1
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN PHÚ QUÝ

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP
SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG TIẾT KIỆM VÀ
HIỆU QUẢ CHO CÔNG TY THOÁT NƢỚC VÀ
XỬ LÝ NƢỚC THẢI ĐÀ NẴNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số
: 60 52 02 02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng – Năm 2017


2
Công trình được hoàn thành tại
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐOÀN ANH TUẤN

Phản biện 1: TS. TRẦN VINH TỊNH
Phản biện 2: TS. LÊ KỶ

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt

quản lý nhu cầu DSM (Demand Side Managent).
Nhận thức được tầm quan trọng của việc tiết kiệm năng lượng
nói chung, điện năng nói riêng và sự ảnh hưởng của động cơ KĐB
trong việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả, đó là lý do mà
tác giả nghiên cứu đề xuất các giải pháp sử dụng năng lượng tiết
kiệm và hiệu quả cho Công ty Thoát nước và Xử lý nước thải Đà
Nẵng, từ đó áp dụng một số giải pháp cụ thể đối với các trạm bơm
nước thải trên địa bàn Thành phố Đà Nẵng.


4
2. Mục đích và mục tiêu nghiên cứu đề tài
2.1. Mục đích nghiên cứu
- Khảo sát, đánh giá thực trạng sử dụng năng lượng khi sử dụng
động cơ không đồng bộ ba pha tại các trạm bơm nước thải tại thành
phố Đà Nẵng.
- Tính toán, lựa chọn các thiết bị điều khiển tối ưu nâng cao hiệu
suất sử dụng năng lượng, cải thiện môi trường, thực hiện phát triển
kinh tế - xã hội bền vững, qua đó góp phần đảm bảo an ninh năng
lượng của đất nước.
2.1.1. Các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả
trong sản xuất
Nghiên cứu các giải pháp sau đây:
- Giải pháp tiết kiệm năng lượng trong khâu quản lý
- Giải pháp tiết kiệm năng lượng trong khâu kỹ thuật:
2.1.2. Nghiên cứu đề xuất, ứng dụng các thiết bị điều khiển tối
ưu đối với động cơ không đồng bộ
Nghiên cứu công nghệ, từ đó đề xuất các giải pháp sử dụng các
các thiết bị điều khiển tối ưu hệ thống động cơ không đồng bộ, hệ
thống máy bơm,…

không đồng bộ ba pha của các nước trên thế giới.
- Phân tích và tổng hợp các số liệu từ các dây chuyền vận hành
để tính toán lựa chọn thiết bị điều khiển tối ưu động cơ không đồng
bộ ba pha.
4.3. Phương pháp thu thập và xử lý thông tin
- Khảo sát hệ thống dây chuyền công nghệ, thu thập thông tin về
khả năng phát triển và nâng cấp dây chuyền vận hành.
- Thu thập những số liệu thống kê, tài liệu: Thu thập thông tin về
chi phí sử dụng năng lượng, giá điện,…


6
- Khảo sát và đo đạc các thông số liên quan đến việc sử dụng
năng lượng như: Cường độ dòng diện, hệ số cosφ,…
- Phân tích kinh tế tài chính: Tính toán hiệu quả đầu tư, vốn đầu
tư, thời gian đầu tư, thời gian hoàn vốn khi sử dụng các thiết bị điều
khiển tối ưu động cơ KĐB ba pha.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Nghiên cứu và đề xuất các giải pháp tính toán, lựa chọn thiết bị
điều khiển tối ưu và sử dụng năng lượng hiệu quả đối với phụ tải là
động cơ không đồng bộ qua đó tiết kiệm được điện năng, giảm chi
phí xử lý vận hành của Công ty, góp phần cải thiện môi trường, từ đó
có thể nhân rộng việc áp dụng giải pháp cho các nhà máy xử lý nước
thải khác.
6. Tên tiểu luận
Căn cứ vào đối tượng và phạm vi nghiên cứu, mục đích, mục
tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, luận văn được đặt tên:”Nghiên cứu đề
xuất các giải pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả cho
Công ty thoát nước và Xử lý nước thải Đà Nẵng”
7. Bố cục

