Dobre praktyki praktyczne metody poprawy efektywności wykorzystania energii w elektrycznych układach

Transkrypt

1 Dobre praktyki praktyczne metody poprawy efektywności wykorzystania energii w elektrycznych układach napędowych na przykładach z codziennej praktyki 1

2 Czynniki wpływające na sprawność układu napędowego jakość energii zasilającej silnik właściwy dobór silnika właściwy dobór urządzenia napędzanego właściwy dobór przekładni jakość instalacji przesyłowej 2

3 Jakość energii zasilającej silnik Straty mocy a jakość zasilania Wartości napięć zasilających silnik Wahania i niesymetria napięć fazowych Wyższe harmoniczne Współczynnik mocy 3

4 Straty mocy w silniku: właściwy dobór silnika Należy dobierać silnik o możliwie największej sprawności energetycznej i mocy znamionowej dopasowanej do wymaganego obciążenia 4

5 Zmniejszenie strat mocy w silniku: możliwe oszczędności ΔE (kwh) = P n * t * P P n * η 1 STD K n η 1 SEE P n t P η STD η SEE K n moc znamionowa silnika (kw) całkowity czas pracy silnika (godz.) średnia moc pobierana przez silnik w czasie t sprawność silnika standardowego sprawność silnika energooszczędnego współczynnik zależny od różnicy prędkości silników i charakterystyki obciążenia 5

6 Zmniejszenie strat mocy w silniku: Przykład 1 Właściwy dobór silników W fabryce produkującej ceramiczne elementy budowlane zmodyfikowano układy napędowe wentylatorów i pomp obsługujących piece. W miejsce 5 przestarzałych silników o mocach od 1,1 kw do 30 kw zainstalowano wysokosprawne silniki klasy eff1. Nakłady na inwestycje zwróciły się po kilkunastu miesiącach. Moc znamionowa silnika 30 kw 18,5 kw 7,5 kw 5,5 kw 1,1 kw razem Średnie obciążenie silnika 49 % 27 % 87 % 60 % 77 % - Czas pracy godz/rok Inkrementalny koszt wymiany 1423 zł 940 zł 500 zł 450 zł 200 zł Łączna oszczędność energii elektrycznej: Roczne oszczędności zł/rok SPBP lata 3,37 1,63 1,23 0,77 1,2 1,64 11,6 MWh/rok 6

7 Straty mocy w przewymiarowanym silniku 7,5 kw moc silnika wystarczająca do prawidłowego funkcjonowania napędu moc znamionowa zainstalowanego silnika: 15 kw P uż = 7,5 kw ; P n = 15 kw 7

8 Zmniejszenie strat mocy w silniku: właściwy dobór silnika Przykład 2 Wymiana przewymiarowanych silników W systemie klimatyzacji magazynu materiałów filmowych pracowało kilkadziesiąt małych silników. System pracuje non stop, wiec czas pracy napędów wynosi 8760 godzin rocznie. Pomiary obciążenia poszczególnych silników wykazały, że były one znacznie niedociążone. Koszt zużywanej energii elektrycznej został znacznie zmniejszony poprzez zastąpienie silników standardowych silnikami SEE o lepszej sprawności i mniejszej mocy znamionowej (dostosowanej do obciążenia). Czas pracy silnika Moc silnika standardowego Średnie obciążenie Moc silnika SEE Roczne oszczędności 8760 godz/rok 4 kw 27 % 2,2 kw 1,5 kw 40 % 1,1 kw Prosty okres zwrotu (SPBP): mniej niż 1 rok 15% 35% 8

9 Zmniejszenie strat mocy w niedociążonym silniku: przełączenie D-Y Przykład 3 W systemie klimatyzacji biurowca silnik o mocy znamionowej 7,5 kw połączony w trójkąt napędzał wentylator, pracując z obciążeniem znacznie poniżej mocy znamionowej średnia moc pobierana przez silnik nie przekraczała 3,77 kw Czas pracy silnika Moc pobierana przez silnik Roczne oszczędności 8760 godz/rok 3,77 kw 3,58 kw kwh Prosty okres zwrotu (SPBP): natychmiast 9

