Повышение энергоэффективности асинхронного электропривода питательного насоса

Аннотация

Скрипченко А.С., Рябишина Л.А. Повышение энергоэффективности асинхронного электропривода питательного насоса. Привод питательного насоса ТЭЦ оснащен высоковольтным асинхронным электродвигателем. Проблемы энергосбережения при работе данного электропривода возможно с помощью применения частотно-регулируемого электропривода. С помощью сравнительного анализа различных инвестиционных решений автора пришли к выводу целесообразности внедрения дорогостоящей преобразовательной техники для решения проблемы энергосбережения.

Проблема энергосбережения сегодня особенно актуальна, поскольку стоимость вновь вводимой соответствующей мощности значительно превышает затраты на экономию мощности. Одним из решений проблемы энергосбережения является переход от нерегулируемого к регулируемому электроприводу.

Так как электродвигатели установлены в расчёте на максимальную производительность оборудования, а время часов пиковой нагрузки, составляет в среднем 10-15% общего времени работы оборудования, следовательно, электродвигатели, работающие с постоянной скоростью вращения, потребляют до 50% больше электроэнергии, чем это требуется для обеспечения оптимального технологического процесса.

Для привода питательного насоса ТЭЦ используются высоковольтные асинхронные электродвигатели. Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя возможно следующими способами: изменением амплитуды напряжения, подводимого к статору; изменением частоты питающей сети.

Регулирование скорости насосов и вентиляторов ТЭЦ можно производить с помощью гидромуфт, паровых турбин либо частотно-регулируемого электропривода (ЧРП) с использованием преобразователя частоты (ПЧ).

Наибольшее распространение получило регулирование скорости насоса гидромуфтами. Такое решение целесообразно в приводах с небольшим диапазоном регулирования. Преимуществом использования гидромуфт, несмотря на их достаточно высокую стоимость, является простота конструкции, для обслуживания которой не требуется высококвалифицированный персонал. Недостаток – снижение КПД до 70% в рабочем диапазоне регулирования до 0,65 номинальной скорости, повышенное скольжение (до 6%) – невозможность работы в верхнем диапазоне регулирования и, вследствие этого, снижение производительности насоса. Также в основе работы гидромуфты используется принцип механического регулирования, из-за которого происходит снижение надежности оборудования.

Стремительное развитие такой отрасли, как силовая электроника позволила ведущим производителям преобразовательной техники создать высоковольтные преобразователи, которые по надежности, простоте конструкции и обслуживания не уступают низковольтным преобразователям. Данные преобразователи обладают высокими энергетическими показателями (КПД до 97%) [1]. Основное преимущество таких преобразователей способность работать с любыми (в том числе со старыми и не предназначенными специально для работы с ПЧ) электродвигателями без потери мощности. Также ПЧ может работать с несколькими электродвигателями поочередно. Недостатки ЧРП – необходимость наличия высококвалифицированного персонала, а также относительно большие габариты.

Был проведен сравнительный анализ экономического эффекта от внедрения гидромуфты и частотно – регулируемого электропривода для питательного насоса на ТЭЦ. Для оценки экономической эффективности инвестиционных проектов используются такие критерии, как внутренняя норма доходности, чистый дисконтированный доход, срок окупаемости проекта с учетом фактора времени (дисконтирования). Сроки окупаемости внедрения гидромуфты и частотно–регулируемого привода существенно не отличаются, в связи с тем, что стоимость внедрения ЧРП несколько выше. Стоимость ПЧ для управления насосом 5МВт с учетом проектирования, монтажных и пусконаладочных работ составляет 28 млн. руб. без НДС. Экономические показатели проектов с применением ЧРП выше по отношению к проектам с гидромуфтами, т.к. после окупаемости проекта, экономия от внедрения ЧРП продолжает приносить существенный экономический эффект.

В связи с тем, что для привода питательного насоса используется асинхронный высоковольтный электродвигатель, следовательно, необходимо подобрать к нему высоковольтный преобразователь частоты. По результатам анализа схемотехнических решений высоковольтных ПЧ был сделан вывод, что наиболее оптимальным является использование устройств, выполненных по многоуровневой схеме. Преимущества многоуровневого транзисторного ПЧ: генерация малого количества гармоник и в питающую сеть, и в цепь питания электродвигателя, максимально приближенная к идеальной форме синусоида выходного тока и напряжения, высокий КПД, сохранение работоспособности при кратких перерывах в электроснабжении.

Для управления асинхронными электродвигателями большой и средней мощности применяются многоуровневые ПЧ на основе инверторов тока. В таких схемах выпрямитель и инвертор разделены реактором. Самая эффективная для данного электропривода схема с отсекаемыми от нагрузки коммутирующими конденсаторами. Недостаток такой схемы – значительное искажение токов фаз. Преимущество – более простая защита в аварийных режимах, так как скорость изменения токов регулируется с помощью реакторов на стороне постоянного тока [1].

Несмотря на достаточно высокую стоимость внедряемого ПЧ срок окупаемости такого ЧРП составил 3,8 года.

Применение регулируемого электропривода позволяет оптимизировать работу электродвигателей, исключить непроизводительное потребление электроэнергии, а в системах теплоснабжения и водоснабжения, помимо этого, обеспечить значительную экономию тепла (до 10%) и снижение водопотребления (до 20%), увеличить срок службы основного оборудования [2].

Внедрение преобразователя частоты в систему асинронный электродвигатель – питательный насос – является эффективным техническим решением для решения проблемы энергосбережения. Такой способ позволяет не только сохранить существующее оборудование, а также повысить эффективность его работы.

Список использованной литературы

1. Силовая электроника: учебник для вузов / Ю.К. Розанов, М.В. Рябчицкий, А.А. Кваснюк. – М.: Издательский дом МЭИ, 2007. – 632 с.
2. Электропривод: энерго- и ресурсосбережение: учебное пособие для студ. Высш. Учеб. Заведений/ Н.Ф. Ильинский, В.В. Москаленко. – М.: Издательский центр Академия, 2008. – 208с.