Phương pháp tiết kiệm năng lượng cho bơm và quạt

1. KHÁI QUÁT

Khảo sát trước đây của International Copper Association và các nghiên cứu cho rằng động cơ điện chiếm hơn một nửa năng lượng tiêu thụ trong các khu vực được xem xét. Thời kỳ và ranh giới ngành chưa được xác định, vì vậy không coi đây là thống kê hiện hành cho mọi trường hợp. Nâng cao hiệu suất hệ thống động cơ có thể giảm chi phí điện và cải thiện hiệu quả kinh tế.

Tiết kiệm năng lượng trong xu thế hiện nay chính là một giải pháp tích cực nhất nhằm giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành sản phẩm. Từ đó nâng cao được tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường. Hơn thế nữa, giảm năng lượng tiêu thụ cũng chính là giảm sự tiêu tốn tài nguyên thiên nhiên, giảm lượng chất thải vào thiên nhiên và góp phần tích cực vào việc bảo vệ môi trường. Chống lại sự "Biến đổi khí hậu toàn cầu"

ITVC đã ứng dụng các biến tần ABB ACS310, ACS550 và đặc biệt ACH550 trong dự án tiết kiệm năng lượng tại Việt Nam. Đây là ví dụ sản phẩm theo bối cảnh lịch sử; lựa chọn hiện tại cần căn cứ yêu cầu ứng dụng, dòng sản phẩm và khả năng hỗ trợ của nhà sản xuất.

Ứng dụng được đề cập  chủ yếu là các hệ truyền động điện cho Bơm và Quạt. Không phải chỉ với lý do là các hệ này được sử dụng rất rộng khắp trên nhiều lĩnh vực với một tỷ lệ phần trăm lớn mà còn vì tiềm năng tiết kiệm năng lựợng cho những ứng dụng loại này là rất lớn và dễ thấy. Đặc biệt là cho các quạt gió và quạt khói trong Nhà máy xi măng, nhiệt điện, hệ HVAC trong tòa nhà...

2. ĐẶC TÍNH CỦA CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG BƠM VÀ QUẠT

Với bơm ly tâm và quạt trong điều kiện tương đồng phù hợp, hệ thống chủ yếu chịu tổn thất ma sát và hiệu suất gần như không đổi, mômen tải biến thiên xấp xỉ theo bình phương tốc độ quay.

Trong các điều kiện này, lưu lượng biến thiên xấp xỉ tỷ lệ thuận với tốc độ quay.

M ∝ n²

M ∝ F²

Công suất cơ trên trục bằng mômen nhân với vận tốc góc. Nếu n được tính bằng vòng/phút, cần dùng hệ số chuyển đổi dưới đây:

P = M × ω = (2π/60) × M × n

Vì vậy, với các giả định đã nêu, công suất biến thiên xấp xỉ theo lập phương tốc độ và lưu lượng:

P ∝ n³ ∝ F³

Ví dụ giảm lưu lượng từ 100 m³/h xuống 80 m³/h cho tỷ số công suất lý tưởng 0,8³ = 0,512, tức khoảng 51,2% công suất ban đầu. Mức tiết kiệm điện thực tế còn phụ thuộc cột áp tĩnh, đường đặc tính hệ thống, hiệu suất và điều kiện vận hành.

3. CÔNG SUẤT TIÊU THỤ THỰC TẾ

Hiển nhiên là công suất tiêu thụ thực tế lớn hơn so với công suất yêu cầu. Hơn bao nhiêu tuỳ thuộc nhiều yếu tố: hiệu suất động cơ, hiệu suất của bơm, tổn hao dọc theo đường ống bao gồm cả trên thành ống lẫn cục bộ tại những vị trí dòng chảy bị thay đổi do rẽ nhánh, chuyển hướng hay do các thiết bị lắp trên bản thân đường ống. Các nhân tố trên có thể phân loại gọn theo hai thành phần: các tổn hao cố định và các tổn hao thay đổi. Trong đó các tổn hao thay đổi nằm trên các van điều chỉnh lưu lượng hay áp suất lắp trên đường ống.

Trong các hệ truyền động cho bơm và quạt kiểu cũ người ta thường dùng các van để điều chỉnh các thông số đầu ra của bơm theo yêu cầu công nghệ. Tuỳ thuộc từng loại bơm và quạt lớn hay nhỏ cũng như vị trí lắp đặt hay nhu cầu điều chỉnh người ta có thể dùng một trong các loại sau: Van tiết lưu lắp ở đầu vào  hoặc van tiết lưu lắp ở đầu ra

4. GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG BẰNG BIẾN TẦN

Trong các phương pháp điều khiển trên năng lượng tiêu thụ của toàn hệ thống lớn hơn nhiều so với năng lượng yêu cầu khi hoạt động với lưu lượng thực tế có yêu cầu giảm đi so với thiết kế. Mặc dù khi giảm lưu lượng ra, năng lượng tiêu thụ cũng giảm đi nhưng tổn hao trên các thiết bị khống chế như các van vẫn còn lớn. Các phương pháp điều chỉnh van khác nhau cho thấy tổn hao trên các van cũng khác nhau rất nhiều. Việc làm mất đi những tổn hao trên các van này đem lại tiết kiệm năng lượng rất lớn.

Biến tần phù hợp điều chỉnh đầu ra của bơm hoặc quạt thông qua tốc độ động cơ. Khi thiết kế hệ thống cho phép, có thể mở rộng van hoặc cửa điều tiết hiện có để giảm tổn thất tiết lưu không cần thiết. Van mở hoàn toàn vẫn có tổn thất áp suất; phải giữ các chức năng an toàn, cách ly và điều khiển quá trình cần thiết.

Chiến lược vận hành cần được đánh giá cho ứng dụng thực tế, gồm khởi động, lưu lượng tối thiểu, áp suất và giới hạn thiết bị. Theo các giả định của quy luật lập phương lý tưởng, giảm lưu lượng 20% tương ứng giảm công suất khoảng 49%. Mức tiết kiệm tham khảo hơn 40% so với điều khiển bằng van đầu ra; đây là ví dụ cần kiểm chứng bằng đo lường và phân tích hệ thống, không phải cam kết cho mọi lắp đặt.

Điều khiển tốc độ phù hợp còn có thể giảm tải cơ học không cần thiết và hao mòn van, chi tiết cơ khí, qua đó giảm chi phí bảo trì. Kết quả phụ thuộc lựa chọn, lắp đặt và điều kiện vận hành.

Tham khảo: U.S. Department of Energy — Pump Systems