Trang chủ Công nghệ & Ứng dụng Công nghệ & Ứng dụng Cắt giảm năng lượng tiêu thụ

Cắt giảm năng lượng tiêu thụ

 

Trong khi hầu hết các kỹ sư chuyên môn hoá trong các quá trình chế tạo chuyên biệt, một số ít lại có vẻ như tập trung vào hiệu quả toàn diện của một thiết bị hơn, đặc biệt là trong việc sử dụng năng lượng. Liệu một nhà máy sản xuất xe ô tô ở Detroit, hay một nhà máy sản xuất calcium carbonate ở Malaysia là đơn vị đánh giá được tầm quan trọng trong cách thức sử dụng năng lượng - một nhân tố sống còn đối với bất kỳ công ty nào trong thời kỳ hiện nay.
Ngày nay có một phương pháp có thể cải thiện chất lượng và hiệu suất năng lượng của các hệ thống điều hòa không khí tại các khu vực nhiệt đới, trong đó có các toà nhà văn phòng, các nhà máy và bệnh viện. Với nhiều ứng dụng khác nhau, những người sử dụng có thể tiết kiệm được 30% chi phí mà họ phải trả cho lượng điện năng của máy điều hoà, nơi khoản chi trả cho việc làm mát thông thường tiêu tốn hết từ 45% đến 60% chi phí năng lượng sử dụng của một toà nhà.
Ý tưởng cắt giảm chi phí tiêu thụ năng lượng tại các toà nhà thực sự có triển vọng cao sau khi xem xét kỹ lưỡng thiết kế và cách tổ chức hoạt động của một nhà máy chế biến calcium carbonate tại Malaysia từ năm 1989. Nhà máy này là một trong số những đơn vị đầu tiên thực hiện đầy đủ công nghệ sản phẩm nghiền, một công nghệ được sử dụng để giảm kích cỡ của một vật liệu nào đó.
Sau khi xây dựng nên một mô hình để toàn bộ nhà máy hoạt động theo giải pháp đầu-cuối, nhóm các kỹ sư nghiên cứu đã nhanh chóng hiểu ra rằng các cách vận hành này không khả thi về mặt kinh tế. Mức phí năng lượng quá cao, thậm chí là ở Malaysia, nơi năng lượng được chính phủ bao cấp khá nhiều vào thời điểm đó.
Sau khi xây dựng mô hình vận hành của nhà máy này, các kỹ sư bắt đầu lấy số liệu thô và sự quan sát cơ học, đặt chúng vào một cơ sở dữ liệu để nghiên cứu đặc điểm của đầu vào và đầu ra, tạo ra mô hình vận hành nhà máy. Thông qua quá trình tạo mô hình đó, hoá đơn năng lượng của nhà máy đã giảm xuống 20%, khiến cho chúng có khả năng đi vào hoạt động.
Sau thành công đầu tiên, họ có thể làm việc với nhiều công ty sản xuất đa quốc gia, tiếp tục tạo mô hình các nhà máy, nghiên cứu và cải thiện việc tiêu thụ năng lượng. Đây là sự khởi đầu của ngành kinh doanh tư vấn năng lượng.
Vào năm 1995, khi làm việc cùng một công ty Mỹ để xây dựng các bệnh viện ở Malaysia, khá dễ dàng nhận ra rằng hệ thống làm lạnh nước mà họ cài đặt trong bệnh viện không thích hợp đối với khí hậu nhiệt đới do nhiệt độ ở khu vực này nóng vào ban ngày và lạnh vào ban đêm.
Để làm mát một khu vực rộng, các hệ thống điều hoà không khí tập trung - giống như những thiết bị được sử dụng tại các bệnh viện của Malaysia - thông thường bao gồm nhiều thiết bị làm lạnh bằng nước gọi là chiller. Những cỗ máy này kiểm soát nhiệt độ không khí bằng cách chuyển khí nóng từ nước qua hệ thống nén hơi nước hoặc chu trình hấp thụ làm lạnh. Mỗi một thiết bị điều hoà không khí thông thường bao gồm từ 4 đến 6 máy làm lạnh nước cỡ lớn, và mỗi máy làm lạnh nước hoạt động độc lập để tạo ra dòng nước chảy lại ở một nhiệt độ cụ thể.
Phương pháp đặc thù nhằm làm mát một toà nhà này giúp định rõ số năng lượng mà bạn cần để thiết đặt cho toà nhà một mức nhiệt độ mong muốn và sau đó đặt chế độ cho mỗi cỗ máy làm lạnh nước để tạo ra loại nước lạnh ở cùng một mức. Các tính toán thường có xu hướng thiên về điều kiện thời tiết xấu hơn, một hoặc hai ngày nóng nhất trong năm, điều này dẫn tới việc sử dụng năng lượng không có hiệu quả và khó điều khiển nhiệt độ trong toà nhà.

