Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Điện năng là nguồn năng lượng thiết yếu phục vụ toàn bộ các ngành kinh tế quốc dân cũng như đời sống xã hội. Tại Việt Nam, quá trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa thúc đẩy nhu cầu tiêu thụ điện trong công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ và sinh hoạt tăng trưởng liên tục. Trong khi đó, các nguồn nhiên liệu sơ cấp phục vụ sản xuất điện như than đá, dầu mỏ và khí đốt ngày càng trở nên khan hiếm do khai thác và sử dụng chưa hợp lý. Năng lực phát điện của hệ thống chưa đáp ứng kịp thời nhu cầu phụ tải, nhất là vào mùa hè khi mực nước các hồ thủy điện suy giảm, khiến các nhà máy thủy điện không thể vận hành hết công suất. Thực trạng này kết hợp với tình trạng sử dụng điện lãng phí, tư tưởng dùng điện thiếu ý thức cùng hệ thống máy móc, thiết bị cũ kỹ, quá hạn sử dụng đã dẫn đến tình trạng thiếu điện cục bộ, buộc ngành điện phải luân phiên cắt điện, gây gián đoạn sản xuất và khó khăn cho đời sống nhân dân.

Vào giai đoạn nghiên cứu, bối cảnh thực tế năm 2016 cho thấy nếu nhu cầu điện tăng trưởng ở mức 15,8% hoặc cao hơn, đồng thời xuất hiện rủi ro sự cố tại các tổ máy nhiệt điện do vận hành kéo dài ở mức cao từ năm 2015, kết hợp thủy văn không thuận lợi tại các hồ lớn và việc chậm tiến độ phát điện của Nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1 trước mùa khô, hệ thống điện quốc gia sẽ đối mặt với nguy cơ thiếu nguồn nghiêm trọng trong các khung giờ cao điểm. Trước thực tế đó, tiết kiệm điện năng được xác định là một quốc sách mang tính chiến lược lâu dài. Đồ án tốt nghiệp đại học ngành Điện Tự động công nghiệp tại Trường Đại học Dân lập Hải Phòng (năm 2016) của sinh viên Phan Hữu Tiếp, dưới sự hướng dẫn của Th.S Đỗ Thị Hồng Lý, tập trung giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể sau:

  1. Phân tích tầm quan trọng của việc tiết kiệm điện và làm rõ các nguyên nhân gây tổn thất điện năng trong hệ thống điện (bao gồm nhóm nguyên nhân kỹ thuật và nhóm nguyên nhân quản lý).
  2. Khảo sát, đánh giá thực trạng tổn thất điện năng và tình hình thực hiện các chương trình tiết kiệm điện tại Việt Nam trên các khâu phát điện, truyền tải - phân phối và các hộ tiêu thụ điện năng.
  3. Đề xuất hệ thống các giải pháp kỹ thuật và biện pháp quản lý vận hành nhằm giảm tổn thất điện năng, nâng cao hiệu quả sử dụng điện trong hệ thống truyền tải, phân phối và các phân xưởng, cơ sở sản xuất công nghiệp.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tổn thất điện năng và các giải pháp tiết kiệm điện năng trong toàn bộ chu trình từ nguồn phát, lưới truyền tải, phân phối, trạm biến áp đến các hộ tiêu thụ công nghiệp, cơ quan công sở và sinh hoạt. Phạm vi không gian nghiên cứu bao quát hệ thống điện tại Việt Nam, kết hợp khảo sát các mô hình thực tế tại một số tỉnh, thành phố và nhà máy, xí nghiệp công nghiệp. Phạm vi thời gian tập trung vào số liệu diễn biến tổn thất và chương trình tiết kiệm điện giai đoạn 1999 - 2014, đánh giá hiện trạng năm 2015 và dự báo các yêu cầu kỹ thuật cho năm 2016 cùng các năm tiếp theo.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đề tài sử dụng hệ thống lý thuyết kỹ thuật điện, truyền tải và phân phối điện năng, lý thuyết máy điện và các nguyên lý điều khiển truyền động điện tự động:

  • Lý thuyết tổn thất trên đường dây truyền tải và phân phối: Tổn thất công suất tác dụng $\Delta P = 3I^2R$ và tổn thất công suất phản kháng $\Delta Q = 3I^2X$; tổn thất điện áp $\Delta U = \frac{PR + QX}{U}$; độ lệch điện áp định lượng bằng công thức $qU = \frac{U - U_{đm}}{U_{đm}} \times 100%$ và độ dao động điện áp $\delta U < 1%$; hiện tượng tổn thất vầng quang điện trên các đường dây siêu cao áp từ $110\text{ kV}$ trở lên tính theo công thức $P_{vq} = U^2 g_0$ (với $g_0$ là điện dẫn của một mét chiều dài đường dây).
  • Lý thuyết tổn hao trong máy biến áp: Phân định thành phần tổn thất không đổi (tổn hao sắt từ $\Delta P_{Fe}$ trong lõi thép, xác định qua thí nghiệm không tải) và thành phần tổn thất biến đổi theo phụ tải (tổn hao đồng $\Delta P_{Cu}$ trên cuộn dây sơ cấp và thứ cấp, liên quan đến thí nghiệm ngắn mạch $\Delta P_N$); mô hình toán học tính toán phụ tải giới hạn $S_{gh}$ nhằm xác định số lượng máy biến áp vận hành song song tối ưu để cực tiểu hóa tổn thất.
  • Lý thuyết truyền động điện và điện tử công suất: Phương trình đặc tính cơ điện của động cơ $U_u - R_u I_u = K\Phi\omega$; nguyên lý giảm dòng khởi động động cơ không đồng bộ qua điện trở phụ mạch phần ứng $R_f$ (khống chế $I_{mm} \le 2,5 I_{đm}$), phương pháp đổi nối sao - tam giác và phối hợp tụ điện song song; nguyên lý làm việc của bộ biến tần điều chế độ rộng xung (PWM) sử dụng van bán dẫn IGBT kết hợp chỉnh lưu cầu Diode và tụ lọc giữ hệ số $\cos\varphi \ge 0,96$; nguyên lý điều khiển khởi động mềm điều chỉnh góc mở thyristor bằng vi xử lý 16-bit; nguyên lý kiểm soát phụ tải của thiết bị Powerboss với tần số lấy mẫu 100 lần/giây ở tần số 50Hz.
  • Căn cứ pháp lý và quản lý: Chỉ thị số 19/2005/CT-TTg ngày 02/06/2005 của Thủ tướng Chính phủ về thực hiện tiết kiệm trong sử dụng điện; các quy định của Luật Điện lực về kiểm soát hệ số công suất $\cos\varphi$; Chương trình mục tiêu quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được tác giả triển khai gồm: phương pháp thu thập và thống kê số liệu thứ cấp từ Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN), Viện Bảo tồn Năng lượng Quốc tế (IIEC) và các đơn vị sản xuất; phương pháp phân tích - tổng hợp kỹ thuật nhằm phân loại các nguyên nhân tổn thất; phương pháp tính toán so sánh kinh tế - kỹ thuật đối với các giải pháp công nghệ (so sánh giữa điều khiển lưu lượng bằng van tiết lưu Damper với bộ biến tần trung áp; so sánh các phương thức mở máy động cơ). Nguồn dữ liệu sử dụng trong đồ án là các số liệu báo cáo vận hành lưới điện quốc gia, số liệu thống kê tiêu thụ điện năng của các công ty điện lực địa phương (Hà Tây, Bắc Ninh) và các số liệu đo kiểm thực tế tại các đơn vị công nghiệp (Công ty Xi măng Bút Sơn, Công ty Cổ phần May Xuất khẩu Hà Bắc, Công ty May Tín Trực, Công ty Than Cọc Sáu).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tầm quan trọng của việc tiết kiệm điện năng

Nội dung chương 1 phân tích cơ cấu hệ thống điện và đi sâu vào hai nhóm nguyên nhân cốt lõi gây thất thoát năng lượng: tổn thất kỹ thuật và tổn thất quản lý.

