Частотно- регулируемый электропривод (ЧРП)

Для преобразования электрической энергии в механическую используется электропривод. Особенностью электропривода является то, что цена электроэнергии, расходуемой ежегодно средним двигателем, в несколько раз превышает цену самого двигателя. Это является мощным стимулом для энергосбережения.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) Парк электроприводов в подавляющем большинстве составляют нерегулируемые трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором. В настоящее время лишь 5 10 % электроприводов являются управляемыми и используются в установках со сложными технологическими процессами. В промышленности до 60 % энергопотребления приходится на привод центробежных механизмов: насосов, компрессоров, вентиляторов.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) Существуют различные способы управления производительностью вентиляторов и насосов: дросселирование нагрузки, использование направляющих аппаратов, байпасное регулирование, снижение единичной мощности агрегатов и увеличение их количества и т. д.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) Наиболее эффективным способом является регулирование скорости вращения и использования частотного регулирования приводов (ЧРП). На рисунке приведены экспериментальные зависимости потребляемой электрической мощности от глубины регулирования расхода воздуха для вентиляторов ЦВ-55 и ЦН-53 при различных способах регулирования.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) Зависимость потребляемой мощности от глубины регулирования вентиляторов ЦВ-55 и ЦН-53 при различных способах регулирования. 1 - дросселирование; 2 - упрощенный направляющий аппарат; 3 - осевой направляющий аппарат; 4 – гидромуфта; 5 – реостат в цепи ротора; 6 – изменение числа оборотов двигателя при неизменном КПД двигателя ( идеальный способ регулирования). (вентиляторы с загнутыми назад –ЦН-53 и вперед ЦВ- 55 лопастями).

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) Дутьевые вентиляторы и дымососы, питательные, бустерные, конденсационные насосы – основные потребители электроэнергии на собственные нужды для тепловых электростанций (ТЭС). Для энергоблоков мощностью МВт, работающих на газе, на долю упомянутых механизмов приходится, в среднем ,1%; для работающих на угле эта величина составляет ,8%.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) Применение ЧРП на насосах и вентиляторах обеспечивает интегральное снижение потребляемой мощности на 25-40% и позволяет увеличить мощность энергоблока в среднем на 1-2% за счет исключения в водяных и воздушных трактах дросселей и заслонок, а также улучшение технологических процессов выработки электроэнергии, например, сжигания топлива.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) Поэтому для механизмов собственных нужд ТЭС, непосредственно участвующих в процессе производства электроэнергии прежде всего дымососы и дутьевые вентиляторы, питательные насосы и т.п.), должны учитываться совокупно как фактор увеличения мощности энергоблока, так и фактор энерго- и ресурсосбережения.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) Не менее эффективно применение ЧРП в коммунальном хозяйстве. Переход от нерегулируемого асинхронного электропривода насосов и вентиляторов в системах водо- и воздухоснабжения городских РТС, котельных и центральных тепловых (ЦТП) к частотно- регулируемому позволяет экономить до 60% электроэнергии, а в системах водоснабжения –до 25% потребления холодной воды и до 15% горячей воды.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) Указанная экономия достигается за счет исключения ненужных для комфортного водо-и воздухоснабжения избытков напора (давления), закладываемых при проектировании системы, а также возникающих в процессе работы изменениях расхода, при росте напора в водоснабжающих магистралях и т.п.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) Экономия воды в системах водоснабжения связана с устранением при регулируемом электроприводе ненужных избытков давления (напора. Для существующих систем водоснабжения в коммунальной сфере каждая лишняя атмосфера (10 м.в.ст.) вызывает за счет больших утечек дополнительные 7-9% потерь воды.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) Если при некоторой характеристике магистрали (рис.15.2) нерегулируемый насос с характеристикой 1 создает напор Н 1, которому соответствует мощность, пропорциональная Н 1 Q 1, а для комфортного водоснабжения достаточно напора Н 2 при мощности Н 2 Q 2, то переход за счет ЧРП на характеристику насоса 2 позволит сэкономить мощность H 1 Q 1 – H 2 Q 2 (заштрихована на рис.15.2)

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) Применение ЧРП дает ряд дополнительных преимуществ: – экономию тепла в системах горячего водоснабжения за счет снижения потерь воды, несущей тепло; – возможность создавать при необходимости напор выше основного; – уменьшение износа основного оборудования за счет плавных пусков, устранения гидравлических ударов, снижения напора. По имеющемуся опыту в коммунальной сфере количество мелких ремонтов основного оборудования снижается в два раза,

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) – снижение шума, что особенно важно при расположении насосов пли вентиляторов вблизи жилых или служебных помещений; – возможность комплексной автоматизации систем водо – и воздухоснабжения. В настоящей инструкции эти факторы учитываются приближенно, введением коэффициента к > 1. По данным специалистов института EPRI (США) эффективность ресурсосбережения при использовании ЧРП соизмерима с экономическим эффектом от энергосбережения. Объективная и количественная оценка указанных факторов может быть получена по мере накопления опыта эксплуатации ЧРП.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) Определение экономического эффекта при установке ЧРП на ТЭС или в промышленности. Целесообразность применения ЧРП вместо дросселирования оценивается по заданным диаграммам требуемого расхода при расчетном цикле работы механизмов следующим образом: 1.Регистрируют номинальные данные вентилятора (насоса) Qном,м3/час; Hном,м.в.ст. ; ηном.вент и двигателя Nдв.ном,кВт; nном,об/мин; ηдв.ном

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) 2. На действующей установке измеряют или устанавливают расчетным путем мошность N, кВт, потребляемую двигателем, и производительность Q, м3 /ч при полностью открытой задвижке или заслонке (N макс и Q макс ) и в ряде промежуточных точек, и строят зависимость N, кВт от относительного расхода Q*=Q/ Q макс.

