Nghiên cứu xây dựng hệ scada để quản lý việc sử dụng tiết kiệm năng lượng các tòa nhà
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.97 MB, 119 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
Nguyễn Khắc Văn
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ SCADA ĐỂ QUẢN LÝ
VIỆC SỬ DỤNG TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CÁC TÒA NHÀ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH ĐIỀU KHIỂN – TỰ ĐỘNG HÓA
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. NGUYỄN TRỌNG THUẦN
Hà Nội – Năm 2010
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Mục lục
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các bảng, biểu, hình ảnh
MỞ ĐẦU
1
CHƯƠNG I: Cơ sở lý luận về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu
quả.
1.1 Sự cần thiết phải sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
1.2 Mục tiêu, vai trò của sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả
Tóm tắt Chương I
3
7
8
11
CHƯƠNG II: Khảo sát một số hệ thống cụ thể trong tòa nhà điển hình.
Các số liệu về hiện trường và công nghệ.
2.1 Đặt vấn đề
2.2 Khảo sát hệ thống cung cấp và phân phối điện năng
2.3 Số liệu về hệ thống chiếu sáng
2.4 Hệ thống cung cấp nước sinh hoạt và chữa cháy
2.5 Hệ thống thông gió, điều hòa không khí
2.6 Hệ thống thang cuốn, thang máy vận chuyển
2.7 Hệ thống lò hơi cung cấp nước nóng, bình đung nước nóng
Tóm tắt chương II
12
13
16
17
19
25
27
28
CHƯƠNG III: Xây dựng hệ SCADA để ứng dụng cho các tòa nhà
nhằm sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả
3.1 Giới thiệu về hệ thống SCADA
3.1.1. Khái niệm
3.1.2. Phân loại hệ thống SCADA
3.1.3. Những chuẩn để đánh giá một hệ thống SCADA
3.1.4. Cấu trúc chung của hệ SCADA
3.1.5. Các đặc tính chính của hệ thống SCADA
3.1.6. Đặc điểm về giao tiếp giữa người và máy
3.2 Sự cần thiết xây dựng hệ SCADA trong giám sát, đo lường, điều khiển
thiết bị sử dụng năng lượng trong tòa nhà
3.3 Phân tích yêu cầu công nghệ khi áp dụng SCADA điều khiển, giám sát
thiết bị tòa nhà
3.3.1. Phân tích công nghệ đối với hệ thống điều hòa trung tâm
3.3.2. Phân tích yêu cầu công nghệ hệ thống chiếu sáng
3.3.3. Phân tích công nghệ hệ thống cung cấp nước sinh hoạt và chữa cháy
29
29
29
30
30
33
33
34
39
39
41
42
3.3.4. Hệ thống lò hơi cung cấp nước nóng, bình đun nước nóng
3.3.5. Yêu cầu công nghệ hệ thống phân phối điện năng
3.3.6. Công nghệ hệ thống thang máy, thang cuốn
3.4 Lựa chọn cấu hình hệ thống
3.4.1. Trạm điều khiển trung tâm (MTU)
3.4.2. Các trạm đầu cuối (RTU)
3.4.3. Truyền thông của hệ SCADA trong tòa nhà
3.5 Kết quả nghiên cứu, xây dựng hệ SCADA tòa nhà
3.5.1. Ứng dụng WinCC trong hệ SCADA
3.5.2. Ứng dụng PLC làm trạm RTU trong hệ SCADA tòa nhà
3.5.3. Mạng Profibus làm truyền thông trong SCADA tòa nhà
CHƯƠNG IV: Mô phỏng hệ thống SCADA có ứng dụng thuật toán tiết
kiệm năng lượng cho tòa nhà
4.1 Đặt vấn đề
4.2 Thiết lập cấu hình mô phỏng hệ SCADA
4.2.1. Trạm vận hành trung tâm MTU:
4.2.2. Thiết lập giao tiếp và mạng Profibus
4.3 Kết quả mô phỏng
4.3.1. Hoạt động của hệ thống điều hòa trung tâm
Phần PLC
Lập trình trong wincc
Kết quả chạy mô phỏng
4.3.2. Mô phỏng hoạt động giám sát trạm biến áp
Phần PLC
Kết quả chạy mô phỏng với wincc
4.3.3. Mô phỏng hoạt động giám sát điều khiển chiếu sáng
Đánh giá kết quả, khả năng ứng dụng
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
42
42
43
43
43
46
47
50
50
61
65
68
68
68
72
76
76
81
90
91
92
92
95
95
96
98
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự
hướng dẫn của GS. Nguyễn Trọng Thuần. Các dữ liệu trong luận văn là
trung thực và có nguồn gốc rõ ràng.
Tác giả luận văn
Nguyễn Khắc Văn
DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU, HÌNH ẢNH
Danh mục các bảng, biểu, đồ thị
Bảng 4.20. Công suất hệ thống điều hòa trung tâm khách sạn Sofitel.
Hình 4.21. Đồ thị công suất tiêu thụ điển hình theo ngày hệ thống điều
hòa không khí.
Bảng 4.23. Bảng tổng hợp tín hiệu vào ra lập trình cho PLC điều hòa
trung tâm.
Bảng 4.26. Bảng tổng hợp tín hiệu vào ra lập trình cho PLC giám sát
trạm biến áp.
Trang
79
80
86
93
Danh mục các hình ảnh
Hình 2.1. Sơ đồ trạm biến áp cấp điện điển hình của tòa nhà
Hình 2.2. Trạm bơm nước chữa cháy tại tòa nhà
Hình 2.3. Tủ điều khiển bơm nước tăng áp và hệ thống rơ le áp suất
Hình 2.4. Nguyên lý cụm máy Chiller
Hình 2.5. Trạm bơm nước lạnh hệ thống điều hòa trung tâm
Hình 2.6. Tháp giải nhiệt của hệ thống điều hòa trung tâm đang hoạt động
Hình 2.7. Trạm bơm nước giải nhiệt của hệ thống Chiller
Hình 2.8. Hình ảnh lắp đặt thiết bị AHU phía trong và phía ngoài tòa nhà
Hình 2.9. Hệ thống truyền động thang máy trong tòa nhà
Hình 2.10. Nồi hơi nước nóng của khách sạn Hà Nội
15
18
19
21
22
23
24
25
26
28
Hình 3.1. Cấu trúc chung một hệ thống SCADA
Hình 3.2. Hệ thống điều khiển giám sát tòa nhà của Siemens
Hình 3.3. Lắp đặt đầu nối cáp mạng Profibus
Hình 3.4. Điện trở kết thúc mạng Profibus dạng Fail-safe biasing
Hình 3.5. Đầu nối cáp Profibus và cách nối cáp vào với đầu nối cáp
Hình 3.6. Thiết bị Profibus – tester V3
Hình 3.7. Quản lý Tag trong WINCC
Hình 3.8. Mạng giao tiếp giữa máy tính và PLC
Hình 3.9. Màn hình cho phép chọn cách lưu trữ
Hình 3.10. Ví dụ về Standard Object trong Graphics Designer
Hình 3.11. Quản lý Alarm Logging CS
Hình 3.12. Cấu hình một thanh Rack của trạm PLC S7-300
Hình 3.13. mạng dùng Protocol Profibus
31
36
49
49
50
50
53
54
57
58
59
62
65
Hình 4.1. Lựa chọn dự án là Single – User Project cho tòa nhà
Hình 4.2. Lựa chọn kết nối giữa máy tính và mạng PLC
Hình 4.3. Các tag cho điều khiển quá trình hệ thống điều hòa trung tâm
Hình 4.4. Graphics Designer trong dự án
Hình 4.5. Thiết lập cấu trúc máy tính hệ SCADA tòa nhà
68
69
69
70
70
Hình 4.6.Thiết lập các thuộc tính hình ảnh được tạo từ Graphics Designer
Hình 4.7. Màn hình khởi động của chương trình
Hình 4.8. Thiết lập bảng dữ liệu dạng báo cáo Tag Logging
Hình 4.9. Tạo lập mạng Profibus
Hình 4.10. Lựa chọn cấu hình phần cứng họ PLC S7-300
Hình 4.11. Mạng PLC mô phỏng gồm 1 PLC master và 3 PLC slaver
Hình 4.12.Khai báo cấu hình kết nối, cấu hình phần cứng cho PLC master
Hình 4.13 Thiết lập kết nối cho PLC master
Hình 4.14. Cấu hình kết nối ProFibus cho các PLC trong hệ SCADA tòa
nhà
Hình 4.15. Thiết lập địa chỉ giao tiếp cho các PLC master và slaver
Hình 4.16. Cấu trúc mô phỏng hệ SCADA tòa nhà
Hình 4.17. Chu trình trao đổi năng lượng trong hệ thống điều hòa trung
tâm
Hình 4.18. Mô tả giải pháp tiết kiệm năng lượng cho điều hòa trung tâm
Hình 4.19. Hệ thống bơm nước lạnh sơ cấp điều hòa trung tâm
Hình 4.22. Lưu đồ công nghệ của cụm máy Chiller 1
Hình 4.24. Mô phỏng hệ thống có 1 cụm máy hoạt động đầy tải
Hình 4.25. Khi công suất hệ thống giảm, bơm nước lạnh 4 hoạt động ở
chế độ tiết kiệm điện
Hình 4.27. Hình ảnh giám sát hệ thống cấp điện tòa nhà
70
71
72
72
72
73
73
74
75
75
76
76
78
78
82
91
92
95
DANH MӨC CÁC KÝ HIӊU, CHӲ VIӂT TҲT
AHU: (Air Handling Unit): Khӕi trao ÿәi nhiӋt bҵng gió ngoài.
