượng Việt Nam - Than: Chủ yếu tập trung khu vực Đông Bắc chiếm 90% - Dầu mỏ khí: Tổng trữ lượng dầu mỏ khí nước ta vào khoảng 3,75 tỷ m3 dầu khí quy đổi, 1,25 tỷ m3 khí đốt - Thủy điện: Tiềm khoảng 75-80 tỷ kWh/năm - Năng lượng nguyên tử: Có khoảng 320.000 U3O8, trước mắt khai thác 6.000 với giá ≤80 USD/kg 1.5.2 Vai trò quản lý nhu cầu DMS 1.5.2.1 Khái niệm chung DSM DSM tập hợp giải pháp Kỹ Thuật – Công nghệ - Kinh tế Xã hội nhằm sử dụng điện cách hiệu tiết kiệm DSM 12 CHƢƠNG CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG TRONG VẬN HÀNH VÀ PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA BẰNG THIẾT BỊ BIẾN TẦN 2.1 Tổng quan động không đồng ba pha 2.1.1 Cấu tạo Động không động động thông dụng, sử dụng cho thiết bị khác công nghiệp Sở dĩ loại động thơng dụng chúng có thiết kế đơn giản, rẻ tiền, dễ bảo trì, nối trực tiếp với nguồn điện xoay chiều a Các phận Một động điện khơng đồng có hai phận điện bản: - Rôto Stato b Phân loại động không đồng - Động không đồng pha - Động không đồng ba pha 2.1.2 Ứng dụng động không đồng Ngày hệ thống truyền động điện sử dụng rộng rãi thiết bị, dây truyền sản xuất công nghiệp, giao thông vận tải, thiết bị điện dân dụng Động không đồng có nhiều ưu điểm sau: kết cấu đơn giản, làm việc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, có khả làm việc mơi trường độc hại v.v 2.2 Một số giải pháp tiết kiệm lƣợng vận hành 2.2.1 Thay động tiêu chuẩn động hiệu suất cao 2.2.2 Giảm mức non tải tránh sử dụng động lớn 2.2.3 Chọn công suất động cho tải thay đổi 2.2.4 Nâng cao chất lượng điện 13 2.3 Giải pháp điều chỉnh hệ số công suất Hệ số công suất cosφ tiêu để đánh giá trạm bơm dùng điện có hợp lý, tiết kiệm hay khơng, việc tiết kiệm điện nâng cao hệ số công suất cosφ chủ trương lâu dài, gắn liền với việc phát huy hiệu trình sản xuất sử dụng điện 2.3.1 Ý nghĩa việc nâng cao hệ số công suất  Giảm công suất tổn thất mạng điện  Giảm tổn thất điện áp mạng điện  Tăng khả truyền tải đường dây máy biến áp 2.3.2 Các biện pháp nâng cao hệ số công suất 2.3.2.1 Nâng cao hệ số công suất cosφ tự nhiên  Thay đổi cải tiến qui trình cơng nghệ để thiết bị điện làm việc chế độ hợp lý  Thay đổi động không đồng làm việc non tải động có cơng suất nhỏ  Giảm điện áp động làm việc non tải  Dùng động đồng thay động không đồng  Thay máy biến áp làm việc non tải có dung lượng nhỏ 2.3.2.2 Nâng cao hệ số công suất cosφ phương pháp bù Bằng cách đặt thiết bị bù gần hộ dùng điện để cung cấp công suất phản kháng cho chúng, giảm lượng công suất phản kháng phải truyền tải đường dây nâng cao hệ số cơng suất cosφ mạng Biện pháp bù không làm giảm lượng công suất phản kháng tiêu thụ hộ dùng điện mà giảm lượng công suất phản kháng phải truyền tải đường dây 2.3.3 Bù công suất phản kháng Để