LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi, được thực hiện
dưới sự hướng dẫn khoa học của tập thể hướng dẫn. Tất cả những tài liệu mà luận án có
trích dẫn đã được liệt kê đầy đủ và rõ ràng, ngoài ra tác giả không trích dẫn bất kỳ tài liệu
nào khác. Các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng
được ai khác công bố trong bất kỳ công trình nào.
Tập thể hướng dẫn
TS. Nguyễn Xuân Tiên
Nghiên cứu sinh
PGS.TSKH Nguyễn Văn Mạnh
i
Nguyễn Đình Vịnh
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin trân trọng cảm ơn Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Đào
tạo Sau Đại học, Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt – Lạnh và các Giáo sư, Phó Giáo sư,
Tiến sĩ, thầy cô và các đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi và góp nhiều ý kiến quý báu
giúp tôi hoàn thành bản luận án này.
Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến PGS.TSKH. Nguyễn
Văn Mạnh và TS. Nguyễn Xuân Tiên đã hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ, tin tưởng và tạo mọi
điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài.
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
iii
vii
ix
x
MỞ ĐẦU
1
1.1.
Các hệ thống điều hòa không khí trung tâm chiller
4
1.3.
Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.2.
Phân phối phụ tải trong vận hành trạm lạnh trung tâm chiller
1.3.4. Các nghiên cứu dựa trên các phương pháp mô hình hóa
18
22
1.3.5. Các nghiên cứu dựa trên các phương pháp toán tối ưu
24
1.4.
29
1.3.6. Một số nghiên cứu của các tác giả khác
1.5.
Lý thuyết tối ưu hóa vượt khe và bài toán tối ưu hóa phân phối
phụ tải trong nhà máy nhiệt điện
Các vấn đề tồn tại và nội dung nghiên cứu
CHƯƠNG 2: PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT TỐI ƯU HÓA
VƯỢT KHE CHO HỆ THỐNG CHILLER
2.1
2.1.1
2.1.2
Các hàm mục tiêu trong vận hành và bài toán phân phối phụ tải
Xây dựng bài toán mô hình hóa đặc tính năng lượng của thiết bị
Cách giải bài toán
34
34
38
40
2.2.3.1 Chuẩn hóa chỉ tiêu tối ưu
40
2.2.3.3 Thiết lập bài toán không điều kiện rằng buộc tương đương
41
2.2.3.2 Chuyển đổi bài toán
2.2.4
Nguyên tắc phân phối phụ tải tối ưu
2.3.1
Nghiên cứu địa hình hàm mục tiêu
2.3
2.4.2
Xác định tiết kiệm năng lượng theo đặc tuyến tiêu thụ năng
lượng
51
2.4.1
2.4.3
2.5
Xác định tiết kiệm năng lượng theo đặc tuyến phụ tải lạnh
Xác định lượng phát thải tiết kiệm
Kết luận chương 2
50
51
52
CHƯƠNG 3: TRẠM LẠNH TRUNG TÂM CHILLER VÀ PHƯƠNG
PHÁP THU THẬP, XỬ LÝ SỐ LIỆU
53
3.1.1
Phương pháp xử lý số liệu đầu vào
3.2.2.1 Xử lý số liệu của một điểm đo
3.2.2.2 Ghép các tệp dữ liệu khác nhau
iv
53
55
60
60
62
63
63
64
3.2.3
Mô hình đặc tuyến năng lượng của các thiết bị
3.2.5
73
Hàm mục tiêu tiết kiệm năng lượng
76
4.1
4.2.1
4.2.2
4.3
4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.4
4.4.1
4.4.2
4.4.3
4.5
4.6
Xử lý số liệu
Mô hình đặc tuyến năng lượng của máy lạnh trung tâm chiller
67
68
84
Kết luận chương 4
86
Đề xuất quy trình vận hành tối ưu năng lượng cho hệ thống điều
hòa không khí trung tâm chiller tại tòa nhà Mipec Tower
85
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
87
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
96
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
Phụ lục 1: Tổng quan về hệ thống điều hòa không khí trung tâm chiller
