ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КАК ЭКОНОМИЯ СРЕДСТВ

Чернов А.В.

Магистрант, Филиал ФГБОУ ВПО «Уфимский государственный нефтяной технический университет»,  г. Салават

ЧАСТОТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ КАК ЭКОНОМИЯ СРЕДСТВ

Аннотация

В статье рассматривается одно из наиболее эффективных решений для энергосбережения – внедрение частотно-регулируемого электропривода переменного тока на базе асинхронного короткозамкнутого двигателя. Показан пример использования частотно-регулируемого электропривода на нефтехимическом производстве.

Ключевые слова: частотно-регулируемый электропривод, энергосбережение, эффективность, экономия, стоимость, регулирование.

Chernov A.V.

Master student, Branch FGBOU VPO "Ufa State Oil Technical University", in the city of Salavat

INVERTER AS SAVINGS

Abstract

This article examines one of the most efficient solutions to save energy – the introduction of variable frequency AC drive based on an asynchronous squirrel-cage motor. Shows the use of variable frequency drive on the petrochemical industry.

Keywords: VFD, energy, efficiency, economy, cost, control.

Энергосбережение (или рационализация производства, распределения и использования всех видов энергии) стало в последние годы одним из основных приоритетных направлений технической политики во всех развитых странах мира. Энергосбережение в любой сфере сводится к снижению бесполезных потерь. Анализ структуры потерь в сфере производства, распределения и потребления электроэнергии показывает, что определяющая потерь (до 90%) приходится на сферу потребления.

Электропривод, являясь энергосиловой основой современного производства, потребляет около 60% всей вырабатываемой электроэнергии, следовательно, основной эффект энергосбережения может быть получен в этой сфере. Большая часть электроэнергии потребляется электроприводами на основе повсеместно используемых асинхронных электродвигателей (АД) с короткозамкнутым ротором, для которых основным направлением энергосбережения является переход от нерегулируемого электропривода к регулируемому. Это направление принято в мировой практике и интенсивно развивается, чему активно способствуют два совпавших во времени события: наметившийся дефицит энергоресурсов и ощутимый рост их стоимости и выдающиеся успехи силовой электроники и микроэлектроники.

Из спектра различных решений, применяемых для энергосбережения, одно из наиболее эффективных и быстроокупаемых, требующих относительно небольших капиталовложений – внедрение высокотехнологичной и наукоемкой энергосберегающей техники – частотно-регулируемых асинхронных приводов, позволяющих оптимизировать режимы работы оборудования в широком диапазоне изменения нагрузок.

В настоящее время предлагается множество методик оценки эффективности использования частотно-регулируемого электропривода (ЧРП).

Рекомендации, разработанные в Московском энергетическом институте, помогут сотрудникам предприятий, на которых планируются или уже проводятся мероприятия по энергосбережению и оптимизации технологических процессов. Расчеты, произведенные на основании рекомендаций, позволяют сделать с высокой степенью достоверности вывод о целесообразности применения ЧРП на конкретных объектах и обеспечить эффективное расходование средств, выделяемых предприятием для решения задач энергосбережения [1].

Целесообразность применения ЧРП взамен дросселирования оценивается по заданным диаграммам требуемого расхода при расчетном цикле работы механизмов следующим образом:

1. Регистрируют номинальные данные вентилятора (насоса) Q_ном, м3/час,  Н_ном, м в.cт., η _{вент.ном} и двигателя Р_дв.ном, кВт, n_ном, об/мин, η _дв.ном;

2. На действующей установке измеряют или устанавливают расчетным путем мощность Р, кВт, потребляемую двигателем, и производительность Q, м3/час, при полностью открытой задвижке или заслонке (Р_макс и Q_макс) и в ряде промежуточных точек и строят зависимость Р, кВт от относительного расхода – график 1 (Рис. 1);

 

Рис. 1 - График зависимости потребляемой мощности от расхода

  3. Определяют требуемую мощность преобразователя частоты Р_пч, кВт по формуле:

;

4. Строят зависимость потребляемой мощности Р, кВт, от относительного расхода Q*, при частотном регулировании скорости по формуле:

,

и получают кривую 2 (Рис. 1). Разница ∆Р между кривыми 1 и 2 – экономия мощности при частотном регулировании скорости; 5. По величине с помощью кривой 2 оценивают допустимый расход  Q*_доп при номинальном режиме двигателя и проверяют условие:

,

слишком большой запас по расходу свидетельствует о неудачном выборе оборудования;

 

Рис. 2 - Диаграмма зависимости относительного расхода от времени

6. Строят диаграмму зависимости относительного расхода Q* от времени t – Рис. 2. За цикл удобно принять число часов работы насоса в году.

