TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT SÁCH THAM KHẢO CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG NGUYỄN BÁ THÀNH LỜI NÓI ĐẦU Năng lượng nguồn động lực cho hoạt động sản xuất đời sống xã hội Ngày nay, với tiến khoa học kỹ thuật, mức tiêu thụ lượng người ngày gia tăng Các nguồn lượng hóa thạch than đá, dầu khí, v.v, dần cạn kiệt Bên cạnh đó, việc sử dụng lượng truyền thống tạo khí thải điơxit cacbon, mêtan, bụi, v.v gây ô nhiễm môi trường, tạo nên hiệu ứng nhà kính nguyên nhân chủ yếu làm cho trái đất nóng lên Để đáp ứng nhu cầu lượng ngày cao, người mặt phải tăng cường nghiên cứu, khai thác, sử dụng nguồn lượng tái tạo lượng mặt trời, lượng gió, lượng sinh khối, v.v đồng thời phải sử dụng lượng tiết kiệm, hiệu Ở Việt Nam, Chính phủ Quyết định số 79/2006 QĐ-CP Chương trình mục tiêu quốc gia sử dụng lượng tiết kiệm hiệu quả; Thủ tướng phủ ký định số 1855/QĐ-TTg phê duyệt chiến lược phát triển lượng quốc gia đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2050; ngày 17/06/2010, Quốc hội ban hành luật Quy định sử dụng lượng tiết kiệm hiệu Trong đề án Chương trình mục tiêu quốc gia sử dụng lượng tiết kiệm hiệu quả, Bộ Giáo dục Đào tạo chủ trì dự án đưa giáo dục sử dụng lượng tiết kiệm hiệu vào nhà trường với đề cương môn học Sử dụng lượng tiết kiệm hiệu Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn nhằm đáp ứng nhu cầu tài liệu học tập cho sinh viên Khoa Điện – Điện tử Trường đại học Thủ Dầu Một, biên soạn sách: “Các Giải Pháp Tiết Kiệm Năng Lượng” Để thực sách này, tác giả dựa vào nguồn tài liệu chính: Hướng dẫn sử dụng lượng hiệu ngành công nghiệp Châu Á - Chương trình Mơi trường Liên Hiệp Quốc UNEP, Tài liệu đào tạo người quản lý lượng – Bộ Công Thương tài liệu Trung tâm Tiết kiệm Năng lượng TP.HCM – EEC-HCM Tác giả xin chân thành cảm ơn tổ chức, quan phổ biến tài liệu hữu ích cho cộng động tác giả thu nhiều lợi ích qua việc học tài liệu quý giá Quyển sách có 11 chương, chương từ đến ThS Nguyễn Bá Thành biên soạn, phần lại ThS Nguyễn Phương Trà đảm trách Thực ra, tác giả cố gắng không tránh khỏi sai sót, kính mong nhận bổ khuyết, góp ý từ q thầy/cơ, anh/chị sinh viên để lần tái sau hoàn chỉnh Mọi đóng góp ý kiến xin liên hệ: ThS Nguyễn Bá Thành, Khoa Điện – Điện Tử, Trường Đại học Thủ Dầu Một, Số 06 Trần Văn Ơn, TP Thủ Dầu Một, Bình Dương Email: thanhnb@tdmu.edu.vn Tác giả MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC Chương 1: Tổng quan tiết kiệm lượng (TKNL) 1.1 Thực trạng nguồn lượng 1.2 Kiểm tốn lượng 17 1.3 Lợi ích TKNL 19 1.4 Giới thiệu Hệ thống quản lý lượng 19 Chương 2: Xây dựng triển khai Hệ thống quản lý lượng 25 2.1 Đánh giá thực trạng quản lý lượng cho doanh nghiệp 25 2.2 Thiết kế Hệ thống quản lý lượng 30 2.3 Xem xét lượng 33 2.4 Xác định đường sở lượng số hiệu suất lượng 37 2.5 Xây dựng mục tiêu kế hoạch thực 41 2.6 Đánh giá, lựa chọn giải pháp tiết kiệm lượng đánh giá hiệu 43 2.7 Tạo động lực, đào tạo tuyên truyền tiết kiệm lượng 45 2.8 Đánh giá nội hệ thống quản lý lượng 47 2.9 Dịch vụ tiết kiệm lượng nguồn tài 48 Chương 3: Các giải pháp tiết kiệm lượng cho hệ thống điện 52 3.1 Giới thiệu chung 52 3.2 Hệ thống điện quản lý nhu cầu phụ tải điện 54 3.3 Sóng hài chế độ làm việc khơng đối xứng 62 3.4 Bù công suất phản kháng 67 3.5 Sử dụng hiệu tiết kiệm điện với máy biến áp 74 Chương 4: Các giải pháp tiết kiệm lượng động 78 4.1 Giới thiệu động điện 78 4.2 Nguyên lý hoạt động động không đồng 80 4.3 Đánh giá động điện 80 4.4 Các giải pháp tiết kiệm điện sử dụng động 83 Chương 5: Các giải pháp tiết kiệm lượng cho hệ thống chiếu sáng 98 5.1 Yêu cầu chung hệ thống chiếu sáng 98 5.2 Giới thiệu loại đèn thường dùng 107 5.3 Các loại chấn lưu 109 5.4 Lựa chọn thiết bị chiếu sáng 