Phụ lục 2: Bảng thống kê một số hệ thống điều hòa không khí trong các
tòa nhà điển hình tại Hà Nội
Phụ lục 3: Bảng điểm điều khiển hệ thống BAS cho trạm lạnh trung tâm
tòa nhà Mipec Tower
v
Phụ lục 7: Bảng tính tiết kiệm năng lượng cho cụm máy lạnh trung tâm
chiller tại tòa nhà Mipec Tower
PL28
Phụ lục 9: Bảng thông số kỹ thuật của chiller và bơm nước tại tòa nhà
Mipec Tower
PL46
vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Danh mục các ký hiệu
Ký hiệu
Mô tả
Thứ nguyên
COP
Hiệu quả năng lượng
EF
Hệ số phát thải lưới điện
Điện năng tiêu thụ tiết kiệm được
Lượng phát thải CO2 tiết kiệm được
kWh
Tấn CO2/MWh
Giá trị non tải tích hợp
Lưu lượng gió qua tháp giải nhiệt
Tấn CO2
m3/h
Lưu lượng nước giải nhiệt qua bình ngưng
l/s
Công suất tiêu thụ điện
kW
Tổng công suất bơm nước lạnh
kW
N1
Tổng công suất máy nén
Công suất giải nhiệt (công suất sưởi với máy loại bơm nhiệt)
Qo
QC
QS
Năng suất sưởi ấm (của thiết bị xử lý không khí)
kW
kW
kW
kW
kW
kW
tNL,i/ tNL,o Nhiệt độ nước lạnh vào/ra
o
C
toncoil
Nhiệt độ không khí trước khi vào dàn lạnh
vii
C
C
C
C
oncoil
Độ ẩm không khí trước khi vào dàn lạnh
%
offcoil
Độ ẩm không khí sau khi ra khỏi dàn lạnh
%
Wp
Năng suất phun ẩm (của thiết bị xử lý không khí)
kg/h
Wh
Năng suất hút ẩm (của thiết bị xử lý không khí)
ĐVT
Đơn vị tính
CDW
CHW
ĐTNL
Condeser Water
Chilled Water
Đặc tuyến năng lượng
FCU
Fan Coil Unit
PPPT
Phân phối phụ tải
MLTT
TKNL
TLTT
Máy lạnh trung tâm
Tiết kiệm năng lượng
Hình 2.5
Hình 2.6
Hình 2.7
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 4.1
Hình 4.2
Hình 4.3
Hình 4.4
Hình 4.5
Sơ đồ phân tích tối ưu hóa LOOP
Đường cong trơn từng khúc của đặc tính năng lượng
Dáng điệu mặt mức của hàm mục tiêu tối ưu hóa phân phối phụ tải giữa các
tổ máy làm việc song song
Xác định bước “vượt khe”
Sơ đồ khối tìm kiếm “bước vượt khe” theo điều kiện (2.27)
Thể hiện hình học của quá trình tìm kiếm tối ưu theo thuật toán VAF
Sơ đồ khối tìm “hướng vượt khe” theo điều kiện (2.27)
Sơ đồ nguyên lý và bố trí thiết bị cảm biến trong trạm lạnh trung tâm chiller
trong tòa nhà Mipec Tower
Sơ đồ hệ thống BAS cho tạm lạnh trung tâm chiller tại tòa Mipec Tower
Hình 4.11
Hình 4.12
Hình 4.13
Hình 4.14
Đặc tuyến tiết kiệm năng lượng theo chế độ phân phối phụ tải tối ưu của
cụm chiller tại tòa nhà Mipec Tower
Đặc tuyến phụ tải tòa nhà Mipec Tower ngày 26/7/2013
Đặc tuyến phụ tải tòa nhà Mipec Tower tháng 7/2013
Phân chia dải công suất phụ tải tổng trong đặc tuyến tiết kiệm năng lượng
theo chế độ phân phối phụ tải tối của cụm chiller tại tòa nhà Mipec Tower
xi
MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của đời sống xã hội, nhu cầu năng lượng ngày càng tăng một
cách nhanh chóng. Để đáp ứng nhu cầu năng lượng, một mặt chúng ta cần phải đẩy mạnh
khai thác các nguồn năng lượng sẵn có và phát triển năng lượng mới. Mặt khác, phải tìm
cách sử dụng các nguồn năng lượng một cách tiết kiệm và hiệu quả, nói gọn hơn là phải
“tiết kiệm năng lượng”. Tiết kiệm năng lượng góp phần giảm chi phí đầu tư phát triển hệ
được đưa ra. Có thể phân chia sự nghiên cứu đó thành hai mảng chính. Mảng thứ nhất là
các nghiên cứu nhằm cải tiến nâng cao hiệu suất cũng như độ an toàn của các loại thiết bị
thành phần trong hệ thống ĐHKK. Mảng thứ hai bao gồm các nghiên cứu về phương thức
vận hành hệ thống sao cho giảm thiểu tới mức có thể chi phi năng lượng.
