Công nghệ tự động hoá thông minh góp phần hiện thực hoá ISO 50001

ISO 50001 ra đời vào năm 2011 do Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế (ISO) phát triển mang lại tiêu chuẩn toàn cầu trong quản lý năng lượng. Phiên bản mới nhất được cập nhật năm 2018 trở nên hoàn thiện hơn khi tích hợp với ISO 9001 (quản lý chất lượng), ISO 14001 (quản lý môi trường).

Điều này đồng nghĩa với việc tiêu chuẩn quản lý năng lượng trở nên cao hơn và đồng bộ hơn trong phát triển bền vững, giúp cải tiến liên tục kết quả thực hiện năng lượng bao gồm hiệu suất năng lượng, sử dụng năng lượng và tiêu thụ năng lượng.

ISO 50001 quy định các yêu cầu về hệ thống quản lý năng lượng (EnMS) đối với tổ chức. Năm 2019, Bộ KH và CN của Việt Nam đã công bố ban hành TCVN ISO 50001:2019, tương đương bản cập nhật ISO 50001: 2018.

Tiêu chuẩn này đưa ra các yêu cầu đối với quá trình mang tính hệ thống, trong đó, kết quả thực hiện năng lượng (EnPI) được đo lường bằng hiệu suất năng lượng, sử dụng năng lượng và tiêu thụ năng lượng. Và để đạt được kết quả đó, ISO 50001: 2018 đã đưa ra chu trình gồm: Hoạch định - Thực hiện - Kiểm tra - Hành động (PDCA).

Tất cả các khâu trong chu trình đều có liên quan yếu tố kỹ thuật, ứng dụng công nghệ. Một trong những công nghệ đóng góp vào quá trình giảm thiểu lãng phí năng lượng, nâng cao hiệu quả sử dụng và giảm chi phí vận hành là Công nghệ quản lý năng lượng thông minh (Smart Energy Management), trong đó tự động hóa (TĐH) và điều khiển thông minh (Smart Control & Automation) đóng góp đáng kể.

Tiết kiệm năng lượng từ Smart Home, Smart Building

Ngày nay với sự tích hợp cảm biến chuyển động; bộ điều khiển nhiệt độ thông minh; IoT; AI và học máy (Machine Learning) đã tạo nên công nghệ TĐH thông minh đã và đang thay đổi cách chúng ta quản lý năng lượng trong các tòa nhà và hộ gia đình.

Theo đó, nhờ cảm biến chuyển động có thể nhận biết khi không có người trong phòng, tự động tắt đèn hoặc thiết bị điện nhằm tránh lãng phí năng lượng; có thể tự động điều chỉnh độ sáng phù hợp với ánh sáng tự nhiên, giúp tiết kiệm năng lượng mà vẫn duy trì độ sáng cần thiết.

Hoặc dựa vào bộ điều khiển thông minh cho hệ thống điều hòa có thể học thói quen của người dùng, tự động điều chỉnh nhiệt độ phù hợp theo thời gian và điều kiện bên ngoài, giảm tiêu hao điện không cần thiết. Các hệ thống như Nest hoặc Ecobee có thể điều chỉnh nhiệt độ dựa trên thói quen sinh hoạt hàng ngày, từ đó tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng cho hệ thống điều hòa.

Nhờ cảm biến ánh sáng, có thể tự động điều chỉnh độ sáng phù hợp của bóng đèn.

Không chỉ hệ thống làm mát, sưởi ấm hay ánh sáng, trong căn hộ còn có các thiết bị điện tử gia dụng như tủ lạnh, máy giặt, máy rửa chén, bếp từ, lò vi sóng, nồi cơm điện... có thể được trang bị công nghệ tự động hóa để tối ưu hóa quá trình hoạt động, giảm tiêu thụ năng lượng.

Ví dụ, công nghệ Econavi trên tủ lạnh có thể tự động điều chỉnh mức làm lạnh dựa trên nhiệt độ môi trường và thói quen sử dụng, giúp tiết kiệm điện. Công nghệ Inverter (biến tần) được áp dụng rộng rãi trên các thiết bị điện lạnh.

Nhờ vào sự tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn mà các biến tần có thể điều chỉnh và duy trì quá trình làm lạnh mà không phải khởi động lại động cơ, qua đó giúp thiết bị kiểm soát được công suất hoạt động, tránh tiêu hao nhiều năng lượng trong quá trình hoạt động.

