MỞ ĐẦU
Từ xa xưa con người đã sử biết sử dụng năng lượng để phục vụ các hoạt động
sản xuất, sinh hoạt của mình. Cùng với lịch sử phát triển của con người, con người
ngày càng hoàn thiện hơn về phương pháp khai thác cũng như sử dụng các dạng
năng lượng khác nhau. Phương pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
đang là vấn đề chung của toàn thế giới. Trữ lượng các nguồn năng lượng hóa thạch
là vô cùng hạn chế, nếu tính như tình hình sử dụng năng lượng cũng như những dự
báo về năng lượng thì cuối thế kỉ 21 trữ lượng các dạng năng lượng hóa thạch sẽ
không còn nhiều. Để giải quyết bài toán về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu
quả con người đã không ngừng nghiên cứu và học tập để tìm ra các nguồn năng
lượng mới, tìm ra các phương pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả. Trên
thế giới đã có hàng loạt các tổ chức về năng lượng được thành lập hướng dẫn các
công ty sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.
Là một sinh viên Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh được học tập trong một
môi trường khoa học kĩ thuật tiên tiến. Trong quá trình học tập của mình em đã
được học tập rất nhiều về các thiết bị sử dụng năng lượng trong công nghiệp. Nhận
thấy vấn đề sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đang là vấn đề quan tâm của
cả thế giới, trong quá trình THỰC TẬP TỐT NGHIỆP nhóm em đã chọn đề tài “
Tìm hiểu và xây dựng hệ thống quản lý năng lượng trong các xí nghiệp công
nghiệp. Đề ra các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.” .
Nội dung bài tiểu luận được em chia làm 3 chương với nội dung cụ thể như sau :
Chương 1 : tổng quan
Chương 1: Phân tích các giải pháp sử dụng năng lượng
Chương 2: Xây dựng giải pháp quản lý năng lượng hiệu quả và tiết
kiệm.
1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
Năng lượng được sử dụng trong các lĩnh vực giao thông, nông nghiệp, công
nghiệp, sinh hoạt… Nhu cầu tiêu thụ năng lượng phụ vào cơ cấu hệ thống kinh tế -
xã hội của mỗi nước mỗi khu vực.
Từ một dạng năng lượng sơ cấp có thể chuyển qua các công nghệ năng lượng

Nhờ vậy doanh nghiệp sẽ có một kế hoạch và mục tiêu rõ ràng về sử dụng năng
lượng. Điều quan trọng khác là hệ thống quản lý năng lượng sẽ hỗ trợ tích cực cho
những hệ thống quản lý chất lượng khác như ISO 9001, 14001, TQM, v.v
1.2. Tình hình sử dụng năng lượng tại các doanh nghiệp việt nam
Tại Việt Nam, trong những năm qua, với sự tăng trưởng liên tục ở tốc độ cao của
nền kinh tế, tiến trình công nghiệp hóa hiện đại hóa được đẩy mạnh, mức sống của
người dân tăng lên đã làm cho nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng lớn. Trong
khi đó, giới hạn về công nghệ và tài chính không cho phép chúng ta phát triển
nhanh các nguồn năng lượng mới thay thế các nguồn năng lượng truyền thống cho
nên thiếu hụt năng lượng là một thực tế hiển nhiên. Theo dự báo, tốc độ tăng
4
trưởng nhu cầu năng lượng của toàn bộ nền kinh tế giai đoạn 2001-2020 là 8,1-
8,7%. Trong đó, nhu cầu tiêu thụ năng lượng trong công nghiệp tăng nhanh: từ 4,36
triệu tấn TOE (năm 2000) lên đến 16,29 triệu tấn (năm 2010), 23,74 triệu tấn (năm
2015), và 33,12 triệu tấn năm 2020.
Mặt khác do trình độ công nghệ của nhiều ngành sản xuất trong nước còn lạc
hậu và phương thức quản lý còn yếu kém nên việc sử dụng năng lượng còn lãng
phí. Cường độ năng lượng của Việt Nam cao gấp 2 lần so với các nước trong khu
vực.
Cụ thể là hiệu suất sử dụng trong các nhà máy đốt than, dầu của Việt Nam mới
chỉ đạt 28÷32% thấp hơn các nước đang phát triển 10% . Các lò hơi công nghiệp có
hiệu suất sử dụng chỉ khoảng 60%, thấp hơn mức trung bình thế giới khoảng 20%.
Tính trung bình, để làm ra cùng một giá trị sản xuất công nghiệp của nước ta phải
tiêu tốn năng lượng gấp 1,5-1.7 lần các nước phát triển trên thế giới. khoảng 95%
các công trình thương mại và nhà ở cao tầng tại việt Nam không tích hợp tính hiệu
quả trong sử dụng năng lượng vào khâu thiết kế cơ bản và vận hành công trình.
Ở các doanh nghiệp vừa và nhỏ, đội ngũ chiếm tới 95% số doanh nghiệp cả
nước. Không ít doanh nghiệp nhóm này sử dụng máy móc thiết bị cũ kỹ, lạc hậu
khiến năng lượng tiêu hao lớn. Đồng thời, tác động rất xấu đến môi trường sống
của dân cư xung quanh. Chẳng hạn, doanh nghiệp sản xuất gốm sứ tập trung với