Cho đến nay, đã có rất nhiều kết quả nghiên cứu được công bố, đặc biệt các vấn đề
thuộc mảng thứ nhất được nghiên cứu khá hoàn thiện. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu
1
thuộc mảng thứ hai có phần khiêm tốn hơn, còn nhiều bài toán phức tạp để lại chưa giải
quyết hoặc giải quyết chưa hiệu quả, đặc biệt là các vấn đề trong bài toán tối ưu hóa tổng
thể chế độ vận hành hệ thống.
Hệ thống ĐHKK trung tâm chiller là một hệ thống nhiệt qui mô lớn, bao gồm các
thiết bị chính và nhiều thiết bị phụ trợ liên kết với nhau theo cấu trúc phân cấp. Điều đó
cho thấy đặc điểm và tính chất phức tạp của bài toán tối ưu hóa chế độ vận hành hệ thống.
Về bài toán này, còn nhiều vấn đề bỏ trống, đặc biệt là cách đặt và giải quyết bài toán trong
điều kiện Việt Nam. Hầu hết các công trình nghiên cứu chỉ mới dừng lại ở việc đánh giá
bản chất các quá trình trong từng thiết bị cụ thể như: bơm nước tuần hoàn, tháp giải nhiệt,
máy lạnh trung tâm (MLTT) chiller, bộ xử lý không khí... Trong khi đó, mỗi thiết bị thành
phần của hệ thống đều có quan hệ phụ thuộc lẫn nhau trong một thực thể thống nhất. Hơn
2
- Chương 1: Giới thiệu cấu trúc và nguyên lý vận hành một hệ thống ĐHKK trên cơ
sở kỹ thuật hiện đại. Phân tích tổng quan các kết quả nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam
về các giải pháp giảm thiểu chi phí vận hành hệ thống ĐHKK.
- Chương 2: Giới thiệu bài toán tối ưu hóa chế độ vận hành hệ thống lớn và lý
thuyết tối ưu hóa vượt khe. Trình bày sự phát triển áp dụng phương pháp luận trên cho hệ
thống ĐHKK trung tâm chiller, bao gồm hai bài toán mô hình hóa đặc tính tiêu hao năng
lượng và bài toán tối ưu hóa PPPT giữa các tổ máy lạnh trong hệ thống.
- Chương 3: Trình bày phương pháp thu thập số liệu vận hành thực tế và cách xử lý
đưa về dạng thích hợp cho việc giải bài toán tối ưu hóa chế độ làm việc của hệ thống phục
vụ cho quá trình vận hành ở chu kỳ sau.
- Chương 4: Áp dụng phương pháp luận đã phát triển trong chương 2 và chương 3
vào bài toán thực tế là tối ưu hóa vận hành TLTT chiller trong tòa nhà Mipec Tower (Hà
Nội). Đồng thời, đánh giá hiệu quả kinh tế thu được theo phương thức vận hành tối ưu.
- Kết luận: Tóm tắt những kết quả nghiên cứu chính và đề xuất quy trình áp dụng
phương thức PPPT tối ưu xác định được đối với các hệ thống ĐHKK tương tự.
Kết quả, ý nghĩa khoa học và thực tiễn dự kiến của đề tài bao gồm:
Hệ thống ĐHKK trung tâm chiller là một hệ thống phức hợp bao gồm nhiều thành
phần cấu thành và có hoạt động liên động chặt chẽ với nhau. Về cơ bản, nó được xếp vào
hệ thống làm lạnh/sưởi ấm gián tiếp thông qua chất tải lạnh, phổ biến là nước, với máy làm
lạnh nước trung tâm chiller và các bộ xử lý không khí AHU, FCU kiểu khô hay kiểu ướt.