Smart VRT là một bước đột phá trong ngành điều hòa không khí. Thay vì duy trì một mức nhiệt cố định, Smart VRT sẽ linh hoạt điều chỉnh nhiệt độ của chất làm lạnh theo thời gian thực, đáp ứng chính xác nhu cầu làm mát hoặc sưởi ấm của từng khu vực và từng thời điểm.

Nhờ vào hệ thống cảm biến tiên tiến và thuật toán thông minh, công nghệ này có khả năng phản ứng nhanh chóng trước những thay đổi của môi trường, từ đó tối ưu hóa hiệu suất làm việc và tiết kiệm năng lượng đáng kể.

Nhờ vào hệ thống cảm biến tiên tiến và thuật toán thông minh, công nghệ Smart VRT tối ưu hóa hiệu suất làm việc và tiết kiệm năng lượng đáng kể.

Hay cảm biến Energy Eye - công nghệ thông minh tích hợp trong nồi cơm điện. Khi ánh sáng giảm, chẳng hạn vào buổi tối hoặc trong những ngày trời u ám, cảm biến Energy Eye thông minh nhận biết cường độ ánh sáng xung quanh và sẽ tự động chuyển sang chế độ tiết kiệm điện, giúp giảm thiểu đáng kể lượng điện tiêu thụ.

Ở một mức độ thông minh hơn nữa, IoT cho phép kết nối và kiểm soát các thiết bị điện tử trong nhà qua internet, giúp người dùng dễ dàng kiểm soát và điều chỉnh từ xa. Điều này giúp giám sát và quản lý năng lượng một cách chính xác hơn ngay cả khi không có mặt tại nhà.

Bên cạnh đó, sự kết hợp của AI và Machine Learning giúp các hệ thống tự động hóa phân tích và tối ưu hóa năng lượng dựa trên dữ liệu thực tế. Các hệ thống này có thể học hỏi từ các thói quen và điều kiện thời tiết để đưa ra các phương án tiết kiệm năng lượng tối ưu nhất.

Với một giải pháp tổng thể giám sát điện năng thông minh trong nhà, chuyên gia công nghệ mảng Smart Home của Công ty CP Bóng đèn Phích nước Rạng Đông cho rằng có thể cắt giảm từ 30 - 40% chi phí điện hàng tháng, đồng thời hướng đến mục tiêu của ISO 14001 về quản lý môi trường (giảm lượng khí thải CO2).

Tiết kiệm nhiều hơn trong sản xuất công nghiệp

Lĩnh vực sản xuất công nghiệp là một trong những ngành tiêu tốn năng lượng lớn nhất trong nền kinh tế của bất kỳ quốc gia nào. Theo khảo sát của Chương trình quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả giai đoạn 2019-2030, công nghiệp chiếm trên 50% tổng tiêu thụ năng lượng.

Điển hình là các lĩnh vực như luyện kim (sắt, thép, nhôm, đồng,...) bởi vì cần dùng nhiều điện năng trong quá trình nấu chảy, gia nhiệt, đúc khuôn, cán thép. Thậm chí sản xuất nhôm cần điện nhiều gấp 10 lần so với sản xuất thép; lĩnh vực xi măng, tiêu thụ lượng lớn nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu) để nung nguyên liệu ở nhiệt độ > 1.400°C.

Không chỉ tiêu tốn năng lượng, sản xuất xi măng còn góp phần lớn vào phát thải CO₂ trong công nghiệp; lĩnh vực hóa chất và phân bón cần năng lượng để tách, phản ứng, nén khí, chưng cất,... Các quá trình như sản xuất amoniac (NH₃) tiêu tốn nhiều khí tự nhiên; lĩnh vực dệt may và da giày, dùng năng lượng để gia nhiệt nước, hấp, làm khô, ép vải, nhuộm màu.

Mặc dù so với lĩnh vực luyện kim, dệt may tiêu ít năng lượng hơn nhưng do số lượng nhà máy lớn nên tổng tiêu thụ vẫn đáng kể. Tương tự như vậy với ngành chế biến thực phẩm. Ngày nay với sự phát triển của công nghệ tự động hóa nói chung và công nghệ tự động hóa áp dụng chuyên biệt cho các lĩnh vực ngành nghề đã góp phần đáng kể vào việc sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả.