kiểm tra, duy tu sửa chữa, nạo vét, xây dựng bổ sung các công trình,
hệ thống thoát nước đô thị;
- Thực hiện các nhiệm vụ khác do UBND thành phố và Giám
đốc Sở Tài Nguyên và Môi Trường giao.
1.2. Hiện trạng nguồn nhân lực
- Ban Giám đốc: 04 người
- Phòng tổ chức – Hành chính: 14 người
- Phòng kế toán: 07 người
- Phòng kỹ thuật: 14 người
- Phòng kế hoạch: 06 người
- Phòng công nghệ môi trường nước thải: 10 người


8
- Trạm Xử lý nước thải Sơn Trà: 21 người
- Trạm Xử lý nước thải Hòa Cường: 29 người
- Trạm Xử lý nước thải Phú Lộc: 38 người
- Trạm Xử lý nước thải Ngũ Hành Sơn: 28 người
- Trạm Xử lý nước thải Thọ Quang: 26 người
- Xưởng cơ khí : 23 người
- Đội quản lý duy tu : 14 người
1.3. Tổng quan về các trạm bơm nƣớc thải cấp I
1.3.1. Hệ thống các trạm bơm nước thải cấp I
Hệ thống các trạm bơm nước thải cấp 1 tổng cộng có 09 trạm
bơm (SPS) thuộc 04 lưu vực nằm trên địa bàn thành phố Đà Nẵng đó
là lưu vực Sơn Trà, lưu vực Ngũ Hành Sơn, lưu vực Phú Lộc, lưu
vực Hòa Cường, được xây dựng nhằm thu gom nước thải từ các
tuyến Tuyến cống Thu gom Tự chảy hoặc các Cấu trúc Chuyển dòng.
1.3.2. Qui trình bơm nước thải
Hệ thống nước thải thu gom được chảy về trạm bơm đến mức tự

cấp II cũng có 09 trạm bơm (SPS) thuộc 04 lưu vực nằm trên địa bàn
thành phố Đà Nẵng đó là lưu vực Sơn Trà, Ngũ Hành Sơn, Phú Lộc,
Hòa Cường, được xây dựng nhằm thu gom nước thải từ các tuyến
Tuyến cống thu gom tự chảy hoặc các Cấu trúc Chuyển dòng.
Công suất máy bơm từ 18,5KW đến 44KW.
1.4.2. Qui trình bơm nước thải
Giống như vận hành bơm cấp I hệ thống nước thải được thu gom
chảy về trạm bơm đến mức tự động khởi động máy bơm đầu tiên
trong một trạm bơm sau khi nước thải trong giếng bơm này đạt đến
một cao độ nào đó sẽ khởi động các bơm kế tiếp khi nước vẫn còn
tăng và lên đến các mực nước đã xác định tiếp theo, khi đó nước thải
được đẩy về trạm xử lý của các lưu vực. Sự ngừng bơm cũng được
thiết lập tự động.


10
1.4.3. Giếng bơm nước thải SPS
Mỗi giếng bơm nước thải cấp II gồm 2 đến 3 máy bơm chìm
hiệu Flygt của Thụy Điển.
1.4.4. Nguyên lý làm việc của trạm bơm SPS cấp II
Giống như hệ thống điện trạm bơm cấp I hệ thống trạm bơm cấp
II cũng vận hành có 2 chế độ: Điều khiển bằng tay (Man) và điều
khiển tự động (Auto).
1.5. Tổng quan về chƣơng trình DSM
1.5.1. Vấn đề năng lượng trên thế giới và ở Việt Nam
1.5.1.1. Tiềm năng năng lượng trên thế giới
- Than: Ước tính khoảng 1.083 tỷ tấn, tập trung ở Mỹ, Liên Xô,
Trung Quốc, Úc, Ấn Độ, Đức và Nam Phi.
- Dầu mỏ: 125,8 nghìn tỷ thùng. Trong đó: 63% nằm ở Trung
Đông, 13% nằm ở Trung và Nam Mỹ, 24% nằm rải rác các nơi khác.