Liên động giữa hai thành phần chính này là hệ thống phân phối nước/chất tải lạnh và hệ
thống điện, điện điều khiển phức hợp. Bản thân các bộ xử lý không khí cũng cấu trúc khác
nhau theo ứng dụng đi kèm với hệ thống phân phối không khí khác nhau [3, 23, 24, 54].
Tóm tắt cấu trúc và phân loại hệ thống ĐHKK trung tâm chiller được thể hiện ở
hình 1.4. Việc gọi tên hệ thống tùy thuộc theo cách phân loại, ứng dụng của hệ thống cũng
như các sơ đồ hệ thống khác nhau mà nó là sự tổ hợp của các thành phần và chủng loại
thiết bị trong hệ thống. Cấu trúc thành phần của hệ thống được tổ hợp theo nhiều phương
thức khác nhau. Chi tiết hơn về cấu trúc hệ thống ĐHKK trung tâm chiller và các thành
phần thiết bị của nó được diễn giải ở phụ lục 1.
Hệ thống ĐHKK trung tâm chiller được phân loại thành hai loại chính là Hệ thống
ĐHKK trung tâm chiller giải nhiệt nước và Hệ thống ĐHKK trung tâm giải nhiệt gió. Hai
hệ thống này được phân loại theo loại máy lạnh trung tâm (MLTT) chiller về phương thức
giải nhiệt: MLTT chiller giải nhiệt nước và MLTT chiller giải nhiệt gió. Cấu trúc hệ thống
ĐHKK trung tâm chiller có thể chia làm hai phần chính:
Hệ thống 2 đường ống gió
Hệ thống lưu lượng gió không
đổi
Hệ thống lưu lượng gió thay đổi
Hệ thống lưu lượng nước không
đổi
Hệ thống 2
Hệ thống hồi
đường ống
ngược
nước
Hệ thống lưu lượng nước thay
đổi
Hệ thống 3
Hệ thống 4
đường ống
đường ống
nước
nước
Cấu trúc hệ
thống
Cung cấp năng
lượng
Xử lý không
Trong hệ thống ĐHKK trung tâm chiller, TLTT chiller là nơi tiêu hao phần lớn
năng lượng tiêu thụ trong hệ thống. Các giải pháp TKNL áp dụng cho TLTT chiller có ý
nghĩa quan trọng trong việc giảm chi phí năng lượng tiêu thụ trong toàn hệ thống ĐHKK
trung tâm chiller. Giải pháp TKNL trong hệ thống ĐHKK trung tâm chiller bằng phương
pháp phân phối phụ tải (PPPT) tối ưu liên quan đến chế độ vận hành trong TLTT chiller
đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm chi phí vận hành của TLTT chiller nói riêng
và hệ thống ĐHKK trung tâm chiller nói chung.
5
1.2
Phân phối phụ tải trong vận hành trạm lạnh trung tâm
chiller
Hệ thống ĐHKK trung tâm chiller là tổ hợp của nhiều thiết bị cấu thành. Hoạt động
của hệ thống ĐHKK trung tâm chiller là sự liên động vật lý và cân bằng năng lượng động.