Перестраивают с помощью Рис. 1 диаграмму расхода Q*(t) в диаграмму сэкономленной мощности ∆P(t) (Рис. 3), определяя ∆Р, на каждом интервале по соответствующему значению Q* из Рис. 2.

7. Определяют энергию, сэкономленную за цикл (год) ∆Э_ц  по формуле:

,

где    m – число участков цикла с разными ∆P_i;

8. Определяют при заданном тарифе Ц_эл.эн. (руб/кВт·ч или USD/ кВт·ч) стоимость сэкономленной электроэнергии за год (руб/год или USD/год) по формуле:

;

 

Рис. 3 – Диаграмма сэкономленной мощности

9. Определяют срок окупаемости выбранного оборудования Т_ок, год по формуле:

,

где    Ц_пч – стоимость выбранного оборудования, руб. или USD;

Ц_эл.эн. – тариф (цена) 1 кВт×ч электроэнергии, руб. или USD;

k > 1 – коэффициент, учитывающий эффект дополнительного ресурсосбережения, для сетевых и подпиточных насосов ТЭС значение коэффициента k может быть принято равным k = 1,25 - 1,35.

Низкая реальная эффективность проектов внедрения ЧРП во многом определяется субъективными факторами.

В последнее время, в частности, стала довольно распространенной практика оптовой закупки оборудования высшим менеджментом предприятий (компаний), без даже поверхностного предварительного технико-экономического обоснования. Закупленное оборудование "сбрасывается" в подчиненные структуры с предписанием документально зафиксировать "высокую подтвержденную эффективность внедрения". Даже в тех случаях, когда ущербность реализованных проектов становится очевидной, никаких мер для исправления положения дел чаше всего не предпринимается.

Пренебрежение объективным анализом производственной ситуации и по-видимому, отсутствие ответственности за экономическую состоятельность проектов внедрения ЧРП является главной причиной сложившейся, в целом удручающей ситуации.

Внедрение регулируемого электропривода в подавляющем большинстве случаев стимулируется агрессивно-невежественной рекламой, фирмами, заинтересованными в расширении рынков сбыта собственной продукции, посредниками, часто закамуфлированными (что крайне неприятно) под независимые энергоаудиторские организации. Эксплуатационный персонал предприятий, знакомый с проблемами н особенностями конкретного производства, большей частью отстранен от принятия решений.

В качестве примера был произведен анализ работы насосов Н-1, Н-2 по перекачки оборотной воды на производстве этилен-пропилена, нефтехимического завода.

Первоначально регулировка технологического процесса производилась путем изменения степени закрытия клапана при номинальной частоте вращения насоса. В результате реализации проекта по установке ЧРП, имея автоматическое поддержание технологического параметра, ЧРП насосов работали в ручном режиме задание частоты вращения и как следствие использовались с пониженной эффективностью (Рис. 4, 5 – тренды до настройки ЧРП).

В ходе проведенных мероприятий по отладке вновь смонтированных преобразователей частоты, а также отстройке настроечных параметров регуляторов и пересмотрев уставки технологических параметров, регулирование технологического процесса стало осуществляться частотой вращения насоса при полностью открытом клапане.

Перевод насосов на автоматическое регулирование частоты вращения позволяет снизить гидравлическое сопротивление трубопровода и как следствие снизить затраты на электроэнергию (таб. 1, Рис. 4, 5 – тренды после настройки ЧРП).

 

- - - - тренд в период с 01.09 по 01.12, среднее значение тока 147,6 А,

–––– тренд в период с 05.12 по 01.05, среднее занчение тока 128,2 А

Рис. 4 – Анализ работы насоса Н-1

 

 

- - - - тренд в период с 03.09 по 05.12, среднее значение тока 162,1 А,

–––– тренд в период с 10.12 по 07.05, среднее занчение тока 124,6 А

Рис. 5 – Анализ работы насоса Н-2

Таблица 1 - Экономическая эффективность

Позиция	Номинальная мощность, кВт	ЭкономияЭЭ., %	ЭкономияЭЭ за год, МВт×ч/год	Экономия за год, тыс. руб.
Н-1	90	13,15	94,72	174,1
Н-2	110	21,14	203,63	374,3

Подводя итог, можно сделать ряд выводов. Перед началом внедрения рекомендуется провести технико-экономическое обоснование, позволяющее определить не только сроки окупаемости от внедрения, но и правильно организовать технологический процесс с учетом возможностей приводов с чатотным регулированием. Целесообразно использование преобразователей частоты не в качестве элементов системы управления конкретного агрегата, а как составляющих комплексных системных решений с подключением широкого набора средств автоматизации технологического процеса. Такие решения позволяют получить дополнительных эффект, который заведомо больше простой экономии электрической энергии.