или свяжитесь с нами по телефону +7 (495) 792-57-57
* - обязательные поля
Отметим, что на сегодняшний момент основные усилия по экономии электроэнергии сосредоточены в области потребления энергии - на промышленных объектах и объектах инфраструктуры. Но стоит обратить внимание и на этап производства электроэнергии, а именно на объекты собственных нужд электростанций. На самом деле, в их работе кроется большой потенциал энергосбережения.
Экономить можно и при производстве энергии!
Сегодня проблеме энергосбережения по всему миру и в том числе в России уделяется много внимания. Отметим, что на сегодняшний момент основные усилия по экономии электроэнергии сосредоточены в области потребления энергии - на промышленных объектах и объектах инфраструктуры. Но стоит обратить внимание и на этап производства электроэнергии, а именно на объекты собственных нужд электростанций. На самом деле, в их работе кроется большой потенциал энергосбережения.
Отметим, что объекты собственных нужд электростанций, такие как различные насосы и вентиляторы и другие, потребляют ощутимую часть общей вырабатываемой станцией электроэнергии – в определенных случаях до 7% от всей производимой энергии. Получается, что сама энергетика также является одним из крупнейших потребителей электроэнергии. Заметим, что большая часть данных механизмов управляется неэффективно и имеют обычно избыточное энергопотребление.
В данной статье мы рассмотрим современные варианты управления электродвигателями механизмов собственных нужд электростанции и акцентируем внимание читателя на преимуществах применения частотно-регулируемого привода. Применение новых видов управления позволяет добиться экономии энергии и увеличения автоматизации и надежности работы оборудования.
Когда идет речь об энергосбережении на электростанции, тогда в первую очередь обращают внимание на крупных потребителей энергии, имеющих мощность более 1 МВт – питательные насосы, тягодутьевые механизмы. Действительно эти объекты имеют большой потенциал энергосбережения, но они не являются темой данной статьи. Хочется обратить внимание читателей на огромное количество потребителей собственных нужд электростанции мощностью менее 300 кВт, имеющих не менее значительный потенциал экономии.
Наиболее типовыми такими объектами являются: дымососы, дутьевые вентиляторы, конденсатные насосы, насосы химического цеха, пылепитатели котлов, питатели сырого угля и др.
Если оснастить двигатели насосов и вентиляторов, например, преобразователями частоты , тогда можно в среднем добиться экономии электроэнергии более чем в 30%. К примеру, на одной крупной электростанции, например ГРЭС, может быть таких объектов более тысячи, что выливается в огромный потенциал энергосбережения!
Рассмотрим каким способом чаще всего сегодня управляются эти механизмы и как можно оптимизировать их работу при помощи современных способов регулирования.
Обычно вентиляторы и насосы, используемые в системе собственных нужд электростанции, подключаются напрямую к сети. В случае с насосами для регулирования их производительности используется гидравлическое дросселирование. Для вентиляторов применяют специальные шиберы, направляющие осевые аппараты, двухскоростные двигатели. В обоих случаях регулируется поток жидкости или воздуха за счет его ограничения, сами двигатели работают практически на номинальном режиме.
Для питателей и других механизмов где требуется плавное регулирование скорости зачастую используются двигатели постоянного тока с тиристорным управлением. Недостатком этим механизмов является необходимость их постоянного обслуживания, а именно замена щеток двигателя.
Наиболее распространенными на сегодня современными способами регулирования вращающихся механизмов в энергетике являются преобразователи частоты и гидромуфты. Рассмотрим более подробно каждый из способов регулирования.
Преобразователи частоты позволяют регулировать скорость вращения электродвигателя за счет изменения входной частоты. Рабочие механизмы не так часто работают при полной нагрузке двигателя, зачастую на выходе насоса или вентилятора устанавливаются заслонки или шиберы для уменьшения расхода воды или воздуха.
Рис.1 Экономия с преобразователями частоты
В случае с центробежными насосами и вентиляторами снижение рабочей скорости ведет к кубическому снижению электропотребления, что существенно больше по сравнению с классическими методами регулирования. За счет значительной экономии электроэнергии инвестиции в преобразователи частоты окупаются за разумный период.
В общем случае применение преобразователей частоты для управления электродвигателями позволяет сэкономить как минимум 30% электроэнергии по сравнению с традиционными способами управления двигателями. Например, если снизить рабочую частоту всего лишь на 20% (с 50 до 40 Гц), тогда, как это видно на рис.1 , потребление электроэнергии уменьшится вдвое!
Помимо энергосбережения преобразователи частоты увеличивают срок службы электродвигателя и трубопроводной арматуры, повышают надежность всей системы, не требуют технического обслуживания.
