Việt Nam là một nước đang phát triển với tốc độ phát triển khá cao. Và điều tất yếu đi cùng với nó là nhu cầu về năng lượng ngày càng gia tăng. Để đảm bảo tiếp tục duy trì được tốc độ này mà không xảy ra tình trạng thiếu hụt năng lượng trầm trọng, Chính phủ đã cho xây dựng hàng loạt nhà máy nhiệt điện mới. Song song với việc xây dựng nhà máy điện mới và tìm kiếm các nguồn năng lượng mới, Chính Phủ cũng tăng cường tuyên truyền, khuyến khích việc tiết kiệm điện và đẩy mạnh nghiên cứu các giải phát tiết kiệm năng lượng. Đối với các hộ tiêu thụ điện dân dụng, biện pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả là sử dụng hợp lý các thiết bị điện (tắt những thiết bị không cần thiết, dùng thiết bị tiết kiệm năng lượng…).

Trong công nghiệp, khuyến khích sản xuất vào giờ thấp điểm bằng phương thức điện ba giá (với giá điện vào giờ thấp điểm thấp hơn nhiều), các hộ tiêu thụ cũng phải tự tính toán thiết kế sao cho hệ thống của mình có hiệu suất cao nhất.

Sản xuất và tiêu thụ bia ở nước ta đang có những bước phát triển mạnh trong những năm gần đây. Theo báo cáo của hãng bia Kirin (Global Beer Consumption by Country in 2012) về tổng lượng bia tiêu thụ, Việt Nam xếp thứ 10 trên thế giới và thứ 3 tại châu Á, sau Trung Quốc và Nhật Bản. Sự phát triển của ngành công nghiệp bia kéo theo sự gia tăng về sử dụng năng lượng. Chi phí năng lượng đóng vai trò quan trọng trong cấu thành giá sản phẩm, việc giảm tiêu hao năng lượng sẽ giúp hạ giá thành, tăng sức cạnh tranh cho sản phẩm.

Theo báo cáo của Bộ Công Thương về đánh giá tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong ngành công nghiệp đồ uống năm 2013 (Assessment Energy Saving Potential in the Beverage Industry), định mức tiêu hao điện năng, nhiệt năng và tổng năng lượng của ngành bia lần lượt là 45,1 MJ/hl, 144,4 MJ/hl, 189,5 MJ/hl. Các kết quả này đều cao hơn so với báo cáo tương tự của Canada, Nhật Bản.

Do vậy tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong ngành bia vẫn còn bỏ ngỏ với nhiều cơ hội. Cần tập trung vào khía cạnh cải tiến công nghệ và quản lý, việc ứng dụng công nghệ mới vào sản xuất và quản lý chặt chẽ trong quá trình hoạt động sẽ đưa lại hiệu quả về sử dụng năng lượng đồng thời sẽ tiết kiệm được thời gian sản xuất, tăng tuổi thọ máy móc, giảm lượng chất thải, lượng CO₂ ra ngoài môi trường.

Do vậy, trong phạm vi đề tài, tác giả tập trung nghiên cứu giải pháp tiết kiệm năng lượng hệ thống lạnh trong nhà máy bia với mong muốn mang lại hiệu quả tối đa trong việc vận hành hệ thống, giảm thiểu chi phí điện năng tiêu thụ, nâng cao tuổi thọ thiết bị và giá thành sản phẩm.

Trong khi đó, ngành công nghiệp sản xuất bia, có lịch sử phát triển lâu đời (nhà máy bia đầu tiên trên thế giới được xây dựng tại Đức năm 1040, và ngay tại thời điểm đó, bia đã trở thành thức uống rất được ưa chuộng tại các nước châu Âu như: Tiệp Khắc, Đan Mạch, Pháp,… Hiện nay, ngành công nghiệp bia phát triển rất nhanh, đem lại nguồn thu nhập cao cho ngành kinh doanh bia và các dịnh vụ, sản phẩm phụ đi kèm.