ASEAN: Khӕi các nѭӟc Ĉông nam Á
ATS: (Auto Transfer Switchgear): ThiӃt bӏ chuyӇn ÿәi nguӗn tӵ ÿӝng.
BMS: (Building Management System): HӋ thӕng quҧn lý tòa nhà.
CDC (Compact Digital Controller): ThiӃt bӏ ÿiӅu chӍnh sӕ ÿѫn lҿ.
DDC (Digital Direct Controller): Bӝ ÿiӅu khiӇn sӕ trӵc tiӃp.
DCS: (Distributed Control System): HӋ thӕng ÿiӅu khiӇn phân tán.
FCU: (Fan Coil Unit): Khӕi trao ÿәi nhiӋt bҵng gió tuҫn hoàn.
KWh: kilowat giӡ - Ĉѫn vӏ ÿo sҧn lѭӧng tiêu thө ÿiӋn năng.
KVA: kilo volt ampe - Ĉѫn vӏ ÿo công suҩt toàn phҫn.
MTU: (Master Terminal Unit): Trҥm vұn hành.
PC: (Personal Computer): Máy vi tính cá nhân.
PLC: (Programable Logic Controller): Bӝ ÿiӅu khiӇn lôgic khҧ trình.
PROFIBUS: (Process Field Bus): HӋ thӕng bus trѭӡng.
RMU : (Ring Main Unit): Tӫ phân phӕi kӃt nӕi mҥch vòng.
RTU: (Remote Terminal Unit): Khӕi thiӃt bӏ ÿҫu cuӕi.
SCADA: (Supervisory Control And Data Acquisition): HӋ thӕng thu thұp dӳ liӋu,
giám sát và ÿiӅu khiӇn các quá trình.
TCP\IP (Transmission Control Protocol \ Internet Protocol): Giao thӭc truyӅn thông.
WINCC: (Windows Control Center): Phҫn mӅm trung tâm ÿiӅu khiӇn.
KgOE hoһc TOE: Kilogam hoһc Tҩn dҫu quy ÿәi - Ĉѫn vӏ ÿo năng lѭӧng.
VDU (Video Display Unit): Khӕi hiӇn thӏ hình ҧnh.
MỞ ĐẦU
Năng lượng đang được xem xét là động lực then chốt cho phát triển kinh tế - xã
hội, thúc đẩy quá trình phát triển đất nước. Nước ta đang trong giai đoạn phát triển
nhanh về kinh tế, nhu cầu về năng lượng (khí đốt, dầu mỏ, điện) không ngừng tăng
cao.
Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đã được cả Thế giới công nhận là giải
pháp song song, khả thi trong chính sách phát triển năng lượng để đảm bảo an ninh
năng lượng, hướng tới sự phát triển bền vững và góp phần to lớn vào công cuộc bảo vệ
môi trường toàn cầu. Điều này đã được khẳng định tại Hội nghị các bên lần thứ 13 của
Công ước khung Liên Hợp Quốc (COP 13) về Biến đổi khí hậu được tổ chức tại
Indonesia trong năm 2007.
Trong những năm qua, song song với những bước phát triển mạnh cả về kinh tế
và xã hội, sự gia tăng không ngừng các tòa nhà cao tầng, khách sạn, văn phòng cho
thuê, ga sân bay, trung tâm thương mại, siêu thị,… đã và đang được xây dựng với tốc
độ cao (12-16%/năm giai đoạn 2006-2010). Riêng thành phố Hà Nội, số liệu điều tra
năm 2010 cho thấy thành phố cần 13,4 tỷ kWh điện năng, và dự báo đến năm 2030
nhu cầu sẽ khoảng 37,3 tỷ kWh, đưa mức sử dụng điện bình quân đầu người của Hà
Nội từ 2.014 kWh năm 2010 lên 5.303 kWh năm 2030. Nhu cầu tiêu thụ năng lượng
tại các tòa nhà, trung tâm thương mại rất lớn chiếm đến 30% tổng tiêu dùng điện năng
của toàn thành phố, có khoảng trên 60 tòa nhà và 27 bệnh viện, trường học có mức tiêu
thụ điện năng trên 1 triệu kWh. Vì vậy các hành động nhằm tiết kiệm năng lượng cho
khu vực này có ý nghĩa hết sức quan trọng.
Việc nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu xây dựng hệ SCADA để quản lý việc sử
dụng tiết kiệm năng lượng các tòa nhà” là hết sức cần thiết, đóng góp vào mục tiêu
chung về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả hiện nay.
Mục đích của đề tài là nghiên cứu hoạt động, đánh giá chính xác và đầy đủ về
thực trạng ứng dụng các thiết bị sử dụng năng lượng, các thiết bị tự động hóa tại các
tòa nhà cao tầng, trung tâm thương mại lớn. Đánh giá ưu nhược điểm của các hệ
thống, thiết bị hiện nay, qua đó đề xuất xây dựng hệ SCADA để ứng dụng cho các tòa
nhà nhằm sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả hơn nữa.
1
Đóng góp mới của tác giả trong đề tài này đã chứng minh hệ SCADA là hệ
thống đã được ứng dụng nhiều trong công nghiệp nhưng việc nghiên cứu và ứng dụng
cho các tòa nhà với mục đích tiết kiệm năng lượng thì chưa có một nghiên cứu nào đề
cập hoàn chỉnh. Tác giả dựa trên thực tiễn và khả năng công nghệ để lựa chọn đề tài
nghiên cứu của mình có tính ứng dụng cao.
Nội dung của đề tài bao gồm các chương:
Chương 1: Cơ sở lý luận về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.
Chương 2: Khảo sát một số hệ thống cụ thể trong tòa nhà điển hình. Các
số liệu về hiện trường và công nghệ.