đánh giá hiệu việc giảm tổn thất công suất tác dụng 14 người ta đưa tiêu gọi đương lượng kinh tế công suất phản kháng: kkt “Đương lượng kinh tế công suất phản kháng lượng công suất tác dụng (kW) tiết kiệm bù (kVAr) công suất phản kháng” Như biết kkt lượng công suất bù Qbù, tính cơng suất tác dụng tiết kiệm bù là: ∆Ptk = kkt.Qbù (2.7) 2.3.4 Xác định dung lượng bù Dung lượng bù xác định theo công thức sau: Qbù = P(tgφ1-tgφ2)α (kVAr) (2.14) Xét mặt tổn thất công suất tác dụng hộ dùng điện, dung lượng bù xác định theo quan điểm tối ưu sau: Do bù tiết kiệm lượng công suất tác dụng là: ∆Ptk = kkt.Qbù – kbù.Qbù = Qbù.(kkt – kbù) (2.15) 2.3.5 Các thiết bị bù 2.3.5.1 Tụ điện Tụ điện loại thiết bị điện tĩnh có ưu nhược điểm sau: Suất tổn thất công suất tác dụng bé, khơng có phần quay nên lắp ráp bảo quản dễ dàng, tụ điện chế tạo thành đơn vị nhỏ, tùy theo phát triển phụ tải sản xuất mà ghép dần tụ điện vào mạng, làm cho hiệu suất sử dụng cao khơng phí nhiều vốn đầu tư lúc Tụ điện thường dùng xí nghiệp trung bình nhỏ, địi hỏi dung lượng bù không lớn 2.3.5.2 Máy bù đồng Máy bù đồng động đồng làm việc chế độ khơng tải, khơng có phụ tải trục nên máy bù đồng chế tạo gọn nhẹ, rẻ tiền so với động đồng cơng suất Ở chế độ q kích thích máy bù phát công suất phản kháng cung cấp cho 15 mạng, cịn chế độ thiếu kích thích máy bù tiêu thụ cơng suất phản kháng mạng Vì vậy, ngồi cơng dụng bù cơng suất phản kháng máy bù thiết bị tốt để điều chỉnh điện áp, thường đặt điểm cần điều chỉnh điện áp hệ thống điện Nhược điểm máy bù có phần quay nên lắp ráp bảo quản, vận hành phức tạp Để kinh tế máy bù thường chế tạo với cơng suất lớn, thường dùng nơi cần bù tập trung với dung lượng lớn 2.3.6 Vị trí đặt thiết bị bù  Máy bù đồng bộ: có cơng suất lớn nên thường đặt tập trung điểm quan trọng hệ thống điện  Tụ điện: Có thể đặt mạng điện áp cao mạng điện áp thấp 2.4 Các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động khơng đồng ba pha Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động sau: - Điều chỉnh cách thay đổi điện trở phụ mạch rôto - Điều chỉnh cách thay đổi điện áp stato - Điều chỉnh cách thay đối số đôi cực từ - Điều chỉnh cuộn kháng bão hòa - Điều chỉnh phương pháp nối tầng - Điều chỉnh cách thay đổi tần số nguồn f1 Trong phương pháp trên, phương pháp điều chỉnh cách thay đổi tần số cho phép điều chỉnh mômen tốc độ với chất lượng cao Sau xin trình bày phương pháp điều chỉnh động không đồng cách thay đổi tần số nguồn f1, thay đổi điện áp 16 2.4.1 Điều chỉnh tốc độ động KĐB cách thay đổi điện áp nguồn Để thay đổi điện áp người ta dùng biến đổi có điện áp tùy theo tín hiệu điều khiển đặt vào Nếu bỏ qua tổng trở nguồn không dùng điện trở phụ mạch rôto 2.4.2 Điều chỉnh tốc độ động KĐB cách thay đổi tần số nguồn Với