Đồ Án Tốt Nghiệp: Mô Phỏng Hệ Thống Quản Lý Năng Lượng Hiệu Quả

Đồ án tốt nghiệp mô phỏng hệ thống quản lý năng lượng: Tìm hiểu quy trình thiết kế, xây dựng và kiểm thử hệ thống, ứng dụng hiệu quả trong thực tế.

• Tác giả: Trần Huỳnh Thiện Ân
• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Ngọc Âu
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện Điện Tử
• Đề tài: Mô Phỏng Hệ Thống Quản Lý Năng Lượng
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• TÓM TẮT
• MỤC LỤC
• DANH MỤC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC BẢNG
• CÁC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Mục tiêu đề tài
• 1.3. Nội dung đề tài
• 1.4. Giới hạn đề tài
• 1.5. Đối tượng nghiên cứu
• 1.6. Phạm vi nghiên cứu
• 1.7. Kế hoạch thực hiện
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG
• 2.1. Tổng quan về năng lượng
• 2.1.1. Khái niệm về năng lượng
• 2.1.2. Tình hình sử dụng năng lượng
• 2.2. Tổng quan về quản lý năng lượng
• 2.2.1. Khái niệm về hệ thống QLNL
• 2.2.2. Thực trạng và vai trò của hệ thống quản lý năng lượng
• 2.2.3. Lợi ích của hệ thống quản lý năng lượng
• 2.2.3.1. Đánh giá chất lượng điện năng
• 2.2.3.2. Bảo vệ môi trường
• 2.2.4. Xu hướng phát triển hệ thống quản lý năng lượng
• 2.3. Chi phí năng lượng và giải pháp tiết kiệm năng lượng
• 2.3.1. Chi phí năng lượng
• 2.3.2. Tiết kiệm năng lượng
• 2.4. Kiểm toán năng lượng
• 3. CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG
• 3.1. Mô hình hệ thống quản lý năng lượng
• 3.2. Phần mềm phổ biến của hệ thống quản lý năng lượng
• 3.3. Các giao thức trong hệ thống quản lý năng lượng
• 3.3.1. Modbus TCP/IP
• 3.4. Các chuẩn truyền thông giao tiếp trong hệ thống EMS
• 3.4.1. Chức năng chân RS232
• 3.4.2. Đặc diểm RS485
• 3.5. Thiết bị đo điện năng
• 3.6. Biến dòng CT
• 3.7. Bộ chuyển đổi tín hiệu
• 3.7.1. Bộ chuyển đổi LINK150
• 3.7.2. Bộ chuyển đổi Selec AC
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TRÊN PHẦN MỀM
• 4.1. Các thiết bị để mô phỏng
• 4.1.1. Biến dòng đo lường CT
• 4.1.2. Thông số kỹ thuật
• 4.1.3. Cấu tạo và kích thước của biến dòng đo lường 50/5A
• 4.1.4. Thiết bị đo lường đa chức năng PM5350
• 4.1.5. Thông số kỹ thuật
• 4.1.6. Mô tả các chân của đồng hồ PM5350
• 4.1.7. Mô tả các ký hiệu nút của thiết bị PM5350
• 4.1.8. Hướng dẫn cài đặt đồng hồ
• 4.1.9. Bộ chuyển đổi tín hiệu EGX150
• 4.1.10. Thông số kỹ thuật
• 4.1.11. Sơ đồ chân kết nối và đèn hiển thị
• 4.1.12. Cầu chì cách ly STI 1 pha
• 4.1.13. Thông số kỹ thuật
• 4.1.14. Các thiết bị mô phỏng
• 4.1.15. Các thiết bị bảo vệ
• 4.1.15.1. Thiết bị đóng cắt MCB
• 4.2. Hệ thống quản lý năng lượng Ecostruxure Power
• 4.2.1. Sơ đồ đơn tuyến của hệ thống
• 4.2.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống
• 4.2.3. Bố trí thiết bị trên bộ KIT
• 4.3. Phần mềm giám sát năng lượng Ecostruxure Power
• 4.3.1. Phần mềm Management Console
• 4.3.2. Phần mềm Web Application
• 4.3.3. Phần mềm Vista
• 4.4. Cài đặt, định cấu hình
• 4.4.1. Thiết lập giao tiếp Ethernet cho thiết bị qua Management Console
• 4.4.2. Lấy dữ liệu trên Web Application
• 4.4.2.1. Ứng dụng TRENDS
• 4.4.2.2. Ứng dụng ALARMS
• 4.4.2.3. Ứng dụng REPORTS
• 4.4.2.4. Ứng dụng DIAGRAMS
• 4.4.2.5. Ứng dụng DASHBOARDS
• 4.4.3. Định cấu hình sơ đồ kết nối trong Vista
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 5.1. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Mô Phỏng Hệ Thống Quản Lý Năng Lượng Tối Ưu