Chương 3: Xây dựng hệ SCADA để ứng dụng cho các tòa nhà nhằm sử
dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả.
Chương 4: Mô phỏng hệ thống SCADA có ứng dụng thuật toán tiết kiệm
năng lượng cho tòa nhà.
Phần Kết quả và bàn luận.
Phần Danh mục các tài liệu tham khảo và phụ lục kèm theo.
Với kết quả xây dựng hệ SCADA để quản lý việc sử dụng tiết kiệm năng lượng
các tòa nhà, thông qua tìm hiểu thiết bị thực, xây dựng và mô phỏng hoạt động của hệ,
tác giả đã chứng minh kết quả nghiên cứu có đầy đủ cơ sở khoa học và thực tiễn. Mặc
dù còn nhiều hạn chế về kết quả nghiên cứu, xây dựng và thử nghiệm nhưng với
hướng phát triển của luận văn, việc áp dụng SCADA cho toà nhà sẽ được tiếp tục phát
triển, mang lại hiệu quả.
2
Chương I: Cơ sở lý luận về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
CHƯƠNG I:
CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG
TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ
1.1. Sự cần thiết phải 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, giao thông, dịch vụ, sinh hoạt đời sống của
nhân dân và bảo vệ tốt môi trường .
• Trong những năm vừa qua, nước ta có tốc độ tăng trưởng kinh tế khá cao,
kéo theo đó là áp lực về nhu cầu năng lượng ngày một lớn, nhất là ngành sản xuất
công nghiệp, dịch vụ, giải trí. Năm 2000, cường độ tiêu thụ năng lượng (mức tiêu hao
năng lượng để sản xuất ra một đơn vị giá trị kinh tế - kgOE/đồng; kWh/đồng) của
Việt Nam mới đạt 412 kgOE/1.000 USD; tiêu thụ năng lượng tính theo đầu người là
154 kgOE/năm và tiêu thụ điện năng đầu người là 288 kWh/năm. Tuy nhiên đến năm
2005, con số này đã tăng lên tương ứng là cường độ tiêu thụ năng lượng 500
kgOE/1.000 USD; tiêu thụ năng lượng đầu người 250 kgOE/năm và tiêu thụ điện năng
đầu người là 540kWh/năm.
Chiến lược Phát triển Năng lượng quốc gia của Việt Nam đã được Thủ tướng
Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 1855/QĐ-TTg ngày 27 tháng 12 năm 2007
cũng nêu rõ trong giai đoạn 2010-2020 đã có khả năng xuất hiện sự mất cân đối giữa
khả năng cung cấp và nhu cầu sử dụng các nguồn năng lượng sơ cấp. Từ sau năm
2015, Việt Nam chuyển thành nước nhập khẩu năng lượng và mức độ phụ thuộc vào
năng lượng nhập khẩu ngày càng tăng. Theo kịch bản cơ sở, thiếu hụt năng lượng của
nước ta năm 2020 là khoảng 15 triệu tấn dầu quy đổi (TOE) và lên tới 56 triệu TOE
năm 2030. Tỷ lệ phụ thuộc vào năng lượng nhập khẩu là 12,2% năm 2020 và lên đến
28% năm 2030. Đối với tốc độ phát triển điện năng, Quy hoạch phát triển Việt Nam
giai đoạn 2007-2015 tầm nhìn 2025 được điều chỉnh theo đánh giá tác động của khủng
hoảng kinh tế thế giới cũng dự báo giai đoạn 2011-2015 tốc độ tăng trưởng GDP của
3
Chương I: Cơ sở lý luận về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
Việt Nam là 7,5%/năm; dự báo nhu cầu điện năng tăng khoảng 15% giai đoạn 20112015, khoảng 10,7% giai đoạn 2016-2020, 8,1% giai đoạn 2021-2025. Như vậy, dự
báo tốc độ tăng trưởng kinh tế sẽ nhanh hơn tốc độ tăng trưởng điện năng được cấp từ
các nguồn năng lượng trong nước, tiềm năng thủy điện lớn sẽ được khai thác hết vào
thập kỷ 2010 - 2020 trong khi các nguồn nguyên liệu khác như dầu mỏ, khí tự nhiên và
than là hữu hạn.
Năm 2007 và ngay trong năm 2010, nước ta đã bị đặt trong tình trạng điện năng
có nguy cơ thiếu và nghiêm trọng hơn là không có dự phòng. Với công suất đặt toàn
hệ thống điện toàn quốc khoảng 14.000MW, nhưng công suất khả dụng chỉ đạt
12.000MW. Trong đó đã tính đến sản lượng điện 30% mua của các đối tác ngoài
ngành điện và mua điện của Trung Quốc. Cùng với ảnh hưởng do biến đổi khí hậu,
phần lớn các nhà máy thủy điện đều không đạt công suất thiết kế, nhiều nguồn nhiệt
điện xây dựng mới chưa kịp đưa vào khai thác sử dụng như: Nhiệt điện Cà Mau 1,
Nhiệt điện Uông Bí mở rộng, Nhiệt điện Cà Mau 2 và Nhơn Trạch 1, sự cố tổ máy số
1 Thuỷ điện Tuyên Quang… đã dẫn tới tình trạng phân phối điện năng, nhiều nơi nhất
là vùng nông thôn đã bị cắt điện luân phiên trên diện rộng. Và trước nguy cơ hạn hán
lớn kéo dài xảy ra trên khu vực các nước Đông Nam Á, nguy cơ thiếu điện trong
những năm tới có thể xảy ra.
Đối với nguồn năng lượng khác (than, dầu khí, ....), Tập đoàn than khoáng sản
Việt Nam và Tập đoàn dầu khí Việt Nam khai thác mỗi năm tăng trung bình 16,4%,
trong khi nhu cầu sử dụng tăng bình quân trên 10%. Điều đáng lo ngại là để đáp ứng
nhu cầu sử dụng năng lượng trong thời gian tới, mỗi năm sẽ phải khai thác thêm 25
triệu tấn than, 20 triệu tấn dầu thô và 18-20 tỷ m3 khí. Nếu duy trì mức độ khai thác
này, Việt Nam có nguy cơ “cạn kiệt” nguồn năng lượng dầu khí trong vòng 30- 40
năm nữa, than chỉ hơn 60 năm. Sau đó các nguồn này sẽ cạn dần, khai thác không kinh
tế và giá thành cao. Hiện nước ta đang xuất khẩu hơn 50% sản lượng than và gần
100% lượng dầu thô khai thác được. Việc xuất khẩu than hiện nay thu về lượng lớn
ngoại tệ tuy nhiên giá than xuất khẩu cho Trung Quốc thường không cao, nước này lại
dùng để sản xuất điện và bán cho Việt Nam với giá cao hơn nhiều. Trong thời điểm
này, có thể coi Việt Nam là nước xuất khẩu về năng lượng nhưng chỉ dưới dạng thô,
4
Chương I: Cơ sở lý luận về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
thực chất Việt Nam vẫn phải nhập khẩu năng lượng để tiêu dùng. Do đó, ngay từ bây
giờ nếu không có chính sách sử dụng năng lượng hợp lý, phát triển các dạng năng
lượng sạch và năng lượng tái tạo thì trong thời gian ngắn nữa Việt Nam sẽ phải phụ
thuộc hoàn toàn vào nguồn năng lượng từ bên ngoài. Nếu đến năm 2015 khi Việt Nam
trở thành nước nhập khẩu năng lượng thì rất có thể xảy ra khủng hoảng thiếu năng
lượng.