Về tổn thất kỹ thuật:

  • Trong nhà máy phát điện: Chất lượng điện năng thể hiện qua độ lệch điện áp $qU$, dao động điện áp $\delta U$ và độ tin cậy cung cấp điện. Tình trạng gián đoạn cung cấp điện gây thiệt hại lớn cho nền kinh tế.
  • Trên đường dây truyền tải: Tổn thất sinh ra do điện trở, điện dung của dây dẫn biến điện năng thành nhiệt năng. Hiện tượng bù công suất phản kháng không cân bằng (đặc biệt là bù thừa trong thời điểm phụ tải thấp) gây quá áp tại các điểm nút, làm giảm chất lượng điện. Hệ thống lưới điện nhiều nơi cũ nát, tiết diện dây nhỏ, mối nối thủ công chắp vá làm phát sinh phóng điện; hiện tượng vầng quang xuất hiện ở cấp điện áp từ $110\text{ kV}$ trở lên.
  • Trên trạm biến áp: Tổn thất không tải (tổn hao lõi thép do dòng điện xoáy Foucault và hiện tượng từ trễ) và tổn thất ngắn mạch (tổn hao trên điện trở dây quấn sơ cấp và thứ cấp thay đổi theo dòng điện phụ tải).
  • Trong các hộ tiêu thụ: Tại công sở, thiết bị chạy không tải, hệ thống chiếu sáng và điều hòa không khí vận hành lãng phí, máy móc non tải. Tại hộ gia đình, thiết bị công suất lớn sử dụng không hết tải, mạng điện nông thôn xuống cấp gây rò điện. Tại các nhà máy xí nghiệp, đồ thị phụ tải chênh lệch lớn giữa giờ cao điểm và thấp điểm; động cơ chọn dư thừa công suất vận hành non tải; dòng khởi động động cơ lớn gấp nhiều lần dòng định mức gây sụt áp lưới và sốc cơ học; cáu cặn bám trên thành ống lò hơi, thiết bị trao đổi nhiệt trong các ngành sản xuất xi măng, thép, gốm sứ làm tiêu hao nhiên liệu.
  • Tổn thất do sóng hài: Sóng hài bậc cao gây phát nhiệt máy biến áp (tăng tổn thất đồng, tổn thất từ thông tản, tổn thất sắt), làm giảm mômen và hiệu suất của động cơ quay, gây quá nhiệt cáp điện, phá hủy điện môi trong tụ điện và làm sai lệch tín hiệu của các thiết bị đo lường, bảo vệ.

Về tổn thất quản lý:

  • Hệ thống tính toán cung cấp điện tồn tại nhiều cấp điện áp trung gian không đồng bộ do yếu tố lịch sử (miền Bắc tiếp nhận thiết bị Liên Xô với cấp $6\text{ kV}, 10\text{ kV}, 35\text{ kV}$; miền Nam sử dụng thiết bị của Mỹ, Nhật Bản, Pháp với các chuẩn khác nhau). Khoảng cách cấp điện từ trạm biến áp tới phụ tải không đảm bảo tiêu chuẩn ($< 0,8\text{ km}$). Trình độ quản lý điện lực cấp xã còn hạn chế, chủ yếu tính toán dựa trên kinh nghiệm.
  • Thiết bị đo lường thiếu đồng bộ, không kiểm định định kỳ; biến dòng chọn sai khoảng làm việc (gần điểm bão hòa từ); đấu nối sai công tơ hoặc đảo dây pha - trung tính; tình trạng can thiệp bất hợp pháp làm hãm hoặc quay ngược công tơ.
  • Năng lực quản lý biểu giá điện chưa hoàn chỉnh, thiếu biểu giá công suất phản kháng; sơ suất bỏ sót hóa đơn thu tiền điện; hiện tượng câu móc trộm điện tại các đô thị; mô hình quản lý thầu khoán điện nông thôn bộc lộ nhiều kẽ hở gây thất thoát.

Chương 2: Tình hình tiết kiệm điện năng ở Việt Nam

Chương 2 tổng hợp thực trạng triển khai các chính sách, chương trình mục tiêu quốc gia về tiết kiệm năng lượng tại các khâu của hệ thống điện Việt Nam tính đến giai đoạn 2014 - 2015.

