Chỉ 15% năng lượng điện chuyển hoá thành năng lượng dạng khí nén với hầu hết công nghệ nén thể tích hiện có trên thị trường. Con số này lớn hơn với máy nén ly tâm (turbor). Bài viết sẽ cung cấp cho bạn tổng quan về quá trình chuyển hoá năng lượng máy nén khí từ đó lựa chọn phương án, giải pháp tiết kiệm điện cho hệ thống máy nén khí hiệu quả. 

Sơ đồ chuyển hoá năng lượng của hệ thống khí nén (Sankey)

Khí nén được sử dụng phổ biến trong công nghiệp do tính đơn giản và an toàn trong sản xuất và xử lý chúng. Chúng được coi là nguồn năng lượng quan trọng top 03 trong nhà máy sau điện và nước, với nhiều nhà máy nó chỉ sau điện.
Mặc dù khí nén được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, nhưng nó được coi là một trong những nguồn năng lượng đắt đỏ nhất. Đắt hơn điện từ 7 đến 8 lần.

Chuyển hoá năng lượng của hệ thống khí nén

Hay được hiểu đơn giản là giản đồ "Sankey'" năng lượng đầu vào và đầu ra của Máy nén khí.

Ở bên trái, bạn thấy đầu vào năng lượng điện quy đổi cấp cho máy nén khí. Nó được đặt ở 100%. Và ví dụ hệ thống máy nén có công suất tiêu thụ điện "100 kW" nhưng nó cũng có thể là 37 kW hoặc 800 kW.

5% Hao tổn cơ motor điện:

Mất mát đầu tiên của chúng ta xảy ra khi chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học (chuyển động quay motor hoặc di chuyển các piston lên và xuống, nhưng bài viết này là về máy nén trục vít quay). Điều này luôn tạo ra một số tổn thất do ma sát và 'lực cản' khác mũi tên nhỏ màu cam.

Nói cách khác  một động cơ điện được sử dụng để làm quay trục vít của máy nén. Sẽ tổn thất 5% đến 10% năng lượng, tuỳ thuộc chất lượng động cơ, hệ số cốt phi dòng điện... Nhưng mức tổn thất chỉ là 5%, điều này không tệ, đặc biệt là so với những gì sắp xảy ra ..

80% Tổn thất là "nhiệt nén"

Đây là nơi mà 80% năng lượng bị mất đi (mũi tên lớn màu đỏ), nêú tính cả máy sấy con số này sẽ là 76,5%.

Đa số công nghệ nén hiện nay dựa trên nguyên lý nén thể tích, tức ép một thể tích khí nhỏ lại để tăng áp suất.  Quá trình nén không khí làm cho các phân tử chuyển động nhanh hơn, làm tăng nhiệt độ. Hiện tượng này được gọi là “nhiệt nén”. Theo định luật Sác lơ (quá trình đẳng tích P1/T1=P2/T2) như vậy quá trình nén khí sinh ra nhiệt. 
Chúng ta cần phải loại bỏ nhiệt nếu không máy nén sẽ quá nóng và nóng chảy. Lượng nhiệt này được máy nén khí thải qua giàn tản nhiệt khí hoặc nước.

Đây là tổn thất năng lượng lớn nhất cho đến nay của công nghệ nén. Và đây cũng là tiềm năng lớn để chúng ta tái sử dụng năng lượng dư thừa đó.  Hiện tại, hãy giả sử lượng nhiệt này bị lãng phí. Trên thực tế, trên 98% phòng máy nén khí  mà tôi đã thấy trong đời không tái sử dụng nhiệt từ máy nén khí. Không phải nàh máy nào cũng có nhu cầu tái sử dụng nhiệt, nó chỉ hữu dụng với một số nhà máy như thực phẩm, gỗ... 

Tôi sẽ nói rõ hơn về sự thu hồi nhiệt và cách sử dụng nhiệt của quá trình nén một cách hữu ích trong một bài viết khác tại blog này.

>> Thu hồi nhiệt máy nén khí, nguồn năng lượng lãng phí

Quay lại nội dung chính chúng ta hiểu đơn giản Nhiệt năng bị lãng phí .Trên thực tế quá nhiệt tức máy nén khí nhiệt độ cao là một trong những vấn đề lớn nhất đối với máy nén khí.15% Chuyển thành khí nén

Nói chính xác có nghĩa 15% năng lượng đầu vào  chuyển hoá thành năng lượng dạng khí nén. Vì vậy, những gì chúng ta nhận được từ máy nén chỉ bằng 15% những gì chúng ta đưa vào.

Vậy là chúng ta đã có được nguồn khí nén với ước tính chi phí năng lượng đắt gấp 6,66 (15% của 100%).

Lưu ý: Đây chỉ là con số mang hàm ý kĩ thuật. Xét trên tổng thể chúng ta cũng biết năng lượng khí nén có ưu điểm chuyển hoá thành năng lượng khác như đẩy xi lanh, quay súng vặn ốc....tối ưu hơn. Chi phí đầu tư rẻ , gọn nhẹ hơn nhiều lần súng điện, hay kết cấu nâng hạ khác bằng điện. 

