Giáo trình Quản lý & tiết kiệm năng lượng điện (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình "Quản lý & tiết kiệm năng lượng điện (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Trung cấp)" được biên soạn nhằm giúp người học tổng hợp và phân tích được các cơ sở quản lý và tiết kiệm năng lượng; áp dụng các phương thức quản lý và tiết kiệm năng lượng vào đời sống sinh hoạt và công nghiệp.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Quản lý & tiết kiệm năng lượng điện (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Trung cấp) - Trường Cao đẳng nghề Cần Thơ

LỜI GIỚI THIỆU Quản lý & tiết kiệm năng lượng điện là một trong những mô đun tự chọn của nghề được biên soạn dựa trên chương trình khung, chương trình dạy nghề do Bộ Lao động Thương binh và Xã hội và Tổng cục dạy nghề ban hành dành cho hệ Cao đẳng, nghề Điện công nghiệp. Giáo trình được biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã được xây dựng ở mức độ đơn giản và dễ hiểu nhất. Khi biên soạn, tác giả đã dựa trên kinh nghiệm giảng dạy và tham khảo ở nhiều giáo trình hiện có để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo và phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung được biên soạn gắn với nhu cầu thực tế. Nội dung của mô đun gồm có 4 bài: Bài 1: Khái quát chung về quản lý và tiết kiệm năng lượng Bài 2: Hệ thống phân phối hơi Bài 3: Các cơ hội tiết kiệm trong hệ thống nhiệt Bài 4: Các cơ hội tiết kiệm trong hệ thống điện Mặc dù đã cố gắng biên soạn để đáp ứng được mục tiêu đào tạo nhưng không tránh được những khiếm khuyết. Rất mong nhận được đóng góp ý kiến của bạn đọc để giáo trình hoàn thiện hơn. Cần Thơ, ngày 15 tháng 12 năm 2021 1. Chủ biên: Nguyễn Thị Mỹ Huyền 2. Phạm Bỉnh Tiến
MỤC LỤC TRANG Bài 1: Khái quát chung về quản lý và tiết kiệm năng lượng .................................. 1 1. 1 Tổng quan về quản lý và tiết kiệm năng lượng...................................................... 1 1. 2 Quản lý năng lượng................................................................................................ 4 1. 3 Kiểm toán năng lượng............................................................................................ 6 Bài 2: Hệ thống phân phối hơi ................................................................................... 13 2.1 Tổng quan về lò hơi công nghiệp............................................................................. 13 2.2 Các vấn đề cần quan tâm trong hệ thống hơi .......................................................... 15 2.2.1 Áp suất hệ thống .................................................................................................. 15 2.2.2 Sự truyền nhiệt ..................................................................................................... 16 2.2.3 Rút nước ngưng ................................................................................................... 17 2.2.4 Thu hồi nước ngưng ............................................................................................. 23 2.2.5 Hơi dãn nở ........................................................................................................... 25 2.3 Tiết kiệm năng lượng trong hệ thống hơi................................................................ 26 Bài 3: Các cơ hội tiết kiệm trong hệ thống nhiệt...................................................... 29 3.1 Các nguyên tắc phân tích năng lượng đối với lò hơi .............................................. 29 3.2 Các cơ hội tiết kiệm năng lượng đối với lò hơi ..................................................... 34 3.3 Các cơ hội tiết kiệm đối với hệ thống hơi nước và nước ngưng ............................. 36 Bài 4: Các cơ hội tiết kiệm trong hệ thống điện ....................................................... 41 4.1 Máy biến áp ............................................................................................................ 41 4.2 Động cơ điện ........................................................................................................... 43 4.3 Biến tần ................................................................................................................... 46 4.4 Hệ thống chiếu sáng ................................................................................................ 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 74
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Quản lý và tiết kiệm năng lượng điện Mã mô đun: MĐ34 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí: Mô đun Quản lý và tiết kiệm năng lượng được bố trí học sau các môn học chung và các môn học, mô đun chuyên môn nghề. - Tính chất: Là mô đun tự chọn. - Ý nghĩa và vai trò của mô đun: + Việc quản lý, sử dụng năng lượng tiết kiệm có ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình phát triển năng lượng và đảm bảo an ninh năng lượng. Thực hiện tốt công tác này sẽ góp phần đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng ngày một cao hơn của nền kinh tế quốc dân, đồng thời bảo vệ được môi trường, khai thác hợp lý các nguồn tài nguyên năng lượng giúp tiết kiệm ngoại tệ, phát triển kinh tế – xã hội một cách bền vững. + Nếu tiết kiệm năng lượng, chúng ta không chỉ tiết kiệm tiền mà còn góp phần giảm nhu cầu sử dụng đối với các nguồn nhiên liệu hóa thạch như than đá, dầu mỏ và khí thiên nhên. Đốt ít nhiên liệu hóa thạch đồng nghĩa với việc giảm một lượng lớn khí thải CO2, hạn chế sự nóng lên toàn cầu và các hiện tượng do biến đổi khí hậu và tiết kiệm năng lượng đang được Chính phủ, ngành Điện, doanh nghiệp và hộ gia đình rất quan tâm và có nhiều kế hoạch, chương trình đã, đang và sẽ được triển khai. Mục tiêu mô đun - Kiến thức: Tổng hợp và phân tích được các cơ sở quản lý và tiết kiệm năng lượng. - Kỹ năng: Áp dụng các phương thức quản lý và tiết kiệm năng lượng vào đời sống sinh hoạt và công nghiệp. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, đảm bảo an toàn, tiết kiệm và vệ sinh công nghiệp.
