ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМОГО ПРИВОДА НА НАСОСНОМ ОБОРУДОВАНИИ ФИЛЬТРООЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ АО «СЛПК»

​EVALUATION OF THE EFFECTIVENESS OF IMPLEMENTING A FREQUENCY-ADJUSTED DRIVE ON THE PUMPING EQUIPMENT OF THE FILTRATION FACILITIES OF JSC SLPK

Konakov Dmitry Viktorovich

Student, Department of Power Supply and Electrical Engineering, Institute of Mechanical Engineering, Chemistry and Energy, Togliatti State University,

Russia, Togliatti

Romanov Vladimir Sergeevich

Scientific Supervisor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Institute of Mechanical Engineering, Chemistry and Energy, Togliatti State University,

Russia, Togliatti

АННОТАЦИЯ

В статье приведен принцип энергосбережения с помощью частотно-регулируемого привода. Произведен расчет целесообразности использования частотно-регулируемого привода в насосной системе и на основе полученных данных подобраны соответствующие устройства. Доказана экономическая эффективность внедрения частотно-регулируемого привода в насосное оборудование АО «СЛПК».

ABSTRACT

The article presents the principle of energy saving using a variable-frequency drive. The expediency of using a variable-frequency drive in a pumping system was calculated, and the appropriate devices were selected based on the obtained data. The economic efficiency of implementing a variable-frequency drive in the pumping equipment of JSC SLPK was proven.

Ключевые слова: частотно-регулируемый привод, частотный преобразователь, насосное оборудование, экономия электроэнергии, скорость двигателя, плавный пуск.

Keywords: variable frequency drive, frequency converter, pumping equipment, energy savings, motor speed, soft start.

В наше время основные статьи расходов электроэнергии приходятся в основном на освещение и промышленное оборудование. Что же касается последнего, то в ходе анализа было выявлено, что существенную долю электричества потребляют насосы, вентиляторы и подъемные механизмы [1]. Соответственно актуальной становится тема снижения потребления электроэнергии основными установками на АО Сыктывкарском ЛПК (АО «СЛПК»), в частности, насосным оборудованием фильтроочистных сооружений благодаря внедрению частотно-регулируемого привода (ЧРП). Объект исследования являются фильтроочистные сооружения АО «СЛПК».

ЧРП позволяет экономить электроэнергию, повышать уровень автоматизации, уменьшая при этом обязанности обслуживающего персонала. Данный привод представляет собой систему управления частотой вращения ротора электродвигателя и включает в себя соответственно электродвигатель и частотный преобразователь.

Преобразователь частоты по-иному можно назвать инвертор, который трансформирует постоянный ток в переменный и обратно с определенной частотой и амплитудой. Он оснащен некоторыми защитными механизмами (своевременное выявление протечек, защита от сухого хода и иное), что особенно актуально при работе с насосами. Также следует выделить еще ряд особенностей, благодаря которым и достигается экономия энергии: регулирование процесса работы электродвигателя (в том числе и от импульсов, поступающих с устройств автоматики) и защита его, передача различных сведений оператору, управление двумя и более двигателями. Преобразователь частоты желательно применять в паре с вспомогательными устройствами, например, фильтрами (в случае с насосным оборудованием).

У ЧРП имеются две характеристики, благодаря которым достигается желаемый результат (экономия электроэнергии): корректирование скорости двигателя в огромном диапазоне и уменьшение тока при запуске почти до номинального. Использование регулируемого электропривода позволяет сберегать энергию от 35 до 65%. При этом происходит и сокращение потребления воды до 15%.

Экономия электроэнергии при внедрении ЧРП в основном достигается за счет ликвидации непроизводительных затрат в заслонах, дросселях и иных регулирующих приспособлениях, а также благодаря нерезкому, нескачкообразному запуску (при прямом включении напряжение порой возрастает в 5-8 раз), работе и остановке (исключаются поломки, рекуперация — накопление энергии или ее перенос на запуск иных роторов) двигателя. Использование регулируемого электропривода в системах водоснабжения позволяет изменять производительность насосов в соответствии с графиком водоразбора, что в свою очередь позволяет получить значительную экономию электроэнергии и воды, уменьшить количество аварий из-за разрывов трубопровода [3]. В результате уменьшения частоты на 10% скорость двигателя снижается пропорционально, что для центробежных нагрузок означает колоссальное уменьшение потребляемой мощности по законам подобия [2, с. 60].

