Luận văn Thạc sĩ Quản lý năng lượng: Nghiên cứu tiềm năng và giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các tòa nhà cao tầng trên địa bàn Quận Nam Từ Liêm

Chia sẻ: Cảnh Phương Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:109

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu tiềm năng và giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các tòa nhà cao tầng trên địa bàn Quận Nam Từ Liêm" nhằm khảo sát hiện trạng sử dụng năng lượng của các tòa nhà cao tầng trên địa bàn Quận Nam Từ Liêm, từ đó tính toán, phân tích, đề xuất các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các tòa nhà điển hình trên địa bàn quận Nam Từ Liêm, áp dụng cho Tòa nhà điều hành Điện lực Nam Từ Liêm. Từ đó làm cơ sở áp dụng cho các khu vực có hiện trạng tương tự. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Quản lý năng lượng: Nghiên cứu tiềm năng và giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các tòa nhà cao tầng trên địa bàn Quận Nam Từ Liêm

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC LÊ ĐỨC THÀNH NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG VÀ GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO CÁC TÒA NHÀ TRÊN ĐỊA BÀN QUẬN NAM TỪ LIÊM LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG HÀ NỘI, 2023
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC LÊ ĐỨC THÀNH NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG VÀ GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO CÁC TÒA NHÀ TRÊN ĐỊA BÀN QUẬN NAM TỪ LIÊM Ngành : QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG Mã số : 8510602 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Nhất Tùng HÀ NỘI, 2023
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành bản luận văn này, tác giả xin chân thành cảm ơn và biết ơn tới Thầy giáo TS. Nguyễn Nhất Tùng, người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, hỗ trợ, giúp đỡ và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập nghiên cứu, hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tác giả chân thành cảm ơn tới các Thầy/Cô giảng dạy trong suốt quá trình học tập và Các bộ phận, phòng ban chức năng của trường Đại học Điện lực. Tác giả chân thành cảm ơn tới đồng nghiệp, bạn bè và người thân trong gia đình đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho công việc học tập và nghiên cứu. Tác giả chân thành cảm ơn tới Công ty Điện lực Nam Từ Liêm - Tổng công ty Điện lực TP Hà Nội, các chủ đầu tư dự án, các ban quản trị toà nhà, bộ phận kỹ thuật của các toà nhà đã giúp đỡ, cung cấp số liệu cho tác giả, phục vụ cho quá trình nghiên cứu luận văn tốt nghiệp. Tôi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2023. Tác giả Lê Đức Thành
LỜI CAM ĐOAN Tác giả cam đoan đã sử dụng các tài liệu tham khảo của các tác giả, các nhà khoa học và các luận văn được trích dẫn trong phụ lục “Tài liệu tham khảo” cho việc nghiên cứu và viết luận văn của mình. Số liệu trong luận văn là số liệu thực tế được lấy trên các phần mềm quản lý và lưu trữ số liệu của Tổng công ty Điện lực TP Hà Nội phạm vi thuộc quản lý của Công ty Điện lực Nam Từ Liêm. Các số liệu được tác giả thu thập từ các chủ đầu tư dự án, các bộ phận kỹ thuật toà nhà. Tác giả cam đoan về các số liệu và kết quả tính toán được trình bày trong luận văn là hoàn toàn do tác giả tự tìm hiểu và thực hiện trong quá trình nghiên cứu và viết luận văn của mình, không sao chép và chưa được sử dụng cho đề tài luận văn nào. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 10 tháng 01 năm 2023. Tác giả Lê Đức Thành
MỤC LỤC MỤC LỤC .................................................................................................................................. i DANH MỤC BẢNG BIỂU...................................................................................................... iv DANH MỤC HÌNH VẼ ........................................................................................................... vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................................. ix CHƯƠNG: MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ...................................................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................................... 