Nghiên cứu đề xuất các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiểu quả cho công ty thoát nước và xử lý nước thải đà nẵng

1
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN PHÚ QUÝ

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP
SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG TIẾT KIỆM VÀ
HIỆU QUẢ CHO CƠNG TY THỐT NƢỚC VÀ
XỬ LÝ NƢỚC THẢI ĐÀ NẴNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số
: 60 52 02 02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng – Năm 2017


2
Cơng trình được hồn thành tại
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐOÀN ANH TUẤN

Phản biện 1: TS. TRẦN VINH TỊNH
Phản biện 2: TS. LÊ KỶ

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt

nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật điện họp tại Trường Đại học Bách khoa vào
ngày 13 tháng 5 năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học
Bách khoa
 Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN


3
LỜI MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Năng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng có vai trị
rất quan trọng và ảnh hưởng đến mọi lĩnh vực đời sống kinh tế xã
hội, đồng thời cũng là yếu tố duy trì sự sống trên trái đất. Trong
tương lai, nhiên liệu hóa thạch như dầu thơ, than đá, khí tự nhiên,
chiếm đa phần nhiên liệu sẽ bị cạn kiệt, đồng thời việc sử dụng các
dạng năng lượng này đã và đang gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng
ảnh hưởng đến môi trường sống. Đây là những vấn đề rất lớn của
tồn cầu. Do đó vấn đề sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đã
được các nước phát triển quan tâm.
Từ đó, để sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, trước tiên
cần phải có các hoạt động quản lý năng lượng một cách chặt chẽ của
các doanh nghiệp, các cơ sở tiêu thụ năng lượng để tìm ra các giải
pháp tiết kiệm năng lượng. Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và
hiệu quả đã được Quốc Hội thơng qua theo Nghị Quyết số
51/2001/QH10, vì thế việc tiến hành nghiên cứu đề xuất các giải
pháp tiết kiệm năng lượng là rất cần thiết. Một trong những giải pháp
để tiết kiệm năng lượng nói chung, năng lượng điện nói riêng mà
nhiều nước trên thế giới và Việt Nam áp dụng đó là chương trình

quản lý nhu cầu DSM (Demand Side Managent).
Nhận thức được tầm quan trọng của việc tiết kiệm năng lượng
nói chung, điện năng nói riêng và sự ảnh hưởng của động cơ KĐB
trong việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, đó là lý do mà
tác giả nghiên cứu đề xuất các giải pháp sử dụng năng lượng tiết
kiệm và hiệu quả cho Công ty Thốt nước và Xử lý nước thải Đà
Nẵng, từ đó áp dụng một số giải pháp cụ thể đối với các trạm bơm
nước thải trên địa bàn Thành phố Đà Nẵng.


4
2. Mục đích và mục tiêu nghiên cứu đề tài
2.1. Mục đích nghiên cứu
- Khảo sát, đánh giá thực trạng sử dụng năng lượng khi sử dụng
động cơ không đồng bộ ba pha tại các trạm bơm nước thải tại thành
phố Đà Nẵng.
- Tính tốn, lựa chọn các thiết bị điều khiển tối ưu nâng cao hiệu
suất sử dụng năng lượng, cải thiện môi trường, thực hiện phát triển
kinh tế - xã hội bền vững, qua đó góp phần đảm bảo an ninh năng
lượng của đất nước.
2.1.1. Các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
trong sản xuất
Nghiên cứu các giải pháp sau đây:
- Giải pháp tiết kiệm năng lượng trong khâu quản lý
- Giải pháp tiết kiệm năng lượng trong khâu kỹ thuật:
2.1.2. Nghiên cứu đề xuất, ứng dụng các thiết bị điều khiển tối
ưu đối với động cơ không đồng bộ
Nghiên cứu công nghệ, từ đó đề xuất các giải pháp sử dụng các
các thiết bị điều khiển tối ưu hệ thống động cơ không đồng bộ, hệ
thống máy bơm,…

2.1.3. Tính tốn hiệu quả vốn đầu tư, thời gian đầu tư, thời
gian hoàn vốn
2.2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu các chiến lược của chương trình quản lý, các giải
pháp sử dụng năng lượng hiệu quả đối với động cơ KĐB, tiết kiệm
điện năng chủ yếu bằng phương pháp bù công suất phản kháng và
điều chỉnh tốc độ động cơ bằng bộ biến tần, áp dụng cụ thể cho các
trạm bơm nước thải Đà Nẵng.


5
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Đối tượng nghiên cứu
- Phụ tải điện là động cơ KĐB nói chung và một số loại tải là
động cơ KĐB của các trạm bơm nước thải trên địa bàn TP Đà Nẵng.
- Đề tài đi sâu vào việc nghiên cứu tính toán, lựa chọn thiết bị tối
ưu điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha tiết kiệm điện năng.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu các giải pháp điều khiển động cơ.
- Nghiên cứu hiệu quả của các giải pháp sử dụng năng lượng
hiệu quả đối với động cơ KĐB, áp dụng một số giải pháp góp phần
tiết kiệm điện năng cho các trạm bơm nước thải thuộc Công ty thoát
nước và Xử lý nước thải Đà Nẵng.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
4.1. Phương pháp thực nghiệm: áp dụng các lý thuyết đã nghiên cứu
để tính tốn cho cho các trạm bơm nước thải Đà Nẵng.
4.2. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu các tài liệu,
sách, báo, chuyên đề, giáo trình, bài giảng.
- Nghiên cứu tư liệu về các thiết bị điều khiển tối ưu động cơ

không đồng bộ ba pha của các nước trên thế giới.
- Phân tích và tổng hợp các số liệu từ các dây chuyền vận hành
để tính tốn lựa chọn thiết bị điều khiển tối ưu động cơ không đồng
bộ ba pha.
4.3. Phương pháp thu thập và xử lý thông tin
- Khảo sát hệ thống dây chuyền công nghệ, thu thập thông tin về
khả năng phát triển và nâng cấp dây chuyền vận hành.
- Thu thập những số liệu thống kê, tài liệu: Thu thập thơng tin về
chi phí sử dụng năng lượng, giá điện,…