Quản lý năng lượng đóng vai trò then chốt trong việc tối ưu hóa hệ thống điện, đặc biệt trong bối cảnh các ngành công nghiệp, nông nghiệp, thương mại dịch vụ và đời sống dân sinh ngày càng phụ thuộc vào năng lượng. Đề tài Mô phỏng Hệ Thống Quản Lý Năng Lượng làm rõ các nội dung: tìm hiểu về quản lý năng lượng, thiết kế hệ thống mô phỏng quản lý năng lượng, khai thác phần mềm EcoStruxure Power Monitoring Expert. Việc sử dụng năng lượng một cách tối ưu, đáp ứng nhu cầu thị trường đồng thời đảm bảo tiết kiệm chi phí, giảm thiểu rủi ro và bảo vệ môi trường đang là một thách thức lớn. Đặc biệt, Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả năm 2010 cùng với Chiến lược quốc gia về tăng trưởng xanh giai đoạn 2021 - 2030 nhấn mạnh tầm quan trọng của việc quản lý năng lượng thông minh và hiệu quả. Điều này đòi hỏi các doanh nghiệp và xã hội phải giải quyết bài toán về quản lý năng lượng. Cần một hệ thống đa nhiệm để giúp người dùng đo đạc, phân tích các thông số để kiểm soát mức độ tiêu thụ, từ đó đưa ra hướng điều chỉnh xác đáng và cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng. Theo [tài liệu gốc], nhóm đã nhận thấy được điều đó và lựa chọn đề tài “Mô phỏng hệ thống quản lý năng lượng” để thực hiện. Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu về hệ thống quản lý năng lượng và mô phỏng hệ thống quản lý năng lượng, phát hiện sự cố trong quá trình hoạt động hệ thống thông qua phần mềm EcoStruxure Power Monitoring Expert.

1.1. Khái Niệm và Mục Tiêu Của Quản Lý Năng Lượng Thông Minh

Quản lý năng lượng không chỉ là việc đo đạc và giám sát, mà còn là việc lập kế hoạch, vận hành các thiết bị tiêu thụ năng lượng, phân phối và lưu trữ năng lượng. Đây là phương pháp chủ động trong việc giám sát, kiểm soát năng lượng có tổ chức, có hệ thống, có chọn lọc trong tòa nhà, văn phòng, xưởng, các khu công nghiệp, khu dân cư. Mục tiêu chính là tiết kiệm nhiên liệu, giảm thiểu việc sử dụng năng lượng khi không cần thiết, tối ưu hóa chi phí năng lượng trong khi vẫn đáp ứng nhu cầu năng lượng cần thiết. Quản lý năng lượng còn tạo ra các cơ hội để cắt giảm và loại bỏ chất thải. Quy trình quản lý năng lượng bao gồm đo lường, phân tích, đặt mục tiêu và theo dõi.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Mô Phỏng Hệ Thống Trong Quản Lý Năng Lượng

Mô phỏng hệ thống quản lý năng lượng cho phép các kỹ sư và nhà quản lý dự đoán và đánh giá hiệu quả của các chiến lược quản lý năng lượng khác nhau trước khi triển khai thực tế. Điều này giúp giảm thiểu rủi ro, tiết kiệm chi phí và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống. Phần mềm mô phỏng như EcoStruxure Power Monitoring Expert cung cấp công cụ mạnh mẽ để mô hình hóa hệ thống điện, giám sát, thu thập dữ liệu và phân tích hiệu suất. Việc này đặc biệt quan trọng trong việc tối ưu hóa hệ thống năng lượng phức tạp và tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo.