Sự liên động vật lý ở đây là sự phối hợp hoạt động giữa các thành phần bộ phận trong cùng
một thiết bị hay cụm thiết bị: các bơm, các tháp giải nhiệt, các MLTT chiller... để đảm bảo
cung cấp năng lượng cho các hộ tiêu thụ là các thiết bị xử lý không khí. Sự liên động vật lý
còn thể hiện ở toàn bộ hệ thống. Các bộ xử lý không khí chỉ hoạt động khi không gian điều
hòa được sử dụng. Các bơm nước chỉ hoạt động khi có các van nước đã ở trạng thái mở,
MLTT chiller chỉ chạy khi đồng thời các bơm nước lạnh, bơm nước giải nhiệt, tháp giải
(như điều kiện thời tiết vùng miền, thời gian trong ngày hay trong mùa, tính chất đồng thời
tác động của các phụ tải khác như con người, thiết bị...) và cả các yếu tố tác động được
6
(giá trị đặt điều kiện tiện nghi trong nhà...) nên luôn có tính thay đổi. Để đáp ứng được tính
chất thay đổi của phụ tải lạnh, TLTT chiller cần phải có một chế độ vận hành hợp lý, an
toàn và hiệu quả. Do vậy các TLTT chiller thường có cấu trúc nhiều MLTT chiller hoạt
động song song để tăng độ an toàn và dải điều chỉnh năng suất lạnh phù hợp với sự thay
đổi của phụ tải lạnh. Đi kèm với MLTT chiller là các thiết bị phụ trợ như bơm, tháp giải
nhiệt... cũng có cấu trúc tương tự.
Do cấu trúc song song trong TLTT chiller, yêu cầu về PPPT giữa các tổ máy, cụm
thiết bị làm việc song song đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện nâng cao hiệu quả
TKNL trong vận hành TLTT chiller bên cạnh yếu tố nâng cao về an toàn và độ tin cậy của
hệ thống. Chế độ phân phối đều phụ tải ở đó phụ tải lạnh yêu cầu được chia đều cho tất cả
các thiết bị thành phần trong TLTT chiller như tài liệu [61, 64, 68] chỉ được áp dụng trong
các TLTT chiller có tất cả các thiết bị thành phần đều được trang bị biến tần, hay chính là
hệ thống có biến tần toàn bộ.
Chế độ PPPT đều kết hợp lựa chọn số lượng thiết bị/cụm thiết bị trong TLTT
chiller vận hành đồng thời để đáp ứng mức phụ tải lạnh yêu cầu là chế độ phân phối điển
hình đang được sử dụng cho các hệ thống ĐHKK phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới. Ở
định hướng lựa chọn công nghệ và thiết bị phù hợp phục vụ công tác quản lý nhà nước và
định hướng phát triển ứng phó với biến đổi khí hậu ở Việt Nam. Tác giả cũng đã nghiên
cứu giải pháp TKNL trong thiết kế hệ thống ĐHKK công suất lớn [6], áp dụng giải pháp
thu hồi nhiệt thải bằng sử dụng chiller có bộ thu hồi nhiệt. Giải pháp đã mang lại hiệu quả
cao cho hệ thống ĐHKK công suất lớn cấp nhiệt và cấp lạnh đồng thời. Tương tự như
nghiên cứu trong [5], nghiên cứu trong tài liệu [4] lại áp dụng máy lạnh hấp thụ trong các
công trình cấp lạnh – cấp nhiệt đồng thời để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng.
Các giải pháp TKNL của ba loại công trình tiêu biểu là siêu thị, khách sạn cao tầng
và tòa nhà văn phòng được nghiên cứu trong [5]. Các tác giả chủ yếu phân tích đặc tính
phụ tải của các công trình tiêu biểu trên, áp dụng một số giải pháp TKNL như tăng cường
che nắng, sử dụng các bộ thu hồi nhiệt thải. Kết quả nghiên cứu cũng dừng ở mức lý thuyết
tính toán ở trên mô hình bằng phần mềm với các điều kiện giả định. Nghiên cứu trong [9]
của cùng tác giả cũng chỉ dừng lại so sánh hiệu quả sử dụng năng lượng của hai hệ thống
ĐHKK VRV và chiller cho một công trình cụ thể dựa trên phân tích lý thuyết và thiết kế
hệ thống cho công trình, kết quả cũng chỉ đưa ra kết luận sử dụng hệ thống ĐHKK nào phù
hợp cho cụ thể công trình.
