Оценка экономического эффекта при использовании частотно-регулируемого электропривода

Методика оценки эффективности применения ЧРП приведена в "Инструкции по расчету экономической эффективности применения частотно-регулируемого электропривода", разработанной АО ВНИИЭ и МЭИ и утвержденной Заместителем Министра топлива и энергетики РФ В.В. Бушуевым, Москва, 1997 г.

Экономический эффект применения ЧРП в насосных и вентиляционных системах без подпораустанавливается на основе следующих расчетов (см. рис. 4.125).

Режим работы без подпора характерен для вентиляторов, дымососов и циркуляционных насосов. Целесообразность применения ЧРП взамен дросселирования оценивается по заданным режимам расхода воды, воздуха для обслуживаемых установок.

1. Регистрируют номинальные данные:

§ вентилятора (насоса): подача Q_ном, м³/ч; напор Н _ном ,м.вод.ст.; КПД η_{вент.ном} ;

§ двигателя: мощность Р_дв.ном., кВт; ток I_ном, А; частота вращения n_ном; КПД η_дв.ном; коэффициент мощности соsφ.

2. На действующей установке измеряют или устанавливают расчетным путем мощность P, кВт, потребляемую двигателем, и производительность Q, м³/ч, при полностью открытой задвижке или заслонке (Р_макс, Q_макс) и в ряде промежуточных точек. Строится зависимость Р, кВт, от относительного расхода Q*=Q/ Q_макс (график 1 на рис 4.125).

При расчете экономии от внедрения ЧРП на механизмах, участвующих в производстве энергии (пара), – дымососах, вентиляторах, питательных насосах и т.п. – график Р(Q) перестраивается в аналогичную зависимость от относительной мощности котла, с которой он находится в пропорциональной зависимости

N*=N/N_ном = Q/Q_ном = Q*.

3. Определяется требуемая мощность преобразователя частоты Р_пч, кВт:

Р_пч = (1,1…1,2) Р_макс.

4. Строится зависимость потребляемой мощности Р, кВт, от относительного расхода Q* или производительности котлоагрегата D* при частотном регулировании по формуле

Р=Р_макс (Q *)³,

и получается кривая 2 на рис. 4.125.

Разница ∆Р между значениями кривых для каждого значения Q* представляет экономию мощности при использовании частотного регулятора.

5. По величине Р_ном = Р_дв.ном / η_ном с помощью кривой 2 оценивается допустимый расход Q*_доп при номинальном режиме двигателя и проверяется условие Q* _доп > 1 (обычно двигатель устанавливается с 10-20% запасом по мощности). Слишком большой запас свидетельствует о неудачном выборе оборудования.

6. Строится диаграмма зависимости относительного расхода Q * вентилятора (насоса) или производительности котла D* (подача вентилятора, дымососа пропорциональна D) от времени t. За цикл удобно принять число часов работы насоса или котла в году.

7. Полученная в пункте 6 диаграмма расхода Q*(t) перестраивается в диаграмму сэкономленной мощности ∆Р (t), величина ∆Р_i определяется на каждом интервале по соответствующему значению Q* или D* из рисунка пункта 6.

8. Определяется количество энергии, сэкономленной за цикл (год), – ∆Э_Ц

∆Э_Ц=[[Image:]],

где m – число участков времени с разными значениями ∆ Р_i.

9.Определяется при заданном тарифе Цэл.эн (руб/кВтч или дол. США/кВтч) стоимость сэкономленной энергии за год (руб/год или дол. США/год):

∆С _эл.эн = ∆Э_Ц Ц _эл.эн

10.Определяется срок окупаемости выбранного оборудования Т_ок, год:

Т_ок= Ц _ПЧ /(∆С _эл.эн k),

где Ц _ПЧ – стоимость выбранного оборудования, руб. или дол. США; k > 1 – коэффициент, учитывающий дополнительно ресурсосбережение; для сетевых и подпиточных насосов значение коэффициента может быть принято равным 1,25 – 1,335.