II. Thách Thức Quản Lý Năng Lượng Chi Phí Tiết Kiệm Năng Lượng

Với sức ép liên tục gia tăng lên các cơ quan, xí nghiệp về việc cắt giảm giá thành trong sản xuất để tăng tính cạnh tranh hàng hóa trên thị trường và giảm chi phí phải trả cho năng lượng đến mức tối ưu nhất. Ngoài việc tuyên truyền và chia sẻ giúp nhận thức về việc sử dụng năng lượng có hiệu quả hơn chống lãng phí thì cần phải có một hệ thống giám sát và kiểm soát thực tế giúp quản lý, tính toán, sử dụng có kế hoạch và mua bán hiệu quả hơn. Việc quản lý và giám sát chi phí năng lượng là một thách thức lớn đối với nhiều doanh nghiệp và tổ chức. Chi phí năng lượng không chỉ bao gồm điện, mà còn bao gồm xăng, dầu, nước, nước thải, và các nguồn năng lượng khác. Khi xảy ra sự cố mất điện, các doanh nghiệp phải sử dụng máy phát điện, làm tăng chi phí. Theo thống kê, sản lượng điện sản xuất toàn hệ thống đạt 22.62 tỷ kWh vào tháng 4 năm 2022, tăng 1.9% so với cùng kỳ. Lũy kế 4 tháng đầu năm, sản lượng điện sản xuất toàn hệ thống đạt 85.65 tỷ kWh, tăng 6.2% so với cùng kỳ.

2.1. Các Giải Pháp Tiết Kiệm Năng Lượng Hiệu Quả Cho Doanh Nghiệp

Tiết kiệm năng lượng không chỉ giúp giảm chi phí mà còn tăng năng suất, cải thiện chất lượng sản phẩm và môi trường làm việc. Các giải pháp tiết kiệm năng lượng bao gồm áp dụng các giải pháp quản lý, trang bị hệ thống quản lý năng lượng, trang bị phần mềm quản lý giám sát năng lượng, thay thế các thiết bị điện hiệu suất thấp (đặc biệt là động cơ điện và máy biến áp), và sử dụng lại nguồn năng lượng dư thừa. Áp dụng các giải pháp về quản lý. Trang bị hệ thống quản lý năng lượng tòa nhà. Trang bị phần mềm quản lý giám sát năng lượng.

2.2. Kiểm Toán Năng Lượng Quy Trình và Mục Tiêu Cụ Thể

Kiểm toán năng lượng là quá trình khảo sát năng lượng và phân tích năng lượng dựa trên số liệu thu thập được, như lượng điện tiêu thụ hàng tháng, nhiệt điện, khí, gas, và mức tiêu thụ ở từng bộ phận. Mục đích là tìm và đưa ra mức độ ưu tiên cho từng giải pháp, xem xét và đánh giá tầm ảnh hưởng của các giải pháp tiết kiệm năng lượng, nâng cao nhận thức và sử dụng năng lượng trong doanh nghiệp, và chỉnh sửa cơ chế quản lý để khắc phục những sự cố gây tổn hao năng lượng.

2.3 Tầm Quan Trọng Của Việc Giảm Phát Thải Carbon

Tiết kiệm năng lượng sẽ giảm ảnh hưởng xấu đến môi trường giảm lượng khí CO2 thải ra môi trường do những loại nhiêu liệu hóa thạch như than, dầu,… Dựa vào biểu đồ phát thải khí CO2 tại [tài liệu gốc] có thể thấy rằng, lượng khí CO2 được thải ra từ ngành nhiệt điện chiếm 40% so với các ngành khác. Để đảm bảo nguồn năng lượng tiêu thụ của các nhà máy, hộ dân thì buộc các nhà máy điện bằng dầu, than phải hoạt động rất nhiều khiến cho lượng khí CO2 thải ra rất cao. giảm thiểu lượng chất độc thải ra môi trường

III. Cách Xây Dựng Mô Hình Hệ Thống Quản Lý Năng Lượng Tối Ưu

Hệ thống quản lý năng lượng (Energy management system) là tập hợp máy chủ thực hiện việc giám sát, kiểm soát, và tối ưu hóa hiệu suất của các thiết bị truyền tải hệ thống. Gồm có phần cứng được lắp đặt trong nhà máy, tòa nhà, khu công nghiệp, phần mềm theo dõi, giám sát, cảnh báo quá trình phân phối và lượng tiêu thụ năng lượng trong nhà máy sao cho sử dụng năng lượng một cách hiệu quả. Để thực hiện nhiệm vụ này, hệ thống quản lý năng lượng cần có thiết bị đo đếm năng lượng tại các máy móc hiện trường. Các thiết bị này truyền các thông số: điện áp, dòng điện, công suất tiêu thụ, hệ số công suất,…về máy tính trung tâm. Sau đó, các thông số này hiển thị tập trung trên màn hình, người trong nhà máy có thể theo dõi và điều chỉnh hoạt động sản xuất, hướng đến tiết kiệm năng lượng mà không giảm năng suất sản xuất.