Ниже представлен расчет для насосного оборудования фильтроочистных сооружений АО «СЛПК» с использованием законов подобия центробежных машин.

Мощность, потребляемая двигателем при регулировании производительности задвижкой, определяется по формуле:

 — мощность при дросселировании, кВт;

 — номинальная мощность электродвигателя (160 кВт);

 — коэффициент, учитывающий снижение КПД насосного агрегата при работе на закрытую задвижку (принимается равным 0,85…0,90).

Согласно закону подобия для центробежных насосов, мощность изменяется пропорционально кубу отношения расходов:

 — мощность при частотном регулировании, кВт;

 — фактический расход жидкости, м³/с;

 — номинальный расход насоса, м³/с;

.

Экономия мощности:

ΔP — снижение потребляемой мощности после внедрения ЧРП, кВт.

Годовая экономия электроэнергии:

ΔE — годовая экономия электроэнергии, кВт·ч/год;

 — годовое количество часов работы оборудования (8000 ч/год).

Годовая экономия в денежном выражении:

ΔC — годовая экономия денежных средств, руб./год;

τ — тариф на электрическую энергию, (6,5 руб./кВт·ч).

Срок окупаемости капитальных вложений:

 — простой срок окупаемости, лет;

K — капитальные затраты на внедрение ЧРП (1 200 000 руб.).

На основе произведенных выше расчетов было подобрано следующее оборудование:

1. ЧРП INNOVERT IBD184P43E (серия PUMP) мощностью 185 кВт, номинальный ток — 340 А.
2. Для электромагнитной совместимости и повышения надежности — входной ЭМС-фильтр IEF-185/344-4 (Insart) мощностью 185 кВт, номинальным током 344 А, напряжением 380 В.

В итоге в результате осуществленных вычислений и подбора оборудования внедрение частотно-регулируемого привода позволит снизить потребляемую мощность насосного агрегата с 136 кВт (при дросселировании) до 54,88 кВт, что составит экономию 81,12 кВт. Годовая экономия электроэнергии достигнет 648 960 кВт·ч. Годовая экономия денежных средств при тарифе 6,5 руб./кВт·ч составит 4 218 240 рублей. При капитальных затратах на внедрение ЧРП в размере 1 200 000 рублей срок окупаемости составит 0,284 года (примерно 3,4 месяца), что свидетельствует о высокой инвестиционной привлекательности мероприятия.

Итак, экономия электроэнергии за счет внедрения в насосную систему частотно-регулируемого привода на АО «СЛПК» достигается за счет регулирования скорости электродвигателя и снижения тока при запуске. В итоге агрегат запускается плавно, функционирует без скачков напряжения и также отключается (без резких перепадов в сети), исключая повышенное энергопотребление. В ходе расчетов и подбора оборудования было выявлено, что внедрение ЧРП в насосное оборудование фильтроочистных сооружений на АО «СЛПК» является экономически обоснованным, выгодным и целесообразным.

Список литературы:

1. Догадкина, С. В. Оценка эффективности внедрения частотно-регулируемых электроприводов на насосных агрегатах / С. В. Догадкина, И. А. Соленик ; науч. рук. Д. А. Лапченко // Актуальные проблемы энергетики : материалы 71-й научно-технической конференции студентов и аспирантов / Белорусский национальный технический университет, Энергетический факультет. Секция 7 : Экономика и организация энергетики. – Минск : БНТУ, 2015. – С. 438.
2. Иванова В.Р., Киселев И.Н. Частотно-регулируемый электропривод для энергосбережения и оптимизации технологических процессов в электротехнических комплексах // Известия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ. 2019. Т. 21. №5. С. 59-70.
3. Черевков Г.И., Егоров А.Н. Внедрение частотно-регулируемого привода на насосных станциях // Материалы VIII Международной студенческой научной конференции «Студенческий научный форум». 2016.