Máy nén khí biến tần tiết kiệm điện năng như thế nào ?

Có nhiều giải pháp giúp tiết kiệm điện xong biến tần là một giải pháp mang lại khả năng tiết kiệm điện cao nhất.

>> Các giải pháp tiết kiệm điện cho máy nén khí

Để có cái nhìn toàn diện về máy nén khí xử dụng biến tần Á Châu xin gửi tới quý vị bài viết giải đáp những câu hỏi về máy nén khí xử dụng biến tần:
- Tiềm năng tiết kiệm điện máy nén khí xử dụng biến tần.
- Cơ sở của khả năng tiết kiệm điện.
- Áp dụng với máy nén khí thể tích và máy nén khí cánh dẫn.
- Nhược điểm xử dụng biến tần.
- Có nên dùng máy nén khí có biến tần.

Sử dụng bộ truyền động thay đổi tốc độ “Variable-speed AC drive” hay được gọi dưới tên ngắn gọn là biến tần. Đây được coi là một trong những cách hiệu quả nhất để tiết kiệm năng lượng. Trong khi các phương pháp tiết kiệm năng lượng khác chỉ có thể giảm được vài % số năng lượng tiêu thụ, thì một máy nén khí có trang bị bộ điều khiển biến tần có thể tiết kiệm được lên tới 30% hoặc cao hơn tổng lượng điện năng tiêu thụ. Động cơ điện nói chung và máy nén khí nói riêng là thiết bị điện được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, vì vậy bất kỳ một khả năng tiết kiệm điện năng nào đều là điểm sáng đáng quan tâm, thậm chí chỉ cần khả năng tiết kiệm dưới10%, cũng là rất đáng kể. Trước đây thì các bộ biến tần(VSD) chỉ được lắp đặt trên một số ít các thiết bị. Lý do đưa ra là thực tế những người thiết kế những thiết bị này không chịu trách nhiệm cho chi phí năng lượng. Đồng thời, những người phụ trách quản lý chi phí năng lượng tiêu thụ, trong hầu hết các trường hợp, không phải là kỹ thuật do đó họ cũng không quan tâm đến lợi ích mà công nghệ VSD có thể mang lại. Ngày nay các nhà sản xuất máy nén khí đều có model máy nén khí tích hợp sẵn biến tần xong giường như giá thành đầu tư ban đầu còn quá cao.

Tiềm năng tiết kiệm điện của máy nén khí
Theo thống kê từ những hãng máy nén khí hàng đầu như Atlas copco, Sullairr, Ingersoll Rand...Tiềm năng tiết kiệm điện năng của máy nén khí có thể nên đến 40%. Với máy nén khí sử dụng máy nén khí biến tần (VSD) có thể giúp bạn tiết kiệm điện năng tiêu thụ lên tới 35% (trong một số trường hợp có thể cao hơn) lượng điện năng máy nén khí tiêu thụ. Chi phí điện năng cho máy nén khí chiếm ~75% tổng chi phí hoạt động của máy nén khí. Như vậy tiềm năng giá trị tiết kiệm điện khi xử dụng biến tần là rất lớn.

Cơ sở để tiết kiệm điện với máy nén khí sử dụng biến tần.
1, Đa phần máy nén khí khởi động dạng sao -tam giác. Việc chuyển đổi sang khởi động mềm bằng biến tần sẽ giảm dòng tiêu thụ khi máy khởi động. Lượng điện tiết kiệm chiếm tỉ lệ vô cùng nhỏ, ưu việt lớn nhất có lẽ là kéo dài độ bền cơ khí của máy nén khí.

