Biện pháp giảm cao điểm hệ thống

Cỡ "giây" cũng có thể làm bằng cơ học được chứ, nhiều khi tốt hơn điện tử là đằng khác (MUX cơ chẳng hạn, có thể hạn chế về tần số nhưng cách điện là tuyệt vời, chưa kể các tiếp điểm của rơle rất khoẻ và nhanh), nhưng cái đó không quan trọng và cũng không phải bàn trong chủ đề này.
Hiện nay trên thế giới họ vẫn làm như vậy, các phụ tải lớn như A/C, water heater, water pumping... được điều khiển từ trung tâm xuống tận từng phụ tải. Cái vấn đề tôi xin các bạn tư vấn là : liệu A/C có thể chịu được cường độ đóng cắt đến mức nào, và mức nào là tối ưu?
Thân ái và quyết thắng
Qiseng

Chào bác Quềnh và các bác khác. Lâu lâu bận quá không lên họp xóm với anh em được, thấy câu hỏi của bác và các câu trả lời đều rất hay.
Vấn đề bác đưa ra quả là xương thật. Tôi thấy các bác ở đây như BGĐK, 7604 và AMI đã đưa ra các ý kiến khá đa dạng rồi. Hình như bác có vẻ như vẫn chưa thoả mãn cho lắm, chủ yếu chắc là bác muốn tập trung vào các con số thống kê hoặc công bố. Thôi thì cũng xin mạn phép trình bày thêm đôi chút, có gì chưa chuẩn mong các bác chỉ giáo tiếp nhé.