Также преобразователи частоты позволяют осуществлять основные технологические задачи: регулирование давления, расхода, температуры, скорости, управление вентиляторами, насосами, компрессорами, конвейерами.
Чаще всего двигатели, используемые на электростанциях, достаточно старые и эксплуатируются уже более 30 лет. Для их работы с преобразователями частоты необходимо устанавливать специальные фильтры на выходе частотного преобразователя. Это могут быть ферритовые кольца, фильтры du/dt или синусоидальные фильтры. Выбор фильтра зависит от длины кабеля от двигателя до преобразователя частоты. Данные фильтры позволяют избежать повреждения двигателей и увеличить их срок службы при работе с преобразователями частоты.
Следует иметь в виду, что установка преобразователей частоты имеет и отрицательные последствия – передача гармонических искажений в сеть. Будучи экспертом в области преобразователей частоты, компания «Данфосс» предлагает эффективные решения для устранения гармонических искажений – пассивные и активные фильтры, 12-пульсные приводы и т.д. Данные решения позволяют улучшать важные параметры питающей сети и уменьшить негативное воздействие на другое оборудование, подключенное к общей сети.
Регулирование частоты вращения рабочего колеса насоса при постоянной частоте вращения ротора электродвигателя можно осуществить с помощью гидродинамической передачи (регулируемой гидромуфты).
Рабочими элементами гидромуфты являются колесо центробежного насоса и колесо турбины, размещенные в общем корпусе и предельно сближенные. Рабочее колесо центробежного насоса насажено на ведущий вал (электродвигателя). Колесо турбины закреплено на ведомом валу (валу насоса), соосном с ведущим валом. При вращении ведущего вала рабочая жидкость, находящаяся в каналах колеса насоса, получает приращение механической энергии и передает ее лопаткам колеса турбины. При выходе из колеса турбины рабочая жидкость вновь попадает во всасывающие отверстия колеса насоса, и цикл повторяется. Основным способом регулирования частоты вращения ведомого вала является изменение наполнения рабочего пространства колес гидромуфты жидкостью.
Потери энергии в гидромуфте увеличиваются с уменьшением передаточного числа, т. е. они увеличиваются при возрастании глубины регулирования. Это обстоятельство является недостатком гидравлических муфт. Кроме того, гидравлические муфты конструктивно более сложны, чем насосы, и имеют слишком большие размеры, почти одинаковые с размерами насосов.
Однако, гидромуфты по сравнению с использованием дросселирования позволяют добиваться экономии электроэнергии (10-15% в среднем).
Тягодутьевые механизмы – способы оптимизации работы
Внедрение преобразователей частоты для тягодутьевых механизмов (дымососы, воздуходувки, дутьевые вентиляторы и др.) помимо экономии электроэнергии дает ряд существенных преимуществ по сравнению с управлением при помощи шибера.
За счет применения частотно-регулируемых приводов достигается повышение надежности работы котлоагрегата в целом, за счет уменьшения вероятности выхода из строя и увеличения срока службы тягодутьевых механизмов. Тягодутьевые машины являются механизмами с большим моментом инерции, поэтому при их запуске возникают значительные механические и электрические перегрузки. Все это приводит к преждевременному выходу их из строя, и как следствие, остановке котла. Применение преобразователей частоты позволяет осуществлять запуск данных механизмов практически без перегрузок, что положительно влияет на их надежность и срок службы.
Стоит отметить, что за счет частотно-регулируемых приводов (чрп) достигается уменьшение износа электрооборудования. Пуск мощных тягодутьевых машин характеризуется значительными и довольно длительными пусковыми токами и провалами напряжения. Это приводит к негативному влиянию на электрооборудование и электроприемники котельной. Применение преобразователей частоты позволяет свести пусковые токи к минимуму и практически ликвидировать провалы напряжения.
Применение частотно-регулируемого привода позволяет получить значительную экономию электроэнергии за счет регулирования расхода (до 60%).С помощью преобразователей частоты можно регулировать производительность данного тягодутьевого механизма путём изменения уровня частоты вращения, при этом, поддерживая заданный уровень технологического параметра.
Применение частотно-регулируемого привода уменьшает расход топлива (от 2 до 8%) за счет работы вентиляторов в соответствии с текущей нагрузкой котла.
Так как преобразователи частоты не требует обслуживания достигается снижение трудозатрат на техническое обслуживание оборудования и увеличение срока службы агрегатов.
Преобразователи имеют защиту обмоток электродвигателей от увлажнения с помощью которой осуществляется предварительный нагрев двигателя. Данная особенность позволяет избежать необходимости применения дополнительного обогревательного оборудования.
