Có nhiều giải pháp để thực hiện tiết kiệm điện cho các phụ tải động lực, tuy nhiên trong bài viết này tác giả chỉ đề xuất giải pháp tiết kiệm điện cho phụ tải động lực bằng việc giảm mức tiêu thụ công suất phản kháng của các động cơ không đồng bộ, thay đổi tổ nối dây khi động cơ ba pha làm việc non tải và thay thế các động cơ làm việc non tải bằng các động cơ công suất bé.
1. Nguyên nhân chính dẫn đến tổn thất điện năng của các phụ tải động lực
Có rất nhiều nguyên nhân gây lãng phí và tổn thất điện năng của các phụ tải loại này; qua kết quả thực tế ở một số doanh nghiệp sản xuất cho phép rút ra một số nhận xét về nguyên nhân chính dẫn đến tổn thất điện năng cao như sau:
Quy trình làm việc bố trí chưa hợp lý, do vậy thời gian chạy không tải và non tải của các máy điện quay là khá lớn.
Việc lựa chọn công suất các máy điện quay không hợp lý với công suất của tải dẫn đến hệ số mang tải của máy điện quay thấp, hệ số sử dụng nhỏ...
Trong quá trình làm việc, hệ số mang tải của động cơ thay đổi nhiều theo thời gian, điều này làm giảm hệ số công suất và hiệu suất của thiết bị.
Quá trình bảo dưỡng máy điện quay, trình độ sử dụng và ý thức tiết kiệm điện của đa số các doanh nghiệp sản xuất quy mô nhỏ là chưa cao. Vị trí lắp đặt thiết bị trong mạng điện chưa hợp lý, điều này làm tăng bán kính hoạt động của lưới điện hạ áp/trung áp.
2. Giải pháp tiết kiệm điện năng
Giảm mức tiêu thụ công suất phản kháng của các động cơ không đồng bộ
Các động cơ không đồng bộ trong các doanh nghiệp sản xuất tiêu thụ một lượng đáng kể công suất phản kháng. Lượng công suất phản kháng mà động cơ tiêu thụ phụ thuộc hệ số mang tải, được biểu thị bởi: Q = Qo (1-k2mt)+Qdm k2mt ; trong đó: Qo là công suất phản kháng lúc động cơ làm việc không tải; Qđm là công suất phản kháng lúc động cơ làm việc với tải định mức; kmt là hệ số mang tải của thiết bị điện. Thông thường thành phần công suất phản kháng không tải chiếm tới (60÷70)% tổng công suất phản kháng mà thiết bị tiêu thụ. Như vậy chúng ta thấy khi hệ số mang tải có giá trị nhỏ thì lượng tiêu thụ công suất phản kháng sẽ tăng. Việc truyền tải một lượng công suất phản kháng qua mạng điện, gây ra một tổn thất lớn, tỷ lệ với bình phương trị số của chúng. Ngoài ra việc truyền tải công suất phản kháng còn làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng điện áp.
Từ những phân tích trên chúng ta thấy có thể áp dụng một số giải pháp để giảm công suất phản kháng của các hộ tiêu thụ như sau:
Hạn chế thời gian làm việc không tải của các động cơ
Đối với nhiều hộ tiêu thụ, thời gian làm việc không tải của động cơ có thể chiếm đến 50÷65% toàn bộ thời gian làm việc. Nếu thời gian không tải lớn, thì tốt nhất là cắt động cơ ra khỏi lưới trong thời gian đó, như vậy mức tiêu thụ điện năng tác dụng và phản kháng sẽ giảm xuống đáng kể. Trong các trường hợp khác có thể dùng bộ khống chế không tải. Tuy nhiên cần phải tính toán kinh tế - kỹ thuật dựa theo đồ thị công suất tác dụng và phản kháng tiêu thụ của động cơ. Để giảm thời gian làm việc không tải của các thiết bị đòi hỏi phải có dây chuyền công nghệ hợp lý.
Giảm điện áp đặt vào cuộn dây của động cơ non tải
Khi không có khả năng thay thế động cơ không đồng bộ non tải, có thể dùng biện pháp giảm điện áp đặt trên cực động cơ. Việc giảm điện áp trên cực động cơ không đồng bộ xuống trị số nhỏ cho phép Umin dẫn đến giảm sự tiêu thụ công suất phản kháng (do giảm dòng từ hoá). Khi đó tổn thất công suất tác dụng cũng giảm xuống, kết quả là làm tăng hiệu suất của động cơ. Trong thực tế người ta thường dùng các biện pháp đổi nối cuộn dây stator và phân đoạn các cuộn dây stator.
Thay đổi tổ nối dây khi động cơ ba pha làm việc non tải.
Nếu động cơ ba pha luôn làm việc non tải thì giải pháp hợp lý là thay đổi tổ nối dây từ tam giác sang đấu hình sao. Khi đổi nối cuộn dây từ tam giác sang hình sao thì công suất định mức của động cơ sẽ giảm 3 lần, vì vậy sẽ làm tăng hệ số mang tải và giảm công suất tiêu thụ từ phía lưới, giảm tổn thất trong bản thân động cơ và phía lưới điện. Tuy nhiên cần lưu ý là khi đổi nối, mômen quay cực đại sẽ giảm 3 lần nên cần thiết phải kiểm tra hệ số mang tải giới hạn để xác định giới hạn công suất của động cơ, các điều kiện ổn định khác.
