К сожалению, универсальной методики на все случаи применения ПЧ нет и быть не может, так как экономический эффект зависит от многих факторов, характерных для конкретной установки. Однако существует большое количество типовых решений, применяемых в народном хозяйстве, например, для системы отопления и горячего и водоснабжения на центральных тепловых пунктах (ЦТП). Московским энергетическим институтом (МЭИ) разработана методика оценки экономической эффективности применения частотного электропривода в системах водоснабжения зданий, разработана «Инструкция по расчету экономической эффективности применения частотно-регулируемого электропривода», согласованная с Главгосэнергонадзором и утвержденная Минтопэнерго.
Даже среди специалистов тепловодоснабжения существует распространенное, но ошибочное мнение, что применение частотного регулирования при правильно подобранных характеристиках насоса никакой экономии электроэнергии дать не может. Да, такое возможно: при неправильной выбранной величине уставки давления для преобразователей частоты суммарное потребление электроэнергии насосом с ПЧ может не дать экономию. Очень важно, чтобы величина уставки давления соответствовала минимальному напору при максимальном расходе.
Если поставить датчик давления непосредственно у потребителя, то при уменьшении расхода автоматически снижается необходимый напор, т.е. заданный параметр регулирования для ПЧ будет формироваться Q–H характеристикой сети.
Для оценки экономической эффективности от применения преобразователей частоты в любом случае необходимо организовать установку приборов учета электрической энергии и произвести замеры электропотребления до установки ПЧ и после его установки. Кроме установки ПЧ нужно провести все необходимые регулировки и настройки в работе системы.
Наибольший экономический эффект от внедрения частотно-регулируемого привода с точки зрения энергосберегающих мероприятий достигается на квадратичных нагрузках (центробежные насосы, вентиляторы) в случае замены дросселирования частотным регулированием.
Как известно, число оборотов двигателя пропорционально частоте его питания. При питании электродвигателя от сети (50 Гц) число его оборотов будет максимальным и неизменным. При питании электродвигателя от преобразователя частоты
(регулируемая выходная частота 0…50 Гц) число его оборотов будет изменяться от нуля до максимального значения.
Изменение частоты вращения рабочего колеса ведет к изменению всех его рабочих параметров: расхода (пропорционален числу оборотов); давления (пропорционально квадрату числа оборотов); потребляемой мощности (пропорциональна кубу числа оборотов).
Эти отношения выражаются с помощью так называемых формул приведения:
где Q, Q0 – расход соответственно при максимальном и измененном числе оборотов; H, H0 – напор соответственно при максимальном и измененном числе оборотов; N, N0 – мощность, потребляемая электродвигателем соответственно при максимальном и измененном числе оборотов; n, n0 – соответственно максимальное и измененное число оборотов.
Типичная характеристика энергопотребления при разных способах регулирования приведена на рис. 1.
Рис. 1. Потребление мощности при различных способах регулирования частоты вращения насосов
Кроме того, применение преобразователей частоты позволяет снизить потребление реактивной мощности, пусковые токи и гидроудары, что положительно сказывается на сроках службы технологического оборудования и энергетической инфраструктуры.
Приведем пример. Насосная станция по подачи воды состоит из трех насосов. Регулирование производительности насосов осуществляется путем закрывания задвижки на выходе насоса – методом дросселирования.
Контроль давления на выходе насоса осуществляется оператором визуально по манометру с определенным интервалом времени. В работе всегда находится один насос. Ротация насосов также осуществляется оператором вручную.
Параметры насосных агрегатов:
Предпосылками для модернизации могут служить следующие факторы:
регулирование производительности методом дросселирования не эффективно с точки зрения энергосбережения;
частые запуски напрямую от сети насосных агрегатов приводят к повышенному изнашиванию оборудования из-за 7–10-кратных пусковых токов;
работа в прерывистом режиме обусловливает большие динамические потери в трубопроводах;
неконтролируемое потребление энергоносителя.
Для устранения указанных проблем рекомендуется: установить преобразователь частоты на приводы насосов по следующему принципу: один преобразователь частоты в составе станции управления группой насосов СУЧЭ-3-250 с возможностью переключения его между насосами, а также датчик давления в магистрали.
Внедрение предложенного решения приведет к снижению энергопотребления за счет уменьшения частоты вращения электродвигателей насосных агрегатов, увеличению срока службы насосных агрегатов в результате исключения прерывистого режима работы насоса (исключение гидроударов и пусковых токов); повышению степени автоматизации технологического процесса и уменьшению потребления энергоносителя.
Суммарный экономический эффект от внедрения предложенных решений будет определяться снижением затрат на потребленную электроэнергию; уменьшением амортизационных отчислений на технологическое оборудование а также затрат на сервис технологического оборудования (увеличение межремонтного ресурса); снижением затрат на персонал за счет повышения уровня автоматизации.
