1. I. Tổng quan về Giải pháp Quản lý Năng lượng Chuyển đổi số (Digital Energy Management Solutions - DEMS)

DEMS là một hệ thống toàn diện sử dụng công nghệ số để thu thập, phân tích và quản lý dữ liệu năng lượng theo thời gian thực. Mục tiêu là để xác định các khu vực tiêu thụ năng lượng không hiệu quả, đưa ra khuyến nghị cải tiến, và tự động hóa việc điều khiển để tiết kiệm năng lượng.

1. II. Các thành phần chính của DEMS

1. Phần mềm (Software)

Phần mềm là "bộ não" của hệ thống quản lý năng lượng, xử lý và trực quan hóa dữ liệu.

Hệ thống Quản lý Năng lượng (Energy Management System - EMS):

Mục đích: Là nền tảng trung tâm để thu thập dữ liệu năng lượng từ nhiều nguồn (điện, hơi, khí nén, nước, nhiên liệu), phân tích, báo cáo và đưa ra cảnh báo.

Tính năng:

Giám sát thời gian thực: Hiển thị mức tiêu thụ năng lượng của từng thiết bị, khu vực hoặc toàn nhà máy trên bảng điều khiển (dashboard) trực quan.

Phân tích dữ liệu: Xác định các mô hình tiêu thụ, lãng phí, tải đỉnh, và so sánh hiệu suất với các chỉ số mục tiêu (KPIs).

Báo cáo và phân tích chuyên sâu: Tạo báo cáo định kỳ về tiêu thụ năng lượng, chi phí, cường độ năng lượng, và lượng phát thải carbon.

Cảnh báo và sự kiện: Tự động gửi cảnh báo qua email/SMS khi phát hiện tiêu thụ bất thường, lỗi thiết bị hoặc vượt ngưỡng cài đặt.

Quản lý lịch trình: Lập kế hoạch vận hành thiết bị để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng trong các giờ cao điểm hoặc thấp điểm.

Tích hợp: Kết nối với các hệ thống khác như SCADA, DCS, MES, ERP để có cái nhìn toàn diện về hoạt động nhà máy.

Tối ưu hóa điều khiển: Một số phần mềm cao cấp có khả năng điều khiển tự động hoặc đưa ra khuyến nghị điều khiển cho các thiết bị như biến tần, quạt, bơm.

Nhà cung cấp tiêu biểu: Schneider Electric (EcoStruxure Power, Power Monitoring Expert), Siemens (Energy Manager), Honeywell (Experion PKS), ABB (Ability Energy Management), Rockwell Automation (FactoryTalk Energy Manager), Eaton (Intelligent Power Management), và các nhà cung cấp giải pháp IoT chuyên biệt khác.

Phần mềm Phân tích Dữ liệu lớn và Trí tuệ nhân tạo (Big Data Analytics & AI/ML Software):

Mục đích: Vượt ra ngoài việc giám sát cơ bản, sử dụng thuật toán phức tạp để tìm kiếm các mối tương quan, dự đoán xu hướng tiêu thụ, và đề xuất các hành động tối ưu hóa.

Tính năng:

Dự đoán nhu cầu năng lượng: Sử dụng học máy để dự báo mức tiêu thụ dựa trên lịch sử dữ liệu, điều kiện thời tiết, lịch sản xuất.

Phát hiện bất thường tiên tiến: Nhận diện các sự cố hoặc hoạt động không hiệu quả mà con người khó có thể phát hiện.

Tối ưu hóa quy trình tự động: Đưa ra khuyến nghị điều chỉnh tham số vận hành thiết bị (ví dụ: tốc độ bơm/quạt, nhiệt độ lò) để đạt hiệu suất năng lượng cao nhất.

Mô phỏng và lập kế hoạch: Giúp nhà máy mô phỏng các kịch bản tiêu thụ năng lượng và đánh giá tác động của các chiến lược tiết kiệm.

Nhà cung cấp: Các công ty phần mềm công nghiệp lớn hoặc các startup chuyên về AI/ML cho công nghiệp.

2. Phần cứng (Hardware)

Phần cứng là xương sống để thu thập và truyền dữ liệu năng lượng.

Bộ thu thập dữ liệu (Data Loggers/Gateways):

Mục đích: Thu thập dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị đo, sau đó gửi về hệ thống phần mềm trung tâm.

Đặc điểm: Tương thích với nhiều giao thức công nghiệp (Modbus RTU/TCP, Profibus, Ethernet/IP, BACnet), có khả năng lưu trữ dữ liệu tạm thời.

Vị trí: Lắp đặt tại các tủ điện, gần thiết bị cần giám sát.

Bộ điều khiển lập trình (Programmable Logic Controllers - PLC) và Bộ điều khiển phân tán (Distributed Control Systems - DCS):

Mục đích: Là các bộ não điều khiển tại chỗ, thu thập dữ liệu từ cảm biến và điều khiển các thiết bị chấp hành. Chúng thường được tích hợp vào hệ thống quản lý năng lượng để trao đổi dữ liệu.

Vị trí: Phân tán khắp nhà máy, điều khiển từng đơn vị hoặc cụm thiết bị.

Cổng IoT công nghiệp (Industrial IoT Gateways):

Mục đích: Là cầu nối giữa các thiết bị OT (Operational Technology) truyền thống và hệ thống IT (Information Technology), cho phép thu thập dữ liệu từ các thiết bị cũ hơn và đưa lên nền tảng đám mây hoặc máy chủ cục bộ.

Đặc điểm: Hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông không dây (Wi-Fi, LoRaWAN, Zigbee, Cellular) và có khả năng xử lý biên (Edge Computing).

Thiết bị truyền thông (Communication Devices):

Mục đích: Đảm bảo kết nối mạng ổn định và an toàn giữa các cảm biến, bộ thu thập dữ liệu, PLC/DCS và máy chủ/đám mây.

Đặc điểm: Bao gồm cáp mạng công nghiệp (Ethernet), bộ chuyển mạch (switches), bộ định tuyến (routers), và các thiết bị truyền thông không dây (access points, modem di động) được thiết kế cho môi trường công nghiệp khắc nghiệt.

3. Cảm biến (Sensors)

Cảm biến là "đôi mắt và tai" của hệ thống, thu thập dữ liệu về các thông số năng lượng.

Cảm biến dòng điện và điện áp (Current and Voltage Sensors / Power Meters):

Mục đích: Đo lường dòng điện, điện áp, công suất tiêu thụ (kW, kWh, kVAR), hệ số công suất của từng thiết bị hoặc toàn bộ khu vực.

Vị trí: Lắp đặt tại các bảng phân phối điện, tủ điều khiển động cơ (MCC), hoặc trực tiếp trên các dây dẫn của thiết bị tiêu thụ lớn (bơm, máy nén, quạt, lò nung).

Cảm biến nhiệt độ (Temperature Sensors):

Mục đích: Giám sát nhiệt độ của các hệ thống hơi, nước nóng, dầu nhiệt, hoặc nhiệt độ bề mặt thiết bị để phát hiện tổn thất nhiệt.

Vị trí: Lắp đặt trên đường ống hơi, thiết bị trao đổi nhiệt, lò nung, hoặc các động cơ điện để theo dõi quá nhiệt.

Cảm biến áp suất (Pressure Sensors):

Mục đích: Đo áp suất trong hệ thống khí nén, hơi, nước, hoặc các chất lỏng quy trình. Đặc biệt quan trọng để phát hiện rò rỉ khí nén hoặc hơi, vốn là nguyên nhân gây lãng phí năng lượng lớn.

Vị trí: Lắp đặt trên đường ống dẫn khí nén, hơi, hoặc trước/sau các bơm để đo chênh lệch áp suất.

Cảm biến lưu lượng (Flow Meters):

Mục đích: Đo lưu lượng của hơi, khí đốt, nước, dầu, khí nén. Giúp tính toán lượng năng lượng tiêu thụ hoặc sản xuất từ các nguồn này.

Vị trí: Lắp đặt trên các đường ống chính của các hệ thống hơi, khí đốt, nước cấp, và đặc biệt là hệ thống khí nén.

Cảm biến rung động (Vibration Sensors):

Mục đích: Giám sát tình trạng của các thiết bị quay (động cơ, bơm, quạt, máy nén) để phát hiện sớm các hỏng hóc cơ khí có thể dẫn đến tăng tiêu thụ năng lượng hoặc ngừng hoạt động đột xuất.

Vị trí: Lắp đặt trên thân các động cơ, vòng bi của bơm/quạt/máy nén.

III. Ứng dụng cụ thể trong nhà máy lọc dầu và chế biến Alumina

Cả hai loại nhà máy này đều là những người tiêu thụ năng lượng khổng lồ và có môi trường vận hành khắc nghiệt, làm cho DEMS trở nên cực kỳ giá trị:

Nhà máy lọc dầu:

Giám sát lò nung và bộ trao đổi nhiệt: Theo dõi nhiệt độ, lưu lượng nhiên liệu, lưu lượng khí cháy để tối ưu hóa hiệu suất đốt và thu hồi nhiệt.

Tối ưu hóa vận hành bơm/máy nén: Điều chỉnh tốc độ động cơ (qua VFD) dựa trên nhu cầu thực tế, giảm tiêu thụ điện năng.

Phát hiện rò rỉ hơi và khí nén: Cảm biến áp suất và lưu lượng cùng với phần mềm phân tích giúp định vị và định lượng rò rỉ, giảm tổn thất.

Quản lý năng lượng thải: Theo dõi và tối ưu hóa việc thu hồi nhiệt thải để sản xuất hơi/điện.

Nhà máy chế biến Alumina:

Giám sát lò nung alumina: Theo dõi nhiệt độ, lưu lượng nhiên liệu, và hiệu suất nhiệt để tối ưu hóa quá trình nung bauxite thành alumina, vốn tiêu tốn rất nhiều năng lượng.

Tối ưu hóa vận hành máy nghiền và bơm bùn: Giám sát tải trọng, dòng điện của động cơ máy nghiền và bơm bùn để đảm bảo hiệu suất tối đa và giảm mài mòn.

Quản lý hơi và điện trong quá trình hòa tách/kết tủa: Giám sát lưu lượng hơi và điện tiêu thụ cho các bồn hòa tách, máy khuấy, thiết bị bay hơi để duy trì điều kiện tối ưu.