trạm bơm nước thải cấp II.
Phần 2 là tổng quan về DSM. Nói chung DSM là một chương
trình mang lại hiệu quả tiết kiệm năng lượng rất cao đã được thực
hiện ở nhiều quốc gia trên thế giới. Ở nước ta chương trình DSM
thực hiện tuy có phần chậm hơn so với các nước khác nhưng tiềm
năng thực hiện DSM rất lớn. DSM thực sự là một công cụ rất hữu ích
không chỉ cho các hộ dùng điện mà còn đem lại hiệu quả cho tập
đoàn điện lực Việt Nam, chủ động quản lý và điều khiển nhu cầu
điện năng phù hợp với cung cấp một cách hiệu quả . Chiến lược của
DSM được thực hiện thông qua hai giải pháp cơ bản.
Nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng của các thiết bị điện.
Điều chỉnh nhu cầu tiêu thụ điện nhằm san bằng đồ thị phụ tải.


12
CHƢƠNG 2
CÁC GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG TRONG VẬN
HÀNH VÀ PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ BA PHA BẰNG THIẾT BỊ BIẾN TẦN
2.1. Tổng quan về động cơ không đồng bộ ba pha
2.1.1. Cấu tạo
Động cơ không động bộ là động cơ rất thông dụng, được sử
dụng cho các thiết bị khác nhau trong công nghiệp. Sở dĩ loại động
cơ này thông dụng như vậy là vì chúng có thiết kế đơn giản, rẻ tiền,
dễ bảo trì, có thể nối trực tiếp với nguồn điện xoay chiều.
a. Các bộ phận
Một động cơ điện không đồng bộ có hai bộ phận điện cơ bản:
- Rôto và Stato.
b. Phân loại động cơ không đồng bộ
- Động cơ không đồng bộ một pha

 Giảm điện áp của những động cơ làm việc non tải
 Dùng động cơ đồng bộ thay thế động cơ không đồng bộ
 Thay thế những máy biến áp làm việc non tải có dung
lượng nhỏ hơn.
2.3.2.2. Nâng cao hệ số công suất cosφ bằng phương pháp bù.
Bằng cách đặt các thiết bị bù ở gần các hộ dùng điện để cung
cấp công suất phản kháng cho chúng, giảm được lượng công suất
phản kháng phải truyền tải trên đường dây do đó nâng cao được hệ số
công suất cosφ của mạng. Biện pháp bù không làm giảm lượng công
suất phản kháng tiêu thụ của các hộ dùng điện mà giảm được lượng
công suất phản kháng phải truyền tải trên đường dây.
2.3.3. Bù công suất phản kháng
Để đánh giá hiệu quả của việc giảm tổn thất công suất tác dụng


14
người ta đưa ra một chỉ tiêu gọi là đương lượng kinh tế của công suất
phản kháng: kkt
“Đương lượng kinh tế của công suất phản kháng là lượng công suất
tác dụng (kW) tiết kiệm được khi bù (kVAr) công suất phản kháng”.
Như vậy nếu biết kkt và lượng công suất bù Qbù, chúng ta tính
được công suất tác dụng tiết kiệm được do bù là:
∆Ptk = kkt.Qbù

(2.7)

