Nỗ Lực - Phát Triển
 
 

Giải Pháp

TÍCH TRỬ NĂNG LƯỢNG,ỨNG DỤNG VẢ HIỆU QUẢ ĐỐI VỚI ĐHKK

Những năm gần đây, khủng hoảng năng lượng trở thành một vấn đề nan giải cho tất cả các nước đặc biệt đối với các nước đang phát triển và các nước thế giới thứ 3 như Việt nam.Đã tăng cường nhận thức về nhu cầu giảm bớt áp lực xử dụng công suất điện tối đa khi đối mặt với mức thiếu hụt năng lượng trầm trọng

Thiếu năng lượng là một vấn đề đối với nhiều quốc gia đã đẩy các nhà chức trách giới hạn giờ hoạt động của các nhà máy.Nên giá điện hấp dẫn ngoài giờ cao điềm khuyến khích người tiêu thụ chuyển thời gian xử dụng điện từ ngày qua đêm .
Một trong các hiệu quả về chi phí mang lại trong sự nan giải về năng lượng là sử dụng giá điện vào ban đêm thay cho ban ngày bằng phương tiện tích trữ năng lượng ( Thermal Energy Storage system ) .Bằng cách chuyển ca phần lớn lượng điện tiêu thụ vào ban đêm  chi phí giảm khoảng 40%.Thêm nữa, một phần tiền thưởng khuyến khích ( ở một số nước ) đối với các hộ tiêu thụ chuyển ca xử dụng từ ngày sang đêm.Trong mọi trường hợp hệ thống tích trữ năng lượng đều thỏa mãn các điều kiện trên 

Sự thiếu điện là một viễn cảnh của thế giới .Xu hướng xử dụng thiết bị tích trữ năng lượng được hướng tới từ các dự báo về sự thiếu hụt năng lượng ,sự tăng giá dầu và sự tăng giá điện  
Với các nhu cầu mới về hệ thống tích trữ năng lượng ,khái niệm tích trữ hiệu quả làm lạnh có thể dẫn tới những hiểu lầm .Điều đó giống như tích trữ năng lượng trong pin ,ngoại trừ chúng ta tích trữ năng lượng âm
Hiện nay có rất nhiều hệ thống tích trữ năng lượng khác nhau như:
1) Tích trữ nước lạnh (Chilled Water Storage System)
2) Tích trữ nước đá (Ice Harvesting System)
3)  Túi chứa nước đá (Encapsulated Ice or Ice Ball System)
4)  Tích trữ đông lạnh nước muối ( Eutectic Salt Phase-Change System)
5) Tích trữ nước đá ngoài dàn lạnh (External Melt Ice-On-Coil system)
6) Tích nước đá ,nước muối bên trong coil (Internal Melt Ice-On-Coil System )
 
Tuy nhiên việc so sánh sự khác biệt giữa các phương pháp tích trữ năng lượng không đề cập ở trong bài viết này.
 
1. HỆ THỐNG CHILLER THƯỜNG XỬ DỤNG
 
Hình ảnh minh họa dưới đây về một hệ chiller thường dùng với cho một tòa nhà với 80% tải của công suất lạnh yêu cầu 175 tons. Toàn bộ hệ thống ĐHKK của tòa nhà được cấp bằng chiller xử dụng điện năng như hình minh họa
                                                                                                                                                      
                     
 
 
2. HỆ THỐNG TÍCH TRỮ NƯỚC ĐÁ (ICE THERMAL STORAGE )
 
Hình ảnh minh họa một tòa nhà xử dụng hệ  Ice Thermal Storage. Chiller làm lạnh và trữ nước đá ngoài giờ cao điểm trong hệ thống để xử dụng vào ca ngày
 
            
 
Công ty Điện lực tính giá cao trong giờ cao điểm để hạn chế xử dụng nhằm giảm tải đỉnh cho các nhà máy điện và hệ thống lưới điện .Công suất dư vào ban đêm sẽ trở nên hữu dụng khi được xử dụng làm giảm tải đỉnh mà không cần phải nâng cấp hệ thống hiện hữu.
Để thực hiện kế hoạch này , công ty điện lực đã chào giá điện khuyến khích vao giờ thấp điểm luôn thấp hơn giờ cao điểm và giờ hành chánh.Rõ ràng các hộ tiêu thụ sẽ có lợi khi mua điện với giá thấp khi chuyển ca xử dụng vào ban đêm thay vì ban ngày bằng hệ thống tích trữ năng lượng 
Một sự chứng minh, chi phí năng lượng cho hệ ĐHKK là phần phân phối chính trong chí ngân sách hàng năm.Các nhà quản l‎í bắt buộc phải xử dụng năng lượng một cách hiệu quả mà không phải thỏa hiệp giảm tiện nghi của khách hàng . Hệ thống Ice Thermal Storage cho phép hệ thống lạnh cung cấp một cách thuận tiện với chi phí tháp nhất
 
 
 
Các phương pháp thực hiện:
Một cách tổng quát ,hệ thống  Ice Thermal Storage vận hành theo ba phương thức căn bản như sau:
1) Tích trữ toàn bộ (Full Storage)
2) Tích trử một phần làm công suất nền (Partial Storage LoadLeveling)
3) Tích trữ một phần giới hạn tải đỉnh (Partial Storage Demand Limiting)