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu: ............................................................................................................. 2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................................... 2 5. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................................... 2 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ TRONG CÁC TOÀ NHÀ CAO TẦNG ............................................................. 4 1.1. Những khái niệm chung về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả ....................... 4 1.1.1. Các khái niệm về tiêu hao năng lượng ............................................................................. 4 1.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng ....................................................... 4 1.1.3. Kiểm toán năng lượng ....................................................................................................... 8 1.1.4. Khái niệm quản lý năng lượng và hệ thống quản lý năng lượng .................................. 10 1.2. Khung pháp lý về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả ..................................... 16 1.2.1. Khung pháp lý sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả từng giai đoạn ................... 16 1.2.2. Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả - 50/2010/QH12 ................................. 18 1.2.3. Thông tư số 25/2020/TT-BCT ngày 29/9/2020 - Quy định về việc Lập kế hoạch, báo cáo thực hiện kế hoạch sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; Thực hiện kiểm toán năng lượng 19 1.2.4. Chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả (VNEEP1, VNEEP2, VNEEP3) ............................................................................................................................. 20 1.3. Quản lý năng lượng trong toà nhà cao tầng .................................................................. 21 1.3.1. Khái niệm quản lý năng lượng trong toà nhà ................................................................ 21 1.3.2. Vai trò của quản lý năng lượng trong tòa nhà ............................................................... 22 1.3.3. Đặc điểm của quản lý năng lượng trong tòa nhà ........................................................... 24 1.3.4. Các quy định về sử dụng năng lượng trong tòa nhà ...................................................... 25 1.4. Cơ hội tiết kiệm năng lượng trong các toà nhà cao tầng ............................................. 33 i
1.4.1. Cơ hội tiết kiệm trong sử dụng điện năng tại các toà nhà cao tầng .............................. 33 1.4.2. Cơ hội khai thác nguồn năng lượng mặt trời ................................................................. 35 1.4.3. Cơ hội sử dụng tiết kiệm và hiệu quả năng lượng trong các toà nhà cao tầng............. 37 1.5. Một số giải pháp tiết kiệm năng lượng cho tòa nhà cao tầng ...................................... 38 1.5.1. Khái niệm về tòa nhà tiết kiệm năng lượng .................................................................... 38 1.5.2. Tiết kiệm điện trong hệ thống điều hòa không khí ......................................................... 39 1.5.3. Tiết kiệm điện trong hệ thống quạt thông gió trong tòa nhà ......................................... 43 1.5.4. Tiết kiệm điện cho hệ thống nước nóng.......................................................................... 45 1.5.5. Tiết kiệm điện cho hệ thống chiếu sáng .......................................................................... 48 1.5.6. Sử dụng năng lượng tái tạo (điện mặt trời áp mái) trong tòa nhà................................. 54 1.5.7. Ứng dụng công nghệ 4.0 vào quản lý năng lượng trong tòa nhà .................................. 56 1.5.8. Một số giải pháp khác tiết kiệm năng lượng trong tòa nhà ........................................... 56 1.6. Kết luận ............................................................................................................................ 60 CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC TÒA NHÀ CAO TẦNG TRÊN ĐỊA BÀN QUẬN NAM TỪ LIÊM ............................................................... 61 2.1. Tình hình tiết kiệm năng lượng trong tòa nhà trụ sở Công ty Điện Lực Nam Từ Liêm .................................................................................................................................................. 