6
- Khảo sát và đo đạc các thông số liên quan đến việc sử dụng
năng lượng như: Cường độ dòng diện, hệ số cosφ,…
- Phân tích kinh tế tài chính: Tính tốn hiệu quả đầu tư, vốn đầu
tư, thời gian đầu tư, thời gian hoàn vốn khi sử dụng các thiết bị điều
khiển tối ưu động cơ KĐB ba pha.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Nghiên cứu và đề xuất các giải pháp tính tốn, lựa chọn thiết bị
điều khiển tối ưu và sử dụng năng lượng hiệu quả đối với phụ tải là
động cơ không đồng bộ qua đó tiết kiệm được điện năng, giảm chi
phí xử lý vận hành của Cơng ty, góp phần cải thiện mơi trường, từ đó
có thể nhân rộng việc áp dụng giải pháp cho các nhà máy xử lý nước
thải khác.
6. Tên tiểu luận
Căn cứ vào đối tượng và phạm vi nghiên cứu, mục đích, mục
tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, luận văn được đặt tên:”Nghiên cứu đề
xuất các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả cho
Công ty thoát nước và Xử lý nước thải Đà Nẵng”
7. Bố cục

Luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận, gồm có ba chương như
sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về Cơng ty Thoát nước và Xử lý nước
thải Đà Nẵng và chương trình DSM
Chƣơng 2: Các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong vận hành
và phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha bằng thiết
bị biến tần.
Chƣơng 3:Tính tốn đề xuất các giải pháp tiết kiệm điện năng
cho các trạm bơm nước thải tại Cơng ty Thốt nước và Xử lý nước
thải Đà Nẵng.


7
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CƠNG TY THỐT NƢỚC VÀ XỬ LÝ
NƢỚC THẢI ĐÀ NẴNG VÀ CHƢƠNG TRÌNH DSM
1.1. Tổng quan về cơng ty thốt nƣớc và xử lý nƣớc thải Đà Nẵng

1.1.1. Giới thiệu chung về Cơng ty
Cơng ty Thốt nước và xử lý nước thải Đà Nẵng có trụ sở chính
tại số 18 đường Hồ Nguyên Trừng - Phường Hòa Cường Nam - Quận
Hải Châu – thành phố Đà Nẵng.
1.1.2. Chức năng và nhiệm vụ của công ty
a. Chức năng
Quản lý, vận hành và bảo dưỡng toàn bộ hệ thống thoát nước
và xử lý nước thải trên địa bàn thành phố Đà Nẵng.
b. Nhiệm vụ
- Lập hồ sơ quản lý, quản lý khai thác và vận hành toàn bộ hệ
thống thốt nước đơ thị bao gồm cả hệ thống xử lý nước thải;
- Xây dựng kế hoạch ngắn hạn, dài hạn và thường xuyên tổ chức

kiểm tra, duy tu sửa chữa, nạo vét, xây dựng bổ sung các công trình,
hệ thống thốt nước đơ thị;
- Thực hiện các nhiệm vụ khác do UBND thành phố và Giám
đốc Sở Tài Nguyên và Môi Trường giao.
1.2. Hiện trạng nguồn nhân lực
- Ban Giám đốc: 04 người
- Phòng tổ chức – Hành chính: 14 người
- Phịng kế tốn: 07 người
- Phịng kỹ thuật: 14 người
- Phịng kế hoạch: 06 người
- Phịng cơng nghệ môi trường nước thải: 10 người


8
- Trạm Xử lý nước thải Sơn Trà: 21 người
- Trạm Xử lý nước thải Hòa Cường: 29 người
- Trạm Xử lý nước thải Phú Lộc: 38 người
- Trạm Xử lý nước thải Ngũ Hành Sơn: 28 người
- Trạm Xử lý nước thải Thọ Quang: 26 người
- Xưởng cơ khí : 23 người
- Đội quản lý duy tu : 14 người
1.3. Tổng quan về các trạm bơm nƣớc thải cấp I
1.3.1. Hệ thống các trạm bơm nước thải cấp I
Hệ thống các trạm bơm nước thải cấp 1 tổng cộng có 09 trạm
bơm (SPS) thuộc 04 lưu vực nằm trên địa bàn thành phố Đà Nẵng đó
là lưu vực Sơn Trà, lưu vực Ngũ Hành Sơn, lưu vực Phú Lộc, lưu
vực Hòa Cường, được xây dựng nhằm thu gom nước thải từ các
tuyến Tuyến cống Thu gom Tự chảy hoặc các Cấu trúc Chuyển dịng.
1.3.2. Qui trình bơm nước thải
Hệ thống nước thải thu gom được chảy về trạm bơm đến mức tự

động khởi động máy bơm đầu tiên trong trạm bơm sau khi nước thải
trong giếng bơm này đạt đến một cao độ nào đó sẽ khởi động các
bơm kế tiếp khi nước vẫn còn tăng và lên đến các mực nước đã xác
định tiếp theo, Sự ngừng bơm cũng được thiết lập tự động.
Tất cả các trạm bơm nước thải cấp 1 là các trạm bơm có cơng
suất nhỏ từ 5,9KW đến 13,5KW, khởi động trực tiếp và bơm nước
thải từ giếng bơm lên đưa vào đường ống nâng chính dẫn về các trạm
bơm cuối tuyến hoặc về 4 trạm xử lý theo hiệu lệnh bơm của tủ điện
điều khiển và nhân viên vận hành tại phòng SCADA.
1.3.3. Các thiết bị trong trạm bơm nước thải SPS cấp I
Tất cả các thiết bị trong hệ thống trạm bơm điều giống nhau
gồm:


9
- Từ 02 đến 03 động cơ bơm chìm cho 1 tram bơm SPS.
- 01 tủ điện điều khiển gồm: Áp tô mát, công tắc tơ, role nhiệt,
bảo vệ mất pha, các dụng cụ đo đếm dòng, áp, bộ PLC …
1.3.4. Sơ đồ điện hệ thống bơm
1.3.5. Nguyên lý làm việc
 Điều khiển bằng tay (Manual):
Chế độ này hệ thống bơm sẽ được quan sát và điều khiển tại
chỗ.
 Điều khiển tự động (Auto):
Chế độ này được thực hiện giám sát và điều khiển tự động, có
thể can thiệp vào PLC để thay đổi các dữ liệu và trạng thái, ở chế độ
này tại trung tâm cũng theo dõi được các trạng thái bơm.
1.4. Tổng quan về trạm bơm nƣớc thải cấp II
1.4.1. Hệ thống các trạm bơm nước thải cấp II
Cũng như hệ thống trạm bơm cấp I hệ thống trạm bơm nước thải

cấp II cũng có 09 trạm bơm (SPS) thuộc 04 lưu vực nằm trên địa bàn
thành phố Đà Nẵng đó là lưu vực Sơn Trà, Ngũ Hành Sơn, Phú Lộc,
Hòa Cường, được xây dựng nhằm thu gom nước thải từ các tuyến
Tuyến cống thu gom tự chảy hoặc các Cấu trúc Chuyển dịng.
Cơng suất máy bơm từ 18,5KW đến 44KW.
1.4.2. Qui trình bơm nước thải
Giống như vận hành bơm cấp I hệ thống nước thải được thu gom
chảy về trạm bơm đến mức tự động khởi động máy bơm đầu tiên
trong một trạm bơm sau khi nước thải trong giếng bơm này đạt đến
một cao độ nào đó sẽ khởi động các bơm kế tiếp khi nước vẫn còn
tăng và lên đến các mực nước đã xác định tiếp theo, khi đó nước thải
được đẩy về trạm xử lý của các lưu vực. Sự ngừng bơm cũng được
thiết lập tự động.


10
1.4.3. Giếng bơm nước thải SPS
Mỗi giếng bơm nước thải cấp II gồm 2 đến 3 máy bơm chìm
hiệu Flygt của Thụy Điển.
1.4.4. Nguyên lý làm việc của trạm bơm SPS cấp II
Giống như hệ thống điện trạm bơm cấp I hệ thống trạm bơm cấp
II cũng vận hành có 2 chế độ: Điều khiển bằng tay (Man) và điều
khiển tự động (Auto).
1.5. Tổng quan về chƣơng trình DSM
1.5.1. Vấn đề năng lượng trên thế giới và ở Việt Nam
1.5.1.1. Tiềm năng năng lượng trên thế giới
- Than: Ước tính khoảng 1.083 tỷ tấn, tập trung ở Mỹ, Liên Xô,
Trung Quốc, Úc, Ấn Độ, Đức và Nam Phi.
- Dầu mỏ: 125,8 nghìn tỷ thùng. Trong đó: 63% nằm ở Trung
Đơng, 13% nằm ở Trung và Nam Mỹ, 24% nằm rải rác các nơi khác.

- Khí: 100.000 tỷ m³. Trong đó: 36% nằm ở Trung Đông, 30%
nằm ở các nước SNG “ Liên Xô cũ”, 34% nằm rải rác các nơi khác.
- Năng lượng nguyên tử: 4.5 triệu tấn.
1.5.1.2. Tiềm năng năng lượng ở Việt Nam
- Than: Chủ yếu tập trung khu vực Đơng Bắc chiếm 90%.
- Dầu mỏ và khí: Tổng trữ lượng dầu mỏ và khí ở nước ta vào
khoảng 3,75 tỷ m3 dầu khí đã quy đổi, trong đó 1,25 tỷ m3 là khí đốt.
- Thủy điện: Tiềm năng còn khoảng 75-80 tỷ kWh/năm
- Năng lượng nguyên tử: Có khoảng 320.000 tấn U3O8, trước
mắt có thể khai thác 6.000 tấn với giá ≤80 USD/kg
1.5.2. Vai trò của quản lý nhu cầu DMS
1.5.2.1. Khái niệm chung về DSM
DSM là tập hợp các giải pháp Kỹ Thuật – Công nghệ - Kinh tế Xã hội nhằm sử dụng điện năng một cách hiệu quả và tiết kiệm. DSM


11
nằm trong chương trình tổng thể quản lý nguồn cung cấp (SSMSupply Side Management) và quản lý nhu cầu sử dụng điện năng
(DSM-Demand Side Management).
1.5.2.2. Chiến lược của DSM
 Điều khiển nhu cầu điện năng phù hợp với khả năng cung
cấp điện một cách kinh tế nhất.
 Nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của các hộ dùng
điện.
1.6. Kết luận
Trong chương 1 trình bày 2 phần:
Phần 1 là tổng quan về Công ty và hệ thống các trạm bơm nước
thải (SPS) cấp I, cấp II của Cơng ty Thốt nước và Xử lý nước thải
Đà Nẵng chủ yếu là lưu lượng nước thải thu gom rồi bơm đi để cung
cấp cho các trạm xử lý và tiêu thụ điện năng tại các trạm bơm cấp I
và trạm bơm cấp II, sơ đồ hệ thống điện trạm bơm nước thải cấp I và

