Bài giảng Hiệu suất sử dụng điện

CNS 05 – năng lượng 2 HIỆU SUẤT SỬ DỤNG ĐIỆN Electricity Efficiency Nguyễn Kim Thanh 2010 NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH Tại sao phải tập trung nghiên cứu về điện Sử dụng điện trong ngành công nghiệp Giấy và Bột Giấy Quan trắc tiêu thụ điện - Các định mức - Đo các thông số về sử dụng điện Một vài ví dụ Tiềm năng tiết kiệm ở Mỹ (2) Các nhà máy Bột Giấy tiết kiệm được 28.4% Các nhà máy sản xuất Giấy tiết kiệm được 14.3% Các nhà máy sản xuất giấy và bìa dày tiết kiệm được 16.4% Chi phí và tiết kiệm năng lượng cho hệ thống động cơ trung bình đối với một nhà máy Tiềm năng tiết kiệm ở Mỹ (3) Bơm và Quạt: thay thế các hệ thống điều khiển bằng việc điều chỉnh tốc độ và giảm kích cỡ/công suất động cơ; Có thể tiết kiệm được 80% năng lượng sử dụng bằng việc cải thiện 20% hệ thống động cơ Điện năng tiêu thụ trong ngành công nghiệp Giấy và Bột Giấy Các dạng năng lượng tiêu ở một nhà máy sản xuất giấy và bột giấy chất lượng cao Nguồn: Hội thảo chuyên đề về Bảo toàn năng lượng ngành công nghiệp Giấy và Bột Giấy, UNIDO 1993 Điện năng tiêu hao để nghiền giấy lề thành bột Điện năng tiêu hao để nghiền giấy lề thành bột (tính cho một tấn bột) Nguồn: tạo chí Tappi Nhật Bản Nguồn: HộI nghị chuyên đề về Bảo toàn năng lượng trong ngành công nghiệp Giấy và Bột Giấy, UNIDO 1993 Các bộ phận tiêu thụ điện chủ yếu Máy xeo * Quạt * Bơm (bột, nước trắng, nước sạch) * Các thiết bị truyền động và nén Máy nghiền tĩnh Hệ thống bơm Tẩy Nấu và rửa Khảo sát khả năng tiêu thụ điện Phương pháp tiếp cận cũng như tiếp cận đánh giá Sản xuất sạch hơn Nhận biết khi nào cần sử dụng năng lượng điện Nhận biết ở đâu sử dụng năng lượng Định mức tiêu hao điện Cố gắng tiêu thụ năng lượng theo yêu cầu Tối ưu hóa hiệu suất sử dụng điện trong toàn bộ hệ thống Các chi phí cho tiêu thụ điện năng Biểu giá cho các hình thức sử dụng điện * Ban ngày; * Buổi tối; * Ban đêm; Phí đánh giá vào giờ cao điểm về tiêu thụ năng lượng Phạt khi doanh nghiệp có hệ số sử dụng công suất thấp Làm biểu giá cho các mục đích sử dụng điện phi sản xuẩt như Chiếu sáng và quạt Điện được sử dụng ở đâu? Lắp đặt các đồng hồ và hệ thống quan trắc điện năng tiêu thụ cho: Hệ thống cung cấp nước Khu sản xuất bột Quá trình nghiền tinh Từng máy xeo Hệ thống chiếu sáng và thông gió cho mỗi bộ phận Định mức tiêu thụ điện năng Để liên tục kiểm soát, các định mức là hết sức cần thiết So sánh tiêu thụ thực tế vớI mức tiêu thụ thep kế hoạch Tìm ra những bất cập để khắc phục Chỉ ra những thành công , mà các giải pháp Sản xuất sạch hơn đã đạt được Các định mức cần phải rõ ràng và cụ thể (1) Các định mức mang tính tổng hợp cho toàn bộ công ty thường rất khó đánh giá → do đó không thật sự hữu ích Các định mức hữu dụng: - kWh/tấn giấy/máy xeo (cho một ca sản xuất) - kWh/m2/tuần (các quạt và hệ thống chiếu sáng) - kWh/m3 nước (cho hệ thống cấp nước) - kWh/tấn bột sản xuất từ tre (kW điện năng dùng cho công đoạn chặt, băng tải và nồi nấu) - Khoảng thời gian: ca, ngày, tuần hoặc tháng Các định mức cần phải rõ ràng và cụ thể (2) Các định mức chỉ nên bao gồm định mức tiêu thụ điện năng liên quan tới quá trình sản xuất. * Tiêu thụ điện năng cho các quạt và chiếu sáng không nên xem là một phần của sản xuất liên quan đến các định mức khác Các thông số khác ảnh hưởng tới các định mức nên được xem xét: Chất lượng nguyên liệu thô Hiện tượng đứt giấy Sản lượng thực tế so với công suất thiết kế Tiến hành đo điện năng tiêu thụ Đọc trên các đồng hồ đã lắp đặt; hay Đo trực tiếp các thông số điện yêu cầu Hiểu kỹ thuật điện Hiểu về động cơ và các thiết bị khác Thiết bị đo: dùng đúng dụng cụ đo như Ampe kìm, đồng hồ điện áp Biết cách sử dụng các thiết bị đo Chú ý tránh điện giật Thuật ngữ về điện DC = Dòng điện một chiều (ví dụ: ác qui) AC = Dòng điện xoay chiều (1 pha hoặc 3 pha) I = dòng (Ampe) U = điện áp (Von) Z = điện trở (Ω) P = công suất tác dụng (W, kW) kWh = điện năng (kilo watt giờ) 1kWh = 3,6 MJ VA, kVA = công suất biểu kiến (von*ampe) PF = Hệ số công suất: tỷ số giữa công suất tác dụng và công suất biểu kiến (kW/kVA) Cos φ = hệ số chuyển công suất (thông thường = hệ số công suất PF) Mạch điện 1 pha - Điện áp Đối với hệ thống điện 1 pha, điện áp xoay chiều được biểu diễn bằng công thức sau đây: u = Umax.Sin (ωt) Với: u- điện áp (V) Umax: biên độ điện áp (cực đại) T: thời gian (s) ω: tốc độ quay của vectơ điện áp Ω = 2πf và f = 50Hz (đối với hệ Châu âu); hoặc f = 60Hz (đối với hệ Mỹ) Hệ số công suất Là tỷ số giữa công suất tác dụng và công suất biểu kiến (hay được gọi là cosφ) Khi PF = 1: Công suất tác dụng bằng công suất biểu kiến (không có công suất phản kháng) Khi PF trong khoảng 0-1: một phần công suất biểu kiến chuyển hành công suất tác dụng và một phần khác chuyển thành công suất phản kháng Các động cơ đầy tải: 0.85<PF<0.97 Các động cơ non tải: 0.65<PF<0.80 (cho các động cơ thường) PF (hay cosφ) thường xuất hiện khi các tải có tính cảm làm cho dòng điện chạy chậm so với điện áp Các công thức tính toán (mạch 1 pha) Một pha * P = U * I * PF (W) (von*ampe*hệ số công suất) = U * I * cosφ (W) * Công suất biểu kiến = U * I (VA) * Điện năng = P * t (thời gian) (kWh) Ví dụ - Đo một bóng đèn: U = 220 V, I = 0.27 Ampe.PF = 1 (tải điện trở nên PF luôn bằng 1) - P = 220*0.27*1 = 59.4 W - Nếu thắp sáng 5 tiếng liên tục, điện năng tiêu thụ sẽ là: 59.4*5=297 Wh = 0.3 kWh Tiến hành đo điện cho pha đơn Điện áp được đo giữa dây Pha và dây Trung tính Dòng điện được đo trên dây Pha (cũng bằng giá trị trên dây trung tính) Hệ thống điện 3 pha Hệ thống điện 3 pha là một tổ hợp của 3 hệ thống một pha mà có góc pha lệch nhau 1200 Các công thức tính toán Công suất tổng cộng của một hệ thống điện 3 pha là tổng công suât của 3 dây 1 pha (3 pha đơn): P = Pa + Pb +Pc (W) Khi ta có mạch cân bằng 3 pha, thì: P = 3Pa = 3Ua *Ia * cosφ Với: Ua = điện áp pha của pha A; Và Ia = dòng điện trên pha A Các công thức tính toán (cho hệ 3 pha) Các thiết bị 3 pha nối theo 2 cách: Nối sao Y và Tam giác ∆ Trong mạch nối Sao Y: Dòng điện trên pha = dòng điện trên dây (Ia = Iab); và Điện áp pha bằng: Trong mạch Tam giác: Điện áp dây = điện áp pha (Ua = Uab); và Dòng điện trên pha bằng: Các công thức tính toán (cho hệ 3 pha) Công thức tính công suất tác dụng đều như nhau trong cả hai cách đấu dây: Nối sao Y và Tam giác ∆ P = 3.PA= 3.UA.IA.cosφ P = √3 . UAB.IA.cosφ Với: UA = Điện áp pha- trung tính (dây pha so với dây trung tính) UAB = điện áp pha-pha (dây pha này so với dây pha khác) IA = dòng đo được trên 1 pha Đo chênh lệch điện áp Chênh lệch điện áp chính là nguyên nhân gây nên dòng điện không cân bằng dẫn đến sinh nhiệt làm nóng động cơ và giảm tuổi thọ động cơ Tiến hành đo Upha1-pha2 Upha2-pha3 Upha1-pha3 Tính Hệ số này nên nhỏ hơn 1% Đo chênh lệch dòng điện Chênh lệch dòng điện sẽ sinh nhiệt và làm cho động cơ nóng lên và làm giảm tuổi thọ động cơ Tiến hành đo Ipha1,Ipha2, và Ipha3 Tính: Hệ số này nên nhỏ hơn 10% Tiến hành đo điện năng tiêu thụ Ví dụ khi đo điện áp Pha-Pha, có: Upha1-Upha2 = 386V Ipha1 = 5.7A Upha2-Upha3 = 390V Ipha2 = 5.2A Upha1-Upha3 = 391V Ipha3 = 6.1A Chênh lệch điện áp = 0.8% Chênh lệch dòng = 8% P = Uab/√3 * (Ipha1+Ipha2+Ipha3) = √3 *Uab * Itrungbinh P = √3 * 389 * 5.67 = 3.8 kVA Nếu cosφ=0.85, vậy P = 3.2 kW Tiến hành đo điện năng tiêu thụ (2) Ví dụ khi đo điện áp pha trung tính: Upha1t0N = 223V Ipha1 = 5.7A Upha2t0N = 225V Ipha2 = 5.2A Upha1t0N = 226V Ipha3 = 6.1A Chênh lệch điện áp = 0.8% Chênh lệch dòng = 8% P = Utrungbình* (Ipha1 + Ipha2 + Ipha3) = 3 * Uab *Itrungbình P = 3 *225 *5.67 = 3.8 kVA Nếu cosφ = 0.85, vậy P = 3.2 kW Tiến hành đo hệ số công suất, 1 Đối với những động cơ có mạch cân bằng, nối sao Y có nối đất, hệ số công suất có thể đo bằng thiết bị đo (Fluke 43) Đo điện áp pha 1 với đất và đo dòng điện chạy qua pha 1 Tiến hành đo hệ số công suất 2 Đối với các động cơ mạch cân bằng, nối tam giác nối đất, hệ số công suất có thể đo bằng các dụng cụ đo Tiến hành hai phép đo: 1. Đặt đầu đo màu đỏ vào pha 1, đầu đen vào pha 3 2. Đặt đầu đo màu đỏ vào pha 2, đầu đen vào pha 3 Và tính: Cố gắng sử dụng điện theo đúng mục đích Hãy thường xuyên theo dõi mức tiêu thụ Hãy phát hiện mức tiêu thụ cao vượt quá định mức dựa trên các phép đo Tối ưu hóa quá trình vận hành các thiết bị Hãy tắt các thiết bị không vận hành (đào tạo và thôngbáo toàn bộ nhân viên của nhà máy) Nâng cao chế độ vận hành của bơm và quạt Hầu hết các quạt bơm và động cơ được chế tạo quá yêu cầu từ 1.5-5 lần Cố gắng loại trừ trường hợp đóng ngắt bơm liên tục bằng cách: - Xắp đặt hợp lý bánh công tác - Bố trí lại công suất của máy bơm - Lắp đặt các bộ truyền động vô cấp Loại trừ những lần vận hành cánh gió ở đầu ra của cánh quạt bằng cách: Xắp đặt hợp lý bánh công tác/định mức Lắp đặt các bộ phận truyền động vô cấp Đièu chỉnh đường kính Puli (bánh đai) của truyền động cua-roa Thiết kế lại kích cỡ của quạt để vận hành hiệu quả hơn Cách mắc điện 3 pha? Cách tính công suất? Hãy giải thích hiệu suất? Người ta thường đo các vị trí nào để xác định hiệu quả sử dụng điện? Các biện pháp cơ bản nhằm nâng hiệu suất sử dụng điện? Tại sao phải có chương trình quản lý sử dụng điện? Hãy cho 1 ví dụ về đầu tư mô tơ mới và cách tính lợi ích? Câu hỏi