Hệ thống quản lý năng lượng tối ưu mức tiêu thụ thế nào?

Vì vậy, cơ chế tối ưu có thể hiểu như một vòng phản hồi: đo lường → chuẩn hóa dữ liệu → phân tích → phát hiện cơ hội → điều chỉnh → đo lại → xác minh. ISO 50001:2018 cũng xây dựng quản lý năng lượng trên nguyên tắc cải tiến liên tục và sử dụng dữ liệu để hiểu, đo lường và cải thiện hiệu quả năng lượng. ISO 50006:2023 bổ sung hướng dẫn về chỉ số hiệu quả năng lượng (EnPI) và đường cơ sở năng lượng (EnB) để đánh giá mức cải thiện một cách có hệ thống.

Theo dõi tiêu thụ tạo dữ liệu đầu vào cho quá trình tối ưu

Bước đầu tiên là biết năng lượng đang được sử dụng ở đâu, vào thời điểm nào và cho hoạt động nào. Nếu tổ chức chỉ có tổng hóa đơn điện theo tháng, hệ thống có thể nhận biết xu hướng tổng thể nhưng rất khó xác định một máy nén khí, dây chuyền, khu vực HVAC hay ca sản xuất nào đang gây ra phần tiêu thụ bất thường.

Do đó, khả năng tối ưu tăng khi dữ liệu được thu thập với độ phân giải phù hợp với quyết định cần đưa ra. Dữ liệu có thể được lấy từ công tơ tổng, công tơ nhánh, cảm biến, bộ điều khiển thiết bị hoặc hệ thống tự động hóa. Khi dữ liệu được gắn với thời gian, sản lượng, giờ vận hành hoặc điều kiện môi trường, hệ thống không chỉ biết “đã dùng bao nhiêu” mà còn biết “đã dùng bao nhiêu trong điều kiện vận hành cụ thể”.

Điểm quan trọng là đo nhiều chưa chắc đã tối ưu tốt hơn. Một hệ thống thu hàng nghìn điểm dữ liệu nhưng không liên kết chúng với thiết bị, quy trình và biến số ảnh hưởng vẫn có thể tạo ra rất ít giá trị quản lý. Dữ liệu chỉ trở nên hữu ích khi đủ chất lượng, đủ chi tiết và có thể liên hệ trực tiếp với một hành động vận hành.

Đường cơ sở và EnPI cho biết mức tiêu thụ nào thực sự bất thường

Tổng năng lượng giảm chưa chắc đồng nghĩa với hiệu suất năng lượng được cải thiện. Một nhà máy có thể dùng ít điện hơn đơn giản vì sản xuất ít hơn; một tòa nhà có thể giảm điện điều hòa vì thời tiết mát hơn. Vì vậy, hệ thống cần một mốc tham chiếu để phân biệt thay đổi do hoạt động với thay đổi do hiệu quả.

Đường cơ sở năng lượng (EnB) mô tả mức tiêu thụ tham chiếu trong những điều kiện xác định. Chỉ số hiệu quả năng lượng (EnPI) cho phép theo dõi hiệu suất dưới dạng phù hợp với hoạt động, chẳng hạn kWh trên một đơn vị sản phẩm, kWh trên mét vuông hoặc một mô hình có xét đến sản lượng, nhiệt độ và giờ vận hành. ISO 50006:2023 tập trung chính vào việc thiết lập, sử dụng và duy trì EnPI cùng EnB để đo lường và chứng minh cải thiện hiệu quả năng lượng.

Nhờ đó, hệ thống có thể phát hiện một vấn đề mà dữ liệu tổng không thể hiện rõ. Ví dụ, điện năng tháng này thấp hơn tháng trước 5%, nhưng sản lượng giảm 15%; khi chuẩn hóa theo sản lượng, mức điện trên mỗi đơn vị sản phẩm thực tế lại tăng. Tín hiệu này có giá trị hơn việc chỉ quan sát tổng kWh vì nó chỉ ra hiệu suất đang xấu đi dù hóa đơn tổng có vẻ giảm.

Đường cơ sở cũng không phải giá trị cố định vĩnh viễn. Khi quy trình, thiết bị, sản lượng hoặc điều kiện vận hành thay đổi đáng kể, mốc so sánh phải được xem xét để tránh kết luận sai. Đây là ranh giới quan trọng giữa “theo dõi năng lượng” và “đánh giá hiệu quả năng lượng”.