Bài 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ QUẢN LÝ VÀ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG Mã bài: MĐ34-01 Giới thiệu Ngày nay, việc khai thác, sử dụng hợp lý các nguồn năng lượng đang trở thành một vấn đề cấp bách mang tính toàn cầu. Vấn đề này mang tính cấp bách là do nhân loại đang đứng trước hàng loạt nguy cơ mà nguyên nhân của nó chính là vấn đề khai thác, sử dụng năng lượng: những nguồn năng lượng truyền thống (năng lượng hoá thạch) đang ngày một cạn kiệt, nạn ô nhiễm môi trường và sự nóng lên của khí hậu trái đất do chất thải trong quá trình sử dụng năng lượng. Nhận thức được tầm quan trọng của vấn đề năng lượng đối với sự phát triển bền vững, các quốc gia đã xây dựng cho mình một chương trình phát triển năng lượng mà trọng tâm là hướng đến nguồn năng lượng sạch và quản lý tiết kiệm năng lượng. Sự thiếu hiểu biết về năng lượng và tầm quan trọng của việc quản lý, sử dụng năng lượng tiết kiệm của con người là một trong những các nguyên nhân chính gây nên sự cạn kiệt của các nguồn tài nguyên năng lượng và huỷ hoại môi trường sinh thái. Do vậy, cần phải giáo dục cho mọi người biết và hiểu về năng lượng, tầm quan trọng của việc quản lý, sử dụng năng lượng tiết kiệm trong sự phát triển bền vững. Mục tiêu - Phân biệt được các hình thức tiết kiệm năng lượng trong sinh hoạt và trong công nghiệp. - Phân tích được vai trò và ý nghĩa của việc quản lý và tiết kiệm năng lượng - Rèn luyện được tính cẩn thận, chính xác và nghiêm túc trong công việc Nội dung 1.1 Tổng quan về quản lý và tiết kiệm năng lượng. 1.1.1 Năng lượng 1.1.1.1 Khái niệm năng lượng Có nhiều khái niệm khác nhau về năng lượng, một số khái niệm khá phổ biến là: Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công. Có nhiều dạng năng lượng khác nhau như: điện năng, quang năng, cơ năng, hoá năng, nhiệt năng… Hoặc, năng lượng được định nghĩa là năng lực làm vật thể hoạt động. Có nhiều dạng năng lượng như: động năng làm dịch chuyển vật thể, nhiệt năng làm tăng nhiệt độ của vật thể… Hay, năng lượng là dạng vật chất có khả năng sinh công bao gồm nguồn năng lượng sơ cấp: than, dầu, khí đốt và nguồn năng lượng thứ cấp là nhiệt năng, điện năng được sinh ra thông qua quá trình chuyển hoá năng lượng. Có nhiều loại năng lượng như năng lượng mặt trời tồn tại ở các dạng chính: bức xạ mặt trời, năng lượng sinh học (sinh khối động thực vật), hay năng lượng chuyển động của khí quyển và thuỷ quyển (gió, sóng, các dòng hải lưu, thuỷ triều, dòng chảy sông...), hoặc năng lượng hoá thạch (than, dầu, khí đốt, đá dầu), còn năng lượng lòng đất gồm nhiệt lòng đất biểu hiện ở các các nguồn địa nhiệt, núi lửa và năng lượng phóng xạ tập trung ở các nguyên tố như U, Th, Po,… 1
Hình 1.1 Các nguồn chính của năng lượng sơ cấp trên thế giới 1.1.1.2 Vai trò của năng lượng đối với đời sống con người Trong lịch sử phát triển của loài người, năng lượng luôn đóng một vai trò quan trọng. Năng lượng là một trong những nguyên nhân của các cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật. Năng lượng quyết định tiềm năng, mức độ và nhịp độ phát triển của một nền kinh tế. Trong một trăm năm cuối cùng của thiên niên kỷ thứ hai, loài người đã khai thác và sử dụng năng lượng nhiều hơn 19 thế kỷ trước cộng lại. 95% trong số đó là năng lượng hóa thạch. Việc sử dụng quá nhiều năng lượng hóa thạch nảy sinh hai vấn đề làm đau đầu các nhà hoạch định chính sách năng lượng: đó là sự cạn kiệt của các nguồn năng lượng hóa thạch và các vấn đề liên quan đến môi trường. Hình 1.2 Các nguồn chính của năng lượng sơ cấp trên thế giới Hiện nay, như trong hình 1.1 chỉ ra, bảy nguồn chính của năng lượng sơ cấp (primary energy) – không nên nhầm lẫn với năng lượng cuối cùng sau xử lý (final energy) – được sử dụng trên thế giới là dầu mỏ (32.8%), than đá (27.2%), khí tự nhiên (20.9% , sinh khối (10%), năng lượng hạt nhân (5.8%), thủy điện (2.2%) và nguồn năng lượng tái tạo (0.7%). Do đó, hơn 80% năng lượng mà thế giới sử dụng hôm nay đến từ nhiên liệu hóa thạch, một nguồn tài nguyên hạn chế và không có khả năng tái tạo. Một kho tàng đã được giữ yên không chạm tới trong hàng triệu năm trong lòng tàu vũ trụ Trái đất, mà chúng ta mới bắt đầu tiêu thụ một cách rộng rãi chỉ trong 100 năm qua. Nhiên liệu hóa thạch là một nguồn tài nguyên có giá trị, nhưng là một nguồn không tái tạo. Nói cách khác, nhiên liệu hóa thạch chỉ có thể được sử dụng một lần. 2
