Основні напрями енергоощадження при експлуатації електрообладнання на підприємствах ДОП
Для реалізації технічних рішень з економічного використання електроенергії частіше за все здійснюються такі заходи: встановлення нового обладнання і приладів; реконструкція електричних мереж; впровадження нових засобів автоматизації і керування, а також вдосконалення організаційних заходів з метою підвищення рівня експлуатації.
Впровадження цих заходів потребує певних капіталовкладень і підприємство, як правило несе додаткові експлуатаційні витрати. Вибір того або іншого технічного рішення обов’язково повинно підтверджуватися техніко-економічними розрахунками, при цьому капітальні затрати повинні скуповуватися у визначені терміни, що встановлюються для кожної галузі.
Критерієм ефективності служать приведені затрати, причому у значення річних витрат включаються витрати на компенсацію втрат електроенергії в мережі. Для визначення економії електроенергії за рахунок вказаних вище заходів слід враховувати лише додаткові капіталовкладення, що потрібні для реалізації цих заходів, а також збільшення (або зменшення ) вартості обслуговування установки, вартість зекономленої електроенергії і відрахування на амортизацію від додаткових капіталовкладень.
Вартість зекономленої електроенергії визначається з врахуванням зміни собівартості електроенергії в зв’язку із зменшенням кількості годин використання максимуми навантаження. Складові витрат у сфері виробництва електроенергії і у суміжних галузях народного господарства враховуються шляхом використання замикаючих витрат.
Розрахунок економії електроенергії при впровадженні відповідних заходів здійснюється за формулою:
(5.1)
де We - річна економія електроенергії з врахуванням втрат в мережах; кВт-год;
Кдод - додаткові капіталовкладення на проведення заходів з економії електроенергії, грн;
Ен - нормативний коефіцієнт ефективності капіталовкладень, для енергетичних розрахунків Ен=0,12;
Идод - додаткові річні витрати без врахування вартості зекономленої електроенергії, грн;
Зсп - питомі замикаючі витрати на електроенергію, коп/кВттод.
Якщо Є є додатнім, то це ознака того, що капіталовкладення окупляться у нормативні терміни і впроваджений захід забезпечує народногосподарський ефект. У випадку, коли Є від’ємне, то це свідчить про недоцільність впровадження заходу з енергоощадження.
У випадку, коли для енергоощадження проводяться тільки організаційні заходи, то Кдод і Идод дорівнює нулю, тоді рівняння (5.1) має вигляд:
(5.2)
Питомі замикаючі витрати на електроенергію визначаються для двох значень тривалості роботи приймачів електроенергії (часу використання максимуму Тмакс).
Наприклад, Tмакс=7000 год відповідає найбільш економічній роботі енергосистеми практично при постійному навантаженні (базовий режим); Тмакс=1000 год у піковому режимі. Для інших значень Тмакс питомі замикаючі витрати розраховують за формулою:
де збел,зпеп - питомі замикаючі витрати на базову і пікову електроенергію коп/кВт-год або грн/кВт-год,
Тмакс - кількість годин використання максимуми навантаження споживачем, тис. год.
де Wpрiч - річне споживання електроенергії даним споживачем або групою споживачів, кВт-год;
Рмакс - максимальне розрахункове навантаження даних споживачів, кВт.
Значення зсл на нічну електроенергію, що виробляється в годину “провалу” в графіку навантаження енергосистеми, визначається тільки з паливної складової і зниження її є економічним стимулом вирівнювання графіку навантаження і використання нічної електроенергії споживачем.
Приклад. В цеху встановлені світильники, загальна потужність яких складає 40 кВт. Без системи керування вони горять 4500 годин у рік. Після впровадження системи керування освітленням кількість годин горіння світильників зменшилась до 3000 годин. Вартість системи керування складає 114 грн, витрати на встановлення системи керування 30 грн, річні витрати на обслуговування системи керування освітленням 30 грн.
Роз’вязок. Річний розхід електроенергії до W1 і після W2 проведення заходів з енергоощадження визначається: Wl= 40-4500= 18000 кВт-год;
W2= 40-3000=12000 кВт-год.
Річна економія складає
Wc = Wl - W2=l 8000-12000=6000 кВт-год.
