Енергозберігаючі технології
ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧІ ТЕХНОЛОГІЇ
КНС І ЕКОНОМІЯ ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЇ
Питання, пов'язані з економією електроенергії в системах водопостачання, ні в кого не викликають сумніви і водоканали, по можливості, впроваджують на водонасосних станціях (ВНС) енергозберігаючі технології на базі електроприводу, що приватно регулюється. Коли ж мова заходить про те, що каналізаційні насосні станції (КНС) дають економію електроенергії, то деякі керівники просто дивуються: регулюючих засувок немає, тиск підтримувати не потрібно, насоси вмикаються і вимикаються автоматично, а, вимкнувшись, взагалі нічого не споживають - так про якої економії електроенергії може йтися?
Незважаючи на такі «переконливі» аргументи – впровадження частотного приводу на КНС не менш ефективно, ніж на ВНС, і економлять електроенергію на КНС за рахунок:
оптимізацію роботи насоса;
підтримки максимально допустимого рівня резервуарах КНС;
зменшення гідродинамічних втрат у трубопроводі;
додаткового енергозбереження на очисних спорудах
Розглянемо докладніше перелічені складові.
Відповідно до теорії продуктивність (витрата) ідеального насоса пропорційна швидкості обертання, а споживана насосом потужність пропорційна кубу швидкості. Якщо, наприклад, зменшити швидкість насоса вдвічі, то його продуктивність зменшиться теж вдвічі, а ось потужність зменшиться вже у вісім разів. Ось і виходить, що для перекачування одного і того ж об'єму рідини ідеальному насосу на половинній швидкості знадобиться в два рази більше часу в порівнянні з роботою на номінальній швидкості, проте споживана потужність при цьому зменшиться в чотири рази. Реальні насоси суттєво відрізняються від ідеальних таспоживана потужність, за найсприятливіших обставин, може зменшитися вдвічі, а реально становить 25 – 40 % залежно від режиму роботи КНС. Якщо Ви хочете отримати максимальну економію електроенергії, то одночасно з впровадженням частотно-регульованого електроприводу необхідно встановити сучасне насосне обладнання.
Глибина резервуарів для стічних та фекальних вод становить від 3-х до 5 метрів, а на деяких КНР і більше. Так як частотно-регульований електропривод в автоматичному режимі дає можливість підтримувати заданий рівень резервуарі незалежно від величини надходження стічних вод, то його можна (потрібно) підтримувати на максимально допустимому рівні. Це дозволить створити надлишковий тиск 0,3 – 0,5 атмосфери, який «допомагатиме» насосу, що дасть додаткову економію.
При використанні перетворювача частоти для автоматичної підтримки заданого рівня в резервуарі КНС насос, як правило, працює на знижених оборотах, що веде до зниження швидкості перекачування рідини, зменшення гідродинамічних втрат в трубопроводі. Зменшення гідродинамічних втрат розвантажує насос і, відповідно, дає додаткову економію електроенергії.
Несподіваним принаймні для нас виявилося те, що, впровадивши частотно-регульований електропривод на КНС, крім 35% економії електроенергії отримали додаткові 15% економії на очисних спорудах. Цей результат вдалося зафіксувати лише тому, що на очисних спорудах вже були встановлені перетворювачі частоти, і вели постійне спостереження за споживанням електроенергії. Додаткову економію можна пояснити лише тим, що на КНС змінився режим перекачування стічних вод на очисні споруди. При автоматичномупідтримка заданого рівня в резервуарах КНС вода на очисні споруди подається не залпами, як при роботі насоса в старт-стопному режимі, а плавно. Такий режим перекачування виявляється більш «комфортним» для аероробних бактерій і вони споживають менше кисню, що дає змогу зменшити продуктивність повітродувок та отримати додаткову економію електроенергії.
Як приклад, принагідно зазначимо, що зниження робочої частоти на 1 Гц на повітродувці потужністю 110 кВт дає економію 10 кВт. Фактично нам вдалося понизити робочу частоту, при стійкій роботі повітродувки, до 45 Гц - ось і підрахуйте, яка вийшла економія!
При використанні частотного приводу Ви маєте можливість не платити за реактивну енергію, оскільки коефіцієнт реактивної потужності (cos φ) перетворювачів частоти, як правило, > 0,98.
ЩО ПОТРІБНО ВЧИТАТИ ПРИ РОЗРОБЦІ АБО ПОКУПЦІ СТАНЦІЇ УПРАВЛІННЯ НАСОСНИМИ АГРЕГАТАМИ КНС
Якщо Ви придбали станцію управління КНС дешевше, ніж Ваш сусід – не радійте, а якщо станція сусіда окупилася раніше і заощаджує більше – не засмучуйтесь, на все є об'єктивні причини. Давайте розглянемо деякі з них.
1. Може виявитися, що через деякий час після встановлення перетворювача частоти на КНС почне зменшуватися економія електроенергії. Із чим це пов'язано? Це тим, що при зниженні швидкості насоса знижується і швидкість перекачування фекальних вод у трубопроводах. Якщо ця швидкість дуже низька, то на стінках трубопроводу починає утворюватися наліт, який зменшує переріз трубопроводу. Зменшення перерізу призводить до збільшення гідродинамічного опору трубопроводу і як наслідок – до зменшення ефективності частотно-регульованогоелектропривод. На практиці встановлено, що мінімальна швидкість потоку має бути не менше ніж 1 м/сек. Також бажано кілька разів на добу прокачувати трубопровід на максимальній швидкості насоса, що убезпечить Вас від небажаних наслідків.
