1. Đặt vấn đề

Điều chỉnh phụ tải gồm có 3 hình thức triển khai thực hiện, cụ thể: DR phi thương mại, tự nguyện; DR theo cơ chế khuyến khích tài chính trực tiếp và DR theo cơ chế giá điện. Hiện nay, ngành Điện Việt Nam đang triển khai chương trình DR phi thương mại và tự nguyện đối với những doanh nghiệp có sản lượng tiêu thụ điện từ 1 triệu kWh/năm trở lên. Chương trình điều chỉnh phụ tải phi thương mại có nghĩa là khả năng tiết giảm tiêu thụ điện trong vòng 30 phút kể từ khi nhận được thông báo của ngành Điện và có khả năng giảm từ 10 - 20% tiêu thụ so với phụ tải thực tế trong chế độ vận hành bình thường; thời gian nhiều nhất cho mỗi lần điều chỉnh phụ tải không quá 3 giờ. Các doanh nghiệp tự nguyện tham gia, chủ động quyết định quy mô, loại phụ tải để ngừng hoặc tiết giảm trên cơ sở lựa chọn dây chuyền sản xuất hoặc những phụ tải phù hợp.

Việc đánh giá đúng tiềm năng điều chỉnh phụ tải phi thương mại và tự nguyện cho từng đối tượng doanh nghiệp, ngành nghề sản xuất sẽ giúp EVN và doanh nghiệp có được kế hoạch điều chỉnh phụ tải phù hợp, đóng góp chung vào việc đảm bảo an toàn cung cấp điện cho Quốc gia.

Các nhà máy xi măng ở Việt Nam hiện đang tiêu thụ một lượng điện năng lớn và theo đánh giá tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong các nhà máy xi măng có thể đạt đến 50%, chính vì vậy, nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc phân tích, đánh giá và xác định tiềm năng DR trong các nhà máy xi măng ở Việt Nam.

2. Phụ tải điện trong nhà máy xi măng

2.1. Tình hình tiêu thụ điện năng

Năm 2020, điện năng tiêu thụ của ngành xi măng Việt Nam khoảng 8,7 tỷ kWh, chiếm 4,08% điện năng thương phẩm của toàn quốc. Trong mỗi nhà máy xi măng, điện là một trong những năng lượng sử dụng để vận hành sản xuất, chiếm khoảng 15% tổng năng lượng tiêu thụ của toàn nhà máy (đứng sau than, chiếm 83 - 84%). Tùy theo quy mô, mức tiêu thụ điện năng cụ thể của mỗi nhà máy khác nhau, ở Việt Nam mức điện năng tiêu thụ của các nhà máy nằm trong khoảng 1 triệu kWh đến hơn 400 triệu kWh.
Kết quả tổng hợp của một số nhà sản xuất xi măng có lượng điện tiêu thụ lớn tại Việt Nam trong năm 2020 được thể hiện trong Hình 1.

2.2. Cơ cấu tiêu thụ điện năng theo các hệ thống thiết bị

Trong nhà máy xi măng, điện năng được sử dụng nhiều cho công đoạn nghiền (nghiền liệu, nghiền than, nghiền xi), cụ thể: Công đoạn nghiền xi măng chiếm 40%, nghiền liệu chiếm 36%, nghiền than chiếm 7%. Ngoài ra, điện năng còn được sử dụng cho một số hệ thống phụ trợ khác như máy nén khí, chiếu sáng, bơm làm mát và các hệ thống động cơ, hệ thống thiết bị khác (khoảng 1 - 6%)  (Hình 2).  

Cơ cấu tiêu thụ điện năng của các hệ thống thiết bị tiêu thụ điện là một trong những cơ sở để có thể tính toán và xác định mức độ, khả năng thực hiện chương trình DR trong các nhà máy xi măng tại Việt Nam.

2.3. Cơ cấu tiêu thụ điện năng theo các khung giờ (cao điểm, thấp điểm, bình thường)

Nhà máy xi măng tại Việt Nam hiện nay được vận hành liên tục 24/24 với mức độ sử dụng  điện theo từng khu giờ là khác nhau. Trên cơ sở tổng hợp dữ liệu từ các nhà máy xi măng, về cơ bản, tỷ lệ tiêu thụ điện theo từng khung giờ được thể hiện trong Hình 3. 