10 Zmniejszenie strat mocy: wyłączanie nieobciążonych silników Przykład 4 Automatyczne wyłączanie silnika w stanie jałowym W zakładzie produkującym elementy dla przemysłu motoryzacyjnego używano kilkudziesięciu pras. Przeprowadzony audyt energetyczny wykazał, że prawie 14% pobieranej przez silnikami elektryczne napędzające prasy przypadało na czas, kiedy nie były one używane (przerwy śniadaniowe, obiadowe, koniec zmiany). W obwodach zasilania największych pras zainstalowano układy automatycznie wyłączające zasilanie po określonym czasie pracy. Koszt modernizacji Roczne oszczędności: Prosty okres zwrotu (SPBP): 3300 zł 3000 zł 1 rok 10

11 Zmniejszenie strat mocy w silniku: silnik wielobiegowy Przykład 5 Wentylator z silnikiem dwubiegowym W systemie wentylacji basenu pływackiego pracował non stop wentylator o napędzany silnikiem klatkowym o mocy 7,5 kw. Ze względu na to, ze w godzinach nocnych nie jest wymagana równie efektywna wentylacja jak w czasie otwarcia basenu, postanowiono wymienić silnik i zainstalowano silnik dwubiegowy 6,5kW/1,5kW. Silnik pracuje z prędkością 780obr/min kiedy basen jest użytkowany i 390 obr/min w godzinach nocnych. Roczny koszt energii Roczne oszczędności SPBP (lata) Silnik jednobiegowy Silnik dwubiegowy zł/rok zł/rok zł / rok - 1,72 0,37 11

12 Redukcja strat mocy: dopasowanie do obciążenia (1a) Przykład 6 Oszczędności tanim kosztem: zmiana przekladni Do wykorzystywano dmuchawa napędzana silnikiem klatkowym o mocy 22 kw dostarczała ryż do 5 młynów. Zmodyfikowano proces technologiczny i zlikwidowano 2 młyny, co spowodowało zmniejszenie zapotrzebowania na ryż. W efekcie zawór bezpieczeństwa dmuchawy musiał być wciąż otwarty, by nie przekraczać ciśnienia roboczego. Należało zmniejszyć jej wydajność. Zarząd firmy zdecydował się na rozwiązanie najtańsze: zwiększono średnicę koła pasowego na osi dmuchawy z 140mm do 200mm, obniżając obroty dmuchawy o 23%. Koszt wymiany koła Spadek pobieranej mocy: Roczne oszczędności: Prosty okres zwrotu (SPBP): 300 zł 12,61 kw 105 kwh/rok 4 dni 12

13 Redukcja strat mocy w silniku: automatyczna regulacja prędkości silnika Przykład 7 Falowniki: wydajność w dobrych rękach W fabryce mebli w instalacji odprowadzjącej pył z 28 maszyn do obróbki drewna zainstalowano 8 silników klatkowych P N = 30 kw, zużywając ok. 45% całej energii elektrycznej pobieranej przez zakład. Wydajność instalacji odpylającej z nadwyżką odpowiadała maksymalnemu poziomowi pyłów wytwarzanych przez wszystkie maszyny w fabryce mimo, że maszyny nigdy nie pracowały jednocześnie. Postanowiono zainstalować falownikowe układy automatycznej regulacji prędkości wentylatorów, regulujące wydajność instalacji odpylającej w zależności od bieżącej ilości wytwarzanego pyłu. Koszt zainstalowania falowników Roczne oszczędności: Prosty okres zwrotu (SPBP): zł kwh/rok zł/rok 1,6 roku 13

14 Redukcja strat mocy: automatyczna regulacja prędkości obrotowej silnika (4a) Przykład 8 W wieży chłodniczej pracował wentylator napędzany silnikiem klatkowym o mocy znamionowej 30 kw. Obroty silnika nie były regulowane, podobnie jak w większości przemysłowych wież chłodniczych. W ramach programu poprawiającego efektywność energetyczną przedsiębiorstwa zmierzono pobór energi przez wentylator i ustalono, że dzięki automatycznej regulacji prędkości obrotowej zależnie temperatury wody chłodzącej, pobór energii można zmniejszyć o 60%. 14

