Xây dựng các bước thực hiện kiểm toán năng lượng hệ thống động cơ và tổng hợp và phân tích cấu tạo, ưu nhược điểm của các thiết bị tiết kiệm năng lượng cho động cơ

KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

MỤC LỤC

PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Ví dụ thực tế về giải pháp lắp biến tần cho máy nén khí và máy ống tại
Tổng công ty dệt Nam Định………………………………………………………27
Phụ Lục 2: Đánh giá hiệu quả sử dụng phương pháp khởi động mềm………28
.Phụ lục 3: Ví dụ về công ty áp dụng lắp tụ bù……………………………….29

Nhóm 1

Page | 1


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

LỜI MỞ ĐẦU
Việt Nam đang trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiên đại hóa đất nước vì thế
năng lượng là yếu tố có tầm quan trọng đặc biệt. Nó đảm bảo cho các hoạt động sản
xuất diễn ra bình thường, là nhu cầu thiết yếu để nâng cao đời sống vật chất và tinh
thần của con người và là nguồn động lực cho phát triển kinh tế và xã hội.
Nhưng nguồn năng lượng có thể khai thác để cung cấp cho nhu cầu của xã hội
không phải là vô tận. Vì vậy sử dụng hợp lý và bảo tồn năng lượng càng trở nên cấp
bách và phải được đặt lên hàng đầu. Tiết kiệm năng lượng và sử dụng hiệu quả có thể
giúp doanh nghiệp giảm giá thành và nâng cao hiệu quả hoạt động, tăng tính cạnh
tranh cho các sản phẩm. Đồng thời góp phần bảo vệ môi trường, đem lại lợi ích cho xã
hội.
Với những hiểu biết của nhóm và được sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo
Dương Trung Kiên, nhóm xin lập báo cáo về xây dựng các bước thực hiện kiểm toán
năng lượng hệ thống động cơ. Và tổng hợp, phân tích cấu tạo, ưu nhược điểm các thiết

bị tiết kiệm năng lượng cho động cơ.
Do thời gian và kiến thức có hạn, báo cáo không thể tránh khỏi những sai sót
mong thầy và các bạn cho ý kiến đóng góp.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 22 tháng 12 năm 2012
Nhóm Sinh viên
Nhóm 1

Nhóm 1

Page | 2


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG
I.

KHÁI NIỆM VÀ VAI TRÒ CỦA KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG.

1. Khái Niệm:
Kiểm toán năng lượng được hiểu một cách đơn giản là quá trình đánh giá xem
một nhà máy hay một toà nhà sử dụng năng lượng như thế nào và tìm ra các
cơ hội để giảm mức độ tiêu thụ năng lượng.
2. Vai Trò:
Kiểm toán năng lượng là hoạt động nhằm đánh giá thực trạng hoạt động
của hệ thống năng lượng của doanh nghiệp, xác định những khu vực sử dụng
năng lượng lãng phí, và tìm ra các cơ hội tiết kiệm năng lượng từ đó đề xuất
các giải pháp tiết kiệm năng lượng. Kiểm toán năng lượng giúp chúng ta xác
định được khuynh hướng tiêu thụ năng lượng và tiềm năng tiết kiệm năng

lượng của các loại thiết bị khác nhau. Các doanh nghiệp hiện nay sử dụng các
công nghệ lạc hậu, thiết kế chưa tối ưu, vận hành chưa phù hợp, hành vi sử
dụng chưa hiệu quả là những nguyên nhân làm thất thoát năng lượng. Kết quả
của những kiểm toán năng lượng cho thấy tiềm năng áp dụng các giải pháp đối
với các doanh nghiệp của Việt Nam thường mang lại hiệu quả tiết kiệm năng
lượng lớn. Thực tế hiện nay ý thức về việc sử dụng năng lượng tại các doanh
nghiệp chưa cao, họ chưa ý thức được việc tiết kiệm năng lượng hiệu quả như
thế nào đối với sản xuất kinh doanh, giảm ô nhiễm môi trường, tiết kiệm
nguồn tài nguyên năng lượng cho Quốc gia.
Với vai trò hết sức quan trọng trên kiểm toán năng lượng thực sự là cần
thiết đối với tất cả các doanh nghiệp tiêu thụ năng lượng lớn và tất cả các hoạt
động liên quan tới sử dụng năng lượng. Chính vì vậy hiện nay các hoạt động
về kiểm toán năng lượng ở các quốc gia trên thế giới đang nhận được sự quan
tâm lớn từ chính phủ và các doanh nghiệp.
II.

PHÂN LOẠI VÀ QUY TRÌNH THỰC HIỆN KIỂM TOÁN.