ban hành Luật Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả là việc cấp bách cần làm
càng sớm càng tốt, bởi vì luật là căn cứ pháp lý cao nhất để các tổ chức và cá nhân
chấp hành và thực hiện.
Chúng ta phải xây dựng một thị trường tiết kiệm năng lượng, trong đó vai trò
lãnh đạo của Nhà nước là yếu tố quyết định. Một loạt chính sách đồng bộ, cụ thể
cần được thực thi để bắt buộc và khuyến khích các doanh nghiệp, các nhà chế tạo
thiết bị sử dụng năng lượng có kế hoạch cải tiến, đổi mới công nghệ theo hướng tiết
6
kiệm và hiệu quả năng lượng. Đồng thời tuyên truyền rộng rãi hơn nữa để toàn bộ
người dân có ý thức và thói quen hành động vì một xã hội tiêu phí ít năng lượng
hơn.
Được biết gần đây, Bộ KH&CN triển khai thực hiện dự án “Nâng cao hiệu quả
sử dụng năng lượng trong các doanh nghiệp nhỏ và vừa Việt Nam” (PECSME) với
tổng kinh phí thực hiện là 28,8 triệu USD. Mục tiêu của dự án là đưa ra những giải
pháp tiết kiệm năng lượng, giúp doanh nghiệp giảm 10-15% chi phí năng lượng.
Đồng thời giảm tốc độ phát thải khí nhà kính từ 5 ngành công nghiệp: gạch, gốm
sứ, giấy và bột giấy, dệt may, chế biến thực phẩm.” [16]
Chương 2
PHÂN TÍCH CÁC GIẢI PHÁP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG
A. Các giải pháp trong hệ thống điện
7
2.1. Giải pháp trong sử dụng vận hành máy biến áp
2.1.1. Giới thiệu
Điện năng là năng lượng chủ yếu của các xí nghiệp công nghiệp . Điện năng
được sản xuất ra ở các nhà máy phát điện qua các khâu truyền tải, phân phối đến
các phụ tải của các nhà máy xí nghiệp. Ở đây điện năng được chuyển thành các
dạng năng lượng khác VD: cơ năng (động cơ), nhiệt năng (điều hòa không khí, lò
hơi, lò sấy, lò lung ) quang năng ( chiếu sang ), hóa năng (điện phân ).
Các xí nghiệp tiêu thụ khoảng 70% tổng điện năng được sản xuất ra vì thế việc
sử dụng hợp lý và tiết kiêm điện năng trong các xí nghiệp có ý nghĩa rất quan

biến áp làm việc ở hệ số tải β = 0,5÷0,7 nên người ta thường thiết kế η
max
ở giới hạn
đó của β . Muốn vậy ta phải có
0
n
P
P
= 0,25 ÷0,5 vì β =
0
n
P
P
“ [5]
Hệ số tải máy biến áp thường được xác định bằng cách đo dòng tải I
2
( điện áp
tải đo trên các đầu ra của máy biến áp bằng các thiết bị đo đặc :ampe kế, máy biến
dòng dùng khi dòng lớn , thiết bị phân tích công suất, đồng hồ vạn năng…):
β =
2
đm
I
I
Tổn hao trong máy biến áp :
P
∑
= p
0
+β