61 2.1.1. Tình hình tiêu thụ năng lượng trong tòa nhà trụ sở Công ty Điện lực Nam Từ Liêm. 61 2.1.2. Tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong tòa nhà trụ sở Công ty Điện lực Nam Từ Liêm ............................................................................................................................................................... 63 2.2. Tình hình tiết kiệm năng lượng trong các tòa nhà chung cư CT1A đơn nguyên 1 và đơn nguyên 2 - Khu đô thị Mỹ Đình 2 .................................................................................. 64 2.2.1. Tình hình tiêu thụ năng lượng trong các tòa nhà chung cư CT1A đơn nguyên 1 và đơn nguyên 2 - Khu đô thị Mỹ Đình 2 ........................................................................................................ 64 2.2.2. Tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong các tòa nhà chung cư CT1A đơn nguyên 1 và đơn nguyên 2 - Khu đô thị Mỹ Đình 2 ........................................................................................................ 66 2.3. Tình hình tiết kiệm năng lượng trong các tòa nhà tòa nhà chung cư CT5 đơn nguyên 1 và đơn nguyên 2 - Khu đô thị Mỹ Đình 2 .......................................................................... 67 2.3.1. Tình hình tiêu thụ năng lượng trong các tòa nhà chung cư CT5 đơn nguyên 1 và đơn nguyên 2 - Khu đô thị Mỹ Đình 2 ........................................................................................................ 67 2.3.2. Tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong các tòa nhà chung cư CT5 đơn nguyên 1 và đơn nguyên 2 - Khu đô thị Mỹ Đình 2 ........................................................................................................ 70 2.4. Tình hình tiết kiệm năng lượng trong tòa nhà hỗn hợp Ecolife Capitol .................... 71 ii
2.4.1. Tình hình tiêu thụ năng lượng trong tòa nhà hỗn hợp Ecolife Capitol ........................ 71 2.4.2. Tình hình tiêu thụ năng lượng trong tòa nhà hỗn hợp Ecolife Capitol ........................ 75 2.5. Kết luận ............................................................................................................................ 76 CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO CÁC TÒA NHÀ CAO TẦNG TRÊN ĐỊA BÀN QUẬN NAM TỪ LIÊM ...................................................................... 77 3.1. Các giải pháp tiết kiệm năng lượng đề xuất .................................................................. 77 3.1.1. Giải pháp áp dụng công cụ đo lường và kiểm tra việc sử dụng năng lượng................. 77 3.1.2. Các giải pháp về thiết kế kiến trúc có hiệu quả tiết kiệm năng lượng ........................... 78 3.2. Các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các tòa nhà điển hình quận Nam Từ Liêm 80 3.2.1. Áp dụng giải pháp tiết kiệm năng lượng cho tòa nhà trụ sở Điện lực Nam Từ Liêm .. 80 3.2.2. Áp dụng giải pháp tiết kiệm năng lượng cho chung cư CT1A đơn nguyên 1 và đơn nguyên 2................................................................................................................................................ 83 3.2.3. Áp dụng giải pháp tiết kiệm năng lượng cho chung cư CT5 đơn nguyên 1 và đơn nguyên 2 ............................................................................................................................................................. 89 3.2.3. Áp dụng giải pháp tiết kiệm năng lượng cho tòa nhà hỗn hợp Ecolife Capitol ............ 91 3.3. Kết luận ............................................................................................................................ 94 KẾT LUẬN CHUNG.............................................................................................................. 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................... 