Внедрение частотно-регулируемого электропривода – изюминка энергоэффективности

Теперь уже можно с уверенностью утверждать, что у каждой страны в процессе экономического развития был такой период, как недооценивание необходимости и возможности экономить энергию. Столь распространенное мнение приводило большую часть потребителей и производителей к нерациональному использованию энергии, и как следствие, к энергетическому, а затем и к экономическому кризису.  Да, даже к кризису, потому что конкурентоспособность производства непосредственно зависит от эффективности применения первичного энергетического ресурса.

Вывод очевиден: повышение энергоэффективности – это и есть дополнительная энергетическая мощность. Ведь за счет экономии и рационального использования можно получить дополнительную энергию, не наращивая при этом существующих мощностей по ее производству. Ее можно будет использовать при реализации иных проектов или передать другому  потребителю на выгодных для себя, разумеется, условиях.

 Конкретный пример оценки эффективности внедрения частотно-регулируемого привода (ЧРЭП) насосов и вентиляторов, как основных технологических потребителей электроэнергии,  привели в докладена Международной научно-технической конференции «Энергосбережение – важнейшее условие инновационного развития АПК» в Минске кандидат педагогических наук Н.П. Коровкина и кандидат технических наук Н.Н. Пустовалова  – доценты Белорусского государственного аграрного технического университета.

Высокие темпы прироста потребления электроэнергии по сравнению с другими видами энергоносителей являются мощным стимулом развития экономики страны, основанном на внедрении передовых энерго- и ресурсосберегающих технологий, повышении уровня автоматизации и регулирования производственных процессов.

Анализ электробаланса предприятий показывает, что основными статьями расхода электроэнергии являются, в %: силовое электрооборудование – 28,7; электротехнология – 26.34; освещение – 16,5; вентиляция – 10,5. В сумме они составляют более 80% всей расходной части. Следовательно, именно здесь сосредоточены основные ресурсы экономии электроэнергии.

Из всей электроэнергии, потребляемой электроприводом, 40% приходится на электроприводы насосов и вентиляторов. Диаграмма передачи мощности от источника (например, трансформаторная подстанция) к потребителю (например, система водоснабжения) в упрощенном виде приведена на энергетической диаграмме рис. 1.

Рис. 1 − Энергетическая диаграмма

На энергетической диаграмме приняты следующие обозначения: Тр – питающий трансформатор со счетчиком отпускаемой энергии Сч.эн.; Лин. – подводящая линия; Дв. – электродвигатель; Нас. – рабочая машина (насос); Маг. – технологический орган (гидравлическая магистраль) с измерителями потребляемой энергии – расходомером Расх. и манометром Ман.    

Каждая ступень преобразования и передачи энергии независимо от способа реализации сопровождается потерями ΔР, значения которых существенно зависят от конкретного оборудования и режимов его работы.

Приведенная энергетическая диаграмма указывает пути энергосбережения:

− подача потребителю энергии, необходимой мощности Р_вых;

− выбор рационального с технической и экономической точек зрения типа регулируемого электропривода, позволяющего управлять скоростью в нужном диапазоне с минимальными потерями ΔР_дв;

− выбор рационального с технической и экономической точек зрения управления координатами, образующими потребляемую технологическими машинами мощность.

Так, например, можно управлять давлением в гидросистеме путем дросселирования или путем регулирования частоты вращения вала насоса. Первый способ регулирования обусловливает невысокий КПД технологического процесса и значительные потери электроэнергии, что приводит к износу трубопроводов самих механизмов, большим токам в пусковых режимах электроприводов и, вследствие этого, к частым и дорогостоящим ремонтам с большими затратами.

В электроприводе насосов обычно используется короткозамкнутый асинхронный электродвигатель, скорость которого целесообразно регулировать, влияя на частоту и амплитуду питающего напряжения (частотное регулирование). Переход от нерегулируемого асинхронного электропривода к электроприводу с регулируемой частотой вращения позволяет не только снизить потребление электроэнергии за счет оптимизации технологического процесса, но уменьшить износ технологического и электрического оборудования, повысить надежность его эксплуатации, увеличить ресурс. При частотном регулировании скорости двигателя последний питается от электрического преобразователя Эл.пр., благодаря чему Р_вых(t) ≈ Р_опт(t), а все потери ΔР будут минимальны, т.е. Р_вых(t)/Р_вх(t) будет максимальным при всех режимах и для любого момента времени.

Итак, целесообразным подходом к энергосбережению во всех технологиях, в которых используется электромеханическое преобразование энергии, является применение частотно-регулируемого электропривода (ЧРЭП).

Целью работы явилось определение эффективности при установке ЧРЭП на насосных агрегатах. Расчет эффективности производился следующим образом.

Мощность, потребляемая насосным агрегатом до установки ЧРЭП:

Здесь Р_ф − потребление электрической мощности до установки ЧРЭП, кВт; Q_н− номинальная производительность насоса, м³/ч; Н_н − номинальный напор, развиваемый насосом, м; η_дв − КПД двигателя; η_н − КПД насоса.

Мощность, потребляемая насосным агрегатом после установки ЧРЭП:

Здесь Р_пч − потребление электрической мощности после установки ЧРЭП, кВт; Q_т − требуемая производительность насоса, равная, м³/ч; Н_т − требуемый напор, развиваемый насосом, м; η_пч − КПД преобразователя частоты.

Потребление электроэнергии до установки ЧРЭП:

Т_р − время работы в году, час.

Потребление электроэнергии после установки ЧРЭП:

W_пч = Р_пч Т_р

Экономия электроэнергии в год составит:

Стоимость сэкономленной электроэнергии:

Э = ΔW∙ C, руб.

С − стоимость кВт∙ч электроэнергии, руб./кВт∙ч. Стоимость кВт∙ч электроэнергии была принята 170 руб./кВт∙ч.

При ориентировочном определении капитальных вложений (К) согласно стоимость проектных работ – 4%, монтажных − 3%, пуско-наладочных – 5% от стоимости оборудования (С_обор., т. руб.).           

К = 1,12С_обор., т. руб

Срок окупаемости: 

S_о= К/Э, мес.

Исходные данные для расчета эффективности мероприятия при внедрении ЧРЭП на насосных агрегатах приведены в табл. 1.

Таблица 1. Паспортные данные насосов

В табл. 2 приведены данные расчета по определению экономической эффективности при установке ЧРЭП на насосных агрегатах.

Таблица 2. Показатели экономической эффективности

*Насос для приготовления перегретой воды

Произведенные расчеты показывают, что, кроме известных преимуществ ЧРЭП, таких как наиболее технологичные способы регулирования частоты вращения и момента вращения электродвигателей переменного тока, при использовании частотно-регулируемого электропривода достигается значительная экономическая эффективность.

www.energobelarus.by