Theo tính toán thực tế, với một tòa nhà nếu chưa được đầu tư công nghệ TĐH, sau khi triển khai giải pháp TĐH có thể cắt giảm khoảng 30% năng lượng tiêu thụ. Với một nhà máy cũng có thể cắt giảm khoảng 30-40% tùy áp dụng đồng bộ hay từng phần. Thậm chí với một nhà máy mà hệ thống khí nén chạy 100% thời gian hoạt động dù có tải hay không, khi áp dụng các công nghệ kiểm soát, điều khiển vào có thể tiết kiệm lên đến 50% năng lượng tiêu thụ.

Công nghiệp chiếm trên 50% tổng tiêu thụ năng lượng, nhưng nếu áp dụng đồng bộ các giải pháp công nghệ có thể cắt giảm khoảng 30% năng lượng tiêu thụ.

Cụ thể, công nghệ TĐH thông minh góp phần:

• Giám sát và quản lý năng lượng theo thời gian thực: thông qua sử dụng cảm biến và IoT giám sát liên tục việc tiêu thụ điện, khí, nhiệt, nước,… Dữ liệu giám sát được gửi về phần mềm quản lý năng lượng (EMS) để phân tích và tối ưu hóa. Từ đó có thể phát hiện thiết bị chạy sai thời điểm, hao hụt năng lượng, tiêu thụ bất thường,...

• Điều khiển thông minh theo nhu cầu (Smart Control): Hệ thống tự điều chỉnh tốc độ, công suất máy móc tùy theo tải thực tế. Ví dụ Biến tần (VSD) điều chỉnh tốc độ động cơ theo tải, từ đó có thể tiết kiệm 30-50% điện. Hoặc điều hòa/quạt thông gió thông minh chỉ bật khi cần thiết. Điều này giảm năng lượng lãng phí khi máy hoạt động không tải hoặc dư tải

• Tối ưu hóa dây chuyền sản xuất: AI và Machine Learning phân tích dữ liệu vận hành, từ đó đề xuất lịch trình hoạt động tối ưu, tự động lên kế hoạch sản xuất tránh giờ cao điểm điện, giảm thời gian chờ đợi giữa các công đoạn (lean manufacturing). Nhờ đó mà giảm thời gian máy móc hoạt động không cần thiết, giảm tiêu thụ năng lượng

• Tự động thu hồi và tái sử dụng năng lượng: không chỉ phát hiện thiết bị chạy sai thời điểm, điều khiển thông minh theo nhu cầu hay tối ưu hóa dây chuyền sản xuất, công nghệ TĐH thông minh còn góp phần thu hồi và tái sử dụng năng lượng, bằng cách tự động thu hồi nhiệt thải, hơi nước dư, áp suất dư để sử dụng lại. Ví dụ: nhiệt thải từ lò nung dùng để tiền gia nhiệt nguyên liệu khác. Việc có thể tận dụng lại 10 - 30% năng lượng bị thất thoát là đáng kể.

• Dự đoán và bảo trì thiết bị thông minh (Predictive Maintenance): Với sự hỗ trợ của IoT, các cảm biến, đặc biệt là công nghệ AI đã tạo ra bản sao ảo không chỉ mô phỏng trạng thái hiện tại của máy móc mà còn phản ánh thời gian thực, dự báo tương lai và đưa ra khuyến nghị hành động. Việc giám sát thiết bị 24/7, tích hợp thuật toán dự đoán hỏng hóc hoặc hiệu suất kém của thiết bị, từ đó lên kế hoạch bảo trì đúng thời điểm, tránh để thiết bị vận hành trong tình trạng hao năng lượng.

• Việc tự động báo cáo KPI năng lượng và phân tích hiệu suất năng lượng cho từng khu vực, máy móc để phát hiện các điểm bất hợp lý có thể giúp nhà quản lý ra quyết định tiết kiệm năng lượng tốt hơn.

Theo TS. Đỗ Mạnh Cường, giảng viên Khoa Tự động hóa, Trường Điện - Điện tử (HUST), Phó tổng Thư ký Hội Tự động hóa Việt Nam: “Một trong những điểm tiêu tốn năng lượng nhất từ các cơ sở sản xuất là các hệ chuyển động. Đặc biệt, ở các nhà máy lớn, các hệ chuyển động có ở rất nhiều vị trí, nhất là hệ thống bơm và hệ thống quạt công suất lớn. Thông thường, theo công nghệ mới các chuyển động sẽ điều chỉnh tốc độ liên tục nhờ vào việc sử dụng biến tần thông minh, vừa điều khiển tối ưu công nghệ, vừa tiết kiệm năng lượng, đồng thời kéo dài tuổi thọ của cả hệ thống. Ngoài liên quan các hệ chuyển động, các hệ thống liên quan đến kho như hệ thống kiểm soát ra/vào, nhiệt độ kho lạnh trong ngành thủy sản hay nguyên liệu vật liệu cho các ngành chế biến thực phẩm cũng tiêu tốn năng lượng. Hay như hệ thống chiếu sáng, chiếm tổng 10 - 15% nhu cầu năng lượng trong nhà xưởng”.