Trước hết xin tóm tắt lại 2 câu hỏi của bác:
1. Ý kiến về khả năng điều khiển đóng cắt máy điều hoà (và máy đun nưóc) nhằm giảm công suất lúc cao điểm.
2. Liệu A/C có thể chịu được cường độ đóng cắt đến mức nào, và mức nào là tối ưu?
Tôi chỉ xin trả lời phần nào, mà chỉ nói đến vấn đề điều hoà. Vì trong vấn đề này có nhiều thông tin liên quan nên tôi có thể xin phép nói rộng ra hơn một chút so với 2 câu hỏi của bác. Mong đưọc các bác khác bổ sung tiếp để học hỏi thêm.
Trước hết về câu hỏi một, đúng là biện pháp đóng cắt máy điều hoà có thể làm giảm công suất cao điểm. Vấn đề này chỉ là một phần nhỏ trong khái niệm điều khiển (ĐK) Động cơ bằng Điện tử công suất (ĐTCS). Phương pháp cho vấn đề lớn này mà như các bác đây đều biết rõ đó là dùng Variable Speed Drives (VSD, hay Adjustable Speed Drives - ASD). Đúng chính nó là PWM và các bộ nghịch lưu như bác BGĐK đã chỉ ra (chỉ xin bổ sung tý là PWM thường đuợc nói đến như là chỉ là một thủ thuật trong ĐK nói chung. PWM có thể dùng trong VSD với ĐTCS, ngoài ra có thể dùng ở những lĩnh vực khác như các hệ thống truyền tải điện FACTS, kỹ thuật điện tử dòng thấp,...) VSD có một ứng dụng to lớn trong thực tiễn, nhằm điều khiển "mềm" Động cơ. Các ứng dụng cụ thể là trong các dây chuyền sản xuất, các thiết bị máy điện khác nhau, trong thang máy, cần cẩu, vân vân, và... trong điều hoà thông gió (HVAC). Theo tài liệu của EPRI/PEAC thì năm 2000 có 60% điện năng ở Mỹ chảy qua các hệ thống ĐTCS, trong đó có VSD. VSD là nói đến việc thay đổi tốc độ động cơ nói chung, trong đó đã có bao hàm cả trường hợp đặc biệt là đóng cắt. Trong điều hoà thì VSD đuợc dùng với mục đích chủ yếu để tiết kiệm năng luợng (giảm công suất tiêu thụ - từ của bác dùng), còn mục đích phụ đó là giảm tải lúc cao điểm - và đó chính là vấn đề thứ nhất bác nêu ra.
Có lẽ tài liệu bác đọc đã phần nào chi tiết rồi, tiện thể tôi xin nói thêm một tý về nguyên tắc chung và các con số tiết kiệm năng luợng bằng VSD cho điều hoà (ĐH). Trong điều hoà trung tâm, các động cơ được dùng trong các máy nén, máy thổi, quạt, bơm,... chủ yếu đều dùng động cơ không đồng bộ, là phần tiêu thụ nặng lượng chính. Các động cơ này thường được nhà chế tạo thiết kế để có thể đáp ứng được yêu cầu tối đa của hệ thống (điều hoà thông gió) trong đó chúng được lắp đặt. Trong thực tiễn, do bản chất của hệ thống HVAC, nhiệt độ thay đổi theo giờ theo ngày theo mùa và theo sếp mà hầu như chúng (các động cơ) đều không chạy ở công suất tối đa, tức hiệu suất thấp. Theo thống kê, gần 9 phần 10 thời gian hoạt động (87%) là HVAC chỉ cần khoảng 3 phần tư độ gió tối đa (70%). Một số bác làm trong lĩnh vực điều hoà thì đều biết rõ phương pháp truyền thống để ĐK độ gió đó là dùng Outlet Dampers hoặc Variable Inlet Vanes (VAV). Còn phương pháp dùng VSD thì dựa trên nguyên tắc tỷ lệ tam thừa giữa tốc độ quạt và công suất đầu vào, hoặc tỷ lệ bình phương giữa tốc độ và áp suất, để ĐK tốc độ bằng điện tử công suất (Thyristor, GTO, IGBT,...). Để so sánh kết quả tiết kiệm năng luợng, với một con động cơ tầm tầm trong HVAC, hoạt động trong các điều kiện bình thuờng, nếu dùng phuơng pháp VAV thì có thể giảm công suất đầu vào xuống 75%, nếu dùng phương pháp ASD bình phuơng thì còn 55% và thậm chí nếu dùng ASD tam thừa thì chỉ còn 45%. Vì vậy áp dụng VSD vào HVAC làm tăng đáng kể hiệu suất hệ thống ban đầu, tiết kiệm năng lượng rất nhiều. Tất nhiên, thêm một thiết bị là thêm một cục tiền, vì vậy để so sánh tiết kiệm chi phí, giá thành thì cần các tính toán cẩn thận. Đây tôi chỉ xin bàn đến vấn đề kỹ thuật.
Tiết kiệm năng lượng trong những truờng hợp như vậy cũng phần nào làm giảm công suất đỉnh hoặc tổng công suất tiêu thụ, làm lợi cho nguời tiêu dùng lẫn ông cấp điện, và quan trọng là khả thi vì ra tiền. Ở một số nơi, bên cấp điện đã nghiên cứu biện pháp hỗ trợ với các khách hàng dùng HVAC hiệu suất cao như vậy, một dạng tuơng tự như với các khách hàng đặt tụ bù hay chạy động cơ đồng bộ không tải để trả lại công suất phản kháng và đưọc trừ bớt tiền đồng hồ công suất tiêu thụ (tăng cos phi). Như vậy câu trả lời cho câu hỏi một của bác đã rõ.
Tôi có một người bạn, anh ấy tên là VK Đan Mạch tên là Nguyên, giám đốc hãng Danfoss Việt nam, chuyên về biến tần. Bác có thể hỏi thêm họ về ĐK đóng cắt ĐH nếu có thể, hoặc các thông tin mà bác quan tâm. Trước đây chúng tôi có một vài dự án nghiên cứu lắp đặt biến tần để tiết kiệm năng luợng cho một số công trình tại Hà nội. Tôi cũng đã có đến khảo sát ở Khách sạn Daweoo, nhưng sau đó việc lắp đặt ở đấy không thực hiện được vì lý do quan hệ.
Bây giờ đến câu hỏi thứ hai, AC chịu cỡ nào. Theo thiển ý của tôi là với các bộ ĐK phù hợp thì vấn đề sẽ là không có giới hạn. Xét về mặt kỹ thuật điều này là hoàn toàn có thể, cũng như một số bác đã có bàn. Trước hết, về mặt công suất và dòng, với các động cơ không đồng bộ bình thường (không có bộ khởi động) thì, các bác đều biết, dòng khởi động lớn, 7-10 lần định mức do từ truờng biến thiên lớn ở tốc độ nhỏ ban đầu. Các bộ khởi động mềm, trong đó có VSD, đã giải quyết rốt ráo vấn đề này. Phuơng pháp thì có nhiều cách khác nhau, thay đổi điện trở, điện áp, tần số,... nhưng chung quy nguyên tắc là để thay đổi đường đặc tính momen quay-tốc độ. Với ĐK ĐTCS, các bộ nghịch lưu có thể làm thay đổi tần số nguồn cấp, nên đôi khi gọi là bộ biến tần. Thứ hai là về mặt khống chế thời gian, như bác BGĐK đã nói, động cơ ĐH trung tâm có tỉ lệ quán tính/ tải rất nhỏ nên động cơ sẽ dừng trong khoảng thời ít hơn 1 giây, vì vậy điều khiển tốc độ quay để giải quyết mối quan hệ quán tính/ tốc độ ở đơn vị giây là không thành vấn đề. Không cần đồ điện tử dính vào, phanh điện từ cũng có thể làm đuợc điều này. Nói rộng ra hơn một chút, các ví dụ trong thực tế với các loại động cơ khác có thể chứng minh rõ hơn. Chẳng hạn, trong các động cơ băng chuyền nhà máy, tốc độ khởi động phải rất êm nếu không muốn chai lọ đồ dùng văng đổ tùm lum, hay với động cơ thang máy, cần cẩu khi dừng đều phải hết sức chính xác. Còn điều thứ ba là với các thay đổi đột ngột này liệu có ảnh hưởng gì đến thiết bị (động cơ) không, câu trả lời là không. Máy điện vận hành theo các cơ chế điện từ, với dòng cấp đủ lớn và không vượt ngưỡng cho phép, với từ trường đủ dầy, với cấu hình động cơ rotor/ stator chuẩn, thì việc khởi động, chạy, và dừng hoàn toàn theo yêu cầu ĐK bên ngoài, bất luận tốc độ như thế nào. (Tôi cũng cho rằng là việc ĐK không nhất thiết phải từ nhà SX động cơ ĐH. Hãng Danfoss chẳng hạn, chỉ có biến tần thôi, không có ĐH). Có thể mômen quay và mômen hãm của động cơ rất lớn, nhưng với dòng cấp và từ trường biến thiên hợp lý (có nghĩa là trong các giá trị hợp lý) thì động cơ sẽ vẫn hoạt động theo các nguyên tắc điện từ thông thuờng và không gây ra nguy hại gì (về mặt vật lý) cho bản thân nó cả. Các bác đều biết đến những cái máy điện đồng bộ cỡ siêu lớn, để rotor có thể quay với ba ngàn vòng một phút tức 50 vòng một giây (50Hz) trong một khoảng thời gian khởi động tính bằng giây thì chỉ có từ truờng làm được, chứ sức người thì kham sao nổi. Cũng cái máy đấy mà chỉ việc thay đổi số đôi cực thì tốc độ thay đổi liền, trong khi nếu hình dung theo các nguyên tắc cơ học vật lý thông thuờng thì phải thêm bớt lực tác động cực lớn. Tôi nghĩ có lẽ việc tắt bật động cơ (có khởi động MỀM) không có mối liên hệ nào đó với khái niệm tắt bật bóng đèn. Thứ nhất là động cơ trong ĐH không mang tải cụ thể nên không gây ảnh hưởng đến tải. Thứ hai là cấu trúc hình lăng trụ của động cơ không làm phá huỷ động cơ khi thay đổi tốc độ đột ngột. Thứ ba là với VSD thì các chỉ số dòng áp và tần số đều nằm trong phạm vi cho phép như đã phân tích ở trên. Thêm một điểm lưu ý nhỏ là với các động cơ 3 pha (hoặc 2 pha) ở chế độ cân bằng và ở chế độ vận hành bình thuờng thì từ trường biến thiên tạo mômen quay ổn định, và có nghĩa tiêu thụ 1 công suất tác dụng tức thời không đổi theo định luật bảo toàn năng luợng. Điều này khác hẳn với động cơ một pha, trong đó công suất tức thời biến thiên cả trăm lần trong một giây (100 với tần số nguồn 50Hz) nên có thể gây nên mômen quay bất ổn định làm rung chấn động cơ. Mà thậm chí cả trong những trường hợp như vậy thì động cơ một pha vẫn được áp dụng trong thực tế, tuy nhiên chỉ giới hạn ở công suất nhỏ. Nói ra cụ thể như vậy để kết luận rõ ràng là sau khi giải đã quyết được bài toán dòng điện và thời gian như trên rồi thì việc thay đổi đóng cắt AC với máy điện là theo ý muốn.
Còn ý cuối cùng bác hỏi đóng cắt như thế nào là tối ưu, theo tôi nghĩ, nó là một sự cân bằng giữa hai mục đích: điều hoà (chính) và giảm công suất tiêu thụ (phụ). Về mặt kỹ thuật thì hoàn toàn cho phép. Về mặt hiệu quả kinh tế và để đáp ứng yêu cầu nguời sử dụng cũng như bên điện lực thì cần những tính toán cụ thể. Những nghiên cứu cụ thể sẽ cho ra những đáp án cụ thể đối với câu hỏi này. Không biết bác và các bác khác liệu có thể tra cứu được thêm được tài liệu cụ thể hơn chăng. Chúc các bác đây khoẻ, post thêm nhiều bài.
Thân, tangitc