3.1. Lựa Chọn Phần Mềm Quản Lý Năng Lượng Phù Hợp

Việc có phần mềm để quản lý và giám sát năng lượng là điều cần thiết phải có. Phần mềm giúp cho: Giám sát dễ dàng và đưa ra được các giải pháp để tiết kiệm năng lượng. Sửa lại những lỗi xảy ra bất cập trên đường dây hoặc thiết bị. Đồng thời cũng giảm chi phí thuê nhân công. Cho phép truy cập và lưu trữ dữ liệu một cách an toàn. Dễ dàng truy xuất từng thời điểm dễ dàng đối chiếu và so sánh qua đồ thị. Các phần mềm quản lý năng lượng phổ biến bao gồm Ecostruxure Power, ATSCADA, SELEC-ENVIEW, ELnet, Luci IBMS.

3.2. Các Giao Thức Truyền Thông Trong Hệ Thống Quản Lý Năng Lượng

Các giao thức truyền thông như Modbus RTU, Modbus TCP/IP, RS232, RS485, và Ethernet đóng vai trò quan trọng trong việc truyền dữ liệu giữa các thiết bị đo đếm và hệ thống quản lý trung tâm. Modbus RTU phổ biến trên các thiết bị như đồng hồ PM5350. Modbus TCP/IP chuyển tín hiệu từ Modbus RTU thông qua Ethernet. RS232 và RS485 là các chuẩn truyền thông nối tiếp. Ethernet là một phương pháp truy cập mạng máy tính chuyển đổi tín hiệu giữa các máy tính qua cổng truyền thông vật lý RJ45 (mạng LAN) được sử dụng phổ biến hiện nay và hình thành khái niệm chuẩn 802.

3.3. Lựa Chọn Thiết Bị Đo Điện Năng Biến Dòng CT

Thiết bị đo đếm điện năng đóng vai trò rất quan trọng việc giám sát và sử dụng điện, có thể xem các thông số như: Điện áp, dòng điện, công suất, hệ số cos φ, tần số, kW, kvar, kVA, VLL, VLN, PF, Hz … Đặc biệt với các đồng hồ đo đếm điện năng được hỗ trợ các giao thức như: RS485, RS232, Profibus, … để giúp cho việc kiểm soát năng lượng trở nên dễ dàng và nhanh chóng. Biến dòng có nhiều cách gọi khác nhau như CT dòng, biến dòng CT hoặc biến dòng đo lường MCT (Measuring Current Transformer). Bến dòng có 2 dạng chuẩn là 1A và 5A.

IV. Hướng Dẫn Mô Phỏng Hệ Thống Quản Lý Năng Lượng Trên Phần Mềm

Chương này sẽ trình bày chi tiết về quy trình mô phỏng hệ thống quản lý năng lượng trên phần mềm EcoStruxure Power Monitoring Expert. Chúng ta sẽ đi qua các bước chuẩn bị, cài đặt, cấu hình và sử dụng phần mềm để thu thập, phân tích dữ liệu và đưa ra các giải pháp tiết kiệm năng lượng. Các thiết bị phần cứng, phần mềm và giao thức truyền thông sẽ được cấu hình để tạo ra một hệ thống mô phỏng hoàn chỉnh.

4.1. Chuẩn Bị Thiết Bị và Phần Mềm Cho Mô Phỏng

Trước khi bắt đầu mô phỏng, cần chuẩn bị đầy đủ các thiết bị phần cứng như đồng hồ đo điện năng (ví dụ: METSEPM5350), biến dòng CT, bộ chuyển đổi tín hiệu (ví dụ: LINK150), và các thiết bị bảo vệ. Phần mềm EcoStruxure Power Monitoring Expert cần được cài đặt và cấu hình trên máy tính. Cần nắm vững các thông số kỹ thuật của thiết bị và cách kết nối chúng với nhau.