số động chế tạo số đơi cực (Pp) cố định Do thay đổi tần số dẫn đến tốc độ động thay đổi Khi điều chỉnh tần số động không đồng thường phải điều chỉnh điện áp, dòng điện từ thông mạch stato Do kháng trở, từ thông dòng điện động bị thay đổi Việc thay đổi tần số nguồn f1 thay đổi số đơi cực, điều chỉnh tốc độ động KĐB Khi động chế tạo số đơi cực từ khơng thể thay đổi Nên thay đổi tần số nguồn f1 cách thay đổi tần số nguồn điều chỉnh tốc độ động Nhưng tần số giảm, trở kháng động giảm theo Kết làm cho dịng điện từ thơng động tăng lên 2.5 Phƣơng pháp điều khiển động không đồng ba pha thiết bị biến tần 2.5.1 Nguyên lý điều chỉnh tốc độ thay đổi tần số Các phương pháp điều chỉnh chủ yếu thực hiện: + Trên stator: Thay đổi điện áp đưa vào dây quấn stator, thay đổi số đôi cực từ dây quấn stator, thay đổi tần số nguồn điện + Trên rotor: Thay đổi điện trở rotor, nối cấp, đưa sức điện động phụ vào rotor Khi hệ số trượt thay đổi tốc độ động điện không đồng thay đổi tỉ lệ thuận với tần số Phương pháp điều chỉnh tốc độ 17 thay đổi tần số phương pháp điều chỉnh trơn trượt, phạm vi điều chỉnh rộng đòi hỏi phải có nguồn điện đặc biệt có tần số biến đổi được, dùng cần điều chỉnh tốc độ nhóm động điện có tốc độ thay đổi theo quy luật Tóm lại: thay đổi tần số điều chỉnh tốc độ ta phải đồng thời điều chỉnh điện áp đưa vào động điện 2.5.2 Các biến tần dùng để điều chỉnh tốc độ động a Bộ biến tần trực tiếp dùng Thyristor Bộ biến tần trực tiếp dùng Thyristor biến đổi trực tiếp nguồn xoay chiều ba pha U1, f1 số thành nguồn xoay chiều ba pha có U2, f2 biến đổi Bộ biến tần gồm 18 Thyristor chia cho ba pha, pha chia làm nhóm: Nhóm có Catot nối chung lại với gọi nhóm thuận T, cung cấp phần điện áp dương pha động Nhóm có Anot nối chung gọi nhóm nghịch cung cấp điện áp đầu cho nửa chu kỳ âm *Nhận xét: - Hiệu suất cao tổn thất lượng khơng đáng kể, không cần dùng tụ chuyển mạch - Làm việc chế độ tĩnh nên thuận tiện cấu di chuyển nhiều - Gam tần số hẹp, nhạy cảm với biến động lưới điện - Dùng nhiều Thyristor, mạch điều khiển phức tạp b Bộ biến tần dùng Thyristor có khâu trung gian chiều Bộ biến tần có khâu trung gian chiều biến đổi hai tầng, nhóm chỉnh lưu có chức biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện chiều, sau qua lọc điện áp chiều nghịch lưu thành điện áp xoay chiều có tần số biến đổi Nhóm nghịch 18 lưu làm việc độc lập với lưới, nghĩa van chúng chuyển mạch cho theo chế độ cưỡng bức, ta gọi nghịch lưu nghịch lưu áp Tần số đầu điều chỉnh nhờ thay đổi chu kỳ đóng cắt van nhóm nghịch lưu cịn điện áp điều chỉnh nhờ thay đổi góc mở van nhóm chỉnh lưu Các Thyristor nghịch lưu chuyển mạch theo tín hiệu điều khiển nên cực tính điện áp pha stator thay đổi theo tần số điều khiển *Nhận xét: - Bộ biến tần điện áp