1. Kiểm toán năng lượng sơ bộ
Là hoạt động khảo sát thoáng qua quá trình sử dụng năng lượng của hệ thống.
Kiểm toán sơ bộ giúp nhận diện và đánh giá các cơ hội và tiềm năng tiết kiệm năng
lượng của thiết bị tiêu thụ năng lượng chính trong hệ thống. hoạt động này có thể phát
hiện ra ít nhất 70% các cơ hội tiết kiệm năng lượng trong hệ thống.
1.1: Các bước thực hiện:
• Khảo sát lướt qua toàn bộ tất các dây chuyền công nghệ, các thiết bị cung cấp
và tiêu thụ năng lượng, các phân xưởng…
• Nhận dạng nguyên lý, quy trình công nghệ
• Nhận dạng dòng năng lượng.
Nhóm 1

Page | 3


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

• Nhận dạng định tính các cơ hội tiết kiệm năng lượng.
• Nhận dạng các thiết bị, điểm cần đo lường sâu hơn sau này, các vị trí đặt thiết
bị đo lường.
1.2: Nội dung kết quả thông tin thể hiện:
• Danh mục
• Tên cơ hội tiết kiệm năng lượng
• Khả năng tiết kiệm có thể (ước lượng)
• Chi phí thực hiện khảo sát định lượng sâu hơn
2. Kiểm toán năng lượng chi tiết
Là hoạt động khảo sát, thu thập, phân tích số liệu tiêu thụ năng lượng trong quá
khứ và hiện tại. Phát hiện các cơ hội tiết kiệm năng lượng chi tiết hơn (nhờ thu thập và
phân tích các số liệu quá khứ và hiện tại, nhận diện cơ hội và phân tích tính khả thi về
kinh tế, kỹ thuật).
2.1. Các bước thực hiện:
• Thu thập và phân tích số liệu quá khứ
• Khảo sát và kiểm tra các vị trí cần đo lường,thu thập số liệu, lấy mẫu (nếu cần)
• Nhận dạng giải pháp.
• Lập bảng kế hoạch thu thập số liệu tại chỗ.
• Tiến hành thu thập số liệu tại chỗ.
• Khảo sát thị trường để xác định mức độ sẵn có về công nghệ và giá thiết bị
(nếu có)
• Phân tích tính khả thi về kỹ thuật của các giải pháp.
• Phân tích tính khả thi về kinh tế, chi phí/lợi ích đầu tư của các giải pháp.
• Phân loại mức độ ưu tiên của các giải pháp (theo yêu cầu của doanh nghiệp)
2.2: Nội dung kết quả thông tin thể hiện:

• Danh mục các cơ hội, giải pháp tiết kiệm năng lượng.
• Mức tiết kiệm tính toán của từng giải pháp
• Mức đầu tư của từng giải pháp
• Thời gian thu hồi vốn của từng giải pháp
• Kiến nghị thứ tự ưu tiên của các giải pháp (nếu cần, tuỳ theo yêu cầu của
doanh nghiệp)
- Thu thập số liệu quá khứ của đối tượng đề án (thiết bị, dây chuyền, phương
án, v.v.)
+ Vận hành
+ Năng suất
+ Tiêu thụ năng lượng…
- Khảo sát, đo lường, thử nghiệm, theo dõi hoạt động của thiết bị đối tượng
+ Tập quán vận hành
+ Đo lường tại chỗ …
Nhóm 1

Page | 4


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

+ Xây dựng giải pháp
+ Lập danh sách các phương án chi tiết có thể áp dụng
- Khảo sát, đo lường, thử nghiệm, theo dõi hoạt động của thiết bị đối tượng
+ Tập quán vận hành
+ Đo lường tại chỗ
+ Xử lý số liệu
- Khảo sát thị trường (nếu cần)
- Phân tích phương án
- Lựa chọn giải pháp tốt nhất

+ Kỹ thuật
+ Đầu tư
+ Thi công
- Tính toán chi phí đầu tư
+ Phân tích lợi ích tài chính
+ Nhận dạng và phân tích các nguồn vốn…
Nội dung kết quả thông tin thể hiện:
- Thông tin chi tiết các giải pháp tiết kiệm năng lượng được sử dụng.
+ Giải pháp quản lý
+ Giải pháp công nghệ,
+ Thiết bị sử dụng, giá thành…
- Thông tin chi tiết các giải pháp tài chính:
+ Mức đầu tư,
+ Thời gian thu hồi vốn,
+Nguồn tài chính, lợi ích/chi phí sử dụng vốn
3. Phân tích kiểm toán
Sau khi đã thu thập được các số liệu liên quan, kiểm toán viên phải kiểm tra
xem xét lại toàn bộ, nếu thông tin nào còn thiếu thì cần phải hỏi lại người phụ trách
hoặc kiểm tra lại trực tiếp thiết bị.
Với các cơ hội bảo tồn năng lượng đã được nhận biết trong lúc kiểm toán chi
tiết, kiểm toán viên cần phải phân tích về mặt kỹ thuật và kinh tế để xác định tính khả
thi về mặt kỹ thuật, chi phí để thực hiện cũng như lợi ích tiền năng của từng cơ hội bảo
tồn năng lượng.
Với những cơ hội khả thi về mặt kỹ thuật, kiểm toán viên lần lượt sắp xếp
chúng theo hiệu quả kinh tế. Ở đây người ta thường quan tâm nhiều đến chỉ tiêu thời
gian hoàn vốn giản đơn để đánh giá hiệu quả kinh tế của các cơ hội tiết kiệm năng
lượng.
Từ đó cơ hội khả thi về mặt kỹ thuật và tối ưu về mặ kinh tế được lựa chọn để
lập báo cáo kiểm toán. Báo cáo kiểm toán sẽ là tổng hợp các giải pháp tiết kiệm năng
Nhóm 1