 

Sản lượng điện năng tiêu thụ trung bình trong các khung giờ cao điểm, thấp điểm, bình thường lần lượt là 13%, 32%, 55%.  Mức phân bổ sản lượng tiêu thụ điện này chứng tỏ các hệ thống thiết bị của nhà máy xi măng chủ yếu tập trung vào khung giờ bình thường, thấp điểm; việc vận hành phụ tải trong giờ cao điểm đã được hạn chế.

Khung thời gian vận hành của các hệ thống thiết bị trong nhà máy xi măng trong các ngày làm việc được phân chia như tại Bảng 1.
   

Nhóm I: Giờ bình thường -  Từ 4h00 đến 9h30 -  Từ 11h30 đến 17h00 -  Từ 20h00 đến 22h00	Nhóm II: Giờ cao điểm - Từ 9h30 đến 11h30 - Từ 17h00 đến 20h00	Nhóm III: Giờ thấp điểm - Từ 22h đến 4h00 (ngày hôm sau)
1. Cấp liệu cho lò 2. Lò nung 3. Làm mát 4. Cấp than 5. Đồng nhất 6. Phụ gia 7. Đóng bao 8. Một số hệ thống khác: chiếu sáng, máy nén khí…	1. Cấp liệu cho lò 2. Lò nung 3. Làm mát 4. Cấp than 5. Đồng nhất 6. Phụ gia 7. Đóng bao 8. Một số hệ thống khác: chiếu sáng, máy nén khí…	1. Cấp liệu nghiền 2. Đập đá 3. Nghiền liệu 4. Cấp liệu cho lò 5. Lò nung 6. Làm mát 7. Cấp than 8. Đồng nhất 9. Phụ gia 10. Đóng bao 11. Nghiền than 12. Nghiền xi măng 13. Một số hệ thống khác: chiếu sáng, máy nén khí,…

Hiện nay, trong các nhà máy xi măng, căn cứ vào đặc thù của từng hệ thống thiết bị, kế hoạch sản xuất, việc phân bổ các phụ tải vận hành vào các khung giờ hợp lý là điều rất quan trọng. Điều này góp phần tiết kiệm chi phí điện năng trong khi vẫn đảm bảo kế hoạch sản xuất, cụ thể:

- Tăng cường vận hành các hệ thống tập trung vào khung giờ bình thường. Tối ưu hóa chi phí điện năng, đảm bảo giờ làm việc đúng thời gian sinh học của người lao động;

- Chỉ hoạt động hệ thống nghiền xi măng, nghiền liệu, nghiền than vào giờ thấp điểm và giờ bình thường, giờ cao điểm dừng hoàn toàn. Việc này được thực hiện dựa theo kế hoạch sản xuất, sản lượng sản phẩm của nhà máy.

2.4. Đặc điểm vận hành các hệ thống thiết bị tiêu thụ điện trong nhà máy xi măng

Đặc điểm vận hành các hệ thống thiết bị tiêu thụ điện trong nhà máy xi măng được chia theo từng hệ thống trong từng công đoạn sản xuất xi măng. Chi tiết được thống kê tại Bảng 2.
 
Bảng 2. Đặc điểm vận hành các hệ thống thiết bị tiêu thụ điện năng trong nhà máy xi măng
 