gián tiếp có hai dải điều tần rộng, tần số f2 lớn nhỏ tần số vào f1, điều chỉnh vơ cấp được, việc điều chỉnh U2, f2 đơn giản biến tần trực tiếp - Dùng Thyristor, mạch điều khiển đơn giản - Qua hai lần biến đổi nên hiệu suất không cao biến tần trực tiếp 2.6 Kết luận Trong giải pháp sử dụng lượng hiệu động KĐB, hai giải pháp điều chỉnh hệ số công suất (HSCS) cách lắp tụ bù điều chỉnh tốc độ động biến tần có hiệu Giải pháp bù có ý nghĩa quan trọng, từ xác định dung lượng bù cho phù hợp vị trí đặt thiết bị bù Từ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động KĐB cách thay đổi tần số, ta nghiên cứu nguyên lý làm việc biến tần ứng dụng giải pháp điều chỉnh tốc độ động biến tần mang lại hiệu tiết kiệm lượng động tương thích Việc ứng dụng cụ thể hai giải pháp cho trạm bơm nước thải Đà Nẵng trình bày chương 19 CHƢƠNG TÍNH TỐN ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG CHO CÁC TRẠM BƠM NƢỚC THẢI TẠI CƠNG TY THỐT NƢỚC VÀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI ĐÀ NẴNG 3.1 Các trạm bơm nƣớc thải cấp I 3.1.1 Hiện trạng Hiện Công ty sử dụng trạm bơm cấp I để bơm nước thải đến trạm bơm trung chuyển sau đưa trạm xử lý với công suất động 5,9KW, 11KW, 13,5 KW Các trạm bơm vận hành liên tục bơm vào đường ống từ 250 đến 630 mm tới trạm bơm nước thải cấp trạm xử lý Thời gian vận hành trung bình ngày đêm trạm 20 ÷ 22 kể cao điểm 3.1.2 Qui trình sản xuất Tổng hợp tình hình sản suất tiêu thụ điện năng, lưu lượng nước trạm bơm nước thải cấp I năm 2016: lượng điện tiêu thụ 735.430 kWh, lưu lượng nước thải cung cấp 15.624.675 m3 3.1.3 Thông số động bơm 3.2 Các trạm bơm nƣớc thải cấp II 3.2.1 Hiện trạng Các trạm bơm nước thải cấp sử dụng 09 trạm bơm với công suất trạm bơm từ 18,5kW đến 44 kW Trong trạm bơm có 2, động vận hành liên tục 01 động dự phòng Các động làm việc liên tục chế độ đầy tải Trong nhu cầu sử dụng nước khác thời điểm Vì cần phải đưa giải pháp khắc phục cho hệ thống bơm 20 3.2.2 Qui trình sản xuất Tổng hợp tình hình sản suất tiêu thụ điện lưu lượng nước trạm bơm nước thải cấp II năm 2016: lượng điện tiêu thụ trạm bơm nước thải cấp II 2.738.956 kWh, lưu lượng nước thải cung cấp 66.093.808 m3 3.2.3 Thơng số động bơm 3.3 Tính toán đề xuất giải pháp tiết kiệm điện trạm bơm nƣớc thải cơng ty nƣớc xử lý nƣớc thải Đà Nẵng 3.3.1 Tính tốn đề xuất giải pháp cho trạm bơm cấp I - Bù công suất nâng cao cos từ 0,88 lên 0,95 - Các cơng thức tính tốn: P1 = Pdm (3.1)  - Trong đó: P1 cơng suất điện đầu vào động (kW) Pđm công suất định mức động (kW)  hiệu suất động Qbù = P1.(tgφ1-tgφ2) (kVAr) (3.2) Qbù dung lượng tụ bù cần tính (kVAr) tg1, tg2 ứng với hệ số công suất cos1, cos2 trước, sau bù ∆Ptk = kkt.Qbù – kbù.Qbù = Qbù.