Tích trữ toàn phần là bình trữ nhiệt  Ice-Cel tanks được lưa chọn bằng với công suất xử dụng ban ngày và chiller được chọn đủ để nạp đầy năng lượng vào ban đêm.Ví dụ xét một tòa nhà có công suất đầy tải là  175 tons hay 615 kW. Tòa nhà có khách trong khoảng thời gian  07:00 tới  19:00 giờ,hệ số công suất là  80%,

Như vậy công suất yêu cầu trong ngày là 12 giờ x 175 tons x 0.8 hay 1680 tons-hr
 
 
Chọn công suất một bình chứa 240 tons số bình chứa là  1680 tons-hr / 240 tons-hr hay  7 bình
Công suất của chiller để nạp 7 bình chứa trong 12 giờ là 1680 tons-hr / 12 hrs hay 140 tons,bằng với  140 tons / 0.75 hay 187 tons cấp lạnh trong hệ ĐHKK 
 
 
Với giải pháp Tích trử một phần làm công suất nền, chiller sẽ nạp năng lượng vào ban đêm và hoạt động vào ban ngay với công suất không đổi  Xem xet một tòa nhà trong ví dụ trên,công suất lạnh tích trữ là  :
 
                                 THTOTAL
THICE = -----------------------------------------------
              1 + [cooling hrs / (0.75 x freezing hrs)]
 
Như vậy THICE = 1680 / [1 + (12 / (0.75x12))] hay 720 tons-hr
Số lượng bình chứa sẽ là  720 tons-hr / 240 tons-hr hay 3 bình
Công suất chiller yêu cầu để nạp vao bình tích trữ là 720 tons-hr / 12 hrs hay 60 tons, tương đương với  60 tons / 0.75 hay 80 tons làm lạnh cho hệ ĐHKK.
 
 2.3 Tích trữ một phần theo nhu cầu

 Với việc Tích trữ một phần theo nhu cầu, chiller nạp năng lượng vào ban đêm và cung cấp trong khoảng thời gian 07:00 tới 12:00 giờ và xử dụng trong lúc cao điểm  từ 12:00 to8i1 ~19:00 giờ.  

 
                                 THTOTAL
THICE = -----------------------------------------------
              1 + [cooling hrs / (0.75 x freezing hrs)]
 
Nên công suất sẽ là  THICE = 1680 / [1 + (5 / (0.75x12))] hay 1080 tons-hr
Số lượng bình chứa là 1080 tons-hr / 240 tons-hr hay 5 bình
Công suất chiller cần để nạp vô bình chứa là  1080 tons-hr / 12 hrs hay 90 tons, tương đương với  90 tons / 0.75 hay 120 tons cấp lạnh cho hệ ĐHKK
 
MÔI CHẤT GLYCOL
 
Môi chất Ethylene glycol là một chất chống đông cho hệ tích trữ năng lượng  Thermal Storage vì tính truyền nhiệt cao và chi phí thấp .Tuy nhiên hiện nay nhưng quy định của EPA về hạn chế gây ô nhiễm môi trường của ethylene glycol không hấp dẫn các chủ tòa nhà
Môi chất Propylene glycol là chất không độc hại phù hợp với quy định của EPA và được chấp thuận cho hệ thống Ice Thermal Storage và cung cấp hiệu xuất cao ngang bằng ethylene glycol, nhưng tổn thất áp suất cao hơn
 
Một khi chọn giải pháp glycol, một sự quan trọng là sự lựa chọn chủng loại phù hợp với các vật liệu đang xử dụng trong hệ thống lạnh
Những phần tử tự do và di chuyển của glycols có thể làm cản trở trong hệ thống Ice Thermal Storage
 
PHƯƠNG THỨC VẬN HÀNH
 
Hệ thống Ice Thermal Storage thực sự linh hoạt với sự hoạt động trong các điều kiện vận hành khác nhau của hệ thống mà không tùy thuộc vào sự thay đổi tải theo các mùa . Có 5 cách vận hành căn bản như sau:
1) Đông đá (Freeze Mode)
2) Đông đá và làm lạnh (Freeze & Cool Mode)
3) Rã đá (Ice Mode)
4) Vận hành Chiller và rã đá (Chiller & Ice Mode)
5) Vận hành chiler (Chiller Mode)
Đánh giá khách quan các phương thức vận hành kết hợp các phương thức khác nhau sẽ có khả năng quản lí‎ hiệu suất hệ thống
Một ghi nhận quan trọng là chiller có đủ khả năng vận hành cà hai phương thức một lúc
 
 
Đông đá (Freeze Mode)     
Van MDV-1 mở, hướng toàn bộ lượng vào bình chứa nhiệt .Van MDV-2 đóng nối toàn bộ lượng chảy qua bộ trao đổi nhiệt . Chiller vận hành ở chế độ làm nước đá nhiệt độ nước muối là
25.6oF.Bơm sơ cấp đối lưu nước muối vào bình trữ năng lượng ,làm đông đá nước trong trong bình. Nước muối duy trì về chiller ở 31oF trong suốt quá trình nạp năng lượng Nhiệt độ nước muối về chiller giảm mạnh khi quà trình nạp gần hoàn tất .Chiller sẽ ngưng khi nhiệt độ nước muối thấp hơn nhiệt độ set từ 1.5oF tới 2.0oF.
 
