Động cơ công nghiệp chiếm hơn 60% lượng điện tiêu thụ công nghiệp của cả nước, và hiệu suất năng lượng của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến chi phí vận hành của doanh nghiệp và việc thực hiện mục tiêu “carbon kép” của quốc gia. Hiện nay, hầu hết các doanh nghiệp vẫn đang sử dụng động cơ hiệu suất thấp, thậm chí một số động cơ cũ còn có hiệu suất năng lượng thấp hơn tiêu chuẩn tối thiểu quốc gia, điều này không chỉ gây lãng phí năng lượng mà còn làm tăng chi phí bảo trì thiết bị. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất năng lượng của động cơ rất đa chiều, không chỉ bao gồm các vấn đề thiết kế và chế tạo của bản thân động cơ mà còn bao gồm các liên kết lựa chọn, kiểm soát và vận hành, bảo trì trong quá trình sử dụng. Để đạt được mục tiêu nâng cao hiệu suất năng lượng của động cơ, các doanh nghiệp cần xây dựng các giải pháp mang tính hệ thống từ góc độ toàn bộ vòng đời.
Các yếu tố cốt lõi ảnh hưởng đến hiệu suất năng lượng của động cơ công nghiệp chủ yếu bao gồm bốn khía cạnh. Thứ nhất, mức hiệu suất của bản thân động cơ thấp, đây là lý do cơ bản nhất. Hiệu suất của động cơ dòng JO2 truyền thống chỉ đạt 75%-85%, trong khi hiệu suất của động cơ hiệu suất cao đạt tiêu chuẩn IE3 có thể đạt hơn 90%. Khoảng cách hiệu suất năng lượng giữa hai loại là 5%-10% và chênh lệch tiêu thụ năng lượng cực kỳ đáng kể khi vận hành lâu dài. Động cơ hiệu suất thấp có tổn thất lõi sắt, tổn thất đồng và tổn thất cơ học cao. Ví dụ, nếu lõi sắt sử dụng tấm thép silic thông thường thay vì tấm thép silic cán nguội chất lượng cao, tổn thất trễ và tổn thất dòng điện xoáy sẽ tăng đáng kể. Thứ hai, việc lựa chọn không phù hợp với tải, và hiện tượng "ngựa lớn kéo xe nhỏ" là phổ biến. Nhiều doanh nghiệp cố tình chọn động cơ có công suất lớn hơn để tránh quá tải động cơ, dẫn đến động cơ hoạt động ở trạng thái tải thấp (thấp hơn 50% tải định mức) trong thời gian dài. Lúc này, hiệu suất động cơ sẽ giảm mạnh, hệ số tiêu thụ năng lượng tăng đáng kể. Ví dụ, công suất định mức của động cơ bơm nước trong nhà máy hóa chất là 55kW, nhưng tải thực tế chỉ 20kW, hiệu suất năng lượng thấp hơn giá trị thiết kế hơn 30%. Thứ ba, phương pháp điều khiển lạc hậu, thiếu các biện pháp điều chỉnh tốc độ hiệu quả. Các thiết bị vận chuyển chất lỏng như quạt và bơm nước chiếm hơn 40% tổng số động cơ công nghiệp. Theo truyền thống, lưu lượng của các thiết bị này được điều khiển bằng cách điều chỉnh van và vách ngăn, và động cơ luôn hoạt động ở tốc độ định mức, dẫn đến lãng phí một lượng lớn năng lượng do tổn thất tiết lưu. Thứ tư, vận hành và bảo dưỡng không đúng cách dẫn đến suy giảm hiệu suất động cơ. Ví dụ, việc thiếu dầu và ổ trục bị mòn làm tăng tổn thất cơ học, bụi tích tụ trên cuộn dây dẫn đến tản nhiệt kém và tăng tổn thất đồng, và lão hóa lớp cách điện gây ra đoản mạch cục bộ, tất cả những điều này sẽ làm cho hiệu suất năng lượng thực tế của động cơ thấp hơn giá trị thiết kế.
Con đường chủ yếu để doanh nghiệp đạt được mục tiêu nâng cao hiệu suất năng lượng động cơ là thúc đẩy việc thay thế các động cơ hiệu suất thấp và lựa chọn các động cơ hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng. Nguyên tắc “phù hợp chính xác” cần được tuân thủ trong quá trình thay thế, thay vì mù quáng theo đuổi các thông số kỹ thuật cao. Trước tiên, cần tiến hành kiểm tra toàn diện các động cơ hiện có để kiểm tra mức hiệu suất, tỷ lệ tải vận hành và dữ liệu tiêu thụ năng lượng của chúng. Ưu tiên thay thế các động cơ hiệu suất thấp đã hoạt động trên 10 năm và có tỷ lệ tải trên 60%. Đối với các thiết bị hoạt động liên tục, nên chọn động cơ không đồng bộ hiệu suất cao hoặc động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu đạt tiêu chuẩn IE3 trở lên; đối với thiết bị tải thay đổi, nên ưu tiên động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, loại động cơ có thể duy trì hiệu suất cao trong dải tải rộng và tiết kiệm năng lượng hơn 8%-15% so với động cơ IE3 cùng công suất. Sau khi một nhà máy dệt may thay thế 20 động cơ dòng JO2 bằng động cơ nam châm vĩnh cửu hiệu suất cao IE4, mỗi động cơ đã tiết kiệm được 12.000 kWh điện mỗi năm và thời gian hoàn vốn đầu tư chỉ trong 14 tháng. Trong quá trình thay thế cần chú ý đến việc cân đối kích thước lắp đặt động cơ với thiết bị ban đầu để tránh phát sinh chi phí cải tạo quá mức ảnh hưởng đến tính khả thi của dự án.
Thứ hai, tối ưu hóa phương pháp điều khiển động cơ và thúc đẩy công nghệ điều chỉnh tốc độ biến tần. Điều chỉnh tốc độ biến tần điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số cung cấp điện cho động cơ, do đó công suất đầu ra của động cơ khớp chính xác với nhu cầu tải, đặc biệt phù hợp với các thiết bị tải thay đổi như quạt, bơm nước và máy nén. Dữ liệu cho thấy sau khi áp dụng điều chỉnh tốc độ biến tần, tỷ lệ tiết kiệm năng lượng trung bình của các thiết bị như vậy có thể đạt 20% -40% và tỷ lệ tiết kiệm năng lượng trong một số trường hợp dao động tải cao thậm chí vượt quá 50%. Ví dụ, sau khi biến đổi tần số của động cơ quạt lò cao trong một nhà máy thép, tốc độ được điều chỉnh theo nhu cầu áp suất không khí của lò cao, tiết kiệm 8 triệu kWh điện mỗi năm. Đối với động cơ công suất cao (trên 200kW), có thể áp dụng sơ đồ kết hợp "biến tần + khởi động mềm", không chỉ đạt được điều chỉnh tốc độ và tiết kiệm năng lượng mà còn tránh thiệt hại cho lưới điện và động cơ do tác động của dòng điện khởi động. Ngoài ra, đối với các dây chuyền sản xuất có nhiều động cơ hoạt động phối hợp, có thể áp dụng hệ thống điều khiển tập trung để phân bổ tải cân bằng giữa các động cơ và cải thiện hơn nữa hiệu suất năng lượng tổng thể.
Quản lý vận hành và bảo trì khoa học là sự đảm bảo duy trì hoạt động hiệu quả của động cơ. Thiết lập hệ thống giám sát hiệu suất năng lượng của động cơ, thu thập dữ liệu thời gian thực như điện áp, dòng điện, hệ số công suất và nhiệt độ của động cơ thông qua các cảm biến thông minh và phân tích xu hướng thay đổi hiệu suất năng lượng với sự trợ giúp của nền tảng Internet công nghiệp để phát hiện kịp thời các bất thường về hiệu suất năng lượng. Thực hiện bảo trì có mục tiêu thường xuyên: kiểm tra độ bôi trơn của ổ trục động cơ hàng tháng, lựa chọn mỡ chịu nhiệt độ cao và chống mài mòn phù hợp để giảm tổn thất cơ học; làm sạch bụi và dầu trên cuộn dây động cơ và bộ tản nhiệt hàng quý để cải thiện hiệu suất tản nhiệt và giảm tổn thất đồng; tiến hành kiểm tra hiệu suất năng lượng trên động cơ hàng năm, đánh giá sự suy giảm hiệu suất và lập kế hoạch bảo trì phòng ngừa. Sau khi thiết lập hệ thống vận hành và bảo trì thông minh, một doanh nghiệp phụ tùng ô tô đã tăng hiệu suất năng lượng của động cơ lên 12% so với trước và giảm thời gian chết do lỗi xuống 60%.
Ngoài ra, doanh nghiệp cũng có thể áp dụng mô hình hợp đồng hiệu suất năng lượng (EPC) theo điều kiện riêng của mình. Các công ty dịch vụ tiết kiệm năng lượng chuyên nghiệp sẽ đảm nhận việc đầu tư, thiết kế, cải tạo, vận hành và bảo trì nâng cấp động cơ, tạo ra lợi ích đôi bên cùng có lợi bằng cách chia sẻ lợi ích tiết kiệm năng lượng, từ đó giảm áp lực vốn ban đầu. Tóm lại, nâng cấp hiệu suất năng lượng động cơ không phải là một dự án thay thế thiết bị đơn lẻ, mà là một dự án hệ thống “thay thế động cơ hiệu suất cao + tối ưu hóa điều khiển biến tần + đảm bảo vận hành và bảo trì thông minh”. Thông qua việc triển khai dự án này, doanh nghiệp không chỉ có thể giảm đáng kể chi phí năng lượng và cải thiện tính ổn định của thiết bị mà còn góp phần hiện thực hóa mục tiêu “carbon kép” và đạt được lợi thế cạnh tranh trong phát triển bền vững.