(kkt – kbù) (3.3) Ptk đương lượng kinh tế công suất phản kháng, với động không đồng nhà máy qua lần biến áp ta chọn: kkt = 0,04  0,06 (kW/kVAr) kbù suất tổn thất công suất thiết bị bù, ta chọn: kbù= 0,003  0,005 (kW/kVAr) ∆A = ∆Ptk.t (3.4) A điện tiết kiệm dùng thiết bị bù năm t thời gian bù tính năm (h) ∆C = ∆A.C C tiền điện ứng với kWh (VNĐ/kWh) (3.5) 21 V (3.6) ΔC T thời gian thu hồi vốn đầu tư thiết bị bù (tháng) V vốn đầu tư thiết bị bù chi phí lắp đặt, vận hành (VNĐ) MCO2 = ∆A.m (3.7) MCO2 lượng khí thải giảm nhờ lắp đặt thiết bị bù (tấn) m lượng khí thải đơn vị kWh (Tấn/kWh) - Tính tốn cụ thể cho động trạm bơm: Cơng ty có trạm bơm nước thải SPS5, SPS8, SPS12, SPS18, SPS33 có máy bơm có cơng suất 5,9kW nhỏ nên không cần bù bỏ qua ta tính tốn cho trạm bơm có cơng suất từ 11kW trở lên  Tính toán cho trạm bơm nƣớc thải SPS1, SPS2, SPS9:  Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS3: Bảng tổng hợp lắp đặt tụ cho trạm bơm nước thải cấp I T= Diễn giải Đơn vị Kết kWh 556.110 kWh(%) 4.175(0,8) VNĐ/kWh 1.518 Số tiền tiết kiệm năm (∆C) VNĐ 6.338.000 Đầu tư mua tụ bù (V) VNĐ 5.625.000 Tổng dung lượng tụ bù kVAr 37,5 Tấn Tháng 11 Tổng điện tiêu thụ năm (4 trạm ) Điện tiết kiệm năm Giá điện(C) Tổng lượng khí thải CO2 giảm Thời gian hoàn vốn (T) * Nhận xét: - Với 4/9 trạm bơm nước thải cấp I động có cơng suất từ 11÷13,5 kW, hệ số cơng suất 0,88 Để nâng cao hệ số cơng suất lên 0,95 cần dung lượng tụ bù có cơng suất 2,5÷5 kVAr/động cơ, 22 tiền đầu tư 5.625.000 VNĐ Điện tiêu thụ hàng năm giảm giảm 4.175 kWh(0,8%), tiền tiết kiệm năm gần 6,5 triệu VNĐ, lượng khí CO2 thải mơi trường giảm tấn, thời gian hồn vốn 11 tháng Như việc lắp đặt tụ bù cho trạm bơm nước thải cấp I mang lại hiệu kinh tế góp phần tiết kiệm lượng điện cho Cơng ty 3.3.2 Tính tốn đề xuất giải pháp cho trạm bơm cấp II - Bù công suất nâng cao cos từ 0,88 lên 0,95 - Dùng biến tần điều khiển trạm bơm điều chỉnh lưu lượng a Tính tốn bù cơng suất cho động trạm bơm  Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS34:  Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS4, SPS13, SPS19, SPS35:  Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS14:  Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS20:  Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS15, SPS21: Bảng tổng hợp lắp đặt tụ cho trạm bơm nước thải cấp II Diễn giải Đơn vị Kết kWh 2.738.956 kWh(%) 21.710 (0,8) VNĐ/kWh 1.518 Số tiền tiết kiệm năm VNĐ 33.000.000 Đầu tư mua tụ bù (V) VNĐ 29.250.000 Tổng dung lượng tụ bù kVAr 195 Tấn 26 Tháng 11 Tổng điện tiêu thụ năm(AT) Điện tiết kiệm năm Giá điện(C) Tổng lượng khí thải CO2 giảm Thời gian hoàn vốn (T) 23 b Dùng biến tần để điều khiển trạm bơm cần điều chỉnh lưu lượng +Trường hợp dùng biến tần với động non tải có tải ln P thay đổi (3.8) P1 = dm η Trong đó: P1 cơng suất