4.2. Cấu Hình Giao Tiếp và Thu Thập Dữ Liệu

Thiết lập giao tiếp Ethernet cho thiết bị qua Management Console. Lấy dữ liệu trên Web Application, Ứng dụng TRENDS, Ứng dụng ALARMS, Ứng dụng REPORTS, Ứng dụng DIAGRAMS. Định cấu hình sơ đồ kết nối trong Vista.Các thiết bị đo đếm điện năng sẽ cấp nhật dữ liệu từng giây nên không cần phải lấy dữ liệu bằng cách ghi chép tất cả các thông số.

4.3. Phân Tích Dữ Liệu và Đánh Giá Hiệu Quả Năng Lượng

Sau khi thu thập dữ liệu, cần phân tích dữ liệu để đánh giá hiệu quả năng lượng của hệ thống. Phần mềm EcoStruxure Power Monitoring Expert cung cấp các công cụ phân tích mạnh mẽ để xác định các khu vực tiêu thụ năng lượng lớn, phát hiện các sự cố và đưa ra các khuyến nghị cải thiện. Các biểu đồ và báo cáo giúp trình bày dữ liệu một cách trực quan và dễ hiểu.

V. Ứng Dụng Thực Tế Hệ Thống Quản Lý Năng Lượng Đã Mô Phỏng

Việc mô phỏng hệ thống quản lý năng lượng không chỉ dừng lại ở lý thuyết, mà còn có thể áp dụng vào thực tế để cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng trong các tòa nhà, nhà máy và khu công nghiệp. Kết quả mô phỏng giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định đúng đắn và tối ưu hóa chi phí năng lượng. Hệ thống quản lý năng lượng đã được chứng minh là mang lại nhiều lợi ích thiết thực, bao gồm giảm chi phí, bảo vệ môi trường và tăng tính cạnh tranh.

5.1. Triển Khai Hệ Thống Quản Lý Năng Lượng Trong Tòa Nhà

Trong các tòa nhà, hệ thống quản lý năng lượng có thể giám sát và điều khiển hệ thống chiếu sáng, điều hòa không khí, và các thiết bị điện khác để giảm thiểu lãng phí. Dữ liệu thu thập được giúp xác định các khu vực tiêu thụ năng lượng cao và đưa ra các giải pháp cải thiện, như sử dụng đèn LED, điều chỉnh nhiệt độ và lịch trình hoạt động của thiết bị.

5.2. Quản Lý Năng Lượng Trong Nhà Máy Công Nghiệp

Trong nhà máy công nghiệp, hệ thống quản lý năng lượng có thể giám sát và điều khiển các máy móc sản xuất, hệ thống chiếu sáng, và hệ thống điều hòa không khí để tối ưu hóa hiệu suất năng lượng. Dữ liệu thu thập được giúp xác định các máy móc tiêu thụ nhiều năng lượng và đưa ra các giải pháp cải thiện, như bảo trì máy móc, thay thế thiết bị cũ, và điều chỉnh quy trình sản xuất.

VI. Kết Luận Về Mô Phỏng Hệ Thống Quản Lý Năng Lượng Tối Ưu

Đề tài “Mô phỏng Hệ Thống Quản Lý Năng Lượng” đã cung cấp cái nhìn tổng quan về quản lý năng lượng, các thách thức và giải pháp tiết kiệm năng lượng, quy trình xây dựng mô hình hệ thống quản lý năng lượng, và cách mô phỏng hệ thống trên phần mềm EcoStruxure Power Monitoring Expert. Việc áp dụng hệ thống quản lý năng lượng trong thực tế mang lại nhiều lợi ích thiết thực, bao gồm giảm chi phí, bảo vệ môi trường, và tăng tính cạnh tranh. Trong tương lai, hệ thống quản lý năng lượng sẽ ngày càng phát triển và trở nên thông minh hơn, tích hợp các công nghệ mới như IoT, Big Data, và AI.

6.1. Hướng Phát Triển Của Hệ Thống Quản Lý Năng Lượng Trong Tương Lai

Trong tương lai, hệ thống quản lý năng lượng sẽ tích hợp các công nghệ mới như IoT (Internet of Things), Big Data, và AI (Artificial Intelligence) để tăng cường khả năng giám sát, phân tích và điều khiển. IoT sẽ cho phép kết nối nhiều thiết bị hơn và thu thập dữ liệu chi tiết hơn. Big Data sẽ giúp xử lý và phân tích lượng dữ liệu lớn để tìm ra các xu hướng và mối quan hệ. AI sẽ giúp tự động hóa quá trình điều khiển và đưa ra các quyết định tối ưu hóa.