- Ghép phụ tải những máy non tải hoặc ít vận hành sang máy khác còn
dung lượng, qua đo đặc tải các máy biến áp để áp dụng.
Gỡ bỏ những máy không cần thiết ra khỏi lưới điện đã tính đến các yếu tố về kĩ
thuật( khi sảy ra sự cố các máy còn lại vẫn làm việc bình thường )
- Ghép nối các máy biến áp làm việc song song nếu đủ điều kiện và đã tính
về hiệu quả kinh tế kĩ thuật .
• Điều kiện kĩ thuật để máy có thể ghép song song với nhau :
• Điều kiện cùng tổ nối dây
• Điều kiện tỉ số biến đổi bằng nhau
• Điều kiện trị số điện áp ngắn mạch bằng nhau ( theo quy định u
n
các
máy biến áp làm việc song song không được sai khác
±
10% và tỉ lệ
dung lượng khoảng 3:1) β
I
: β
II
=
n1 n2
1 1
:
u u
10
• Điều kiện về kinh tế : Tổn hao khi máy làm việc song song là nhỏ
nhất.
2.1.2.3. Điều chỉnh điện áp ra của máy biếp áp phù hợp với tình trạng làm việc của
phụ tải .
Tải chủ yếu trong nhà máy là động cơ điện , một phần chiếu sáng (bóng đèn).

0 0
I U
I U
=
;
3
0 0
P U
P U
 
=
 ÷
 
;
27
0 0
P U
P U
 
=
 ÷
 
Dễ nhận thấy rằng một đèn tuổi thọ 2000 giờ khi điện áp giảm 10% tuổi thọ là
3700 giờ, còn khi điện áp tăng 5% thì tuổi thọ chỉ còn 500 giờ.” [3]
Đối với động cơ, ta biết tổn hao sắt trong thiết bị điện tỉ lệ với bình phương điện
áp . p
fe
= p
1/50
. B

chuyển bớt tải những máy non tải chuyển sang máy khác, cắt các máy không tải.
- Đối với các nhân viên vận hành trạm biến áp phải được đào tạo để sử dụng hợp lý
nhất . Thường xuyên kiểm tra các quá trình bảo dưỡng bảo trì máy.
- Với mạng lưới dây dẫn điện :
- Thay thế các đoạn dây quá tải bằng dây có tiết diện lớn hơn (nếu có)
- Thay các đoạn dây cũ nát, rò điện bằng các đoạn dây mới cùng tiết diện
- Sửa chữa các mối nối, các chỗ tiếp xúc ở cầu dao, cầu trì, phích cắm bị nóng quá
mức
- Kiểm tra các mối nối, mối nối nào nóng, tiếp xúc chưa tốt kiểm tra nối lại
2.2. Hệ thống bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất cosφ
2.2.1. Giới thiệu
Hệ số công suất cosφ là một chỉ tiêu để đánh giá xí nghiệp dùng điện có hợp lý
và tiết kiệm hay không?. Do nhà nước đã ban hành các chính sách để khuyến khích
các xí nghiệp phấn đấu nâng cao hệ số công suất cosφ. Hệ số công suất cosφ của
các xí nghiệp nước ta hiện nay nói chung còn thấp (khoảng 0,6-0,7), chúng ta phấn
đấu nâng cao dần lên (đến trên0,9). Cần thấy rằng việc thực hiện tiết kiệm điện
năng và nâng cao hệ số cosφ không phải là các biện pháp tạm thời để đối phó với
12
tình hình thiếu điện, mà phải coi như là một chủ trương lâu dài gắn liền với mục
địch phát huy hiệu quả cao nhất của quá trình sản xuất, phân phối và sử dụng điện
năng. Ý nghĩa của việc nâng cao hiệu suất cosφ không chỉ ở chỗ giảm giá thành sản
phẩm, có lợi cho bản thân xí nghiệp mà còn ở chỗ có thêm điện năng để sản xuất
ngày càng nhiều, có lợi cho nền kinh tế quốc dân. Tất nhiên khi thực hiện các biện
pháp tiết kiệm năng lượng chúng ta cần chú ý không gây ảnh hưởng xấu đến chất
lượng và số lượng sản phẩm hoặc làm ảnh hưởng xấu đến điều kiện làm việc của
công nhận.
2.2.2. Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất cosφ
“Nâng cao hệ số công suất cosφ là một trong những biện pháp quan trọng để tiết
kiệm điện năng. Sau đây chúng ta sẽ phân tích những hiệu quả do việc nâng cao hệ
số công suất đem lại.