111 5.5 Các giải pháp nâng cao hiệu chiếu sáng 114 Chương 6: Giới thiệu chung kỹ thuật lạnh điều hòa khơng khí 118 6.1 Giới thiệu chung 118 6.2 Các dạng điều hịa khơng khí làm lạnh 120 6.3 Các thông số hiệu lượng kỹ thuật lạnh điều hịa khơng khí 129 Chương 7: Giải pháp tiết kiệm lượng cho hệ thống lạnh 138 7.1 Khái niệm phân loại kho lạnh 138 7.2 Phân loại giải pháp tiết kiệm lượng cho hệ thống lạnh 140 7.3 Giải pháp tiết kiệm lượng cho tủ lạnh 140 7.4 Giải pháp tiết kiệm lượng cho kho lạnh 142 Chương 8: Giải pháp tiết kiệm lượng hệ thống điều hịa khơng khí 144 8.1 Khái niệm phân loại điều hịa khơng khí 144 8.2 Các giải pháp tiết kiệm lượng cho hệ thống điều hịa khơng khí 155 Chương 9: Giải pháp tiết kiệm lượng hệ thống lò 158 9.1 Giới thiệu phân loại lò 158 9.2 Đánh giá lò 164 9.3 Các giải pháp sử dụng lượng hiệu cho lò 166 Chương 10: Giải pháp tiết kiệm lượng hệ thống bơm, quạt 174 10.1 Các giải pháp tiết kiệm lượng cho hệ thống quạt 174 10.2 Các giải pháp tiết kiệm lượng cho hệ thống bơm 184 Chương 11: Giải pháp tiết kiệm lượng hệ thống khí nén 189 11.1 Giới thiệu 189 11.2 Các loại máy nén 191 11.3 Đánh giá máy nén hệ thống khí nén 192 11.4 Đánh giá mức tổn thất phân phối hệ thống khí nén 194 11.5 Các giải pháp sử dụng lượng hiệu cho hệ thống khí nén 196 TÀI LIỆU THAM KHẢO 205 Chương TỔNG QUAN VỀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG Năng lượng phần địa cầu giúp cho nhân loại sống tồn Ngay từ thời cổ đại, người biết tận dụng điều diệu kỳ từ lượng để trì sống thường nhật Họ sử dụng lửa (nhiệt năng) từ củi để nấu ăn, sưởi ấm, xua đuổi thú rừng Năng lượng mặt trời tạo ánh sáng, làm khô quần áo, giúp cối phát triển, v.v Thực vật lại thức ăn hàng ngày số loài thú Và lượng trở thành lượng động vật Cứ thế, lượng truyền từ mắt xích sang mắt xích khác thơng qua chuỗi thức ăn Cơ thể người chuyển lượng từ thức ăn thành lượng thể để thực họat động hàng ngày Tóm lại, hoạt động diễn chung quanh nối kết lượng từ dạng sang dạng khác Vậy lượng gì? Câu trả lời “năng lượng tạo biến đổi” “năng lượng khả sinh công dạng vật chất tự nhiên” Ngày nay, xã hội phát triển tạo nhu cầu nguồn lượng lớn cho hoạt động sản xuất Một quốc gia không đủ nguồn lượng cản trở lớn phát triển cơng nghiệp kinh tế nước Năng lượng có vai trị then chốt phát triển xã hội loài người vậy, nhiên, việc thiếu hụt lượng xảy ra, tượng phổ biến khắp nơi giới Trong trình tìm giải pháp để cung ứng lượng cách tốt cho nhu cầu phát triển xã hội có nhiều cách tiếp cận khác nhau, tùy theo bước phát triển tư phía nhà cung cấp nhà sử dụng lượng Sử dụng lượng tiết kiệm giải pháp mà tất quốc gia thời đại ngày lựa chọn Tiết kiệm lượng (Energy savings), bảo tồn lượng (Energy conservation) hay hiệu lượng (Energy efficiency) thuật ngữ thường gặp tài liệu nay, cách gọi có khác chung ý nghĩa sử dụng lượng tiết kiệm, hiệu 1.1 Thực trạng nguồn lượng 1.1.1 Tổng quan sử dụng lượng giới Trong giai đoạn đầu phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt nước phát triển, việc phải làm tìm cách cân lượng Những kế hoạch đầu tư phát triển hệ thống cung cấp lượng ưu tiên, lượng phải “đi trước bước”, dẫn đến tỷ lệ so sánh mức tăng trưởng cung cấp lượng so với mức tăng trưởng thu nhập kinh tế quốc dân (GDP), hệ số đàn hồi lượng, luôn lớn hay chí Theo tính tốn nhà khoa học, ngày nhìn chung tồn cầu có khoảng 37% tổng mức cung cấp lượng sơ cấp chuyển hóa thành lượng hữu ích, 2/3 lượng bị mát trình chuyển hóa, sử dụng Khoảng 12 tỷ toe (tấn dầu tương đương) lượng sơ cấp khai thác vào năm 2010 (hình 1.1), cung cấp cho giới khoảng tỷ toe lượng tinh sơ cấp, có 4,5 tỷ (37%) trở thành lượng hữu ích sau q trình chuyển hóa thiết bị sử dụng lượng cuối Như vậy, khoảng 7,5 tỷ toe (tương đương 314*1012 