Vốn đầu tư cho cơ sở hạ tầng cung cấp năng lượng là rất lớn. Thống kê năm
2007 cho thấy mỗi năm nước ta đầu tư khoảng 5 tỷ USD để xây dựng các hệ thống cơ
sở hạ tầng ngành điện, nhập khẩu khoảng 1-2 tỷ USD dầu hoả và bao cấp khoảng 1 tỷ
USD để cung cấp cho nhu cầu năng lượng. Với việc phải đảm bảo đáp ứng nhu cầu
phát triển về kinh tế - xã hội, hướng tới mục tiêu phát triển ổn định, lâu dài và bền
vững, Chính phủ ta đã và đang xây dựng chính sách Ngành điện Việt Nam từ 2006 2025với mục tiêu: Phải đáp ứng cơ bản nhu cầu điện cho nền kinh tế quốc dân, điện
năng sản xuất của Việt Nam năm 2015 đạt 190,047 tỷ kWh và năm 2025 sẽ đạt
431,664 tỷ kWh.
• Trong tình trạng các nguồn năng lượng đang có nguy cơ cạn kiệt, Nhà nước
đã đưa ra rất nhiều chính sách và dự án lớn về phát triển ngành năng lượng tái tạo mới
thay thế cho nguồn năng lượng truyền thống. Việt Nam có tiềm năng lớn để phát triển
năng lượng gió và mặt trời, khi khai thác hết nguồn tiềm năng thiên nhiên này công
suất có thể đạt đến hàng chục nghìn MW. Tuy nhiên, do những hạn chế về khả năng
công nghệ, vốn đầu tư và điều kiện kinh tế xã hội nước ta nên việc phát triển các
nguồn năng lượng mới thay thế cho các nguồn năng lượng truyền thống đang gặp
nhiều khó khăn, hạn chế khả năng đa dạng hóa các nguồn năng lượng.
• Việc gia tăng mức độ sử dụng năng lượng luôn luôn kèm theo nguy cơ gây ô
nhiễm môi trường tại khu vực khai thác và hoạt động năng lượng, góp phần làm giảm
chất lượng môi trường toàn cầu (như thải vào khí quyển khí CO2, SO2, NOx gây hiệu
ứng nhà kính, phá hỏng tầng Ôzon, làm biến đổi khí hậu). Hơn 80% nguồn năng lượng
sử dụng của nước ta là nhiên liệu hóa thạch, nhiên liệu có nguồn gốc hữu cơ. Quá trình
cháy nhiên liệu nói riêng và hoạt động năng lượng nói chung là nhân tố quan trọng gây
5
Chương I: Cơ sở lý luận về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
ô nhiễm môi trường. 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.
• Năng lượng có ảnh hưởng rất lớn đến ổn định kinh tế - xã hội. Khi chính
sách năng lượng có sự biến động, giá năng lượng (xăng, điện,…) thay đổi gây tác động
không nhỏ tới chi phí sản xuất kinh doanh của doanh nghiệp, tới đời sống nhân dân,
chỉ số giá tiêu dùng tăng cao, lạm phát tăng….
• Sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả đã được đa số các nước trên thế
giới đánh giá là một trong những lựa chọn ưu tiên thực hiện chiến lược phát triển bền
vững trong Thế kỷ 21. Thế giới đã được chứng minh được rằng, sử dụng năng lượng
tiết kiệm và hiệu quả là biện pháp rẻ hơn nhiều. Chi phí bỏ ra để tiết kiệm 1kWh điện
năng hay nhiệt năng của nhiên liệu sẽ ít hơn nhiều so với chi phí đầu tư để sản xuất ra
1kWh trong các nhà máy điện. Trong Chương trình Quản lý nhu cầu điện ở Thái Lan
người ta tính ra rằng, để “sản xuất thêm 1kWh điện do tiết kiệm được bằng việc nâng
cao hiệu suất sử dụng phải đầu tư 2 cents USD, trong khi các nhà máy điện đốt than,
dầu, khí để sản xuất ra 1kWh điện phải tiêu tốn trung bình từ 4-6 cents”.
Như vậy qua phân tích ở trên, có thể đưa ra những kết luận sau:
- Phát triển năng lượng là chiến lược không thể tách rời với chiến lược phát
triển kinh tế - xã hội. Năng lượng là một trong các yếu tố quan trọng nhất và cần thiết
trong mọi hoạt động đối với tất cả mọi đối tượng từ Nhà nước, doanh nghiệp đến
người dân.
- Nhu cầu sử dụng năng lượng phục vụ cho công cuộc công nghiệp hóa, hiện
đại hóa đất nước ngày càng tăng trong khi phát triển nguồn cung cấp năng lượng
không kịp đáp ứng.
- Nguồn tài nguyên sơ cấp cho việc sản sinh ra năng lượng có hạn và đang dần
cạn kiệt trong khi đó để đa dạng hóa nguồn cung cấp năng lượng bằng việc phát triển
các nguồn năng lượng mới, năng lượng tái tạo đòi hỏi chi phí đầu tư lớn, công nghệ
phức tạp và thời gian lâu dài.
- Tác động của mọi hoạt động sử dụng năng lượng tới môi trường ngày càng rõ
ràng, cần được quan tâm đúng mức và kịp thời.
6
Chương I: Cơ sở lý luận về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
- Hệ thống năng lượng Việt Nam phát triển chưa hợp lí do thiếu các cơ sở chế
biến và chuyển hoá năng lượng; kỹ thuật công nghệ khai thác và chuyển hoá năng
lượng còn thấp dẫn đến hiệu quả sử dụng năng lượng thấp, lãng phí ở tất cả mọi khâu
từ sản xuất đến tiêu dùng. Việc quản lí phía nhu cầu còn kém hiệu quả; Tiềm năng tiết
kiệm năng lượng có ở hầu hết các lĩnh vực đời sống xã hội.
- Trước mắt, sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là biện pháp song song
và khả thi hơn để giúp giảm tiêu thụ năng lượng, đồng nghĩa với việc giảm gánh nặng
về nhập khẩu năng lượng, giảm sức ép vốn đầu tư hạ tầng năng lượng. Mặt khác, việc
khai thác năng lượng hiệu quả còn giúp giảm thiểu các tổn thất về mặt kinh tế, bảo vệ
môi trường nhờ khai thác và sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng. Sử dung năng
lượng tiết kiệm và hiệu quả là ưu tiên quan trọng trong chính sách năng lượng quốc gia
và là trách nhiệm chung của toàn xã hội. Thực hiện tốt nhiệm vụ này sẽ nâng cao an
ninh năng lượng, khai thác và sử dụng hợp lý được nguồn tài nguyên về năng lượng,
góp phần gia tăng chất lượng môi trường và phát triển kinh tế - xã hội bền vững.
1.2. Mục tiêu, vai trò của sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
Sử dụng năng lượng với hiệu suất cao là phần không thể tách rời của chiến lược
hài hòa giữa phát triển kinh tế, đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường.
Chương trình hành động Hợp tác năng lượng ASEAN được các Bộ trưởng năng lượng
ASEAN thông quan, triển khai cho các giai đoạn 1999-2004, 2004-2009 đều xác định
hoạt động sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là một trong 06 lĩnh vực được các
nước ASEAN đồng thuận đưa vào chương trình hợp tác khu vực.
Nghị quyết Trung ương số 18/NQ-TW ngày 25 tháng 10 năm 2007 của Bộ
Chính trị về định hướng phát triển năng lượng quốc gia của Việt Nam đến năm 2020,
tầm nhìn đến năm 2050; Quyết định số 1855/QĐ-TTg ngày 27 tháng 12 năm 2007 của
Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Chiến lược phát triển năng lượng quốc gia đến năm
2020, tầm nhìn đến năm 2050 đã khẳng định chính sách khuyến khích sử dụng năng
lượng tiết kiệm và hiệu quả là nhiệm vụ trọng tâm trong suốt thời kỳ công nghiệp hóa,
hiện đại hóa đất nước.