Các nhà khoa học dự báo, trong thế kỷ 21 con người chưa cần lo lắng về việc cạn kiệt các nguồn năng lượng hóa thạch. Trữ lượng dầu mỏ của thế giới còn khoảng 140 tỷ tấn, trữ lượng than đá khoảng 15,000 tỷ tấn và trữ lượng khí đốt khoảng 600,000 tỷ m3. Nhưng các tác hại đến môi trường do việc sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch đang là một vấn đề toàn cầu. Sản phẩm của quá trình đốt cháy các nhiên liệu có nguồn gốc hữu cơ được thải trực tiếp vào bầu khí quyển. Trong số đó có nhiều chất thải tồn tại dưới dạng khí, quan trọng nhất là CO2. Mỗi năm các chất thải từ nhiên liệu hóa thạch đã đưa thêm 25 tỉ tấn CO2 vào khí quyển. Các nhà khoa học đều công nhận, việc gia tăng khí CO2 là nguyên nhân trực tiếp gây nên hiệu ứng nhà kính, là nguyên nhân nóng lên của trái đất và các hiện tượng biến đổi khí hậu khác. Các chuyên gia khí hậu cũng cảnh báo, các thay đổi lớn về khí hậu sẽ dẫn đến sự xáo trộn bầu sinh quyển của trái đất (chênh lệnh nhiệt độ quá lớn giữa các khu vực của trái đất, bão lớn, nước biển dâng cao, lũ lụt, hạn hán…) sẽ là nguyên nhân phá hoại sản xuất nông nghiệp và điều kiện sinh sống của con người nhiều nơi trên trái đất. Cùng với hai vấn đề lớn về sử dụng năng lượng hóa thạnh trên còn có một vấn đề về nhu cầu sử dụng năng lượng của con người. Các nước kém phát triển với gánh nặng dân số và yêu cầu phát triển kinh tế, có nhu cầu sử dụng rất lớn nguồn năng lớn. Và điều quan trọng là các nguồn năng lượng này phải rẻ tiền và không phụ thuộc quá nhiều vào các nước giầu tài nguyên năng lượng, các nước công nghiệp phát triển. Việt Nam nằm trong khu vực Châu Á – Thái Bình Dương, với tốc độ tăng trưởng bình quân hằng năm khoảng 7.5%, tốc độ tiêu thụ điện tăng 14% năm. Theo các nhà hoạch định chính sách năng lượng Việt Nam thì với tốc độ tăng trưởng kinh tế và điện năng đó, đến năm 2020, Việt Nam cần 200 tỷ kWh. Hình 1.3 Cơ cấu các nguồn năng lượng ở các nước đang phát triển Cũng theo tính toán của các nhà hoạch định chính sách, nếu huy động tất cả các nguồn lực nội địa, thì cũng chỉ đạt được khoảng 165 tỷ kWh. Trong đó, thủy điện – 58 tỷ kWh, nhiệt điện, khí đốt – 78 tỷ kWh, nhiệt điện than – 37 tỷ kWh, các nguồn năng lượng mới – 2 tỷ kWh. Như vậy còn thiếu khoảng 35 tỷ kWh phải nhập khẩu. Đứng về mặt an ninh năng lượng điều này không phải là giải pháp tối ưu, và phụ thuộc quá nhiều vào các yếu tố thời tiết, trữ lượng các nguồn năng lượng hóa thạch… Để đạt mục tiêu đề ra đến năm 2020 Việt Nam thành một nước công nghiệp hóa, năng lượng phải là ngành mũi nhọn, đầu tầu của nền kinh tế. Hiện tại Việt Nam đang bắt đầu khởi động dự án điện nguyên tử, với hy vọng đến năm 2017 – 2020 nhà máy điện nguyên tử đầu tiên sẽ đưa vào hoạt động, gồm 2 lò phản ứng nước áp lực PWR công suất 2000MW. Tổng vốn đầu tư giai đoạn này vào khoảng 3 tỷ USD. Vị trí được lựa chọn để đặt nhà máy điện nguyên tử đầu tiên của 3
Việt Nam là tỉnh Ninh Thuận. Các nhà khoa học, môi trường và dư luận đang rất quan tâm đến dự án này Tóm lại, năng lượng cần cho sự sống của con người: đem lại sự sống cho con người, vạn vật; phục vụ các nhu cầu thiết yếu: sưởi ấm, nấu chín thức ăn, thắp sáng, sử dụng phương tiện giao thông… Đảm bảo các hoạt động cho sinh hoạt, sản xuất, hoạt động dịch vụ. Năng lượng là thành tố không thể thiếu trong hoạt động sản xuất: công nghiệp (xăng dầu được coi là "máu" của công nghiệp), nông nghiệp, giao thông vận tải. Trong xã hội ngày nay, con người không thể sống thiếu năng lượng. Nhưng do nguồn năng lượng là hữu hạn nên nhân loại phải sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm, hiệu quả không lãng phí. 1.2 Quản lý năng lượng 1.2.1 Tổng quan Quản lý năng lượng tiếng Anh là Energy Management, là quá trình làm việc với và thông qua các cá nhân, các nhóm và các nguồn lực khác (thiết bị, vốn, công nghệ) để đạt được mục tiêu cung cấp và sử dụng năng lượng kinh tế, tiết kiệm, hợp lý và bền vững. Hoặc, quản lý năng lượng là quản lý mức sử dụng năng lượng với mục tiêu là dùng ít năng lượng hơn và dùng năng lượng tái chế, năng lượng sạch. Hay, quản lý năng lượng là việc tổ chức thực hiện sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm và hiệu quả nhằm đạt được lợi nhuận cao nhất (chi phí thấp nhất) và nâng cao năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp. Do vậy, quản lý năng lượng bao gồm lập kế hoạch và vận hành hoạt động sản xuất và tiêu thụ năng lượng. Mục tiêu của quản lý năng lượng là bảo tồn nguồn năng lượng, bảo vệ môi trường và tiết kiệm chi phí, mà vẫn đáp ứng nhu cầu tiêu thụ năng lượng cả ở hiện tại và tương lai. Quản lý năng lượng tạo cơ hội để mọi người có thể tham gia giải quyết bài toán năng lượng; các vấn đề vận hành kinh tế hệ thống điện, vận hành thị trường điện cạnh tranh; thực hiện hoạt động kiểm toán năng lượng... 