điện đầu vào (kW) Pđm công suất định mức động (kW) : hiệu suất động A = P1.t (3.9) A điện tiêu thụ chưa dùng biến tần (kWh) t thời gian làm việc trung bình động năm (h) n (3.10) ABT = P1. (k pti t i ) i=1 ABT điện tiêu thụ dùng biến tần (kWh) kpti hệ số phụ tải ứng với tải động thay đổi ∆A = A - ABT (3.11) A điện tiết kiệm thay đổi giải pháp (kWh) ∆C = ∆A.C (3.12) C giá tiền điện ứng với kWh (VNĐ/kWh) T= V ΔC (3.13) T thời gian thu hồi vốn đầu tư thiết bị V vốn đầu tư chi phí lắp đặt, Vận hành thiết bị (VNĐ) + Trường hợp dùng biến tần để điều chỉnh lưu lượng: n ABT = P1. (k bti t i ) (3.14) i=1 ABT điện tiêu thụ sử dụng biến tần n N Hoặc A BT =P1. ( i ) t i i=1 N1 Ni tốc độ làm việc ứng với thời gian ti N1 tốc độ định mức động (Vịng/phút) (3.15) 24 Tính tốn cụ thể cho động trạm cấp II Theo sổ tay vận hành hồ sơ thiết kế Công ty sau: Các máy bơm trạm bơm ghép song song đấu chung vào đường ống nâng nên lưu lượng tổng cộng hai bơm ghép song song hệ thống đường ống nhỏ tổng lưu lượng chúng làm việc riêng rẽ hệ thống Vì trạm bơm có đến động bơm nước thải có công suất nhau, làm việc liên tục với 100% tốc độ 1455 vịng/phút Trong động bơm làm việc với 100% lưu lượng vào cao điểm , động bơm hoạt động mục đích bơm lưu lượng cho với lưu lượng thực tế Tuy động chạy tốc độ định mức đạt lưu lượng bù thêm theo thực tế định mức, đồng thời vào thấp điểm bơm hoạt động đôi lúc bị non tải  hội để tiết kiệm lượng cho Cơng ty + Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS34: + Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS14: + Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS4, SPS13, SPS19, SPS35 + Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS15, SPS21: + Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS20: Bảng tổng hợp lắp đặt biến tần cho trạm bơm nước thải cấp II Diễn giải Đơn vị Kết Tổng điện tiêu thụ năm(AT) kWh 2.738.956 kWh(%) 1.025.572 (37%) VNĐ/kWh 1.518 Số tiền tiết kiệm năm VNĐ 1.556.000.000 Tổng vốn đầu tư lắp đặt (V) VNĐ 1.600.000.000 Tấn 640 Tháng 12 Điện tiết kiệm năm Giá điện(C) Tổng lượng khí thải CO2 giảm Thời gian hồn vốn (T) 25 * Nhận xét: - Với trạm bơm nước thải cấp II (các trạm bơm có động bơm làm việc) trạm bơm có cơng suất khác nhau, hệ số công suất 0,88 Để nâng cao hệ số cơng suất lên 0,95 cần dung lượng tụ bù có cơng suất từ 5÷10 kVAr/động cơ, số tiền đầu tư 29 triệu VNĐ Điện tiêu thụ hàng năm giảm 21.710 kWh (ứng với 0,8%), tiền tiết kiệm hàng năm 33.000.000 VNĐ, lượng khí CO2 thải mơi trường giảm 26 tấn, thời gian hồn vốn 10 tháng Như việc lắp đặt tụ bù cho động nước thải cấp mang lại hiệu kinh tế góp phần tiết kiệm lượng điện cho Công ty - Sau dùng biến tần để điều khiển 09 trạm bơm cần điều chỉnh lưu lượng, điện tiêu thụ hàng năm giảm 1.025.572 kwh (ứng với 37%), số tiền đầu tư 1,6 tỷ VNĐ, số tiền tiết kiệm hàng năm 1,556 tỷ VNĐ, lượng khí CO2 thải mơi trường giảm 640 tấn, thời gian hoàn vốn 12 tháng Như việc lắp đặt tụ bù cho động bơm nước thải cấp II lắp biến tần điều chỉnh lưu lượng mang lại hiệu kinh tế góp phần tiết kiệm lượng điện cho Cơng ty cho thành phố Đà Nẵng 3.4 Kết luận Từ giải pháp tính tốn, nhằm tiết kiệm lượng điện cho Cơng ty Thốt nước Xử lý nước thải Đà Nẵng bù công suất nâng cao cos cho động bơm nước thải cấp I cấp II lắp biến tần điều chỉnh lưu lượng nước thải trạm bơm hiệu cần thiết Nó khơng giảm chi phí, tăng lợi nhuận, nâng cao chất lượng sản xuất mà cịn góp phần làm giảm nhu cầu sử dụng điện quốc gia Kết nghiên cứu cho thấy áp dụng phương pháp tiết kiệm lượng điện trạm bơm nước thải địa bàn thành phố Đà Nẵng tiết kiệm năm 1.595.338.000 đồng 26 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đề tài nhằm nghiên cứu tính tốn đề xuất giải pháp nhằm tiết kiệm lượng điện Tác giả nghiên cứu đưa giải pháp bù công suất nâng cao cos cho động dùng biến tần để điều khiển trạm bơm cần điều chỉnh lưu lượng Qua kết nghiên cứu cụ thể cho thấy việc đầu tư áp dụng biện pháp khả thi, đem lại hiệu kinh tế lớn cho Cơng ty, tiêu thụ điện khoản tiền tiết kiệm sau bù đắp chi phí lại lớn từ tiết kiệm lượng cải thiện môi trường Với kết nghiên cứu Cơng ty Thốt nước Xử lý nước thải Đà Nẵng tác giả có số kết luận sau: Lợi ích kinh tế Nếu nhà máy thực phương pháp hàng năm tiết kiệm 1.595.338.000 đồng năm Lợi ích mơi trƣờng Kết nghiên cứu đưa biện pháp tiết kiệm lượng, làm ổn định lượng nước thải bơm trạm để xử lý dẫn đến không gây ô nhiễm môi trường đặc biệt nước thải chưa xử lý Lợi ích mặt xã hội Qua kết nghiên cứu, đề tài làm sở để nhân rộng cho sở sản xuất nông công nghiệp Nếu doanh nghiệp, sở đoàn thể tiến hành tiết kiệm lượng điện vấn đề an ninh lượng quốc gia đảm bảo đồng thời góp phần thúc đẩy kinh tế đất nước Tác giả kiến nghị kết đưa trình nghiên cứu nên xem xét bổ sung để thiết lập chiến lược tồn Cơng ty tiết kiệm lượng nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng lượng ... tiết kiệm điện cho trạm bơm nước thải thuộc Cơng ty nước Xử lý nước thải Đà Nẵng Phƣơng pháp nghiên cứu 4.1 Phương pháp thực nghiệm: áp dụng lý thuyết nghiên cứu để tính tốn cho cho trạm bơm nước... kiệm điện cho trạm bơm nước thải Cơng ty Thốt nước Xử lý nước thải Đà Nẵng 7 CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY THOÁT NƢỚC VÀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI ĐÀ NẴNG VÀ CHƢƠNG TRÌNH DSM 1.1 Tổng quan cơng ty thoát... công suất cosφ phương pháp bù Bằng cách đặt thiết bị bù gần hộ dùng điện để cung cấp công suất phản kháng cho chúng, giảm lượng công suất phản kháng phải truyền tải đường dây nâng cao hệ số công