GJ) bị hàng năm dạng nhiệt nhiệt độ thấp trung bình Nếu tốc độ kinh tế tồn cầu sớm hồi phục giữ mức 2,7%/năm, tốc độ tăng trưởng nhu cầu lượng trung bình tăng 1,7-1,9%/năm Điều có nghĩa vào năm 2020, nhu cầu lượng tăng so với năm cuối kỷ 20 từ 45-51% ( World Energy Assessment – IEA 2001) Với mức độ khai thác nay, nguồn lượng hóa thạch có khả cạn kiệt khoảng 100 năm tới, nguồn dầu cịn dùng 40 năm, khí đốt cịn khoảng 60 năm (bảng 1.1) Bảng 1.1 Tình hình khai thác lượng hóa thạch giới Dầu Khí tự nhiên Than đá Trữ lượng chứng minh (R) 1.258 tỷ thùng 185.02 tỷ m3 826 tỷ Khai thác hàng năm (P) 29,9 tỷ thùng 3,070 tỷ m3 7,08 tỷ 44.000 Thời gian khai thác (R/P) 41,4 năm 60,3 năm 117 năm 132 năm Uraniu m 5,47 triệu (Nguồn: BP Statistics- 2009; ECCJ – Energy Conservation Handbook 2009) Tiêu thụ lượng đóng góp từ 25-30% tổng phát thải khí CO2 hoạt động liên quan đến lượng nói chung, chiếm 19-22% tổng phát thải CO2 hoạt động người 10-12% góp vào tổng lượng khí nhà kính làm biến đổi khí hậu trái đất Người ta hy vọng khoảng 15 năm tới, hiệu suất lượng tăng thêm 25-35% nước phát triển 40% nước phát triển (World Energy Assessment 2001) Hình 1.1 Tổng cung cấp lượng toàn cầu (triệu dầu tương đương) 1971 – 2020 Hình 1.2 Mức tăng nhu cầu lượng giới Nguồn: Japan Energy Conservation Handbook 2011 1.1.2 Chiến lược chung phát triển lượng giới Hiệu suất lượng tiêu dẫn đường cho phát triển bền vững phạm vi tồn cầu Việc sử dụng vật liệu sản xuất tái sinh vật liệu giải pháp làm giảm cường độ lượng công nghiệp Sử dụng lượng với hiệu suất cao phần tách rời chiến lược hài hòa phát triển kinh tế, đảm bào an ninh lượng bảo vệ môi trường – chiến lược hài hịa 3E Những lợi ích hiệu suất lượng đem lại cho xã hội, cho môi trường, cho hiệu kinh tế đạt phụ thuộc vào mức độ cơng nghiệp hóa, tự động hóa, điện khí hóa, nguồn lực người sách lượng nước Tuy vậy, việc thực hóa sách bị chậm lại phân ngành, công nghệ, nhiều cản trở, thủ tục hành chính, khơng đồng luật pháp, việc nhận thức chưa đầy đủ xã hội, người đứng đầu tổ chức có lợi ích trực tiếp phải có trách nhiệm thực Các phủ cơng ty cần tìm kiếm biện pháp đổi nhằm hạn chế trở ngại để sử dụng lượng có hiệu So sánh tổng mức sử dụng lượng nhóm nước giới cho thấy, nước phát triển ngày chiếm tỉ trọng sử dụng lượng lớn hơn, tốc độ sử dụng lượng nhanh Trong nước thuộc nhóm OECD có mức tăng trưởng chậm ngày chiếm tỉ trọng nhỏ tổng mức sử dụng lượng tồn cầu (hình 1.3) 600 800 400 200 Hình 1.3 Tổng mức tiêu thụ lượng giới 1990-2040 (quadrillion Btu) (IEA) Những thay đổi cấu kinh tế nước phát triển nước phát triển, chuyển sang phương thức sản xuất tiêu thụ lượng với cường độ thấp góp phần làm chậm lại mức gia tăng nhu cầu lượng tính đầu người nước Điều thấy rõ xu hướng chuyển dịch nước thuộc khối OECD từ sau năm 2000, nước khối OECD nhu cầu tiêu thụ lượng đầu người tiếp tục tăng mạnh Tuy vậy, mức nhu cầu tiêu thụ lượng đầu người khối thấp, mức tăng mạnh ngồi khối OECD khơng làm tăng đột biến mức cung cấp lượng đầu người toàn cầu (Hình 1.4) - Bình tích: Các bình tích khí dùng để chứa khí giảm xung khí nén - giảm thay đổi áp suất từ máy nén Compressor Package Enclosure Air Inlet Filter Dryer Air Filter Air Receiver Pressure/ Flow Controller Distribution System Pneumatic Aftercooller And Lubricant Cooler Control Panel Motor Compressor Air End Lubricant/ Air Separator Filter, Regulator and Lubricator Hình 11.3 Các phần máy nén 11.2 Các loại máy nén Như cho hình 11.4, có hai loại máy nén bản: máy nén thể tích máy nén động học Ở máy nén thể tích, lượng khí bị bẫy buồng nén với thể tích bị giảm học trình nén, tạo tăng áp suất tương ứng trước cửa đẩy Ở tốc độ không đổi, lưu lượng khí khơng đổi có biến động áp suất khí cấp Máy nén động