Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 73/

Podobne dokumenty
POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ UKŁADU NAPĘDOWEGO Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM ŚREDNIEGO NAPIĘCIA POPRZEZ JEGO ZASILANIE Z PRZEMIENNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI

Optymalizacja rezerw w układach wentylatorowych spełnia bardzo ważną rolę w praktycznym podejściu do zagadnienia efektywności energetycznej.

OKREŚLENIE OBSZARÓW ENERGOOSZCZĘDNYCH W PRACY TRÓJFAZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO

Parametry elektryczne i czasowe układów napędowych wentylatorów głównego przewietrzania kopalń z silnikami asynchronicznymi

ENERGOOSZCZĘDNE SILNIKI INDUKCYJNE

Remontować czy wymieniać stare silniki elektryczne w przemysłowych napędach średniej i dużej mocy?

UKŁADY NAPĘDOWE POMP I WENTYLATORÓW - OSZCZĘDNOŚĆ ENERGII. Mgr inż. Adam Tarłowski TAKOM Sp. z o.o.

REMONTOWAĆ CZY WYMIENIAĆ STARE SILNIKI ELEKTRYCZNE W PRZEMYSŁOWYCH NAPĘDACH ŚREDNIEJ I DUŻEJ MOCY?

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ UKŁADU NAPĘDOWEGO POMPY WODY ZASILAJĄCEJ DUŻEJ MOCY

Optymalizacja zużycia energii elektrycznej w napędach sterowanych z przetwornic częstotliwości

dr inż. ANDRZEJ DZIKOWSKI mgr inż. MAREK HEFCZYC mgr inż. JERZY ZDRZAŁEK Instytut Technik Innowacyjnych EMAG

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 78/

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

ZWARTE PRĘTY ROZRUCHOWE W SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

MODERNIZACJA I POPRAWA PARAMETRÓW SILNIKÓW ELEKTRYCZNYCH DUŻEJ MOCY PODCZAS REMONTU

f r = s*f s Rys. 1 Schemat układu maszyny dwustronnie zasilanej R S T P r Generator MDZ Transformator dopasowujący Przekształtnik wirnikowy

SILNIKI INDUKCYJNE KLATKOWE O PODWYŻSZONEJ SPRAWNOŚCI W ELEKTROWNIACH

AUDYT NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO

Silnik indukcyjny - historia

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

Zmiana punktu pracy wentylatorów dużej mocy z regulowaną prędkością obrotową w obiektach wytwarzających energię cieplną lub elektryczną

RACJONALNE GOSPODAROWANIE ENERGIĄ W CZASIE DOBY SPOSÓB NA OGRANICZENIE KOSZTÓW

Tytuł Aplikacji: Aplikacja wentylatora 400kW i związane z tym oszczędności

Optymalizacja pracy i zużycia energii elektrycznej w napędach z regulacją częstotliwościową

Technika napędów elektrycznych jako klucz obniżenia kosztów energii.

MODERNIZACJA NAPĘDU ELEKTRYCZNEGO WIRÓWKI DO TWAROGU TYPU DSC/1. Zbigniew Krzemiński, MMB Drives sp. z o.o.

Regulacja wydajności urządzeń potrzeb własnych jako element poprawy efektywności energetycznej elektrowni

Silniki indukcyjne. Ze względu na budowę wirnika maszyny indukcyjne dzieli się na: -Maszyny indukcyjne pierścieniowe. -Maszyny indukcyjne klatkowe.

PROCEDURA DOBORU POMP DLA PRZEMYSŁU CUKROWNICZEGO

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

SILNIK SYNCHRONICZNY ŚREDNIEJ MOCY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI ZASILANY Z FALOWNIKA

Elektryczne silniki energooszczędne aspekty ekonomiczne stosowania

ROZRUCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH DUŻEJ MOCY PRZY CZĘŚCIOWYM ZASILANIU UZWOJENIA STOJANA

Instalacje grzewcze, technologiczne i przesyłowe. Wentylacja, wentylacja technologiczna, wyciągi spalin.