• Mục tiêu của sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là tăng hiệu suất sử
dụng, giảm tối đa sự lãng phí năng lượng trong mọi quá trình, từ đó giảm nhu cầu sử
7
Chương I: Cơ sở lý luận về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
dụng giúp giảm chi phí, nâng cao doanh thu, tăng năng lực cạnh tranh (đối với doanh
nghiệp); giảm sức ép đầu tư nguồn cung cấp năng lượng (đối với Nhà nước), nâng cao
khả năng tích lũy vốn, kinh nghiệm quản lý, nghiên cứu đưa ra chính sách phát triển
năng lượng phù hợp, hướng tới sự phát triển bền vững.
• Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đem lại các lợi ích sau:
- Góp phần đảm bảo nhu cầu năng lượng thiết yếu cho hoạt động đời sống và
phát triển kinh tế - xã hội.
- Giảm áp lực về thiếu nguồn năng lượng đồng nghĩa với việc giảm vốn đầu tư
vào hạ tầng cơ sở năng lượng cho Nhà nước.
- Nguồn năng lượng tự nhiên được khai thác, sử dụng cân nhắc, hợp lý và hiệu
quả hơn góp phần làm giảm bớt tốc độ hủy hoại môi trường sống.
- Giảm sự phụ thuộc vào năng lượng nhập khẩu, đảm bảo an ninh năng lượng,
góp phần vào sự phát triển bền vững.
- Giúp giảm chi phí sử dụng năng lượng cho doanh nghiệp, chủ động điều phối
được nguồn năng lượng cho hoạt động của doanh nghiệp, tăng hiệu quả hoạt động,
nâng cao năng lực cạnh tranh.
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả
Bao gồm:
• Hệ thống cơ sở hạ tầng cung cấp năng lượng: Có vai trò hết sức quan trọng
trong việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả. Nếu thiết lập được một hệ thống
cung cấp năng lượng đồng bộ, sử dụng các công nghệ tiên tiến, thiết bị hiện đại có
hiệu suất biến đổi năng lượng cao sẽ làm giảm tiêu hao nhiên liệu, giảm tổn thất trong
quá trình truyền tải năng lượng. Sử dụng các thiết bị điểu khiển hiện đại, các phần
mềm điều khiển tự động thông minh, số hóa các bước hoạt động cũng giúp tối ưu hoá
quá trình vận hành của máy móc, thiết bị. Sử dụng các loại nhiên liệu mới, vật liệu
mới có khả năng nâng cao hiệu suất cháy nhiên liệu, giảm phát thải, sử dụng vật liệu
mới cũng giúp giảm tiêu hao năng lượng.
• Bộ máy tổ chức và con người: Ở bất kỳ một lĩnh vực nào, con người và các
hành vi của con nguời cũng được coi là yếu tố tác động đáng kể đến hiệu quả hoạt
động và sử dụng năng lượng cũng không nằm ngoài sự tác động đó. Con người làm ra
8
Chương I: Cơ sở lý luận về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
năng lượng, truyền tải, phân phối rồi sử dụng nó, có thể trực tiếp hoặc gián tiếp, có thể
vô thức hoặc có ý thức nhưng năng lượng luôn gắn bó mật thiết với sinh hoạt đời sống
của con nguời, với tổ chức mà con người tồn tại trong đó. Các tính chất của con người
hay của tổ chức đều tác động lớn đến quá trình sử dụng năng lượng, như:
- Quy mô, cơ cấu tổ chức bộ máy, tính chuyên nghiệp, tính chặt chẽ trong tổ
chức quản lý; Chính sách, quan điểm và mục tiêu của tổ chức;….
- Năng lực, trình độ và nhận thức (thói quen, văn hóa xã hội,…) của người quản
lý, vận hành, sử dụng năng lượng.
• Xu hướng Thế giới và các chính sách vĩ mô của Nhà nước:
Khác với các dạng hàng hóa thông thường khác, sản phẩm năng lượng và đặc
biệt là điện năng là một dạng hàng hóa đặc biệt. Từ sau cuộc khủng hoảng năng lượng
năm 1973, cả thế giới đều biết rằng giá năng lượng không chỉ được xác định trên
nguyên tắc kinh tế chung là chi phí và giá thành mà ngày càng chịu ảnh hưởng của các
yếu tố quyết định khác như xã hội, chính trị, môi trường và thương mại quốc tế. Xu
hướng tiêu dùng năng lượng, giá năng lượng của Thế giới tác động đáng kể đến hệ
thống năng lượng của bất kỳ một quốc gia nào, Việt Nam cũng không nằm ngoài xu
thế đó.
Năng lượng và các hoạt động liên quan đến năng lượng gắn liền với cuộc sống
của mỗi con người, gắn với sự phát triển cũng như an ninh quốc phòng của mọi quốc
gia. Do đó các chính sách của Nhà nước về năng lượng là phải vừa hài hòa lợi ích cho
toàn xã hội, vừa không làm cản trở sự phát triển mà vẫn phải đảm bảo an ninh năng
lượng. Các chính sách của Nhà nước là yếu tố quan trọng trong việc khuyến khích toàn
xã hội sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.
Bất kỳ một quá trình hay một bộ phận vận hành nào cũng là một quá trình
chuyển hóa, sử dụng năng lượng. Trong đó sẽ xảy ra hai tổn hao năng lượng:
- Tổn hao không thể tránh được là các tổn hao tự nhiên do bản thân thiết bị, linh
kiện hay vật liệu cấu thành quá trình, công nghệ và thiết bị đó (như sự tỏa nhiệt của
thiết bị, tổn hao sắt từ trong máy biến áp,…) và rất khó để giảm thiểu.
9
Chương I: Cơ sở lý luận về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
- Tổn hao có thể tránh được là những tổn hao có thể giảm thiểu bằng những biện
pháp khả thi và sẵn có để sao cho đầu ra đạt đến gần nhất tiêu chuẩn, các chỉ tiêu
thông số kinh tế-kỹ thuật của quá trình, công nghệ hay thiết bị đó.
Nếu quá trình hay công nghệ, thiết bị càng có ít tổn hao có thế tránh được đó thì
hiệu quả sử dụng năng lượng càng cao. Người ta tính toán rằng nếu áp dụng đúng các
quy chuẩn quốc tế về xây dựng và sử dụng các nguồn năng lượng, ngành công nghiệp
xi măng và nông nghiệp có thể tiết kiệm được 50% năng lượng tiêu thụ.
Nhiều quốc gia trên thế giới đã sớm nhận thức vấn đề sử dụng năng lượng tiết
kiệm và hiệu quả. Có rất nhiều công trình nghiên cứu với các quy mô khác nhau để tìm
ra các giải pháp có hiệu quả nhất. Một trong những giải pháp mà các Quốc gia trên thế
giới sau khi nghiên cứu đã và đang áp dụng gồm:
1. Đầu tư sử dụng các công nghệ mới, công nghệ “sạch” và công nghệ sử dụng
năng lượng tái tạo để tiết kiệm nguồn năng lượng hiện có. Tuy nhiên, việc đầu
tư và nghiên cứu để áp dụng theo hình thức này đòi hỏi nguồn kinh phí không
nhỏ và thường là trở ngại đối với những quốc gia có nền chậm phát triển như
nước ta. Tuy nhiên, cùng sự phát triển chung nước ta đang từng bước đẩy nhanh
tiến trình này để áp dụng các thành tựu mới nhất của khoa học, kỹ thuật trong
quá trình hòa nhập.
