Sản xuất xi măng là một trong những lĩnh vực tiêu tốn điện năng nhất, vì vậy, tìm kiếm giải pháp tiết kiệm điện sản xuất sao cho hiệu quả nhất nhằm cắt giảm chi phí, tăng lợi nhuận là vấn đề luôn được các doanh nghiệp quan tâm.

Trong nhà máy sản xuất xi măng, năng lượng nói chung, năng lượng điện nói riêng chiếm một tỷ trọng khá lớn trong chi phí sản xuất. Việc sử dụng điện tiết kiệm, hiệu quả giúp giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành sản phẩm, tăng cạnh tranh trên thị trường. 

Sản xuất xi măng có tiềm năng tiết kiệm năng lượng vào khoảng 10 – 40%.

Một số nhà máy, xét về mặt công nghệ - thiết bị hoàn toàn không thua kém các nhà máy hiện đại nhất ở nước ngoài, song tiêu thụ điện năng cho 1 đơn vị sản phẩm vẫn cao hơn khá nhiều. Công nghệ thiết bị tiên tiến giữ vai trò quan trọng, song yếu tố quyết định lại là khả năng quản lý, làm chủ công nghệ và chú trọng khai thác các tiềm năng, trong đó có tiềm năng về tiết kiệm năng lượng. Cùng một công nghệ, cùng một nguồn gốc thiết bị, cùng một gam công suất, nhưng vẫn có nhà máy này hoạt động hiệu quả hơn, đạt mức lợi nhuận lớn hơn nhà máy khác.

Trong điều kiện giá năng lượng ngày càng tăng cao, để giảm chi phí sản xuất buộc các nhà máy phải áp dụng mọi biện pháp để tiết kiệm năng lượng:

Trang bị hệ thống quản lý năng lượng tối ưu

Lắp đặt thiết bị giám sát, đo lường các thông số điện, đo đếm điện năng tiêu thụ cho các phụ tải (chú trọng phụ tải công suất lớn), các trạm điện, công đoạn thuộc dây chuyền sản xuất. Kết nối các thiết bị đo thành hệ thống mạng và được điều khiển bằng máy tính tại phòng điều khiển trung tâm.

Trang bị hệ thống phần mềm đảm bảo giúp cho quản lý, giám sát hệ thống điện, cắt giảm chi phí vận hành không cần thiết và tối ưu hóa việc vận hành thiết bị. Phần mềm tích hợp các công nghệ truyền thông công nghiệp hiện đại, cho phép tự động thu thập và lưu trữ dữ liệu của hệ thống điện lên máy tính; hỗ trợ giám sát hệ thống điện theo thời gian thực, giúp tiến hành phân tích chất lượng điện năng và đánh giá mức độ tin cậy của hệ thống; tự động xuất hiện cảnh báo giúp hệ thống chủ động phòng ngừa sự cố; lưu trữ cơ sở dữ liệu cho việc phân tích, đánh giá tính hiệu quả của việc sử dụng thiết bị và do đó giúp cắt giảm chi phí, nâng cao hiệu suất và phân phối lại chi phí sử dụng điện năng giữa các công đoạn trong hệ thống.

Phần mềm cung cấp các báo cáo chứa đựng các thông tin chi tiết về tình trạng sử dụng năng lượng, mức năng lượng tiêu thụ của từng thiết bị, công đoạn để giúp nhà quản lý có thể: Chủ động trong việc quản lý năng lượng từ đó lên kế hoạch tăng cường hiệu suất vận hành của các máy móc, thiết bị; nhận biết năng lượng đang được sử dụng ở đâu, lúc nào, bao nhiêu trên cơ sở đó sẽ triển khai các kế hoạch điều tiết chi phí năng lượng; so sánh các hệ thống, công đoạn sản xuất với tiêu chuẩn sử dụng năng lượng chung từ đó nhận diện được những hệ thống, công đoạn nào cần tập trung cải tiến, nâng cấp, cần lắp đặt thêm thiết bị điều khiển tiết kiệm năng lượng như máy biến tần hoặc thay đổi phương pháp quản lý để đem lại nhiều lợi ích nhất.

Khi hệ thống cấp điện bị sự cố, các máy móc phải dừng làm việc sẽ gây thiệt hại lớn về kinh tế; các hiện tượng xấu về chất lượng điện năng như trồi - sụt điện áp, xung điện áp nhiễu loạn, sóng hài bậc cao… sẽ làm hư hỏng các thiết bị và tăng tổn thất điện năng. Do đó phần mềm còn giúp nhận diện các nguyên nhân căn bản về các sự cố về chất lượng điện năng, cảnh báo nguy hiểm đối với hệ thống, xác định đã đến mức phải lắp đặt các bộ lọc sóng hài, bộ bù hệ số công suất cho từng vị trí cụ thể trong hệ thống.

Đối với các dây chuyền sản xuất đã làm việc lâu năm, các máy móc thiết bị già hóa có suất tiêu hao năng lượng cao, tổn thất năng lượng nhiều thì cần phải đầu tư nâng cấp, cải tạo, thay thế, áp dụng giải pháp tiết kiệm năng lượng để có thể nâng cao năng suất, tiết kiệm chi phí đầu vào.

Sử dụng động cơ hiệu suất cao

Trong nhà máy xi măng, động cơ điện sử dụng đến 90% điện năng cung cấp. Chiếm phần lớn trong số đó là động cơ trung áp và động cơ hạ áp công suất lớn. Vì vậy, các giải pháp về sử dụng điện tiết kiệm, hiệu quả là tập trung nghiên cứu sử dụng động cơ đúng công suất, động cơ hiệu suất cao và công tác bảo trì, bảo dưỡng.

Động cơ điện, sau một thời gian làm việc lâu dài, chất lượng suy giảm do bị già hóa cách điện, quá ma sát, mất cân bằng liên quan đến tuổi thọ của vòng bi và kết cấu cơ khí ... gây quá nhiệt tổn thất năng lượng, làm giảm hiệu suất. Do đó, công tác đo đạc, kiểm tra tình trạng kỹ thuật và thực hiện bảo trì, bảo dưỡng động cơ rất quan trọng. Công tác đo đạc bao gồm cả đo nhiệt độ, độ rung, độ ồn, điện năng tiêu thụ; so sánh kết quả đo với mức chuẩn để xác định chính xác tình trạng và hiệu suất thực tế của thiết bị để lập kế hoạch sửa chữa, nâng cấp. Bảo dưỡng tốt động cơ và hệ thống cơ khí đảm bảo công suất sinh công từ động cơ truyền đến tải hiệu quả, động cơ không bị chạy quá tải và không làm ảnh hưởng tới chất lượng lưới điện. Theo nghiên cứu về sử dụng điện, bảo dưỡng hiệu quả, đúng quy trình có thể làm tăng hiệu suất của thiết bị từ 10% đến 15%.

Trong nhà máy, hệ thống động cơ điện tiêu thụ một lượng rất lớn năng lượng điện bởi vậy bản thân nó chứa đựng rất nhiều cơ hội tiết kiệm năng lượng. Sử dụng động cơ hiệu suất cao cũng là giải pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả áp dụng phổ biến ngay từ khi bắt đầu triển khai dự án, đặc biệt khi dùng thay thế các động cơ đã sử dụng lâu năm hoặc động cơ chạy non tải ở các dây chuyền sản xuất. Đương nhiên, mua sắm động cơ mới, hiệu suất cao sẽ bị áp lực về giá. Khi mua sắm người ta thường chú ý đến giá cả mà ít quan tâm đến tiền điện phải trả sau này. Nhưng có một điều rõ ràng rằng, trả trước thêm một khoản để có động cơ hiệu suất cao hơn là đầu tư cho lợi ích ở tương lai, bởi các cơ hội, tiềm năng tiết kiệm năng lượng rất đáng kể trong cả vòng đời vận hành sau này.