Załącznik nr 2 do SOPZ

ROZRUCH SILNIKA INDUKCYJNEGO KLATKOWEGO NAPĘDZAJĄCEGO POMPĘ DUŻEJ MOCY W TRUDNYCH WARUNKACH EKSPLOATACYJNYCH

Technologia Godna Zaufania

Z powyższej zależności wynikają prędkości synchroniczne n 0 podane niżej dla kilku wybranych wartości liczby par biegunów:

INTEGRATOR MIKROINSTALACJI ODNAWIALNYCH ŹRÓDEŁ ENERGII ZYGMUNT MACIEJEWSKI. Wiejskie sieci energetyczne i mikrosieci. Warszawa, Olsztyn 2014

MMB Drives 40 Elektrownie wiatrowe

Seria Jubileuszowa. Rozwiązania informatyczne. Sprężarki śrubowe Airpol PRM z przetwornicą częstotliwości. oszczędność energii. ochrona środowiska

Dobre praktyki praktyczne metody poprawy efektywności wykorzystania energii w elektrycznych układach

MMB Drives 40 Elektrownie wiatrowe

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

Zmiana napięcia w sieci NN i dostosowanie do standardów UE

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ NAPĘDÓW PRZEMYSŁOWYCH ANALIZA PORÓWNAWCZA STACJI ODPYLANIA

Ćwiczenie 3 Falownik

Rozwój sterowania prędkością silnika indukcyjnego trójfazowego

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Laboratorium z Elektrotechniki z Napędami Elektrycznymi

WSPÓŁCZYNNIK MOCY I SPRAWNOŚĆ INDUKCYJNYCH SILNIKÓW JEDNOFAZOWYCH W WARUNKACH PRACY OPTYMALNEJ

DWA PRZYKŁADY WŁAŚCIWEGO DOBORU SILNIKÓW DUŻEJ MOCY DO CZĘSTO POWTARZANYCH LUB DŁUGO TRWAJĄCYCH ROZRUCHÓW

PRACA RÓWNOLEGŁA PRĄDNIC SYNCHRONICZNYCH WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

ZASTOSOWANIE PRZEMIENNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI ŚREDNIEGO NAPIĘCIA Z PRĄDEM WEJŚCIOWYM KSZTAŁTOWANYM SINUSOIDALNIE DO POMP WIROWYCH DUŻEJ MOCY

VI Konf. Nauk.-Techn.WODA i ŚCIEKI W PRZEMYŚLE Lublin, września 2012 r. Wpływ doboru pomp na efektywność energetyczną układów pompowych

RACJONALIZACJA ZUŻYCIA ENERGII DO NAPĘDU WENTYLATORÓW GŁÓWNEGO PRZEWIETRZANIA KOPALŃ WĘGLA KAMIENNEGO. Czerwiec 2018

Silniki prądu przemiennego

Temat: ŹRÓDŁA ENERGII ELEKTRYCZNEJ PRĄDU PRZEMIENNEGO

Charakterystyki przepływowe pompy wiedza podstawowa o urządzeniu

Technika napędowa a efektywność energetyczna.

Wpływ struktury pompowni na niezawodność pomp pracujących w bloku energetycznym

Wykorzystanie ciepła odpadowego dla redukcji zużycia energii i emisji

Identyfikacja potencjału oszczędności energii jako podstawa w procesie poprawy efektywności energetycznej przedsiębiorstwa

Możliwości zmniejszenia zużycia energii elektrycznej w zakładzie przemysłowym

CIEPLNE MASZYNY PRZEPŁYWOWE No. 143 TURBOMACHINERY 2013 EFEKTYWNOŚĆ ENERGETYCZNA W UKŁADACH POTRZEB WŁASNYCH ELEKTROWNI I ELEKTROCIEPŁOWNI

STEROWANIE CZĘSTOTLIWOŚCIOWE SILNIKÓW INDUKCYJNYCH SYNCHRONIZOWANYCH

PRĄDNICE I SILNIKI. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 76/ Jacek Przybyłka Dąbrowska Fabryka Maszyn Elektrycznych DAMEL S.A.