Tỷ lệ tổn thất điện năng toàn quốc năm 2010 ở mức $25,0%$, cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn thế giới ($4% - 6%$), nhưng sau đó giảm dần xuống $11,05%$. Theo số liệu của EVN năm 2014, sản lượng điện tiết kiệm toàn quốc đạt 714,8 triệu kWh (vượt mức kế hoạch 581 triệu kWh/năm). Cơ cấu tiết kiệm ghi nhận:

  • Tiết kiệm trong chiếu sáng công cộng đạt 24,26% lượng điện tiêu thụ của khối này, chiếm 13% tổng sản lượng điện tiết kiệm.
  • Tiết kiệm khối hành chính sự nghiệp đạt 11% lượng điện tiêu thụ của khối, chiếm 20% tổng sản lượng điện tiết kiệm.
  • Tiết kiệm ánh sáng sinh hoạt đạt 1,49% lượng điện tiêu thụ sinh hoạt, chiếm 42% tổng sản lượng điện tiết kiệm.
  • Chỉ tiêu của EVN đặt ra đến năm 2020: mỗi năm giảm tỷ lệ tổn thất truyền tải và phân phối $0,35%$ để đưa tổn thất toàn ngành xuống dưới $10%$, đồng thời giảm suất tiêu hao nhiên liệu và tỷ lệ điện tự dùng trong nhà máy tối thiểu $5%$.

Khảo sát cụ thể tại các khâu:

  • Khâu phát điện: Nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1 đổi mới dây chuyền công nghệ; các nhà máy giảm tỷ lệ điện tự dùng từ mức $9% - 10%$ xuống $5% - 6%$. Về điều phối nguồn: mùa khô, Thủy điện Hòa Bình và Tuyên Quang chỉ vận hành tổ máy số 1 và số 2 (khối thủy điện phát $50% - 65%$ công suất), trong khi nhiệt điện huy động $80% - 95%$ công suất; mùa mưa lũ chuyển sang huy động tối đa thủy điện.
  • Khâu truyền tải: EVN lắp tụ bù ngang $110\text{ kV}$ tại các trạm $220\text{ kV}$ và $110\text{ kV}$. Đường dây truyền tải $500\text{ kV}$ Bắc - Nam đưa tỷ lệ tổn thất trên đường dây giảm từ $9,92%$ (năm 1999) xuống còn $3,93%$ (năm 2008). Ngành than vận hành 115 trạm biến áp di động phòng nổ trong hầm lò. Năm 2007, Điện lực Hà Tây đầu tư hơn 5 tỷ đồng nâng cấp các trạm Ba La 3, Bắc Lãm, Thanh Bình I, Hà Trì I và lắp tụ bù hạ thế tại Vạn Phúc; triển khai dự án cải tạo lưới điện Hà Đông giai đoạn I (18 tỷ đồng năm 2008) và giai đoạn II (70 tỷ đồng).
  • Khâu tiêu thụ dân dụng và công cộng: EVN triển khai chương trình dùng đèn compact, LED giai đoạn đến 2020 (tiêu thụ 15 - 20 triệu bóng/năm). Chương trình phối hợp với IIEC quảng bá 1 triệu đèn compact đã bán trợ giá cho 491.453 hộ tại 3.006 xã/thị trấn thuộc 64 tỉnh, thành; tiết kiệm 45,9 triệu kWh/năm (với thời gian thắp sáng 3,1 giờ/ngày), cắt giảm 30,1 MW công suất đỉnh mùa khô. Trong chiếu sáng công cộng, TP. Vũng Tàu lắp thử nghiệm 30 bộ điều chỉnh độ sáng 2 cấp công suất ($250\text{W} / 150\text{W}$) trên đường 3 Tháng 2; các đơn vị hành chính thực hiện nâng nhiệt độ máy lạnh lên $22^\circ\text{C} - 25^\circ\text{C}$.
  • Khâu sản xuất công nghiệp: Công ty Cổ phần May Xuất khẩu Hà Bắc đầu tư hơn 300 triệu đồng lắp 1.400 bộ thiết bị tiết kiệm điện trên máy may, tiết kiệm khoảng 30 triệu đồng/tháng; Công ty May Tín Trực lắp hệ thống chiếu sáng mới tiết kiệm 30% điện; Công ty Than Cọc Sáu lắp biến tần Danfoss ABN cho hệ thống sàng than công suất 2,5 triệu tấn/năm; Công ty Xi măng Bút Sơn áp dụng biến tần trung áp Toshiba cho động cơ quạt 1268 (công suất $2.400\text{ kW}$, điện áp $6.000\text{ V}$), giảm chi phí điện từ hơn 16 tỷ đồng/năm (dùng van tiết lưu Damper) xuống hơn 8 tỷ đồng/năm, tiết kiệm gần 8 tỷ đồng mỗi năm; Điện lực Bắc Ninh lắp 1.098 công tơ 3 giá tại các khu công nghiệp (KCN Châu Khê dịch chuyển phụ tải sang đêm giúp tiết kiệm 3 - 4 tỷ đồng/tháng, phụ tải tăng từ 30 MW lên hơn 100 MW, sản lượng thép vượt 300.000 tấn/năm; KCN Phong Khê tăng sản lượng giấy lên hơn 100.000 tấn/năm).