Nghiên cứu các bộ xử lý không khí AHU với dàn nước hồi nhiệt trong tài liệu [10]
mới dừng lại ở việc đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng đối với các bộ AHU ứng dụng
trong không gian điều hòa có điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm đồng thời. Nghiên cứu trong tài
Phương pháp giải tích xác định
Theo tài liệu [70], bằng phương pháp giải tích xác định, Wei Jiang và T. Agami
Reddy đề xuất áp dụng các kết quả mô hình hóa toán học của hiệu suất năng lượng từng
thành phần thiết bị chính trong hệ thống bao gồm: chiller, tháp giải nhiệt, bơm và quạt.
a) Mô hình thiết bị
Mô hình cho chiller của Gordon Ng (GN)
Mô hình bán thực nghiệm của Gordon Ng dự toán sự phụ thuộc hiệu quả năng
lượng COP [23] của chiller vào một số yếu tố có thể đo được như: nhiệt độ hồi của chất
lỏng (nước hay môi chất lạnh) từ bình ngưng, nhiệt độ nước ra khỏi bình bay hơi và năng
suất lạnh của bình bay hơi. Phương pháp đã được kiểm định trên 50 loại chiller sử dụng
máy nén hơi các loại với công suất khác nhau và cho kết quả khá chính xác để dự đoán
COP:
+1
,
,
Trong đó:
−1=
-
(1.1)
TNL,o là nhiệt độ nước lạnh cấp hay chính là nhiệt độ ra khỏi bình bay hơi, K
Mô hình máy lạnh hấp thụ một cấp theo mô hình của Gordon Ng cũng được Jiang
và Reddy (2003) phát triển với sai số 6 ~ 8% cho máy lạnh hấp thụ hai cấp dùng hơi hoặc
nước nóng:
,
,
,
−
,
,
,
=
+
9
-
-
c và n là các hệ số được xác định bằng cách thay đổi lưu lượng không khí qua
tháp giải nhiệt Lkk (m3/h) khi lưu lượng nước giải nhiệt LGN (m3/h) đi qua tháp
không đổi;
NTU là hệ số mật độ dòng nhiệt hiệu quả của tháp giải nhiệt.
Từ phương trình cân bằng năng lượng của tháp giải nhiệt, nhiệt độ nước giải nhiệt
ra khỏi tháp giải nhiệt được xác định theo:
=
,
+
,
,
,
,
,
,
+
[
( )] +
10
[
( )] +
[
( )]
(1.5)
-
Np,0 : Công suất điện định mức của động cơ bơm hay quạt, kW
Np(t) : Công suất điện của động cơ bơm hay quạt ở công suất lưu lượng bán tải
thứ Lp(t), kW
e0 đến e3 là các hệ số hiệu suất của quạt;
PLR(t): Hệ số bán tải xác định bằng tỷ lệ giữa công suất lưu lượng ở chế độ bán
tải Lp(t) và công suất lưu lượng định mức của bơm hay quạt Lp,0.
của chi phí vận hành ở điều kiện vận hành ổn định P cộng thêm giá của chi phí năng lượng
phát sinh trong các giai đoạn khởi động SC. Hàm tính giá có thể biểu diễn bằng:
=
,
,
+ (1 −
Điều kiện là:
hi(x1, x2, x3, …, xK) = bi
≤
)
,
i = 1, 2, 3, …, t
gj(x1, x2, x3, …, xK) < cj
≤
,
j = 1, 2, 3, …, n
11
+
,
, ,
(1.11)
Phương pháp dự toán tổng năng lượng tiêu hao dựa trên tối ưu hóa tĩnh
Vấn đề tối ưu hóa vận hành nhà máy đáp ứng được phụ tải xác định trước bao gồm
hai mức độ của cấu trúc phân cấp do hai loại biến điều khiển khác nhau. Thứ nhất, biến
điều khiển đảm bảo mức độ cao hơn liên quan đến các biến điều khiển rời rạc mà không
thể điều khiển liên tục được như là số lượng chiller, tháp giải nhiệt, bơm giải nhiệt, bơm
nước lạnh… hoạt động đồng thời. Thứ hai, biến điều khiển ở mức thấp hơn là trên khía
cạnh kinh tế, liên quan đến các biến cần phải điều khiển liên tục. Các biến điều khiển độc
lập có thể bao gồm: giá trị đặt của nhiệt độ nước lạnh, lưu lượng nước lạnh qua chiller,
tháp giải nhiệt, tốc độ biến tần của quạt và bơm… Do đó, tối ưu vận hành phải quan tâm
đến cả hai yếu tố gồm quyết định lựa chọn máy nào chạy và chạy nó như thế nào.
