Вопрос 25. Эффекты энергосбережения, достигаемые при применении регулируемого электропривода.

Применение регулируемого электропривода позволяет обеспечить энергосбережение при реализации многих технологических процессов. Например, регулирование за счет электропривода скорости ленты транспортера, подающего детали в закалочную печь, позволяет минимизировать количество тепловой энергии на их закалку в зависимости от сортамента, технологии закалки и других факторов. Весьма эффективно регулируемый по скорости электропривод может обеспечить энергосбережение в таких рабочих машинах, как насосы, вентиляторы и компрессоры. Поскольку эти рабочие машины широко используются в промышленности, на транспорте, в сельском и жилищно-коммунальном хозяйствах, энергосбережение в насосных установках средствами электропривода является целесообразным и оказывается очень эффективным. Рассмотрим эффект энергосбережения на примере электропривода центробежного насоса.

Особенностью работы многих насосных установок является изменение количества (расхода) подаваемой ими потребителю жидкости (воды). Например, потребление воды от насосов в жилых зданиях меняется в течение суток, имея два максимума — утренний и вечерний, как это показано на рис. 5.5. Возможность энергосбережения при использовании регулируемого по скорости электропривода можно показать с помощью так называемых формул приведения, связывающих расход Q, напор Н и потребляемую насосом мощность Р с его скоростью вращения. Для двух значений скорости вращения рабочего колеса насоса со, и Юг справедливы следующие соотношения:

Из формул (5.6)—(5.8) видно, что расход можно уменьшать за счет пропорционального снижения скорости вращения насоса, при этом будут снижаться напор (пропорционально квадрату отношения скоростей) и потребляемая насосом мощность (пропорционально кубу отношения скоростей). Тем самым, обеспечивая необходимый расход жидкости, насос будет работать с меньшими напором и потреблением энергии из сети, что и определит эффект энергосбережения.

Рис. 5.5. График водопотребления от насосной установки

Расход Q, напор Я и потребляемая из сети мощность Рпотр связаны между собой следующим соотношением:

где р — плотность жидкости, кг/м3; g = 9,81 м/с2 — ускорение свободного падения; rjH0M, г)эп — соответственно КПД насоса и электропривода. Напор Я в этой формуле измеряется в метрах, а расход Q— в м3/с.

Потребляемая за время Тр электроприводом электроэнергия АП(Щ) находится по формуле:

Экономия электроэнергии за время работы Тр насоса с расходом Q за счет снижения напора со значения Я2 при неизменной скорости насоса до уровня Я, при снижении его скорости составит:

Примеры реализации регулируемого электропривода насосов в системах водоснабжения показывают, что экономия электроэнергии может доходить до 50% и более в зависимости от вида и режимов работы насосных установок. Кроме этого, работа сетей с меньшими напорами будет характеризоваться и сокращением утечек воды (до 15—20% и более) в сетях и арматуре. Применительно к насосам с электроприводами переменного тока для регулирования скорости двигателей обычно используют статические преобразователи частоты.

Пример 5.2. Насос типа КМ 80-50-200 обеспечивает водоснабжение жилого дома и имеет следующие паспортные данные: Нн = 50 м, QH0M = 0,014 м3/с, КПД рном = 0,63. В год насос работает с номинальным расходом (7ном в течение 1600 ч, с расходом 0,4 QHOM в течение 4000 ч и с расходом О,20ном в течение 2400 ч. Характеристика насоса выражается формулой

Насос приводится во вращение асинхронным двигателем типа 4А132М2 мощностью 11 кВт, имеющим КПД рэд= 88%.

Определить экономию электроэнергии при использовании регулируемого электропривода. Принять, что КПД насоса при изменении его расхода и двигателя при регулировании его скорости не изменяются.

Экономию электроэнергии находим, сопоставляя потребление электроэнергии нерегулируемого и регулируемого по скорости электропривода. КПД насоса и ЭП примем неизменными и равными номинальным.

1. Нерегулируемый электропривод

Для каждого уровня расхода Q находим по (5.12) напор Ни далее по (5.9) и (5.10) — соответственно потребляемые мощность и энергию. Результаты расчета представлены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Результаты расчета нерегулируемого электропривода

Потребление электроэнергии за все время работы насосной установки составит 52160 кВт • ч.

2. Регулируемый электропривод

Данные при работе регулируемого электропривода представлены в табл. 5.2. Расчет значений Ни РП(Щ1 при этом осуществлялся по формулам (5.7) и (5.8) по условию пропорциональности расхода Q и скорости вращения насоса (5.6).

Результаты расчета регулируемого электропривода

Потребление электроэнергии в этом случае составит 21868 кВт • ч, а искомая экономия А,к = 30 292 кВт ч. С использованием данных по тарифу на электроэнергию далее может быть рассчитана и экономия в рублевом выражении

Эффект энергосбережения (руб): рациональное использование энергоресурсов→снижение потребления энергоресурсов (кВт) → экономия от снижения потребления ТЭР (руб)