STT	Hệ thống thiết bị	Đặc điểm vận hành
Nhóm 1: Chế độ vận hành không yêu cầu tính liên tục, nếu xảy ra hiện tượng gián đoạn sẽ không làm ảnh hưởng đến mức độ an toàn hệ thống.
1	Cấp liệu nghiền	Hệ thống vận hành liên động với hệ thống nghiền liệu. Thời gian hệ thống cấp liệu nghiền vận hành cùng thời điểm hệ thống nghiền liệu hoạt động.
2	Đập đá	Hệ thống vận hành độc lập, không liên động với các hệ thống khác trong dây chuyền sản xuất. Thời gian vận hành phụ thuộc với sản lượng đá cung cấp vào kho. Trong trường hợp, kho chứa đá đầy, hệ thống đập đá có thể tạm dừng.
3	Nghiền liệu	Hệ thống nghiền liệu vận hành độc lập, không liên động đến các hệ thống khác. Thời gian vận hành phụ thuộc vào sản lượng liệu trong các silo chứa.
4	Đóng bao	Hệ thống đóng bao vận hành độc lập, không liên động đến các hệ thống khác. Thời gian vận hành của hệ thống phụ thuộc vào sản lượng đóng bao theo kế hoạch của nhà máy.
5	Nghiền than	Hệ thống nghiền than vận hành độc lập, không liên động đến các hệ thống khác. Thời gian vận hành của hệ thống phụ thuộc vào sản lượng than trong các két chứa.
6	Nghiền xi măng	Hệ thống nghiền xi măng vận hành độc lập, không liên động đến các hệ thống khác. Thời gian vận hành phụ thuộc vào sản lượng xi trong các silo chứa.
7	Máy nén khí	Hệ thống máy nén khí vận hành liên động với các hệ thống khác. Thời gian, mức công suất vận hành của hệ thống phụ thuộc nhu cầu sử dụng khí nén.
8	Chiếu sáng	Hệ thống chiếu sáng vận hành độc lập, không liên động đến các hệ thống khác. Thời gian, mức công suất vận hành của hệ thống phụ thuộc vào thời gian trong ngày.
Nhóm 2: Chế độ vận hành cần tính liên tục để đảm bảo việc duy trì ổn định an toàn cho hệ thống và các hệ thống khác
1	Cấp liệu cho lò	Hệ thống vận hành liên động với hệ thống lò nung. Thời gian vận hành của hệ thống phụ thuộc vào lò.
2	Lò nung	Hệ thống lò nung bao gồm các thiết bị tiêu thụ điện như động cơ, quạt,… Hệ thống hoạt động liên động đến hoạt động của lò. Hệ thống vận hành liên tục để đảm bảo tính an toàn của hệ thống. Thông thường, nếu có sự cố mất điện, nhà máy phải cấp điện dự phòng ngay lập tức để chạy động cơ phụ lò, vì sau khoảng 15 phút sẽ ảnh hưởng đến tính an toàn của lò và hệ thống.
3	Ghi lạnh	Hệ thống vận hành liên động với hệ thống lò nung và một số hệ thống khác. Thời gian vận hành của hệ thống sẽ phụ thuộc vào lò và các hệ thống khác trong nhà máy.
4	Cấp than lò và than cansino	Hệ thống vận hành liên động với lò: Khâu cấp than cho hệ thống vận hành liên tục và liên động với hệ thống lò nung.

 
Đặc điểm vận hành của hệ thống các thiết bị sử dụng điện trong nhà máy xi măng là cơ sở cho việc phân tích và đánh giá khả năng điều chỉnh phụ tải trong nhà máy, giúp cho nhà máy có thể thực hiện DR mà không hoặc ít ảnh hưởng nhất đến quá trình sản xuất.

3. Tiềm năng điều chỉnh phụ tải điện trong nhà máy xi măng

3.1. Chuyển dịch giờ vận hành

Căn cứ vào đặc điểm của từng hệ thống thiết bị và kế hoạch sản xuất của từng nhà máy xi măng, nhóm phụ tải có thể lựa chọn để chuyển dịch sang giờ thấp điểm, bình thường bao gồm: Hệ thống nghiền than, nghiền liệu, nghiền xi, đập đá.

Đây là các hệ thống tiêu thụ chiếm tỷ trọng lớn điện năng tiêu thụ của nhà máy xi măng, vận hành không liên động đến các hệ thống thiết bị khác, chủ động trong quá trình vận hành, không yêu cầu tính liên tục trong quá trình vận hành. Do đó, mỗi nhà máy có thể xây dựng kế hoạch vận hành và đáp ứng được yêu cầu thực hiện DR trong nhà máy.