2.3.4. Xác định dung lượng bù
Dung lượng bù được xác định theo công thức sau:
Qbù = P(tgφ1-tgφ2)α (kVAr)


của máy bù là có phần quay nên lắp ráp bảo quản, vận hành phức tạp.
Để kinh tế máy bù thường được chế tạo với công suất lớn, do đó nó
thường được dùng ở những nơi cần bù tập trung với dung lượng lớn.
2.3.6. Vị trí đặt thiết bị bù
 Máy bù đồng bộ: vì có công suất lớn nên thường đặt tập
trung ở những điểm quan trọng của hệ thống điện.
 Tụ điện: Có thể đặt ở mạng điện áp cao hoặc ở mạng điện
áp thấp.
2.4. Các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ
ba pha
Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ như sau:
- Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rôto
- Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp stato
- Điều chỉnh bằng cách thay đối số đôi cực từ
- Điều chỉnh bằng cuộn kháng bão hòa
- Điều chỉnh bằng phương pháp nối tầng
- Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số nguồn f1.
Trong các phương pháp trên, thì phương pháp điều chỉnh bằng
cách thay đổi tần số cho phép điều chỉnh cả mômen và tốc độ với
chất lượng cao nhất. Sau đây xin trình bày phương pháp điều chỉnh
động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi tần số nguồn f1, thay đổi
điện áp.


16
2.4.1. Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách thay đổi điện áp
nguồn
Để thay đổi điện áp người ta dùng bộ biến đổi có điện áp ra tùy
theo tín hiệu điều khiển đặt vào. Nếu bỏ qua tổng trở của nguồn và
không dùng điện trở phụ trong mạch rôto.

Tóm lại: khi thay đổi tần số điều chỉnh tốc độ ta phải đồng thời
điều chỉnh điện áp đưa vào động cơ điện.
2.5.2. Các bộ biến tần dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ
a. Bộ biến tần trực tiếp dùng Thyristor
Bộ biến tần trực tiếp dùng Thyristor biến đổi trực tiếp nguồn
xoay chiều ba pha U1, f1 bằng hằng số thành nguồn xoay chiều ba pha
có U2, f2 biến đổi. Bộ biến tần gồm 18 Thyristor chia cho ba pha, mỗi
pha chia làm 2 nhóm:
Nhóm có Catot nối chung lại với nhau gọi là nhóm thuận T,
cung cấp phần điện áp dương trên mỗi pha của động cơ.
Nhóm có Anot nối chung gọi là nhóm nghịch cung cấp điện áp
đầu ra cho nửa chu kỳ âm.
*Nhận xét:
- Hiệu suất cao vì tổn thất năng lượng không đáng kể, không cần
dùng tụ chuyển mạch.
- Làm việc ở chế độ tĩnh nên thuận tiện đối với những cơ cấu di
chuyển nhiều.
- Gam tần số hẹp, nhạy cảm với những biến động của lưới điện
- Dùng nhiều Thyristor, mạch điều khiển phức tạp.
b. Bộ biến tần dùng Thyristor có khâu trung gian một chiều
Bộ biến tần có khâu trung gian một chiều là bộ biến đổi hai tầng,
nhóm chỉnh lưu có chức năng biến đổi dòng điện xoay chiều thành
dòng điện một chiều, sau khi qua bộ lọc điện áp một chiều được
nghịch lưu thành điện áp xoay chiều có tần số biến đổi. Nhóm nghịch


18
lưu ở đây làm việc độc lập với lưới, nghĩa là các van của chúng
chuyển mạch cho nhau theo chế độ cưỡng bức, ta gọi nghịch lưu này
là nghịch lưu áp. Tần số đầu ra được điều chỉnh nhờ thay đổi chu kỳ

THOÁT NƢỚC VÀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI ĐÀ NẴNG

3.1. Các trạm bơm nƣớc thải cấp I
3.1.1. Hiện trạng
Hiện nay Công ty đang sử dụng 9 trạm bơm cấp I để bơm nước
thải đến các trạm bơm trung chuyển và sau đó được đưa về trạm xử
lý với công suất mỗi động cơ là 5,9KW, 11KW, 13,5 KW. Các trạm
bơm này vận hành liên tục bơm vào đường ống chính từ 250 đến 630
mm về tới trạm bơm nước thải cấp 2 và trạm xử lý. Thời gian vận
hành trung bình trong 1 ngày đêm của một trạm là 20 ÷ 22 giờ kể cả
giờ cao điểm.
3.1.2. Qui trình sản xuất
Tổng hợp về tình hình sản suất tiêu thụ điện năng, lưu lượng
nước của các trạm bơm nước thải cấp I năm 2016: lượng điện tiêu thụ
là 735.430 kWh, lưu lượng nước thải cung cấp là 15.624.675 m3.