Для защиты от обледенения необходимо периодически на некоторое время менять направление вращения вентилятора. Использование преобразователей частоты позволяет осуществить это без динамических перегрузок.
Преобразователи частоты «Данфосс» имеют функцию «Подхват вращающегося электродвигателя». Данная функция позволяет при просадке или пропаже напряжения питания быстро включить двигатель избегая дорогостоящих простоев оборудования.
Преобразователи частоты имеют широкий набор коммуникационных возможностей (протоколы и интерфейсы) для подключения к ПЛК или системе управления станции (АСУ ТП). Таким образом, можно повысить уровень автоматизации и оперативно получать данные с оборудования
Опыт «Дальневосточной теплогенерирующей компании»
В 2011 году на объектах тепловых сетей и генерирующих предприятий «Дальневосточной теплогенерирующей компании» были установлены преобразователи частоты на тягодутьевые механизмы.
«За время эксплуатации (с августа 2011г.) преобразователи частоты Danfoss показали себя как надежное оборудование, обладающее высоким КПД, соответствующее самым высоким требованиям. Внедрение преобразователей частоты позволили получить экономию энергии более 25%., снизить нагрузки на двигатели и питающие сети. Помимо этого удалось реализовать удобную систему мониторинга.», - говорит Полушко А.А., начальник ПТС, ОАО «Дальневосточная Генерирующая компания».
Насосы различного назначения – экономия электроэнергии и увеличение срока службы
Чаще всего насосы на электростанциях управляются следующими способами: дроссельная заслонка, постоянный расход, циклическая система, двигатели постоянного тока, гидромуфты.
Применение преобразователей частоты для управления электродвигателями насосов позволяет добиться экономии электроэнергии, увеличения срока службы оборудования и других положительных эффектов. Расмотрим их более подробно.
Использование частотного привода позволяет экономить значительные объемы (более 30%) электроэнергии за счет регулирования скорости электродвигателя. Помимо экономии электроэнергии за счет снижения давления в системе уменьшаются утечки воды, а следовательно экономится перекачиваемая жидкость, до 10%.
Преобразователи частоты позволяют избежать повреждения двигателей, так как за их счет осуществляется плавный пуск и отсутствуют прямые пуски с 6-7 кратными пусковыми токами.
Гибкое управление за счет простоты перенастройки параметров технологического цикла (изменение скорости). Встроенные в преобразователи частоты функции позволяют реализовывать сложные задачи автоматического управления без дополнительных внешних устройств.
Преобразователь частоты имеет ряд встроенных защитных функций для работы с насосами – обнаружение утечек, защита от сухого хода и др. Данные защитные функции увеличиват срок службы насосов и повышают надежность их работы, исключая возможные аварийные остановы.
Частотный привод увеличивает срок службы труб и арматуры. Это достигается за счет плавного пуска и останова насосов,режима заполнения пустой трубы, эти функции позволяют избежать гидравлического удара в системе. Помимо этого, значительно увеличивается надежность работы всей системы в целом.
Использование преобразователей частоты (ПЧ) позволяет добиться увеличения надежности работы всей системы. Снижение риска порыва трубопроводной сети достигается за счёт автоматического поддержания давления в заданных пределах.
Преобразователи частоты не требуют технического обслуживания в отличие от механических задвижек и двигателей постоянного тока. Отсутствие износа механических часте й позволяет повысить надежность оборудования, позволяет избежать аварий и нежелательных простоев оборудования.
Частотные преобразователи имеют широкий набор коммуникационных возможностей (протоколы и интерфейсы) для подключения к ПЛК или системе управления завода (АСУ ТП). Таким образом, можно повысить уровень автоматизации и оперативно получать данные с оборудования.
Например, преобразователи частоты Данфосс были использованы в ТЭЦ Горнолыжного комплекса «Газпром», г. Сочи, Красная поляна. Преобразователи были использованы для управления насосами. Была произведена интеграция частотных преобразователей в САУ верхнего уровня, достигнуто значительное энергосбережение.
Опыт ТГК-11
В 2008 году компанией партнером компании «Данфосс» НПФ «Привод-Сервис» было проведено обследование на предмет внедрения преобразователей частоты и предоставлено заказчику ТЭО на ПНС-1 и ПНС-11 компании ТГК-11. В 2009 году объекты были оснащены частотными преобразователями.
«Полученные результаты измерений показывают, что на ПНС-1 относительное энергосбережение составило 59,5%, на ПНС-11 – 47,2%. Эти цифры свидетельствуют о высокой эффективности выбранного решения. Помимо снижения потребления электроэнергии система регулирования привела к уменьшению избыточного напора насосов, снижению интенсивности износа уплотнений и арматуры», - говорит Гончаров С.В., заместитель директора филиала по производству – главный инженер, ТГК-11.