Cảm ứng theo thời gian
Trong khi các phép tính toán hoạt động theo một cảm ứng chung, kết quả có thể tốt hơn nếu như có cách để kiểm soát nhiệt độ của nước lạnh trong theo thời hạn, tính đến sự gia tăng đột biến nhiệt độ bên ngoài và các giai đoạn thời gian chuyển tiếp, đồng thời tận dụng sự truyền dẫn giữa các máy làm lạnh nước khác nhau.
Điều này khởi đầu một nghiên cứu cho công nghệ giúp thực hiện đầy đủ việc đạt được số liệu theo thời hạn và cách kiểm soát nhiệt độ giữa nhiều máy làm lạnh nước.
Giải pháp là có thể sử dụng một bộ điều chỉnh tự động hoá có thể lập trình và phần mềm để điều khiển việc thu các số liệu đến từ các nguồn khác nhau được mắc song song, phân tích các dấu hiệu trong một khoảng thời gian, và gửi các dấu hiệu đó để điều chỉnh các bộ vận hành khác nhau. Bước tiếp theo là sử dụng cùng một phương pháp với việc điều khiển làm mát nhiệt độ nước theo thời hạn.
Công việc đầu tiên là vận hành một hệ thống làm mát của bệnh viện, tuy nhiên việc quản lý năng lượng mới là mục tiêu cuối cùng. Điều đó có nghĩa là phải nối các máy cảm ứng, đặt chúng bên trong và bên ngoài toà nhà, đồng thời quan sát các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm, lưu lượng nước, và sức tiêu thụ điện năng.
Nhóm nghiên cứu bắt đầu nghĩ về một chương trình phần mềm mà họ cần để phân tích các số liệu và kiểm soát sự truyền hơi nóng. Họ muốn nắm bắt được nhiệt độ không khí bên ngoài và các thông số theo khoảng thời gian, chỉ dẫn việc phân tích nước làm lạnh so với nhiệt độ trong nhà lý tưởng. Mục tiêu tiếp theo là đồng bộ hoá sự vận hành của các máy làm lạnh nước – các thiết bị có thể được mua từ các nhà sản xuất khác nhau - và các thành phần kết hợp, sau đó vận hành chúng như một hệ thống giữ nhiệt.
Một đội nghiên cứu hùng hậu hơn
Bước tiếp theo là dàn trải chi phí. Với sự hỗ trợ từ các nhà đầu tư và số tiền tài trợ 1 triệu đô la từ chính phủ Malaysia, 4 kiến trúc sư đã được tuyển dụng để bắt đầu đào tạo ngôn ngữ lập trình, tham gia việc tạo mẫu cho hệ thống được phác thảo.
Trước tiên, các yêu cầu cho chương trình cơ bản được viết trên các máy tính do sự hạn chế về hiểu biết các chương trình phần mềm. Tuy nhiên sau khi học cách sử dụng các công cụ phần mềm mới, nhóm nghiên cứu đã sử dụng khoảng 1 năm để lập trình tất cả các đơn vị đo và mất một năm nữa để cải tiến và hoàn thiện chúng.
Nhóm lập trình trở nên đông hơn nhờ tuyển thêm các sinh viên điện máy săp ra trường, sau đó đào tạo họ các quy tắc quản lý năng lượng và cách sử dụng các công cụ đúng cách.
Mức độ phức tạp của hệ thống quản lý năng lượng là khá cao bởi người sử dụng phải thu trực tiếp được các dữ liệu nhập vào theo thời hạn từ các máy cảm ứng bên ngoài, trên các máy làm lạnh nước, và trong các toà nhà. Nhóm nghiên cứu đã chỉ dẫn một loạt phép tính của các dữ liệu nhập vào ở các khoảng thời gian khác nhau, cùng với các mạch điều khiển tỷ lệ-vi-tích phân, sau đó sử dụng số liệu này để xác định và gửi các chỉ đạo vận hành mới đến các máy làm lạnh nước. Các thành viên của nhóm nghiên cứu có thể quyết định vận hành các chỉ dẫn nhờ sử dụng một loạt thuật toán di truyền học kết nối với các nguyên tắc truyền nhiệt, nhiệt động học, và dự báo toán học tiên tiến.
