Luận văn Thạc sĩ Phân tích các cơ hội sử dụng năng lượng điện hiệu quả của máy điện
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (798.34 KB, 86 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
---------------------------
CHÂU HỊA HÂN
PHÂN TÍCH CÁC CƠ HỘI SỬ DỤNG NĂNG
LƯỢNG ĐIỆN HIỆU QUẢ CỦA MÁY ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
---------------------------
CHÂU HỊA HÂN
PHÂN TÍCH CÁC CƠ HỘI SỬ DỤNG NĂNG
LƯỢNG ĐIỆN HIỆU QUẢ CỦA MÁY ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. BÙI XUÂN LÂM
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Bùi Xuân Lâm
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày … tháng … năm …
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)
TT
1
2
3
4
5
Họ và tên
Chức danh Hội đồng
Chủ tịch
Phản biện 1
Phản biện 2
Ủy viên
Ủy viên, Thư ký
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Tp. HCM, ngày __ tháng __ năm 2018
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Châu Hịa Hân
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh:
Nơi sinh:
Chun ngành: Kỹ thuật điện
MSHV:
I- Tên đề tài:
Phân tích các cơ hội sử dụng năng lượng điện hiệu quả của máy điện
II- Nhiệm vụ và nội dung:
- Tổng quan về tình hình sử dụng các dạng năng lượng hiệu quả.
- Nghiên cứu các cơ hội sử dụng năng lượng điện hiệu quả của máy điện
- Nghiên cứu và điều khiển hiệu quả năng lượng điện của hệ thống truyền động động
cơ không đồng bộ.
- Nghiên cứu mơ hình và mơ phỏng điều khiển hiệu quả năng lượng điện của hệ
thống truyền động động cơ không đồng bộ.
III- Ngày giao nhiệm vụ:
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
V- Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Bùi Xuân Lâm
CÁN BỘ HUỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)
KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
LỜI CAM ÐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu và
kết quả đạt được trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã
được cảm ơn và các tài liệu tham khảo trong Luận văn đã được trích dẫn đầy đủ
nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
Châu Hòa Hân
LỜI CÁM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy PGS. TS. Bùi Xuân Lâm đã tận tình
hướng dẫn và giúp đỡ tơi hồn thành đầy đủ và tốt các nhiệm vụ được giao của đề
tài luận văn tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô đã trang bị cho tôi nhiều kiến thức
quý báu của chuyên ngành Kỹ thuật điện mà là một nền tảng vững chắc cho tơi
hồn thành tốt đề tài luận văn tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Lớp 16SMĐ12 đã động viên và giúp đỡ
tơi trong q trình thực hiện đề tài luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Công nghệ Tp. HCM; Viện Khoa
học Kỹ thuật, Viện Đào tạo sau đại học và cơ quan nơi tôi đang công tác đã tạo mọi
điều kiện tốt nhất cho tơi có thể hồn thành khóa học và đề tài luận văn tốt nghiệp
này.
Châu Hòa Hân
i
Tóm tắt
Việt Nam đang trong q trình cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa, đời sống
nhân dân ngày một nâng cao. Do đó, nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng
tăng nhanh. Tuy nhiên, có thể nhận thấy rằng:
+ Nguy cơ cạn kiệt và khan hiếm của các nguồn năng lượng hóa thạch
truyền thống ngày càng gia tăng.
+ Tình trạng sử dụng năng lượng lãng phí và kém hiệu quả ở nước ta so
với các nước khác trong khu vực và thế giới là rất cao, với nhiều nguyên nhân
khác nhau như: quản lý chưa tốt, người sử dụng chưa quan tâm đúng mức đến
sử dụng năng lượng hiệu quả, sự lạc hậu của các trang thiết bị sử dụng năng
lượng và cơng nghệ sản xuất...
Vì vậy, nguy cơ thiếu hụt năng lượng nói chung và năng lượng điện nói
riêng ngày càng đáng lo ngại và không thể tránh khỏi. Hiện nay, tình trạng
thiếu điện vào mùa khơ đã và đang xảy ra, đã gây thiệt hại cho sản xuất và gây
khó khăn cho đời sống của người dân.
Bên cạnh đó, việc sử dụng nhiều năng lượng sẽ làm gia tăng lượng phát
thải SO2, COx, NOx,... ra môi trường và gây hiệu ứng nhà kính. Với ước tính
80% các phát thải CO2 do con người gây ra đều do sự đốt các nhiên liệu hóa
thạch, việc sử dụng năng lượng của thế giới đã trở thành tiêu điểm của các cuộc
thảo luận về thay đổi khí hậu tồn cầu. Dự báo phát thải CO2 sẽ tăng từ 7,9 tỷ
tấn carbon tương đương năm 2010 lên 9,9 tỷ tấn năm 2020.