1.2.2 Tầm quan trọng của quản lý năng lượng Quản lý năng lượng là chìa khóa để tiết kiệm năng lượng trong tổ chức. Các tổ chức thương mại, công nghiệp và chính phủ, trong những năm gần đây đang phải chịu những áp lực to lớn về kinh tế và môi trường. Việc nâng cao sức cạnh tranh về kinh tế trên thị trường toàn cầu và đáp ứng các tiêu chuẩn ngày càng gia tăng về môi trường nhằm giảm ô nhiễm môi trường không khí và nguồn nước đã là các nhân tố ảnh hưởng chính trong hầu hết các quyết định đầu tư về chi phí vốn và chi phí vận hành trong thời gian gần đây đối với tất cả các tổ chức. Quản lý năng lượng đã trở thành một công cụ chính giúp cho các tổ chức đạt được những mục tiêu quan trọng nói trên để duy trì sự tồn tại trong ngắn hạn và đạt được thành công trong dài hạn của mình. Quản lý năng lượng giúp cải thiện chất lượng môi trường: Việc sử dụng năng lượng trong thương mại và công nghiệp là nguyên nhân gây ra khoảng 45% cacbon điôxit thoát ra từ việc đốt cháy các năng lượng hóa thạch và khoảng 70% sunfur điôxit thoát ra từ các nguồn cố định; Thông qua Quản lý năng lượng có thể giảm một cách đáng kể lượng cacbon điôxit và sunfur điôxit trong khí quyển và giúp làm giảm sự nóng lên của toàn cầu và mưa axit. Quản lý năng lượng giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng trở nên cạn kiệt. Khi tiêu thụ nhiều năng lượng doanh nghiệp sẽ phải đối mặt với 4
tình trạng thiếu nguồn cung cấp nghiêm trọng kèm theo nguy cơ tăng giá năng lượng dẫn đến ảnh hưởng đến lợi nhuận của tổ chức, bằng việc quản lý năng lượng doanh nghiệp có thể giảm nguy cơ này bằng cách giảm và kiểm soát nhu cầu năng lượng. Nếu quản lý năng lượng tốt điều đó có thể giúp tiết kiệm tiền, và còn có nhiều tác động tốt hơn đến môi trường. Khi cộng đồng có nhiều người cùng tham gia quản lý năng lượng, điều đó giúp cho trái đất của chúng ta có thể giảm ô nhiễm cacbon và đạt được mục tiêu giảm biến đổi khí hậu. 1.2.3 Hệ thống quản lý năng lượng bền vững Muốn đạt được mục tiêu tiết kiệm năng lượng, giúp giảm chi phí và tăng năng lực cạnh tranh của mình thì các tổ chức cần thiết lập hệ thống Quản lý năng lượng bền vững gồm 4 bước: Bước 1: Đánh giá hiện trạng sử dụng năng lượng. Kết quả đánh giá sẽ phản ánh năng lực của đơn vị trong việc xây dựng và vận hành hệ thống Quản lý năng lượng tại đơn vị. Bước 2: Chuẩn bị về khâu tổ chức: Thành lập nhóm/ban Quản lý năng lượng với trách nhiệm chính là xây dựng và quản lý các hoạt động trong hệ thống tuân thủ theo quy định làm việc đã được thống nhất trong toàn bộ đơn vị, đồng thời có trách nhiệm báo cáo trực tiếp cho lãnh đạo đơn vị các vấn đề liên quan đến năng lượng. Đối tượng này có thể là cán bộ chuyên trách hoặc kiêm nhiệm. Bước 3: Thực hiện các biên pháp tiết kiểm năng lượng, lựa chọn mục tiêu tiết kiệm và kế hoạch thực hiện: - Thực hiện kiểm toán năng lượng sơ bộ và chi tiết; - Lựa chọn các biện pháp tiết kiệm năng lượng trên cơ sở kết quả kiểm toán năng lượng; - Xây dựng nhóm nhân viên để thực hiện từng biện pháp tiết kiệm năng lượng đã được lựa chọn; - Đề xuất ngân sách và kế hoạch thực hiện; - Tổ chức đào tạo cho các nhóm nhân viên thực hiện từng biện pháp tiết kiệm năng lượng. Bước 4: Kết hợp hệ thống Quản lý năng lượng với các hệ thống quản lý khác trong đơn vị. Mục tiêu là đưa các hoạt động tiết kiệm năng lượng vào trong các quy trình sản xuất của đơn vị: - Thiết lập thủ tục giám sát - xác nhận; - Nhận dạng hệ thống kiểm toán nội bộ hoặc bên ngoài để xác nhận một cách độc lập các kết quả giám sát - xác nhận; - Thiết lập quy trình làm việc chuẩn nhằm tiết kiệm năng lượng; - Xây dựng kế hoạch hậu kiểm toán năng lượng và kế hoạch đánh giá; - Tổ chức đào tạo cho các nhân viên đơn vị sau khi đã kiểm toán quy trình làm việc và kế hoạch đánh giá. 1.2.4 Tiết kiệm năng lượng Tiết kiệm năng lượng là sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả. Sử dụng năng lượng tiết kiệm: sử dụng hợp lí, giảm hao phí năng lượng trong quá trình sử dụng. Sử dụng năng lượng hiệu quả: đảm bảo thực hiện được các hoạt động cần thiết với mức tiêu phí năng lượng thấp nhất. Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là sử dụng năng lượng một cách hợp lí, nhằm giảm mức tiêu thụ năng lượng, giảm chi phí năng lượng cho hoạt động của các 5