Знаходимо значення питомих замикаючих витрат па електроенергію. Оскільки коефіцієнт попиту освітлювальних установок робочого освітлення дорівнює 1, кількість годин горіння освітлювальної установки дорівнює кількості годин використання максимуму навантаження, тобто для старого і нового варіантів Тмакс= 4500 і 3000 годин відповідно. Згідно таблиці 1.1 [12] для енергосистеми визначаємо
, тоді питомі замикаючі витрати електроенергії для старого і нового варіантів:
Значення Є додатне, тому, як бачимо, впровадження цього заходу для енергоощадження є дуже ефективним.
Важливим напрямом з енергоощадження в деревообробній промисловості є заміна недовантажених електродвигунів на електродвигуни меншої потужності, а також впровадження регульованих електроприводів для насосів, вентиляторів і іншого електрообладнання. Відомо, що сумарні втрати електродвигуна складаються із втрат в обмотках, втрат неробочого ходу (у міді і сталі), механічних і додаткових втрат. До механічних втрат відносяться втрати у підшипниках, на тертя щіток, а при наявності вбудованого вентилятора - втрати на вентиляцію.
Зниження механічних втрат досягається шляхом регулярних оглядів і змащування частин тертя. Втрати у сталі складаються із втрат на гістерезис і вихрові струми, які залежать від квадрату магнітної індукції в статорі І роторі та від частоти напруги мережі, причому, втрати на гістерезис пропорційні частоті, а втрати на вихрові струми - квадрату частоти. В асинхронних електродвигунах втрати в сталі ротора при звичайних частотах дуже малі, тому можна ними нехтувати і вважати, що повні в трати в сталі двигуна дорівнюють втратам в сталі статора.
В зв’язку з тим, що електродвигуни більшості механізмів працюють в умовах незначних (допустимих) коливань напруги і частоти, то можна рахувати, що втрати в сталі практично постійні і не залежать від навантаження. Втрати в обмотках, є змінні втрати. Вони визначаються реальним завантаженням електродвигуна і залежать від квадрата струму в обмотках. Додаткові втрати в обмотках з’являються в зв’язку з наявністю в кривої струму складових вищих гармонік і ефекту витискання струму.
Отже, першим способом підвищення ефективності роботи електродвигунів є відповідність їх номінальної потужності реальному навантаженню на валу, що в умовах змінного режиму роботи деяких механізмів цехів не завжди можна викопувати. Тому потужність електродвигуна вибирається по найбільш важкому режиму. Але економічна робота досягається за рахунок впровадження регульованих електроприводів і інших систем автоматизованого керування.
Заміну встановлених електродвигунів на електродвигуни меншої потужності слід проводити у випадку, якщо встановлено, що максимальне навантаження електродвигуна складає менш ніж 70% повної потужності технологічного обладнання.
Практикою встановлено, що замша електродвигуна, який працює з завантаженням 50% і менше, на електродвигун меншої потужності, доцільне тому, що капітальні затрати на встановлення електродвигуна меншої потужності скуповуються за рахунок економії електроенергії. Реальне навантаження електродвигуна вимірюється при повністю увімкненому технологічному обладнанні у години максимального його завантаження. Доцільність заміни електродвигунів, працюючих з навантаженням 45-70% від номінального, повніша підтверджуватися розрахунками економії від зниження втрат потужності і електроенергії як у двигуні, так і в електричних мережах. Сумарні втрати активної потужності ∆Р існуючого і нового електродвигуна визначаються за формулою:
(5-7)
де Кд - додаткові капітальні витрати на заміну електродвигуна, грн;
Ен і Еа - нормативні коефіцієнти окупності капітальних затрат і амортизаційних відрахувань.
Доцільність впровадження автоматизованих систем керування роботою електродвигунів вирішуються у кожному конкретному випадку. Але у кожному випадку капітальні затрати на встановлення системи автоматизації і річні витрати на їх обслуговування повинні бути менше ніж вартість зекономленої електроенергії, тобто
Із (5.12) бачимо, що знизити потужність привідного електродвигуна, а отже втрати і розхід електроенергії в насосних установках, можливо шляхом підвищення ККД насосу, який залежить крім завантаження електродвигуна також від втрат сил тертя, гідравлічних втрат і витоку води крізь зазори. Відцентровані насоси старих конструкцій мали ККД: низького напору 0,4-0,7; середнього напору 0,5-0,7; високого напору 0,6-0,8. ККД відцентрованих насосів нових конструкцій приблизно дорівнює 0,9; поршневі насоси мають ККД 0,6-0,9. Ефективним засобом енергоощадження є заміна насосів старих конструкцій більш досконалими. В першу чергу треба робити заміну насосів, наявного устаткування, що пропрацювали 15-20 років. Економію електроенергії за рахунок встановлення насосів з більш високим ККД визначається за формулою:
Важливим резервом економії електроенергії в насосних установках є вимкнення мало завантажених двигунів. Найбільш економічним є вимкнення одного насосу в годину зниження напору. Економія електроенергії досягається з одного боку за рахунок того, що вимкнений електродвигун не споживає електроенергію, а з другого - за рахунок збільшення ККД працюючого у зв’язку з підвищенням його завантаження. Під час експлуатації треба слідкувати за характеристиками насосних агрегатів, своєчасно виявляти зниження ККД насосу і проводити роботу для запобігання цього зниження, тобто
замінювати зношені деталі (робочі колеса, підшипники та ін.) І отже зменшувати потужність, що споживається.