Trước tình hình đó, việc nghiên cứu các cơ hội sử dụng năng lượng hiệu
quả luôn được đặt ra và là vấn đề được nhiều quốc gia quan tâm nhằm đảm bảo
nhu cầu năng lượng ngày càng tăng. Góp phần trong vấn đề nêu trên thì việc
nghiên cứu các cơ hội sử dụng năng lượng hiệu quả là rất cần thiết. Đây cũng là
lý do chính của việc chọn đề tài nghiên cứu, "Phân tích các cơ hội sử dụng
năng lượng điện hiệu quả của máy điện".
ii
Abstract
Vietnam is in the process of industrialization and modernization.
Furthermore, the people's life is improving. Therefore, the demand for energy
is increasing rapidly. However, it can be seen that:
+ The threat of exhaustion and scarcity of traditional fossil fuels is on
the rise.
+ The wasteful and inefficient use of energy in our country compared to
other countries in the region and in the world is very high, with many different
reasons such as poor management, user not interested to use energy efficiency,
backwardness of equipment used energy and production technology...
Therefore, the risk of energy shortage in general and electric power in
particular is increasingly worrying and unavoidable. Currently, the power
shortage in the dry season has been occurring, causing damage to production
and causing difficulties for people's lives.
In addition, the use of more energy will increase the SO2, COx, NOx,...
emissions into the environment and cause the greenhouse effect. With an
estimated 80 percent of man-made CO2 emissions due to the burning of fossil
fuels, the world's energy use has become the focus of discussions on global
climate change. The CO2 emissions will increase to about 9.9 billion tons in
2020.
Under these circumstances, research into the opportunities for energy
efficiency has always been set up and is a matter of concern for many countries
to meet growing energy demands. To contribute to the above, research into the
opportunities for energy efficiency is essential.
This is the main reason for choosing the research topic, "Analyzing
opportunities for efficient use of electrical energy in electrical machines" in
this thesis.
iii
MỤC LỤC
Tóm tắt............................................................................................................ i
Mục lục ......................................................................................................... iii
Danh sách hình vẽ ........................................................................................ vi
Danh sách bảng........................................................................................... viii
Chương 1 - Giới thiệu chung ..................................................................... 1
1.1. Giới thiệu ............................................................................................... 1
1.2. Tính cấp thiết của luận văn .................................................................... 2
1.3. Đối tượng nghiên cứu của luận văn ....................................................... 3
1.4. Phạm vi nghiên cứu của luận văn .......................................................... 3
1.5. Mục đích nghiên cứu của luận văn ........................................................ 3
1.6. Nội dung nghiên cứu của luận văn ........................................................ 3
1.7. Phương pháp nghiên cứu của luận văn .................................................. 4
1.8. Bố cục của luận văn ............................................................................... 4
1.9. Kết luận ................................................................................................. 4
Chương 2 - Tổng quan tình hình sử dụng năng lượng điện và các giải
pháp sử dụng năng lượng điện hiệu quả .................................................. 5
2.1. Giới thiệu ............................................................................................... 5
2.2. Tình hình sử dụng nguồn năng lượng điện trên thế giới và tại Việt
Nam .............................................................................................................. 6
2.2.1. Thế giới ............................................................................................... 6
2.2.2. Việt Nam ............................................................................................ 7
2.3. Kiểm toán năng lượng ......................................................................... 19
Chương 3 - Phân tích các cơ hội sử dụng năng lượng điện hiệu quả
cho các máy điện ....................................................................................... 21
3.1. Máy biến áp ......................................................................................... 21
3.1.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy biến áp .............................. 21
iv
3.1.2. Cơ hội tiết kiệm năng lượng khi thiết kế, chế tạo và vận hành sử
dụng máy biến áp ....................................................................................... 24
3.2 Máy điện một chiều .............................................................................. 27
3.2.1. Cấu tạo .............................................................................................. 27
3.2.2. Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều ........................... 28
3.2.3. Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều ............................. 29
3.2.4. Cơ hội tiết kiệm năng lượng khi thiết kế tính tốn và sử dụng động
cơ một chiều ............................................................................................... 30
3.3. Máy điện đồng bộ ................................................................................ 30
3.3.1. Mô tả máy điện đồng bộ ................................................................... 30
3.3.2. Cơ hội tiết kiệm năng lượng khi thiết kế và sử dụng máy điện đồng
bộ ................................................................................................................ 32
3.4. Động cơ không đồng bộ ...................................................................... 33
3.4.1. Giới thiệu .......................................................................................... 33
3.4.2. Hệ tọa độ sử dụng trong phương trình tốn học động cơ khơng đồng
bộ ................................................................................................................ 35
3.4.3. Mơ hình động cơ khơng đồng bộ lý tưởng ....................................... 41
3.4.4. Điều khiển định hướng từ thông rotor .............................................. 44
3.4.5. Điều khiển hiệu quả năng lượng điện động cơ khơng đồng bộ bằng
phương pháp tìm kiếm ................................................................................ 50
Chương 4 - Mô phỏng điều khiển hiệu quả năng lượng điện cho động
cơ không đồng bộ ...................................................................................... 57
4.1. Giới thiệu ............................................................................................. 57
4.2. Kết quả mô phỏng ............................................................................... 61
4.2.1. Trường hợp 1 .................................................................................... 61
4.2.2. Trường hợp 2 .................................................................................... 63
4.2.3. Trường hợp 3 .................................................................................... 65
4.3. Đánh giá kết quả .................................................................................. 66
v
Chương 5 - Kết luận và hướng phát triển tương lai ............................. 70
5.1. Kết luận ................................................................................................ 70
5.2. Hướng phát triển tương lai ................................................................... 70
Tài liệu tham khảo .................................................................................... 71
vi
DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 3.1. Máy biến áp một pha .................................................................. 21
Hình 3.2.