phương tiện, thiết bị mà vẫn đảm bảo nhu cầu năng lượng cần thiết cho các quá trình sản xuất, dịch vụ và sinh hoạt. Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả không đồng nghĩa với việc cắt giảm năng lượng dù bị thiếu hụt hoặc chúng ta không sử dụng năng lượng mà phải hiểu đúng rằng sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là việc áp dụng các biện pháp quản lý và kỹ thuật nhằm giảm tổn thất, giảm mức tiêu thụ năng lượng của phương tiện, thiết bị mà vẫn đảm bảo nhu cầu, mục tiêu đặt ra đối với quá trình sản xuất và đời sống. 1.3 Kiểm toán năng lượng 1.3.1 Khái niệm Kiểm toán năng lượng là hoạt động đo lường, phân tích, tính toán và đánh giá để xác định mức tiêu thụ năng lượng, tiềm năng tiết kiệm năng lượng và đề xuất giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đối với cơ sở sử dụng năng lượng. Trong sản xuất công nghiệp, kiểm toán năng lượng giúp giảm tiêu thụ năng lượng tại các hệ thống sản xuất và bổ trợ trong khi vẫn duy trì hoặc cải thiện công suất dây chuyền, năng suất lao động, sức khỏe con người, sự thoải mái và an toàn cho môi trường sống, môi trường làm việc. 1.3.2 Bản chất kiểm toán năng lượng Kiểm toán năng lượng tập trung xác định các cơ hội tiết kiệm năng lượng và tiềm năng cải thiện hiệu quả năng lượng. 1.3.3 Mục tiêu kiểm toán năng lượng Kiểm toán năng lượng hoàn tất phải đưa đến các kết quả rõ ràng và lượng định được: - Lượng hoá mức năng lượng tiêu thụ. - Chỉ ra các tồn tại trong vấn đề quản lý và sử dụng năng lượng. - Đưa ra các giải pháp quản trị nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng. - Đánh giá về mặt lợi ích, chi phí của các giải pháp đầu tư công nghệ tiết kiệm năng lượng. 1.3.4 Vai trò của kiểm toán năng lượng trong dự án tiết kiệm điện Kiểm toán năng lượng là một trong những bước đi đầu tiên và quan trọng trong toàn bộ dự án tiết kiệm năng lượng. Kiểm toán năng lượng là tiền đề cho các hoạt động dẫn đến tiết kiệm năng lượng tại doanh nghiệp và cơ sở triển khai các hoạt động sản xuất kinh doanh của doanh nghiệp. Kiểm toán năng lượng chưa đem lại lợi ích cho doanh nghiệp nếu như các đề xuất không được thực hiện triệt để. Kiểm toán năng lượng nhắc lại thường xuyên để đảm bảo một hệ thống quản lý năng lượng bền vững trong doanh nghiệp. 1.3.5 Các dụng cụ đo phục vụ kiểm toán năng lượng 1.3.5.1 Thiết bị phân tích công suất điện (Energytest 2020E) Có khả năng phân tích, lưu trữ các hoạt động của điện áp, dòng điện, sóng hài thứ cấp, công suất và các nguồn năng lượng khác. Có khả năng kiểm tra phân tích nguồn cung cấp, đánh giá các giá trị tiêu thụ công suất của các thiết bị. 6
Hình 1.4 Thiết bị phân tích công suất điện 1.3.5.2 Ampe kìm Dùng để đo điện áp, cường độ dòng điện, điện trở và nhiệt độ Hình 1.5 Ampe kìm 1.3.5.3 Hỏa kế hồng ngoại UX-10P Dùng để đo nhiệt độ mà không bị tác động bởi tác nhân bên ngoài như khói, hơi nước, bụi... Hình 1.6 Hỏa kế hồng ngoại 7
1.3.5.4 Thiết bị phân tích khí, khói thải (IMR 2800P) Dùng để phân tích thành phần có trong khí như CO, O2, NO2, SO2, H2S, HC, nhiệt độ khí...có thể đưa kết quả ra máy tính nhờ cổng kết nối RS-232 Hình 1.7 Thiết bị phân tích khí, khói thải 1.3.5.5 Thiết bị đo tốc độ, lưu lượng, nhiệt độ, độ ẩm không khí -TSI 8346 1.3.5.6 Hình 1.8 Thiết bị đo tốc độ, lưu lượng, nhiệt độ, độ ẩm không khí 1.3.5.7 Đồng hồ đo nhiệt độ, độ ẩm, khí CO, CO2 không khí trong nhà 8
Hình 1.9 Đồng hồ đo nhiệt độ, độ ẩm, khí CO, CO2 không khí trong nhà 1.3.5.8 Thiết bị phát hiện rò rỉ môi chất lạnh - Robinair 166000 Hình 1.10 Thiết bị phát hiện rò rỉ môi chất lạnh 1.3.5.9 Đồng hồ đo chân không hiện số Dùng để đo chân không trong các hệ thống rút chân không với độ phân giải cao chỉ 1 micron và cho biết kết quả nhanh chóng chỉ trong 1/2 giây rất phù hợp với những bài thí nghiệm cần độ chính xác cao mà tốn ít thời gian. 9
Hình 1.11 Đồng hồ đo chân không hiện số 1.3.5.10Lux kế - Light meter Dùng để đo độ rọi ánh sáng Hình 1.12 Lux kế 1.3.5.11 Thiết bị đo lưu lượng bằng siêu âm (Ultrasonic Flowmeter) Hình 1.13 Thiết bị đo lưu lượng bằng siêu âm 1.3.5.12 Thiết bị đo nhiệt độ bằng hồng ngoại (Infrared thermometer) 10
Hình 1.14 Thiết bị đo nhiệt độ bằng hồng ngoại 1.3.6 Quy trình kiểm toán năng lượng Quy trình kiểm toán năng lượng gồm 04 bước: Bước 1: Khởi đầu công việc − Quyết định thực hiện kiểm toán năng lượng − Xác định mục tiêu kiểm toán năng lượng − Chuẩn bị nhân lực làm kiểm toán − Xác định các tiêu chí kiểm toán − Xác định phạm vi kiểm toán − Tham khảo ý kiến tổ chức được kiểm toán − Thỏa thuận hợp tác và bảo mật thông tin − Chuẩn bị nội dung thông tin cần được cung cấp Bước 2: Chuẩn bị kiểm toán Bước 3: Thực hiện kiểm toán Bước 4: Viết báo cáo 1.3.7 Quy trình kiểm toán năng lượng sơ bộ và kiểm toán năng lượng chi tiết 1.3.7.1 Kiểm toán năng lượng sơ bộ Giúp doanh nghiệp đánh giá nhanh về hiện trạng sử dụng năng lượng, quản lý năng lượng, phát hiện các cơ hội tiết kiệm năng lượng. Các bước thực hiện gồm Bước 1: Thu thập thông tin,Doanh nghiệp thực hiện theo “Phiếu thu thập dữ liệu”. Bước 2: Kiểm toán sơ bộ với nội dung: trao đổi, phỏng vấn cán bộ quản lý, cán bộ kỹ thuật của doanh nghiệp về thực trạng quản lý và sử dụng năng lượng; khảo sát dây chuyền sản xuất, hệ thống thiết bị nănglượng (điện, nhiệt, lạnh) để phát hiện nhanh các cơ hội tiết kiệm năng lượng. - Cán bộ tư vấn: Chuyên gia tiết kiệm năng lượng - Cán bộ doanh nghiệp: Cán bộ quản lý kỹ thuật, cán bộ quản lý năng lượng. Bước 3: Lập báo cáo kiểm toán năng lượng sơ bộ 1.3.7.2 Kiểm toán năng lượng chi tiết Kiểm toán năng lượng chi tiết là mức độ đầy đủ nhất kiểm toán năng lượng. Theo yêu cầu của Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, các cơ sở sử dụng năng lượng trọng điểm bắt buộc phải thực hiện kiểm toán năng lượng chi tiết 3 năm/1lần. Các bước chính thực hiện gồm: - Chuẩn bị kiểm toán năng lượng: tổ chức, nhân lực, thiết bị, bảng câu hỏi… - Thu thập dữ liệu về dây chuyền thiết bị, sản xuất, năng lượng. - Kiểm tra thực địa và xây dựng kế hoạch đo đạc. - Thực hiện các đợt đo đạc thực tế. - Phân tích chi tiết tỉ lệ tiêu thụ năng lượng, hiệu quả sử dụng năng lượng. 11
- Xây dựng các giải pháp tiết kiệm năng lượng (TKNL) khả thi. + Phân tích kinh tế, tài chính cho các dự án TKNL được đề xuất. + Xây dựng kế hoạch thực hiện các dự án TKNL cho nhà máy. + Xây dựng báo cáo kiểm toán năng lượng chi tiết. * Bài tập mở rộng và nâng cao 1. Trình bày được các thiết bị đo kiểm vần thiết. 2. Tiến hành sử dụng các thiết bị đo kiểm 3. Sinh viên thực hiện thảo luận nhóm, kết hợp kỹ năng tìm kiếm tài liệu tham khảo từ giáo trình và internet để viết báo cáo, thuyết trình mở rộng nội dung đã học theo hướng dẫn của giáo viên. * Những nội dung cần chú ý trong bài: - Nắm vững các kiến thức, các khái niệm liên quan đến quản lý năng lượng. * Yêu cầu đánh giá kết quả học tập: - Nội dung: + Về kiến thức: Trình bày đúng các khái niệm và nguyên lý hoạt động có liên quan. + Về kỹ năng: Lựa chọn thiết bị phù hợp. + Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác. - Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm, vấn đáp, báo cáo. + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng luyện tập. + Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Quan sát sinh viên trong quá trình học tập để đánh giá. 12
Bài 2: HỆ THỐNG PHÂN PHỐI HƠI Mã bài: MĐ34-02 Giới thiệu Trong các nhà máy công nghiệp người ta sử dụng thiết bị lò hơi công nghiệp để làm nguồn cung cấp nhiệt và dẫn nguồn nhiệt (hơi) đến các máy móc sử dụng nhiệt – hơi. Mục đích của lò hơi là sản sinh ra hơi nước bảo hòa cung cấp cho các bộ phận tiêu thụ hơi trong quy trình công nghệ. Lò hơi và hệ thống hơi có vai trò quan trọng trong các ngành chế biến thủy hải sản, rượu – bia – nước giải khát, lưu hóa cao su, chế biến thực phẩm, đun nước nóng trong các khách sạn hoặc cấp hơi cho khu giặt ủi của khách sạn, v.v... Tùy theo ngành công nghiệp mà nhu cầu sử dụng người ta tạo ra nguồn hơi có nhiệt độ và áp suất phù hợp để đáp ứng mục đích cho các loại công nghệ khác nhau. Và điều đặc biệt của lò hơi công nghiệp mang lại mà không thiết bị nào thay thế được đó là tạo ra nguồn năng lượng an toàn không gây cháy phục vụ cho mục đích vận hành các thiết bị hoặc động cơ ở nơi cần cấm lửa và cấm nguồn điện (như các kho xăng, dầu). Chính vì vậy, vận hành an toàn và tiết kiệm năng lượng cho hệ thống hơi có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả sản xuất, kinh doanh của doanh nghiệp. Tiềm năng quan trọng mà lò hơi mang lại trong công nghiệp khá nhiều. Tuy nhiên hiện nay việc khai thác và sử dụng lò hơi trong một số ngành công nghiệp còn hạn chế. Với tốc độ công nghiệp hóa hiện nay của nước ta cũng như xu hướng mở rộng và phát triển nhiều ngành công nghiệp trong tương lai thì lò hơi sẽ là thiết bị máy móc được dự kiến có tiềm năng phát triển trong tương lai. Mục tiêu - Phân biệt được các hệ thống phân phối hơi. - Phân tích được đặc điểm và tính năng của hệ thống phân phối hơi. - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc trong công việc Nội dung 2.1 Tổng quan về lò hơi công nghiệp 2.1.1 Khái niệm Lò hơi hay còn được gọi là nồi hơi (steam boiler): là thiết bị sử dụng các nhiên liệu như (than, củi, trấu, giấy vụn…) để có thể đun sôi nước tạo thành hơi nước mang nhiệt để có thể phục vụ cho nhu cầu về nhiệt trong lĩnh vực công nghiệp như giặt là khô, sấy gỗ, sấy quần áo … Tùy theo mục đích sử dụng mà tạo ra nguồn hơi có nhiệt độ và áp suất phù hợp đủ để đáp ứng nhu cầu. Để vận chuyển nguồn năng lượng có nhiệt độ và áp suất cao này người ta sử dụng các ống chịu được nhiệt và chịu được áp suất cao chuyên dùng cho nồi hơi. Nồi hơi công nghiệp dùng để làm nguồn cung cấp nhiệt và phân phối hơi, dẫn nguồn nhiệt, nguồn hơi đến với những hệ thống máy móc cần phải sử dụng đến hơi, nhiệt. Nồi hơi – lò hơi được áp dụng nhiều nhất tại đa số các ngành công nghiệp, mỗi ngành đều có nhu cầu sử dụng nhiệt tại mức độ và công suất khác nhau. Một số các doanh nghiệp hay sử dụng lò hơi như: may mặc, giặt sấy khô, nhà máy chế biến thức ăn gia súc, nhà máy sản xuất bánh kẹo các nhà máy này sử dụng nồi hơi – lò hơi nhằm mục đích sấy sản phẩm; nhà máy sản xuất nước giải khát, nước đóng chai... thì sử dụng lò hơi để đun nấu, thanh trùng. 13
Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống lò hơi 2.1.2 Thông số kỹ thuật của lò hơi Thông số kỹ thuật của lò hơi gồm: áp suất, công suất hơi, nhiệt độ hơi. - Áp suất: (đơn vị) 1 kgf/cm2 = 0.98 bar = 14.7 psi = 0.1 Mpa - Công suất: Tấn/h, kg/h, kcal/h, MW/h - Nhiệt độ hơi phụ thuộc vào áp suất. Ứng với một áp suất sẽ có một nhiệt độ hơi nhất định. Ví dụ: Áp suất 10bar nhiệt độ hơi 1830C, áp suất 8bar có nhiệt độ 1740C …. 2.1.3 Phân loại lò hơi Hiện nay, có 3 dạng lò hơi cơ bản: - Lò hơi ống lửa: + Đốt nhiên liệu dầu, gas. + Lò hơi ống lửa với kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, dễ sử dụng, lắp đặt nhanh, giá thành không cao, thể tích chứa nước lớn, áp suất ổn định, yêu cầu chất lượng nước cấp vừa phải… nhưng lại không phù hợp cho nhiên liệu rắn, áp suất bị giới hạn, tuần hoàn nước trong lò kém, khởi động chậm… - Lò hơi ống nước: + Đốt dầu gas, nhiên liệu rắn. + Lò hơi ống nước đứng với ưu thế kết cấu gọn nhẹ, đơn giản, giá rẻ, thời gian lắp nhanh, mặt bằng cần thiết nhỏ, khởi động nhanh… nhưng ngược lại vẫn có nhược điểm là công suất nhỏ, chỉ đốt bằng dầu DO và gas, khó vệ sinh ống, yêu cầu chất lượng nước cao, mau hư hỏng, khó sửa chữa… - Lò hơi kết hợp nước + lửa: + Đốt đa nhiên liệu + Lò hơi này phù hợp với mọi loại nhiên liệu, thông số cao, chế độ tuần hoàn tốt, ống nước uốn cong nên có khả năng tự bù trừ giãn nở… Tuy nhiên với kích thước cồng kềnh, thời gian lắp đặt lâu, vốn đầu tư lớn, yêu cầu chất lượng nước cao, phải bố trí xả đáy tại nhiều vị trí, vận hành phức tạp và khó vệ sinh bề mặt ống nên cũng gây không ít trở ngại. Ngoài ra còn có một số loại lò hơi dùng dầu gia nhiệt. Loại lò hơi này đang được ứng dụng rộng rãi, hiệu quả cao hiện nay, dùng nhiều trong ngành dệt nhuộm, may. 14