Основним напрямом енергоощадження є модернізація наявного устаткування і впровадження систем регульованих електроприводів. Найбільш поширені системи регулювання швидкості на змінному струмі, які за електричним принципом можна поділити на 3 групи:
- системи з регулюванням кількості підведеної до електродвигуна енергії;
- системи з втратою енергії ковзання;
- системи з рекуперацією енергії ковзання.
До першої групи відносять системи з регулюванням поданої на статор напруги і регулюванням частоти. Методи порівняно прості і економічні. їх недолік полягає в тому, що потребує перетворення всієї підведеної енергії. До того, пристрої плавного регулювання високої напруги у великому діапазоні є дуже складним і дорогим типом перетворювачам.
Друга група - це реостатні системи, системи електроприводів з поворотнім ротором, системи з електромагнітною муфтою ковзання, з гідромуфтою, тощо. Ці системи дуже важко реалізувати для приводів потужних механізмів і усі вони низько- економічні.
До системи третьої групи належать системи з рекуперацією енергії ковзання. Вони реалізуються через різні каскадні схеми увімкнення асинхронного електродвигуна, при яких у роторне коло подається регульована напруга. Широке розповсюдження отримали асинхронно-вентильні каскади (АВК). Основним недоліком цієї системи є істотне зниження коефіцієнта потужності при глибокому регулюванні. До того, коли електродвигун працює за схемою АВК максимальна швидкість асинхронного електродвигуна менша за номінальну, що зменшує зону економічної роботи (наприклад, вентилятора).
Впровадження енергозберігаючих технологій на промислових підприємствах, підприємствах лісової і деревообробної промисловості дуже часто пов’язано з модернізацією наявного устаткування, яка потрібна у випадку, коли:
- вийшло з ладу застаріле обладнання, що більше не випускається і не відповідає технічним вимогам;
- мають місце часті аварії механізмів;
- планується реконструкція всього технологічного ланцюга, в який входить дана установка.
При проведенні робіт з модернізації діючого устаткування необхідне дотримання таких вимог:
- максимальне використання діючого електрообладнання і установок;
- мінімальні зміни в діючій схемі.
Важливим напрямом енергоощадження є впровадження регульованих електроприводів з тиристорними перетворювачами для кривошипного валу лісопильної рами, свердлильних, довбіжних верстатів, тощо. Частотно-регульований електропривід дозволяє заощаджувати на непродуктивних втратах енергії. Отже застосування, наприклад, частотно- регульованого електроприводу призводить до заощадження від 5 до 30 % електроенергії’ за рахунок підтримання роботи електродвигуна в режимі оптимального ККД. Це досягається тим, що перетворювач автоматично відстежує споживання струму, розраховує навантаження і знижує вихідну напругу. У результаті знижуються втрати в обмотках електродвигуна і збільшується його ККД.
Застосування частотно-регульованого електроприводу дозволяє розв’язувати такі задачі:
- керування швидкістю вентиляторів і насосів;
- керування електрообладнанням зі змінним навантаженням;
- керування машинами і механізмами, що значну частину часу працюють з малим навантаженням.
Частотно-регульований електропривід, у порівнянні з іншими традиційними приводами, має багато переваг. Особливо ці переваги помітні, коли технологічна установка оснащена електродвигунами з постійного швидкістю, а потрібне регулювання швидкості, об’єму, тиску, тощо.
Пропонується така сфера застосування частотно-регульованого електроприводу:
- насоси холодної і гарячої води;
- компресори, повітродувки, вентилятори, системи охолодження, тягодуттєві вентилятори котлів;
- дробильне устаткування, мішалки, екструдери;
- центрифуги різних типів;
- лінії виробництва металевого листа, плівки, картону, паперу та інших стрічкових матеріалів;
- бурове обладнання (насоси, підйомні машини);
- пристрої відкачування нафти зі свердловин (верстати-качалки, занурені насоси, тощо);
- крани (від тельферів до мостових);
- металообробні верстати, преси і інше технологічне обладнання;
- високообертові (до 90000об/хв) механізми; шпинделі шліфувальних верстатів, тощо.
В зв’язку з тим, що на підприємствах деревообробної промисловості широко застосовують конвеєри різних типів, а для приводи використовують асинхронні електродвигуни з фазними або короткозамкненим ротором з підвищеним пусковим моментом, то з метою енергоощадження доцільне встановлення замість одного електродвигуна декількох електродвигунів меншої потужності. Особливо ефективне таке рішення на конвеєрах довжиною більш ніж 100 м. Пуск незавантаженого конвеєра, як правило, призволиться одним електродвигуном. Але по мірі збільшення навантаження вмикається решта електродвигунів. Коли навантаження знижується, то з’являється можливість вимкнення одного або декількох електродвигунів. Це скорочує час їх роботи у режимі зниженої потужності і підвищує експлуатаційні показники.
Контрольні запитання
- Який документ є обов’язковим для безпечної експлуатації електроустановок?
- Що забороняється робити при роботі електродвигунів?
- Які плакати слід повісити на пусковому пристрої або ключі керування електродвигунами, якщо робота пов’язана з можливим доторканням до струмовідних частин двигуна?
- Що слід робити, якщо на відключеному електродвигуні роботи перервані на кілька днів?
- Які міри слід прийняти для безпечної роботи персонала в колах вимірювальних пристроїв?
- Чому не можна розривати коло вторинної обмотки трансформатора струму? Що треба попередньо зробити, якщо є необхідність розриву кола?
- Які вимоги становлять стосовно експлуатації конвеєрів ДОП?
- Що повинен мати конвеєр, який нахилений більше ніж на 10°?
- Які міри безпеки слід виконувати під час перерви в роботі конвеєра та при виводі його в ремонт?
- Які правила регламентують безпечну експлуатацію вантажопідіймальних кранів?
- Що забороняється робити під час пересування крана? Яка передбачена сигналізація про початок руху крана?
- Чому забороняється робота вантажопідіймальних машин під час вітру, швидкість якого перевищує значення, вказане в паспорті?
- Як забезпечується безпечна експлуатація для вантажопідіймальних машин, розташованих в цехах?
- Яким чином здійснюється надання першої допомоги постраждалому від дії електричного струму?
- Як можна звільнити постраждалому від дії електричного струму? Які міри безпеки слід виконувати?
- Яким чином проводиться штучне дихання? Поясніть послідовність його виконання.
- Як визначається правильність проведення штучного дихання?
- Що є критерієм ефективності при виборі технічного рішення для енергоощадження?
- Яким чином визначається економія електроенергії при впроваджені заходів з енергоощадження?
- Як визначається доцільність або недоцільність впровадження заходів з енергоощадження?
- За рахунок чого досягається енергоощадження в ДОП при заміні недовантажених електродвигунів електродвигунами меншої потужності?
- Що є складовими втрат активної потужності для існуючого і нового електрообладнання? За рахунок чого отримуємо економію електроенергії?
- Як визначається доцільність заміни існуючого електродвигуна новим? Чому дорівнюють втрати електроенергії при замші?
- Як визначити вартість зекономленої електроенергії?
- Як визначається доцільність впровадження автоматизованих систем керування роботою електродвигунів? Умова доцільності їх впровадження.
- Яким чином визначається економія електроенергії при заміні існуючих насосів з малим ККД на сучасні з більш високим ККД?
- Що є резервом економії електроенергії в насосних установках?
- Що є основним напрямом енергоощадження? На які групи можна поділити системи електроприводів за енергетичним принципом?
- В чому суть кожної групи системи?
- Які вимоги пред’являються при проведені робіт з модернізації обладнання?
- Які переваги застосовування регульованих електроприводів в ДОП?
- Перерахуйте сфери застосування частотно- регульованого електроприводу з метою енергоощадження?
- Які напрями енергоощадження доцільні для конвеєрів ДОП? Поясніть.