96 iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1-1: Mối liên hệ giữa các chỉ tiêu kinh tế cơ bản 7 Bảng 1-2: Quy tắc đánh giá hiệu quả lựa chọn các dự án 7 Bảng 1-3. Mục tiêu cụ thể của chương trình mục tiêu quốc gia VNEEP 3 20 Bảng 1- 4: Các quy định sử dụng tiết kiệm năng lượng trong tòa nhà 25 Bảng 1-5: Chỉ số hiệu quả COP của máy điều hòa không khí làm lạnh trực tiếp hoạt 27 động bằng điện năng Bảng 1-6: Mật độ công suất chiếu sáng LPD 28 Bảng 1-7: Hiệu suất tối thiểu của động cơ điện ở chế độ đầy tải 30 Bảng 1-8: Hiệu suất tối thiểu COP của bơm nhiệt cấp nước nóng 31 Bảng 1-9: Hiệu suất tối thiểu COP của bơm nhiệt cấp nước nóng 32 Bảng 1-10: Hiệu quả vận hành của máy biến áp 34 Bảng 1-11. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của các loại đèn phổ biến 50 Bảng 1-12. Độ sáng yêu cầu của mỗi hạng mục và phạm vi ứng dụng (nguồn 51 UNEP2006) Bảng 2-1. Công suất phụ tải của tòa nhà điều hành Điện lực Nam từ Liêm 63 Bảng 2-2. Sản lượng điện cấp từ TBA Trụ sở Điện lực Nam Từ Liêm năm 2019-2021 63 Bảng 2-3. Sản lượng điện sản xuất từ hệ thống điện mặt trời áp mái năm 2019-2021 63 Bảng 2-4. Năng lượng tiêu thụ của tòa nhà điều hành Điện lực Nam Từ Liêm năm 2019-2021 64 Bảng 2-5. Thống kê đèn chiếu sáng tòa nhà đang sử dụng 64 Bảng 2-6. Bảng tính toán năng lượng tiêu thụ CT1A đơn nguyên 1, năm 2018 67 Bảng 2-7. Bảng tính toán năng lượng tiêu thụ CT1A đơn nguyên 2, năm 2018 67 Bảng 2-8. Thống kê các thiết bị chiếu sáng chính trong tòa nhà 71 Bảng 2-9. Hệ thống phụ tải điện hộ gia đình trong tòa nhà 74 iv
Trang Bảng 3-1: Chi phí đầu tư thay thế hệ thống đèn chiếu sáng 82 Bảng 3-2. Tính toán hiệu quả kinh tế hệ thống chiếu sáng đơn nguyên 1 và đơn nguyên 84 2 chung cư CT1A Bảng 3-3: Bảng đối chiếu tiêu thụ năng lượng của các loại bếp dân dụng 87 Bảng 3-4: Tính toán hiệu quả kinh tế hệ thống chiếu sáng đơn nguyên 1 và đơn nguyên 88 2 chung cư CT1A Bảng 3-5. Tổng hợp năng lượng tiết kiệm quy đổi TOE và giảm phát thải CO2. 89 Bảng 3-6: Hiệu quả kinh tế tuyên truyền sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả 89 đơn nguyên 1 và đơn nguyên 2 chung cư CT5 Bảng 3-7: Hiệu quả kinh tế hệ thống chiếu sáng đơn nguyên 1 và đơn nguyên 2 chung cư CT5 90 Bảng 3-8: Tính toán hiệu quả kinh tế hệ thống bơm đơn nguyên 1 và đơn nguyên 2 chung cư CT5 90 Bảng 3-9: Tổng hợp năng lượng tiết kiệm quy đổi TOE và giảm phát thải CO2. 91 Bảng 3-10: Hiệu quả kinh tế hệ thống chiếu chung cư Ecolife Capitol 91 Bảng 3-11: Hiệu quả kinh tế khi lắp đặt cảm biến CO cho hệ thống thông gió tầng hầm chung cư Ecolife Capitol 92 Bảng 3-12: Hiệu quả kinh tế của nhóm giải pháp tuyên truyền sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả của chung cư Ecolife Capitol 94 89 v
DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1-1. Chi phí khi doanh nghiệp không có hệ thống quản lý năng lượng 11 Hình 1-2: Chi phí khi doanh nghiệp có hệ thống quản lý năng lượng 12 Hình 1-3: Hệ thống quản lý năng lượng theo ISO 50000:2011 13 Hình 1- 4: Vai trò của Cán bộ quản lý năng lượng 15 Hình 1-5: Các mốc quan trọng của Việt Nam trong mục tiêu quốc gia sử dụng năng 17 lượng tiết kiệm và hiệu quả Hình 1-6. Biểu đồ vector trước và sau lắp đặt tụ bù 35 Hình 1-7. Các loại hình, modul thu và chuyển đổi năng lượng mặt trời 35 Hình 1-8. Trạm điện mặt trời nối lưới 36 Hình 1-9. Trạm điện mặt trời mái nhà công suất đến 1250kWp hoặc 1000kW AC 36 Hình 1-10. Sơ đồ hoạt động của Nhà máy nhiệt điện mặt trời 36 Hình 1-11. Tình hình sử dụng năng lượng điển hình trong các tòa nhà thương mại 37 Hình 1-12. Các thông số yêu cầu cơ bản của quá trình điều hòa không khí 39 Hình 1-13. Một số loại điều hòa không khí điển hình và nguyên lý làm việc 40 Hình 1-14. Hệ số năng lượng hiệu quả COP và chỉ số tiêu thụ điện năng PIC 41 Hình 1-15. Hiệu quả tiết kiệm năng lượng trong sử dụng hệ thống biến tần 41 Hình 1-16. Phân loại quạt thông gió 43 Hình 1-17. Quan hệ giữa công suất và tốc độ quay của quạt thông gió 44 Hình 1-18. Nguyên lý biến tần VSD và mức tiêu thụ công suất tương ứng với các 45 giải pháp điều chỉnh lưu lượng gió Hình 1-19. Cấu tạo hệ thống nước nóng 46 Hình 1-20. Các loại hệ thống nước nóng cục bộ tiêu thụ lượng nước nhỏ 46 Hình 1-21. Hệ thống nước nóng trung tâm 47 vi