học cung cấp động cho dịng khí liên tục nhờ bánh cơng tác quay với tốc độ cao Động chuyển thành lượng nén bánh công tác khuyếch tán Ở máy nén dòng kiểu ly tâm, hình dạng cánh bánh cơng tác quy định mối quan hệ lưu lượng dịng khí áp suất (hoặc cột áp) tạo 191 Hình 11.4 Các loại máy nén 11.3 Đánh giá máy nén hệ thống khí nén 11.3.1 Năng suất máy nén Năng suất máy nén lưu lượng định mức tối đa dịng khí nén cấp điều kiện định mức nhiệt độ, áp suất thành phần khí đầu vào Nhưng đơi suất máy nén có nghĩa lưu lượng thực tế thay lưu lượng định mức dịng khí Lưu lượng gọi suất cấp khí tự (FAD) tức khí điều kiện khí vị trí Thuật ngữ khơng nói đến khí cấp điều kiện tiêu chuẩn đặc trưng độ cao so với mặt biển, áp suất khơng khí nhiệt độ thay đổi vị trí thời điểm khác 11.3.1.1 Đánh giá suất máy nén Do máy nén bị lão hoá hoạt động thành phần bên máy vốn hiệu tối đa, lượng khí cấp- FAD- giá trị định mức, dù hoạt động bảo dưỡng thực tốt Đôi khi, yếu tố khác bảo dưỡng kém, trao đổi nhiệt bị tắc cách thức thực làm giảm lượng khí vào Để đáp ứng nhu cầu khí nén, máy nén hiệu phải hoạt động lâu hơn, tiêu thụ nhiều điện mức thông thường Lượng điện lãng phí phụ thuộc vào % dao động với suất FAD Ví dụ như, van máy nén bị mịn làm giảm đến 20% suất Cần đánh giá định kỳ suất FAD máy nén để kiểm tra suất thực tế Nếu độ lệch lớn 10%, cần thực giải pháp khắc phục Một phương pháp lý tưởng để đánh giá suất máy nén thơng qua vịi kiểm tra vòi hiệu chuẩn Vòi sử dụng tải kiểm tra để xả khí nén Việc đánh giá lưu lượng phải dựa nhiệt độ khơng khí, áp suất ổn định, số vòi phun, vv… 192 11.3.1.2 Phương pháp đánh giá suất đơn giản thực chỗ  Tách riêng máy nén bình tích cần kiểm tra khỏi hệ thống cách đóng chặt van cách ly (van khóa) tách riêng ra, đóng cửa bình tích  Mở van xả xả bình tích đường ống Đảm bảo đường bẫy nước đóng chặt để bắt đầu tiến hành kiểm tra Khởi động máy nén kích hoạt đồng hồ bấm  Ghi lại thời gian cần để đạt áp suất vận hành bình thường P2 (trong bể chứa) từ áp suất ban đầu P1  Tính tốn suất theo cơng suất (Confederation of Indian Industries): Năng suất máy: Q= P2−P1 P0 x V T ( 𝑁𝑚3 𝑝ℎú𝑡 ) (11-1) Trong đó: P2 = Áp suất cuối (đẩy) (kg/cm2) P1 = Áp suất đầu (hút) (kg/cm2) P0 = Áp suất khí (kg/cm2) V = Thể tích chứa, m3 bao gồm bể chứa sau làm mát ống phân phối T = Thời gian sử dụng để đạt áp suất P2, phút Phương trình phù hợp nhiệt độ khí nén tương tự nhiệt độ khơng khí ngồi trời, tức nén đẳng nhiệt hoàn hảo Trong trường hợp nhiệt độ khơng khí nén thực tế phận đẩy, tức t2 oC cao nhiệt độ môi trường xung quanh, t10C, cần điều chỉnh FAD theo hệ số (273 + t1)/(273 + t2) 11.3.1.3 Hiệu suất máy nén Các cách đo hiệu suất máy nén khác thường sử dụng bao gồm: hiệu suất thể tích, hiệu suất đoạn nhiệt, hiệu suất đẳng nhiệt hiệu suất học Hiệu suất đoạn nhiệt hiệu suất đẳng nhiệt tính mức tiêu thụ công suất thực tế chia cho công suất đoạn nhiệt đẳng nhiệt Kết đạt hiệu suất toàn phần máy nén động dẫn 193 11.4 Đánh giá mức tổn thất phân phối hệ thống khí nén 11.4.1 Những phận rị rỉ hậu việc rò rỉ Một hệ thống đường ống phân phối tiết lưu dẫn khí nén từ hệ thống máy nén trung tâm tới hộ tiêu thụ Hệ thống bao gồm van cách ly, bẫy chất lỏng, bình chứa trung gian phần tản nhiệt ống để tránh tượng ngưng tụ đơng lạnh đường ống ngồi trời Tổn thất áp suất trình phân phối thường bù áp suất cao phận đẩy máy nén Tại điểm cấp khí dự kiến có ống cấp kèm theo van khóa, lọc điều tiết cấp khí nén cho ống dẫn đến hộ tiêu thụ Rị rỉ gây tổn thất lớn hệ thống khí nén cơng nghiệp, có lên tới 20- 30% suất máy nén Một dây chuyền điển hình khơng bảo dưỡng tốt có tỷ lệ rị rỉ lên tới khoảng 20% tổng cơng suất sản xuất khí nén Ngược lại, phát khắc phục tốt, giảm rị rỉ xuống khoảng 10 % sản lượng