Стоит отдельно отметить насосы, вентиляторы и другие агрегаты оснащенные электродвигателями с напряжением 6 кВ. Использование преобразователей частоты для их управления позволит экономить электроэнергию в случае переменной нагрузки. Для их управления могут использоваться как высоковольтные преобразователи частоты так и низковольтные. Компания «Данфосс» для управления высоковольтными двигателями рекомендует использовать двухтрансформаторную схему. Данная схема предполагает применение двух трансформаторов (повышающего и понижающего), низковольтного преобразователя частоты и оддного или двух синусоидальных фильтров в зависимости от мощности преобразователя. Двухтрансформаторная схема ограничена максимальной мощностью низковольтного преобразователя частоты и экономической целесообразностью подобной схемы (до 1 МВт).
Рис.2 Двухтрансформаторная схема
Преимуществами данной схемы по сравнению с высоковольтными преобразователями частоты являются:
Также в случае модернизации старых агрегатов, если это возможно, рекомендуется производить замену высоковольтного двигателя на низковольтный.
Попробуем разобраться в преимуществах двух наиболее современных способов управления электродвигателями – преобразователей частоты и гидромуфт.
Для потребителей электростанции с потреблением более 1 МВт и имеющих обычно напряжение питания 6 кВ, наиболее обосновано применение гидромуфт так как по сравнению с высоковольтными преобразователями частоты они существенно дешевле и требуют меньше обслуживания.
Но для низковольтных потребителей мощностью менее 300 кВт наблюдается обратная картина. В данном случае более предпочтительно использовать низковольтные преобразователи частоты, так как они удобнее в эксплутации, дешевле и эффективнее.
Помимо этого есть еще ряд особенностей, связанных с применением преобразователей частоты и гидромуфт.
Одним из преимуществ использования частотно-регулируемого привода является то, что с помощью преобразователя частоты можно управлять несколькими электродвигателями. Например, в случае с насосами за счет встроенной в преобразователи частоты серии VLT AQUA Drive FC200 функции «каскадного контроллера» можно управлять от 3 до 8 насосов одновременно при помощи одного привода. У гидромуфт такой возможности нет. В случае использования гидромуфт на каждый агрегат необходима отдельная гидромуфта, что значительно увеличивает капитальные затраты.
В случае выхода из строя гидромуфты, двигатель останавливается. У частотных преобразователей применяется и реализуется схема с байпасированием. Т.е. при выходе из строя частотного преобразователя двигатель будет переключен на работу от сети автоматически, что значительно повышает надежность работы и не позволит выйти из строя котлу и другому оборудованию, а также позволит избежать простоев.
В отличие от гидромуфт, где со временем происходит механический износ оборудования, в преобразователях частоты исключены поломки механического характера, а значит и выше надежность работы. Преобразователь частоты не требует никакого технического обслуживания, кроме ухода за радиатором в случае работы в загрязненной среде. Гидромуфты же предполагают ряд мероприятий по их техническому обслуживанию, плюс для их работы необходимо подключать воду для охлаждения масла.
В случае использования преобразователя частоты значительно снижаются пусковые токи двигателя, что уменьшает нагрузку на общую сеть и позволяет более стабильно работать другому оборудованию электростанции или котельной. В случае тягодутьевых машин , мощности агрегатов могут достичь больших значений, более 600 кВт, и большие пусковые токи, возникающие при пуске от гидромуфт могут стать причиной отключения других потребителей от сети. При прямом пуске и управлению через гидромуфты пусковые токи достигают пятикратных значений от номинального тока.
Применение частотно-регулируемого привода за счет большого диапазона регулирования (0% - более 100%) позволяет добиться большой плавности и гибкости в регулировании технологического оборудования. Гидромуфты более ограничены в регулировании и позволяют осуществлять только дискретное регулирование.
Стоить отметить, что КПД частотно-регулируемого привода (ЧРП) выше чем у гидромуфт, особенно при низких нагрузках и работе на низких оборотах двигателя. У приводов компании «Данфосс» максимальный КПД может достигать значений до 98%.
Отдельно отметим, что использование преобразователей частоты совместно с асинхронными двигателями переменного тока вместо пары «двигатель постоянного тока и тиристорное управление» является более выгодным так как в данном случае не требуется никакого обслуживания и можно добиться дополнительного энергосбережения.
Таким образом, преобразователи частоты являются более подходящим решением для оптимизации работы потребителей станции, имеющих мощность менее 300 кВт – они удобнее, дешевле и эффективнее!