2,Kiểm soát chế độ có tải và không tải của máy nén khí
Nguyên lý hoạt động của máy nén khí thể tích trục vít và cánh dẫn được mô tả như sơ đồ bên cạnh. Với dải áp suất cài đặt là:
áp suất Min = 4Mpa
áp suất Max = 8Mpa
tải tiêu thụ có áp nằm trong dải cài đặt trên. Khi tải có áp nhỏ hơn 4Mpa máy nén khí chạy chế độ có tải đến khi nào áp suất đạt 8Mpa máy sẽ chuyển sang chế độ không tải. Khí nào áp suất xuống đến 4Mpa máy tiếp tục chạy có tải. Khi thiết kế thường người thiết kế sẽ chọn dư công suất máy nén, hoặc chọn với công suất nhà máy lúc cao điểm nhất. Mặt khác tải tiêu thụ nhà máy có thể thay đổi theo ca làm việc, thay đổi theo mùa vụ sản xuất.
Máy nén khí thông thường sẽ kiểm soát chế độ có tải và không tải thông qua kiểm soát không khí đầu vào bằng cụm van cửa hút gió. Có nghĩa là khi áp suất đạt đến giới hạn trên 8Mpa, van cửa hút sẽ đóng và máy nén sẽ đi vào trạng thái hoạt động không tải, khi áp suất đạt dưới hạn dưới 4Mpa, van cửa hút gió sẽ mở và máy nén sẽ đi vào trạng thái hoạt động có tải.

Máy nén khí không cho phép tình trạng hoạt động có tải trong thời gian dài đồng thời máy nén cũng hạn chế khởi động thường xuyên, mà luôn chạy chế độ không tải sẵn sàng cho chu trình có tải tiếp theo. Chỉ khi nào thời gian không tải lớn hơn 15 phút (tùy chỉnh) máy mới dừng hẳn động cơ chuyển sang chế độ chờ. Vì vậy máy nén khí thường vẫn duy trì chế độ không tải thường xuyên trong quá trình hoạt động.
Tại chế độ không tải máy nén khí không sinh khí xong vẫn duy trì động cơ chạy, điện năng tiêu thụ tại chế độ không tải chiếm từ 50 đên 70% điện năng tiêu thụ định mức của máy nén. Đây chính là nguyên nhân gây tổn thất điện năng nhiều nhất cũng là cơ sở để tiết kiệm điện bằng biến tần.

Vậy máy nén khí có biến tần sẽ thay đổi được gì?

Có hai phương án sử dụng phát huy hiệu quả của biến tần.

Phương án 1: Giảm dòng khởi động, giảm dòng tiêu thụ tại chế độ không tải.

Máy nén khí lắp biến tần và vận hành chế độ đóng cắt tải on/off thông thường. Như vậy biến tần sẽ giúp máy nén khí khởi động êm hơn, giảm dòng khởi động. Nó cũng giảm điện năng tiêu thụ tại chế độ không tải của máy nén khí nhờ giảm tốc độ vòng quay đến mức tối thiểu. Tại đó máy nén khí vẫn đảm bảo dầu được lưu thông đến các vị trí bôi trơn cần thiết như vòng bi, trục vít... cũng như giải nhiệt. Lưu ý máy nén khí ngâm dầu không thể chạy tốc độ quá thấp ở chế độ không tải. Tần số giới hạn dưới thường bằng 20Hz.

Phương án 2(PID): Điều khiển lưu lượng máy nén khí theo tải tiêu thụ nhờ thay đổi tốc độ động cơ.

Máy nén khí lắp biến tần điều chỉnh tốc độ quay động cơ thông qua đó điều chỉnh lưu lượng máy nén khí. Nhờ mối liên hệ giữa lưu lượng và áp suất máy nén khí sẽ duy trì áp suất ổn định theo tải tiêu thụ. Tức ta luôn duy trì áp suất tải tại một giá trị mặc định, thay vì là dải áp suất 4Mpa đến 8Mpa như ví dụ trước chúng ta sẽ ấn định áp suất làm việc là 7Mpa. Biến tần sẽ thay đổi tốc độ động cơ nhằm thay đổi lưu lượng máy nén khí theo tải tiêu thụ thông qua duy trì áp suất 7Mpa. Máy nén khí sẽ không có chế độ không tải tong đa số trường hợp. Nó vẫn cần điều khiển không tải trong trường hợp tần số tại giới hạn dưới 20Hz mà lưu lượng máy nén lớn hơn lưu lượng tải tiêu thụ. Phương pháp này còn được gọi là phương pháp điều khiển tốc độ có phản hồi gọi tắt PID.

