Chương trình Quản lý nhu cầu sử dụng điện (DSM)

Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4 (44) /Năm 2007 – Ch−ơng trình Quản lý nhu cầu sử dụng điện (DSM) Nguyễn Minh C−ờng ( Tr−ờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp ĐH Thái Nguyên ) 1. khái niệm về dsm ở n−ớc ta, tiềm năng nguồn năng l−ợng (nh− than, dầu, khí, gas) dùng phát điện l không lớn. Về lâu di, việc khai thác, sử dụng các nguồn năng l−ợng ny sẽ gặp khó khăn. Hiện nay, nhu cầu sử dụng điện phục vụ cho phát triển kinh tế – x hội cũng nh− cho sinh hoạt của ng−ời dân ngy cng tăng. Trong khi đó, khả năng cung ứng điện ch−a thể đáp ứng đủ so với nhu cầu. Do vậy, Nh n−ớc ta đ v đang có chính sách khuyến khích, thúc đẩy việc sử dụng điện tiết kiệm. DSM l tập hợp các giải pháp Kỹ thuật Công nghệ Kinh tế X hội Điều khiển nhằm sử dụng điện năng một cách hiệu quả v tiết kiệm. DSM nằm trong ch−ơng trình tổng thể Quản lý nguồn cung cấp (SSM) v Quản lý nhu cầu sử dụng điện năng (DSM). Trong những năm tr−ớc đây, để thoả mn nhu cầu sử dụng ngy cng tăng của phụ tải ng−ời ta quan tâm đến việc đầu t− khai thác v xây dựng thêm các nh máy điện mới. Giờ đây, do sự phát triển quá nhanh của nhu cầu dùng điện, l−ợng vốn đầu t− cho ngnh điện đ trở thnh gánh nặng của các quốc gia. L−ợng than, dầu, khí đốt... dùng trong các nh máy điện ngy một lớn kèm theo sự ô nhiễm môi tr−ờng ngy cng nghiêm trọng. Dẫn tới DSM đ−ợc xem nh− một nguồn cung cấp điện rẻ v sạch nhất. Bởi DSM giúp chúng ta giảm nhẹ vốn đầu t− xây dựng các nh máy điện mới, tiết kiệm ti nguyên, giảm bớt sự ô nhiễm môi tr−ờng. Không chỉ vậy, nhờ DSM ng−ời tiêu dùng có thể đ−ợc cung cấp điện năng với giá rẻ v chất l−ợng cao hơn. Thực tế, kết quả thực hiện DSM tại các n−ớc trên thế giới đ đ−a ra những kết luận l DSM có thể lm giảm ≥ 10% nhu cầu dùng điện với mức chi phí chỉ vo khoảng (0,3 ữ0,5) chi phí cần thiết xây dựng nguồn v l−ới để đáp ứng l−ợng điện năng t−ơng ứng. Nhờ đó, DSM mang lại lợi ích về mặt kinh tế cũng nh− môi tr−ờng cho quốc gia, ngnh điện v cho khách hng. DSM đ−ợc xây dựng dựa vo hai chiến l−ợc chủ yếu: Nâng cao hiệu suất sử dụng năng l−ợng của các hộ dùng điện để giảm số kWh tiêu thụ v điều khiển nhu cầu dùng điện cho phù hợp với khả năng cung cấp một cách kinh tế nhất nhằm giảm số kWh yêu cầu. Ch−ơng trình DSM còn bao gồm nhiều biện pháp khác nhằm khuyến khích khách hng tình nguyện cải tiến cách tiêu thụ điện của mình m không ảnh h−ởng tới chất l−ợng hoặc sự hi lòng của khách hng. Xét trên quan điểm ton x hội thì việc đầu t− các biện pháp để sử dụng hợp lý năng l−ợng hoặc lm giảm nhu cầu sử dụng năng l−ợng ở phía khách hng thì ít tốn kém hơn việc xây dựng một nguồn năng l−ợng mới hoặc phát nhiều công suất điện hơn. 2. Chiến l−ợc của việc áp dụng dsm 2.1. Điều khiển nhu cầu điện năng phù hợp với khả năng cung cấp điện Khía cạnh nhu cầu có thể đ−ợc mô