2. Thiết lập hệ thống các chính sách vĩ mô và vi mô để quản lý sử dụng năng
lượng có hiệu quả. Một trong những chính sách có thể kể ra gồm:
- Cho phép và khuyến khích thành lập các tổ chức, các hiệp hội sử dụng năng
lượng tiết kiệm, xây dựng và công bố áp dụng thống nhất các tiêu chuẩn, các định
mức, các quy trình để ràng buộc các tổ chức, các thành viên tham gia.
- Hỗ trợ các sản phẩm, công nghệ được hoạt động hoặc ứng dụng chương trình
sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả về chính sách thương mại, bảo hộ chất lượng,
ưu đãi, ...
- Sử dụng công cụ quản lý cấp Nhà nước và dùng chính sách điều tiết vĩ mô yêu
cầu hoặc áp đặt các điều kiện, các chế tài cụ thể đối với các tổ chức, cá nhân tham gia
hoạt động có liên quan đến năng lượng để hạn chế việc sử dụng năng lượng lãng phí,
hình thành nên ý thức cộng đồng sử dụng tiết kiệm năng lượng.
10
Chương I: Cơ sở lý luận về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
Các giải pháp nêu trên tác động trực tiếp tới con người và hình thành nên ý thức
sử dụng tiết kiệm năng lượng, mang lại hiệu quả to lớn nhất. Tuy nhiên, dù con người
có ý thức đến đâu, các giải pháp chỉ có thể mang lại hiệu quả triệt để khi biết áp dụng
các công nghệ mới về điều khiển, các thiết bị có mức độ tự động hóa cao, điều khiển
thông minh, linh hoạt phù hợp với yêu cầu của con người.
Dưới góc độ nghiên cứu kỹ thuật, tác giả đề tài đặt vấn đề về sự cần thiết
nghiên cứu và đi vào chiều sâu trong việc ứng dụng các thiết bị, công nghệ tự động
hóa và điều khiển hiện nay để áp dụng vào trong thực tiễn, kết hợp hài hòa với hành
động của con người để mang lại tác động có hiệu quả nhất đối với vấn đề sử dụng
năng lượng, nhất là năng lượng điện hiện nay.
Tóm tắt chương I:
Tác giả thông qua việc nghiên cứu tầm quan trọng trong việc sử dụng năng
lượng tiết kiệm và hiệu quả, đánh giá tình hình sản suất và tiêu thụ năng lượng cho
mục đích phát triển kinh tế - xã hội tại Việt Nam và các xu hướng có thể xảy ra trong
tương lai gần để đưa ra kết luận sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là biện pháp
không thể thiếu và cấp bách trong chính sách năng lượng và sự phát triển bền vững.
Tiếp theo, tác giả đặt vấn đề về mục tiêu, chính sách, vai trò của việc sử dụng
năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, các yếu tố tác động đến sử dụng năng lượng hiện
nay và đưa ra kết luận về sự cần thiết nghiên cứu, ứng dụng các thiết bị tự động hóa,
thiết bị điều khiển hiện có để hình thành nên cơ sở cho việc nghiên cứu đề tài “Nghiên
cứu xây dựng hệ SCADA để quản lý việc sử dụng tiết kiệm năng lượng các tòa
nhà” là nội dung rất thiết thực, có cơ sở lý luận khoa học đầy đủ và khả năng áp dụng
trong thực tiễn rất cao, đóng góp vào mục tiêu chung về sử dụng năng lượng tiết kiệm
và hiệu quả hiện nay.
11
Chương II: Khảo sát một số hệ thống cụ thể, các số liệu hiện trường và công nghệ
CHƯƠNG II:
KHẢO SÁT MỘT SỐ HỆ THỐNG CỤ THỂ TRONG TÒA NHÀ ĐIỂN HÌNH,
CÁC SỐ LIỆU VỀ HIỆN TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ.
2.1. Đặt vấn đề:
Các công trình xây dựng có tính năng tập trung phụ tải sử dụng năng lượng và
đông người như: Trung tâm thương mại, trung tâm hội nghị, nhà hàng, văn phòng làm
việc, tổ hợp khách sạn nhiều tầng, khu dân cư cao tầng được gọi chung là các tòa nhà.
Mỗi tòa nhà đều được thiết kế với chức năng sử dụng riêng hoặc cũng có thể
được thiết kế với chức năng sử dụng hỗn hợp, mỗi chức năng tương ứng lại có tiêu
chuẩn thiết kế về sử dụng Năng lượng nhất định ứng với diện tích sử dụng hoặc số
lượng người, trong đó có những phụ tải mang tính điển hình. Dù được thiết kế với mục
đích sử dụng như thế nào, mỗi tòa nhà đều gồm (hoặc là có) các phụ tải điển hình như
sau:
1. Hệ thống phân phối điện năng, nguồn dự phòng (trạm biến áp, tủ phân phối,
đường dây cấp điện hạ thế, máy phát điện, hệ thống chuyển đổi nguồn điện tự động
ATS).
2. Hệ thống chiếu sáng.
3. Hệ thống cung cấp nước sinh hoạt và chữa cháy.
4. Hệ thống thông gió, điều hòa không khí.
5. Hệ thống thang cuốn, thang máy vận chuyển.
6. Hệ thống lò hơi cung cấp nước nóng, bình đun nước nóng.
Ngoài ra, các tòa nhà còn được trang bị một số hệ thống khác cũng sử dụng
năng lượng, nhưng không lớn, mặc dù có ảnh hưởng và có tính quyết định đến việc
quản lý hiệu quả tòa nhà như: Hệ thống báo cháy, chữa cháy, hệ thống giám sát an
ninh, hệ thống thông tin cục bộ (điện thoại, internet, cáp truyền hình...), hệ thống
hướng dẫn đỗ xe trong gara, ...
Những hệ thống, thiết bị tiêu thụ tiêu thụ năng lượng ở trên đến nay gần như đã
được chuẩn hóa trong hầu hết các tòa nhà với nguồn năng lượng tiêu thụ chủ yếu là
điện. Chỉ có một số ít thiết bị sử dụng năng lượng từ dầu, năng lượng mặt trời. Do vậy
12
Chương II: Khảo sát một số hệ thống cụ thể, các số liệu hiện trường và công nghệ
yêu cầu về giám sát và điều khiển các thiết bị, hệ thống sử dụng điện là rất cần thiết
nhằm đảm bảo hiệu quả sử dụng của thiết bị và tiết kiệm nguồn năng lượng.
2.2. Khảo sát hệ thống cung cấp và phân phối điện năng:
Kết quả điều tra, khảo sát tại các tòa nhà được xây dựng trên địa bàn thành phố
Hà Nội và một số công trình tại các thành phố lớn ở nước ta từ năm 2000 đến nay, có
thể đưa ra đặc điểm chung của hệ thống cung cấp điện năng như sau:
- Trạm biến áp phân phối (trạm phụ tải): Thường có kết cấu có ít nhất 02 máy
biến áp cho mỗi khối tòa nhà chức năng. Phía trung thế bố trí các tủ RMU (Ring Main
Unit) có cấu trúc module gồm các ngăn lộ: Ngăn nguồn cấp đến thường là cáp ngầm,
các ngăn cấp điện cho máy biến áp và ngăn lộ ra tới các phụ tải khác, hình thành cấu
trúc lưới điện trung áp kết nối theo mạch vòng, vận hành hở, tăng tính linh hoạt và liên
tục cấp điện. Các ngăn của tủ RMU bao gồm dao cách ly liên động, máy cắt phụ tải
kết hợp với cầu chì bảo vệ và hệ thống điện trở sấy. Hệ thống điện hiện nay chủ yếu
đang được quy hoạch về lưới 22KV trung tính nối đất trực tiếp là lưới điện có các tiêu
chuẩn vận hành kinh tế nhất, đang được chuẩn hóa trong lưới điện Quốc gia của nước
ta.