Uh, tôi chẳng biết gì lắm về cái điều hoà nhưng nói như BGDK và tangitc thì có lý. Nhưng nó là điều khiển động cơ chứ không phải đóng cắt máy điều hoà. Phương pháp PWM điều khiển động cơ thì làm gì còn khái niệm đóng cắt. Tần số đóng cắt lớn hơn rất nhiều so với tần số lưới.
Như vậy cái quan trọng ở đây là công suất tiêu thụ của điều hoà. Vào giờ cao điểm thì điều khiển sao cho CS tiêu thụ (chắc sẽ kéo theo cả tốc độ động cơ) giảm đi. Còn chuyện thời điểm đóng cắt của các khoá thì đâu có quan trọng bởi nó chắc gì đã là hằng số.
Đây là 1 cách giảm tải lúc cao điểm. Tuy nhiên đọc lại cái bài đầu của Quyềnh thì tôi thấy hình như ý bác ấy khác cơ (giải pháp kiểu khác).
amitie

Úi dời ơi, đúng là cái mà tôi cần. Cảm ơn các bác quá, ở làng em ít thông tin nên cũng bị hạn chế nhiều lắm.
Em vẫn biết là trên thế giới đã dùng biện pháp này (DSM - demand-side management) để giảm tải lúc cao điểm nhưng tôi không biết phải trình bày ra sao cho thuyết phục với hội đồng. Chỉ cần có biện pháp là đủ, chưa cần tính hiệu quả kinh tế vội.
Cám ơn nhé.
ực ực ực
Qiseng