tả nh− l một phần của hệ thống năng l−ợng liên quan đến ng−ời sử dụng năng l−ợng cuối cùng. Phần ny của hệ thống th−ờng không đ−ợc những nh cung cấp năng l−ợng quản lý. Đối với một hệ thống năng l−ợng, khía cạnh nhu cầu không liên quan đến đồng hồ đo đếm điện v bao gồm các thiết bị sử dụng điện, các cơ sở năng l−ợng xung 134 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4 (44) /Năm 2007 – quanh. Nhu cầu năng l−ợng đ−ợc quyết định bởi nhu cầu của ng−ời sử dụng năng l−ợng đối với các dịch vụ liên quan đến năng l−ợng nh− chiếu sáng hoặc khí hậu trong nh. Các mục tiêu của một Hệ thống điện khi thực hiện ch−ơng trình DSM: Mục tiêu chính l thay đổi hình dáng đồ thị phụ tải; điều ho nhu cầu tối đa v tối thiểu hng ngy của năng l−ợng điện để sử dụng có hiệu quả nhất các nguồn năng l−ợng để giải toả nhu cầu xây dựng các nh máy sản xuất điện mới. Việc ny có thể dẫn đến h−ớng sử dụng điện vo những giờ bình th−ờng. Hầu nh− tất cả các ch−ơng trình DSM đều có mục đích bao trùm tối đa hoá hiệu quả để tránh hoặc lm chậm lại việc phải xây dựng các nh máy sản xuất điện mới. Lý do khác để thực hiện các ch−ơng trình DSM l các mối quan hệ x hội v các lý do về môi tr−ờng; thay đổi thói quen sử dụng điện của khách hng bao gồm: Các ch−ơng trình giảm sử dụng điện, cả giờ cao điểm v giờ bình th−ờng, đặc biệt không lm ảnh h−ởng đến chất l−ợng dịch vụ cung cấp điện cho khách hng. DSM thay thế về mặt công nghệ các thiết bị hiện đại để tạo ra các dịch vụ với mức t−ơng tự ( hoặc cao hơn ) cho ng−ời sử dụng điện ( ví dụ: chiếu sáng, s−ởi ấm, lm mát... ) m lại tiêu thụ ít điện năng hơn. Các ch−ơng trình giảm tải sử dụng điện trong giờ cao điểm ở hệ thống điện của một Công ty Điện lực hoặc một khu vực no đó của l−ới điện truyền tải hoặc phân phối điện. Các ch−ơng trình ny bao gồm biểu giá thay đổi theo thời gian sử dụng, kiểm soát phụ tải điện trực tiếp. Các ch−ơng trình thay đổi giá điện, chu kỳ thiết bị hoặc ngắt điện để đáp lại những thay đổi cụ thể về chi phí năng l−ợng hoặc nguồn năng l−ợng có thể đạt đ−ợc tính linh hoạt về hình dạng của đồ thị phụ tải. Các ch−ơng trình ny bao gồm tính giá tức thời v tính giá theo tỷ lệ thời gian sử dụng điện. Các ch−ơng trình ny cũng có thể gồm biểu giá phụ tải có thể ngắt, kiểm soát tải trọng trực tiếp, v các ch−ơng trình quản lý phụ tải khác khi những hoạt động ny không bị giới hạn bởi các giai đoạn phụ tải cao điểm. Các ch−ơng trình xây dựng phụ tải điện đ−ợc thiết kế để tăng sử dụng các thiết bị điện hoặc chuyển tiêu thụ điện từ giờ cao điểm sang giờ bình th−ờng để qua đó tăng tổng doanh số bán điện. Các ch−ơng trình ny bao gồm việc tăng sử dụng điện trong giờ bình th−ờng. Các ch−ơng trình DSM giới thiệu các quy trình v công nghệ mới về điện. Một hiệu quả khác có thể đạt đ−ợc khi các Công ty Điện lực tiến hnh các hoạt động nâng cao hiệu quả sử dụng điện đó l cải thiện đ−ợc