khí nén Ngồi tổn thất lượng, rò rỉ gây tổn thất vận hành khác Rò rỉ làm sụt áp suất hệ thống, làm thiết bị dùng khí nén hoạt động hiệu quả, ảnh hưởng đến quy trình sản xuất Hơn nữa, rò rỉ khiến hệ thống phải vận hành lâu hơn, làm giảm tuổi thọ hầu hết tất thiết bị hệ thống (bao gồm cụm máy nén khí) Tăng thời gian vận hành dẫn đến việc phải bảo dưỡng bổ sung tăng thời gian ngừng sản xuất ngồi lịch trình Cuối cùng, rị rỉ gây tăng cơng suất máy nén khơng cần thiết Các rị rỉ xảy vị trí hệ thống, khu vực hay bị rò rỉ bao gồm:  Mối nối, ống cứng, ống mềm khớp nối  Thiết bị điều chỉnh áp suất  Các bẫy ngưng mở van đóng  Các mối nối, điểm ngắt, vòng đệm Lượng rò rỉ hàm số áp suất cấp hệ thống không kiểm sốt tăng áp suất tăng Tỷ lệ rị rỉ tính feet3 / phút (cfm) tỷ lệ với bình phương đường kính lỗ rị Xem bảng sau: Bảng 11.3 Tỷ lệ rò rỉ với áp suất cung cấp lỗ rò với kích thước khác (US DOE, 2004) Lượng rị rỉ (*) (cfm) Đường kính lỗ rị (inch) 194 Áp suất (psig) 1/64 1/32 1/16 1/8 1/4 3/8 70 0,29 1,16 4,66 18,62 74,40 167,80 80 0,32 1,26 5,24 20,76 83,10 187,20 90 0,36 1,46 5,72 23,10 92,00 206,60 100 0,40 1,55 6,31 25,22 100, 90 227,00 125 048 1,94 7,66 30,65 122,20 275,50 (*): cần nhân giá trị với 0,97 cho lỗ rò tròn với 0,61 cho vòi phun dẹt 11.4.2 Định lượng rò rỉ Với máy nén có thiết bị điều khiển tắt/bật đóng/ngắt tải, cách ước tính khối lượng rị rỉ hệ thống dễ Phương pháp liên quan đến khởi động máy nén không tải (khi tất thiết bị vận hành khí nén, hộ tiêu thụ khí nén tắt) Thực số đo đạc để xác định thời gian vận hành trung bình đóng ngắt tải ngun lý máy nén bật tắt theo chu kỳ rò rỉ gây sụt áp hệ thống Tổng lượng rò rỉ (%)được tính sau: Rị rỉ (%) = [(Tx100)/(T+t)] Trong đó: T thời gian đóng tải (thời gian chạy máy, phút); t thời gian ngưng tải (thời gian máy dừng, phút) Lượng rò rỉ xem phần trăm tổn thất máy nén Ở hệ thống bảo dưỡng tốt, lượng tổn thất rò rỉ 10% Ở hệ thống bảo dưỡng số lên tới 20-30% cơng suất 11.4.3 Các bước định lượng rò rỉ chỗ đơn giản Các bước đơn giản giúp định lượng rò rỉ chỗ hệ thống khí nén sau:  Ngắt tất thiết bị dùng khí nén (hoặc tiến hành kiểm tra khơng có thiết bị sử dụng khí nén)  Chạy máy nén để nâng áp suất hệ thống lên áp suất vận hành  Ghi lại thời gian dùng cho chu trình “đóng tải” “ngắt tải” máy nén Để xác, lấy thời gian BẬT & TẮT 8-10 chu trình liên tục Sau tính tốn tổng Thời gian “BẬT” (T) tổng thời gian “TẮT” (t) 195  Sử dụng cách để xác định lượng rò rỉ hệ thống Nếu Q khơng khí bên cấp vào thời gian kiểm tra (m3/phút), lượng rị rỉ hệ thống (m3/phút) là: Mức rị rỉ hệ thống (m3/phút) = Q × T / (T + t) 11.5 Các giải pháp sử dụng lượng hiệu Phần trình bày số hội tiết kiệm lượng máy nén khí hệ thống khí nén 11.5.1 Vị trí đặt máy nén Vị trí đặt máy nén chất lượng khí hút vào máy nén có ảnh hưởng lớn đến mức lượng tiêu thụ Hoạt động máy nén khí giống máy thở, cải thiện sử dụng khí vào sạch, khơ mát 11.5.2 Nhiệt độ khí vào Khơng nên đánh giá thấp tác động khí vào với hiệu hoạt động máy nén Khí vào bị nhiễm bẩn nóng làm giảm hoạt động máy nén, làm tăng chi phí lượng chi phí bảo dưỡng Nếu nước, bụi chất bẩn có nhiều khí vào, chúng gây bám bẩn phận bên máy nén van, bánh công tác, rôto, cánh gạt Những cặn bám gây mòn sớm làm giảm suất máy nén Máy nén tạo nhiệt trình hoạt động liên tục Lượng nhiệt phát tán phịng lắp máy nén làm nóng dịng khí vào dẫn đến làm giảm hiệu suất thể tích tăng tiêu thụ điện Theo quy tắc chung, “cứ mức tăng 4oC nhiệt độ khí vào, mức tiêu thụ lượng tăng lên 1% để để trì suất tương ứng” Vì vậy, khí cấp vào khí mát nâng cao hiệu sử dụng lượng máy nén Do cần thực giải pháp cụ thể (hình 11.9): - Phải vệ sinh định kỳ hợp lý nhằm đảm bảo giải nhiệt cho máy nén Nếu khơng gian có thơng thống