Đông đá và làm lạnh (Freeze & Cool Mode)     
 
Công suất lạnh yêu cầu được hoàn tất khi chiller vận hành ở 25.6oF, và chuyển hướng một phần nước muối vào bộ trao đổi nhiệt.Van MDV-1 mở ,nước muồi di chuyển vào bình chứa nhiệt. Bơm sơ cấp luân chuyển nước muối vào bình ,làm đông đá. Bơm thứ cấp sẽ luân chuyển nước vào bộ trao đổi nhiệt .Van MDV-2 được điều chỉnh trong khoảng 0~100% thay đổi lưu lượng nước vào bộ truyền nhiệt để duy trì nhiệt độ nước cấp.Phần nước còn lại sẽ trở về chiller qua đường nối tắt.
 
 Tan đá
           
Chiller không hoạt động trong suốt quá trình này và công suất lạnh cung cấp theo tải  thực hiện nhờ vào biến thái tan đá trong bình chứa nhiệt.Van MDV-2 mở hoàn toàn chuyển hướng lưu lượng qua bộ trao đổi nhiệt. Bơm sơ cấp đối lưu nước muối ở nhiệt độ cao hơn qua bình chứa nhiệt trong quá trình này nhiệt lượng được phóng thích để làm tan đá .Bơm thứ cấp đối lưu nước qua bộ trao đổi nhiệt.Van MDV-1 thay đổi trong khoảng 0~100%, điều chỉnh lượng đi qua bình chứa và duy trì nhiệt độ nước ra ở 40oF. Phần nước còn lại trở về chiller qua đường nối tắt

Chiller và tan đá     

                                                                
Công suất cần cho tải lạnh cung cấp do chiller vận hành cấp nước ở 46oF,và thiết bị trữ nhiệt đang tan đá .Van MDV-2 mở lớn cho toàn bộ lưu lượng qua bộ trao đổi nhiệt.Bơm sơ cấp đối lưu nước muối vao bình chứa,nhiệt lượng được phóng thích để làm tan nước đá. Bơm thứ cấp lưu thông nước lạnh qua bộ trao đổi nhiệt. Van MDV-1 thay đổi trong khoảng 0 tới 100%, điều chỉnh lượng nước qua bộ trao đổi nhiệt và duy trì nhiệt độ nước ra ở 40oF. PHần nước còn lại trở về chiller qua đường nối tắt
 
Vận hành Chiller 
Công suất tải lạnh yêu cầu được cấp bởi chiller ở 42oF.Van MDV-1 đóng hoàn toàn  nối tắt lưu lượng nước từ bình chứa. Van MDV-2 mở hoàn toàn cho toàn bộ lưu lượng nước di chuyển qua bộ trao đổi nhiệt. Bơm sơ cấp đối lưu nước muối qua bộ trao đổi nhiệt.Bơm thứ cấp đối lưu7 nước lạnh vào bộ trao đổi nhiệt. Chiller hoạt động như một chu trình lạnh thông thường
 
ƯU ĐIỂM CỦA HỆ ICE THERMAL STORAGE
 

 Sẽ có những lợi ích đạt được khi xử dụng hệ thống Ice Thermal Storage:

- Chi phí năng lượng – Giảm chi phí tải vượt định mức trong giờ sản xuất
-Tải đỉnh  - Giảm nhu cầu tăng tải đỉnh trong giờ sản xuất.
-Giá rẻ - Chuyền ca xử dụng vào ban đêm lúc đơn giá điện thấp.
-Công suất lạnh dự phòng – Trong thời gian cúp điện không keo dài,bình chứa nhiệt sẽ cấp tải lạnh,bơm nước hoạt động nhờ máy phát hay nguồn phụ
-Tăng thêm công suất lạnh – xử dụng cùng lúc bình chứa nhiệt và chiller khi có nhu cầu tăng thêm tải vào ban ngày
-Nhiệt độ nước thấp hơn –Giảm chi phí lắp đặt và tăng khả năng tách ẩm của hệ ĐHKK.Nhiệt độ nước lạnh 38oF (3.3oC) hay thấp hơn.Khi nhiệt độ nước thấp sẽ giảm kích thước đường ống,công suất bơm nước,dây dẫn,CB điện,AHU,FCU mà không giảm chất lượng hệ thống.Dẫn tới giảm chi phí lắp đặt và chi phí vận hành.
-Thời gian làm lạnh nhanh –Nhiệt độ không gian cần làm lạnh sẽ nhanh hơn do nguồn nước lạnh có nhiệt độ thấp hơn hệ thống chiller thông dụng-Giảm nước bổ xung – Giảm lượng nước bay hơi trong tháp giải nhiệt

 2.2 Tích trữ một phần giới hạn tải đỉnh

2.1 Tích trữ toàn Phần