P 1 1 1 1 1
S
= f(k) ứng với 0 = ; ; ; ; .................................... 26
Pn 2 3 4 5 6
S đm
Hình 3.3. Nguyên lý máy điện một chiều ................................................... 28
Hình 3.4. Sơ đồ động cơ điện một chiều .................................................... 29
Hình 3.5. Máy phát điện đồng bộ kích từ bán dẫn ..................................... 31
Hình 3.6. Sơ đồ cuộn dây và điện áp stator của động cơ không đồng bộ 3
pha .............................................................................................................. 35
Hình 3.7. Thiết lập vector khơng gian từ các đại lượng pha ...................... 36
Hình 3.8. Hệ tọa độ cố định .................................................................. 37
Hình 3.9. Vector khơng gian trên hệ toạ độ từ thông rotor (hệ toạ độ dq) . 38
Hình 3.10. Sơ đồ thay thế tương đương động cơ khơng đồng bộ lý tưởng 42
Hình 3.11. Hệ tọa độ định hướng từ thơng rotor (RFOC) .......................... 45
Hình 3.12. Sơ đồ nguyên lý điều khiển định hướng từ thơng rotor trực
tiếp .............................................................................................................. 49
Hình 3.13. Sơ đồ ngun lý điều khiển định hướng từ thơng rotor gián
tiếp .............................................................................................................. 50
Hình 3.14. Mạch tương đương một pha ..................................................... 52
Hình 3.15. Đặc tuyến dịng điện stator theo từ thơng khe hở khơng khí của
động cơ khơng đồng bộ 3 pha, 1 hp ........................................................... 56
Hình 3.16. Đặc tuyến dịng điện stator theo từ thơng khe hở khơng khí của
động cơ khơng đồng bộ 3 pha, 100 hp ....................................................... 56
Hình 4.1. Sơ đồ mơ phỏng điều khiển hướng từ thông cho động cơ không
đồng ............................................................................................................ 58
Hình 4.2. Sơ đồ mơ phỏng điều khiển hiệu quả năng lượng điện cho động
cơ không đồng bộ ....................................................................................... 58
Hình 4.3. Sơ đồ mơ phỏng động cơ khơng đồng bộ ................................... 59
Hình 4.4. Sơ đồ mơ phỏng phương pháp điều khiển FOC ......................... 59
vii
Hình 4.5. Giải thuật của phương pháp tìm kiếm điều khiển hiệu quả năng
lượng điện động cơ không đồng bộ ............................................................ 60
Hình 4.6. Cường độ dịng điện 3 pha động cơ khơng đồng bộ, Iabc với tải
0,1 Mn ......................................................................................................... 61
Hình 4.7. Moment của động cơ với tải 0,1 Mn ........................................... 62
Hình 4.8. Từ thơng của động cơ với tải 0,1 Mn .......................................... 62
Hình 4.9. Cường độ dịng điện 3 pha động cơ không đồng bộ, Iabc với tải
0,5 Mn ......................................................................................................... 63
Hình 4.10. Moment của động cơ với tải 0,5 Mn ......................................... 64
Hình 4.11. Từ thơng của động cơ với tải 0,5 Mn ........................................ 64
Hình 4.12. Cường độ dịng điện 3 pha động cơ không đồng bộ, Iabc với tải
Mn ............................................................................................................... 65
Hình 4.13. Moment của động cơ với tải Mn ............................................... 66
Hình 4.14. Từ thơng của động cơ với tải Mn .............................................. 66
viii
DANH SÁCH BẢNG
Bảng 4.1. So sánh kết quả của trường hợp động cơ mang tải 0,1Mn ......... 61
Bảng 4.2. So sánh kết quả của trường hợp động cơ mang tải 0,5Mn ......... 68
Bảng 4.3. So sánh kết quả của trường hợp động cơ mang tải Mn .............. 69
1
Chương 1
Giới thiệu chung
1.1. Giới thiệu
Việt Nam đang trong quá trình cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa, đời sống
nhân dân ngày một nâng cao. Do đó, nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng
tăng nhanh. Tuy nhiên, có thể nhận thấy rằng:
+ Nguy cơ cạn kiệt và khan hiếm của các nguồn năng lượng hóa thạch
truyền thống ngày càng gia tăng.
+ Tình trạng sử dụng năng lượng lãng phí và kém hiệu quả ở nước ta so
với các nước khác trong khu vực và thế giới là rất cao, với nhiều nguyên nhân
khác nhau như: quản lý chưa tốt, người sử dụng chưa quan tâm đúng mức đến
sử dụng năng lượng hiệu quả, sự lạc hậu của các trang thiết bị sử dụng năng
lượng và cơng nghệ sản xuất...