К расчету ТЭО ЧРП

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) При расчете экономии от внедрения ЧРП на механизмах, непосредственно участвующих в процессе производства электроэнергии – дымососы и дутьевые вентиляторы, питательные насосы и т.п., график N(Q*) перестраивается в аналогичную зависимость от относительной мощности энергоблока (кривая 2 рис.15.3):

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) 3. Определяют требуемую мощность преобразователя частоты N П.Ч., кВт: N П.Ч. = (1,1 – 1,2) N МАКС 4. Строят зависимость потребляемой мощности N, кВт, от относительного расхода или относительной мощности блока при частотном регулировании скорости по формуле : N = N МАКС. (Q*)3 и получают кривую 1 на рис Разница ΔN между кривыми 1 и 2 - экономия мощности при частотном регулировании скорости.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП)

В некоторых случаях регулирование расхода осуществляется с помощью обводной байпасной задвижки. При этом, при любых расходах воды через потребителя, насос работает на полную мощность и потребляется электрическая мощность, соответствующая максимальному расходу (кривая 3 рис.15.3). В этом случае экономия мощности при частотном регулирования определяется разницой ΔN между кривыми 1 и 3.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) 5. По величине с помощью кривой 1 оценивают допустимый расход при номинальном режиме двигателя и проверяют условие: 1< Слишком большой запас по расходу свидетельствует о неудачном выборе оборудования. 6. Строят диаграмму зависимости относительного расхода или относительной мощности блока от времени Т (рис 15.4). 3а цикл удобно принять число часов работы насоса или энергоблока в году.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) 7. Перестраивают с помощью рис диаграмму расхода Q*(t) или N*( t ) в диаграмму сэкономленной мощности ΔN(t) (рис 15.5), определяя на каждом интервале по cooтветствующему значению Q* или N* из рис 15.4.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП)

8. Определяют энергию, сэкономленную за цикл (год)Wц: где m – число участков цикла с разными.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) 9. Определяют при заданном тарифе Цэл.эн. (руб./кВт. ч) стоимость съэкономленной электроэнергии за год (руб./год):

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) 10. Определяют срок окупаемости выбранного оборудования, год. где: - стоимость выбранного преобразователя частоты, руб, - тариф (цена) 1 кВтч электроэнергии, руб., К - коэффициент, учитывающий эффект дополнительного ресурсосбережения для сетевых и подпиточных насосов ТЭС. Значение коэффициента может быть принято равным = 1,25 ÷ 1,35.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) Оценка экономического эффекта при использовании ЧРП в насосных станциях ЦТП коммунальной сферы.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) Особенность режимов работы насосов холодного и горячего водоснабжения на ЦТП состоит в том, что расход воды определяется потребителями, а не задается принудительно. Регулируя скорость двигателя, изменяют напор, развиваемый насосом. Экономический эффект устанавливается на основе следующих простейших измерений и расчетов:

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) 1. Регистрируют номинальные данные насоса: -номинальный расход насоса, м 3 /час; - номинальный напор насоса, м.вод.ст.; - КПД насоса номинальный; - номинальная мощность двигателя, кВт; - номинальная частота вращения, об/мин; -КПД электродвигателя двигателя; Cos φ - - коэффициент мощности.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) 2. В часы максимального водопотребления (8-10 ч или ч в коммунальной сфере, 3-15 ч в административных зданиях и т.п.) измеряют напор насоса Н, м.вод.ст., на входе Н ВХ, и выходе Н ВХ по манометрам, установленным в системе. В течение часа делается несколько измерений, результаты усредняются.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) 4. Измеряют средний расход за сутки Q СР, м 3 /ч по разности показаний расходомеры в начале Q 1 и в конце Q 2 контрольных суток:

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) 5. Рассчитывают минимально необходимый общий напор по формуле: Н НЕОБХ. = С. n +D, м.вод.ст.; где: n- число этажей (включая подвал – для индивидуальных тепловых пунктов); для группы домов – число этажей самого высокого дома; С = 3 -для стандартных домов; С = 3,5 - для домов повышенной комфортности; D = 10 - для одиночных домов и 15 – для группы отдельно стоящих домов, обслуживаемых ЦТП.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) 6. Оценивают требуемый напор, обеспечиваемый регулируемым насосом: Если Н ВХ (напор в подводящей магистрали) существенно изменяется, следует использовать Н ВХ.МИН

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) 7. Определяют требуемую мощность преобразователя частоты : Величину КПД насосного агрегата определяют как где К – определяется по кривой на рис.15.6 для расхода Q СР измеренного в п.4 и отнесенного к Q НОМ из п.1

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) 8. Экономия электроэнергии достигается за счет уменьшения давления воды на нагнетании от Н ВЫХ до минимально необходимой величины Н НЕОБХ. Годовая экономия электроэнергии кВт. ч определяется по формуле: где t ГОД – число часов работы оборудования в году.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) 9. Определяют цену годовой экономии электроэнергии, руб/год, по формуле: где Ц ЭЛ.ЭН – стоимость 1 кВт. ч электроэнергии, руб.

Частотно-регулируемый электропривод (ЧРП) 10. Определяют цену годовой экономии воды, руб./год: ( 7% потерь воды на каждые избыточные 10 м. вод. ст)