trạm bơm nước thải cấp II.
Phần 2 là tổng quan về DSM. Nói chung DSM là một chương
trình mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng rất cao đã được thực
hiện ở nhiều quốc gia trên thế giới. Ở nước ta chương trình DSM
thực hiện tuy có phần chậm hơn so với các nước khác nhưng tiềm
năng thực hiện DSM rất lớn. DSM thực sự là một công cụ rất hữu ích
khơng chỉ cho các hộ dùng điện mà cịn đem lại hiệu quả cho tập
đồn điện lực Việt Nam, chủ động quản lý và điều khiển nhu cầu
điện năng phù hợp với cung cấp một cách hiệu quả . Chiến lược của
DSM được thực hiện thông qua hai giải pháp cơ bản.
Nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của các thiết bị điện.
Điều chỉnh nhu cầu tiêu thụ điện nhằm san bằng đồ thị phụ tải.


12
CHƢƠNG 2
CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG TRONG VẬN
HÀNH VÀ PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ BA PHA BẰNG THIẾT BỊ BIẾN TẦN
2.1. Tổng quan về động cơ không đồng bộ ba pha
2.1.1. Cấu tạo
Động cơ không động bộ là động cơ rất thông dụng, được sử
dụng cho các thiết bị khác nhau trong công nghiệp. Sở dĩ loại động
cơ này thơng dụng như vậy là vì chúng có thiết kế đơn giản, rẻ tiền,
dễ bảo trì, có thể nối trực tiếp với nguồn điện xoay chiều.
a. Các bộ phận
Một động cơ điện khơng đồng bộ có hai bộ phận điện cơ bản:
- Rôto và Stato.
b. Phân loại động cơ không đồng bộ
- Động cơ không đồng bộ một pha

- Động cơ không đồng bộ ba pha.
2.1.2. Ứng dụng động cơ không đồng bộ
Ngày nay các hệ thống truyền động điện được sử dụng rất rộng
rãi trong các thiết bị, dây truyền sản xuất công nghiệp, giao thông
vận tải, các thiết bị điện dân dụng. Động cơ khơng đồng bộ có nhiều
ưu điểm như sau: kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao,
giá thành hạ, có khả năng làm việc trong mơi trường độc hại v.v.
2.2. Một số giải pháp tiết kiệm năng lƣợng trong vận hành
2.2.1. Thay động cơ tiêu chuẩn bằng động cơ hiệu suất cao
2.2.2. Giảm mức non tải tránh sử dụng động cơ quá lớn
2.2.3. Chọn công suất động cơ cho tải thay đổi
2.2.4. Nâng cao chất lượng điện


13
2.3. Giải pháp điều chỉnh hệ số công suất
Hệ số công suất cosφ là một chỉ tiêu để đánh giá các trạm bơm
dùng điện có hợp lý, tiết kiệm hay không, việc tiết kiệm điện năng và
nâng cao hệ số công suất cosφ là một chủ trương lâu dài, gắn liền với
việc phát huy hiệu quả trong quá trình sản xuất và sử dụng điện năng.
2.3.1. Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất
 Giảm được công suất tổn thất trong mạng điện
 Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện
 Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp
2.3.2. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất
2.3.2.1. Nâng cao hệ số công suất cosφ tự nhiên
 Thay đổi và cải tiến qui trình cơng nghệ để các thiết bị điện
làm việc ở chế độ hợp lý nhất.
 Thay đổi động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng
động cơ có cơng suất nhỏ hơn.

 Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải
 Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ
 Thay thế những máy biến áp làm việc non tải có dung
lượng nhỏ hơn.
2.3.2.2. Nâng cao hệ số công suất cosφ bằng phương pháp bù.
Bằng cách đặt các thiết bị bù ở gần các hộ dùng điện để cung
cấp công suất phản kháng cho chúng, giảm được lượng công suất
phản kháng phải truyền tải trên đường dây do đó nâng cao được hệ số
cơng suất cosφ của mạng. Biện pháp bù không làm giảm lượng công
suất phản kháng tiêu thụ của các hộ dùng điện mà giảm được lượng
công suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây.
2.3.3. Bù công suất phản kháng
Để đánh giá hiệu quả của việc giảm tổn thất công suất tác dụng


14
người ta đưa ra một chỉ tiêu gọi là đương lượng kinh tế của công suất
phản kháng: kkt
“Đương lượng kinh tế của công suất phản kháng là lượng công suất
tác dụng (kW) tiết kiệm được khi bù (kVAr) công suất phản kháng”.
Như vậy nếu biết kkt và lượng công suất bù Qbù, chúng ta tính
được cơng suất tác dụng tiết kiệm được do bù là:
∆Ptk = kkt.Qbù

(2.7)

2.3.4. Xác định dung lượng bù
Dung lượng bù được xác định theo công thức sau:
Qbù = P(tgφ1-tgφ2)α (kVAr)

(2.14)

Xét về mặt tổn thất công suất tác dụng của hộ dùng điện, thì
dung lượng bù có thể xác định theo quan điểm tối ưu như sau:
Do bù có thể tiết kiệm được một lượng cơng suất tác dụng là:
∆Ptk = kkt.Qbù – kbù.Qbù = Qbù.(kkt – kbù)

(2.15)