Vì vậy, nguy cơ thiếu hụt năng lượng nói chung và năng lượng điện nói
riêng ngày càng đáng lo ngại và khơng thể tránh khỏi. Hiện nay, tình trạng
thiếu điện vào mùa khô đã và đang xảy ra, đã gây thiệt hại cho sản xuất và gây
khó khăn cho đời sống của người dân.
Bên cạnh đó, việc sử dụng nhiều năng lượng sẽ làm gia tăng lượng phát
thải SO2, COx, NOx,... ra mơi trường và gây hiệu ứng nhà kính. Với ước tính
80% các phát thải CO2 do con người gây ra đều do sự đốt các nhiên liệu hóa
thạch, việc sử dụng năng lượng của thế giới đã trở thành tiêu điểm của các cuộc
thảo luận về thay đổi khí hậu toàn cầu. Dự báo phát thải CO2 sẽ tăng lên 9,9 tỷ
tấn vào năm 2020.
Trước tình hình đó, việc nghiên cứu các cơ hội sử dụng năng lượng hiệu
quả luôn được đặt ra và là vấn đề được nhiều quốc gia quan tâm nhằm đảm bảo
nhu cầu năng lượng ngày càng tăng. Góp phần trong vấn đề nêu trên thì việc
nghiên cứu các cơ hội sử dụng năng lượng hiệu quả là rất cần thiết. Đây cũng
là lý do chính của việc chọn đề tài nghiên cứu, "Phân tích các cơ hội sử dụng
năng lượng điện hiệu quả của máy điện".
2
1.2. Tính cấp thiết của luận văn
Trong cuộc sống ngày nay, năng lượng là yếu tố quyết định trong mọi
quá trình sản xuất, lao động cũng như sinh hoạt của con người. Từ cơng
nghiệp, nơng nghiệp, dịch vụ thậm chí đến nghiên cứu khoa học, khám phá
thiên nhiên đều cần năng lượng, đặc biệt là năng lượng điện.
Điện năng là nguồn năng lượng cực kỳ quý báu cho sản xuất và đời
sống. Chúng ta đều biết tại các nhà máy sản xuất, chi phí điện năng chiếm một
tỉ lệ rất lớn. Vì thế, việc tìm ra những giải pháp tiết kiệm năng lượng là điều
quan tâm hàng đầu của các nhà sản xuất nhằm giảm chi phí, giảm giá thành và
nâng cao được tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường. Đồng thời, kết quả
nghiên cứu này cũng giúp giảm được sự tiêu tốn tài nguyên thiên nhiên và góp
phần tích cực vào việc bảo vệ mơi trường.
Trong những năm gần đây, nhận định chung hiện trạng hệ thống năng
lượng Việt Nam quy mô của các ngành điện, than, dầu khí đều đã có những
tiến bộ vượt bậc, góp phần vào sự nghiệp cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất
nước. Tuy nhiên, các thành tựu vẫn chưa đủ để đưa các ngành năng lượng vượt
qua tình trạng:
+ Hiệu suất chung của ngành năng lượng còn thấp;
+ Đầu tư phát triển năng lượng còn thấp;
+ Hiệu quả hoạt động sản xuất kinh doanh chưa cao;
+ Tỷ lệ phát triển giữa các phân ngành năng lượng chưa hợp lý.
Nhận thức rõ và để giải quyết những vấn đề trên, Đảng và Nhà nước ta
đã đặc biệt quan tâm và có nhiều chủ trương liên quan đến các vấn đề sử dụng
năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; cụ thể các văn bản quy phạm pháp luật để
triển khai thực hiện đã được ban hành: Quốc Hội Nước Cộng Hòa Xã Hội Chủ
Nghĩa Việt Nam, khoá XII đã ban hành Luật số 50/2010/QH12 về việc Sử
dụng Năng lượng tiết kiệm và hiệu quả được áp dụng từ ngày 01/01/2011 [1].
Chính phủ ban hành Nghị định số 21/2011/NĐ-CP ngày 29/3/2011 quy định
chi tiết về biện pháp thi hành luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả [2];
Quyết định số 1427/2012/QĐ-TTg ngày 02/10/2012 của Thủ Tướng Chính phủ
3
phê duyệt Chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và
hiệu quả giai đoạn 2012 – 2015 [3].
Như vậy, sự cấp thiết để tiến hành nghiên cứu các cơ hội sử dụng năng
lượng hiệu quả khơng chỉ là nhiệm vụ mà cịn là chiến lược của quốc gia và cần
phải được quan tâm đúng mức. Thông qua việc thực hiện các hoạt động về sử
dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, các tổ chức, đơn vị, doanh nghiệp có cơ
hội và có trách nhiệm kiểm tra lại tình hình sản xuất kinh doanh của mình, từ
đó tìm ra các giải pháp nhằm giảm mức tiêu hao năng lượng, mang lại hiệu quả
về mặt kinh tế, môi trường cho bản thân doanh nghiệp và quốc gia. Mỗi người
dân sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả cũng sẽ mang lại lợi ích kinh tế
cho chính bản thân, gia đình và cho xã hội.