Cơ sở của phương án này là điều chỉnh lưu lưu lượng máy nén khí theo tải thực tế luôn thay đổi của nhà máy. Thay đổi lưu lượng bằng tốc độ theo mối liên hệ sau

Q1 / Q2 = n1 / n2
H1 / H2 = (n1 / n2)2
P1 / P2 = (n1 / n2)3

Ở đây:
Q: là lưu lượng khí cung cấp cho đường ống bởi máy nén khí.
H: là áp suất của hệ thống đường ống
P: công suất tiêu thụ của motor
n: tốc độ quay của máy nén khí

Có thể thấy được từ biểu thức trên, khi tốc độ quay của máy nén khí giảm 80% so với tốc độ quay định mức, lưu lượng khí máy nén khí sản sinh giảm 80%, áp suất đường ống giảm tới (80%)2 và công suất tiêu thụ của motor giảm tới (80%)3, tức là 51,2%. Loại trừ tổn hao sắt và tổn hao đồng củ motor thì hiệu suất tiết kiệm điện đạt tới 40%. Đây là nguyên lý tiết kiệm điện bằng phương pháp thay đổi tần số. Thông thường giá trị đo thực tế tốt nhất có thể tiết kiệm 35%.

Mặt khác ta có mối liên hệ giữa lưu lượng và áp suất như sau:

khí lưu lượng máy nén lớn hơn lưu lượng tải nhà máy tiêu thụ, áp suất đường ống sẽ tăng.
khi lưu lượng máy nén = lưu lượng tải tiêu thụ, áp suất ở trạng thái cân bằng, giá trị không thay đổi.
khi lưu lượng máy nén nhỏ hơn lưu lượng tải tiêu thụ, áp suất đường ống sẽ giảm.

Như vậy nhờ giá trị đo của áp suất phản hồi tại đường ống khí nén chúng ta sẽ điều chỉnh tốc độ máy nén khí tương ứng sao cho giá trị áp thực tế cao hơn áp cài đặt máy sẽ giảm tốc độ, nếu áp thấp hơn áp cài đặt máy sẽ tăng tốc độ máy nén. Căn cứ độ chênh lệch áp suất thực tế với áp suất cài đặt hàm PID sẽ điều khiển biến tần thay đổi tốc độ vòng quay tương ứng.


Công nghệ  máy nén khí nào có lợi nhiều nhất nếu sử dụng biến tần ?
Trên thị trường có các dòng máy nén khí cơ bản như sau:
máy nén  Piston
máy nén cuộn (Scrow compressor)
máy nén khsi cánh gạt (vane compressor)
máy nén trục vít cánh gạt (One screw rotor and two gate rotors)
máy nén trục vít thẳng
máy nén trục vít xoắn (Trục đực trục cái, loại phổ biến nhất hiện nay)
máy nén khí ly tâm ở việt nam thường gắn liền với máy nén khí turbo

Thực chất các dòng máy nén trên dựa trên hai hai loại thiết kế máy nén khí đó là:
- máy nén khí thể tích
- máy nén khí cánh dẫn
việc ứng dụng công nghệ biến tần cho máy nén khí có đôi chút phức tạp hơn so với bơm nước và quạt gió.

Máy nén khí thể tích.
Có hai loại máy nén khí thể tích chính đó là máy nén khí piston và máy nén khí trục vít (bao gồm trục vít cánh gạt, trục vít xoắn, trục vít thẳng và cuộn)

Máy nén khí piston:
Sử dụng cơ cấu piston chuyển động tĩnh tiến trong xi lanh được dẫn động bằng trục khuỷu. Chúng có hai dạng cố định và di động, có thể là một cấp hoặc nhiều cấp nén, phiên bản dẫn động bằng điện và bằng động cơ đốt trong. Áp suất khí ra nằm trong khoảng từ thấp đến áp suất rất cao (>35 Mpa). Máy nén khí piston nhiều cấp tác động kép có hiệu suất cao hơn các loại máy nén piston thông thường khác.





Máy nén khí trục vít:
sử dụng hai trục vít xoắn ốc âm và dương ăn khớp với nhau để nén không khí. Chúng thường hoạt động liên tục trong các nhà máy, về cơ bản có hai loại cố định và di động. Các ứng dụng có công suất từ 2kw đến trên 375kw và từ áp suất thấp đến áp suất rất cao ( >8.5Mpa).