cần có thơng gió cưỡng Cần có giải pháp tránh khí nóng xâm nhập 196 Hình 11 Các yếu tố cần quan tâm để cải tiến giải nhiệt cho máy khí nén 11.5.3 Sụt áp lọc khí Việc lắp đặt lọc khí vào máy nén cần thiết, khơng phải lấy khí vào từ vị trí mát Các nhà sản xuất máy nén thường cung cấp đề xuất loại lọc chuyên dụng cho khí vào để bảo vệ máy nén Việc lọc khơng khí vào máy nén tốt khối lượng bảo dưỡng giảm Tuy nhiên, cần giảm thiểu sụt áp qua lọc khí vào (bằng cách chọn cơng suất lọc bảo dưỡng tốt lọc) để ngăn ngừa hiệu ứng thắt hẹp làm giảm công suất máy nén (hình 11.10) Hình 11.10 Giải pháp lọc khí Một cách tốt lắp đồng hồ đo chênh áp để giám sát tình trạng lọc khí vào Sụt áp qua lọc khí vào cịn khơng vượt q pound/ inch2 (psi) Bảng 11.4 nêu rõ ảnh hưởng sụt áp qua lọc khí vào mức tiêu thụ điện Theo quy tắc chung, “cứ mức sụt áp suất hút 250mm cột nước tắc lọc, vv mức tiêu thụ lượng máy nén tăng thêm khoảng 2% với suất” Vì vậy, nên định kỳ làm lọc khí vào để giảm thiểu sụt áp Có thể sử dụng áp kế đồng hồ chênh áp đo mức sụt áp qua lọc nhằm phục vụ cho việc lên lịch vệ sinh lọc 197 Bảng 11.4 Tác động sụt áp suất qua lọc khí vào mức tiêu thụ điện (Confederation of Indian Industries) Sụt áp suất qua lọc khí Độ tăng mức tiêu thụ điện (%) (mm cột nước) 0 200 1,6 400 3,2 600 4,7 800 7,0 11.5.4 Độ cao Độ cao so với mặt biển có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất thể tích máy nén Tác động độ cao so với mặt biển hiệu suất thể tích cho bảng 11.5 Máy nén đặt độ cao so với mặt biển tiêu thụ nhiều điện với mức áp suất cấp so với máy đặt độ cao mặt biển, tỉ số nén cao Bảng 11.5 Tác động độ cao so với mặt biển hiệu suất thể tích (Confederation of Indian Industries) Độ cao (m) Áp suất mili bar (*) Hiệu suất so với mặt nước biển (Percentage Relative Volumetric Efficiency Compared With Sea Level) Tại bar Tại bar Mực nước biển 1013 100,0 100,0 500 945 98,7 97,7 1000 894 97,0 95,2 1500 840 95,5 92,7 2000 789 93,9 90,0 2500 737 92,1 87,0 (*):1 mili bar = 1,01972x10-3kg/cm2 198 11.5.5 Bộ làm mát trung gian làm mát sau máy nén Phần lớn máy nén nhiều cấp có làm mát trung gian Đó trao đổi nhiệt để giải nhiệt sinh trình nén cấp nén Làm mát trung gian ảnh hướng đến hiệu suất toàn phần máy nén Khi cấp cho khí nén, nhiệt độ khí tăng lên Bộ làm mát sau lắp đặt sau cấp nén cuối để giảm nhiệt độ khí cấp Khi nhiệt độ khí giảm, nước khơng khí ngưng tụ lại, phân tách, thu hồi xả khỏi hệ thống Hầu ngưng từ máy nén có làm mát trung gian loại bỏ làm mát trung gian phần lại loại bỏ làm mát sau Ở phần lớn hệ thống cơng nghiệp, trừ hệ thống cung cấp khí nén tới thiết bị không nhạy cảm nhiệt, cần có q trình làm mát sau Ở số hệ thống nén, làm mát sau máy nén tích hợp với thiết bị máy nén, số hệ thống làm mát thiết bị rời 11.5.6 Đặt áp suất làm việc Với suất, máy nén tiêu thụ nhiều điện áp suất cao Không nên vận hành máy nén mức áp suất vượt áp suất vận hành tối ưu khơng lãng phí lượng mà cịn dẫn đến mịn nhanh, từ gây lãng phí lượng khác Hiệu suất thể tích máy nén giảm áp suất cấp cao a Giảm áp suất cấp Khả giảm (tối ưu hoá) mức đặt áp suất cấp cần thực thông qua nghiên cứu kỹ yêu cầu áp suất thiết bị khác sụt áp đường phân phối từ nguồn cấp khí nén tới điểm sử dụng Các mức tiết kiệm điển hình nhờ giảm áp suất cho bảng 11.6 Nếu hộ tiêu thụ nhóm thiểu số hộ tiêu thụ cần áp suất cao nhóm cịn lại dây chuyền, nên xem xét việc lắp riêng hệ thống cho nhóm lắp đặt thêm máy tăng áp suất khí nén hộ tiêu thụ này, nhờ trì nhóm đa số vận hành áp suất thấp Vận hành hệ thống máy nén ảnh hưởng phần đến giá thành khí nén Chẳng hạn như, vận hành máy mức 120 PSIG thay 100 PSIG tiêu tốn 10% lượng, tăng tỷ lệ rò rỉ Cần nỗ lực giảm áp suất đặt máy nén hệ thống xuống mức thấp Bảng 