1.3. Đối tượng nghiên cứu của luận văn
Đối tượng nghiên cứu của luận văn là các dạng máy điện được sử dụng
phổ biến trong hệ thống điện và hệ thống truyền động điện.
1.4. Phạm vi nghiên cứu của luận văn
Nghiên cứu các cơ hội và đề xuất các giải pháp sử dụng năng lượng điện
hiệu quả trong hệ thống điện và hệ thống truyền động điện.
1.5. Mục đích nghiên cứu của luận văn
Mục đích của việc nghiên cứu là để nâng cao hiệu quả sử dụng năng
lượng điện nhằm mang lại hiệu quả kinh tế cho các nhà máy, xí nghiệp, cơng
ty, trường học,...
Bên cạnh đó, các kết quả nghiên cứu cũng góp phần cải thiện mơi
trường và giải quyết các vấn đề về biến đổi khí hậu.
1.6. Nội dung nghiên cứu của luận văn
- Nghiên cứu tổng quan về tình hình sử dụng các dạng năng lượng hiệu
quả.
4
- Nghiên cứu các cơ hội sử dụng năng lượng điện hiệu quả của máy biến
áp trong hệ thống điện.
- Nghiên cứu các cơ hội sử dụng năng lượng điện hiệu quả của động cơ
không đồng bộ trong hệ thống truyền động điện.
1.7. Phương pháp nghiên cứu của luận văn
- Nghiên cứu các tài liệu về việc sử dụng năng lượng hiệu quả của Việt
Nam và các nước trên thế giới.
- Phân tích và tổng hợp các giải pháp sử dụng năng lượng điện hiệu quả
của các loại máy điện cơ bản và phổ biến trong hệ thống điện và hệ thống
truyền động điện.
1.8. Bố cục của luận văn
Bố cục của luận văn gồm 8 chương:
+ Chương 1: Giới thiệu
+ Chương 2: Tổng quan tình hình sử dụng năng lượng điện và các giải
pháp sử dụng năng lượng điện hiệu quả
+ Chương 3: Phân tích các cơ hội sử dụng năng lượng điện hiệu quả cho
các máy điện
+ Chương 4: Mô phỏng điều khiển hiệu quả năng lượng điện cho động
cơ không đồng bộ
+ Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tương lai
1.9. Kết luận
Sự cần thiết của việc nghiên cứu và áp dụng các cơ hội sử dụng năng
lượng điện hiệu quả cho các nhà máy, xí nghiệp,... đã được Nhà nước và xã hội
nêu rõ. Vì vậy, việc nghiên cứu và các kết quả đạt được của luận văn "Phân
tích các cơ hội sử dụng năng lượng điện hiệu quả của máy điện" sẽ là một
phần nào đó đóng góp cho mục tiêu chung của đất nước.
5
Chương 2
Tổng quan tình hình sử dụng năng lượng điện và các
giải pháp sử dụng năng lượng điện hiệu quả
2.1. Giới thiệu
Năng lượng là nguồn động lực, là cơ sở vật chất chủ yếu, đảm bảo cho
phát triển kinh tế - xã hội. Sự thiếu hụt nguồn năng lượng trong một thời gian
dài sẽ là nhân tố kìm hãm sự phát triển liên tục của nền kinh tế quốc dân. Để
đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế, dự báo tốc độ tăng nhu cầu sử dụng năng
lượng thương mại đến năm 2025 nằm trong khoảng từ 8,6% đến 9,7%/năm.
Mặt khác, theo dự báo với tốc độ gia tăng mức khai thác năng lượng như
hiện nay, đến cuối thế kỷ này, các nguồn năng lượng của Việt Nam sẽ trở nên
khan hiếm, các mỏ dầu và khí đốt sẽ cạn kiệt trong vịng 40 - 60 năm tới.
Bên cạnh đó, tình trạng lãng phí năng lượng trong trong sản xuất công
nghiệp, xây dựng dân dụng và giao thông vận tải của nước ta còn rất lớn.
Nhận thức rõ và để giải quyết những vấn đề trên, Đảng và Nhà nước đã
đặc biệt quan tâm và đã có nhiều chủ trương liên quan tới vấn đề về sử dụng
năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; cụ thể các văn bản quy phạm pháp luật để
triển khai thực hiện đã được ban hành: Quốc hội nước Cộng hòa xã hội chủ
nghĩa Việt Nam khoá XII đã ban hành Luật số 50/2010/QH12 về việc Sử dụng
Năng lượng tiết kiệm và hiệu quả được áp dụng từ ngày 01/01/2011. Chính phủ
ban hành Nghị định số 21/2011/NĐ-CP, ngày 29/03/2011 quy định chi tiết và
biện pháp thi hành luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; Quyết định
số 1427/2012/QĐ-TTg ngày 02/10/2012 của Thủ Tướng Chính phủ phê duyệt
Chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
giai đoạn 2012 – 2015.