Page | 5


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

lượng khả thi nhất, báo cáo cần nêu được cách thức thực hiện các giải pháp tiết kiệm
năng lượng và hiệu quả sau khi thực hiện.
4. Lập báo cáo kiểm toán năng lượng
Bước tiếp theo trong quy trình kiểm toán năng lượng là lập một báo cáo chi tiết
kết quả kiểm toán và gọi ý cuối cùng về cơ hội bảo tồn năng lượng. Mức độ chi tiết
của báo cáo phụ thuộc vào từng loại kiểm toán năng lượng, từng lĩnh vực và từng lĩnh
vực và từng loại năng lượng.
Mở đầu báo cáo phải đưa ra 1 bản tóm tắt về toàn bộ khả năng tiết kiệm có thể
đạt được và nêu ra những đặc điểm nổi bật của từng cơ hội bảo tồn năng lượng. Với
mỗi cơ hội bảo tồn và tiết kiệm năng lượng cần nêu bật được các chỉ tiêu kinh tế - kỹ
thuật, tính khả thi của từng cơ hội.
Phần tiếp theo trong báo, kiểm toán viên phải mô tả đơn vị thực hiện kiểm toán
và đưa các thông tin liên quan đến tiêu thụ năng lượng. Sau đó kiểm toán viên đưa ra
các bảng biểu và đồ thị biểu diễn mức độ tiêu thụ năng lượng và chi phí cho năng
lượng, đồng thời phân tích chi phí năng lượng. Cuối cùng đưa ra một danh sách các cơ
hội tiết kiệm năng lượng tiềm năng và hiệu quả kinh tế của từng cơ hội.
Báo cáo kiểm toán năng lượng phải được kiểm toán viên viết một cách trung
thực, ngắn gọn, dễ hiểu và đúng văn phong. Trong báo cáo hạn chế sử dụng thuật ngữ
chuyên ngành sao cho khách hàng hiểu báo cáo một cách chính xác để họ thực hiện tốt
các cơ hội bảo tồn năng lượng.
5. Lập kế hoạch hoạt động trong sử dụng năng lượng
Bước cuối cùng trong quy trình kiểm toán năng lượng là lập kế hoạch hoạt động trong
sử dụng năng lượng. Các đơn vị sẽ được hướng dẫn lập kế hoạch hoạt động theo kết luận của
báo cáo kiểm toán năng lượng. Kế hoạch hoạt động sẽ đưa ra các định hướng, các bước thực

hiện trong quản lý sử dụng năng lượng nhằm duy trì việc sử dụng năng lượng hiệu quả.
Một số đơn vị chỉ lập kế hoạch thực hiện các cơ hội bảo tồn năng lượng và tiết kiệm
chi phí năng lượng mà các kiểm toán vien đưa ra. Ngoài ra họ không thực hiện thêm một cố
gắng nào nhằm kiểm soát chi phí năng lượng đến khi thực hiện kiểm toán năng lượng lần tiếp
theo. Một số đơn vị khác áp dụng chương trình kiểm soát chi phí năng lượng bằng cách chỉ
định một người (hoặc một nhóm người) để giám sát, cải thiện hiệu quả năng lượng và hiệu
suất sử dụng năng lượng một cách liên tục. Ngoài các cơ hội bảo tồn năng lượng được đưa ra
sau khi thực hiện kiể toán, họ còn có thể tìm được một số biện pháp khác để đơn vị có thể tiết
kiệm chi phí sử dụng năng lượng. Tiết kiệm mang lại từ một số cơ hội có thời gian hoàn vốn
ngắn có thể tạo ra vốn để thanh toán chi phí khi thực hiện các cơ hội bảo tồn năng lượng khác.

Nhóm 1

Page | 6


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

CHƯƠNG II: CÁC BƯỚC THỰC HIỆN KTNL CHO ĐỘNG CƠ
I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ.
1. Khái niệm và phân loại:
a) Khái niệm:

Động cơ điện là thiết bị điện cơ học giúp chuyển điện năng thành cơ năng. Cơ
năng này được sử dụng để, chẳng hạn, quay bánh công tác của bơm, quạt hoặc quạt
đẩy, chạy máy nén, nâng vật liệu,vv… Các động cơ điện được sử dụng trong dân dụng
(máy xay, khoan, quạt gió) và trong công nghiệp. Đôi khi động cơ điện được gọi là
“sức ngựa” của ngành công nghiệp vì ước tính, động cơ sử dụng khoảng 70% của toàn
bộ tải điện trong ngành công nghiệp
b) Phân loại:



Phân biệt động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ.

+ Động cơ không đồng bộ là động cơ điện hoạt động với tốc độ quay
của Rotor chậm hơn so với tốc độ quay của từ trường Stator.
+ Động cơ đồng bộ là động cơ mà có tốc độ quay của rotor bằng tốc độ quay
của từ trường.

Nhóm 1

Page | 7


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ
2.

Nguyên lý hoạt động của động cơ.