3.1.3. Thông số các động cơ bơm
3.2. Các trạm bơm nƣớc thải cấp II
3.2.1. Hiện trạng
Các trạm bơm nước thải cấp 2 sử dụng 09 trạm bơm với công
suất mỗi trạm bơm là từ 18,5kW đến 44 kW. Trong đó mỗi trạm bơm
có 2, 3 động cơ vận hành liên tục và 01 động cơ dự phòng. Các động
cơ làm việc liên tục ở chế độ đầy tải. Trong khi đó nhu cầu sử dụng
nước khác nhau trong các thời điểm. Vì vậy cần phải đưa ra giải pháp
khắc phục cho hệ thống bơm.


20
3.2.2. Qui trình sản xuất
Tổng hợp về tình hình sản suất tiêu thụ điện năng và lưu lượng


Ptk là đương lượng kinh tế của công suất phản kháng, với động
cơ không đồng bộ của nhà máy qua một lần biến áp ta chọn:
kkt = 0,04  0,06 (kW/kVAr).
kbù là suất tổn thất công suất trong thiết bị bù, ta chọn:
kbù= 0,003  0,005 (kW/kVAr).
∆A = ∆Ptk.t
(3.4)
A là điện năng tiết kiệm được khi dùng thiết bị bù trong 1 năm
t là thời gian bù tính trong 1 năm (h)
∆C = ∆A.C
C là tiền điện ứng với 1 kWh (VNĐ/kWh)

(3.5)


21

V
(3.6)
ΔC
T là thời gian thu hồi vốn đầu tư thiết bị bù (tháng)
V là vốn đầu tư thiết bị bù và chi phí lắp đặt, vận hành (VNĐ)
MCO2 = ∆A.m
(3.7)
MCO2 là lượng khí thải giảm được nhờ lắp đặt thiết bị bù (tấn) m
là lượng khí thải đơn vị là 1 kWh (Tấn/kWh)
- Tính toán cụ thể cho động cơ các trạm bơm:
Công ty có 5 trạm bơm nước thải SPS5, SPS8, SPS12, SPS18,
SPS33 có các máy bơm có công suất bằng nhau và bằng 5,9kW quá


Đầu tư mua bộ tụ bù (V)

VNĐ

5.625.000

Tổng dung lượng của các bộ tụ bù

kVAr

37,5

Tấn

5

Tháng

11

Tổng điện năng tiêu thụ một năm (4 trạm )
Điện năng tiết kiệm được trong một năm
Giá điện(C)

Tổng lượng khí thải CO2 giảm được
Thời gian hoàn vốn (T)
* Nhận xét:

- Với 4/9 trạm bơm nước thải cấp I mỗi động cơ có công suất từ


kWh(%)

21.710 (0,8)

VNĐ/kWh

1.518

Số tiền tiết kiệm được trong một năm

VNĐ

33.000.000

Đầu tư mua bộ tụ bù (V)

VNĐ

29.250.000

Tổng dung lượng của các bộ tụ bù

kVAr

195

Tấn

26

t là thời gian làm việc trung bình của động cơ trong năm (h)
n
(3.10)
ABT = P1. (k pti .t i )
i=1

ABT điện năng tiêu thụ khi dùng bộ biến tần (kWh)
kpti là hệ số phụ tải ứng với tải của động cơ thay đổi.
∆A = A - ABT