hình ảnh của mình. Điều ny trong một số tr−ờng hợp l rất quan trọng khi một Công ty Điện lực bị ấn t−ợng không tốt. Thực hiện tốt ch−ơng trình DSM sẽ cải thiện, thay đổi về hình dáng của đồ thị phụ tải điện: hình dáng của đồ thị phụ tải mô tả nhu cầu tiêu thụ điện tối đa v mối quan hệ giữa điện năng cung cấp với thời gian. a. Giảm điện tiêu thụ vo giờ cao điểm Ph−ơng pháp ny có tác dụng giảm sử dụng điện tối đa vo giờ cao điểm hoặc các giờ cao điểm trong ngy. Các ch−ơng trình DSM giảm sử dụng điện tối đa th−ờng l các ch−ơng trình m các công ty Điện lực hoặc khách hng kiểm soát các thiết bị điện nh− bình n−ớc nóng 135 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4 (44) /Năm 2007 – hoặc máy điều ho nhiệt độ. Đặt thời gian để sử dụng bình nóng lạnh l ví dụ tốt nhất cho ph−ơng pháp ny. b. Tăng tiêu thụ điện vo giờ thấp điểm v giờ bình th−ờng Mục tiêu của ph−ơng pháp ny l khuyến khích khách hng dùng điện nhiều vo giờ thấp điểm đêm v giờ bình th−ờng trong ngy để ổn định công suất của hệ thống v nâng cao hiệu quả kinh tế vận hnh hệ thống điện. Một trong những ví dụ thông th−ờng của ph−ơng pháp ny l khuyến khích các nh máy có điện tiêu thụ lớn sử dụng các thiết bị điện vo các giờ thấp điểm đêm, các cơ sở sản xuất n−ớc đá lm về đêm, các hộ gia đình đun n−ớc nóng dự trữ vo ban đêm... c. Chuyển tiêu thụ điện ở các giờ cao điểm T−ơng tự nh− ph−ơng pháp tăng tiêu thụ điện vo giờ thấp điểm đêm v giờ bình th−ờng, mục đích của việc chuyển tiêu thụ điện giờ cao điểm vo các giờ thích hợp hơn nh−ng vẫn đảm bảo những giờ đó l những giờ giá thnh điện cao. Ví dụ: giúp khách hng dùng các biện pháp giữ nhiệt để lm n−ớc đá hoặc lm mát bởi vì nếu khách hng sử dụng mục đích ny vo ban ngy thông th−ờng sẽ sử dụng rất nhiều điện năng. d. Bảo ton v tăng c−ờng chiến l−ợc Bảo ton chiến l−ợc l bảo ton năng l−ợng bền vững của một quốc gia: ph−ơng pháp ny liên quan đến việc giảm tải trọng năng l−ợng tổng thể v chính sách năng l−ợng, chính sách phát triển kinh tế v chính sách quản lý kinh tế của các quốc gia có nền công nghiệp phát triển ở một số n−ớc tiên tiến hiện nay nh−: Nhật Bản, các n−ớc Bắc Âu, Hoa Kỳ, Đức... Tăng c−ờng chiến l−ợc, với các ch−ơng trình tăng tải trọng nhằm tăng tiêu thụ điện. Sử dụng các nguồn năng l−ợng khác nh− s−ởi v đun n−ớc nóng bằng các dn Pin mặt trời, đun nấu bằng Biogas... 2.2 Nâng cao hiệu suất sử dụng năng l−ợng của hộ tiêu thụ Chiến l−ợc nâng cao hiệu suất sử dụng năng l−ợng của các hộ tiêu thụ nhằm giảm nhu cầu điện năng một cách hợp lý. Nhờ đó có thể lm giảm vốn đầu t− phát triển nguồn v l−ới đồng thời khách hng sẽ phải trả tiền điện ít hơn. Ngnh điện có điều kiện nâng cấp thiết bị, chủ động trong việc đáp ứng nhu cầu của phụ tải điện, giảm tổn thất v nâng cao chất l−ợng điện năng. Chiến l−ợc ny bao gồm 2 nội dung chủ yếu sau: a. Sử dụng các thiết bị điện có hiệu suất cao Nhờ sự