Giải pháp tiết kiệm năng lượng trong nhà máy bia

Ngành sản xuất bia chiếm khoảng 4,8 % lượng điện và nhiên liệu tiêu thụ của ngành thực phẩm và đồ uống. Thêm vào đó, chính phủ, khách hàng và các bên liên quan ngày càng gây áp lực lên ngành sản xuất bia, yêu cầu ngành bia giảm thiểu lượng khí thải carbon.

May mắn thay, công nghệ động cơ hiện đại, bộ biến tần (VSD) – còn được gọi là bộ truyền động biến thiên tần số hoặc đơn giản là bộ truyền động và bộ điều khiển logic lập trình (PLC) đang tạo ra con đường dễ dàng hơn để ngành bia nâng cao hiệu quả năng lượng. 

Tối ưu hóa mức tiêu thụ năng lượng

Khi bàn về việc nâng cao hiệu quả năng lượng trong các nhà máy bia, động cơ điện là bộ phận cần cải thiện được nhắc đến đầu tiên. Động cơ điện là một trong những thiết bị tiêu tốn nhiều năng lượng nhất trong tất cả các cơ sở công nghiệp. Chỉ riêng trong ngành thực phẩm và đồ uống, các hệ thống truyền động bằng động cơ đã chiếm khoảng 17 % tổng lượng điện tiêu thụ.

Mọi giai đoạn của quy trình sản xuất bia đều liên quan đến động cơ – từ khâu nạp nguyên liệu thô đến khâu đóng gói thành phẩm - đều có thể tối ưu hóa hiệu quả năng lượng. Động cơ điện là bộ phận thiết yếu trong băng tải, máy trộn, máy bơm, bình rót, máy nghiền, máy thổi, máy nén, v.v.

Do đó, nâng cấp lên động cơ có hiệu suất năng lượng cao có thể giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể. Hiện nay, loại động cơ có hiệu suất cao nhất là động cơ từ trở đồng bộ (SynRM), đạt được mức hiệu quả năng lượng "ultra-premium" IE5. Bằng cách thay thế động cơ IE2 cũ bằng các công nghệ SynRM của ABB, một cơ sở sản xuất có thể giảm thiểu tổn thất năng lượng lên đến 50%. 

Động cơ SynRM đạt được mức hiệu quả ấn tượng này một phần là nhờ sử dụng biến tần của ABB. Các động cơ khác cũng có thể được lắp đặt kết hợp với biến tần để tăng hiệu suất. Nếu không có biến tần, tốc độ của động cơ được điều khiển bằng van điều tiết, gây lãng phí năng lượng.

Động cơ SynRM tối ưu hiệu quả năng lượng. 

Khi kết hợp biến tần với động cơ hiện có trong các thiết bị bơm, quạt hoặc máy nén có thể giảm ít nhất 25% mức tiêu thụ điện năng. Mặc dù vậy, trong tất cả các ngành công nghiệp, ước tính chỉ có 23 % động cơ điện trên thế giới được lắp đặt biến tần. 

Ngoài ra, PLC cũng góp phần cải thiện hiệu quả năng lượng bằng cách tối ưu hóa hệ thống điều khiển và tự động hóa quy trình, góp phần giảm lãng phí năng lượng và nâng cao hiệu quả hoạt động tổng thể.

Nâng cao hiệu suất quy trình

Ngoài việc cải thiện hiệu quả năng lượng, khả năng kiểm soát nâng cao của biến tần cũng cho phép sản xuất bia nhanh hơn và hiệu quả hơn. Một hạn chế của máy bơm ly tâm trong quy trình sản xuất bia là hiện tượng xâm thực – bọt hoặc bong bóng được tạo ra trong bia do áp suất tĩnh cục bộ thay đổi nhanh chóng. Hiện tượng này có thể làm giảm tuổi thọ của thiết bị tới 50 %, đồng thời bọt tạo ra có thể ảnh hưởng đến chất lượng bia. Hơn nữa, máy bơm bị tổn hại có thể tạo ra tình trạng rò rỉ gây tốn kém.

Vì vậy, các biến tần có tích hợp phần mềm chống xâm thực có thể là một giải pháp tiết kiệm chi phí. Các biến tần này liên tục theo dõi mô-men xoắn và tốc độ của động cơ bơm mà không cần thêm cảm biến. 

Phần mềm chống xâm thực điều chỉnh tốc độ của động cơ để ngăn chặn xâm thực và trở lại bình thường khi điều kiện môi trường ổn định. Điều này đặc biệt hữu ích để khắc phục tình trạng sụt áp khi bể chứa cạn.

Trong khi đó, PLC cho phép tối ưu hóa quy trình ở mọi bước sản xuất. PLC hiện nay cung cấp thêm các kênh đầu vào và đầu ra (I/O), khả năng mở rộng tốt hơn và tương thích với nhiều tiêu chuẩn truyền thông.

Giảm thiểu chi phí bảo trì

Động cơ, biến tần và PLC cũng có thể đơn giản hóa việc vệ sinh và bảo trì. Động cơ SynRM hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn, dẫn đến chu kỳ bảo dưỡng dài hơn và tuổi thọ cao hơn, và rô-to không sử dụng nam châm của động cơ giúp đơn giản hóa việc bảo trì.

Thời gian ngừng hoạt động không mong muốn cũng tạo ra rủi ro đối với lợi nhuận. Cảm biến, thiết bị giám sát, động cơ, biến tần và PLC đều đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu nhu cầu bảo trì đột xuất.

Kiểm soát tốc độ hiệu quả năng lượng trong hoạt động sản xuất bia. 

Ví dụ, tính năng làm đầy đường ống mềm trong bộ biến tần ABB giúp giảm ứng suất không mong muốn lên đường ống, cảm biến và van vì đường ống sẽ được làm đầy dần dần và có kiểm soát. Biến tần cũng có tính năng bảo vệ quá áp và dưới áp, cảnh báo nhiệt độ và tải trọng, và các tính năng khác được thiết kế để giảm khả năng hỏng hóc.

PLC cho phép theo dõi các biến tần quan trọng trong thời gian thực. Bằng cách theo dõi dữ liệu trên thiết bị, hệ thống có thể tự động xác định các lỗi sắp xảy ra để đội ngũ vận hành can thiệp.

Nhìn chung, động cơ, biến tần và PLC đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ ngành công nghiệp bia tiếp tục tăng trưởng. Các công nghệ trên cho phép ngành bia đạt được hiệu quả năng lượng cao hơn, quy trình tốt hơn, chất lượng sản phẩm cao hơn, hoạt động an toàn hơn và chi phí bảo trì thấp hơn.

Hoàng Dương (Theo abb.com)