2.3.5. Các thiết bị bù
2.3.5.1. Tụ điện
Tụ điện là loại thiết bị điện tĩnh có những ưu nhược điểm sau:
Suất tổn thất cơng suất tác dụng bé, khơng có phần quay nên lắp ráp
bảo quản dễ dàng, tụ điện được chế tạo thành từng đơn vị nhỏ, vì vậy
tùy theo sự phát triển của phụ tải trong sản xuất mà chúng ta ghép
dần tụ điện vào mạng, làm cho hiệu suất sử dụng cao và khơng phải
chi phí nhiều vốn đầu tư ngay một lúc. Tụ điện thường dùng ở các xí
nghiệp trung bình và nhỏ, địi hỏi dung lượng bù không lớn.
2.3.5.2. Máy bù đồng bộ
Máy bù đồng bộ là động cơ đồng bộ làm việc ở chế độ khơng
tải, do khơng có phụ tải trên trục nên máy bù đồng bộ được chế tạo
gọn nhẹ, rẻ tiền hơn so với động cơ đồng bộ cùng công suất. Ở chế
độ q kích thích máy bù phát ra cơng suất phản kháng cung cấp cho


15
mạng, cịn ở chế độ thiếu kích thích máy bù tiêu thụ cơng suất phản
kháng của mạng. Vì vậy, ngồi cơng dụng bù cơng suất phản kháng
máy bù cịn là thiết bị tốt để điều chỉnh điện áp, nó thường được đặt ở
những điểm cần điều chỉnh điện áp của hệ thống điện. Nhược điểm

của máy bù là có phần quay nên lắp ráp bảo quản, vận hành phức tạp.
Để kinh tế máy bù thường được chế tạo với công suất lớn, do đó nó
thường được dùng ở những nơi cần bù tập trung với dung lượng lớn.
2.3.6. Vị trí đặt thiết bị bù
 Máy bù đồng bộ: vì có công suất lớn nên thường đặt tập
trung ở những điểm quan trọng của hệ thống điện.
 Tụ điện: Có thể đặt ở mạng điện áp cao hoặc ở mạng điện
áp thấp.
2.4. Các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ khơng đồng bộ
ba pha
Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ như sau:
- Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rôto
- Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp stato
- Điều chỉnh bằng cách thay đối số đôi cực từ
- Điều chỉnh bằng cuộn kháng bão hòa
- Điều chỉnh bằng phương pháp nối tầng
- Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số nguồn f1.
Trong các phương pháp trên, thì phương pháp điều chỉnh bằng
cách thay đổi tần số cho phép điều chỉnh cả mômen và tốc độ với
chất lượng cao nhất. Sau đây xin trình bày phương pháp điều chỉnh
động cơ khơng đồng bộ bằng cách thay đổi tần số nguồn f1, thay đổi
điện áp.


16
2.4.1. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi điện áp
nguồn
Để thay đổi điện áp người ta dùng bộ biến đổi có điện áp ra tùy
theo tín hiệu điều khiển đặt vào. Nếu bỏ qua tổng trở của nguồn và
không dùng điện trở phụ trong mạch rôto.

2.4.2. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi tần số
nguồn
Với một số động cơ khi đã chế tạo thì số đơi cực (Pp) cố định.
Do đó khi thay đổi tần số thì sẽ dẫn đến tốc độ động cơ thay đổi. Khi
điều chỉnh tần số động cơ khơng đồng bộ thường phải điều chỉnh cả
điện áp, dịng điện hoặc từ thông trong mạch stato. Do kháng trở, từ
thơng và dịng điện của động cơ bị thay đổi.
Việc thay đổi tần số nguồn f1 hoặc thay đổi số đơi cực, có thể
điều chỉnh được tốc độ của động cơ KĐB. Khi động cơ đã được chế
tạo thì số đôi cực từ không thể thay đổi được. Nên chỉ thay đổi tần số
nguồn f1 bằng cách thay đổi tần số nguồn thì sẽ điều chỉnh được tốc
độ của động cơ. Nhưng khi tần số giảm, trở kháng của động cơ giảm
theo. Kết quả là làm cho dòng điện và từ thông của động cơ tăng lên.
2.5. Phƣơng pháp điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha
bằng thiết bị biến tần
2.5.1. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ khi thay đổi tần số
Các phương pháp điều chỉnh chủ yếu có thể thực hiện:
+ Trên stator: Thay đổi điện áp đưa vào dây quấn stator, thay đổi
số đôi cực từ của dây quấn stator, thay đổi tần số của nguồn điện.
+ Trên rotor: Thay đổi điện trở rotor, nối cấp, đưa sức điện động
phụ vào rotor.
Khi hệ số trượt thay đổi ít thì tốc độ động cơ điện khơng đồng
bộ thay đổi tỉ lệ thuận với tần số. Phương pháp điều chỉnh tốc độ


17
bằng thay đổi tần số là một phương pháp điều chỉnh trơn trượt, phạm
vi điều chỉnh rộng nhưng đòi hỏi phải có nguồn điện đặc biệt có tần
số biến đổi được, do đó chỉ được dùng khi cần điều chỉnh tốc độ của
một nhóm động cơ điện có tốc độ thay đổi theo cùng một quy luật.

Tóm lại: khi thay đổi tần số điều chỉnh tốc độ ta phải đồng thời
điều chỉnh điện áp đưa vào động cơ điện.
2.5.2. Các bộ biến tần dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ
a. Bộ biến tần trực tiếp dùng Thyristor
Bộ biến tần trực tiếp dùng Thyristor biến đổi trực tiếp nguồn
xoay chiều ba pha U1, f1 bằng hằng số thành nguồn xoay chiều ba pha
có U2, f2 biến đổi. Bộ biến tần gồm 18 Thyristor chia cho ba pha, mỗi
pha chia làm 2 nhóm:
Nhóm có Catot nối chung lại với nhau gọi là nhóm thuận T,
cung cấp phần điện áp dương trên mỗi pha của động cơ.
Nhóm có Anot nối chung gọi là nhóm nghịch cung cấp điện áp
đầu ra cho nửa chu kỳ âm.
*Nhận xét:
- Hiệu suất cao vì tổn thất năng lượng không đáng kể, không cần
dùng tụ chuyển mạch.
- Làm việc ở chế độ tĩnh nên thuận tiện đối với những cơ cấu di
chuyển nhiều.
- Gam tần số hẹp, nhạy cảm với những biến động của lưới điện
- Dùng nhiều Thyristor, mạch điều khiển phức tạp.
b. Bộ biến tần dùng Thyristor có khâu trung gian một chiều
Bộ biến tần có khâu trung gian một chiều là bộ biến đổi hai tầng,
nhóm chỉnh lưu có chức năng biến đổi dịng điện xoay chiều thành
dòng điện một chiều, sau khi qua bộ lọc điện áp một chiều được
nghịch lưu thành điện áp xoay chiều có tần số biến đổi. Nhóm nghịch