Với những nơi tiêu tốn năng lượng đó, theo TS. Đỗ Mạnh Cường, công nghệ TĐH thông minh với việc tích hợp IoT, AI góp phần đáng kể vào việc sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả. Ông Cường dẫn chứng hiện các hệ thống phân phối đã được tích hợp công nghệ số. Ví dụ, các hệ thống đóng/cắt được tích hợp đo đếm. Thay vì việc chỉ có đo đếm ở tổng, ngày nay, nhờ có IoT, AI để thu thập dữ liệu, người ta đã tiến tới việc đo đếm đến từng phần tử. Từ đó phân tích dữ liệu, xác định nhu cầu sử dụng năng lượng tại các vị trí, sau đó sẽ điều khiển các hệ thống phân phối, tối ưu việc sử dụng năng lượng. Hay như công nghệ điều khiển chiếu sáng thông minh làm thay đổi cường độ sáng phù hợp cho từng khu vực trong nhà máy, bật/tắt khi cần thiết, kết hợp sử sụng đèn LED mang lại lợi ích đáng kể.

Tựu trung lại, TS. Đỗ Mạnh Cường khẳng định: Hiện nay TCVN ISO 50001: 2019 đã có, Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả sửa đổi cũng vừa được Quốc hội thông qua vào ngày 18/6/2025, bên cạnh việc chủ động lựa chọn nguồn năng lượng tiết kiệm và hiệu quả như năng lượng tái tạo thì chúng ta vẫn phải kết hợp sử dụng các công nghệ mới vào nhằm tối ưu việc sử dụng năng lượng.

Từ góc độ của nhà tư vấn triển khai dịch vụ công nghệ, ông Trần Thanh Hà, Giám đốc Công ty CP Giải pháp Công nghệ ELANI cho rằng, việc ứng dụng các Hệ thống Quản lý tòa nhà (BMS) hay hệ thống tự động hóa tòa nhà (BAS) là một ví dụ điển hình trong việc góp phần tiết kiệm năng lượng không chỉ cho các tòa nhà mà còn các nhà máy.

Ở đó, hệ thống điều khiển tự động và giám sát sẽ giám sát các hệ thống cơ điện (M&E) như cấp điện, cấp hơi, cấp khí, cấp gas, chiếu sáng, điều hòa và thông gió, cấp nước, xử lý nước thải, PCCC, thang máy, tích hợp với hệ thống an ninh giám sát, kiểm soát vào ra,… một cách linh hoạt và tối ưu. Hệ thống như vậy còn cho phép đo lường và giám sát năng lượng tiêu thụ một cách tự động và tạo ra các báo cáo năng lượng tuân theo chuẩn ISO 50001.

Hơn nữa, còn có thể tích hợp thêm các tính năng như tính toán hiệu suất hoạt động tổng thể của (cụm) máy hay của cả dây chuyền sản xuất (OEE) hay dự đoán bảo trì (Predictive Maintenance) dựa trên thông số hoạt động thu thập theo thời gian thực từ dưới quá trình sản xuất.

Ông Hà nêu trường hợp mà Công ty ELANI hiện đang tư vấn, triển khai giải pháp về TĐH trong việc giám sát năng lượng tiêu tụ, phân chia và tối ưu hóa lịch chạy của các phụ tải cho tổ hợp các nhà máy may của một Tập đoàn ở Việt Nam.

Bài toán phải giải quyết ở đây là: tại mỗi nhà máy cần phải đo lường và giám sát điện năng cung cấp từ điện lưới thông qua trạm biến áp và điện năng lượng mặt trời áp mái, giám sát điện năng tiêu thụ tại thời điểm hiện tại để cho phép một số phụ tại được hoạt động, một số phụ tải phải sa thải do công suất thiết kế các trạm biến áp đã cố định.

Giải pháp được đưa ra là tại mỗi nhà máy sẽ được trang bị hệ thống TĐH và giám sát năng lượng có các chức năng như: đo lường và giám sát điện năng cung cấp và điện năng tiêu thụ dựa trên các thông số điện năng đo lường được thì sẽ tự động tính toán và lập lịch phân chia chạy các phụ tải theo chương trình tối ưu.