tb
tb
Q
P

Hệ số cosφ
tb
được dùng để đánh giá mức độ sử dụng tiết kiệm và hợp lý của xí
nghiệp.
Hệ số công suất tự nhiên là hệ số cosφ trung bình tính cho cả năm khi không có
thiết bị bù. Hệ số cosφ tự nhiên được dùng làm căn cứ để tính toán nâng cao hệ số
công suất và bù công suất phản kháng.”

[7]
Các công ty hiện nay áp dụng biện pháp nâng cao hệ số công suất cosφ vừa giảm
giá điện phải trả do không phải mua phần công suất phản kháng do sử dụng quá
quy định cho ngành điện, vừa góp phần mang lại những lợi ích hiệu quả cho hệ
thống điện.
- Giảm được tổn thất công suất
- Giảm được tổn thất điện áp
- Tăng khả năng truyền tải
2.2.3. “Sự tiêu thụ công suất phản kháng” [8]
2.2.3.1. Động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ là thiết bị tiêu thụ công suất phản kháng chính trong
lưới điện. Chế độ làm việc của nó ảnh hưởng trực tiếp đến giá trị tiêu thụ công suất
phản kháng, có lúc giá trị nhu cầu công suất phản kháng lớn hơn công suất tác dụng
của nó.
Công suất phản kháng của động cơ gồm 2 thành phần chính.
14
a. Một phần nhỏ công suất phản kháng được sử dụng được sử dụng để sinh ra từ

0
d
1
( . )
. os
−
dm
m dm dm dm
I
P
tg
P c I
ϕ
η ϕ
Trong đó :
P : công suất tải thực tế của động cơ (đo bằng bộ phân tích công suất);
P
đm
, cosφ
đm
, I
đm
: công suất, hệ số công suất, dòng điện định mức của động
cơ;
η
đm
: hiệu suất của động cơ theo định mức;
I
0
: dòng điện không tải;

Máy biến áp tiêu thụ công suất phản kháng dùng để từ hóa lõi thép máy biến áp.
Công suất phản kháng tiêu thụ của máy biến áp gồm 2 thành phần :
- Công suất phản kháng dùng để từ hóa lõi thép không phụ thuộc vào tải:
Q
0
=
0
%.
100
dm
i S
Với :
S
đm
: dung lượng định mức máy biến áp;
I
0
% : dòng điện không tải tính theo % của dòng điện định mức máy biến
áp .
- Công suất tản từ máy biến áp phụ thuộc vào tải:
Q
tt
=
2
dm
%
. .
100
n
u

I
: công suất tác dụng của đèn;
P
v
: tổn thất công suất qua chấm lưu
16
Tụ điện mắc song song để hiệu chỉnh hệ số công suất của đèn có dung lượng :
Q
c
= (P
I
+ P
v
).(tgφ
1
–tgφ
2
)
c
2
dm
Q
C
2 f .U
=
Π
Việc bù đèn huỳnh quang bằng ghép tụ điện song song không thích hợp cho hệ
thống các bộ điều kiển sóng AF, trong trường hợp này người ta dùng chấn lưu điện
dung( tụ điện mắc nối tiếp)
2.2.4. Các biện pháp nâng cao hệ số công suất