Tóm lại, hệ thống lò hơi là một thiết bị giúp đưa nhiệt của quá trình đốt cháy cho nước cho đến khi nước được đun nóng hoặc thành hơi. Nước nóng hoặc hơi dưới tác động của áp suất sẽ truyền nhiệt sang một quy trình. 2.1.4 Lựa chọn lò hơi Lò hơi ống lửa: - Công suất nhỏ và vừa; - Chế độ vận hành 3 ca; - Hình thức sử dụng hơi: thiết bị lớn. Lò hơi ống nước: - Công suất nhỏ; - Không vận hành 3 ca; - Hình thức sử dụng hơi: nhiều thiết bị nhỏ, cần hơi nhanh. Lò hơi kết hợp nước + lửa: - Công suất trung bình và lớn; - Chế độ vận hành 3 ca; - Hình thức sử dụng hơi: thiết bị lớn cần áp suất cao, hơi quá nhiệt. 2.2 Các vấn đề cần quan tâm trong hệ thống hơi 2.2.1 Áp suất hệ thống Áp suất hơi đầu nguồn = Áp suất làm việc + Sụt áp trên đường ống (khi cấp hơi trực tiếp, không có van giảm áp) Nếu áp suất hơi quá lớn hơn mức cần thiết sẽ làm tốn nhiệt để tăng áp trong nồi hơi, tăng tổn thất nhiệt trên đường ống và tăng sự rò rỉ hơi cò nếu áp suất quá nhỏ sẽ làm cho nhiều ẩm cuốn theo hơi, vận tốc tăng => độ sụt áp lớn. Hơi cung cấp từ lò hơi thường có áp suất cao để cho đường ống phân phối có kích thước nhỏ. Các thiết bị sử dụng hơi thường cần một áp suất cung cấp bé hơn phụ thuộc nhiệt độ làm việc và giới hạn áp suất thiết kế của thiết bị sử dụng hơi. Van giảm áp thông thường có thể giảm áp suất xuống khoảng 10 lần, nếu áp suất phải giảm nhỏ hơn mức này, có thể dùng hai van giảm áp mắc nối tiếp. Kích thước của thân van giảm áp có thể không cùng cỡ với ống hơi dẫn vào, trường hợp này nên lắp một ống nối gọi là bộ giảm áp lệch tâm. Các thiết bị sử dụng hơi có thể bị hư hỏng hoặc nổ nếu cung cấp trực tiếp áp suất hơi cao, do đó cần có một thiết bị bảo vệ trong trường hợp thiết bị giảm áp hư. Thiết bị này được gọi là van an toàn. Cách bố trí của một trạm giảm áp thông thường như sau: - Van cách ly: cho phép thiết bị cách ly ra khỏi hệ thống trong quá trình bảo trì hay để tiết kiệm năng lượng. - Bính tách ấm và bẩy hơi: loại bỏ nước cuốn theo hơi và nước ngưng. - Bộ lọc: bảo đảm các chất cận bã hay chất bẩn không kẹt van giảm áp. - Van giảm áp: làm giảm áp suất của hơi. - Ống khuếch tán: là ống dùng trong trường hợp lưu lượng thể tích của hơi tang. - Van an toàn: bảo đảm áp suất không vượt quá áp suất tối đa. - Đồng hồ áp suất: dùng để kiểm tra áp suất. - Van bypass: ( không bắt buộc ) có thể dùng để cung cấp hơi trong khi trạm giảm áp đang được bảo trì. Một trạm van giảm áp suất đơn thường có thể giảm áp suất còn gần 1/10, nếu phải giảm áp suất xuống thấp hơn mức này thì có thể phải qua hai trạm giảm áp. Khoảng cách giữa hai van giảm áp đặc biệt quan trọng, nếu các van đặt gần nhau quá, chúng có thể ảnh hưởng lẫn nhau và gây dao động. 15
Kích cỡ van thường có quan hệ tới lưu lượng hơn là giới hạn sụt áp tối đa, áp suất trung gian có thể được xác định trước tiên và kích cỡ van có thể tính theo độ sụt áp cùng với lưu lượng cần thiết. 2.2.2 Sự truyền nhiệt 2.2.2.1 Lý thuyết truyền nhiệt Lý thuyết truyền nhiệt cơ bản đề cập vấn đề là có bao nhiêu nhiệt lượng có thể truyền giữa các chất với nhau, sự truyền nhiệt phụ thuộc vào: - Diện tích bề mặt - Sự chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa hai vật thể. - Độ dẫn nhiệt. - Thời gian các vật tiếp xúc. - Bề dầy lớp nhiệt trở. 2.2.2.2 Bản chất toán học của sự truyền nhiệt Vật liệu hay tấm chắn có thể được xem như một nhiệt trở, nhiệt trở, được quyết định bởi hệ số dẫn nhiệt và bề dầy lớp vật liệu, công thức tính đơn giản như sau: L R= K Trong đó, R: Nhiệt trở L: bề dầy lớp rào chắn K: hệ số dẫn nhiệt Khi dòng nhiệt đi qua nhiều vật liệu nối tiếp nhau, nhiệt trở tổng của các vật liệu là tổng các nhiệt trở thành phần. Rtổng = R1 + R2 + R3 +………….+ Rn Diện tích, nhiệt trở (hệ số truyền nhiệt) sự chênh lệch nhiệt có thể được dùng để tính nhiệt lượng truyền qua rào chắn.  = A  K  T Trong đó,  :Nhiệt lượng truyền qua A : Diện tích bề mặt truyền nhiệt ∆T: Độ chênh lệch nhiệt Tổng lượng nhiệt được truyền qua một thời gian được xác định như sau:  = t Trong đó, Ф: Tổng lượng nhiệt truyền qua trong một thời gian  : Tốc độ truyền nhiệt tổng t: Thời gian truyền nhiệt 2.2.2.3 Các lớp chắn nhiệt trong thực tế Có nhiều loại tấm chắn cách nhiệt ngay cả ở trong cụm thiết bị nhiệt, mỗi tấm có một bề dầy nhất định và có hệ số truyền nhiệt khác nhau, hai yếu tố này kết hợp với nhau để tao ra sự giảm nhiệt độ khác nhau trên mỗi tấm. Mức giảm nhiệt độ lớn có nghĩa là một tấm chắn đang làm giảm tốc độ truyền nhiệt một lượng đáng kể. 2.2.2.4 Nâng cao tốc độ truyền nhiệt và giảm độ sụt nhiệt độ Không khí là một tấm chắn cản trở sự truyền nhiệt lớn nhất và có những ảnh hưởng ngoài ý muốn khác, điều quan trọng nhất là phải loại bỏ không khí. 16