Phân tích dữ liệu giúp tìm phần tiêu thụ không tạo giá trị

Sau khi có dữ liệu và mốc tham chiếu, hệ thống có thể tìm các mẫu sử dụng bất thường. Một tải nền vẫn cao ngoài giờ sản xuất, thiết bị chạy đồng thời không cần thiết, công suất tăng đột biến, hệ thống làm lạnh vận hành quá lâu hoặc mức tiêu thụ thực tế liên tục cao hơn đường cơ sở đều có thể trở thành tín hiệu cần xử lý.

Cơ chế ở đây là chuyển từ phản ứng với hóa đơn sang quản lý theo sai lệch. Thay vì đợi cuối tháng mới biết chi phí tăng, hệ thống có thể so sánh dữ liệu hiện tại với lịch sử, lịch vận hành, EnPI hoặc ngưỡng đã thiết lập. Khi sai lệch vượt mức cho phép, người vận hành nhận cảnh báo hoặc hệ thống kích hoạt quy tắc điều khiển tương ứng.

Phân tích còn giúp ưu tiên khu vực có tác động lớn. Nếu một thiết bị chiếm tỷ trọng năng lượng rất nhỏ, việc tối ưu vài phần trăm ở đó có thể ít giá trị hơn xử lý một quy trình tiêu thụ lớn nhưng hoạt động kém hiệu quả. Cách tiếp cận này phù hợp với logic của ISO 50001: tập trung vào sử dụng năng lượng đáng kể và sử dụng dữ liệu để đưa ra quyết định cải thiện hiệu quả năng lượng.

Tuy nhiên, một cảnh báo bất thường không tự chứng minh rằng năng lượng đang bị lãng phí. Mức tiêu thụ tăng có thể là hệ quả hợp lý của sản lượng cao hơn, điều kiện thời tiết khắc nghiệt hoặc yêu cầu chất lượng mới. Hệ thống phải xem xét các biến liên quan trước khi chuyển một sai lệch thành quyết định tiết kiệm.

Điều chỉnh vận hành biến kết quả phân tích thành mức tiết kiệm thực tế

Phân tích chỉ tạo ra tiềm năng tiết kiệm. Mức tiêu thụ chỉ thay đổi khi kết quả phân tích dẫn đến một tác động vận hành cụ thể. Tùy hạ tầng, tác động này có thể được thực hiện bởi người vận hành hoặc tự động thông qua hệ thống điều khiển.

Ví dụ, dữ liệu có thể cho thấy thiết bị hoạt động trước giờ cần thiết, tải HVAC duy trì ở mức cao khi khu vực không có người, nhiều tải lớn khởi động cùng thời điểm hoặc một quy trình thường xuyên vượt mức năng lượng mục tiêu. Hành động phù hợp có thể là chỉnh lịch chạy, thay đổi điểm đặt, giảm thời gian chạy không tải, sắp xếp lại tải hoặc sửa điều kiện khiến thiết bị hoạt động ngoài vùng hiệu quả.

Đây cũng là lý do một dashboard năng lượng chưa phải là một hệ thống tối ưu hoàn chỉnh. Dashboard có thể làm rõ vấn đề nhưng không tạo ra tiết kiệm nếu thông tin không gắn với trách nhiệm xử lý, quy tắc vận hành hoặc khả năng điều khiển thiết bị.

Tự động hóa có thể rút ngắn vòng phản hồi, nhưng không nên đồng nghĩa với điều khiển máy móc chỉ nhằm giảm kWh. Việc giảm tải phải nằm trong ràng buộc của sản lượng, chất lượng, nhiệt độ, an toàn, độ tin cậy và các yêu cầu vận hành khác. Một thay đổi làm giảm điện năng nhưng khiến năng suất giảm mạnh hoặc gây thêm thời gian dừng máy không thể được xem là tối ưu tổng thể.

Đo lại sau điều chỉnh xác minh phần cải thiện thực sự

Một hệ thống quản lý năng lượng cần trả lời thêm câu hỏi: sau khi thay đổi vận hành, hiệu quả có thực sự tốt hơn không? Nếu không có bước xác minh, tổ chức có thể nhầm giữa tiết kiệm thực sự với biến động do sản lượng, thời tiết hoặc điều kiện hoạt động.