 Cơ chế hoạt động chung ở tất cả các động cơ đều giống nhau

Khi cuộn dây trên rotor và stator được nối với nguồn điện, xung quanh
nó tồn tại các từ trường, sự tương tác từ trường của rotor và stator tạo ra
chuyển động quay của rotor quanh trục hay 1 mômen.
II. CÁC BƯƠC THỰC HIỆN KIỂM TOÁN ĐỘNG CƠ

1. Cơ sơ lý thực tiễn xây dựng cho kiểm toán cho hệ thống động cơ.
Động cơ chuyển đổi điện năng thành cơ năng để phục vụ tải nhất định. Trong
quy trình này, năng lượng mất đi được minh hoạ trong hình sau:

Nhóm 1

Page | 8


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

Hiệu suất của động cơ được xác định bởi tổn thất bên trong chỉ có thể
giảm bằng cách thay đổi thiết kế động cơ và điều kiện vận hành. Tổn thất có thể
thay đổi từ 2%-20%. Bảng 1 cho thấy các loại tổn thất ở một động cơ cảm ứng
Bảng 1. Các loại tổn thất ở động cơ không đồng bộ (BEE India, 2004)
Loại tổn thất
Phần trăm tổn thất toàn phần
(100%)
Tổn thất cố định hoặc tổn thất do lõi thép
25
2
Tổn thất biến đổi: tổn thất stato I R
34
2
Tổn thất biến đổi: tổn thất rôto I R
21
Tổn thất do ma sát và quấn lại
15
Tổn thất cơ khí của động cơ
5

Hiện nay, các doanh nghiệp, công ty thường ít khi để ý tới việc vận hành
máy, hoặc nhân viên vận hành chưa quan tâm nhiều về việc tiết kiệm điện cho

công ty nên thường có quy trình vận hành sai, thói quen không tốt ( quên tắt
máy sau khi sử dụng, thường cho vận hành non tải, không có thời kỳ bảo trì cho
động cơ…. ) vì vậy , hiệu suất của động cơ không đảm bảo yêu cầu, ngoài ra
tiêu tốn 1 phần năng lượng vô ích.
Để giải quyết việc này, nhóm em xin đưa ra các bước kiểm toán cho hệ
thống động cơ. Với mục đích đưa ra cái nhìn tổng quát nhất về quy trình kiểm
toán, đồng thời đưa ra các giải pháp thường được áp dụng hiện nay để giúp cho
hệ thống động cơ hoạt động được hiệu quả và tiết kiệm năng lượng cho công ty,
doanh nghiệp.
2. Các Bước thực hiện:
2.1: Chuẩn bị:

2.1.1.Thu thập các số liệu cần thiết cho kiểm toán:
 Số liệu cần thiết:

Nhóm 1

Page | 9


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

 Hệ thống cho động cơ.
o Tìm và nhận dạng các thiết bị trong hệ thống động cơ:

o Tổng hợp các thông số trong từng thiết bị.
 Các thông số thường được ghi trên nhãn của từng động cơ.

Ví dụ:

•
•
•

Nhóm 1

Công suất động cơ: 30KW
Tần số dòng điện cấp: 50HZ
Hiệu điện thế và cường độ dòng điện định mức: 380V hiệu điện
thế định mức là 230V thì nó có thể hoạt động tốt trong phạm vi từ
207~253 (V)như trên hình thì động cơ này có hiệu điện thế định
mức là 380 (V)
Page | 10


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

Tốc độ định mức: 1450
Dòng điện định mức động cơ: 75Amp
Số cực của động cơ: 4, có 4 cực nghĩa là động cơ này trên roto có
4 cuộn dây.
• Nhà sản xuất: Japan
•
•
•

ᵠ

• Hệ số công suất: cos
2.1.2. Liệt kê các thiết bị cần thiết cho việc kiểm toán.

 Thiết bị đo nhiệt độ



Thiết bị đo điện năng
Kìm đo điện

Nhóm 1

Page | 11


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

 Thiết bị Datalog đo và phân tích điện năng

 Thiết bị thiết bị đo độ rung động cơ

Nhóm 1

Page | 12


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

 Các thiết bị đo khác
d. Thiết bị đo lưu lượng

2.2: Khảo sát và Đo đạc chi tiết.
2.2.1: Khảo sát.

• Khảo sát lướt qua toàn bộ tất các dây chuyền công nghệ, các thiết bị cung cấp
và tiêu thụ năng lượng, các phân xưởng…
• Nhận dạng nguyên lý, quy trình công nghệ
• Nhận dạng dòng năng lượng.
• Nhận dạng định tính các cơ hội tiết kiệm năng lượng.
• Nhận dạng các thiết bị, điểm cần đo lường sâu hơn sau này, các vị trí đặt thiết
bị đo lường.
2.2.2: Đo đạc chi tiết.
a) Tiến hành các đo đạc và tính toán:
Nhóm 1

Page | 13


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ
o Cho hệ thống cung cấp điện.

o Cho hệ thống động cơ.