Phương pháp tối ưu hóa tĩnh là phương pháp tính bằng tối ưu chi phí vận hành cho
từng bước khoảng chia thời gian, ví dụ như là từng giờ. Các thành phần cấu thành giá chỉ
bao gồm chi phí giá điện và khi ở chế độ ổn định ở từng giờ. Do đó tổng số lượng được tối
thiểu hóa. Hàm giá FS chỉ bằng tổng chi phí năng lượng, tức là tổng các chi phí của tất cả
Xác định các giá trị đặt điều khiển tối ưu cho thiết bị.
Sử dụng thuật toán chương trình tuần tự bậc 2 (Fletcher 2001) để xác định các giá
trị đặt vận hành tối ưu (ví dụ như phần trăm bán tải của chiller, tốc độ của quạt tháp giải
nhiệt) để tối thiểu hóa chi phí năng lượng cho chế độ vận hành. Thực hiện giải tích này cho
tất cả các tổ hợp có thể có của các thiết bị, các giá trị đặt điều khiển cho các thiết bị ở chế
độ tối thiểu hóa chi phí năng lượng được xác lập cho tất cả các tổ hợp chế độ vận hành
được xác định. Từ đó tìm ra được chế độ vận hành tối ưu nhất cho phụ tải yêu cầu.
Giải tích mặt phản hồi trong vận hành tối ưu cho mỗi chế độ vận hành.
Các phương pháp xác định chế độ vận hành tối ưu để đáp ứng được phụ tải yêu cầu
ở trên gặp khó khăn khi áp dụng vào thực tiễn được do quan điểm tính toán sử dụng để dự
đoán được đường tối ưu trong suốt thời gian, hay trường hợp động của hệ thống. Năm
1995, Koeppel và công sự đã xác lập phương pháp đơn giản hóa cơ bản quá trình xác định
điểm cài đặt điều khiển tối ưu cho máy lạnh hấp thụ hiệu ứng kép. Theo đó, tác giả đề xuất
phương pháp thực nghiệm tổng quát, cụ thể hơn là mô hình bề mặt như một phương tiện
tính toán trên máy tính cho phù hợp. Trước hết, cần phải xác lập một loạt chế độ vận hành
mô hình ở rất nhiều điều kiện vận hành khác nhau, giống như điều kiện vận hành xác định
bởi nhà sản xuất. Tiếp theo phải xác định chế độ vận hành tối ưu cho mỗi điều kiện bằng
sử dụng mô hình hóa đa thức để biểu diễn cho các phương pháp điều khiển tối ưu. Mô hình
hóa này thay thế cho mô hình số ở trên (ma trận chế độ vận hành) và kể đến tất cả những
ảnh hưởng liên quan đến phân tích tối ưu bất định mà cần đến hàng nghìn mô hình cho
này là thuật toán dẫn đến chi phí thấp nhất.
Tổng quát hóa phương pháp giải tích xác định của tác giả [70] là đề xuất một
phương pháp kỹ thuật xác định gắn liền việc lựa chọn đặc tuyến thiết bị ở phụ tải cho phép,
đồng thời với việc xác định các biến điều khiển cài đặt thông qua tổng hợp các tối ưu phi
tuyến để hội tụ nhanh nhất. Tối ưu hóa bằng phương pháp quy hoạch hóa vận hành và các
biến điều khiển dưới các cấu trúc khác nhau được giải quyết bằng các mô hình bề mặt để
xác định chi phí năng lượng cho các cấu hình thiết bị khác nhau trong điều kiện vận hành
và giá nhiên liệu khác nhau.
1.3.2.2
Phương pháp giải tích bất định
Trong thực tế, điều kiện vận hành chịu ảnh hưởng của nhiễu trong và nhiễu ngoài
như đặc tuyến của van điều khiển, thiết bị… khiến cho hầu hết các phương pháp tối ưu giải
tích xác định chưa mang lại lời giải hiệu quả. Hoạt động của hệ thống diễn ra luôn luôn
không ổn định, chế độ vận hành thay đổi do đó các phương pháp giải tích có tính đến các
14
Copyright: Tài liệu đại học ©