(3.11)

A là điện năng tiết kiệm được khi thay đổi giải pháp (kWh)
∆C = ∆A.C

(3.12)

C là giá tiền điện ứng với 1 kWh (VNĐ/kWh)
T=

V
ΔC

(3.13)

T là thời gian thu hồi vốn đầu tư thiết bị.
V là vốn đầu tư chi phí lắp đặt, Vận hành thiết bị (VNĐ)
+ Trường hợp dùng bộ biến tần để điều chỉnh lưu lượng:
n


mức nhưng chỉ đạt lưu lượng bù thêm theo thực tế dưới định mức,
đồng thời vào giờ thấp điểm 1 bơm hoạt động đôi lúc bị non tải 
đây là cơ hội để tiết kiệm năng lượng cho Công ty.
+ Tính toán cho trạm bơm nƣớc thải SPS34:
+ Tính toán cho trạm bơm nƣớc thải SPS14:
+ Tính toán cho trạm bơm nƣớc thải SPS4, SPS13, SPS19, SPS35
+ Tính toán cho trạm bơm nƣớc thải SPS15, SPS21:
+ Tính toán cho trạm bơm nƣớc thải SPS20:
Bảng tổng hợp lắp đặt biến tần cho 9 trạm bơm nước thải cấp II
Diễn giải

Đơn vị

Kết quả

Tổng điện năng tiêu thụ một năm(AT)

kWh

2.738.956

kWh(%)

1.025.572 (37%)

VNĐ/kWh

1.518

Số tiền tiết kiệm được trong một năm

suất 0,88. Để nâng cao hệ số công suất lên 0,95 thì cần dung lượng
bộ tụ bù có công suất từ 5÷10 kVAr/động cơ, số tiền đầu tư 29 triệu
VNĐ. Điện năng tiêu thụ hàng năm giảm 21.710 kWh (ứng với
0,8%), tiền tiết kiệm hàng năm là 33.000.000 VNĐ, lượng khí CO2
thải ra môi trường giảm 26 tấn, thời gian hoàn vốn trong 10 tháng.
Như vậy việc lắp đặt tụ bù cho các động cơ nước thải cấp 2 sẽ mang
lại hiệu quả kinh tế góp phần tiết kiệm năng lượng điện cho Công ty.
- Sau khi dùng biến tần để điều khiển 09 trạm bơm cần điều
chỉnh lưu lượng, điện năng tiêu thụ hàng năm giảm 1.025.572 kwh
(ứng với 37%), số tiền đầu tư là 1,6 tỷ VNĐ, số tiền tiết kiệm hàng
năm là 1,556 tỷ VNĐ, lượng khí CO2 thải ra môi trường giảm 640
tấn, thời gian hoàn vốn trong 12 tháng. Như vậy việc lắp đặt tụ bù
cho các động cơ bơm nước thải cấp II và lắp biến tần điều chỉnh lưu
lượng sẽ mang lại hiệu quả kinh tế góp phần tiết kiệm năng lượng
điện cho Công ty cũng như cho thành phố Đà Nẵng.
3.4. Kết luận
Từ các giải pháp đã tính toán, nhằm tiết kiệm năng lượng điện
cho Công ty Thoát nước và Xử lý nước thải Đà Nẵng như bù công
suất nâng cao cos cho các động cơ bơm nước thải cấp I và cấp II và
lắp biến tần điều chỉnh lưu lượng nước thải tại các trạm bơm rất hiệu
quả và cần thiết. Nó không những giảm chi phí, tăng lợi nhuận, nâng
cao chất lượng sản xuất mà còn góp phần làm giảm nhu cầu sử dụng
điện của quốc gia. Kết quả nghiên cứu cho thấy áp dụng các phương
pháp tiết kiệm năng lượng điện tại các trạm bơm nước thải trên địa
bàn thành phố Đà Nẵng tiết kiệm được mỗi năm 1.595.338.000 đồng.