Thông qua việc thực hiện các hoạt động về sử dụng năng lượng tiết
kiệm và hiệu quả, các tổ chức, đơn vị, doanh nghiệp có cơ hội và có trách
nhiệm kiểm tra lại tình hình sản xuất kinh doanh của mình, từ đó tìm ra các giải
pháp nhằm giảm mức tiêu hao năng lượng, mang lại hiệu quả về mặt kinh tế,
6
môi trường cho bản thân doanh nghiệp và quốc gia. Mỗi người dân sử dụng
năng lượng tiết kiệm và hiệu quả cũng sẽ mang lại lợi ích kinh tế cho chính bản
thân, gia đình và cho xã hội.
2.2. Tình hình sử dụng nguồn năng lượng điện trên thế giới và tại Việt
Nam
2.2.1. Thế giới
2.2.1.1. Tình hình sử dụng nguồn năng lượng điện
Thế giới đang đối mặt với nhiều thách thức như tăng dân số, các nguồn
năng lượng cạn kiệt dần, ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu ngày càng
tăng.
Ngay những ngày đầu của cuộc cách mạng công nghiệp mở ra, tài
nguyên thiên nhiên được sử dụng rất nhiều trong quá trình sản xuất, con người
đã cố gắng sử dụng tài ngun có hiệu quả. Cùng với nhân cơng, vốn và
nguyên vật liệu, năng lượng là một trong những yếu tố hàng đầu vào cơ bản
của sản xuất. Trong lịch sử chi phí năng lượng chiếm tỷ lệ 5% - 10% giá thành
sản phẩm.
Tỷ lệ giữa mức tiêu thụ năng lượng sơ cấp (PEC) và tổng sản phẩm
quốc nội (GDP) là chỉ tiêu nói lên kết quả cải tiến công nghệ.
Tại Mỹ, hàng năm tỷ lệ PEC/GDP giảm 1%. Theo các tài liệu được
công bố bởi cơ quan quản lý năng lượng Mỹ, nhu cầu năng lượng toàn cầu sẽ
tăng 44% sau 20 năm nữa. Nhìn từ góc độ ngắn, viễn cảnh mờ của nền kinh tế
khiến cho nhu cầu năng lượng toàn cầu giảm sút, nhưng từ sau năm 2010 nền
kinh tế tồn cầu khơi phục, nhu cầu năng lượng của các nước sẽ dần tăng lên.
Trong giai đoạn 2015 đến 2025, dự báo trung bình hàng năm tiêu thụ năng
lượng cơ bản tăng 1,3%, riêng điện năng tăng 1,8%. Dự báo nhu cầu điện năng
tăng trưởng chậm là do nổ lực của nhiều quốc gia tăng hiệu quả sử dụng và tiết
kiệm điện tốt hơn.
Theo cơ quan này, trong những nhu cầu về năng lượng, sự phụ thuộc
vào dầu thô là rất lớn. Dự kiến cùng với sự khơi phục của kinh tế tồn cầu, giá
dầu cũng vì thế bị đẩy lên cao. Giá dầu thành phẩm tại thị trường Mỹ với mức
7
bình quân trong năm là 61 USD, dự kiến đến năm 2030 có thể là 130 USD một
thùng. Nhu cầu năng lượng toàn cầu sau 20 năm được tăng lên từ con số 84
triệu thùng thành 107 triệu thùng. Đến năm 2030, nhu cầu năng lượng toàn cầu
sẽ chiếm 32% lượng cung ứng.
Theo nhận định của các chuyên gia phân tích thì đến năm 2030 các nước
đang phát triển chiếm 75% tổng mức tăng nhu cầu sử dụng năng lượng tồn
cầu, đặt biệt là Brazil và Trung Quốc [4].
2.2.1.2. Chính sách tiết kiệm năng lượng
Chính sách năng lượng là cách thức mà các quốc gia đã quyết định để
giải quyết các vấn đề của phát triển năng lượng bao gồm cả sản xuất năng
lượng, phân phối và tiêu thụ. Các thuộc tính của chính sách năng lượng có thể
bao gồm pháp luật, điều ước quốc tế, ưu đãi để đầu tư, hướng dẫn bảo tồn năng
lượng, thuế và chính sách kỹ thuật khác.
Chính sách năng lượng của một quốc gia bao gồm một hoặc nhiều biện
pháp sau:
+ Pháp luật về kinh doanh năng lượng;
+ Pháp luật tác động đến sử dụng năng lượng, chẳng hạn như ban hành
các tiêu chuẩn hiệu quả năng lượng, tiêu chuẩn khí thải,…
+ Tuyên bố chính sách quốc gia về vấn đề quy hoạch năng lượng, phát
điện, truyền tải và tiêu thụ;
+ Khuyến khích và ưu đãi các nghiên cứu và phát triển việc thăm dị
nguồn năng lượng mới;
+ Chính sách tài chính liên quan đến sản xuất và dịch vụ năng lượng
(thuế, miễn giảm thuế, trợ cấp, …).