Xét một minh hoạ cụ thể: một động cơ công suất 30 kW có công suất tiêu thụ trung bình là 9,5 kW. Giả thiết Tmax = 1200h/năm, giá điện sản xuất 895 đ/kWh. Do động cơ làm việc non tải nên đổi nối từ tam giác sang hình sao, khi đó công suất động cơ còn 10 kW và hệ số mang tải tăng từ 0,32 lên 0,95; hiệu suất tăng tương ứng từ 0,7 lên 0,86. Tổng hợp kết quả cho trong bảng 1.
Bảng 1: Hiệu quả tiết kiệm điện do thay đổi tổ nối dây từ tam giác sang hình sao.
|
Tổ nối dây |
Công suất, kW |
Hệ số |
Tổn thất cs, kW |
Điện năng, kWh |
C, 106 VND |
||||
|
Pdm |
Ptb |
kmt |
η |
P |
A |
A t. thụ |
AΣ |
||
|
|
30 |
9,5 |
0,32 |
0,70 |
4,17 |
5001,14 |
6398,855 |
11400,0 |
10,20 |
|
|
10 |
9,5 |
0,95 |
0,86 |
2,63 |
3159,90 |
6398,855 |
9558,76 |
8,555 |
|
Hiệu quả tiết kiệm |
1,534 |
1841,24 |
|
1841,24 |
1,648 |
|
|
||
Có thể nhận thấy là giải pháp thay đổi tổ nối dây đem lại hiệu quả khá cao, trong khi hầu như không cần gia tăng chi phí phụ nào khác, do đó hoàn toàn có thể áp dụng rộng rãi giải pháp này trong các dây chuyền sản xuất nhỏ lẻ ở các khu vực như làng nghề nông thôn.
Thay thế các động cơ làm việc non tải bằng các động cơ công suất bé hơn.
Các động cơ khi làm việc đầy tải có hiệu suất khá cao, nhưng hiệu suất sẽ giảm khi hệ số mang tải giảm. Trong thực tế, phụ thuộc vào quá trình công nghệ, nhiều động cơ làm việc với hệ số mang tải thay đổi và đôi khi có giá trị rất thấp. Nếu non tải, công suất phản kháng mà động cơ tiêu thụ sẽ tăng thêm một lượng tỷ lệ với bình phương hệ số mang tải của động cơ. Trong bảng 2 trình bày kết quả tính toán hiệu quả thay thế động cơ làm việc non tải trong quá trình sản xuất thép. Động cơ sử dụng là loại TIM-380 kW, Uđm = 380 V, n = 740 v/phút. Công suất trung bình của động cơ là 135,37 kW (kmt = 0,36), nếu áp dụng phương án 2 là thay động cơ trên bởi động cơ 180 kW sẽ mang lại hiệu quả kinh tế.
Bảng 2: Hiệu quả khi thay thế động cơ làm việc non tải
|
|
Pdm kW |
Ptb, kW |
Kmt |
Η |
P, kW |
A, kWh |
A tiêu thụ |
AΣ, kWh |
kWh/tấn |
103 VNĐ/tấn |
|
PA1 |
380 |
135,37 |
0,36 |
0,71 |
106,98 |
267,45 |
257,20 |
524,65 |
66,70 |
59,70 |
|
PA2 |
180 |
135,37 |
0,75 |
0,91 |
70,39 |
175,97 |
257,20 |
433,17 |
55,07 |
49,29 |
|
Hiệu quả |
|
|
|
|
|
91,48 |
|
|
11,63 |
10,41 |
3. Kết luận
Ngoài các giải pháp cơ bản trên, còn có các giải pháp hiệu quả khác: hợp lý hoá dây chuyền sản xuất, thay thế và bố trí lại chế độ là việc của các máy biến áp, đối xứng hoá mạng điện, bảo dưỡng định kỳ thiết bị điện, sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng hoặc sử dụng các thiết bị tiết kiệm điện...Từ các kết quả tính toán hiệu quả tiết kiệm điện của một vài giải pháp nêu trên có thể áp dụng cho một số phụ tải công nghiệp địa phương. Mỗi giải pháp đều cần những chi phí nhất định về vốn đầu tư và nhu cầu công nghệ. Để có được các kết quả chính xác hơn cần có những khảo sát tỉ mỉ và tính toán chi tiết. Dưới đây là bảng liệt kê một số giải pháp chính có thể áp dụng cho các doanh nghiệp sản xuất quy mô nhỏ (bảng 3).
Bảng 3: Các giải pháp tiết kiệm điện cơ bản.
TT Giải pháp Biện pháp thực hiện Hiệu quả 1 Tài liệu hướng dẫn, tập huấn Tổng hợp 2 Cải tiến công nghệ và thiết bị Chọn đúng công suất thiết bị, sử dụng thiết bị tiên tiến Tổng hợp 3 San bằng đồ thị tải Biểu giá điện, xắp xếp lịch làm việc hợp lý Tổng hợp 4 Giảm mức tiêu thụ công suất phản kháng của thiết bị Thay động cơ non tải Giảm 20÷30% tổn thất điện năng Đổi sơ đồ nối dây của động cơ non tải Giảm 15÷46% tổn thất điện năng Hợp lý hoá dây chuyền sản xuất Giảm 15÷36% tổn thất điện năng 5 Bù cos φ Chọn vị trí và công suất đặt bù có điều khiển Giảm 15÷25% tổn thất điện năng Sử dụng động cơ đồng bộ Giảm 10÷26% chi phí 6 Thiết bị T.kiệm điện Lắp đặt thiết bị tiết kiệm điện Giảm 20÷40% tổn thất điện năng 7 Thay MBA Đặt 2 máy biến áp song song, cắt bớt 1 máy khi non tải Giảm 10÷15% tổn thất điện năng
(Nguồn: Theo TCĐL số 5/2008)