Các loại máy nén khí thể tích này, máy piston và máy trục vít, có thể tăng áp suất mà không phụ thuộc vào vận tốc truyền động. Điều này có nghĩa rằng việc thay đổi lưu lượng đối với các loại máy nén này không cần bất kỳ cơ cấu cơ khí nào để điểu chỉnh thể tích buồng nén, lưu lượng yêu cầu có thể được bằng cách điều khiển trực tiếp vận tốc truyền động.
Năng lượng tiêu thụ của máy nén khí thể tích tỷ lệ thuận với vận tốc, không giống như máy nén khí ly tâm bị giới hạn về vận tốc, máy nén thể tích không có giới hạn nào cho vận tốc của nó, đặc biệt khi việc làm mát và bôi trơn không bị ảnh hưởng. Máy nén khí thể tích điều khiển bằng biến tần có thể tiết kiệm năng lượng trong bất kỳ điều kiện tải trọng nào. Vận tốc của động cơ sẽ được điều chỉnh theo nhu cầu tiêu thụ khí nén thực của nhà máy. Áp suất ra ổn định nhờ đó sẽ tiết kiệm một lượng lớn điện năng lên tới 30%.

Máy nén khí cánh dẫn (Turbo).
Máy nén khí cánh dẫn hay còn gọi là máy nén khí động năng, thông dụng nhất là máy nén ly tâm sử dụng đĩa quay với vận tốc cao trong một thân vỏ xoắn ốc để tạo lực quán tính đẩy không khí ra rìa của đĩa ly tâm, bằng cách tăng tốc độ chuyển động của dòng khí. Kết hợp với các cánh khuếch tán chuyển động năng thanh áp năng. Những máy nén này chủ yếu được sử dụng liên tục, cố định phục vụ trong các ngành công nghiệp tinh chế dầu mỏ. hóa chất , nhà máy hóa dầu, xử lý khí thiên nhiên có nhu cầu sử dụng khí nén với lưu lượng cực kỳ lớn. Những ứng dụng này có thể từ 75kw nên tới hàng ngàn kw. Với nhiều cấp nén, chúng có thể đạt được áp suất ra rất lớn trên > 70 MPa. Phương pháp điều khiển thông thường nhất để điều khiển lưu lượng của máy nén khí ly tâm là điều chỉnh cánh dẫn hướng tại cửa hút gió. Thông thường máy nén khí ly tâm sẽ chạy ở vận tốc không đổi, lưu lượngkhí được điều chỉnh bằng cách thay đổi độ mở của van cổ hút sao cho phù hợp với lưu lượng cần thiết. Máy nén khí ly tâm hoạt động theo nguyên lý cũng giống như bơm và quạt ly tâm. Điều này có nghĩa rằng nếu giảm tốc độ cũng sẽ làm giảm khả năng tạo áp lực của máy. Do đó, máy nén khí ly tâm sẽ phải hoạt động ở dải vận tốc thay đổi trong giới hạn hẹp.
Tuy nhiên, có thể tiết kiệm đáng kể năng lượng bằng mối quan hệ lập phương giữa vận tốc và công suất. Điều này có nghĩa rằng chỉ cần tăng tốc độ quay thêm một lượng nhỏ sẽ cần nhiều năng lượng hơn gấp 3 lần, nhưng các phương pháp giảm tốc xuống mức vừa phải mới nhất có thể giảm đáng kể mức năng lượng tiêu thụ. Một máy nén khí ly tâm chạy ở vận tốc giảm đi một nửa có thể chỉ tiêu thụ công suất bằng 1/8 so với máy nén chạy ở vận tốc tối đa. Ứng dụng công nghệ biến tần cho máy nén khí ly tâm, trong khi vẫn sử dụng kết hợp phương pháp điều chỉnh van cổ hút, thì lượng điện năng tiết kiệm mang lại có thể ước tính được bằng cách so sánh năng lượng tiêu thụ để tạo ra áp suất yêu cầu bằng công nghệ biến tần so với năng lượng tiêu thụ để tạo ra áp suất như thế của máy nén chạy ở một tốc độ nào đó.