Nếu 0,45< k
pt
< 0,7 thì phải so sánh kinh tế kĩ thuật mới xác định việc thay
thế có lợi hay không .
Điều kiện kĩ thuật cho phép thay thế động cơ đảm bảo nhiệt độ động cơ nhỏ
hơn nhiệt độ cho phép, đảm bảo điều kiện mở máy và làm việc ổn định động cơ .
- Giảm điện áp của các động cơ làm việc non tải(khi không có điều kiện thay thế
động cơ non tải bằng động cơ công suất nhỏ hơn)
Công suất phản kháng động cơ tiêu thụ tính theo U như sau:
2
U
Q k. .f.V
µ
=
Trong đó :
18
k : hằng số;
U : điện áp trên cực động cơ;
µ : hệ số dẫn từ;
f : tần số dòng diện;
V : thể tích mạch từ;
Từ công thức trên ta thấy công suất phản kháng Q tỉ lệ với bình phương điện áp
U, do vậy nếu ta giảm U thì Q giảm đi rõ rệt, do đó cosφ được nâng lên.
- Hạn chế động cơ chạy không tải ( biện pháp để hạn chế động cơ chạy không tải :
Hướng dẫn, huấn luyện công nhân có các thao tác hợp lý, đặt các quy định tắt thiết
bị khi không sử dụng hoặc thời gian chờ dài; đặt chế độ hạn chế chạy không tải
trong sơ đồ khống chế động cơ).
- Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ
Đối với thiết bị công suất lớn không yêu cầu điều chỉnh tốc độ như máy bơm,
quạt gió, máy nén khí,… thì nên dùng động cơ đồng bộ. Vì động cơ đồng bộ có

Trong công nghiệp chủ yếu sử dụng các động cơ không đồng bộ vì các ưu điểm:
kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ có dải công suất
rộng.
2.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất động cơ
Động cơ chuyển đổi điện năng thành cơ năng để phục vụ tải nhất định. Hiệu
suất của động cơ được xác định bởi tổn thất bên trong chỉ có thể giảm bằng cách
thay đổi thiết kế động cơ và điều kiện vận hành. Tổn thất có thể thay đổi từ 2%-
20%.
20
“Bảng 1 các loại tổn thất của động cơ không đồng bộ” [14]
Loại tổn thất Phần trăm tổn thất toàn phần(100%)
Tổn thất cố định hoặc tổn thất do lõi thép 25
Tổn thất biến đổi: tổn thất stato I
2
R 34
Tổn thất biến đổi: Tổn thất roto I
2
21
Tổn thất do ma sát và quấn lại 15
Tổn thất cơ khí của động cơ 5
Hiệu suất của động cơ có thể định nghĩa là “tỷ số của công suất đầu ra hữu
dụng của động cơ với công suất đầu ra toàn phần.”
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ bao gồm:
- Lão hóa: động cơ mới hoạt động hiệu quả hơn.
- Công suất. Với phần lớn các thiết bị, hiệu suất của động cơ tăng khi làm việc
ở công suất định mức
- Tốc độ. Các động cơ tốc độ cao hơn thường hiệu quả hơn
- Loại. Ví dụ như, động cơ lồng sóc thường hiệu quả hơn động cơ có vành
trượt
- Nhiệt độ. Động cơ có quạt làm mát hiệu quả hơn so với động cơ có lớp bảo