Doświadczenia audytora efektywności energetycznej w procesach optymalizacji gospodarki energetycznej w przedsiębiorstwach

TECHNICZNE I EKONOMICZNE EFEKTY ZASTOSOWANIA NOWOCZESNYCH UKŁADÓW REGULACJI PRĘDKOŚCI W POMPACH CIEPŁOWNICZYCH

Porównanie kosztów cyklu życia standardowych i energooszczędnych silników indukcyjnych niskiego napięcia

ENERGOOSZCZĘDNE SILNIKI ELEKTRYCZNE W NAPĘDACH POMP WIROWYCH

Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe Nr 1/2019 (121) 19

Energooszczędne układy napędowe dwubiegowe

PORÓWNANIE SILNIKA INDUKCYJNEGO ORAZ SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI I ROZRUCHEM BEZPOŚREDNIM - BADANIA EKSPERYMENTALNE

Cel zajęć: Program zajęć:

Oddziaływanie energoelektronicznych przekształtników mocy zasilających duże odbiory na górnicze sieci elektroenergetyczne Część I

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI EKSPLOATACJI MASZYN

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W12) Kwalifikacyjnego kursu zawodowego.

LABORATORIUM PRZETWORNIKÓW ELEKTROMECHANICZNYCH

Laboratorium Elektroniki w Budowie Maszyn

Fabryka Wentylatorów OWENT sp. z o.o Olkusz, Aleja 1000-lecia 2a. UŻYTKOWANIE W PRZEMYŚLE

Maszyny elektryczne. Materiały dydaktyczne dla kierunku Technik Optyk (W10) Szkoły Policealnej Zawodowej.

ANALIZA WPŁYWU NIESYMETRII NAPIĘCIA SIECI NA OBCIĄŻALNOŚĆ TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH

Systemair: Technologia EC

AWARYJNE STANY PRACY SILNIKÓW INDUKCYJNYCH PIERŚCIENIOWYCH

POPRAWA PARAMETRÓW EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ UKŁADU NAPĘDOWEGO WENTYLATORA POPRZEZ ZASTOSOWANIE INTELIGENTNEGO PRZEMIENNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI

PL B1. PRZEDSIĘBIORSTWO HAK SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Wrocław, PL BUP 20/14. JACEK RADOMSKI, Wrocław, PL

SILNIKI ENERGOOSZCZĘDNE DOWZBUDZANE MAGNESAMI TRWAŁYMI

Badanie napędu z silnikiem bezszczotkowym prądu stałego

Przykładowe systemy i gniazda technologiczne dla branży tworzyw sztucznych

Zaznacz właściwą odpowiedź (właściwych odpowiedzi może być więcej niż jedna)

WOLNOOBROTOWY SILNIK SYNCHRONICZNY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI JAKO BEZPRZEKŁADNIOWY NAPĘD GÓRNICZEGO PRZENOŚNIKA TAŚMOWEGO

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 80/

OCENA CELOWOŚCI WYMIANY STANDARDOWYCH SILNIKÓW NAPĘDÓW POTRZEB WŁASNYCH NA WYSOKOSPRAWNE Z UWZGLĘDNIENIEM WYKORZYSTANIA PRAW DO EMISJI CO 2

SILNIK SYNCHRONICZNY WZBUDZANY MAGNESAMI TRWAŁYMI W NAPĘDZIE POMPY DUŻEJ MOCY

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

ŁAGODNA SYNCHRONIZACJA SILNIKA SYNCHRONICZNEGO DUŻEJ MOCY Z PRĘDKOŚCI NADSYNCHRONICZNEJ

(Tekst mający znaczenie dla EOG) (Dz.U. L 191 z , s. 26)