Tổng kết những lợi ích của biến tần với máy nén khí

Bởi vì những lợi thế trong việc sử dụng điều khiển biến tần cho phép tạo ra dòng khí nén ổn định thay đổi theo nhu cầu. Kết quả đó có thể tiết kiệm được năng lượng từ 5 đến 35% có thể đạt được với mức tiêu thụ năng lượng giảm khi đóng tải cục bộ. Thêm nữa, điều khiển chính xác cho phép áp suất ra thấp hơn. Một ví dụ là khí áp suất hệ thống giảm từ 7bar xuống 6 bar có thể giảm tiêu thụ năng lượng đi 7%. Gián tiếp giúp tiết kiệm năng lượng thêm 10% nữa bởi vì giảm áp suất đường ống, bằng cách giảm áp suất hệ thống và giảm dò rỉ.
Máy nén khí VSD cũng giúp nâng cao chất lượng điều khiển quá trình bằng cách giữ ổn định áp suất độc lập với lưu lượng tiêu thụ khí, giúp giảm ứng suất mỏi cho những chi tiết máy.

Những lợi ích khác bao gồm áp suất hệ thống ổn định thông qua việc tác động nhanh khi áp suất thay đổi, chỉ trong khoảng 0.1bar, quá trình khởi động mềm mãi dẫn đến không gây ra xung kích dòng điện, giảm ứng suất mỏi trên những chi tiết cơ khí và không giới hạn số lần khởi động, hệ số hiệu suất không đổi.

Những minh chứng tính hiệu quả của máy nén khí sử dụng VSD

Mặc dù máy nén khí sử dụng VSD là thiết bị tương đối mới, một số nơi đã lắp đặt thử nghiệm và kiểm chứng là thành công.

Ở Bỉ, một máy nén khí 275kw có vận tốc cố định đã chuyển sang sử dụng máy nén khí 315kw điều khiển biến tốc. Trong quá trình kiểm tra với ba kiểu tải, kết quả năng lượng tiết kiệm được từ 18-25% tính theo tiền mặt có thể tiết kiệm được €15,200 trên một năm. Và có thể hoàn lại vốn đầu tư trong vòng 3 năm khai thác.

Trong khi một công ty hóa sinh ở Châu Âu có nhu cầu sử dụng khí oxy với áp suất không đổi nhưng thể tích của khí oxy lại thay đổi rất lớn. Trước đây hệ thống được điều khiển bằng cách vận hành thay phiên nhau hai máy nén khí có công suất khác nhau. Bởi vì vấn đề ở đây sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng, tiếng ồn cao và chi phí bảo dưỡng lớn hơn máy nén khí trang bị VSD. Kết quả là năng lượng có thể tiết kiệm khoảng 1,700,000kwh/nămvới kết quả này ước tính theo khối lượng CO2 phác thải gây hiệu ứng nhà kính có thể cắt giảm được là 850,000kg/năm.

Lợi ích khai thác thiết bị

Nhiều người sử dụng vẫn ưu tiên sử dụng phương pháp truyền thống bởi vì nó dễ dàng thực hiện và không phức tạp. Rất nhiều người nói rằng lợi ích tiết kiệm điện mang lại thấp hơn so với chi phí mua VSD. Nhưng thực tế điều này không đúng. Không giống như các phương pháp tiết kiệm khác chỉ có thể giảm được 1-2% điện năng tiêu thụ, năng lượng tiết kiệm được do một bộ VSD tạo ra là rất đáng kể, lợi nhuận thu được có thể hoàn lại chi phí đầu tư chỉ trong vòng một năm hoặc ít hơn. Sau thời gian đó tiếp tục khai thác thiết bị sẽ thu được lợi nhuận thặng dư.

Kiểm định năng lượng

Để giúp các công ty muốn cắt giảm chi phí năng lượng, thì cần phải đánh giá năng lượng đang sử dụng để tạo ra khí nén. Các chuyên gia điều chỉnh hệ thống khí nén là cách tốt nhất để chỉ ra rằng máy nén khí VSD có phù hợp với yêu cầu của bạn hay không. Những dịch vụ điều chỉnh hệ thống khí nén này rất có sẵn ở các công ty chuyên về khí nén, họ có thể nói cho bạn bao nhiêu năng lượng bạn có thể tiết kiệm được bằng việc lắp đặt máy nén khí trang bị điều khiển VSD.