Cho tải hoạt động.
Vì sao phải đánh giá tải động cơ:
o



Bởi vì rất khó đánh giá hiệu suất của động cơ trong điều kiện vận hành bình
thường, có thể đo tải của động cơ như là một chỉ số đánh giá hiệu suất của động
cơ. Khi tải tăng, hệ số công suất và hiệu suất của động cơ tăng lên tới giá trị tối
ưu ở quanh mức đầy tải.

-

Nhóm 1

Thông số đo kiểm động cơ.

Page | 14


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

2.3 . Nhận diện vị trí lãng phí và sử dụng không hiệu quả.

 Đề ra giải pháp:
 Giải pháp về mặt quản lý:
• Quản lý về năng lượng.
• Quản lý về tiêu thụ năng lượng.
• Quản lý về cường độ năng lượng.
 Giải pháp về mặt kỹ thuật:
•
•
•
•

Sử dụng động cơ hiệu suất cao
Hạn chế động cơ làm việc non tải hoặc quá tải
Điều chỉnh tốc độ bằng biến tần
Thay các động cơ hỏng, quá tải hoặc non tải bằng các động cơ hiệu
suất cao.
• Quấn lại các động cơ bị cháy tại các dịch vụ kỹ thuật đảm bảo

•
-

-

-

Nhóm 1

Các biện pháp nâng cao chất lượng nguồn cung cấp
Duy trì điện áp ổn định cho động cơ, giữ ở mức dao động tối đa là
5%. Nếu điện áp dưới 95%Uđm thì hiệu suất động cơ sẽ giảm 2%4%. Khi làm việc với điện áp cao hơn định mức thì hiệu suất động cơ
cũng suy giảm và ảnh hưởng đến tuổi thọ.
Duy trì hệ số cos cao (~ 0,92) cho lưới điện bằng cách giảm thiếu
hụt công suất phản kháng (hạn chế động cơ không đồng bộ chạy non
tải, thay thế động cơ không đồng bộ bằng động cơ đồng bộ) hoặc bù
công suất phản kháng. Bù công suất phản kháng còn có tác dụng điều
chỉnh và ổn định điện áp cho lưới điện.
Giảm thiểu sự mất cân bằng pha vì sẽ gây tăng tổn thất và giảm hiệu
suất động cơ.
Nhận dạng và loại trừ các nguy cơ sự cố trên lưới điện như: mất pha,
đứt dây trung tính, hở mạch nối đất…
Page | 15


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

2.4: Phân tích:
2.4.1. Đánh giá, tính toán kinh tế, hiệu quả của các giải pháp

Sau khi đưa ra các giải pháp , đánh giá tính hiệu quả của giải pháp đó:
 Chỉ tiêu về kỹ thuật.
 Chỉ tiêu về kinh tế.
o Vốn đầu tư
o Chi phí vận hành bảo dưỡng
o Tổng tiền khi tiết kiệm được.
o Thời gian hoàn vốn, NPV, IRR.
2.4.2. Lập báo cáo chi tiết

2.4.3. Lập kế hoạch hoạt động trong sử dụng năng lượng

Nhóm 1

Page | 16


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

CHƯƠNG III: CÁC THIẾT BỊ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO ĐỘNG
CƠ
I. BIẾN TẦN
1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.
a. Sơ đồ cấu tạo

b. Nguyên lý hoạt động:

Biến tần là thiết bị biến đổi tần số dòng điện xoay chiều với nguyên lý làm việc
khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc
thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu
diode và tụ điện. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay

chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor
lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).
Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số
tuỳ theo bộ điều khiển. Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử
dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ
vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.
2. Hiệu quả sử dụng:
Biến tần kết hợp với động cơ không đồng bộ đã đem lại những lợi ích sau:
- Hiệu suất làm việc của máy cao;
- Quá trình khởi động và dừng động cơ rất êm dịu nên giúp cho tuổi thọ của động
cơ và các cơ cấu cơ khí dài hơn;
- An toàn, tiện lợi và việc bảo dưỡng cũng ít hơn do vậy đã giảm bớt số nhân công
phục vụ và vận hành máy ...
- Tiết kiệm điện năng ở mức tối đa trong quá trình khởi động và vận hành.
Ngoài ra, hệ thống máy có thể kết nối với máy tính ở trung tâm. Từ trung tâm điều
khiển nhân viên vận hành có thể thấy được hoạt động của hệ thống và các thông số
vận hành (áp suất, lưu lượng, vòng quay ...), trạng thái làm việc cũng như cho phép
điều chỉnh, chẩn đoán và xử lý các sự cố có thể xảy ra.