Như chúng ta đã biết trong cả vòng đời của động cơ, chi phí năng lượng tiêu thụ chiếm phần rất lớn (khoảng 94% đến 97%), trong khi đó chi phí đầu tư và chi phí bảo trì chiếm phần không đáng kể (khoảng 3% đến 6%). Vì vậy sử dụng động cơ hiệu suất cao là giải pháp tiết kiệm năng lượng rất cơ bản và cần đặt ra ngay từ khi bắt đầu triển khai dự án.

Đối với dây chuyền đang sản xuất, cần thay thế động cơ cũ, đã sử dụng lâu năm hoặc những động cơ chạy non tải (do chọn quá công suất) bằng động cơ hiệu suất cao. Trước khi đưa ra quyết định thay thế cần thiết phải đánh giá tình trạng kỹ thuật của động cơ dựa trên việc đo đạc các thông số kỹ thuật liên quan (điện năng tiêu thụ, công suất, nhiệt độ, độ ồn, độ rung...) và so sánh với mức chuẩn, tính toán và đưa ra kết luận cụ thể.

Sau đây đưa ra một số thông tin tham khảo liên quan đến hiệu suất và giá cả của một số loại động cơ và ví dụ so sánh khi sử dụng động cơ tiêu chuẩn và động cơ hiệu suất cao.

Một động cơ công suất 1HP có thời gian vận hành hơn 15 năm, động cơ công suất 50HP có thể vận hành hơn 25 năm. Nếu là động hiệu suất cao, hoặc siêu cao thì trong cả thập niên vận hành, số năng lượng tiết kiệm được là rất đáng kể. Dưới đây là ví dụ so sánh hai loại động cơ tiêu chuẩn và động cơ hiệu suất cao, cùng công suất 100HP, hoạt động đầy tải, vận hành liên tục trong 8.700 giờ/năm. Đối với động cơ hiệu suất cao, chi trả cho chi phí mua sắm (phần tăng thêm) trong thời gian ít hơn 2 năm, sau đó là liên tục tiết kiệm năng lượng, thường niên trong cả vòng đời vận hành hàng thập kỷ. Ở đây, giá điện năng là 0,1 cent/kWh (tương đương 2.100đ/số điện).

Sử dụng các chất thải từ ngành nông nghiệp

Thời gian qua, một số DN sản xuất xi măng đã sử dụng các chất thải từ ngành nông nghiệp cũng như công nghiệp để làm nhiên liệu thay thế cho một phần than. Tỷ lệ nhiên liệu thay thế hiện nay có thể thay thế khoảng 5% lượng than sử dụng trong toàn ngành.

Cùng với đó, nâng cấp công nghệ và thiết bị sản xuất, đến nay các dây chuyền sản xuất xi măng của Việt Nam đều sử dụng công nghệ tiên tiến lò quay, tháp trao đổi nhiệt và lò tiền nung để đảm bảo giảm tiêu hao nhiệt xuống dưới 800 kcal/kg clinker. Các dây chuyền sản xuất xi măng phương pháp ướt và các dây chuyền lò đứng đã hoàn toàn bị đào thải.

Trong khâu nghiền nguyên liệu và xi măng, các dây chuyền nghiền được đầu tư các thiết bị nghiền tiên tiến như máy nghiền đứng, máy nghiền con lăn, hệ thống nghiền chu trình kín để đảm bảo tiết kiệm năng lượng. Các động cơ điện công suất lớn của hệ thống lò quay, nghiền và quạt gió đều có trang bị bộ biến tần cho động cơ, giảm đáng kể tiêu hao năng lượng. Việc sử dụng các vật liệu phế thải để làm phụ gia và thay thế một phần nguyên liệu trong sản xuất xi măng, vừa tiết kiệm nguyên liệu, vừa giảm thải, bảo vệ môi trường như sử dụng xỉ hạt lò cao, tro bay, đá xít, bã thạch cao.