η : Hiệu suất vận hành của động cơ tính bằng %
HP : Mã lực ghi trên nhãn động cơ ( HP = 0,7457kW)
β : hệ số tải
P :công suất ba pha tính bằng kW
Tiến hành khảo sát tải động cơ để đo hệ số tải tải vận hành của các động cơ khác
nhau trong toàn bộ dây chuyền. Sử dụng kết quả khảo sát để xác định những động
cơ công suất nhỏ hơn yêu cầu- quá tải (có thể gây cháy động cơ) hoặc công suất
quá lớn - non tải (làm hoạt động kém hiệu quả).
Có ba phương pháp để xác định hệ số tải của động cơ cho những động cơ vận
hành riêng lẻ:
- Đo công suất đầu vào. Phương pháp này tính toán mức tải là tỷ số giữa công suất
đầu vào (đo bằng bộ phân tích công suất) và công suất định mức ở mức tải 100 % .
22
- Đo cường độ dòng điện. Tải được xác định bằng cách so sánh cường độ dòng điện
(được đo bằng bộ phân tích công suất) với cường độ dòng điện định mức. Phương
pháp này được sử dụng khi không xác định được hệ số công suất và chỉ có sẵn giá
trị cường độ dòng điện. Người ta cũng đề xuất sử dụng phương pháp này khi tải ít
hơn 50% .
- Phương pháp trượt. Xác định tải bằng cách so sánh phương pháp trượt khi động cơ
đang hoạt động với mức trượt động cơ ở đầy tải. Độ chính xác của phương pháp
này hạn chế và chỉ có thể sử dụng phương pháp này với máy đo tốc độ gốc (không
cần sử dụng bộ phân tích công suất).
- Vì cách đo công suất đầu vào là phương pháp thông dụng nhất, chỉ có phương pháp
này được mô tả cho động cơ ba pha.
Mức tải được đo theo ba bước.
Bước 1. Xác định công suất đầu vào sử dụng phương trình sau:
P =
U.I.cos . 3
1000
ϕ

P
x100%
Trong đó:
β : Công suất ra chiếm % công suất thiết kế
P : Công suất ba pha đo được bằng kW
P
đm
: Công suất đầu vào ở mức đầy tải theo thiết kế tính bằng kW
2.3.4. Các giải pháp sử dụng động cơ
2.3.4.1. Thay động cơ tiêu chuẩn bằng động cơ hiệu suất cao
Động cơ hiệu suất cao được thiết kế chuyên dụng để tăng hiệu suất hoạt động so
với động cơ tiêu chuẩn. Các cải tiến thiết kế tập trung vào việc làm giảm tổn thất
bên trong động cơ, bao gồm việc sử dụng thép silic có tổn thất sắt từ thấp hơn, lõi
dài hơn (để tăng chất kích hoạt), dây dày hơn (để giảm trở kháng), lá thép mỏng
hơn, khoảng trống không khí giữa stato và rôto nhỏ hơn, sử dụng đồng thay cho
các thanh nhôm trong rôto, các vòng đệm tốt hơn và quạt nhỏ hơn, vv
Động cơ hiệu suất cao có dải công suất thiết kế và mức đầy tải rộng. Hiệu suất
cao hơn động cơ tiêu chuẩn từ 3% tới 7%. Do phải thực hiện các giải pháp cải thiện
hoạt động của động cơ, chi phí của động cơ hiệu suất cao cao hơn chi phí của động
cơ tiêu chuẩn. Phần chi phí cao hơn sẽ được hoàn vốn rất nhanh nhờ giảm chi phí
vận hành, nhất là với các ứng dụng mới hoặc thay thế các động cơ hết thời hạn sử
dụng. Nhưng thay thế các động cơ đang dùng mà chưa hết thời gian sử dụng bằng
các động cơ hiệu suất cao không phải lúc nào cũng khả thi về mặt tài chính, và vì
24
vậy, đề xuất chỉ thay những động cơ này bằng động cơ hiệu suất cao khi những
động cơ này hỏng.
2.3.4.2. Giảm mức non tải (tránh sử dụng động cơ quá lớn)
Non tải sẽ làm tăng tổn thất, giảm hiệu suất và hệ số công suất của động cơ. Non
tải có thể là nguyên nhân phổ biến nhất khiến động cơ hoạt động không hiệu quả, vì
một số lý do sau: