Skip to content
Вы здесь: Главная arrow Информация arrow Расчет экономической эффективности внедрения преобразователей частоты для насосных агрегатов
Расчет экономической эффективности внедрения преобразователей частоты для насосных агрегатов Версия для печати Отправить на e-mail
11.05.2009
Данные Рекомендации составлены с целью оказания методической помощи 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. Основные зависимости, характеризующие энергетику насосов


Мощность, потребляемая насосом:

P = (Q * H * 9.81) / КПД , кВт , ( 1 )

где
Q - производительность, м3/с;
H - высота напора, равная сумме высот всасывания и нагнетания, м. водяного столба;
КПД - коэффициент полезного действия установки, принимается по каталогу или паспорту.

Изменение основных параметров работы насосного агрегата при изменении скорости вращения рабочего колеса насоса ("формулы подобия"):

Р1 / Р2 = n13 / n23 ( 2 )
Н1 / Н2 = n12 / n22 ( 3 )
Q1 / Q2 = n1 / n2 ( 4 )

где
n - число оборотов вала рабочего колеса в мин;
Р - мощность, потребляемая насосом, кВт;
Н - напор, создаваемый насосом, м вод. столба;
Q - производительность насоса, м3/с.

Индексы 1 и 2 относятся к первому и второму режимам работы оборудования соответственно.
Для определения мощности, потребляемой приводным двигателем (Pд, Вт), при известном его токе, применяется следующая формула:

Pд = 1,73 * Iд * U * Cos Ф ( 5 )

где
- ток фазы двигателя, А;
U - напряжение двигателя, В;
Сos Ф - коэффициент мощности двигателя.

2. Получение исходных данных для расчета


Вспомогательными данными для расчета являются паспортные данные насоса и его приводного двигателя, занесенные в таблицу 1.

Таблица 1.
Паспортные (номинальные) данные насоса и его приводного двигателя


Параметр Значение
Мощность насоса, кВт  
КПД насоса  
Напор насоса, м  
Подача насоса, м3/ч  
Мощность двигателя, кВт  
Ток двигателя, А  
КПД двигателя  
Сos Ф двигателя  


Основные данные измеряются при различных режимах работы насосного агрегата с помощью соответствующих технических средств и помещаются в таблицы, примеры которых приведенные ниже.

Таблица 2.
Результаты замеров при полностью закрытой напорной задвижке


Измеряемый параметр Мощность P min , кВт, или ток I min , А
Средство измерения Ваттметр, амперметр или счетчик электроэнергии


Примечание: замеры при закрытой напорной задвижке следует проводить максимально оперативно для исключения возможности перегрева насоса.

Таблица 3.
Результаты замеров при полностью открытой напорной задвижке


Измеряемый параметр Мощность Рmax, кВт, или ток Imax, А Расход воды Qmax, м3/ч
Средство измерения Ваттметр, амперметр или счетчик электроэнергии Расходомер


Примечание: замеры при открытой напорной задвижке желательно проводить во время максимального разбора воды (в 8…10 ч. и 18…20 ч. при обслуживании коммунальной сферы, 13…15 ч. для административных зданий и т.п.)

По данным таблиц 2 и 3 строится график зависимости потребляемой мощности Р от относительного расхода воды Q/Qmax при различных способах регулирования. Для потребляемой мощности при дросселировании можно записать выражение:

Pдрос = Рmin + (Рmax - Рmin) * (Q/Qmax) ( 6 )

Для потребляемой мощности при частотном регулировании можно записать выражение:

Pчрп = Рmax * (Q/Qmax)3 ( 7 )

Зависимость потребляемой мощности при дросселировании Pдрос от относительного расхода Q/Qmax (Q - текущий расход, Qmax - максимальный расход, указанный в таблице 3) получается на графике соединением точек Рmax и Рmin прямой линией, зависимость потребляемой мощности при использовании ЧРП Pчрп от относительного расхода Q/Qmax получается при вычислении выражения (7) с подстановкой в него измеренной ранее величины Рmax и нескольких значений Q/Qmax (например, от 0 до 1 с шагом 0,25).
Пример такого графика приведен на Рис. 1.