11.6 Tác động việc giảm áp suất cấp mức tiêu thụ điện (Confederation of Indian Industries) Giảm áp suất Tiết kiệm điện (%) 199 Từ (bar) Xuống đến (bar) Máy nén cấp làm mát nước Máy nén cấp làm mát nước Máy nén cấp làm mát không khí 6,8 6,1 4 2,6 6,8 6,1 11 6,5 Chú ý: Giảm áp suất đầu đẩy máy nén bar giảm tiêu thụ điện từ – 10 % b Điều biến máy nén thông qua thiết lập áp suất tối ưu Ở doanh nghiệp, hay có trường hợp máy nén với cấu tạo, suất, chủng loại khác kết nối với thành mạng lưới phân phối chung Với tình vậy, việc lựa chọn phương thức kết nối máy nén phù hợp việc điều biến tối ưu máy nén khác giúp tiết kiệm lượng Khi có nhiều máy nén cấp cho cho đầu phân phối chung, cần vận hành máy nén cho chi phí sản xuất khí nén nhỏ Nếu tất máy nén giống nhau, điều chỉnh áp suất đặt cho có máy nén xử lý biến động tải, máy khác hoạt động điều kiện gần đầy tải - Nếu máy nén có suất khác nhau, cần điều chỉnh áp suất cho máy nén nhỏ thực điều biến (thay đổi lưu lượng) - Nếu máy nén khác loại làm việc với nhau, mức tiêu thụ lượng không tải quan trọng Cần dùng máy nén có cơng suất khơng tải thấp để điều biến - Nhìn chung, máy nén có cơng suất tải thấp phải thực điều biến - Các máy nén phân loại theo mức tiêu thụ lượng riêng, áp suất khác nhau, với máy có hiệu suất lượng cao đáp ứng phần lớn nhu cầu hệ thống c Tách biệt nhu cầu áp cao áp thấp - Nếu nhu cầu áp suất thấp nhiều, nên phát khí nén áp suất cao thấp riêng rẽ cấp riêng cho phận thay phát với áp suất cao dùng van giảm áp để giảm áp suất, sau cấp cho hộ tiêu thụ áp suất thấp gây lãng phí lượng d Thiết kế nhằm giảm thiểu sụt áp hệ thống đường ống phân phối Sụt áp thuật ngữ sử dụng để mô tả tượng giảm áp suất khí nén từ cửa máy nén tới hộ tiêu thụ Sụt áp xảy khí nén qua hệ thống phân phối xử lý Một hệ thống thiết kế tốt có mức tổn thất áp suất 10% áp suất đẩy máy nén, đo từ đầu bình tích tới hộ tiêu thụ 200 Ống dài đường kính nhỏ tổn thất ma sát nhiều (bảng 11.7) Để giảm sụt áp hiệu quả, sử dụng hệ thống khép kín với lưu lượng hai chiều Sụt áp gây mòn thân thành phần hệ thống yếu tố quan trọng Sụt áp mức chọn kích thước ống khơng chuẩn, lọc bị tắc, mối nối ống mềm kích thước khơng chuẩn gây lãng phí lượng Bảng mơ tả mức tổn thất lượng ống có đường kính nhỏ Mức sụt áp hợp lý điển hình ngành công nghiệp 0,3 bar từ phân phối điểm xa 0,5 bar hệ thống phân phối Bảng 11.7 Sụt áp điển hình đường phân phối khí nén với ống kích thước khác (Confederation of Indian Industries) Đường kính ống danh nghĩa (mm) Sụt áp (bar) 100m Tổn thất điện tương ứng (kW) 40 1,80 9,5 50 0,65 3,4 65 0,22 1,2 80 0,04 0,2 100 0,02 0,1 11.5.7 Giảm thiểu rị rỉ Như giải thích phần trước, rị rỉ khí nén gây lãng phí điện đáng kể Vì khó thấy rị rỉ khơng khí, cần phải sử dụng biện pháp khác để xác định chỗ rị Cách tốt để tìm vết rò sử dụng dò âm siêu âm, để tìm âm xì tần số cao rị khí Phát rị rỉ siêu âm phương pháp tìm rị rỉ phổ biến Có thể sử dụng phương pháp cho nhiều dạng phát rị rỉ khác 201 Hình 11.12 Hệ thống cung cấp khí đến hộ tiêu thụ Rò rỉ thường hay xảy mối nối Có thể xử lý cách đơn giản xiết chặt mối nối phức tạp thay thiết bị hỏng, gồm khớp nối, ống ghép, đọan ống, ống mềm, gioăng, điểm xả ngưng bẫy ngưng Trong nhiều trường hợp, rò rỉ làm đoạn ren khơng cách lắp vịng đệm làm kín khơng chuẩn Chọn ống ghép, ống ngắt, ống mềm ống cứng có chất lượng cao lắp đặt cách, sử dụng ren làm kín phù hợp để tránh rị rỉ sau 11.5.8 Xả nước ngưng Sau khí nén rời buồng nén, làm mát sau máy nén giảm nhiệt độ khí xả xuống điểm đọng sương (hầu hết với điều kiện môi trường xung quanh) đó, lượng nước đáng kể ngưng tụ Để xả nước ngưng, máy nén có lắp sẵn làm mát sau thường trang bị thêm thiết bị tách nước ngưng, bẩy nước ngưng 11.5.9 Thực bảo