Экономический эффект применения ЧРП в насосных станциях ЦТП коммунальной сферы может быть оценен по следующей методике (см. рис. 4.126):

1.Регистрируются номинальные данные:

§ насоса: подача Q_ном, м³/ч; напор Н _ном , м.вод.ст.; КПД η_{нас.ном};

§ двигателя: мощность Р _{нас.ном}, ток I _ном , А; частота вращения n_ном; КПД η_дв.ном; коэффициент мощности cosφ.

1. В часы максимального потребления (для коммунальной сферы это будет 8-10 ч или 18-20 ч, для административных зданий – 13-15 ч) измеряют напор Н, м.вод.ст., на входе (Н_вх) и выходе (Н_вых)насоса по манометрам, установленным в системе, 1-3 измерения в течение часа усредняются.

2. В тех же режимах с помощью токоизмерительных клещей измеряют ток двигателя I (А). Результаты усредняются. Проверяется соотношение I < I_ном.

3. Измеряется средний расход за сутки Q_ср м³/ч, по разности показаний расходомера в начале Q₁ и в конце Q₂ контрольных суток:

Q_ср=(Q₂- Q₁)/24.

5.Рассчитывается минимально необходимый общий напор при наибольшей подаче по формуле (статический + динамический напоры):

Н_необх =СN+D, м.вод.ст.,

где N – число этажей (включая подвал – для индивидуальных тепловых пунктов), для группы домов – число этажей самого высокого дома; СN – дополнительный статический напор создаваемый сетевым насосом; С = 3 – для стандартных домов, С = 3,5 – для домов повышенной комфортности; D = 10 – для одиночных домов и 15 – для группы домов, обслуживаемых ЦТП.

6. Оценивается требуемый дополнительный напор, создаваемый регулируемым насосом,

Н_треб = Н_необх - Н_вх.

7. Определяется требуемая мощность преобразователя частоты

Р_пч=(1,1-1,2) Н_треб Q_ср /(367η_нс η_дв.ном).

Рис.4.129Величину КПД насосного агрегата η_нсопределяют как η_нс = К η_дв.ном , где коэффициент К определяют по графику (рис. 4.129) для расхода Q_ср, измеренного в пункте 4 и отнесенного к Q_ном из пункта 1.

 

Рис.4.129. К расчету коэффициента К

8. Определяется стоимость годовой экономии электроэнергии, руб/год, по формуле

Ц _∆Эгод = ∆Э_ГОД Ц_эл.эн =(Н_вых -Н_необх)Q t _год Ц _эл.эн / (367 η_нс η_дв.ном),

где ∆Э_ГОД – электроэнергия, сэкономленная за год, кВтч; t _год – число часов работы оборудования в течении года; Ц_эл.эн – цена 1 кВтч электроэнергии, руб. или дол. США.

9. Определяют стоимость годовой экономии воды вследствие уменьшения разбора

Ц_{∆B год} =∆В_ГОД Ц_воды=0.07(Н_вых-Н_необх)Q_ср t _годЦ_воды/10,

где ∆В _год - количество воды, сэкономленной за год, м³; Ц_воды - цена 1 м³ воды, с учетом очистки, руб. или дол. США; Н_вых, Н_необх – напор, обеспечиваемый хозяйственными насосами ЦТП.

10. Определяется годовая экономия тепла за счет сокращения потребления горячей воды (дополнительно для системы горячего водоснабжения), Гкал/год

∆θ=С∆t∆В_{гор.вод} 10^-3,

где С= 1 – удельная теплоемкость воды, ккал/(кг °С); ∆t – расчетный перегрев горячей воды на ЦТП, °С; ∆В_{гор.вод} – экономия горячей воды за год, т.

Для типовых ЦТП расчетный расход горячей воды принимается 0,4 от общего расхода воды, подаваемой хозяйственными насосами. Цена годовой экономии тепла равна:

Ц _∆θ = ∆θ Ц _Гкал ,руб./год,

где Ц _Гкал – цена 1 Гкал тепла, руб. или дол. США.

11. Оценивается ориентировочный срок окупаемости дополнительного оборудования Т_ок, год,

Т_ок= Ц_ПЧ/(Ц_∆θгод+Ц_{∆В год}+Ц_∆θ),

где Ц_ПЧ – стоимость дополнительного оборудования ЧРП, включая установку.