Nhóm 1

Page | 17


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

3. Ưu - nhược điểm của biến tần

3.1. Ưu điểm:
- Cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống

điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều.
- Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần có kết cấu đơn giản, làm việc
được trong nhiều môi trường khác nhau.
- Khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ dễ dàng.
- Có khả năng đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau.
- Các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc (dệt, băng tải ...).
- Các thiết bị đơn lẻ yêu cầu tốc độ làm việc cao (máy li tâm, máy mài...).
3.2. Nhược điểm:
- Nhạy cảm với điều kiện môi trường
- Gây độ méo ảnh hưởng đến chất lượng điện năng, không tốt cho các thiết bị điện
tử,...tuy nhiên hiện nay biến tần được lắp đi kèm với các bộ thiết bị tích hợp nên đã
giảm thiểu được tình trạng này
- chi phí đầu tư cao
- vận hành, bảo trì, bảo dưỡng phức tạp hơn
- có ảnh hưởng khi đặt ở xa vị trí cần điều khiển.
4. Ứng dụng
Về ứng dụng biến tần với công suất điều khiển lớn được sử dụng hiệu quả trong
các trường hợp như:
- Điều khiển động cơ không đồng bộ công suất từ 15 đến trên 600kW với tốc độ
khác nhau;
- Điều chỉnh lưu lượng của bơm, lưu lượng không khí ở quạt ly tâm, năng suất
máy, năng suất băng tải
- Ổn định lưu lượng, áp suất ở mức cố định trên hệ thống bơm nước, quạt gió, máy
nén khí ... cho dù nhu cầu sử dụng thay đổi;
- Điều khiển quá trình khởi động và dừng chính xác động cơ trên hệ thống băng
tải;
- Biến tần công suất nhỏ từ 0,18- 14 kW có thể sử dụng để điều khiển những máy
công tác như: cưa gỗ, khuấy trộn, xao chè, nâng hạ ...
Từ đó dễ dàng nhận thấy, ở một số trường hợp mà công nghệ sản xuất đòi hỏi
phải điều chỉnh lưu lượng, áp suất ở động cơ máy bơm, hoặc quạt gió theo mức tải phù

hợp với từng thời điểm khác nhau thì việc thay đổi tốc độ động cơ dẫn động được xem
là thích hợp nhất, đặc biệt tiết kiệm điện năng. Giải pháp này đã thay thế cho phương
Nhóm 1

Page | 18


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

pháp cổ truyền là khi cần thay đổi sự lưu thông chất lỏng hay chất khí phải thông qua
góc mở các van ở đầu vào hoặc đầu ra của đường ống.
II. POWER BOSS.
1. Khái niệm và nguyên lý hoạt động.
a. Khái niệm :
Powerboss là thiết bị điều chỉnh điện áp cung cấp nhiều lợi ích tức thời bao gồm:
Khởi động mềm, sự tối ưu hoá, ngắt mềm, cải thiện hệ số công suất.
Thậm chí cả những thay đổi nhỏ về điện năng đối với tải thì Powerboss sẽ phát hiện
và đáp ứng bằng cách cung cấp đủ điện năng tại mức đó trong vòng 1% giây, như vậy tốc độ
của động cơ và mômen đầy đủ sẽ không bị ảnh hưởng gì.

b. Nguyên lý hoạt động:

Dưới đây là mô hình nối dây cho Powerboss:

Hình 2.1 Mạch lực lắp Powerboss cho động cơ
Nguyên tắc làm việc: Khi cấp nguồn điện 3 pha đầu vào theo các pha L 1,L2, L3
thông qua cầu chì, thiết bị đóng cắt dòng Contactor, bảo vệ quá tải…cho động cơ thì sẽ
cấp tới một bộ điều khiển trung gian. Bộ điều khiển này bao gồm một hệ thống
thyristo được lắp song song đảo chiều dạng triắc, có các cầu chì bán dẫn phía trong
bảo vệ. Hệ thống đo mô men tải thông qua chỉ số dòng được đưa về bộ vi xử lý phân

Nhóm 1

Page | 19


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

tích và điều khiển pha góc mở cho các thyristor trên các pha tương ứng để có lượng
điện áp trung bình đáp ứng được với trị số tính toán. Thông qua việc giám sát mức tải
trên trục của đối với mỗi chu kỳ cấp điện, Powerboss sẽ cung cấp cho động cơ lượng
điện cần thiết để chạy một cách hiệu quả tại bất kỳ thời điểm nào trong cả quá trình
vận hành của động cơ. Việc điều khiển này luôn phải đảm bảo tốc độ động cơ không
đổi theo định mức ban đầu, tuy nhiên thực tế điện áp đặt trên 3 pha đã có sự thay đổi.
Như vậy nhìn vào sơ đồ thiết kế, việc thay đổi về lắp đặt không có gì lớn. Thiết bị
này được lắp đặt nối tiếp với động cơ và đóng vai trò như một thiết bị trung gian, thích
hợp với tất cả các điều kiện khởi động sao hay tam giác. Thiết bị cũng được tích hợp
chế độ khởi động và dừng mềm, cho phép động cơ làm việc bền và tin cậy hơn, điện
năng sử dụng khi khởi động máy cũng được hạn chế hơn nhờ tính năng này
2 : Các lợi ích của power boss mang lại
Nâng cao hệ số cosφ, nâng cao hiệu quả của động cơ:
Khi động cơ hoạt động với tải định mức hiệu suất của động cơ có thể đạt từ 8092%, tuy nhiên hiệu suất có thể giảm xuống rất thấp nếu tải của động cơ đột ngột thay
đổi giảm. Tuy nhiên thực tế cho thấy thời gian mà các động cơ hoạt động với 100% tải
là rất ít, phần lớn thời gian động cơ hoạt động ở chế độ non tải hoặc không tải. Nên
sau khi lắp Powerboss thì sẽ Nâng cao hệ số cosφ, nâng cao hiệu quả của động cơ.
II.2.
Khởi động mềm
Powerboss được thiết kế tối ưu với khả năng “khởi động mềm” làm gia tăng
tốc độ động cơ ít đột ngột, giảm hiện tượng sụt áp nguồn. Với thời gian khởi động có
thể điều chỉnh được từ 0-255giây, cho phép động cơ khởi động ngay cả với trường hợp
tải phức tạp nhất. Việc cấp điện áp vừa đủ theo quán tính tải từ cảm biến của phần

