Tích trữ năng lượng từ hệ thống điều hòa không khí

Trong cuộc sống hꦰiện đại, hệ thống điều hòa không khí là một trong những trang bị không thể thiếu trong các tòa nhà văn phòng, khách sạn, nhà hàng, ngân hàng… Để vận hành những hệ thống như vậy, chúng ta cần một nguồn năng lượng lớn (chủ yếu là điện năng), có thể chiếm đến 70% tổng năng lượng sử dụng trong các tòa nhà. Làm thế nào giảm thiểu được chi phí điện năng tiêu thụ cho hệ thống điều hòa không khí là một trong những vấn đề đang được nhiều người quan tâm.

Có nhiều biện pháp để giảm thiểu chi phí điện năng cho hệ thống điều hoà không khí. Tron꧒g phạm vi bài viết, tôi muốn giới thiệu một trong những cách tiết kiệm hiệu quả và đơn giản. Ở những nước công nghiệp phát triển, để tiết kiệm tiền điện cho hệ thống điều hòa không khí, họ sử dụng các bình trữ lạnh. Bình tích trữ lạnh có nhiệm vụ chính là tích trữ năng lượng (dưới dạng nước đá-pin nhiệt) trong giờ thấp điểm (điện giá rẻ) và giải phóng nguồn năng lượng này (đá tan chảy) trong giờ cao điểm (điện giá cao). 

Chúng 𝕴ta biết rằng hiện tại, ngành điện đang áp dụng chính🐲 sách ba giá cho các hóa đơn tiền điện.

- Giờ thấp điểm: từ 22h đến 4h.

- Giờ bình thường: từ 4h đến 6h.

- Giờ cao điểm: từ 6h đến 22h.

Giá điện trong giờ cao điểm và thấp điểm chênh nhau 3 lần. Do đó, chúng ta tìm cách hạn chế vận hành máy lạnh trong giờ cao điểm bằng cách tích trữ lại năng lượng lạnh (dưới dạng đá-p🐎in năng lượng) trong giờ thấp điểm sao cho vẫ🎶n đảm bảo đủ nhu cầu (lạnh) của khách hàng.

Hệ thống tích trữ này được mô tả như sau: 

Hệ thống lạnh sẽ vận hành để tích trữ năng lượng (lạnh) vào ban đêm (điện giá rẻ) dưới dạng đá, và sẽ giải phóng nguồn năng lượng này (đá tan chảy) cung cấp lạnh cho h💎ệ thống vào ban ngày (điện giá cao). Quá 🐟trình này sẽ lập lại theo chu kỳ hằng ngày.

Sơ đồ nhu cầu làm lạnh

Vận hành tích trữ ban đêm

Van ba ngã sẽ đóng ở vị trí 1, c🧸hu trình làm lạnh theo sơ đồ a-b-c-d. Máy lạnh CH sẽ làm lạnh⛄ dòng lưu chất mang năng lượng (lạnh) sẽ tích trữ trong bình STL, làm lạnh các quả cầu nhiệt đến khi nào toàn bộ các quả cầu đông thành nước đá.

Vận hành phóng thích năng lượng ban ngày

Tùyജ theo nhu cầu sử dụng, các van sẽ꧙ tự động đóng hay mở để cho dòng lưu chất đi qua bình STL giải phóng nguồn năng lượng (lạnh) đã tích trữ tới các nhu cầu lạnh (Distribution) (đá tan chảy).

Như vậy, chúng ta đã sử dụng được nguồn điện giá rẻ để vận hành hệ thống (tích trữ ban đêm), thay vì vận hành hệ thống trong giờ cao điểm, (phải trả tiền điện giá cao trong giờ cao điểm). Do đó, chúng ta có thể tiết kiệm đáng kể chi phí tiền điện cho v🍒iệc vận hành hệ thống lạnh.

Ngoài việc tiết kiệm tiền điện, kh𝓀i áp dụng hệ thống này ngay từ đầu, chúng ta còn có thể tiết kiệm được đáng một số chi🌞 phí ban đầu như sau: 

- Giảm công suất lắp đặt máy lạnh (từ 30% - 70%)ไ.

- Giảm lượng gaz (lạnh) tiêu thụ.

- Giảm công suất tháp giải nhiệt.

- Giảm công suất nguồn (điện൲)-máy biến thế, trạm đ🥀iện.

- Giảm kích thước phòng máy.

- Giảm thiểu quá trình khởi động cho máy lạnh.

- Giảm chi phí vận hành.

- Tăng hiệu suất của toàn bộ hệ thống.

Đối với tầm vĩ mô (quốc gia): 

- Giảm 🌱hiệu ứn꧙g nhà kính (do giảm được công suất nguồn phát của các nhà máy nhiệt điện).

- G🌠iảm công suất cho các nhà máy điện tro♑ng giờ cao điểm.

- Tăng hiệu suất máy phát.

Tuy nhi🔜ên, hiệu suất làm lạnh của máy lạnh sẽ thấp khi hoạt động ở nhiệt độ thấp. Nhưng bù lại, do chênh lệch giá điện cao (gấp ba lần) cho nên việc áp dụng hệ thống này cũng mang lại hiệu quả rất cao.

Ở Đức, người ta xây dựng các bình tích trữ năng lượng khổng lồ đặt âm dưới lòng đất. Họ tích trữ lạnh vào 🌱mùa đông để sử dụng cho hệ thống điều hoà không khí vào mùa hè và trữ nhiệt vào mù❀a hè để vận hành hệ thống sưởi trong mùa đông.

Ở Malaysia, người ta xây dựng một hệ thống cung cấp lạnh cho một khu vực rộng lớn (áp dụng bình trữ lạnh). Họ xây dựng mạng lưới đường ống dẫn nước lạnh tới từ⛎ng hộ tiêu thụ và bán năng lượng (lạnh) cho những ai có nhu cầu (giống như cung cấp nước vậy).  

 Ở Việt Nam cũng đã có một số nơi áp dụng lắp đặt hệ thống này♐. Tuy nhiên, hiện nay giá thành đầu tư cho một hệ thống như vậy tại Việt nam là khá đắt và thời gian hoàn vốn tương đối dài từ 3 đến♛ 7 năm. 

Hy vọng rằng, trong tư🐻ơng lai không xa, các nhà sản xuất sẽ xây dựng các nhà máy chế tạo các quả cầu nhiệt tại Việꦡt nam. Lúc đó, giá thành sẽ giảm và bài toán thiếu hụt năng lượng phần nào sẽ được giải quyết.

* Độc giả gửi bài dự thi về email [email protected]t. 

Kỹ sư Trần Minh Tâm