dưỡng Việc thực bảo dưỡng hiệu cải thiện nhiều hiệu suất hoạt động hệ thống máy nén Dưới số gợi ý cho việc bảo dưỡng vận hành hiệu hệ thống khí nén cơng nghiệp: - Bôi trơn: Cần kiểm tra áp suất dầu máy nén mắt thường hàng ngày, thay lọc dầu hàng tháng Bộ lọc khí: Bộ lọc khí vào dễ bị tắc nghẽn, môi trường nhiều bụi Cần định kỳ kiểm tra thay lọc Bẫy ngưng: Rất nhiều hệ thống có bẫy ngưng để gom (với bẫy có van phao) xả nước ngưng hệ thống Cần định kỳ mở bẫy ngưng vận hành tay để xả chất lỏng tích tụ sau đóng lại; cần kiểm tra định kỳ bẫy tự động để đảm bảo chúng khơng bị rị rỉ khí 202 - Bộ làm khơ khí: Làm khơ khí sử dụng nhiều lượng Với làm khô làm lạnh, thường xuyên kiểm tra thay lọc sơ làm khơ khí thường có đường thơng bên nhỏ, đường bị tắc chất bẩn Các làm khô hồn lưu cần có lọc tách dầu hiệu phận vào thiết bị khơng hoạt động tốt dầu bôi trơn từ máy nén phủ chất làm khô Nhiệt độ làm khô phải giữ mức 100°F để tránh tăng tiêu thụ chất làm khô, chất phải nạp đầy lại sau 3-4 tháng, tuỳ theo mức độ tiêu thụ Tóm lại: việc kiểm sốt sử dụng máy nén khí tiêu tốn nhiều lượng cần có chế độ vận hành phù hợp để tiết kiệm tối đa lượng Sau số công việc cần ưu tiên thực hiện: - Tìm xử lý rị rỉ khí nén ngăn ngừa lặp lại Thường xuyên kiểm tra vết rị tổn thất áp suất tồn hệ thống (hàng tháng) Tránh sử dụng ống xả ngưng bị nứt để đảm bảo khơng có độ ẩm hộ tiêu thụ Điều chỉnh hoạt động hộ tiêu thụ áp suất thấp Khơng nên sử dụng máy nâng dùng khí nén động khí nén Đóng tất nguồn cấp khí tới thiết bị khơng vận hành Tách riêng thiết bị đơn lẻ sử dụng khí nén áp suất cao Giám mức sụt áp hệ thống ống phân phối Đánh giá nhu cầu điều biến máy nén Sử dụng động hiệu suất cao thay cho động tiêu chuẩn Xem xét việc dùng máy nén đa cấp Giảm áp suất thấp tốt Sử dụng nhiệt thải từ máy nén cho phận khác dây chuyền để tiết kiệm lượng Tránh đưa khí nén áp suất cao tới toàn dây chuyền để đáp ứng nhu cầu thiết bị cao áp Nắm vững cách điều khiển hệ thống nhiều máy nén Sử dụng điều khiển trung gian/bộ giãn nở/bộ điều tiết áp suất dội chất lượng cao Nắm rõ yêu cầu vệ sinh thiết bị Sử dụng công nghệ làm khô có điểm sương áp suất cho phép tối đa Chọn sản phẩm có chất lượng tốt phải thay phận máy nén Giám sát chênh áp qua lọc khí Sụt áp mức lọc gây lãng phí lượng Sử dụng khơng khí mát bên ngồi cho đầu vào máy nén Áp dụng chiến lược bảo dưỡng phòng ngừa cách hệ thống cho máy nén 203 - Đào tạo nâng cao nhận thức nhân viên để vận hành bảo dưỡng hiệu cho hệ thống máy nén Đảm bảo toàn hệ thống quản lý hoạt động quản lý nội vi tốt Đảm bảo nước ngưng phải loai bỏ khỏi hệ thống phân phối khơng có nước ngưng Kiểm tra xem kích thước bình tích chứa đủ khí nén cho nhu cầu lớn thời gian ngắn không 204 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Bùi Ngọc Thư, Mạng Cung Cấp Và Phân Phối Điện, Nxb KH & KT, Hà Nội, 2002 [2] Văn Phòng Tiết Kiệm Năng Lượng Việt Nam (VNEEP), Tài liệu Đào tạo Người Quản Lý Năng Lượng, Nxb Giao Thông Vận Tải, 2012 [3] Trung tâm tiết kiệm lượng Tp.HCM (ECC – HCM) Tài liệu học viên Chương trình đào tạo Quản lý lượng theo tiêu chuẩn ISO 50001, 2013 [4] Tập Đoàn Điện Lực Việt Nam (EVN), Các Hoạt Động Sử Dụng Điện Tiết Kiệm Và Hiệu Quả Giai Đoạn 2006 – 2010 Và Dự Kiến 2011 – 2015 [5] Nguyễn Bá Thành, Xây Dựng Hệ Thống Quản Lý Năng Lượng Theo Tiêu Chuẩn ISO 50001: 2011 Cho Doanh Nghiệp, Tạp chí Đại học Thủ Dầu Một, Số 1, trang 52-58 [6] Hồng Đình Tín, Truyền Nhiệt & Tính Tốn Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt, Nxb KHKT, 2001 [7] Nguyễn Đức Lợi, Hướng Dẫn Thiết Kế Hệ Thống Lạnh, Nxb KHKT, 2006 [8] Nguyễn Đức Lợi (chủ biên), Kỹ Thuật Lạnh, Nxb Giáo Dục, 2005 [9] www.energyefficiencyasia.org [10] www.tietkiemnangluong.com.vn [11] www.iso.org 205