Chương 3: Đề xuất các giải pháp tiết kiệm điện năng

Chương 3 xây dựng các giải pháp kỹ thuật và tổ chức vận hành nhằm giảm tổn thất điện năng một cách hệ thống:

  1. Cải tạo và quy hoạch lưới điện: Chuyển đổi các lưới điện trung thế $6\text{ kV}, 10\text{ kV}$ về cấp điện áp chuẩn $22\text{ kV}$; tăng tiết diện dây dẫn và rút ngắn bán kính cấp điện hạ thế; duy trì điện áp thanh cái $220\text{ kV}$ ở mức cao nhất cho phép tại các trạm $500\text{ kV}$ và trạm nâng áp; phát quang hành lang tuyến, kiểm tra phát nhiệt mối nối bằng thiết bị đo nhiệt độ; cân bằng phụ tải giữa các pha.
  2. Nâng cao chất lượng điện áp và chống dao động: Áp dụng sơ đồ dẫn sâu đưa trạm biến áp vào trung tâm phụ tải; điều chỉnh nấc phân áp của máy biến áp; dùng máy bù đồng bộ hoặc tụ điện tĩnh để bù công suất phản kháng; lắp đặt bộ lọc cộng hưởng gồm điện kháng $L$ và tụ điện $C$ để triệt tiêu sóng điều hòa bậc cao; áp dụng sơ đồ chỉnh lưu nhiều pha đối với phụ tải van.
  3. Vận hành kinh tế trạm biến áp: Lựa chọn số lượng máy biến áp vận hành song song dựa trên phụ tải thực tế theo công thức công suất giới hạn: $$S_{gh(n)} = \sqrt{\frac{n(n+1)\Delta P_{Fe}}{\Delta P_N}} \times S_{đm}$$ Khi công suất phụ tải $S_{pt} > S_{gh(n)}$ thì vận hành $n+1$ máy; khi $S_{gh(n-1)} < S_{pt} < S_{gh(n)}$ thì vận hành $n$ máy; cắt bớt máy biến áp khi non tải để loại trừ tổn thất không tải $\Delta P_{Fe}$.
  4. Nâng cao hệ số công suất $\cos\varphi$: Yêu cầu các hộ tiêu thụ công nghiệp nâng hệ số $\cos\varphi$ từ mức $0,6 - 0,7$ lên trên $0,9$. Việc bù công suất phản kháng $Q$ giúp giảm thành phần dòng điện $I = \frac{\sqrt{P^2+Q^2}}{\sqrt{3}U}$, trực tiếp làm giảm tổn thất công suất tác dụng $\Delta P(Q) = \frac{Q^2}{U^2}R$ và giảm tổn thất điện áp $\Delta U(Q) = \frac{QX}{U}$, tăng khả năng truyền tải của dây dẫn và máy biến áp hiện hữu.
  5. Ứng dụng thiết bị điện hiệu suất cao:
    • Thay thế đèn sợi đốt bằng đèn compact, huỳnh quang dùng chấn lưu điện tử (tiết kiệm 30% điện so với chấn lưu sắt từ);
    • Ứng dụng bộ khởi động mềm có chức năng dịch lùi pha sóng điện áp khi động cơ vận hành non tải;
    • Sử dụng bộ biến tần điều khiển tốc độ động cơ theo giải thuật điều biến PWM, tích hợp vòng điều khiển PID, duy trì hệ số $\cos\varphi \ge 0,96$ và dòng khởi động không vượt quá dòng định mức;
    • Lắp đặt thiết bị điều khiển động cơ thông minh Powerboss (đáp ứng tiêu chuẩn ISO 9001, ISO 9002, CE, UL, CSA), có khả năng giám sát trạng thái tải động cơ 100 lần/giây để tối ưu hóa năng lượng cấp vào phần ứng.
  6. Điều hòa và dịch chuyển đồ thị phụ tải: Sử dụng công tơ điện tử 3 giá, khuyến khích các cơ sở sản xuất có mức tiêu thụ từ $5.000\text{ kWh/tháng}$ trở lên hạn chế sản xuất trong các giờ cao điểm ($9\text{h} - 11\text{h}$ và $18\text{h} - 22\text{h}$), chuyển các phụ tải nặng sang giờ thấp điểm ban đêm (giá điện chỉ bằng khoảng 1/2 so với giờ bình thường).
  7. Giảm dòng điện mở máy cho động cơ: Áp dụng biến áp tự ngẫu; phương pháp đổi nối cuộn dây stato từ sao sang tam giác (khi mở máy ở sơ đồ sao, điện áp pha giảm $\sqrt{3}$ lần, dòng điện pha giảm 3 lần); thêm điện trở phụ $R_f$ vào mạch phần ứng thỏa mãn điều kiện $I_{mm} \le 2,5 I_{đm}$; sử dụng hệ thống tụ điện mắc song song với động cơ (thực tế tại Công ty Cấp nước Ninh Thuận, phương pháp mắc tụ song song đã hỗ trợ máy phát điện công suất $150\text{ kW}$ khởi động thành công động cơ bơm $90\text{ kW}$).