2.2.2. Việt Nam
2.2.2.1. Tình hình sử dụng nguồn năng lượng điện
Việt Nam đã và đang khai thác các dạng năng lượng sơ cấp như: than,
dầu khí và thủy điện.
8
Để phục vụ phát triển kinh tế, ngành năng lượng Việt Nam tăng trưởng
với tốc độ cao trong giai đoạn gần đây trong tất cả các lĩnh vực: khảo sát thăm
dò, khai thác nguồn, truyền tải, phân phối, xuất và nhập khẩu năng lượng. Tuy
nhiên, vẫn tồn tại nhiều vấn đề yếu kém trong ngành năng lượng như:
+ Năng lực sản xuất cịn thấp, cịn tồn tại nhiều cơng nghệ cũ, lạc hậu và
hiệu suất sử dụng thấp.
+ Gây ô nhiễm môi trường.
+ Hiệu quả kinh doanh của ngành thấp.
+ Giá năng lượng cố định khơng thích hợp.
+ Đầu tư cho ngành năng lượng còn thấp so với yêu cầu, thủ tục đầu tư
rườm rà.
Dễ dàng nhận thấy rằng Việt Nam có nhiều tiềm năng thủy điện và phân
bố trên hầu khắp các vùng lãnh thổ với 2.200 sông suối lớn nhỏ có chiều dài từ
10 km trở lên, đã sản sinh ra tổng tiềm năng kỹ thuật vào khoảng 120 tỷ kWh,
tương đương 30.000 MW.
Ngoài ra, Việt Nam cũng dồi dào tiềm năng về các dạng năng lượng
khác như:
+ Năng lượng địa nhiệt: với 300 nguồn nước khống nóng có nhiệt độ từ
300C – 1050C, tập trung ở Tây Bắc và Trung Bộ.
+ Năng lượng mặt trời: với số giờ nắng trung bình khoảng 2000 - 2500
giờ/năm.
+ Năng lượng gió: được đánh giá vào khoảng 800 - 1400 kWh/m3/năm,
tại các hải đảo, từ 500-1000 kWh/m2/năm tại các vùng duyên hải và Tây
Nguyên.
2.2.2.2. Tác động của việc sử dụng năng lượng đến môi trường
Việc gia tăng mức độ sử dụng năng lượng, luôn kèm theo nguy cơ gây ô
nhiễm môi trường tại khu vực hoạt động năng lượng và góp phần làm suy giảm
chất lượng mơi trường tồn cầu. Hơn 80% nguồn năng lượng sử dụng của nước
ta là nhiên liệu hố thạch, nhiên liệu có nguồn gốc hữu cơ. Q trình cháy của
nhiên liệu hóa thạch tạo nên điơxit cácbon, CO2 và mêtan, CH4 cả hai là chất
9
khí gây hiệu ứng nhà kính là nguyên nhân thay đổi khí hậu và làm nóng tồn
cầu. Việc sử dụng năng lượng đóng góp khoảng 25% lượng phát thải CO2 và
khoảng 15% tổng lượng khí nhà kính sinh ra do hoạt động của con người. Q
trình cháy nhiên liệu nói riêng và hoạt động năng lượng nói chung là nhân tố
quan trọng gây ô nhiễm môi trường.
Theo thống kê trong số các chất khí gây hiệu ứng nhà kính CO2 chiếm
54%, mêtan 12%, ôzon 7%. Than là nhiên liệu phát thải CO2 nhiều nhất, trung
bình 1 kg than phát thải 1,83 kg CO2. Như vậy, các nhà máy nhiệt điện than
trên thế giới hàng năm tạo nên 3,7 tỷ tấn CO2, 10.000 tấn sunfua điơxit, SO2 ngun nhân chính gây mưa axit, 10.200 tấn NOx.
+ Xăng phát thải 2,22 kg CO2/lít nhiên liệu.
+ Dầu điêzen phát thải 2,68 kg CO2/lít nhiên liệu.
+ Khí hóa lỏng phát thải 1,66 kg CO2/lít nhiên liệu.
Các nguồn năng lượng hóa thạch phát thải tro bụi chứa thủy ngân,
uranium, thorium, asen và các kim loại nặng khác là nguyên nhân gây ung thư
và các bệnh hơ hấp. Ngồi ra, việc sử dụng năng lượng cịn gây ô nhiễm môi
trường nước thải, gây tiếng ồn.
Ở Việt Nam, theo số liệu của Tổng cục khí tượng thủy văn trong vịng
50 năm qua nhiệt độ trung bình tăng 0,70C, mực nước biển tăng 20 cm, nhiều
khu vực bị khơ hạn, trong khi đó thiên tai lụt lội với cường độ ngày càng tăng.
2.2.2.3. Chính sách năng lượng của Việt Nam [5]
a. Quan điểm và chính sách
Quan điểm và chính sách năng lượng của Việt nam dựa trên sự hài hòa
giữa hiệu quả kinh tế, an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường. Cụ thể là:
+ Khai thác đa dạng, hợp lý và có hiệu quả nguồn tài nguyên trong
nước, kết hợp với xuất nhập khẩu hợp lý trên cơ sở giảm dần, tiến đến không
xuất khẩu nhiên liệu sơ cấp, đáp ứng nhu cầu năng lượng cho phát triển kinh tế
xã hội, bảo tồn nhiên liệu và đảm bảo an ninh năng lượng cho tương lai.