Máy biến áp thường sử dụng để cấp điện cho các tòa nhà có các gam công suất
560, 630, 750 và 1000KVA, cá biệt có thể tới 2500KVA với điện áp hạ thế là 3 pha
220/380V trung tính nối đất trực tiếp. Các máy biến áp sử dụng cho tòa nhà đều được
chủ đầu tư công trình lựa chọn là loại máy biến áp làm mát tự nhiên bằng dầu, tuần
hoàn kín.
Tủ phân phối hạ thế hiện nay phố biến dùng tủ hợp bộ (của một số hãng như
Siemens, Schneider, ABB) kết hợp với thao tác điều khiển dùng PLC, hệ thống ATS
(tự động chuyển nguồn) và máy phát điện dự phòng. Máy phát điện là nguồn điện duy
trì hoạt động tối thiểu cho tòa nhà trong trường hợp sự cố nguồn điện và hầu hết các
tòa nhà thường chọn có công suất nhỏ hơn công suất máy biến áp để đảm bảo tiết kiệm
chi phí đầu tư và vận hành. Vì lý do này, khi sử dụng máy phát điện thường một số
phụ tải không quan trọng sẽ được PLC lựa chọn loại trừ không cấp điện, chỉ ưu tiên
một số phụ tải như: Chiếu sáng, bơm nước, thang máy, hệ thống thông gió. Các phụ tải
như điều hòa không khí, nồi hơi nhiệt, thang cuốn sẽ không được cấp điện khi sử dụng
13
Chương II: Khảo sát một số hệ thống cụ thể, các số liệu hiện trường và công nghệ
máy phát dự phòng. Thiết bị đóng cắt tại tủ phân phối hạ thế thường là máy cắt không
khí có điều khiển và Công tắc tơ điện từ.
- Hệ thống đường dẫn điện: Đường dẫn điện hạ áp của các tòa nhà có kết cấu 3
pha 5 dây hoặc 1 pha 3 dây (sử dụng hệ dây an toàn Ground and Neutral). Hệ thống
đường dẫn điện thường sử dụng cáp đặt trên thang cáp bố trí theo đường kỹ thuật hoặc
hệ thống thanh dẫn (busbar). Hệ thống điện tòa nhà thường gồm các lộ phụ tải riêng
biệt theo chức năng sử dụng như: Điều hòa, chiếu sáng, điện sinh hoạt, ..... Tại mỗi
khu vực phụ tải hoặc tại mỗi đầu tầng kỹ thuật lại được bố trí các tủ phân phối cũng
bao gồm các nhánh cấp theo chức năng của tủ phân phối tổng. Thiết bị đóng cắt, bảo
vệ tại các tủ phân phối chủ yếu là bằng áptomat.
Hệ thống cấp điện các tòa nhà hiện nay đều được thiết kế trên cơ sở các tiêu
chuẩn an toàn của Việt Nam về điện và đang tiếp cận dần với các tiêu chuẩn kỹ thuật
điện, tiêu chuẩn an toàn của thế giới để giảm tối đa tổn thất năng lượng, tạo sự an toàn
cho người sử dụng và tăng độ tin cậy.
Tuy nhiên, kết quả khảo sát cũng cho thấy mức độ tự động hóa và áp dụng công
nghệ điều khiển từ xa, giám sát từ xa cho hệ thống cấp điện hiện nay tại các tòa nhà
hầu như chưa có. Chỉ có một số ít các tòa nhà có lắp đặt hệ thống giám sát điện năng
tại phòng điều khiển trung tâm để kiểm soát mức độ tiêu thụ điện năng của tòa nhà.
Một số tòa nhà đã có sự đầu tư nhất định như lắp đặt các tủ công tơ riêng cho các lộ
phụ tải khác nhau để dễ dàng giám sát và quản lý số liệu sử dụng điện nhưng mức độ
tự động hóa chưa cao và hầu hết mới chỉ dừng lại ở việc cung cấp số liệu cho người
quản lý mà chưa có các giải pháp cụ thể cho việc tiết kiệm năng lượng.
Số liệu Hệ thống cấp điện của một số tòa nhà như sau:
* Tòa nhà The Manor (Bitexco) thuộc khu đô thị Mỹ Đình: Xây dựng năm
2004, hoàn thành năm 2006 gồm 3 khối chức năng: Khu B và C cao 11 tầng là khu
chung cư cao cấp, Khu A tòa tháp đôi 21 tầng là tổ hợp văn phòng và chung cư cao
cấp. Trạm biến áp có 3 máy công suất mỗi máy 2000KVA, hệ thống máy phát điện có
3 máy công suất 2000KVA, hệ thống ATS điều khiển tự động bằng PLC, có giám sát
năng lượng bằng hệ thống BMS (Building Management System), hệ thống truyền dẫn
hạ thế sử dụng Busbar và cáp đơn pha đi trong thang cáp.
14
Chng II: Kho sỏt mt s h thng c th, cỏc s liu hin trng v cụng ngh
* Tũa nh 17T1, 17T2 Khu ụ th Trung Hũa Nhõn Chớnh: Xõy dng nm
2001 Trm bin ỏp cú 2 mỏy cụng sut mi mỏy 400KVA, h thng mỏy phỏt in cú
1 mỏy cụng sut 160KVA, h thng ATS iu khin bỏn t ng, h thng truyn dn
h th s dng cỏp n pha t trờn thang cỏp. T phõn phi trung th thao tỏc hon
ton bng tay.
* Tũa nh tr s Ngõn hng Vietcombank: Xõy dng nm 1998, trm bin ỏp
cú 2 mỏy 630KVA, mỏy phỏt in cụng sut 300KVA, cú h thng giỏm sỏt in nng
qua BMS.
* Mt s ph ti in hỡnh khỏc nh khỏch sn Sofitel, khỏch sn Daewoo,
khỏch sn Sheratol, tũa nh Ocean Park, tr s Ngõn hng nụng nghip v phỏt trin
nụng thụn (s 2 Lỏng H)..... cng cú mụ hỡnh tng t.
1600KVA
24kV-3x240mm2 CU/x lpe
MBA 1
Tủ hạ thế tổng 1
Tủ hạ thế máy phát 1
M150
M 150
Tủ liên lạc
MBA 2
Tủ hạ thế tổng 2
Tới tủ bù 1
A
A
A
kvarh
A
kwh
A
S1
3P-2500A
kvarh
V
V
R1
Tủ hạ thế máy phát 2
ACB
PLC
A
kwh
G
Tới tủ bù 2
ACB
3P-2500A
Từ tba TT TM kim liên đến
MFD 2
1600KVA
24kV-3x240mm2 CU/xlpe
MFD1
Từ trạm 110kv e13 ddeens
G
T1
3xC.Chì
1P-2A
ACB-Q1
3P-3200A
3xC.Chì
1P-2A
Liên động điện, cơ 2/3
ATS
R1
S1
T1
ACB-Q2
3P-3200A
Cu 2x3( 100x10 ) + 1x( 100x10 )mm2
Cu 2x3( 100x10 ) + 1x( 100x10 )mm2
ACB-Q3
MCCB
LBS-Q5
LBS-Q4
3P-3200A
3P-3200A
MCCB
3P-1000A
3P-3200A
3P-1000A
LBS-Q6
LBS-Q7
3P-3200A
3P-3200A
ATS
ATS
Liên động điện, cơ
Liên động điện, cơ
Bù tự động 10 cấp
Tủ TU Bù 1: 500 KVAR
Tủ ATS 1
Bù tự động 10 cấp
Tủ TU Bù 2: 500 KVAR
Tủ bù tự động 10 cấp
Tủ bù tự động 10 cấp
PHụ TảI 1
Tủ ATS 2
PHụ TảI 2
Hỡnh 2.1: S trm bin ỏp cung cp in in hỡnh ca tũa nh.