Ví dụ, dựa trên thông số đo lường điện năng, có thể chạy mỗi cụm máy điều hòa tại từng thời điểm theo chương trình đã được lập lịch, tuy nhiên, vẫn phải đảm bảo ưu tiên cho các phụ tải phục vụ cho việc sản xuất như các máy may, máy cắt,… điều khiển giám sát các phụ tải bao gồm hệ thống điều hòa và thông gió, PCCC, bơm cấp nước, xử lý nước thải, chiếu sáng. Hệ thống điều khiển và giám sát tại phòng điều khiển trung tâm của mỗi nhà máy và kết nối với Trung tâm điều khiển giám sát của Tập đoàn.

Một ví dụ khác là ELANI đang triển khai ứng dụng hệ thống TĐH và giám sát điện năng của tòa nhà để cho phép cấp điện và tối ưu hóa phân chia điện năng cho các trạm sạc Pin xe điện. Việc cấp điện cho tòa nhà thông qua các trạm biến áp cũng đã được thiết kế theo công suất cố định.

Để cấp điện cho các trạm sạc Pin xe điện trong những tòa nhà như vậy thì yêu cầu phải đo lường công suất tiêu thụ thực tế tại các thời điểm và chỉ khi công suất tiêu thụ của tòa nhà dưới mức định mức cho phép thì mới được chia tải cho các trạm sạc Pin. Và cũng phải đo lường, điều khiển giám sát tự động các trạm sạc Pin để phân chia cho phép trạm nào được hoạt động sao cho tổng phụ tải tiêu thụ của các trạm sạc không được vượt quá tổng công suất cho phép của tòa nhà.

Giải pháp đưa ra là một hệ thống đo lường, điều khiển và giám sát điện năng cung cấp và điện năng tiêu thụ theo lịch được lập tự động, tối ưu và linh hoạt dựa trên thông số đo lương điện năng thực tế và trong thời gian thực. Hơn nữa, hệ thống phải giao tiếp được với hệ thống quản lý Pin của các xe để thực hiện các tính năng như chỉ được phép cho sạc khi Pin xe đã ở nhiệt độ an toàn cho phép, tự động sạc và ngắt sạc khi Pin đầy cũng như tính toán hóa đơn sạc,…

Theo ông Hà, những trường hợp cụ thể đó cho thấy công nghệ TĐH đóng góp rất đáng kể trong việc hiện thực hóa ISO 50001.

Sơ đồ nguyên lý Hệ thống Quản lý năng lượng cho Nhà máy Bia do ELANI tư vấn.

Khảo sát của Chương trình quốc gia về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả giai đoạn 2019 -2030 (VNEEP 3) cho thấy tiềm năng tiết kiệm năng lượng tại Việt Nam còn rất lớn, nhất là trong lĩnh vực công nghiệp. Hiện nay, cả nước có trên 3.000 cơ sở sử dụng năng lượng trọng điểm với tổng mức tiêu thụ điện trên 80 tỷ kWh/năm. Bà Đỗ Thị Minh Trâm, Phó Cục trưởng Cục Đổi mới sáng tạo, Chuyển đổi xanh và Khuyến công (Bộ Công Thương) cho biết, nếu chỉ tính riêng các doanh nghiệp này cùng chung tay thực hiện tiết kiệm ít nhất 2% lượng điện tiêu thụ/năm sẽ giúp tiết kiệm khoảng 1,6 tỷ kWh/năm, tương đương tiết kiệm hơn 3.200 tỷ đồng tiền điện.

Tại Việt Nam, ngành công nghiệp nặng như sản xuất thép, xi măng và hóa chất là những ngành tiêu thụ năng lượng lớn, chiếm đến hơn 30% tổng năng lượng tiêu thụ của khối ngành công nghiệp. Nếu áp dụng các Hệ thống TĐH thông minh theo ISO 50001 không chỉ cắt giảm được chi phí cho doanh nghiệp, tiết kiệm năng lượng cho quốc gia mà còn nhằm mục tiêu thúc đẩy quá trình cắt giảm khí nhà kính, tạo nên những tòa nhà xanh, nhà máy xanh, dễ dàng hơn trong việc được chứng nhận chứng chỉ ESG về môi trường, xã hội và quản trị doanh nghiệp.

Trà Giang - Hương Duyên