2. Для збільшення ефективності роботи частотного приводу рівень фекальних та стічних вод у резервуарах КНС підтримують на максимально допустимому рівні. При такому режимі роботи КНС на дні резервуара утворюється осад, що може призвести до зменшення його обсягу. Щоб уникнути цього небажаного явища, необхідно в нічний час режим змучування поєднати з режимом роботи перетворювача частоти, при якому резервуар відкачують до допустимого рівня. Цей режим бажано поєднати з прокачуванням трубопроводу на максимальній швидкості для виключення утворення осаду на стінках трубопроводу.
3. Кожен із нас знає, що будь-який механізм має оптимальний режим роботи, при якому ефективність його використання найвища. Іншими словами - це робоча точка, в якій питома витрата енергії на одиницю виконаної роботи буде найменшою. Ефективність роботи КНС можна оцінити за питомою витратою електроенергії на перекачування, наприклад, одного м 3 рідини (Вт/м 3 ). Розрахувати оптимальну робочу точку для КНС дуже складно, тому, що необхідно одночасно враховувати кілька параметрів, що змінюються в процесі роботи: ККД двигуна, ККД насоса, гідродинамічний опір трубопроводу, щільність і температуру рідини, що перекачується, і т.д. Тому набагато простіше експериментальним шляхом встановити цю робочу точку (швидкість насосу).
Навіщо, власне, потрібні всі ці виміри? Адже перетворювач частоти і так дає пристойну економію. Це звичайно так, але ж михочемо економити більше і маємо «навчити» перетворювач частоти працювати так, як ми хочемо, а не так, як він «уміє». Для цього перетворювач частоти переводимо в режим роботи за рівнем. Насос включається при наповненні резервуара до верхнього допустимого рівня, а вимикається при зниженні рівня на 20 – 50 см. Насос при цьому працює на оптимальній швидкості, яку Ви визначили, з найменшою питомою витратою електроенергії та з найбільшою ефективністю. Частота пусків, при цьому, не відіграє істотної ролі, так як частотний пуск виключає електричні та механічні навантаження двигуна, механічні навантаження насоса і виключає гідроудари в трубопроводі.
Якщо надходження води в резервуар стає таким, що насос, працюючи на оптимальній швидкості, не встигає її відкачувати, перетворювач частоти автоматично переходить в режим підтримки максимально допустимого рівня. При цьому ефективність роботи насоса дещо зменшиться, але ми змушені не допустити перелив резервуару. При зменшенні надходження стічних вод частотний привід автоматично переходить в режим роботи за рівнем. Таку роботу частотно-регульованого електроприводу ми назвалиінтелектуальним режимом роботи та успішно використовуємо у своїх станціях управління КНС.
4. На кожній КНС встановлюється кілька насосів. Якщо один насос не встигає відкачувати резервуар, то допоможе йому включається другий насос, третій і т.д. Пристрій, який в автоматичному режимі здійснює увімкнення, і відключення додаткових насосів називається каскадним контролером. У перетворювачах частоти Данфосс, які НВП «Техносервіспривод» використовує у станціях управління насосними агрегатами КНС, каскадний контролер інтегрований у плату управління. Це вигідно відрізняє Данфоссвід інших перетворювачів частоти – не потрібне встановлення додаткового дорогого обладнання.
Додаткові насоси включають по-різному, це може бути прямий пуск, пуск «зірка»/«трикутник», а в найкращому випадку пристрій плавного пуску (УПП). Слід пам'ятати, що для запуску насоса, навіть з використанням УПП, необхідно забезпечити щонайменше трикратний пусковий струм, а при прямому пуску 5 – 7 кратний пусковий струм. Токові перевантаження негативно позначаються не тільки на двигунах і насосах, але і на апаратурі, що комутує, електричних мережах і трансформаторних підстанціях.
Враховуючи вищевикладене НВП «Техносервіспривод» у станціях управління КНС використовує режим «обходу» перетворювача частоти. Суть технічного рішення полягає в тому, що перед включенням додаткового насоса, що працює з перетворювачем частоти насос підключають безпосередньо до мережі живлення (режим «обходу» або «байпас»), а додатковий насос підключають до перетворювача частоти. Такий режим дозволяє використовувати перетворювач частоти для послідовної роботи з декількома насосами, а це означає, що всі двигуни насосів КНС будуть по черзі «користуватися» перевагами частотного пуску та управління.
Всі перераховані вище вимоги успішно реалізовані в станціях управління насосними агрегатами КНС, розробленими фахівцями НВП «Техносервіспривод». Науково-промислове підприємство «Техносервіспривод» з 1995 року займається розробкою та впровадженням у народне господарство енергозберігаючих технологій на базі статичних перетворювачів частоти. За цей час нагромадили практичний досвід ефективного використання частотно-регульованого електроприводу, яким і ділимося з Вами. Ми пропонуємо оптимальний вибір комплектуючих та оптимальні схемнівирішення конкретного Вашого завдання, що в сукупності дає максимальний економічний ефект. При необхідності виготовимо обладнання, що Вас цікавить, надаємо технічну підтримку і введення обладнання в роботу. Як сервісний центр з ремонту та діагностики перетворювачів частоти та пристроїв плавного пуску проведемо сервісне обслуговування, а при необхідності гарантійний та післягарантійний ремонт не тільки приводної техніки, а й усієї станції управління в цілому.
Розроблені та виготовлені нашим підприємством станції управління насосними агрегатами КНС дають реальну економію 25 – 40% електроенергії та успішно працюють в автоматичному режимі на Рівнеоблводоканал, Чернігівводоканал, Здолбунівводоканал, Ватутіноводоканал тощо.
Член Водної Асоціації України
м. Київ, проспект Перемоги 56, офіс 335