Giám sát từ xa
Với một giao diện đồ hoạ, người sử dụng có thể quan sát thấy dòng hơi nóng đi vào và ra trong mỗi toàn nhà. Một lợi ích khác của phương pháp giám sát bằng đồ hoạ là họ có thể điều khiển việc quản lý năng lượng từ xa một cách có hiệu quả kinh tế.
Người quản lý khu nhà của bệnh viện hoặc nhà máy sản xuất phải chịu trách nhiệm cho toàn bộ khu nhà. Những người này là chuyên gia trong các lĩnh vực khác nhau và vẫn luôn muốn có các sản phẩm mang lại hiệu quả và có độ bền cao. Mặc dù họ bị đặt dưới áp lực giảm thiểu chi phí sử dụng năng lượng, họ không có thời gian hoặc kinh nghiệm để giám sát cách sử dụng điện năng và bảo tồn năng lượng. Vì thế, các máy làm lạnh nước tập trung là thiết bị tiêu thụ năng lượng lớn nhất trong một toà nhà. Theo số liệu, từ 45% đến 60% chi phí vận hành một toà nhà là từ máy điều hoà nhiệt độ tập trung, và 40% trong số đó là từ máy làm lạnh nước. Mục tiêu của hệ thống này là nghiên cứu bảo tồn điện năng cho các máy làm lạnh nước.
Sau khi hệ thống này đựơc đưa vào, các kỹ sư thực hiện việc giám sát các phép tính xử lý từ văn phòng, để giám sát và kiểm soát hệ thống ở bất kỳ đâu trên thế giới. Hệ thống này điều chỉnh các máy làm lạnh nước theo như sự thay đổi luồng lưu chuyển bên trong và bên ngoài sau mỗi khoảng thời gian 10 giây, tự động điều khiển việc chuyển dữ liệu của máy làm lạnh. Bằng cách đánh dấu lượng tiêu thụ trung bình của các máy làm lạnh nước mỗi ngày, người quản lý nhà máy có thể trông thấy sự thay đổi mạnh mẽ trong việc tiết kiệm điện năng tiêu thụ.
Chúng ghi lại tất cả các dữ liệu cần thiết và báo cáo với những người quản lý thiết bị để kiểm lại lượng tiêu thụ tiết kiệm được của các máy làm lạnh nước.
Trong trường hợp xảy ra vấn đề ngoài dự tính, các kỹ sư có thể báo động cho quản lý của các khu nhà hoặc người quản lý thiết bị để chuyển qua hệ thống dự trữ của họ trong khi họ sắp xếp đế tiến hành sửa chữa. Hệ thống này giám sát số giờ mà mỗi máy làm lạnh nước hoạt động, sau đó sắp xếp việc bảo dưỡng dựa trên các đặc điểm kỹ thuật của nhà sản xuất cho mỗi loại máy làm lạnh nước và nhiệt độ.
Bệnh viện là khu vực mà giải pháp này phát huy tác dụng, tuy nhiên hệ thống quản lý năng lượng này có thể thích ứng với các dạng quản lý năng lượng để giảm mức độ tiêu thụ dầu diesel cho các hệ thống nồi hơi, và để giảm sự tiêu thụ năng lượng điện qua việc tận dụng máy nén không khí công nghiệp.
Nguyễn Nguyệt
(Theowww.isa.org)

Số 104 (5/2009)♦Tự động hóa ngày nay


Newer news items:
Older news items:

 

Hỗ trợ online

Hỗ trợ Web
Mr Phương: 0988906030

Nhà tài trợ


Liên kết & Quảng cáo

 
 

 

logost new




 


 



Sửa biến tần

Mới cập nhật

Tìm kiếm

Quảng cáo&Liên kết