ANALIZA, MODELOWANIE I SYMULACJE ROZRUCHU I PRACY SILNIKA LSPMSM W NAPĘDZIE PRZENOŚNIKA TAŚMOWEGO

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 78/

Transkrypt:

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 73/2005 23 Jakub Bernatt BOBRME Komel, Katowice MOŻLIWOŚCI OBNIŻENIA ENERGOCHŁONNOŚCI NAPĘDÓW DUŻEJ MOCY ABOUT POSSIBILITIES OF REDUCING ELECTRICAL ENERGY CONSUMPTION BY ELECTRICAL DRIVES Abstract: High output induction motors working in polish industry are the subject of the paper. It is estimated, that only in polish powerplants work more than 2000 motors output higher than 200 kw. Also in brown coalmines hundreds of high voltage slip-ring motors are installed. The presently exploited motors are mainly outdated, manufactured and designed more than 20 30 years ago. These motors are characterised by low efficiency factor and high noise level. Figure 1 indicates the value of efficiency factor of different type induction squirrel cage motors (domestic and foreign). It can be easily noticed that modern motors have the efficiency factor higher of even 4% than the old ones. The old motors should be replaced by modern, energy efficient ones. The Table 3 and 4 present the possibilities of replacing these old machines by new, modern motors. In case of replacing motors in powerplants with generation units of 200 MW, savings of electricity per 1 drive and for all main drives together are shown. The total energy power savings balance at the level of 500 kw, what for 7000 operating hours per year enables to save about 3400 MWh. Wstęp Ciągła konieczność obniżania kosztów produkcji, a także presja społeczna powoduje, że przedsiębiorstwa przemysłowe, w tym również producenci energii elektrycznej, muszą uwzględniać aspekty środowiskowe w swej działalności w tym zmniejszać energochłonność procesów technologicznych. Dotyczy to przede wszystkim napędów z silnikami elektrycznymi. Ocenia się, że urządzenia napędzane silnikami zużywają ponad 60% wytwarzanej energii elektrycznej. Należy pamiętać, iż produkcja energii elektrycznej przez energetykę zawodową i przemysłową pociąga za sobą około 2/3 całkowitej Obecnie pojawiają się zachęty do wprowadzania inwestycji energooszczędnościowych w postaci możliwości otrzymania wsparcia finansowego (dofinansowania takiej inwestycji) oraz zaczynają się pojawiać tzw. firmy ESCO, które finansują inwestycję oraz zapewniają wsparcie techniczne. 1. Silniki wysokiego napięcia stan obecny Silniki elektryczne prądu przemiennego, indukcyjne, zwłaszcza klatkowe, są najpowszechniej stosowanym napędem różnego rodzaju urządzeń przemysłowych zakresu mocy 160 3150 kw. Swoją pozycję zawdzięczają stosunkowo prostej konstrukcji, wysokiej niezawodności pracy oraz niskiej w porównaniu do innych rodzajów - cenie. Wadą napędów z silnikami indukcyjnymi jest brak możliwości płynnej regulacji prędkości obrotowej bez stosowania drogich układów energoelektronicznych (przemienników). Silniki wysokiego napięcia (WN), zarówno klatkowe jak i pierścieniowe są ogólnodostępnymi wyrobami katalogowymi, produkowanymi w kraju od szeregu lat przez zakłady: - EMIT - Żychlin, zakres mocy: 160-3150 kw, - DFME (d. DOLMEL) - Wrocław, zakres mocy: 630-6000 kw 1.1. Eksploatacja Szacuje się, że w krajowym przemyśle (hutnictwo, górnictwo, chemia, petrochemia, energetyka, cementownie, zakłady papiernicze i inne) eksploatowanych jest co najmniej 10.000 sztuk napędów omawianego zakresu mocy, w których zainstalowane są silniki klatkowe wysokiego napięcia. W samej energetyce pracuje przeszło 2000 silników WN. W kopalniach węgla brunatnego do napędu koparek, zwałowarek i taśmociągów stosowane są setki silników pierścieniowych dużej mocy (630 do 1000 kw). Większość silników dużej mocy eksploatowana jest w ruchu ciągłym, 6000 godzin rocznie. Ponadto w większości silniki klatkowe są zasilane wprost z sieci, co skutkuje