tiến bộ của khoa học v công nghệ, ngy nay các nh chế tạo đ−a ra các thiết bị dùng điện có hiệu suất cao, tuổi thọ lớn trong khi giá thnh lại tăng không đáng kể. Vì vậy, một l−ợng điện năng lớn sẽ đ−ợc tiết kiệm trong một loạt các lĩnh vực sản xuất v đời sống nh−: • Sử dụng thiết bị chiếu sáng hiệu suất cao. • Sử dụng các động cơ điện hay các thiết bị dùng động cơ điện có hiệu suất cao. • Sử dụng các thiết bị điện tử đ đ−ợc sản xuất theo các tiêu chuẩn hiệu suất cao thay thế các thiết bị điện cơ. 136 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4 (44) /Năm 2007 – b. Hạn chế tối đa tiêu thụ điện năng vô ích Hiện nay, sử dụng năng l−ợng nói chung v điện năng nói riêng còn lng phí. Mặc dù điện năng tiết kiệm của mỗi hộ tiêu thụ không lớn song tổng điện năng tiết kiệm đ−ợc không phải l nhỏ. Vốn thực hiện giải pháp ny không lớn song hiệu quả mang lại rất cao. Các biện pháp cụ thể để tiết kiệm điện năng tạm chia thnh 4 khu vực: • Khu vực nh ở • Khu vực công cộng: Các trung tâm th−ơng mại, dịch vụ, văn phòng, công sở, tr−ờng học, khách sạn... • Khu vực công nghiệp • Khu vực sản xuất, truyền tải v phân phối điện Khu vực nh ở Trong khu vực nh ở điện năng đ−ợc sử dụng chủ yếu cho các thiết bị chiếu sáng v các thiết bị phục vụ sinh hoạt. Cần lựa chọn các thiết bị có hiệu suất cao phù hợp với yêu cầu sử dụng, hạn chế thời gian hoạt động vô ích của các thiết bị bằng cách: Lắp đặt các rơle thời gian để đóng cắt thiết bị hợp lý. Sử dụng các mẫu thiết kế nh ở thông thoáng tận dụng ánh sáng tự nhiên nhằm hạn chế thời gian lm việc của các thiết bị chiếu sáng v lm mát. Mặt khác các lớp t−ờng bao bọc v hệ thống cửa phải đầy đủ, kín để giảm bớt thời gian v công suất của các điều ho. Lựa chọn các thiết bị có công nghệ hiện đại nhằm giảm công suất tiêu thụ. Hạn chế số lần đóng mở tủ lạnh, tủ đá, số lần lm việc của máy giặt, bn l, bếp điện, cắt bỏ thời gian chờ của TV, VTR cũng lm giảm l−ợng điện năng tiêu thụ. Khu vực công cộng Trong khu vực ny việc quan tâm đến khâu thiết kế công trình để hạn chế tiêu tốn năng l−ợng trong các khâu chiếu sáng, lm mát, s−ởi ấm có thể cho những kết quả đáng kể. Các điều luật về thiết kế xây dựng, môi tr−ờng v công tác thẩm định hiệu quả sử dụng năng l−ợng khi cấp phép xây dựng sẽ giúp nhiều cho mục tiêu tiết kiệm năng l−ợng trong t−ơng lai. Những quy định cụ thể, rõ rng về việc sử dụng các thiết bị điện, đặc biệt với thiết bị chiếu sáng, máy văn phòng, đun n−ớc, lm mát... hỗ trợ nhiều cho công tác an ton tiết kiệm điện. Trang bị thêm thiết bị đóng ngắt tự động ánh sáng, nhiệt độ... l cần thiết. Thay thế các AC đặt tại nhiều điểm bằng các hệ thống điều ho trung tâm cho phép tiêu thụ điện ít hơn v dễ điều chỉnh nhiệt độ thích hợp với các nhu cầu sử dụng khác nhau. Cân nhắc trong việc thay thế các hệ thống đun n−ớc, s−ởi ấm dùng điện bằng ga hoá lỏng hoặc năng l−ợng mặt trời