18
lưu ở đây làm việc độc lập với lưới, nghĩa là các van của chúng
chuyển mạch cho nhau theo chế độ cưỡng bức, ta gọi nghịch lưu này
là nghịch lưu áp. Tần số đầu ra được điều chỉnh nhờ thay đổi chu kỳ

đóng cắt các van trong nhóm nghịch lưu cịn điện áp ra có thể điều
chỉnh nhờ thay đổi góc mở của các van trong nhóm chỉnh lưu.
Các Thyristor của nghịch lưu chuyển mạch theo tín hiệu điều
khiển nên cực tính điện áp trên mỗi pha stator thay đổi theo tần số
điều khiển.
*Nhận xét:
- Bộ biến tần điện áp gián tiếp có hai dải điều tần rộng, tần số ra
f2 có thể lớn hơn hoặc nhỏ hơn tần số vào f1, do đó có thể điều chỉnh
vơ cấp được, việc điều chỉnh U2, f2 đơn giản biến tần trực tiếp.
- Dùng ít Thyristor, mạch điều khiển đơn giản.
- Qua hai lần biến đổi nên hiệu suất không cao bằng biến tần
trực tiếp.
2.6. Kết luận
Trong các giải pháp sử dụng năng lượng và hiệu quả đối với
động cơ KĐB, hai giải pháp điều chỉnh hệ số công suất (HSCS) bằng
cách lắp tụ bù và điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần là có hiệu
quả nhất. Giải pháp bù đã có những ý nghĩa hết sức quan trọng, từ đó
đã xác định được dung lượng bù như thế nào cho phù hợp và vị trí
đặt thiết bị bù. Từ nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng
cách thay đổi tần số, ta đã nghiên cứu nguyên lý làm việc của bộ biến
tần và ứng dụng giải pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần đã
mang lại hiệu quả về tiết kiệm năng lượng của những động cơ tương
thích. Việc ứng dụng cụ thể hai giải pháp này cho các trạm bơm nước
thải tại Đà Nẵng sẽ trình bày trong chương tiếp theo.


19
CHƢƠNG 3
TÍNH TỐN ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN
NĂNG CHO CÁC TRẠM BƠM NƢỚC THẢI TẠI CƠNG TY

THỐT NƢỚC VÀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI ĐÀ NẴNG

3.1. Các trạm bơm nƣớc thải cấp I
3.1.1. Hiện trạng
Hiện nay Công ty đang sử dụng 9 trạm bơm cấp I để bơm nước
thải đến các trạm bơm trung chuyển và sau đó được đưa về trạm xử
lý với công suất mỗi động cơ là 5,9KW, 11KW, 13,5 KW. Các trạm
bơm này vận hành liên tục bơm vào đường ống chính từ 250 đến 630
mm về tới trạm bơm nước thải cấp 2 và trạm xử lý. Thời gian vận
hành trung bình trong 1 ngày đêm của một trạm là 20 ÷ 22 giờ kể cả
giờ cao điểm.
3.1.2. Qui trình sản xuất
Tổng hợp về tình hình sản suất tiêu thụ điện năng, lưu lượng
nước của các trạm bơm nước thải cấp I năm 2016: lượng điện tiêu thụ
là 735.430 kWh, lưu lượng nước thải cung cấp là 15.624.675 m3.

3.1.3. Thông số các động cơ bơm
3.2. Các trạm bơm nƣớc thải cấp II
3.2.1. Hiện trạng
Các trạm bơm nước thải cấp 2 sử dụng 09 trạm bơm với công
suất mỗi trạm bơm là từ 18,5kW đến 44 kW. Trong đó mỗi trạm bơm
có 2, 3 động cơ vận hành liên tục và 01 động cơ dự phòng. Các động
cơ làm việc liên tục ở chế độ đầy tải. Trong khi đó nhu cầu sử dụng
nước khác nhau trong các thời điểm. Vì vậy cần phải đưa ra giải pháp
khắc phục cho hệ thống bơm.


20
3.2.2. Qui trình sản xuất
Tổng hợp về tình hình sản suất tiêu thụ điện năng và lưu lượng

nước của các trạm bơm nước thải cấp II năm 2016: lượng điện tiêu
thụ trạm bơm nước thải cấp II là 2.738.956 kWh, lưu lượng nước
thải cung cấp được là 66.093.808 m3.
3.2.3. Thông số các động cơ bơm
3.3. Tính tốn đề xuất các giải pháp tiết kiệm điện năng các trạm
bơm nƣớc thải tại cơng ty thốt nƣớc và xử lý nƣớc thải Đà Nẵng
3.3.1. Tính tốn đề xuất giải pháp cho các trạm bơm cấp I
- Bù công suất nâng cao cos từ 0,88 lên 0,95
- Các cơng thức tính tốn: P1 =

Pdm

(3.1)