Kết quả và đóng góp

Đồ án tổng hợp các kết quả thực tiễn và xây dựng các bảng so sánh kinh tế - kỹ thuật dựa trên các số liệu ghi nhận trong hệ thống điện Việt Nam:

Bảng 1: Diễn biến tổn thất và kết quả tiết kiệm điện giai đoạn khảo sát

Chỉ tiêu kỹ thuật / quản lý Số liệu / Kết quả ghi nhận Đơn vị / Nguồn tham chiếu
Tỷ lệ tổn thất điện năng toàn quốc năm 2010 25,0% Thống kê ngành điện
Tỷ lệ tổn thất điện năng sau khi cải tạo 11,05% Báo cáo chương trình giảm tổn thất
Sản lượng điện tiết kiệm toàn quốc năm 2014 714,8 / 581,0 Triệu kWh (Thực hiện / Kế hoạch EVN)
Tỷ lệ tổn thất đường dây 500 kV Bắc - Nam (1999) 9,92% EVN
Tỷ lệ tổn thất đường dây 500 kV Bắc - Nam (2008) 3,93% EVN
Tỷ lệ điện tự dùng tại các nhà máy phát điện Giảm từ 9% - 10% xuống 5% - 6% Báo cáo nhà máy nhiệt điện
Quy mô chương trình 1 triệu đèn compact (IIEC) 491.453 hộ tại 3.006 xã thuộc 64 tỉnh Tiết kiệm 45,9 triệu kWh/năm; giảm đỉnh 30,1 MW

Bảng 2: Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật từ các giải pháp tại doanh nghiệp

Tên đơn vị / Cơ sở sản xuất Giải pháp kỹ thuật đã áp dụng Hiệu quả kinh tế - kỹ thuật cụ thể
Công ty Xi măng Bút Sơn Thay van tiết lưu Damper bằng biến tần trung áp Toshiba cho quạt 1268 ($2.400\text{ kW} - 6.000\text{ V}$) Chi phí điện giảm từ > 16 tỷ đồng/năm xuống > 8 tỷ đồng/năm; tiết kiệm gần 8 tỷ đồng/năm
Công ty CP May XK Hà Bắc Lắp 1.400 bộ tiết kiệm điện cho máy may (vốn > 300 triệu đồng) Tiết kiệm khoảng 30 triệu đồng/tháng
Công ty May Tín Trực Cải tạo hệ thống chiếu sáng và bố trí sản xuất thấp điểm Tiết kiệm 30% điện năng chiếu sáng sản xuất
Công ty Than Cọc Sáu Lắp biến tần Danfoss ABN cho hệ thống sàng than ($2,5$ triệu tấn/năm) Vận hành ổn định, thời gian thu hồi vốn nhanh
Doanh nghiệp tại KCN Châu Khê Áp dụng công tơ 3 giá, tập trung sản xuất giờ thấp điểm đêm Giảm 3 - 4 tỷ đồng/tháng; công suất tải tăng từ ~30 MW lên > 100 MW
Trạm bơm Cấp nước Ninh Thuận Ghép tụ điện song song hỗ trợ mở máy động cơ Máy phát $150\text{ kW}$ khởi động được động cơ bơm $90\text{ kW}$