24 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 73/2005 brakiem możliwości płynnej regulacji prędkości obrotowej i tym samym dostosowania wydatku np. tłoczonego medium (gazów, cieczy) do bieżącego zapotrzebowania. Roczny pobór energii elektrycznej przez tę grupę maszyn szacować należy na około 60 TWh. (6x10 10 kwh) [2]. Zdecydowana większość (ok. 80%) eksploatowanych aktualnie silników dużej mocy to wyroby stare, 20-30 letnie, technicznie przestarzałe, produkowane przed laty przez dwóch krajowych producentów. Niektóre z nich projektowane były jeszcze w latach 60-tych, kiedy to do poziomu współczynnika sprawności, a także do poziomu emitowanego hałasu nie przywiązywano dużej wagi. Znajdujące się w wieloletniej eksploatacji silniki są zwykle kilkakrotnie remontowane z wymianą uzwojeń stojana. Podczas tego remontu współczynnik sprawności ulega zazwyczaj dalszemu obniżeniu [2,3]. Roczne straty energii elektrycznej w eksploatowanych silnikach wysokiego napięcia starych serii szacować należy na około 3900 GWh. Porównanie znamionowych współczynników sprawności starych krajowych serii silników żebrowych SZD(J)c (EMIT), silników rurowych SZJr(D) (DOLMEL) ze współczesnymi wyrobami różnych firm, w tym z produkowaną obecnie serią Sf silników modułowych (160-1000 kw, EMIT) oraz nową serią Sh silników energooszczędnych żebrowych wysokiego napięcia przedstawiono na rys 1. 98 96 Sprawno Sprawność 94 92 EMIT - Sh ( (żebrowe) ABB - HXR ( (żebrowe) EMIT -SZDc ( (żebrowe stare) DOLMEL (rurowe i moduł. stare) DOZAMEL (modułowe) DOZAMEL -SYJf (modułowe) EMIT -Sfw (modułowe) 90 0 1000 2000 3000 Moc znamionowa Rys.1. Porównanie sprawności silników wysokiego napięcia różnych producentów, 1500 obr/min