6.2. Tiềm Năng Tiết Kiệm Năng Lượng Với Công Nghệ Mới

Các công nghệ mới như năng lượng tái tạo (điện mặt trời, điện gió), lưu trữ năng lượng, và lưới điện thông minh có tiềm năng lớn trong việc tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải carbon. Việc tích hợp các công nghệ này vào hệ thống quản lý năng lượng sẽ giúp tạo ra một hệ thống bền vững năng lượng hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Hiện nay ngành công nghiệp năng lượng nói chung và công nghiệp điện nói riêng đang đóng vai trò không hề nhỏ trong quá trình phát triển của nhiều ngành kinh tế. Ngành công nghiệp, nông nghiệp, thương mại dịch vụ và đặc biệt là dân sinh đều có mắt xích quan trọng đối với năng lượng. Cũng từ đó, câu hỏi được đặt ra là phải làm sao để có thể sử dụng nguồn năng lượng một cách tối ưu và đáp ứng được nhu cầu thị trường nhưng bên cạnh đó phải đảm bảo cân bằng về tiết kiệm chi phí, giảm thiểu rủi ro từ sự phụ thuộc vào năng lượng và đồng thời phải bảo vệ môi trường. Đặc biệt vào năm 2010, Quốc hội Việt Nam thông qua Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.

Nhất là gần đây khi nhà nước ta đang ưu tiên "xanh hóa" tăng trưởng, thúc đẩy Chiến lược quốc gia về tăng trưởng xanh giai đoạn 2021 - 2030, trọng tâm phát triển kinh tế - xã hội gắn liền công tác ngăn chặn hậu quả biến đổi khí hậu toàn cầu nên vì vậy sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng chính là sự thách thức cho các doanh nghiệp và xã hội. Như vậy, vấn đề được đặt ra là phải giải quyết bài toán về quản lý năng lượng. Tại đây, cần một hệ thống đa nhiệm để có thể giúp người dùng đo đạc, phân tích các thông số để kiểm soát mức độ tiêu thụ từ đó đưa ra hướng điều chỉnh xác đáng và cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng. Nhận thấy được điều đó, nhóm lựa chọn đề tài “Mô phỏng hệ thống quản lý năng lượng” để thực hiện.2 Mục tiêu đề tài Đề tài “Mô phỏng hệ thống quản lý năng lượng” được thực hiện các yêu cầu cụ thể như sau: - Tìm hiểu về hệ thống quản lý năng lượng.

- Mô phỏng hệ thống quản lý năng lượng, phát hiện sự cố trong quá trình hoạt động hệ thống thông qua phần mềm EcoStruxure Power Monitoring Expert. 1 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Âu 1.3 Nội dung đề tài Các phần còn lại của đề tài bao gồm những nội dung sau: Chương 2: Tổng quan về quản lý năng lượng Chương này trình bày về tình hình sử dụng nguồn năng lượng tại Việt Nam, khái niệm về quản lý năng lượng, vai trò tiết kiệm năng lượng. Chương 3: Hệ thống quản lý năng lượng Chương này trình bày về các phần mềm sử dụng để quản lý năng lượng, các giao thức truyền thông, các thiết bị đo đếm điện năng và bộ chuyển đổi tín hiệu.

Chương 4: Mô phỏng hệ thống quản lý năng lượng trên phần mềm Chương này trình bày các thiết bị được sử dụng để mô phỏng trên phần mềm, các dạng sơ đồ của hệ thống để kết nối với thiết bị, và kết quả thu được sau khi mô phỏng. Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài Chương này trình bày những kết luận rút ra và đưa ra hướng phát triển đề tài.4 Giới hạn đề tài Đề tài tập trung nghiên cứu về giải pháp quản lý năng lượng và hệ thống quản lý năng lượng bằng phần mềm EcoStruxure Power Monitoring Expert.5 Đối tượng nghiên cứu - Hệ thống quản lý năng lượng. - Phần mềm EcoStruxure Power Monitoring Expert.6 Phạm vi nghiên cứu - Khảo sát các thiết bị. - Tìm hiểu về hệ thống quán lý năng lượng.