Электрооборудование
Для получения информации о загрузке насоса определяется график его работы по периодам времени с приблизительно одинаковой нагрузкой (расходом воды). Для измерений используется расходомер. Измерения суточного расхода производятся в течение 2-3 дней. По результатам таких замеров заполняется таблица 4. Полученные данные по суточному расходу усредняются и строится график суточного расхода воды.
Пример такого графика приведен на Рис. 2.

Электрооборудование

Таблица 4.
Суточный и общий расходы воды


Период времени ti, час t1 t2 t3 t4 t5 ...
Суточный расход Qi, м3/ч, (первый день измерений)            
Суточный расход Qi, м3/ч, (второй день измерений)            
Суточный расход Qi, м3/ч, (третий день измерений)            
Средний суточный расход Qi ср, м3/ч            


При затруднительности определения данных по суточному графику расхода воды (к примеру, из-за невозможности снятия данных о расходе каждые несколько часов или из-за отсутствия технических средств для автоматизации этого процесса, таких как самописец, регистратор и т.п.) допускается измерить только общий расход за несколько (7-10) дней и составить примерный вид суточного графика расхода воды. При этом необходимо учесть, что погрешность в вычислении величины сэкономленной электроэнергии составит 10…15 %. При расчетах принимается, что оборудование работает в режиме, при котором обеспечиваются нормальные параметры подачи воды, воздуха, газа с требуемыми давлением и температурой.

3. Расчет величины экономического эффекта


Расчет экономической эффективности основан на определении разницы между величинами потребления электроэнергии при регулировании напора насоса путем дросселирования напорной задвижкой и при регулировании с помощью ЧРП.
Для каждого ранее определенного периода работы i, в котором определена приблизительно постоянная загрузка насоса Qi, рассчитываются экономия мощности DРi = Рдрос i - Рчрп i. Величины Рдрос i и Рчрп i выбираются по рис.1 или рассчитываются по формулам (6) и (7). Величина расхода Qi берется из рис. 2. или таблицы 4.
Затем определяется суммарная экономия электроэнергии за заданный временной интервал работы оборудования (к примеру, за сутки) по формуле:

к DЭк = S DPi * ti , ( 8 ) i=1

где
DЭк - экономия электроэнергии при применении ЧРП вместо дроссельного регулирования, кВт*ч;
DPi - экономия мощности за i - й период (к примеру, с 0 до 4 часов), кВт;
ti - время, в течение которого привод работает с постоянной нагрузкой Qi насоса (к примеру, 4 часа), час;
к - число периодов времени с постоянными значениями DPi * ti (к примеру, 6 периодов).

При круглогодичной работе насоса c приблизительно постоянным суточным графиком расхода годовая экономия электроэнергии DЭг определяется умножением DЭк на число дней работы насоса в году, т.е. можно принять DЭг = DЭк * 365. В случае наличия в году нескольких периодов времени с характерными суточными графиками расхода, к примеру, зима - лето и т.п., DЭк вычисляется для каждого такого периода, а DЭг получается как сумма сэкономленной электроэнергии DЭк по всем периодам, в которых действуют свои суточные графики расхода.
Далее производится оценка стоимости сэкономленной электроэнергии по тарифу, действующему для предприятия в данной энергосистеме, с учетом факторов экономии, например, воды, воздуха, топлива. По имеющемуся опыту для оценки стоимости снижения расхода холодной воды может вводиться коэффициент 1.15, для горячей воды - 1.2, для воздуха - 1.1, топлива - 1.02 .
Таким образом, экономия электроэнергии и ресурсов составит для холодной и горячей воды:

СТээ = (1.15…1.2) * Тэ * DЭг, ( 9 )

где
СТээ - стоимость сэкономленной электроэнергии и ресурсов, руб.;
Тэ - тариф на электроэнергию в энергосистеме, руб./кВт*ч.;

Для определения срока окупаемости, а, следовательно, оценки экономической эффективности применения ЧРП используется формула:

Ток = СТчрп / СТээ

где
Ток - срок окупаемости установки ЧРП, год.;
СТээ - стоимость сэкономленной электроэнергии и ресурсов за один год, руб.;
СТчрп - стоимость ЧРП, руб.