Vì vậy, dữ liệu sau điều chỉnh phải được so sánh với đường cơ sở hoặc EnPI trong điều kiện tương đương. Nếu sản lượng tăng nhưng năng lượng trên mỗi đơn vị sản phẩm giảm, đó là tín hiệu mạnh hơn nhiều so với việc chỉ thấy tổng kWh giảm. Ngược lại, nếu tổng điện giảm nhưng chỉ số chuẩn hóa không cải thiện, hành động vừa thực hiện có thể chưa tạo ra hiệu quả năng lượng thực chất.

Cách đo lường này biến quản lý năng lượng thành vòng kiểm soát khép kín. Kết quả tốt được chuẩn hóa thành cách vận hành mới; kết quả không đạt tạo dữ liệu để điều chỉnh tiếp. ISO 50001 áp dụng mô hình cải tiến liên tục Plan–Do–Check–Act, trong đó tổ chức đặt mục tiêu, thực hiện, đo kết quả, xem xét và tiếp tục cải thiện hiệu quả năng lượng.

Hiệu quả tích lũy của cách quản lý có hệ thống có thể đáng kể, nhưng không có một tỷ lệ tiết kiệm cố định áp dụng cho mọi cơ sở. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ cho biết các cơ sở áp dụng ISO 50001 hoặc chương trình 50001 Ready có thể đạt mức cải thiện hiệu quả năng lượng lên tới 30% trong ba năm; cùng nguồn này sử dụng mức giảm 10% như một giả định bảo thủ trong một kịch bản ước tính cho các cơ sở của DOE. Đây là benchmark tham khảo, không phải cam kết rằng mọi hệ thống quản lý năng lượng sẽ tự động đạt mức tương tự.

Khả năng tối ưu phụ thuộc vào dữ liệu, quyền kiểm soát và cách vận hành hệ thống

Hệ thống quản lý năng lượng không thể tạo ra mức tiết kiệm lớn hơn khả năng quan sát và tác động của nó. Nếu dữ liệu chỉ tồn tại ở cấp tổng, hệ thống khó định vị nguyên nhân. Nếu dữ liệu sai hoặc thiếu liên tục, phân tích có thể dẫn đến cảnh báo giả. Nếu phát hiện được vấn đề nhưng không có quyền thay đổi lịch, điểm đặt hoặc cách vận hành, cơ hội tiết kiệm vẫn chỉ nằm trên báo cáo.

Ba yếu tố vì thế phải liên kết với nhau: khả năng đo lường đủ chi tiết, phân tích có ngữ cảnh và cơ chế thực thi hành động. Thiếu một mắt xích sẽ làm vòng tối ưu bị đứt. Đây cũng là điểm khác biệt giữa việc “có dữ liệu năng lượng” và thực sự “quản lý hiệu quả năng lượng”.

Mục tiêu phù hợp không phải luôn luôn giảm mức tiêu thụ tuyệt đối xuống thấp nhất. Hệ thống cần giảm phần năng lượng không cần thiết trong khi vẫn đáp ứng đầu ra của hoạt động. Trong sản xuất, đầu ra có thể là số lượng và chất lượng sản phẩm; trong tòa nhà, đó có thể là điều kiện tiện nghi và vận hành; trong một hệ thống kỹ thuật, đó có thể là công suất, độ tin cậy hoặc yêu cầu an toàn.

Khi các điều kiện này được đưa vào EnPI, đường cơ sở và logic điều chỉnh, hệ thống mới có thể phân biệt giữa “dùng ít năng lượng hơn” và “dùng năng lượng hiệu quả hơn”. Đây là điều kiện để quá trình tối ưu duy trì được lâu dài thay vì chỉ tạo ra một đợt cắt giảm ngắn hạn.

Hệ thống quản lý năng lượng tối ưu mức tiêu thụ bằng cách tạo một vòng phản hồi liên tục giữa dữ liệu và vận hành. Dữ liệu đo lường cho biết năng lượng đang được dùng ở đâu; EnPI và đường cơ sở xác định mức sử dụng hợp lý; phân tích phát hiện sai lệch và cơ hội; hành động vận hành loại bỏ phần tiêu thụ không cần thiết; còn việc đo lại xác minh hiệu quả và cung cấp dữ liệu cho chu kỳ cải tiến tiếp theo.

Do đó, giá trị của hệ thống không nằm ở việc thu thập càng nhiều dữ liệu càng tốt, mà ở khả năng biến đúng dữ liệu thành đúng hành động và chứng minh rằng hành động đó thực sự cải thiện hiệu quả năng lượng.