- Mô phỏng hệ thống quản lý năng lượng bằng phần mềm EcoStruxure Power Monitoring Expert. 2 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Âu 1.7 Kế hoạch thực hiện Tuần Thời gian Nội dung công việc Gặp GVHD lựa chọn đề tài tốt nghiệp và hoàn thành đề 1-2 7/3 – 20/3/2022 cương chi tiết. - Tìm hiều về hệ thống quản lý năng lượng.

- Tìm hiểu các thiết bị cần có trong hệ thống. 3-6 21/3 - 17/4/2022 - Tìm hiểu về các giao thức kết nối trong hệ thống. - Tìm hiểu về các phần mềm quản lý năng lượng. -Cài đặt phần mềm quản lý năng lượng.

7-11 18/4 - 22/5/2022 - Vẽ sơ đồ nguyên lí và sơ đồ bố trí thiết bị cho hệ thống. - Tiến hành đo lường, giám sát hệ thống bằng phần mềm Power Monitoring Expert. - Hoàn thành báo cáo hoàn chỉnh. 3 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS.

Nguyễn Ngọc Âu CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG 2.1 Tổng quan về năng lượng 2.1 Khái niệm về năng lượng 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… Hiểu theo nghĩa thông thường, năng lượng được định nghĩa là khả năng làm thay đổi trạng thái hoặc thực hiện công năng lên một hệ vật chất. Có nhiều dạng năng lượng như: động năng làm vật di chuyển, nhiệt năng làm tăng nhiệt độ của. [1] Và cho đến hiện nay, thì vẫn chưa có nguồn năng lượng nào là “sạch” 100%, không ảnh hưởng đến môi trường.

Nhưng không thể ngừng việc sản xuất năng lượng để bảo vệ môi trường. Mặc khác, sự tồn tại và phát triển của con người đòi hỏi nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao. Chính vì thế, việc nghiên cứu so sánh nhằm lựa chọn một cơ cấu năng lượng vừa có tính khả thi, bền vững, vừa đem lại hiệu quả kinh tế vừa ít gây hậu quả tiêu cực là nhiệm vụ của quy hoạch năng lượng. -Mối quan hệ giữa năng lượng và môi trường: Các nước trên thế giới tiêu thụ điện năng chủ yếu từ các nguồn năng lượng từ: than, dầu, khí thiên nhiên, năng lượng nguyên tử,…“Mức độ tiêu thụ năng lượng của cả thế giới tăng trưởng không ngừng trong những năm cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21.

Nhu cầu năng lượng hiện đang tiếp tục tăng ở mức 2.[2] Dự báo tốc độ còn cao hơn nữa trong thập kỷ tới. Năng lượng hóa thạch vẫn chiếm tỉ trọng chủ yếu (chiếm 79% tổng năng lượng tiêu thụ). Trong khi đó theo dự báo của các nhà khoa học thì sau khoảng 50-70 năm nữa (2060-2080 nhiên liệu hóa thạch của thế giới sẽ cạn kiệt. Hạn chế lớn nhất của việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch nói chung, than và dầu khí nói riêng là gây ra ô nhiễm môi trường do sự phát thải 𝑆𝑂2 , 𝐶𝑂𝑥 , 𝑁𝑂𝑥 ,.

Chính vì vậy, việc các loại nhiên liệu đó đã gián tiếp góp phần làm biến đổi khí hậu, suy thoái môi trường toàn cầu mà nổi bật là hiện tượng hiệu ứng nhà kính và mưa axit”.[2] 4 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Âu 2.2 Tình hình sử dụng năng lượng Mỹ là nước sản xuất năng lượng, luôn cố gắng để không xảy ra hậu quả tồi tệ cho cuộc khủng hoảng ngay khi giá xăng đã đạt mức cao nhất kể từ năm 2014. Giá khí đốt tại Mỹ cũng đã tăng hơn, lên mức 9.3 USD/1 triệu BTU (7/6/2022), mức cao nhất kể từ tháng 2/2014.[3] Tại châu Âu, tình trạng thiếu hụt năng lượng trở nghiêm trọng sau khi xảy ra xung độ giữa Nga - Ucraina, khi lượng khí đốt dự trữ trong khu vực xuống thấp nhưng nguồn cung khí đốt cung cấp từ một số quốc gia, đặc biệt từ Nga, Na Uy bị hạn chế. [3]Giá khí đốt tăng cao, khiến các chính phủ phải trợ cấp cho các hóa đơn nhiên liệu và áp trần giá nhiên liệu.