Đóng góp của tác giả thể hiện ở việc hệ thống hóa toàn diện các nguyên nhân gây tổn thất điện năng từ góc độ vật lý kỹ thuật (sóng hài, vầng quang, lệch áp, non tải) đến các khuyết tật trong quản lý vận hành (lưới điện nhiều cấp trung gian lịch sử, đo đếm sai số, biểu giá chưa tối ưu). Đề tài đưa ra các công thức tính toán cụ thể về vận hành kinh tế trạm biến áp và các phương án điều khiển động cơ, gắn liền lý thuyết điện kỹ thuật với các dẫn chứng hiệu quả kinh tế rõ ràng tại các xí nghiệp công nghiệp trong nước.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Văn bản đồ án tập trung vào việc khảo sát thực trạng, tổng hợp số liệu và đề xuất các giải pháp kỹ thuật mang tính định hướng ứng dụng. Nghiên cứu có một số giới hạn dựa trên phạm vi trình bày:

  • Các giải pháp đề xuất chưa đi kèm mô hình tính toán mô phỏng trào lưu công suất (load flow) hay mô phỏng sóng hài cho một lưới điện phân phối cụ thể trên các phần mềm chuyên ngành.
  • Đánh giá hiệu quả tài chính ở các ca điển hình dừng lại ở mức so sánh chi phí điện năng tiêu thụ hàng năm hoặc tiền điện tiết kiệm hàng tháng, chưa xây dựng bảng tính dòng tiền chiết khấu toàn diện (NPV, IRR, thời gian hoàn vốn có chiết khấu) cho từng gói đầu tư thiết bị.

Hướng mở rộng phù hợp cho các nghiên cứu tiếp theo là ứng dụng các công cụ phần mềm chuyên dụng để mô phỏng, tính toán tối ưu hóa vị trí và dung lượng tụ bù trên lưới phân phối thực tế; đồng thời xây dựng mô hình điều khiển tự động giám sát năng lượng thời gian thực (SCADA/EMS) trong các nhà máy sản xuất công nghiệp quy mô lớn.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên các ngành Kỹ thuật điện, Điện Tự động công nghiệp, Hệ thống điện trong các đồ án môn học và đồ án tốt nghiệp liên quan đến thiết kế cung cấp điện, phân tích tổn thất điện năng và truyền động điện. Tài liệu cũng có giá trị thực tiễn đối với kỹ sư vận hành, cán bộ quản lý năng lượng tại các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp nhờ các nội dung đáng chú ý sau:

  • Phương pháp luận và công thức toán học xác định phụ tải giới hạn $S_{gh}$ để vận hành kinh tế trạm biến áp có nhiều máy làm việc song song.
  • Dữ liệu tính toán kinh tế kỹ thuật điển hình về việc thay thế van điều tiết Damper bằng biến tần trung áp cho động cơ công suất lớn ($2.400\text{ kW}$).
  • Các phương thức mở máy động cơ hạn chế sụt áp lưới, đặc biệt là giải pháp dùng tụ điện song song cho các nguồn điện có công suất hữu hạn.