Trang Hình 1-22. Qui trình hoạt động của máy gia nhiệt và thanh gia nhiệt 48 Hình 1-23. Phân tích các thành phần của chiếu sáng 49 Hình 1-24. Cấu tạo và hoạt động của đèn huỳnh quang 50 Hình 1-25. Đồ thị ảnh hưởng khi thay đổi điện áp đến chiếu sáng của đèn huỳnh 53 quang compact Hình 1-26. Một số loại pin mặt trời phổ biến hiện nay 54 Hình 1-27. Một số loại biến tần NLMT phổ biến hiện nay 54 56 Hình 1-28. Sơ đồ điều hòa không khí vào mùa nóng và mùa lạnh có tái tuần hoàn Hình 1-29. Sơ đồ thiết bị thông gió có thu hồi nhiệt bằng bộ hồi nhiệt bề mặt 57 Hình 1-30. Sơ đồ hệ thống thông gió điều hòa không khí của các bể bơi sử dụng 58 bơm nhiệt làm mát bằng nước Hình 1-31. Sơ đồ trạm cấp nhiệt với bơm nhiệt 59 Hình 2-1. Trụ sở Công ty Điện lực Nam Từ Liêm 61 Hình 2-2. Tòa nhà chung cư CT1A đơn nguyên 1 và đơn nguyên 2 64 Hình 2-3. Tỷ lệ điều hòa hiệu suất cao tại CT1A đơn nguyên 1 và đơn nguyên 2 65 Hình 2-4. Tỷ lệ đèn hiệu suất cao tại CT1A đơn nguyên 1 và đơn nguyên 2 65 Hình 2-5. Tòa nhà chung cư CT5 đơn nguyên 1 và đơn nguyên 2 68 Hình 2-6. Hệ thống bơm nước chung cư CT5 đơn nguyên 1 và đơn nguyên 2 69 Hình 2-7. Tỷ lệ sử dụng thiết bị điện trong chung cư CT5 đơn nguyên 1 và đơn 69 nguyên 2 Hình 2-8. Hệ thống thang máy và chiếu sáng hàng lang tại EcoLife Capitol 72 Hình 2-9. Hệ thống chiếu sáng tầng hầm và bơm nước tại EcoLife Capitol 72 Hình 2-10. Tỷ lệ sử dụng thiết bị điện chính trong chung cư EcoLife Capitol 73 Hình 2-11. Biểu đồ tiêu thụ điện năm 2018 và 2019 74 vii
Trang Hình 2-12. Tác động của yếu tố nhiệt độ - môi trường đến tiêu thụ năng lượng 75 Hình 3-1. Hoạt động của hệ thống điện NLMT nối lưới trong từng trường hợp 81 Hình 3-2. So sánh nhiệt mặt trời thâm nhập giữa kính thường và có dán phim cách 83 nhiệt Hình 3-3. Giải pháp thay thế bơm ly tâm trục đứng (bơm và đặc tính của bơm) 88 viii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Nguyên nghĩa 1 GDP Tổng sản phẩm quốc nội 2 QĐ Quyết định 3 TTg Thủ tướng Chính phủ 4 NĐ Nghị định 5 CP Chính phủ 6 TW Trung ương 7 TT Thông tư 8 BCT Bộ công thương Chương trình mục tiêu quốc gia về Sử dụng 9 VNEEP năng lượng tiết kiệm và hiệu quả 10 HTĐ Hệ thống điện 11 NL Năng lượng 12 QLNL Quản lý năng lượng 13 CSNL Chính sách năng lượng 14 PCCC Phòng cháy chữa cháy 15 NLMT Năng lượng mặt trời ix
CHƯƠNG: MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Việt Nam là một nước được thiên nhiên ưu đãi, có đủ các nguồn tài nguyên năng lượng nhưng khả năng khai thác, chế biến và sử dụng còn nhiều hạn chế. Nhiều chuyên gia đã tính toán, trong giai đoạn 2010-2020, quy hoạch phát triển năng lượng quốc gia 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 nội địa. Việt Nam dần chuyển thành nước nhập khẩu năng lượng và ngày càng gia tăng mức độ phụ thuộc vào năng lượng nhập khẩu. Tính đến năm 2020, Việt Nam tiếp tục phải nhập khẩu các sản phẩm dầu, trong khi giá dầu luôn dao động và gây áp lực rất lớn đến phát triển kinh tế-xã hội. Do những hạn chế về khả năng công nghệ, điều kiện kinh tế-xã hội của nước ta, việc phát triển các nguồn năng lượng thay thế cho các nguồn truyền thống đang gặp nhiều khó khăn, hạn chế khả năng đa dạng hóa các nguồn cung cấp năng lượng. Các chuyên gia đã dự báo, với tốc độ gia tăng mức khai thác năng lượng như hiện nay, đến cuối thế kỷ này, các nguồn năng lượng của nước ta sẽ trở thành khan hiếm, các mỏ dầu và khí đốt sẽ dần cạn kiệt trong trong tương lai gần [1]. Việc tiêu thụ năng lượng ngày càng gia tăng, luôn đi kèm với nguy cơ gây ô nhiễm môi trường tại khu vực hoạt động năng lượng và góp phần làm chất lượng môi trường toàn cầu suy giảm (ví dụ việc thải vào khí quyển khí CO2, SO2, NOx gây hiệu ứng nhà kính, phá hỏng tầng Ôzôn, làm biến đổi khí hậu). Việt Nam đang sử dụng hơn 80% nguồn năng lượng là nhiên liệu hoá thạch, nhiên liệu có nguồn gốc hữu cơ. Quá trình cháy nhiên liệu nói riêng và hoạt động năng nói chung là nhân tố quan trọng gây ô nhiễm môi trường. Theo nghị định thư Kyoto sử dụng nhiên liệu hoá thạch là nguồn tạo ra trên 70% khí nhà kính. Vấn đề sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả hiện 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. Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đã được chứng minh là biện pháp có chi phí thấp hơn nhiều, chỉ bằng 30% so với mức chi phí đầu tư nguồn điện mới. Vấn đề tiết kiệm năng lượng trong toà nhà ở Việt Nam hiện nay đang ngày càng trở lên cấp bách. Cùng với việc tiết kiệm điện trong sản xuất, thì việc tiết kiệm điện trong các toà nhà văn phòng, trung tâm thương mại, khách sạn có tác động trực tiếp đến việc giảm áp lực cho hệ thống cung cấp điện. Quận Nam Từ Liêm là một quận nằm ở phía Tây trung tâm thành phố Hà Nội, là quận đang trong quá trình phát triển mạnh mẽ, với nhiều công trình kiến trúc hiện đại và quan trọng của thủ đô Hà Nội như Trụ sở Bộ ngoại giao, Trung tâm Hội nghị Quốc gia, Bảo tàng Hà Nội, Sân vận động Quốc gia Mỹ Đình, Khách sạn Marriott,... cùng với 1