Theo báo của Kirin (Global Beer Consumption by Country in 2012) năm 2012 lượng bia tiêu thụ trên thế giới đạt 197,37 tỉ lít, tăng 1% so với năm 2011 và năm tăng trưởng thứ 27 liên tiếp. Do đó, năng lượng sử dụng trong các nhà máy bia là rất lớn. Ở các nước tiên tiến trên thế giới, việc nghiên cứu các giải pháp tiết kiệm năng lượng tiêu thụ trong nhà máy bia đang được nghiên cứu và ứng dụng một cách rộng rãi. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí sản xuất mà còn góp phần giảm thiểu phát thải, trong xu hướng sản xuất thân thiện hơn với môi trường đang dần phổ biến. Đi đầu về công nghệ có thể kể đến châu Âu, châu Mỹ và Nhật Bản. Các công nghệ áp dụng tập trung vào giảm tiêu hao tại khu vực nhà nấu, hệ thống lạnh, hệ thống thanh trùng, tiết kiệm nước nóng và giảm phát thải trong sản xuất. Kèm theo đó là các giải pháp về quản lý trong nhà máy, chính sách năng lượng mới.

Kết quả là định mức tiêu hao năng lượng (MJ/hl) của ngành bia các quốc gia kể trên luôn thấp hơn so với khu vực khác.

Trong công nghệ sản xuất, kỹ thuật đóng vai trò quan trọng nhất. Chính vì vậy chúng ta phải thường xuyên cập nhật thông tin về kỹ thuật mới nhất, tốt nhất đang được sử dụng và áp dụng cụ thể theo đặc trưng từng nhà máy. Muốn vậy, các nhà máy phải có những chuyên môn am hiểu về kỹ thuật, nắm rõ quy trình công nghệ, chi tiết nhỏ trong nhà máy. Từ đó mới có thể đưa ra giải pháp phù hợp, áp dụng một cách khoa học vào từng nhà máy.

Bên cạnh các giải pháp về kỹ thuật, các giải pháp về quản lý sản xuất cũng có vai trò quan trọng trong việc tiết kiệm năng lượng trong nhà máy. Bố trí lịch sản xuất liên tục, giảm số lần chạy dừng giữa các chu kỳ sản xuất, nâng cao kiến thức và ý thức của người vận hành qua các hội thảo, các chương trình đào tạo.

Các nhà máy đang hoạt sau một thời gian sẽ có những hao mòn, hỏng hóc, ta cần phát hiện nhanh các yếu tố này qua kiểm tra thường xuyên. Định mức sử dụng năng lượng trong nhà máy có thể được quản lý bằng việc lắp các thiết bị đo kiểm, so sánh số liệu qua các thời gian, nhằm phát hiện các biến đổi không mong muốn, xử lý kịp thời.

Như vậy, cải thiện hiệu suất sản xuất và hiệu quả sử dụng năng lượng sẽ đóng vào việc quản lý nhà máy và bảo vệ môi trường, cụ thể là lợi nhuận sẽ tăng lên, hiệu suất tăng, chi phí xử lý chất thải giảm, thân thiện với môi trường. Quá trình lên men, hạ nhiệt của dịch và bảo quản bia thành phẩm được thực hiện ở nhiệt độ thấp, do đó trong nhà máy bia cần thiết phải thiết kế và lắp đặt một hệ thống lạnh đảm bảo cung cấp lượng lạnh tới các hộ tiêu thụ. Hệ thống cấp lạnh bao gồm các cụm thiết bị: máy nén lạnh, dàn ngưng tụ, dàn bay hơi và các thiết bị phụ như: bơm, phụ kiện van, các thiết bị điều khiển và đo lường, thiết bị giải nhiệt,… Để thực hiện quá trình làm lạnh trong các tank lên men người ta thường dùng phương pháp truyền thống là sử dụng chất tải lạnh bằng dịch glycol hoặc nước muối.

Tuy nhiên, trong điều kiện cạnh tranh như hiện nay, vấn đề tiết kiệm năng lượng đang là cấp thiết cho nhà máy và đây cũng là vấn đề mà đề tài đang quan tâm nghiên cứu.

Hệ thống được nghiên cứu thiết kế, vận hành theo chế độ phân tầng nhiệt glycol đồng nghĩa giảm độ chênh nhiệt độ làm việc của máy nén lạnh, công nén giảm, hệ số làm lạnh COP tăng giúp giảm tiêu hao điện năng sử dụng trong quá trình vận hành máy nén lạnh.

Ngoài ra, với hiệu quả trao đổi nhiệt cao khi sử dụng cùng một lượng glycol cũng đồng nghĩa với việc giảm được lượng glycol tuần hoàn đáng kể, qua đó công suất bơm giảm và mức tiêu thụ điện năng vận hành bơm cũng giảm.