- Trong đó: P1 là cơng suất điện đầu vào của động cơ (kW).
Pđm là công suất định mức của động cơ (kW).
 là hiệu suất của động cơ.
Qbù = P1.(tgφ1-tgφ2)

(kVAr)

(3.2)

Qbù là dung lượng của bộ tụ bù cần tính (kVAr).
tg1, tg2 ứng với hệ số công suất cos1, cos2 trước, sau khi bù
∆Ptk = kkt.Qbù – kbù.Qbù = Qbù.(kkt – kbù)

(3.3)

Ptk là đương lượng kinh tế của công suất phản kháng, với động
cơ không đồng bộ của nhà máy qua một lần biến áp ta chọn:
kkt = 0,04  0,06 (kW/kVAr).
kbù là suất tổn thất công suất trong thiết bị bù, ta chọn:
kbù= 0,003  0,005 (kW/kVAr).
∆A = ∆Ptk.t
(3.4)
A là điện năng tiết kiệm được khi dùng thiết bị bù trong 1 năm
t là thời gian bù tính trong 1 năm (h)
∆C = ∆A.C
C là tiền điện ứng với 1 kWh (VNĐ/kWh)

(3.5)


21

V
(3.6)
ΔC
T là thời gian thu hồi vốn đầu tư thiết bị bù (tháng)
V là vốn đầu tư thiết bị bù và chi phí lắp đặt, vận hành (VNĐ)
MCO2 = ∆A.m
(3.7)
MCO2 là lượng khí thải giảm được nhờ lắp đặt thiết bị bù (tấn) m
là lượng khí thải đơn vị là 1 kWh (Tấn/kWh)
- Tính tốn cụ thể cho động cơ các trạm bơm:
Cơng ty có 5 trạm bơm nước thải SPS5, SPS8, SPS12, SPS18,
SPS33 có các máy bơm có cơng suất bằng nhau và bằng 5,9kW quá

nhỏ nên không cần bù và bỏ qua và ta tính tốn cho các trạm bơm có
cơng suất từ 11kW trở lên.
 Tính tốn cho 3 trạm bơm nƣớc thải SPS1, SPS2, SPS9:
 Tính toán cho trạm bơm nƣớc thải SPS3:
Bảng tổng hợp lắp đặt bộ tụ cho 4 trạm bơm nước thải cấp I
T=

Diễn giải

Đơn vị

Kết quả

kWh

556.110

kWh(%)

4.175(0,8)

VNĐ/kWh

1.518

Số tiền tiết kiệm được trong một năm (∆C)

VNĐ

6.338.000

Đầu tư mua bộ tụ bù (V)

VNĐ

5.625.000

Tổng dung lượng của các bộ tụ bù

kVAr

37,5

Tấn

5

Tháng

11

Tổng điện năng tiêu thụ một năm (4 trạm )
Điện năng tiết kiệm được trong một năm
Giá điện(C)

Tổng lượng khí thải CO2 giảm được
Thời gian hồn vốn (T)
* Nhận xét:

- Với 4/9 trạm bơm nước thải cấp I mỗi động cơ có cơng suất từ

11÷13,5 kW, hệ số công suất 0,88. Để nâng cao hệ số cơng suất lên
0,95 thì cần dung lượng bộ tụ bù có cơng suất 2,5÷5 kVAr/động cơ,


22
tiền đầu tư 5.625.000 VNĐ. Điện năng tiêu thụ hàng năm giảm giảm
4.175 kWh(0,8%), tiền tiết kiệm 1 năm gần 6,5 triệu VNĐ, lượng khí
CO2 thải ra mơi trường giảm 5 tấn, thời gian hoàn vốn 11 tháng. Như
vậy việc lắp đặt tụ bù cho các trạm bơm nước thải cấp I sẽ mang lại
hiệu quả kinh tế góp phần tiết kiệm năng lượng điện cho Cơng ty.
3.3.2. Tính tốn đề xuất các giải pháp cho trạm bơm cấp II
- Bù công suất nâng cao cos từ 0,88 lên 0,95
- Dùng biến tần điều khiển các trạm bơm điều chỉnh lưu lượng
a. Tính tốn bù cơng suất cho động cơ các trạm bơm.
 Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS34:
 Tính tốn cho các trạm bơm nƣớc thải SPS4, SPS13,
SPS19, SPS35:
 Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS14:
 Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS20:
 Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS15, SPS21:
Bảng tổng hợp lắp đặt bộ tụ cho 9 trạm bơm nước thải cấp II
Diễn giải

Đơn vị

Kết quả

kWh

2.738.956

kWh(%)

21.710 (0,8)

VNĐ/kWh

1.518

Số tiền tiết kiệm được trong một năm

VNĐ

33.000.000

Đầu tư mua bộ tụ bù (V)

VNĐ

29.250.000

Tổng dung lượng của các bộ tụ bù

kVAr

195

Tấn

26

Tháng

11

Tổng điện năng tiêu thụ một năm(AT)
Điện năng tiết kiệm được trong một năm
Giá điện(C)

Tổng lượng khí thải CO2 giảm được
Thời gian hồn vốn (T)


23
b. Dùng biến tần để điều khiển các trạm bơm cần điều chỉnh
lưu lượng
+Trường hợp dùng biến tần với động cơ non tải và có tải ln
P
thay đổi
(3.8)
P1 = dm
η
Trong đó: P1 là cơng suất điện đầu vào (kW)
Pđm là công suất định mức của động cơ (kW).
: là hiệu suất của động cơ
A = P1.t

(3.9)

A là điện năng tiêu thụ khi chưa dùng bộ biến tần (kWh).

t là thời gian làm việc trung bình của động cơ trong năm (h)
n
(3.10)
ABT = P1. (k pti .t i )
i=1