mềm điều khiển thông minh, do vậy động cơ được điều khiển rất nhẹ, êm, giảm thiểu
lực va trạm giữa các ổ trục, vòng bi, khớp nối….
II.1.

+ Lợi ích do khởi động mềm mang lại:
- Tăng tuổi thọ của các tiếp điểm tiếp xúc của contactor và các thiết bị điều
khiển truyền tải.
- Ngăn ngừa sụt áp nguồn cấp khi khởi động các động cơ lớn.
- Cho phép nối nhiều thiết bị với một nguồn cung cấp duy nhất.
- Cho phép tắt và bật động cơ bất kỳ lúc nào vì thiết bị này đã làm giảm dòng
khởi động.
- Giải toả lo lắng vì bị phạt sử dụng điện vào giờ cao điểm khi khởi động
động cơ.
2.3 . Dừng mềm

Powerboss cũng được thiết kế để kiểm soát việc dừng mềm một cách hiệu quả với
tính năng “ Dừng mềm”. Powerboss kiểm soát việc giảm tốc độ của động cơ thông qua
việc kiểm soát mô men xoắn của động cơ, ngăn ngừa các thay đổi về tốc độ một các
Nhóm 1

Page | 20


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

đột ngột và tối thiểu hoá sốc hoặc va đập lực lên hệ thống truyền động. Vì vậy giúp
động cơ tăng tuổi thọ, ít mất thời gian bảo trì hơn. Đặc biệt đối với máy bơm nước
thường xảy ra hiệu ứng va chạm thuỷ lực do dừng bơm đột ngột, gây ra hỏng bơm và
ảnh hưởng lớn đến hệ thống đường ống do va đập thuỷ lực. Dừng mềm cho phép loại
bỏ hiện tượng này.

3

: Ưu – Nhược điểm.
3.1. Ưu điểm:
- Dễ dàng lắp đặt
- Chi phí bảo trì, bảo dưỡng thấp.
- Vận hành đơn giản: Powerboss vận hành thông qua một bộ điều khiển số
được lập trình sẵn, nên có thể dễ dàng điều chỉnh được trong quá trình vận
hành.
3.2. Nhược điểm:
•

Bên trong Powerboss là các linh kiện điện tử bán dẫn nên rất nhậy cảm với
điều kiện môi trường, mà Việt Nam có khí hậu nóng ẩm nên khi lựa chọn bạn
phải chắc chắn rằng Powerboss của mình đã được nhiệt đới hoá, phù hợp với
môi trường khí hậu Việt Nam.
• Giá thành khá đắt.
• Không thể ứng dụng trong động cơ 1 chiếu (D/C), động cơ vạn năng
(Universal), hoặc động cơ hữu cấp (Stepper).
4: Các ứng dụng của power boss:
Powerboss thường được sử dụng hầu hết cho các động cơ điện cảm ứng xoay
chiều, các động cơ quá cỡ hay có các chu trình tải biến đổi (tức là đa số các ứng dụng
có sử dụng động cơ). Những máy móc thích hợp cho Powerboss là: Máy nén, máy ép,
máy thủy lực, bơm dầu, cưa gỗ, máy nghiền, máy cắt, máy dệt may công nghiệp, băng
tải, các ứng dụng bánh đà ... Tuy nhiên loại này lại không thích hợp cho các động cơ
có yêu cầu về biến đổi tốc độ

III. TỤ BÙ:

1: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động.

a. Cấu tạo :

Nhóm 1

Page | 21


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

Các bản cực tụ điện thường được làm bằng các lá kim loại được
cách điện bởi các màng giấy mỏng tẩm dung môi và được cuốn lại với
nhau thành các lớp xen kẽ và được nhúng trong dầu cách điện. Để có các
bộ tụ điện cao áp, người ta ghép nối nhiều tổ tụ nhỏ để chia đều điện áp
đặt lên mỗi tổ tụ.
Kích cỡ của tụ bù phụ thuộc vào công suất phản kháng không tải
kVA (kVAR) ở động cơ. Kích thước của tụ bù không nên vượt quá 90%
công suất phản kháng không tải kVAR của động cơ vì những tụ bù lớn
hơn sẽ dẫn đến điện áp cao làm cháy động cơ. Chỉ có thể xác định được
kVAR của động cơ nhờ kiểm tra không tải của động cơ. Một cách khác là
sử dụng hệ số công suất điển hình ở các động cơ tiêu chuẩn để xác định
kích cỡ của tụ bù.
b. Nguyên lý bù