Chỉ trong vòng một năm qua, giá khí đốt tại châu Âu đã tăng kỷ lục. Tại châu Á, giá khí tự nhiên hóa lỏng (LNG) giao ngay, đã từ dưới 5 USD vào tháng 9 năm 2020 lên hơn 87 USD vào tháng 5/2022. Khi đại dịch Covid-19 lần đầu tiên trên thế giới, đầu năm 2020, dự tồn trữ đốt thế giới còn dồi dào và giá ở mức thấp. Tuy nhiên, sản lượng khai thác cả khí đốt và dầu mỏ đều giảm mạnh do các nền kinh tế suy yếu.[3] Cũng như tình hình căng thẳng tại Ucraina kéo theo việc khan hiếm năng lượng, đẩy giá nhiên liệu tăng cao.

- Tình hình phát điện tại Việt Nam: Theo cơ cấu nguồn năng lượng, Việt Nam hiện sử dụng điện từ các nguồn: thủy điện (38%), nhiệt điện than (33.5%), nhiệt điện dầu (2.3%), nhiệt điện khí (20.7%), thủy điện nhỏ (5.1%) và năng lượng tái tạo (0. [4]Dễ dàng nhận thấy, nguồn nhiên liệu hóa thạch vẫn đang chiếm tỉ trọng cao trong cơ cấu phát điện (xấp xỉ 56. Việc khai thác và sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch không những gây ô nhiểm môi trường mà còn phụ thuộc lớn vào nguồn nhiên liệu.[4] 5 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Âu Nguồn nguyên-nhiên liệu Công suất (MW) Tỷ lệ Thủy điện 14.636 38% Nhiệt điện than 12.5% Nhiệt điện dầu 875 2.3% Nhiệt điện khí 7.7% Năng lượng tái tạo 135 0.4% Diesel và thủy điện nhỏ 2.

Tỷ lệ phát điện tại Việt Nam theo nguồn nhiên liệu năm 2015 - Tình hình tiêu thụ điện năng tại Việt Nam: Bảng 2.2 cho thấy các số liệu về tình hình tiêu thụ năng lượng điện theo lĩnh vực ngành nghề. Theo đó, tổng sản lượng điện thương phẩm bán ra cho các hộ phụ tải tiêu thụ thuộc tất cả các lĩnh vực đạt 143.[4] Trong đó, lĩnh vực công nghiệp và xây dựng vẫn là đối tượng tiêu thụ lượng điện năng lớn nhất của nền kinh tế quốc gia với 77.7%); tiếp theo sau là lĩnh vực dân dụng và công cộng với 50. Ngành nông- lâm- thủy sản là đối tượng ít tiêu thụ điện năng nhất với 2.6%)[4] Năm 2011 2012 2013 2014 2015 Tổng điện năng cung ứng (triệu 94.682 kWh) Nông- lâm- thủy sản 1.327 Công nghiệp và xây dựng 50.189 Thương mại, khách sạn, ngân hàng 4.548 Quản lý và dân dụng 34.377 Đối tượng khách 4.Sản lượng điện cung ứng cho các ngành kinh tế tại Việt Nam từ 2010 – 2015 6 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Âu Như vậy, sự khan hiếm nguồn năng lượng cộng với chi phí năng lượng ngày một gia tăng, tác động trực tiếp đến chi phí sản xuất và lợi nhuận của doanh nghiệp, cũng như tác động đến môi trường, do đó, việc áp dụng HỆ THỐNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG (QLNL) theo ISO 50001 Hình 2.1 có thể góp phần mang lại một số lợi ích cơ bản sau: Hình 2.

1 Lợi ích của hệ thống quản lý năng lượng 2.2 Tổng quan về quản lý năng lượng 2.1 Khái niệm Quản lý năng lượng (QLNL) là việc lập kế hoạch, vận hành các thiết bị tiêu thụ năng lượng, phân phối và lưu trữ năng lượng. Là phương pháp chủ động trong việc giám sát, kiểm soát năng lượng có tổ chức, có hệ thống, có chọn lọc trong tòa nhà, văn phòng, xưởng, các khu công nghiệp, khu dân cư. Quản lý năng lượng còn tạo ra các cơ hội để cắt giảm và loại bỏ chất thải. - Đo lường, giám sát hệ thống điện một cách liên tục.