các đại đô thị của Vinhomes như Vinhomes Smart city, Vinhomes Gardenia, Vinhomes Green Bay, Vinhomes West Point, Vinhomes Sky Lake và rất nhiều tòa nhà cao tầng hiện đại thuộc các dự án khu đô thị trên địa bàn như: The Manor, Mỹ Đình Pearl, Golden Palace, The Matrix One, Ecolife capitol, The Zei, HD Mon, Golden Field,… Theo quy hoạch chung Thủ đô Hà Nội, đến 2030, quận Nam Từ Liêm là một trong những đô thị lõi, là trung tâm hành chính, dịch vụ, thương mại của Thủ đô Hà Nội. Do đó, nhu cầu tiêu thụ điện năng của các tòa nhà tại khu vực này ngày càng tăng và chiếm tỷ trọng lớn. Xuất phát từ yêu cầu thực tế trên, việc “Nghiên cứu tiềm năng và giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các tòa nhà cao tầng trên địa bàn Quận Nam Từ Liêm” là rất cần thiết. 2. Mục đích nghiên cứu Khảo sát hiện trạng sử dụng năng lượng của các tòa nhà cao tầng trên địa bàn Quận Nam Từ Liêm, từ đó tính toán, phân tích, đề xuất các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các tòa nhà điển hình trên địa bàn quận Nam Từ Liêm, áp dụng cho Tòa nhà điều hành Điện lực Nam Từ Liêm. Từ đó làm cơ sở áp dụng cho các khu vực có hiện trạng tương tự. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu: Khảo sát đặc điểm, tình hình cụ thể, các tiềm năng và giải pháp tiết kiệm năng lượng của một số tòa nhà cao tầng điển hình trên địa bàn Quận Nam Từ Liêm. Nghiên cứu, đề xuất các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các tòa nhà cao tầng điển hình trên địa bàn Quận Nam Từ Liêm. Tính toán chi phí, hiệu quả của các giải pháp tiết kiệm năng lượng đã đề xuất. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Một số tòa nhà cao tầng điển hình trên địa bàn quận Nam Từ Liêm. Tòa nhà điều hành Điện lực Nam Từ Liêm. Phạm vi nghiên cứu: Các giải pháp tiết kiệm năng lượng cho các tòa nhà Thời gian nghiên cứu: Từ năm 2021 - 2022 5. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu các văn bản, thông tư, qui định yêu cầu trong tiết kiệm năng lượng tòa nhà cao tầng; nghiên cứu các tiêu chuẩn tiết kiệm năng lượng tại Việt Nam và trên Thế giới. Thu thập số liệu và khảo sát chi tiết tiêu thụ và vận hành năng lượng của một số tòa nhà điển hình trên địa bàn quận Nam Từ Liêm. Nghiên cứu các giải pháp tiết kiệm năng lượng và đề xuất áp dụng thích hợp. 2
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM VÀ HIỆU QUẢ TRONG CÁC TOÀ NHÀ CAO TẦNG 1.1. Những khái niệm chung về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả 1.1.1. Các khái niệm về tiêu hao năng lượng Mức tiêu hao năng lượng: Theo chương trình tiết kiệm năng lượng quốc gia [2] định nghĩa: “Mức tiêu hao năng lượng là chỉ tiêu tổng hợp cho biết để tạo ra một đồng sản phẩm trong nước (GDP) thì cần sử dụng bao nhiêu đồng năng lượng cho sản xuất”. Tăng/giảm mức tiêu hao nhiên liệu cho sản xuất so với tổng sản phẩm trong nước: giá trị phản ánh kết quả của việc đổi mới công nghệ, đổi mới quy trình sản xuất và áp dụng các sáng kiến cải tiến kỹ thuật để giảm mức tiêu hao năng lượng trong sản xuất kinh doanh. Tăng/giảm mức tiêu hao năng lượng còn do sự thay đổi cấu trúc nền kinh tế, có thể giảm mức tiêu hao năng lượng so với GDP bằng cách hạn chế các ngành, hoạt động tiêu tốn nhiều năng lượng và phát triển các ngành, hoạt động ít tiêu hao năng lượng hơn. Suất tiêu hao năng lượng: là lượng năng lượng tiêu hao thực tế để tạo ra một đơn vị sản phẩm hoặc dịch vụ; bằng tổng tiêu hao năng lượng trên tổng sản phẩm cùng loại. Định mức tiêu hao năng lượng: là những chỉ tiêu gắn với quá trình sản xuất nhằm sử dụng năng lượng đạt hiệu quả cao nhất tại thời điểm xét. Trong vấn đề này có 02 khái niệm về Tiêu chuẩn tiêu hao năng lượng và Chỉ tiêu kế hoạch năng lượng. Trong đó. tiêu chuẩn hay định mức tiêu hao năng lượng là chỉ tiêu do Nhà nước ban hành quy định định mức tiêu hao năng lượng tối đa cho phép khi thiết kế mới hoặc cải tạo các thiết bị trong khai thác, biến đổi, truyền tải và sử dụng năng lượng; Chỉ tiêu kế hoạch năng lượng là chỉ tiêu pháp lệnh Nhà nước quy định suất tiêu hao năng lượng đối với các loại sản phẩm sử dụng trong quá trình lập kế hoạch về nhu cầu năng lượng. 