Phần lớn thiết bị điện xoay
chiều đều tiêu thụ công suất
phản kháng để tạo từ thông, nên hệ
số công suất thấp và sẽ nhận
thành phần dòng điện phản kháng từ nguồn ( gây tổn thất và sụt áp ). Tụ
bù đấu song song với động cơ được sử dụng để nâng cao hệ số công suất.
Tụ bù không giúp tăng hệ số công suất của bản thân động cơ mà giúp tăng

hệ số công suất của hệ thống phát dẫn điện. Khi mắc các tụ song song với
động cơ , dòng có tính dung sẽ ngược pha với dòng tính cảm nên sẽ triệt
tiêu 1 phần hoặc toàn bộ dòng cảm (IC = IL), do đó sẽ hạn chế dòng phản
kháng qua lưới.
Khi ta giảm được dòng phản kháng cũng có nghĩa là giảm công suất
phản kháng Q ( kVAr ), S ( kVA ) là ko đổi nên khả năng cấp P ( kW ) sẽ
tăng lên, có nghĩa là ta có thể nối vào nhiều động cơ hơn mà ko cần thay
động cơ lớn hơn.
c. Vị trí lắp đặt:
Các tụ điện được đặt:

Nhóm 1

Page | 22


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ
-

Tại vị trí đấu nối của thiết bị tiêu thụ điện có tính cảm ( động
cơ điện và máy biến áp ).

-

Tại vị trí thanh góp cấp nguồn cho nhiều động cơ nhỏ.

2: Lợi ích khi lắp tụ bù:
-Giảm

công suất phản kháng và công suất biểu kiến (và nhờ vậy

giảm tiền điện cho nhu cầu sử dụng)
-Giảm tổn thất nhiệt I2.R tiêu hao trên dây dẫn truớc tụ bù (nhờ vậy
giảm chi phí sử dụng năng lượng)
-Giảm sụt áp trên đường dây (nhờ vậy giúp điều chỉnh điện áp)
-Tăng hiệu suất toàn phần của toàn bộ hệ thống điện.
- Giảm tiền phạt do vấn đề tiêu thụ công suất phản kháng
3- Ưu - nhược điểm
3.1. Ưu điểm
- Cấu tạo đơn giản.
- Dễ dàng lắp đặt và vận hành
- Hoạt động không gây ồn, rung lắc.
- Tiêu thụ một lượng điện năng ít
- Không cần người trông non, vận hành
3.2. Nhược điểm
- Công suất bù phát ra không trơn (có hình dạng bậc thang, đặc biệt là lúc
thay đổi số lượng tụ bù lúc vận hành).
- Phải bảo vệ:
+ Bảo vệ quá dòng: tụ không chịu được dòng liên tục vượt quá dòng định
mức theo hệ số quy định.
+ Bảo vệ kém dòng: đề phòng điện dung của tụ bị giảm quá mức dẫn tới
sự cố.
+ Bảo vệ dòng không cân bằng :không vượt qua 20% giá trị dòng vận
hành.
+ Bảo vệ quá áp: không được vượt quá 110% điện áp định mức.
4: Ứng dụng
Hệ số công suất thấp làm giảm hiệu quả hoạt động của hệ thống
phân phối điện trong công ty. Hệ số công suất thấp khi động cơ hoạt động
không đủ tải. Nhiều công ty sẽ bị phạt khi hệ số công suất thấp hơn 85%.
Nhóm 1

Page | 23


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

Để giải quyết vấn đề này, ta có thể lắp đặt các tụ bù tại các động cơ và
trung tâm điều khiển động cơ.

Nhóm 1

Page | 24


KIỂM TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN
Kiểm toán năng lượng là công cụ quản lý năng lượng hiệu quả. Bằng việc nhận ra
và thực hiện các biện pháp mang lại hiệu suất sử dụng năng lượng cao và tiết kiệm, việc
làm trên không những tiết kiệm được năng lượng mà còn làm tăng tuổi thọ thiết bị sử
dụng điện năng cũng như cải thiện chất lượng sản xuất.
Trong thời gian làm báo cáo Kiểm Toán Năng Lượng cho động cơ đã giúp nhóm
hiểu rõ hơn về các bước kiểm toán, các tiềm năng tiết kiệm chi phí và các thiết bị tiết kiệm
năng lượng thường dùng cho hệ thống động cơ mang lại hiệu quả cao, giảm bớt chi phí
cho các doanh nghiệp.
Nhóm xin chân thành cảm ơn thầy giáo Dương Trung Kiên đã tận tình hướng
dẫn nhóm trong suốt quá trình học môn Kiểm Toán Năng Lượng, đã cho nhóm những
kiến thức cơ bản về kiểm toán năng lượng để áp dụng vào thực tiễn kiểm toán năng
lượng cho hệ thống động cơ.
Trên đây là bản báo cáo Kiểm Toán Năng Lượng Cho Hệ Thống Động Cơ của
nhóm. Với sự hiểu biết còn hạn chế, chắc chắn báo cáo của nhóm còn nhiều khiếm

khuyết, rất mong các thầy cô, và các bạn bè góp ý thêm để bản báo cáo của nhóm
hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

Nhóm 1

Page | 25