Thêm nữa, những nhà sản xuất thiết bị công nghệ VSD, chẳng hạn như ABB, cung cấp gói thẩm định các thiết bị then chốt bao gồm kiểm soát năng lượng tiêu thụ của thiết bị trước và sau khi lắp đặt VSD.

Việc kiểm định năng lượng sẽ xác định mức năng lượng có thể tiết kiệm và định lượng mức năng lượng tiết kiệm được nếu lắp đặt VSD. Những tính toán sau đó sẽ tính ra số tiền tiết kiệm được hàng tháng, nếu bạn lắp đặt thiết bị.

Cũng không có gì ngạc nhiên khi một số người sử dụng gạt bỏ lời cam kết cắt giảm 50% điện năng tiêu thụ bằng cách cắt giảm 20% vận tốc, đó là sự phóng đại của các nhà sản xuất. Tuy nhiên thực tế năng lượng tiết kiệm được có thể được kiểm chứng và cách tốt nhất bằng một cuộc khảo sát năng lượng. Điều này sẽ cho bạn thấy tiềm năng tiết kiệm điện rõ ràng nhất. cho phép bạn ra quyết định nâng cấp công nghệ để có thể nâng cao lợi nhuận của công ty.

Nhược điểm máy nén khí xử dụng biến tần
Nhược điểm của máy nén khí xử dụng biến tần là khả năng chống trọi với môi trường nóng, có dầu, thậm chí cả nước trong khoang máy nén khí. Các phần tử điện tủ công suất trở nên yếu đuối trước điều kiện làm việc trong khoang máy nén khí.

Biến tần là một công nghệ phức tạp nhiều chi tiết, nó tạo nên sự phức tạp cho máy nén khí, xác xuất bị hư hỏng sẽ nhiều hơn máy nén khí thông thường. Số lượng thợ sửa chữa máy nén khí có khả năng sửa biến tần tại Việt Nam còn hạn chế. Các kĩ thuật về biến tần khác gặp khó khăn khi kết nối với bảng điều khiển máy nén khí.

Trong rất nhiều trường hợp chi phí đầu tư cho biến tần sẽ là rất cao vì khả năng thu hồi chậm. Hiệu quả thu hồi nhiều hay ít phụ thuộc đặc tính tải tiêu thụ và số lượng máy nén khí công ty bạn có. Nếu tỉ lệ % biến động lưu lượng nhở hơn 20% thì khả năng thu hồi vốn sẽ kéo dài.

Bạn có nên xử dụng máy nén khí biến tần ?
Bạn cần xác định hệ thống máy nén khí của công ty bạn có tổn thất vô ích không. Nếu có thì là bao nhiêu %. So sánh mức hao tổn và chi phí đầu tư để cân nhắc đầu tư.
Xác định hao tổn bằng biện pháp thống kê là chính xác và chuyên nghiệp. Ngoài ra với việc tính toán lượng khí tiêu thụ, công suất máy nén chênh lệch bao nhiêu %. Khí nén công ty bạn có thay đổi theo ca, chu kì sản xuất, mùa vụ không. Nếu bạn đã lắp máy việc thống kê số giờ máy chạy không tải và có tải sẽ giúp bạn đưa ra quyết định đầu tư biến tần chuẩn xác.

(Bài viết có trich dẫn nội dung của Steve Ruddell đến từ tập đoàn ABB)


Không có nhận xét nào:

 
CÔNG TY TNHH MTV KHÍ NÉN Á CHÂU
Hà Nội: Số 16 tổ 12 Phường Phúc Đồng, Quận Long Biên, TP Hà Nội
Hải Dương: Lô 23 KĐT Việt Hòa, Phường Việt Hòa, TP Hải Dương
Điện thoại: 02203 680 778 - Fax: 02203 686 565
Website: www.Thibivi.com - Email: khinenachau@gmail.com
Chứng nhận website đã đăng kí với bộ công thương
Google+ | Facebook