1.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng Để đánh giá hiệu quả của các quá trình sản xuất, biến đổi, vận tải và tiêu thụ năng lượng, đánh giá tiềm năng tiết kiệm năng lượng, luận cứ về sự lựa chọn các giải pháp tiết kiệm năng lượng người ta sử dụng các tiêu chuẩn (chỉ tiêu) hiệu quả năng lượng. Có ba loại chỉ tiêu chính đang sử dụng: chỉ tiêu thực tế, chỉ tiêu kế hoạch và chỉ tiêu dự báo. Các chỉ tiêu hiệu quả năng lượng có thể chia thành 3 nhóm bao gồm có: nhóm chỉ tiêu nhiệt động, nhóm chỉ tiêu kỹ thuật (thực tế) và nhóm chỉ tiêu kinh tế tài chính. a. Các chỉ tiêu nhiệt động Chỉ tiêu nhiệt động đánh giá mức độ hoàn thiện của quá trình sản xuất, biến đổi, vận chuyển và tiêu thụ và thể hiện tổn thất năng lượng trong chu trình. Chỉ tiêu này còn 4
thể hiện sự khác biệt của quá trình thực so với lý tưởng, khi tổn thất về lý thuyết được coi là không có. - Hiệu suất năng lượng được tính toán trên cơ sở cân bằng năng lượng: = =1− trong đó: Qhi: Năng lượng hữu ích. Q0: Năng lượng tiêu thụ điện. Qtonthat: Tổn thất năng lượng. - Hệ số sử dụng năng lượng hữu ích là tỷ số giữa toàn bộ năng lượng sử dụng trong sản xuất so với tổng chi phí năng lượng tiêu hao tính chuyển sang nhiên liệu sơ cấp: + = trong đó: Qhi: Năng lượng hữu ích. Qhithucap: Năng lượng hữu ích thứ cấp. Q0: Năng lượng tiêu thụ điện. b. Các chỉ tiêu kỹ thuật * Các chỉ tiêu kỹ thuật đơn: - Mức kinh tế trong tiêu thụ nguồn nhiên liệu - năng lượng. - Hiệu quả truyền tải (dự trữ) nguồn nhiên liệu - năng lượng. - Mức tiêu thụ năng lượng trong sản xuất (cường độ năng lượng) * Các chỉ tiêu kỹ thuật tổng hợp: - Chi phí nhiên liệu tiêu chuẩn tổng hợp: tổng chi phí cần thiết của nền kinh tế có liên quan đến khai thác, chế biến, vận chuyển và tiêu thụ nhiên liệu - năng lượng; - Cường độ năng lượng toàn phần (toàn bộ chi phí năng lượng hoặc nhiên liệu để sản xuất sản phẩm, trong đó có tính đến chi phí khai thác, vận chuyển, chế biến v.v…); - Trị số nhiên liệu công nghệ D là toàn bộ chi phí của tất cả các dạng năng lượng cần thiết trong công nghệ hiện tại cũng như mọi chi phí đã bỏ ra trước (quá khứ) trong phạm vi giới hạn của công nghệ hiện tại cần để thu được một đơn vị nhiên liệu (kg nhiên liệu tiêu chuẩn, hoặc kg nhiên liệu tiêu chuẩn/đơn vị sản phẩm), không tính đến các dạng năng lượng thứ cấp. c. Các chỉ tiêu kính tế tài chính Các chỉ tiêu kinh tế đánh giá hiệu quả năng lượng cho phép xác định mức độ kinh tế của việc ứng dụng các giải pháp tiết kiệm năng lượng hoặc đầu tư lắp đặt thiết bị công 5
nghệ với các đặc tính sử dụng năng lượng cao hơn. Đặc thù của các chỉ tiêu này là khi tính toán thường chú ý đến các thanh quả thu được từ việc tiết kiệm nhiên liệu - năng lượng. * Các chỉ tiêu kinh tế đơn giản: Chi phí năng lượng trong giá thành sản phẩm: là một trong những chỉ tiêu quan trọng đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng của bất kỳ quá trình sản xuất nào. Việc so sánh theo chỉ tiêu này cho phép xác định các hộ sử dụng năng lượng hợp lý, mang lại kết quả hoạt động cao hơn về tài chính. Chỉ tiêu hiệu quả đầu tư đơn giản là lợi nhuận sau thuế, lợi nhuận đầu tư, thời gian hoàn vốn giản đơn… Đây là các chỉ tiêu kinh tế đơn giản mang tính gần đúng vì không tính đến yếu tố thời gian của đồng vốn, của lợi nhuận thu được. Vì vậy, các chỉ tiêu này chỉ áp dụng khi vốn đầu tư ít, thời gian hoàn vốn nhanh. * Các chỉ tiêu kinh tế có tính đến yếu tố thời gian: - Giá trị thời gian của tiền là khái niệm cơ bản để phân tích và đánh giá dự án đầu tư. + Giá trị thời gian của tiền: Giá trị của tiền biến đổi theo thời gian: Lãi đầu tư hay lãi tức: đầu tư vào dự án sản xuất hoặc đem gửi ngân hàng nhận lãi; Lạm phát, mất giá: Giá trị của một đơn vị tiền tệ có xu hướng giảm đi theo thời gian; Giá trị theo thời gian của tiền. + Chi phí cơ hội (opportunity cost) là giá trị kinh tế thực sự và đầy đủ của một tài nguyên, của một lao động... khi sử dụng để sản xuất hay sáng tạo ra một loại hàng hoá nào đó. - Chi phí cơ hội của tiền chính là giá trị theo thời gian của tiền khi muốn sử dụng nó. Người vay tiền phải trả lãi cho người cho vay để nhận được quyền sử dụng, còn người cho vay thì mất cơ hội sự dụng khoản tiền đã cho vay vào các cơ hội đầu tư khác trong khoảng thời gian cho vay. * Các chỉ tiêu kinh tế cơ bản: - Giá trị quy về hiện tại: =( ) - Lợi nhuận quy về hiện tại: =∑ ( ) - Hệ số hoàn vốn nội tại (IRR): ∑ =0 ( ) ∑ ( ) - Tỷ số lợi ích - chi phí: B/C = ∑ ( ) * Mối liên hệ giữa các chỉ tiêu kinh tế cơ bản: 6