ABT điện năng tiêu thụ khi dùng bộ biến tần (kWh)
kpti là hệ số phụ tải ứng với tải của động cơ thay đổi.
∆A = A - ABT

(3.11)

A là điện năng tiết kiệm được khi thay đổi giải pháp (kWh)
∆C = ∆A.C

(3.12)

C là giá tiền điện ứng với 1 kWh (VNĐ/kWh)
T=

V
ΔC

(3.13)

T là thời gian thu hồi vốn đầu tư thiết bị.
V là vốn đầu tư chi phí lắp đặt, Vận hành thiết bị (VNĐ)
+ Trường hợp dùng bộ biến tần để điều chỉnh lưu lượng:
n

ABT = P1. (k bti .t i )

(3.14)

i=1

ABT là điện năng tiêu thụ khi sử dụng biến tần
n
N 3
Hoặc
A BT =P1. ( i ) .t i
i=1 N1
Ni là tốc độ làm việc ứng với thời gian ti
N1 tốc độ định mức của động cơ (Vòng/phút)

(3.15)


24
Tính tốn cụ thể cho các động cơ tại trạm cấp II
Theo sổ tay vận hành và hồ sơ thiết kế của Công ty như sau: Các
máy bơm của trạm bơm được ghép song song và đấu chung vào một
đường ống nâng nên lưu lượng tổng cộng của hai bơm ghép song
song trên một hệ thống đường ống nhỏ hơn tổng lưu lượng của chúng
khi làm việc riêng rẽ trong hệ thống ấy.
Vì vậy các trạm bơm có 2 đến 3 động cơ bơm nước thải có cơng
suất bằng nhau, làm việc liên tục với 100% tốc độ 1455 vòng/phút.
Trong khi đó động cơ bơm 1 làm việc với 100% lưu lượng vào giờ
cao điểm , động cơ bơm 2 hoạt động mục đích bơm lưu lượng sao cho
bằng với lưu lượng thực tế. Tuy động cơ 2 chạy đúng tốc độ định

mức nhưng chỉ đạt lưu lượng bù thêm theo thực tế dưới định mức,
đồng thời vào giờ thấp điểm 1 bơm hoạt động đôi lúc bị non tải 
đây là cơ hội để tiết kiệm năng lượng cho Cơng ty.
+ Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS34:
+ Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS14:
+ Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS4, SPS13, SPS19, SPS35
+ Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS15, SPS21:
+ Tính tốn cho trạm bơm nƣớc thải SPS20:
Bảng tổng hợp lắp đặt biến tần cho 9 trạm bơm nước thải cấp II
Diễn giải

Đơn vị

Kết quả

Tổng điện năng tiêu thụ một năm(AT)

kWh

2.738.956

kWh(%)

1.025.572 (37%)

VNĐ/kWh

1.518

Số tiền tiết kiệm được trong một năm

VNĐ

1.556.000.000

Tổng vốn đầu tư lắp đặt (V)

VNĐ

1.600.000.000

Tấn

640

Tháng

12

Điện năng tiết kiệm được một năm
Giá điện(C)

Tổng lượng khí thải CO2 giảm được
Thời gian hồn vốn (T)


25
* Nhận xét:
- Với 9 trạm bơm nước thải cấp II (các trạm bơm đều có 2 động
cơ bơm làm việc) mỗi trạm bơm có cơng suất khác nhau, hệ số công

suất 0,88. Để nâng cao hệ số công suất lên 0,95 thì cần dung lượng
bộ tụ bù có cơng suất từ 5÷10 kVAr/động cơ, số tiền đầu tư 29 triệu
VNĐ. Điện năng tiêu thụ hàng năm giảm 21.710 kWh (ứng với
0,8%), tiền tiết kiệm hàng năm là 33.000.000 VNĐ, lượng khí CO2
thải ra mơi trường giảm 26 tấn, thời gian hoàn vốn trong 10 tháng.
Như vậy việc lắp đặt tụ bù cho các động cơ nước thải cấp 2 sẽ mang
lại hiệu quả kinh tế góp phần tiết kiệm năng lượng điện cho Công ty.
- Sau khi dùng biến tần để điều khiển 09 trạm bơm cần điều
chỉnh lưu lượng, điện năng tiêu thụ hàng năm giảm 1.025.572 kwh
(ứng với 37%), số tiền đầu tư là 1,6 tỷ VNĐ, số tiền tiết kiệm hàng
năm là 1,556 tỷ VNĐ, lượng khí CO2 thải ra mơi trường giảm 640
tấn, thời gian hoàn vốn trong 12 tháng. Như vậy việc lắp đặt tụ bù
cho các động cơ bơm nước thải cấp II và lắp biến tần điều chỉnh lưu
lượng sẽ mang lại hiệu quả kinh tế góp phần tiết kiệm năng lượng
điện cho Công ty cũng như cho thành phố Đà Nẵng.
3.4. Kết luận
Từ các giải pháp đã tính tốn, nhằm tiết kiệm năng lượng điện
cho Cơng ty Thốt nước và Xử lý nước thải Đà Nẵng như bù công
suất nâng cao cos cho các động cơ bơm nước thải cấp I và cấp II và
lắp biến tần điều chỉnh lưu lượng nước thải tại các trạm bơm rất hiệu
quả và cần thiết. Nó khơng những giảm chi phí, tăng lợi nhuận, nâng
cao chất lượng sản xuất mà cịn góp phần làm giảm nhu cầu sử dụng
điện của quốc gia. Kết quả nghiên cứu cho thấy áp dụng các phương
pháp tiết kiệm năng lượng điện tại các trạm bơm nước thải trên địa
bàn thành phố Đà Nẵng tiết kiệm được mỗi năm 1.595.338.000 đồng.