sẽ cho chỉ tiêu kinh tế tốt hơn. Ngoi ra cần l−u tâm đến việc tận dụng những nguồn nhiệt thừa vo mục đích gia nhiệt. Khu vực công nghiệp Các biện pháp lm giảm tiêu phí năng l−ợng trong khu vực công nghiệp khá đa dạng v có hiệu quả cao: • Thiết kế v xây dựng các nh x−ởng hợp lý. • Hợp lý hoá các quá trình sản xuất. 137 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4 (44) /Năm 2007 – • Bù công suất phản kháng để cải thiện cos ϕ. • Thiết kế v vận hnh kinh tế các trạm biến áp. • Sử dụng hợp lý các động cơ điện (sử dụng bộ điều chỉnh tự động tốc độ động cơ). • Hệ thống bảo ôn các đ−ờng cấp hơi, hệ thống lạnh. • Hệ thống chiếu sáng hợp lý (số đèn hợp lý, đèn tiết kiệm điện). Khu vực sản xuất, truyền tải v phân phối điện năng Năm 2004 tổn thất điện năng trong khu vực truyền tải v phân phối ở mức 12%. L−ợng điện năng tổn thất trong hệ thống điện giảm đ−ợc chủ yếu nhờ cải tiến công tác quản lý vận hnh l−ới điện dẫn đến tỷ lệ tổn thất trong khâu mua bán điện (phi th−ơng mại) đ giảm nhiều. Trong những năm tới việc giảm tổn thất điện năng kỹ thuật sẽ khó khăn hơn bởi nó đòi hỏi phải đầu t− để cải tạo, nâng cấp thiết bị v nâng cao trình độ quản lý vận hnh HTĐ. Phần lớn các thiết bị của các nh máy điện Việt Nam đ sử dụng lâu năm, các thiết bị cũ suất tiêu hao nhiên liệu v tự dùng lớn cần đ−ợc cải tạo. Nếu cải tiến chế độ vận hnh, bảo d−ỡng v sửa chữa các thiết bị trong hệ thống tự dùng có thể giảm l−ợng điện năng tự dùng trong các nh máy nhiệt điện khoảng (1 ữ 1,5)%, trong các nh máy thuỷ điện khoảng (0,02 ữ 0,05)%. Với cơ cấu phát triển nguồn điện nh− hiện nay có thể giảm đ−ợc ( 0,3 ữ0,4)% l−ợng điện tự dùng cho ton bộ hệ thống. Hệ thống truyền tải điện còn nhiều khiếm khuyết, thiếu đồng bộ do nhiều hạn chế trong công tác quy hoạch, thiết kế v xây lắp hệ thống. Trừ các thiết bị của các trạm mới xây dựng gần đây, phần còn lại của hệ thống truyền tải điện đ bị lạc hậu, chắp vá v xuống cấp. Nhiều trạm biến áp v đ−ờng dây đ bị quá tải vo các giờ cao điểm, độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống thấp. Nếu áp dụng các giải pháp san bằng đồ thị phụ tải, lựa chọn ph−ơng thức vận hnh hợp lý, nâng cấp cải tạo các trạm biến áp v đ−ờng dây có chỉ tiêu kỹ thuật kém hoặc th−ờng xuyên bị quá tải, vận hnh kinh tế các trạm biến áp sẽ cho phép giảm đ−ợc 2,5% l−ợng tổn thất điện năng trong HTĐ. Về hệ thống phân phối điện, đây l bộ phận còn tồn tại nhiều vấn đề cần xử lý: còn quá nhiều cấp điện áp trung gian ( 6, 10, 15, 22, 35 )kV, thiết bị lạc hậu v chắp vá, chất l−ợng thấp v không hợp lý khiến cấu trúc l−ới phức tạp, độ tin cậy thấp. Công tác vận hnh, quản lý kinh doanh không hợp lý nên hiệu quả không cao. Tổn thất điện năng trung bình trong hệ thống phân phối điện khá lớn (9 ữ 18)%. Tổn thất v chất l−ợng điện năng trong l−ới điện hạ áp rất đáng quan tâm. Có thể áp dụng các giải pháp sau để