15 Redukcja strat mocy: automatyczna regulacja prędkości obrotowej silnika (4a) Przykład 8 W wieży chłodniczej pracował wentylator napędzany silnikiem klatkowym o mocy znamionowej 30 kw. Obroty silnika nie były regulowane, podobnie jak w większości przemysłowych wież chłodniczych. W ramach programu poprawiającego efektywność energetyczną przedsiębiorstwa zmierzono pobór energi przez wentylator i ustalono, że dzięki automatycznej regulacji prędkości obrotowej zależnie temperatury wody chłodzącej, pobór energii można zmniejszyć o 60%. 14

16 Redukcja strat mocy w instalacjach sprężonego powietrza Usunięcie nieszczelności Zmniejszenie ciśnienia roboczego Obniżenie temperatury powietrza pobieranego przez kompresor Regulacja obrotów sprężarki w zależności od bieżącego zapotrzebowania na sprężone powietrze 15

17 Redukcja strat mocy w instalacjach przesyłowych 16

18 Redukcja strat mocy w instalacjach przesyłowych 16

19 Redukcja strat mocy w instalacjach przesyłowych 16

20 Zmniejszenie strat mocy w instalacjach przesyłowych Przykład 8 Energooszczędne instalacje sprężonego powietrza - niemożliwe staje się możliwe Dążąc do ograniczenia zużycia energii zmodernizowano dużą instalację sprężonego powietrza w odlewni metali. Kompleksowej renowacji poddano całą instalację z układem 4 sprężarek. Ponadto zmodyfikowano układ doprowadzenia powietrza do sprężarek, tak by pobierały świeże, chłodniejsze powietrze z zewnątrz, co poprawiło ich sprawność o kilka procent. Dodatkowe oszczędności uzyskano dzięki zlikwidowaniu nieszczelności w instalacjach i elastycznych wężach zasilających narzędzia ręczne oraz wymianie końcówek na energooszczędne. Całkowity koszt modernizacji Roczne oszczędności: Prosty okres zwrotu (SPBP): ,2 GWh/rok zł/rok 2 lata 17

21 Zmniejszenie strat mocy w układach pompowych Przykład 9 Energooszczędne pompy W pompowni recyrkulacji oczyszczalni ścieków zainstalowano dwie pompy śmigłowe, pracujące niezależnie od siebie. W wyniku błędnych obliczeń, przy znamionowych obrotach silników pompy pracowały z wydajnością większą niż znamionowa. Intensywna kawitacji, czego objawami były drgania, hałas, a nawet obracanie się pomp w łożach. Powodowała znaczne uszkodzenia łopat oraz wahania prądu pobieranego przez silniki. Zmniejszenie wydajności pomp przez dławienie nie było możliwe, ponieważ konieczne byłoby zwiększenie mocy silnika z 18,5 kw do 30 kw. Zainstalowano falownik, obniżając prędkość obrotową pompy do wartości znamionowej. Spadek wydajności nie spowodował pogorszenia jakości procesu technologicznego. Obroty silnika Wydajność pompy Zużycie energii Oszczędności 1450 obr./min 1535 m 3 /godz. 153 GWh/rok obr./min 990 m 3 /godz. 76 GWh/rok 77 GWh/rok 18

22 Więcej szczegółów oraz darmowe oprogramowanie efemotor ułatwiające dobór silników elektrycznych i obliczenie możliwych oszczędności znaleźć można w serwisie internetowym poświęconym projektowi PEMP Na stronach projektu znajdują się także dane adresowe producentów energooszczędnych silników elektrycznych, których produkty można nabyć po obniżonych cenach dzięki systemowi rabatowemu projektu PEMP oraz baza danych silników energooszczędnych objętych dopłatami Jarosław Buczek, KAPE S.A. jbuczek@kape.gov.pl 19