15
Chương II: Khảo sát một số hệ thống cụ thể, các số liệu hiện trường và công nghệ
2.3. Số liệu về Hệ thống chiếu sáng.
Hệ thống chiếu sáng đối với các tòa nhà đóng vai trò quan trọng, ngoài việc
đảm bảo an toàn và tiện lợi cho người sử dụng nó còn làm tăng vẻ đẹp của các công
trình, tòa nhà.
Hệ thống chiếu sáng có các chức năng:
+ Chiếu sáng công cộng, tại các khu vực như đại sảnh, hành lang gần như được
thắp sáng liên tục 24 giờ/ngày. Hiện nay để tiết kiệm điện, hầu hết các tòa nhà đều sử
dụng loại bóng đèn tiết kiệm điện có hiệu suất cao như Compac, đèn huỳnh quang
phục vụ chiếu sáng các khu vực sảnh, lành lang.
+ Chiếu sáng sự cố: Đảm bảo đủ độ chiếu sáng cần thiết và chỉ dẫn cho người
nhận biết hướng thoát ra khỏi tòa nhà trong những tình huống khẩn cấp. Hiện nay
chiếu sáng sự cố tại các tòa nhà chủ yếu sử dụng loại bóng đèn Offline có nguyên lý:
Nguồn cấp luôn liên tục, bóng đèn sử dụng loại bóng Compac kết hợp với lưu điện. Hệ
thống đèn này có 2 chế độ: Sáng liên tục hoặc sẽ sáng lên khi bị mất nguồn điện lưới.
Đèn chiếu sáng sự cố thường được lắp tại các lối dẫn lên cầu thang, hành lang hoặc
cửa ra vào các khu vực quan trọng thuộc tòa nhà.
+ Chiếu sáng trang trí: Thường sử dụng các loại bóng đèn khác nhau, kể cả hệ
thống bóng đèn có công suất lớn như đèn Halogen, đèn hơi Natri, ....
+ Chiếu sáng khác.
Hệ thống cấp nguồn chiếu sáng tại các tòa nhà gồm có nguồn chiếu sáng thông
thường và nguồn cấp dự phòng cho chiếu sáng sự cố:
Nguồn cấp chiếu sáng sự cố thường là cho các tủ ác qui và quạt thông gió sử
dụng điện một chiều và có công suất tiêu thụ nhỏ, không đáng kể so với công suất tiêu
thụ điện của tòa nhà.
Nguồn cấp cho chiếu sáng trang trí và chiếu sáng công cộng thường có công
suất tiêu thụ khá lớn được cấp qua 1 tủ điều khiển riêng và phân ra Phụ tải chiếu sáng
liên tục (dành cho đại sảnh, hành lang, cầu thang và các khu vực trang trí, quảng cáo),
phụ tải chiếu sáng không liên tục như trong phòng, nơi làm việc – do người sử dụng
trực tiếp điều khiển bật tắt mở theo yêu cầu hoặc loại chiếu sáng có điều khiển (đèn
đường, sân vườn, chiếu sáng ngoài nhà, chiếu sáng quảng cáo bên ngoài, .... được điều
khiển bằng PLC theo thời gian và phân cấp lựa chọn theo yêu cầu cần điều khiển).
16
Chương II: Khảo sát một số hệ thống cụ thể, các số liệu hiện trường và công nghệ
Phụ tải chiếu sáng sự cố và chiếu sáng liên tục chỉ bố trí tại một số khu vực nhỏ
trong tòa nhà và có công suất tiêu thụ không lớn so với công suất của toàn hệ thống
chiếu sáng. Do vậy việc tiết kiệm năng lượng được các chủ đầu tư công trình tập trung
vào cho bộ phận chiếu sáng có điều khiển (thường sử dụng với không gian rộng và
công suất chiếu sáng lớn).
Sơ đồ này có mặt tại hầu hết các tòa nhà được khảo sát và cơ bản có nguyên lý
giống nhau. Các tòa nhà chỉ khác nhau về bố trí hiện trường và công suất sử dụng.
2.4. Hệ thống cung cấp nước sinh hoạt và chữa cháy
Để phục vụ nhu cầu và đảm bảo an toàn cho tòa nhà và con người, hệ thống cấp
nước bao giờ cũng gồm: Bể chứa nước ngầm, hệ thống cấp nước sinh hoạt và hệ thống
nước chữa cháy.
Hệ thống bơm nước sinh hoạt thường bố trí ít nhất 02 tổ bơm. Nước được bơm
từ bể dự phòng (bể ngầm) lên bể nước tầng thượng, mức nước trên bể được điều khiển
dưới dạng van phao, van phao đặt ở một mức nước cố định, khi nước sử dụng tới mức
dưới van phao thì van sẽ cấp điện cho bơm hoạt động. Khi nước trong bể đã đạt đến
mức cao nhất định theo van phao đặt thì bơm sẽ được ngắt điện ra. Đối với các nhà cao
trên 20 tầng, mỗi tổ bơm thường có 2 bơm: Bơm sơ cấp và bơm tăng áp. Bơm tăng áp
thường được đặt từ tầng thứ 10 (tầng kỹ thuật) trở lên, và theo tỷ lệ đó có thể bố trí
nhiều tầng bơm tăng áp khi số tầng của tòa nhà tương đối lớn. Các bơm có tủ điều
khiển riêng, tuy nhiên hầu hết đều đơn giản, động cơ thường điều khiển khởi động trực
tiếp hoặc khởi động đổi nối Y/∆ và lắp đặt Biến tần.
Hệ thống bơm nước chữa cháy thường có ít nhất 02 bơm cho mỗi tòa nhà và
được bố trí thành hệ thống riêng, sử dụng bơm có cột áp cao, lấy nước từ bể nước
ngầm trong tòa nhà và bể nước chuyên phục vụ chữa cháy nhằm cấp nước cho các
họng nước cứu hỏa đặt tại các vị trí có nguy cơ cháy, nổ hoặc các đầu phun nước hệ
thống chữa cháy tự động khi có cháy xảy ra. Để đảm bảo yêu cầu chữa cháy, hệ thống
bơm cứu hỏa còn trang bị 1 hoặc 2 bơm chạy bằng động cơ diezen trong trường hợp có
sự cố cháy liên quan đến điện phải cắt toàn bộ nguồn điện của tòa nhà. Hệ thống bơm
và đường ống cứu hỏa được đánh dấu màu đỏ để phân biệt với các đường ống cấp
nước thông thường và các loại đường ống khác. Do là hệ thống thường xuyên không
17
Chương II: Khảo sát một số hệ thống cụ thể, các số liệu hiện trường và công nghệ
hoạt động nên không đặt ra yêu cầu về điều khiển và tự động hóa cao cho bơm nước
chữa cháy.
Hình 2.2: Trạm bơm nước chữa cháy tại tòa nhà.
Số liệu hiện trường:
* Khách sạn Hà Nội: Tổ bơm gồm có 04 bơm, công suất mỗi bơm là 18 kW
gồm 2 bơm nước sinh hoạt, 1 bơm nước thải và 1 bơm dự phòng.
* Khách sạn Bảo Sơn:
STT
Loại
Công suất
Số lượng
Số giờ sử
(kW)
(cái)
dụng (giờ)
1 Bơm nước sinh hoạt
2 Bơm nước thải
3 Bơm nước chữa cháy
Tổng cộng
18
5,5
1
6
3
2
6
18,5
1
27
4