3.2. Điều chỉnh quá trình vận hành của thiết bị

Trong quá trình thực hiện chương trình DR, ngành Điện Việt Nam đang phân loại phụ tải có thể được lựa chọn tham gia chương trình DR phi thương mại và tự nguyện gồm 2 nhóm: phụ tải loại 1 và phụ tải loại 2. Đặc điểm và tính chất của từng nhóm phụ tải được thể hiện ở Bảng 3.
   

Nhóm phụ tải	Tính chất	Đặc điểm
Loại 1	Các phụ tải có khả năng tiết giảm khẩn cấp, không ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động sản xuất - kinh doanh.	Khách hàng có thể thực hiện tiết giảm khẩn cấp sau 2 giờ kể từ khi nhận được thông báo của đơn vị cung cấp điện.
Loại 2	Các phụ tải cần có thời gian chuẩn bị trước khi tiết giảm, không ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động sản xuất - kinh doanh.	Khách hàng có thể thực hiện tiết giảm sau 24 giờ kể từ khi nhận được thông báo của đơn vị cung cấp điện.

 
Trên cơ sở căn cứ vào đặc điểm kỹ thuật, cơ cấu tiêu thụ điện năng, đặc điểm vận hành của từng hệ thống thiết bị điện trong nhà máy xi măng, tiềm năng điều chỉnh phụ tải trong nhà máy xi măng ở Việt Nam được xác định cụ thể như tại Bảng 4.
   

STT	Hệ thống	Nhóm phụ tải		Khả năng
		Loại 1	Loại 2	% công suất	Thời gian tham gia trung bình (phút)
1	Cấp liệu nghiền	X	X	1	120
2	Đập đá	X	X	2	120
3	Nghiền liệu	X	X	36	120
4	Đóng bao	X	X	1	120
5	Nghiền than		X	7	120
6	Nghiền xi măng		X	40	120

 
Đây là các nhóm phụ tải được đánh giá có thể lựa chọn để tham gia chương trình điều chỉnh phụ tải tại các nhà máy xi măng hiện nay. Các nhóm phụ tải này với đặc điểm vận hành không liên động đến các hệ thống thiết bị khác, chủ động trong quá trình vận hành, không yêu cầu tính liên tục trong quá trình vận hành chính, vì thế ít ảnh hưởng và an toàn trong quá trình sản xuất.

Như vậy, tiềm năng DR trong các nhà máy xi măng là khá lớn, với các hệ thống thiết bị sử dụng điện thì có đến 6 hệ thống có thể tham gia thực hiện DR và trong đó có 4 hệ thống có thể thực hiện tiết giảm điện khẩn cấp với thời gian tham gia trung bình là 120 phút.

4. Kết luận

Qua kết quả nghiên cứu cho thấy, tiềm năng điều chỉnh phụ tải của các nhà máy sản xuất xi măng nói riêng, ngành xi măng nói chung là khá lớn. Ngoài khả năng điều chỉnh phụ tải từ giờ cao điểm sang giờ bình thường, giờ thấp điểm thì các nhà máy xi măng có thể thực hiện DR với từng nhóm phụ tải:

- Phụ tải thực hiện DR loại 1: Khả năng điều chỉnh phụ tải điện có thể đạt 39% công suất, trong khoảng thời gian trung bình 120 phút, với các hệ thống: Cấp liệu nghiền, Đập đá, Nghiền liệu, Đóng bao.

- Phụ tải thực hiện DR loại 2: Khả năng điều chỉnh phụ tải điện có thể đạt 87% công suất, trong khoảng thời gian trung bình 120 phút, với các hệ thống: Cấp liệu nghiền, Đập đá, Nghiền liệu, Đóng bao, Nghiền than, Nghiền xi măng.

Trên cơ sở này, các nhà máy xi măng có thể chủ động, xác định chính xác tiềm năng DR để cùng phối hợp với ngành Điện thực hiện thành công chương trình DR, góp phần vào mục tiêu đảm bảo an ninh, an toàn, hiệu quả trong cung cấp điện tại Việt Nam.