Задача:
-
Посредством внедрения частотного регулирования производительности насосов необходимо реализовать функцию поддержания заданного значения давления воды в трубопроводе при различных значениях объема ее потребления.
-
Исключить возможность возникновения гидроударов в момент пуска насосов.
-
Снизить энергопотребление.
-
Увеличить периодичность обслуживания и срок службы оборудования.
Исходные данные
Количество насосов – 4
Мощность насосов – 7.5 кВт, 11 кВт, 15 кВт, 45 кВт
Суммарная мощность насосов – 78.5 кВт
Стоимость 1 кВт электроэнергии – 5 рублей
Необходимое давление – до 4 атм.
Время непрерывной работы каждого насоса – 24 часа в сутки
Оценка затрат
Каждый насос, подключенный напрямую к питающей сети, потребляет электроэнергии на сумму:
в час: 7.5кВт * 5.00 руб. = 37. 50 руб.
в сутки: 37. 50 руб. * 24 часа = 900. 00 руб.
в год: 900. 00 руб. * 365 дней = 328 500. 00 руб.
в час: 11.0кВт * 5. 00 руб. = 55. 00 руб.
в сутки: 55. 00 руб. * 24 часа = 1 320. 00 руб.
в год: 1 320. 00 руб. * 365 дней = 481 800. 00 руб.
в час: 15.0кВт * 5. 00 руб. = 75. 00 руб.
в сутки: 75. 00 руб. * 24 часа = 1 800. 00 руб.
в год: 1 800. 00 руб. * 365 дней = 657 000. 00 руб.
в час: 45.0кВт * 5. 00 руб. = 225. 00 руб.
в сутки: 225. 00 руб. * 24 часа = 5 400. 00 руб.
в год: 5 400. 00 руб. * 365 дней = 1 971 100. 00 руб.
Итого, общая стоимость энергопотребления в год составит: 3 438 400. 00 руб.
На практике, насосы обычно выбирают с запасом по производительности, которая часто бывает излишней. Регулировку этой производительности обычно производят механическим способом с помощью вентилей, задвижек и т.п., что не эффективно, так как при уменьшении размера канала для прохождения жидкости на насос и его двигатель накладывается дополнительная нагрузка. Это приводит к дополнительному увеличению энергопотребления. Т.е. производительность уменьшилась, а энергопотребление увеличилось.
Если рассматривать вариант периодического включения / выключения насосов, например, подпиточные насосы, то здесь мы сталкиваемся с регулярными гидроударами системы и периодической повышенной нагрузкой на механические детали в момент пуска электродвигателя. Такой режим значительно снижает надежность системы и сроки службы ее отдельных элементов.
Стоимость преобразователя Р300-40Т-0075 (3ф, 380В, 7.5кВт, 17.0А) 33 200. 00 руб.
Стоимость преобразователя Р300-40Т-0110 (3ф, 380В, 11.0кВт, 25.0А) 42 800. 00 руб.
Стоимость преобразователя Р300-40Т-0150 (3ф, 380В, 15.0кВт, 32.0А) 50 900. 00 руб.
Стоимость преобразователя Р300-41Т-0450 (3ф, 380В, 45.0кВт, 91.0А) 144 700. 00 руб.
Итого, затраты на приобретение частотных преобразователей: 271 600. 00 руб.
Оценка эффективности от внедрения частотного регулирования
КПД частотного преобразователя более 97%. То есть, практически вся энергия, получаемая от питающей сети, передается на электродвигатель.
Стандартный общепромышленный насос комплектуется стандартным общепромышленным асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Такой двигатель прост по конструкции, обладает высоким КПД и надежностью, но и обладает несколькими недостатками: высокий пусковой ток, высокий пусковой момент, зависимость частоты вращения от количества пар полюсов и частоты питающего напряжения.
Частотный преобразователь с легкостью устраняет все эти недостатки. Он способен плавно разгонять и останавливать электродвигатель, с легкостью изменяет обороты и крутящий момент двигателя в процессе его работы.
Энергоэффективность как раз и заключается в изменении оборотов двигателя (производительности насоса) в зависимости от поставленной задачи.
Стандартный электродвигатель рассчитан на номинальную частоту питающего напряжения 50Гц. На этой частоте он выдает свои номинальные обороты, обычно: 1000об./мин., 1500об./мин., 3000об./мин. Насос в комплекте с таким двигателем на частоте 50Гц также выдает свою номинальную производительность.
Производительность насоса можно изменить, изменив обороты двигателя, в свою очередь, изменив частоту питающего напряжения с помощью частотного преобразователя.
Из физики мы знаем, что работа A есть перемещение тела массой m из точки A в точку B, а мощность N есть скорость выполнения этой работы.В нашем случае мощностью можно считать обороты насоса, т.е. желание, с какой скоростью мы хотим перекачивать жидкость.
Следовательно, понижая обороты насоса и зная КПД преобразователя частоты, мы сможем экономить электричество за счет снижения потребляемой мощности (снижения оборотов, производительности):
Снижение частоты на 5Гц (10%) снижение энергопотребления примерно на 9%
Снижение частоты на 10Гц (20%) снижение энергопотребления примерно на 18%
Снижение частоты на 15Гц (30%) снижение энергопотребления примерно на 27%
Больше на непрерывно работающем насосе сэкономить невозможно.
Если же в процессе работы насоса имеются временные интервалы с нулевым потреблением жидкости, частотный преобразователь с легкостью реализует режимы сна и пробуждения. В этом случае экономия по энергопотреблению возрастет еще больше. Экономия будет возрастать со временем неработающего состояния насоса.
ИТОГО:
Общая стоимость энергопотребления непрерывно работающих насосов в год составит: 3 438 400. 00 руб.
Затраты на приобретение частотных преобразователей составят: 271 600. 00 руб.
Уменьшение производительности насосов на 5% примерная экономия в год: 309 456. 00 руб.
Уменьшение производительности насосов на 10% примерная экономия в год: 618 912. 00 руб.
Уменьшение производительности насосов на 15% примерная экономия в год: 928 368. 00 руб.
Срок окупаемости оборудования при 5% примерно: 10.6 месяцев
Срок окупаемости оборудования при 10% примерно: 5.3 месяца
Срок окупаемости оборудования при 15% примерно: 3.6 месяца
К экономии следует прибавить снижение износа оборудования, уход от гидроударов и пусковых токов, удобство управления оборудованием, автоматическое поддержание технологических параметров.