10
+ Phát triển các cơng trình mới đồng thời với việc cải tạo nâng cấp các
cơng trình cũ. Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong các khâu từ sản
xuất, truyền tải, chế biến và sử dụng năng lượng.
+ Phát triển năng lượng đi đôi với bảo tồn tài nguyên, bảo vệ môi trường
sinh thái. Đảm bảo phát triển bền vững ngành năng lượng.
+ Từng bước hình thành thị trường cạnh tranh, đa dạng hóa phương thức
đầu tư và kinh doanh ngành năng lượng. Nhà nước chỉ độc quyền những khâu
then chốt để đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.
+ Đẩy mạnh chương trình năng lượng nơng thôn. Nghiên cứu phát triển
các dạng năng lượng mới và tái tạo để đáp ứng cho nhu cầu sử dụng năng
lượng, đặc biệt đối với các hải đảo, vùng sâu, vùng xa.
+ Phát triển nhanh ngành năng lượng theo hướng đồng bộ, hiệu quả, trên
cơ sở phát huy nguồn nội lực, kết hợp với hợp tác quốc tế.
+ Phát triển dựa trên cơ sở sử dụng hợp lý, có hiệu quả nguồn tài nguyên
năng lượng mỗi miền, đảm bảo cung cấp đầy đủ, liên tục, an toàn cho nhu cầu
năng lượng của tất cả các vùng trong toàn quốc.
+ Khuyến khích các thành phần kinh tế tham gia phát triển nguồn điện
trên cơ sở tiềm năng năng lượng sẵn có của Việt Nam, hạn chế phụ thuộc vào
năng lượng nhập khẩu.
b. Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là sử dụng năng lượng một
cách hợp lý, nhằm giảm mức tiêu thụ năng lượng, giảm chi phí năng lượng cho
hoạt động của các phương tiện, thiết bị sử dụng năng lượng mà vẫn đảm bảo
nhu cầu năng lượng cần thiết cho các quá trình sản xuất, dịch vụ và sinh hoạt.
Việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả có ý nghĩa rất quan trọng
trong quá trình phát triển năng lượng. Thực hiện tốt cơng tác này sẽ góp phần
đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng ngày một cao hơn của nền kinh tế quốc
dân, đồng thời bảo vệ được môi trường. Khai thác hợp lý các nguồn tài nguyên
năng lượng giúp tiết kiệm ngoại tệ, phát triển kinh tế - xã hội một cách bền
vững.
11
Tính tốn cho thấy nếu giảm hệ số đàn hồi (tỷ số giữa tốc độ tăng tiêu
thụ năng lượng/tốc độ tăng trưởng GDP trong cùng giai đoạn) từ 1,46 hiện nay
xuống 0,8 vào năm 2020 và các năm sau thì có thể tiết kiệm được khoảng 2
triệu TOE, tương đương khoảng 500 triệu USD vào năm 2020.
Mục tiêu giảm hệ số đàn hồi trước hết là nhằm vào công nghiệp và giao
thông vận tải - hai ngành tiêu thụ năng lượng chính (chiếm khoảng 38% và
35% nhu cầu năng lượng), tiếp đến là ngành thương mại, dịch vụ và dân dụng.
Biện pháp thực hiện đối với các ngành như sau:
* Đối với các doanh nghiệp sản xuất công nghiệp:
+ Thực hiện các biện pháp công nghệ; cải tiến quản lý sửa chữa phục
hồi và cải tiến thiết bị.
+ Đổi mới, nâng cấp thiết bị; thay thế các thiết bị có hiệu suất thấp; đổi
mới công nghệ, sử dụng thiết bị hiện đại có hiệu suất năng lượng cao.
+ Thực hiện các giải pháp khoa học và công nghệ nhằm thiết kế chế tạo
các trang thiết bị và phương tiện sử dụng năng lượng.
+ Xây dựng mơ hình quản lý sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
trong doanh nghiệp.
* Đối với ngành giao thơng vận tải:
+ Sử dụng có hiệu quả mạng lưới đường bộ, đường sắt, đường thủy,
đường hàng không; khai thác tối đa năng lực của phương tiện, thiết bị; giảm
thiểu lượng nhiên liệu tiêu thụ; hạn chế lượng phát thải vào môi trường.
+ Tăng cường vận tải hành khách và hàng hóa bằng đường sắt thay cho
đường bộ.
+ Nghiên cứu phát triển hệ thống tàu điện ngầm tại Tp. Hà Nội và Tp.
Hồ Chí Minh.
+ Tăng cường sử dụng các loại xe có hiệu suất năng lượng cao; loại bỏ
các phương tiện cũ và hiệu suất thấp.
+ Xây dựng quy hoạch giao thông trong các thành phố và quốc gia để
xác định các tuyến vận tải hơp lý.