При принятии решения о целесообразности внедрения ЧРП следует учитывать, что кроме экономического эффекта от экономии электроэнергии применение ЧРП дополнительно обеспечивает следующее:

  • снижается износ запорной арматуры, т.к. большую часть времени задвижки полностью открыты;
  • большую часть времени насосы работают при пониженных давлениях, что снижает утечки в системе водоснабжения;
  • снижается износ коммутационной аппаратуры, т.к. ее переключения происходят при отсутствии тока;
  • снижается износ подшипников двигателя и насоса, а также крыльчатки за счет плавного изменения числа оборотов, отсутствия больших пусковых токов;
  • уменьшается опасность аварий за счет исключения гидравлических ударов;
  • обеспечивается одновременная защита двигателя от токов короткого замыкания, замыкания на землю, токов перегрузки, однофазного режима, недопустимых перенапряжений;
  • снижается уровень шума, что особенно важно при расположении насосов вблизи жилых или служебных помещений;
  • упрощается дальнейшая комплексная автоматизация объектов системы водоснабжения.

    Преобразователи частоты

    Преобразователь частоты (иначе - частотно - регулируемый электропривод) представляет из себя статическое преобразовательное устройство, предназначенное для изменения скорости вращения асинхронных электродвигателей переменного тока.
    Асинхронные электродвигатели имеют значительное преимущество перед электродвигателями постоянного тока за счет простоты конструкции и удобства обслуживания. Это обуславливает их однозначное преобладание и повсеместное применение практически во всех отраслях промышленности, энергетики и городской инфраструктуре.
    Известно, что регулирование скорости вращения исполнительного механизма можно осуществлять с помощью различных устройств (способов), среди которых наиболее известны и распространены следующие:

  • механический вариатор
  • гидравлическая муфта
  • электромеханический преобразователь частоты (системы Генератор-Двигатель)
  • дополнительно вводимые в статор или фазный ротор сопротивления и др.
  • статический преобразователь частоты

    Первые четыре способа отличаются различными комбинациями из следующих недостатков:
  • сложности в применении, обслуживании, эксплуатации
  • низкое качество и диапазон регулирования
  • неэкономичность

    Все указанные недостатки отсутствуют при использовании преобразователей частоты.
    Регулирование скорости вращения асинхронного электродвигателя в этом случае производится путем изменения частоты и величины напряжения питания двигателя. КПД такого преобразования составляет около 98 %, из сети потребляется практически только активная составляющая тока нагрузки, микропроцессорная система управления обеспечивает высокое качество управления электродвигателем и контролирует множество его параметров, предотвращая возможность развития аварийных ситуаций.
    На рисунке показан состав силовой части такого преобразователя : входной неуправляемый выпрямитель - звено постоянного тока с LC-фильтром - автономный инвертор напряжения с ШИМ. Электрооборудование

    Эффект при установке преобразователей частоты достигается за счет следующих факторов:

  • экономии энергоресурсов,
  • увеличения сроков службы технологического оборудования,
  • снижения затрат на планово-предупредительные и ремонтные работы,
  • обеспечения оперативного управления и достоверного контроля за ходом технологических процессов и др.

    Значительная экономия электроэнергии легко достигается при одном условии - приводной механизм должен что-либо регулировать (поддерживать какой - либо технологический параметр).
    Если это насос, то нужно регулировать расход воды, давление в сети или температуру чего-либо охлаждаемого или нагреваемого.
    Если это вентилятор или дымосос, то регулировать нужно температуру или давление воздуха, разрежение газов.
    Если это конвейер, то часто бывает нужно регулировать его производительность. Если это станок, то нужно регулировать скорости подачи или главного движения.