Câu hỏi thường gặp

1. Việc thay thế van tiết lưu Damper bằng biến tần trung áp Toshiba cho quạt 1268 tại Công ty Xi măng Bút Sơn mang lại hiệu quả kinh tế như thế nào?
Quạt 1268 sử dụng động cơ công suất $2.400\text{ kW}$, điện áp $6.000\text{ V}$, vận hành 8.000 giờ/năm với các chế độ lưu lượng: $100%$ lưu lượng (20% thời gian), $70%$ lưu lượng (50% thời gian) và $50%$ lưu lượng (30% thời gian) ở đơn giá điện bình quân 1.000 đ/kWh. Khi dùng van Damper, tiền điện phải trả hơn 16 tỷ đồng/năm. Khi chuyển sang dùng biến tần trung áp Toshiba điều khiển lưu lượng, tiền điện giảm xuống hơn 8 tỷ đồng/năm, tiết kiệm gần 8 tỷ đồng mỗi năm, xấp xỉ tổng số tiền đầu tư thiết bị biến tần ban đầu.

2. Tỷ lệ tổn thất điện năng trên đường dây truyền tải 500 kV Bắc - Nam thay đổi như thế nào trong giai đoạn 1999 - 2008?
Nhờ việc cán bộ công nhân viên ngành điện Việt Nam làm chủ công nghệ siêu cao áp trong thiết kế, xây dựng và vận hành hợp nhất hệ thống điện, tỷ lệ tổn thất điện năng trên đường dây $500\text{ kV}$ Bắc - Nam đã giảm mạnh từ mức $9,92%$ năm 1999 xuống còn $3,93%$ vào năm 2008.

3. Chương trình quảng bá sử dụng 1 triệu đèn compact của EVN và Viện IIEC đạt được những kết quả cụ thể nào?
Chương trình triển khai bán trợ giá kết hợp tuyên truyền trong vòng 18 tháng, đã phân phối gần 1 triệu đèn compact chất lượng cao cho 491.453 hộ dùng điện tại 3.006 xã, thị trấn trên địa bàn 64 tỉnh, thành phố. Kết quả giúp ngành điện tiết kiệm mỗi năm 45,9 triệu kWh (tính bình quân thắp sáng 3,1 giờ/ngày) và cắt giảm được 30,1 MW công suất đỉnh của hệ thống trong mùa khô.

4. Vì sao việc tồn tại nhiều cấp điện áp trung gian trong lịch sử lại gây gia tăng tổn thất điện năng tại Việt Nam?
Do yếu tố lịch sử, miền Bắc sử dụng hệ thống thiết bị của Liên Xô với các cấp điện áp $6\text{ kV}, 10\text{ kV}, 35\text{ kV}$, trong khi miền Nam sử dụng thiết bị của Mỹ, Nhật Bản, Pháp với các cấp $15\text{ kV}, 22\text{ kV}$. Việc tồn tại quá nhiều cấp điện áp trung gian làm phát sinh nhiều trạm biến áp trung gian, làm tăng tổn thất công suất trên các cuộn dây và lõi từ, gây khó khăn cho việc chuẩn hóa lưới điện về cấp $22\text{ kV}$ tiêu chuẩn.

5. Giải pháp dùng tụ điện song song hỗ trợ khởi động động cơ không đồng bộ trong điều kiện nguồn có công suất hữu hạn được chứng minh qua ví dụ thực tế nào?
Tụ điện nối song song làm giảm dòng điện mở máy mà không làm tăng năng lượng tiêu thụ tác dụng, đưa hệ thống tải tiến gần về trạng thái thuần trở. Trên thực tế, giải pháp này đã giúp máy phát điện công suất chỉ $150\text{ kW}$ của Công ty Cấp nước Ninh Thuận khởi động thành công động cơ máy bơm công suất $90\text{ kW}$.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Phan Hữu Tiếp đã làm rõ tầm quan trọng của tiết kiệm điện năng cũng như nguồn gốc các tổn thất kỹ thuật và quản lý trong hệ thống điện Việt Nam. Thông qua việc phân tích thực trạng giai đoạn 1999 - 2014 với các số liệu cụ thể từ EVN và các doanh nghiệp, tác giả đã chứng minh hiệu quả thiết thực của các biện pháp quản lý phụ tải và công nghệ điện tử công suất. Các giải pháp đề xuất bao gồm chuẩn hóa cấp điện áp, vận hành kinh tế trạm biến áp, nâng cao hệ số $\cos\varphi$ và ứng dụng biến tần, khởi động mềm mang tính ứng dụng cao đối với ngành điện công nghiệp. Công trình là tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và thực tiễn cho công tác thiết kế, cải tạo và vận hành tiết kiệm năng lượng trong mạng điện hiện nay.