Bảng 1-1: Mối liên hệ giữa các chỉ tiêu kinh tế cơ bản NPV IRR B/C Nếu NPV > 0 Thì IRR > r Và B/C > 1 Nếu NPV < 0 Thì IRR < r Và B/C < 1 Nếu NPV = 0 Thì IRR = r Và B/C = 1 * Đánh giá hiệu quả lựa chọn các dự án: Các dự án bao giờ cũng phải xem xét cả ba chỉ tiêu, đồng thời phải xác định điều kiện so sánh giữa các dự án: - Các dự án độc lập, không bị giới hạn về vốn. - Các dự án độc lập, bị giới hạn về vốn. - Các dự án loại trừ lẫn nhau. Bảng 1-2: Quy tắc đánh giá hiệu quả lựa chọn các dự án QUY TẮC CHỌN NPV IRR B/C Chọn dự án có Các dự án độc lập Chọn dự án NPV>0, Chọn mọi dự án với B/C>1, không cần vốn không hạn định không cần xếp hạng IRR>r xếp hạng Xếp hạng dự án theo Các dự án độc lập Không thích hợp cho Xếp hạng dự án có B/C luôn cho kết quả vốn bị hạn định xếp hạng dự án thể không đúng đúng Chọn phương án có Chọn phương án có Các dự án loại trừ, Chọn phương án với IRR lớn có thể B/C lớn nhất có thể vốn không hạn định NPV lớn nhất không đúng không đúng Phải sử dụng hệ số Không cần hệ số Phải sử dụng hệ số Hệ số chiết khấu chiết khấu thích hợp chiết khấu chính xác chiết khấu thích hợp * Lựa chọn phương pháp phân tích hiệu quả dự án sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả: Các dự án sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả được chia thành hai dạng chính: - Dự án đơn giản, vốn đầu tư nhỏ: Phân tích hiệu quả theo chỉ tiêu kinh tế hoàn vốn đơn thuần không cần tính yêu tố thời gian của tiền: + Tính toán chi phí đầu tư C. + Tính toán hiệu ích thu được từ chi phí chi trả cho năng lượng tiêu thụ trước và sau khi áp dụng giải pháp B = Gnl x (Etruoc - Esau); + Tính toán thời gian thu hồi vốn: Tth.von = B/C 7
- Dự án phức tạp vốn đầu tư lớn, thời gian thu hồi vốn dài: Cần sử dụng phương pháp phân tích đầy đủ, xem xét cả ba chỉ tiêu và đồng thời phải xác định điều kiện so sánh giữa các dự án. 1.1.3. Kiểm toán năng lượng Bộ Công Thương ban hành Thông tư 25/2020/TT-BCT [3] quy định về việc lập kế hoạch, báo cáo thực hiện kế hoạch sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, thực hiện kiểm toán năng lượng (KTNL). Theo đó, các doanh nghiệp bắt buộc phải kiểm toán năng lượng định kì theo quy định của nhà nước. Theo đó chỉ rõ “Kiểm toán năng lượng là hoạt động kiểm tra, khảo sát và phân tích các dòng năng lượng cho bảo tồn năng lượng trong một tòa nhà, một quá trình, hoặc hệ thống để giảm số lượng đầu vào năng lượng vào hệ thống mà không ảnh hưởng xấu đến đầu ra” [3]. Như vậy, kiểm toán năng lượng bao gồm có: - 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 nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng, - Đánh giá về mặt lợi ích, chi phí của các giải pháp tiết kiệm năng lượng. Để thực hiện điều này, nhiều văn bản pháp quy liên quan đến kiểm toán năng lượng đã được các cơ quan và nhà nước ban hành, gồm có: - Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả - Luật 50/2010/QH12, - Nghị định 21/2011/NĐ-CP quy định chi tiết và biện pháp thi hành luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, - Thông tư 09/2012/TT-BCT quy định về lập kế hoạch, báo cáo thực hiện kế hoạch sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả: thực hiện kiểm toán năng lượng. - Thông tư 19/2012/TT-BCT; thông tư 20/2016/TT-BCT: quy định định mức tiêu hao năng lượng trong các ngành sản xuất bia và nước giải khát; ngành công nghiệp thép. - Thông tư 25/2020/TT-BCT quy định về việc lập kế hoạch, báo cóa thực hiện kế hoạch sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, thực hiện kiểm toán năng lượng. Về cơ bản, kiểm toán năng lượng được phân ra 02 nội dung: kiểm toán năng lượng sơ bộ và kiểm toán năng lượng đầy đủ. Cụ thể: + Kiểm toán năng lượng sơ bộ: nhằm đánh giá sơ bộ tiềm năng tiết kiệm và đưa ra danh sách các cơ hội tiết kiệm chi phí thấp nhờ cải tiến (thay đổi) thói quen vận hành và bảo dưỡng; + Kiểm toán năng lượng đầy đủ: xác định năng lượng sử dụng và tổn thất thông qua kiểm tra chi tiết hầu hết các thiết bị và hệ thống thiết bị. Cần đo đạc và thí nghiệm 8