    Можно сразу выделить типовые механизмы, отличающиеся высокой эксплуатационной и экономической эффективностью при внедрении преобразователей частоты и систем автоматизации на их базе :

  • НАСОСЫ, ВЕНТИЛЯТОРЫ, ДЫМОСОСЫ;
  • КОНВЕЙЕРЫ, ТРАНСПОРТЕРЫ;
  • ПОДЪЕМНИКИ, КРАНЫ, ЛИФТЫ И ДР.

    Особый экономический эффект от использования преобразователей частоты дает применение частотного регулирования на объектах, обеспечивающих транспортировку жидкостей. До сих пор самым распространённым способом регулирования производительности таких объектов является использование задвижек или регулирующих клапанов, но сегодня абсолютно доступным становится частотное регулирование асинхронного двигателя, приводящего в движение, например, рабочее колесо насосного агрегата или вентилятора. Перспективность частотного регулирования наглядно видна из приведённого ниже рисунка.
    Электрооборудование

    Можно заметить, что при дросселировании энергия потока вещества, сдерживаемого задвижкой или клапаном, просто теряется, не совершая никакой полезной работы. Применение преобразователя частоты в составе насосного агрегата или вентилятора позволяет просто задать необходимое давление или расход, что обеспечит не только экономию электроэнергии, но и снижение потерь транспортируемого вещества.

    Пример ориентировочного расчета окупаемости ПЧ.

Давайте с Вами вместе оценим величину экономического эффекта от применения преобразователя частоты на насосном агрегате мощностью 75 кВт.

Величина экономии электроэнергии при внедрении преобразователей частоты может составлять от 15 до 50 %. В среднем по опыту установки нами более 600 преобразователей эта величина при установке на насосах колеблется в районе 35-45 %.

Для расчетов возьмем минимальную величину возможной экономии - 35 %.
Таким образом, для насосного агрегата мощностью 75 кВт и работающего, к примеру, 9 месяцев в год, величина экономии электроэнергии за 1 год составит:

Е(1 год, кВт*ч) = 75 кВт * 35 % / 100 * 24 часа * 30 дней * 9 месяцев = 170 100 кВт*ч

В денежном выражении при стоимости 1 кВт*ч = 58,46 коп. с НДС. Величина экономии составит:

Е(1 год, руб.) = 170 100 кВт*ч * 58,46 коп. / 100 = 99440,46 грн.

Стоимость преобразователя частоты серии VFD-F на 75 кВт составляет 3910.42 Euro с НДС (или 41724,82 грн. с НДС).

Таким образом, срок окупаемости в этом случае составляет 41724,82 / 99440.46 *12 = 5,03 месяца.
Электрооборудование Электрооборудование

 
След. >
Последние новости
  • Pause
  • Previous
  • Next
1/5
Delta Electronics празднует продажу миллионного преобразователя частоты серии VFD-E

Delta Electronics объявила о продаже 1000000 привода популярной серии интеллектуального преобразователя частоты VFD-E. Продажи этой модели в регионе EMEA (Европа, Ближний Восток и Африка) превысили 100 тыс. еще в начале декабря 2014 года. В Украине же сегодня трудится уже более 5 тыс. приводов этой серии.

Это достижение является превосходным подтверждением приверженности Delta Electronics инновационным продуктам, которые пользуются очевидным успехом на требовательном и очень конкурентном рынке Европы.
Продолжение...
 

Горячая новость

Delta Electronics объявила о продаже 1000000 привода популярной серии интеллектуального преобразователя частоты VFD-E. Продажи этой модели в регионе EMEA (Европа, Ближний Восток и Африка) превысили 100 тыс. еще в начале декабря 2014 года. В Украине же сегодня трудится уже более 5 тыс. приводов этой серии.

Это достижение является превосходным подтверждением приверженности Delta Electronics инновационным продуктам, которые пользуются очевидным успехом на требовательном и очень конкурентном рынке Европы.
 

Нас считают