khai thác tiềm năng tiết kiệm điện năng trong l−ới điện phân phối: • Nâng cao hệ số công suất của l−ới điện. • Nâng cao điện áp vận hnh của l−ới, tận dụng khả năng điều chỉnh điện áp bằng cách chuyển đổi đầu phân áp trong các máy biến áp. • San bằng đồ thị phụ tải của hệ thống điện bằng cách áp dụng các giải pháp của DSM. • Cải tạo hon thiện cấu trúc l−ới. Nâng cao chất l−ợng của công tác quy hoạch thiết kế cải tạo v phát triển l−ới. Vận hnh kinh tế các trạm biến áp. • Lựa chọn ph−ơng thức vận hnh hợp lý. • Tăng c−ờng tuyên truyền, quản lý l−ới điện. Nâng cao chất l−ợng hệ thống đo đếm. 138 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4 (44) /Năm 2007 – 3. Kết luận Khi nhu cầu tiêu thụ điện tăng nhanh cùng với phát triển kinh tếx hội ở Việt Nam, DSM cng giữ vai trò quan trọng trong tổng thể các giải pháp góp phần bảo đảm cân bằng cung cầu điện, tăng tr−ởng kinh tế bền vững. Qua kinh nghiệm các n−ớc có thể khẳng định một nguyên lý cơ bản của DSM l chi phí để tiết kiệm 1 kWh điện rẻ hơn chi phí để cung cấp thêm 1 kWh điện bằng việc xây dựng một nh máy mới. Điều ny rất có ý nghĩa với Việt Nam khi đầu t− phát triển điện lực. Tóm tắt Cung cấp năng l−ợng hiệu quả đang l mối quan tâm đặc biệt của cộng đồng quốc tế, nên việc tổ chức, nghiên cứu thực hiện các ch−ơng trình quản lý nhu cầu điện (DSM), tiết kiệm điện năng ở các n−ớc đang phát triển ngy cng đ−ợc quan tâm, v ở Việt Nam cũng không đứng ngoi xu thế đó. Bi báo ny nhằm giới thiệu những thnh phần v một số nét cơ bản của ch−ơng trình quản lý nhu cầu điện (DSM). Summary Electricity Demand Side Management (DSM) Program Effective power supply is receiving huge attention from international community, therefore research and implementation of DSM, power savings in developing countries, of which Vietnam is not an exception, are becoming increasingly important. This article is to introduce the structure and main features of DSM. Ti liệu tham khảo [1]. Đánh giá tiềm năng tiết kiệm điện năng v hiệu quả của việc ứng dụng DSM ở Việt Nam Đặng Quốc Thống, Nguyễn Th−ờng, Đo Kim Hoa, Bạch Quốc Khánh, Báo cáo khoa học, M số KHCN.09.08.02, Bộ khoa học công nghệ v môi tr−ờng, H Nội. [2]. Nghiên cứu khả năng ứng dụng DSM ở Việt Nam Trần Đình Long, Đặng Quốc Thống, Nguyễn Th−ờng, L Văn út, Đo Kim Hoa, Nguyễn Văn Đạm (1997), Báo cáo khoa học, M số KCĐL.95.04.10, Bộ khoa học công nghệ v môi tr−ờng, H Nội. [3]. Trần Đình Long (1999), Quy hoạch phát triển năng l−ợng v điện lực , Nxb Khoa học v Kỹ thuật, H Nội. [4]. Tổng sơ đồ phát triển điện lực Việt Nam giai đoạn 2001 2010 có xét triển vọng đến năm 2020 Viện Năng l−ợng (2002), H Nội. [5]. Báo cáo nghiên cứu khả thi dự án quản lý nhu cầu giai đoạn 2 ( 2002 2005 ) Viện Năng l−ợng, H Nội 1/2002. [6]. Ph−ơng pháp nghiên cứu phụ tải Công ty t− vấn Fichtner/ Colenco, Báo cáo cuối cùng, Dự án DSM, 2003, H Nội. 139