Tiếp theo, chúng ta cần làm sạch không khí: loại bỏ bụi, loại bỏ nước, loại bỏ dầu. Sau đó, chúng ta cần vận chuyển không khí đến điểm sử dụng bằng hệ thống ống dẫn.

Và sau đó cuối cùng chúng ta sẽ sử dụng khí nén cho những việc hữu ích…Quá trình này cũng gây lãng phí 50% tức 7,5% tổng năng lượng.

Tổn thất khí nén 7,5%

Dưới đây là một số lãng phí năng lượng khét tiếng nhất trong hệ thống khí nén của bạn:

Rò khí

Người ta ước tính rằng 10 đến 30% khí nén bị lãng phí do rò rỉ khí.

Trong các nhà máy lớn thuộc loại công nghiệp nặng… rất nhiều khả năng có thể lãng phí 50% do rò rỉ khí nén.

Sụt giảm áp suất, áp suất cao.

Mọi chướng ngại vật cản trở dòng chảy khí nén trong hệ thống đều tạo ra sự sụt giảm áp suất: máy sấy khí, bộ lọc, van, thậm chí cả đường ống. Vấn đề là máy móc của chúng ta cần một áp suất khí nén tối thiểu nhất định (ví dụ 6bar). Vì vậy, để bù lại sự sụt giảm áp suất, chúng ta cần đặt máy nén khí của mình ở áp suất cao hơn, điều này sẽ tốn nhiều năng lượng hơn.

Đây là một vấn đề rất được coi trọng với nhà máy Nhật Bản và những hãng máy Nhật Bản như máy nén Hitachi, chúng có hẳn chức năng tự tối ưu áp suất khí nén tích hợp trong bo mạch điều khiển.  Bạn cũng sẽ ít gặp máy nén khí Nhật Bản chạy áp cao đa số áp mặc định 0.7Mpa.

Sử dụng không phù hợp

Đó là tất cả lượng khí nén được sử dụng khi mà nó có tùy chọn thay thế khác tốt hơn (hoặc tương đương) như làm mát thay quạt chẳng hạn.

Nhu cầu giả tạo

Kĩ thuật vận hành máy sản xuất có su hướng "sử dụng áp suất cao hơn mức thực tế cần thiết" áp cao cho khoẻ là câu cửa miệng của nhiều công nhân vận hành máy.

Ví dụ: máy của bạn có thể cần 6,5 bar để hoạt động. Nhưng bạn cài nó hoạt động ở 7,5 bar. Tăng thêm 1 bar đó là không cần thiết và rất lãng phí năng lượng.

Áp cao rò dễ rò rỉ hơn áp thấp, lưu lượng khí rò rỉ ở 7,5 bar cao hơn 6,5 bar. có nghĩa là bạn sẽ mất nhiều năng lượng hơn để rò rỉ khí nén!

Sản xuất không khí kém hiệu quả

Trong sơ đồ chuyển hoá năng lượng ở trên, chúng tôi đã đưa ra một giả định máy nén luôn chạy ở chế độ đầy tải.

Nhưng trong thực tế, máy nén đôi khi sẽ dừng và khởi động. Nó sẽ chạy không tải trong một thời gian. Nhu cầu không khí và áp suất sẽ dao động.

Trong trường hợp xấu nhất, máy nén có thể sử dụng GẤP ĐÔI lượng năng lượng so với so sánh ở trên.

Công nghệ máy nén tích hợp biến tần tập trung vào việc thu hẹp thời gian không tải, giảm dòng tiêu thụ tại chế độ không tải. Đồng thời duy trì áp suất quanh ngưỡng xử dụng. Đáng tiếc nó chỉ là là phần nhỏ so với bức tranh tổng thể về lãng phí năng lượng. Đôi khi nó còn được áp dụng sai từ những chuyên gia tự động hoá nhưng không lắm được quy trình công nghệ nén một cách thấu đáo.

Dù sao những chủ đầu tư chú trọng đến tiết kiệm điện đã là đáng mừng. Còn lại đa số còn không quan tâm đến vấn đề này. 

Tiềm năng tiết kiệm điện rất lớn

Với một hệ thống có hiệu suất chuyển đổi thấp như khí nén tiềm năng tiết kiệm là vô cùng lớn. Có những giải pháp có thể thực hiện ngay mà không hề mất chi phí.

Từ thu hồi nhiệt máy nén

Tác động vào công nghệ nén

Vận hành tối ưu hệ thống.v.v..

Nhưng đa số mọi người không quan tâm. Ngay cả bài viết này cũng không có mấy người đọc nó. Đây có lẽ là do năng lực truyền thông kém của những kĩ thuật như chúng tôi. Hoặc vì những cải tiến đơn giản không giúp chúng tôi kiếm thêm thu nhập như bán biến tần.