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 73/2005 25 Zainstalowane w zakładach przemysłowych maszyny i urządzenia napędzane silnikami elektrycznymi dobierane były z reguły na prognozowane, maksymalne potrzeby tychże zakładów; zazwyczaj bez możliwości ekonomicznej regulacji wydajności tych maszyn. W maszynach przepływowych (pompy, wentylatory, sprężarki wirowe) potrzebne ze względów technologicznych zmiany wydajności uzyskiwane są najczęściej albo przez dławienie zaworami albo przez obiegi zwrotne (bypass), a w przypadku wentylatorów stosowane są tzw. kierownice, natomiast napędzający urządzenie silnik klatkowy pracuje w sposób ciągły przy znamionowej prędkości obrotowej. Wiąże się z dużymi stratami energii. Bardzo duże oszczędności energii możliwe byłyby do uzyskania poprzez regulację wydajności tych maszyn drogą zmiany prędkości obrotowej silników napędzających, co dla przypadku pomp zostało zilustrowane na rys. 2 [3]. Rys.2. Zapotrzebowanie mocy pompy w zależności od sposobu regulacji wielkości przepływu Zmianę prędkości obrotowej napędu można osiągać albo poprzez zasilanie silników klatkowych od strony stojana z przemienników częstotliwości (duży nakład inwestycyjny), albo w przypadku silnika pierścieniowego poprzez włączenie w obwód wirnika układu tyrystorowej kaskady podsynchronicznej (rozwiązanie tańsze, stojan zasilany z sieci WN) [6]. Wprowadzenie regulacji prędkości obrotowej pozwala również w wielu przypadkach na eliminację przekładni mechanicznej, a więc dalszą obniżkę strat, a także kosztów instalacji. Regulacja prędkości usprawnia procesy technologiczne zakładów przemysłowych, przyczynia się do zwiększenia trwałości eksploatowanych maszyn oraz całych instalacji (np. sieci wodnej). Do urządzeń w których poprzez regulację prędkości obrotowej można osiągnąć szczególnie znaczące obniżenie zużycia energii należy zaliczyć: wentylatory przewietrzania głównego kopalń, taśmociągi transportowe węgla brunatnego, wentylatory powietrza i spalin elektrowni i elektrociepłowni, pompy wody sieciowej, pompy wody zasilającej kotły. Jak wspomniano, znaczna większość silników wysokiego napięcia aktualnie eksploatowanych w krajowym przemyśle i energetyce była projektowana przed wielu laty, wobec tego możliwym jest również uzyskanie znacznych oszczędności energii poprzez wymianę starych zainstalowanych silników na nowe, energooszczędne. 3. Możliwości techniczne i efekty ekonomiczne modernizacji napędów elektrycznych Jak pokazano na rys. 2 największe oszczędności energii elektrycznej można osiągnąć poprzez wprowadzenie regulacji prędkości obrotowej. Jest to rozwiązanie najdroższe i ta bariera częstokroć powoduje, iż całe przedsięwzięcie kończy się już na etapie opracowywania kosztorysu i projektu. Dlatego należy również rozważyć samą tylko wymianę starego, wyeksploatowanego silnika na nowoczesny energooszczędny. Wprawdzie oszczędności energii elektrycznej i efekty ekonomiczne modernizacji są wtedy mniejsze niż w przypadku wprowadzenia regulacji prędkości obrotowej, ale wymianę silnika można przeprowadzić np. zamiast koniecznego remontu silnika starego przy znacznie zmniejszonych nakładach inwestycyjnych. Poniżej przedstawiono 6 przykładowych wariantów modernizacji napędu wentylatora o mocy 850 kw. Wariant 1a - wymiana silnika starej serii na nowoczesny energooszczędny Wariant 1b - wymiana silnika starej serii na nowoczesny energooszczędny w przypadku awarii silnika dotychczasowego Wariant 2a - wprowadzenie regulacji obrotów o napięciu 6 kv i przy pozostawieniu starego silnika Wariant 2b - wprowadzenie regulacji obrotów o napięciu 6 kv i przy wymianie silnika na nowoczesny

26 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 73/2005 Wariant 3 - wprowadzenie regulacji obrotów z zastosowaniem przemiennika częstotliwości o napięciu 690 V i nowoczesnego silnika. Wariant 4 - wprowadzenie regulacji obrotów za pomocą tyrystorowej kaskady podsynchronicznej. W poniższych tabelach wyliczono całkowite zużycie energii elektrycznej układu napędowego przed modernizacją i po jej przeprowadzeniu. Tabela 1. Wentylator z kierownicami na wyjściu Czas pracy względny rbg Przepływ Spraw. wentylat Moc na wale Sprawność silnika starego nowego Pobór mocy przez napęd Silnik stary Silnik nowy Zużycie energii przez napęd silnik stary [MWh] silnik nowy [MWh] 20 1200 40 35 648 92,0 96,9 704,3 668,7 845,2 802,4 40 2400 60 46 714 92,4 97,0 772,7 736,1 1854,5 1766,6 30 1800 80 50 782 92,7 97,1 834,6 805,4 1502,3 1449,7 10 600 100 55 850 93,0 97,1 914,0 875,4 548,4 525,2 RAZEM: 4750,4 4543,9 założona cena energii elektrycznej 200 zł/mwh Koszt energii 950080 zł 908780 zł Tabela 2. Wentylator z przetwornicą częstotliwości Czas pracy wzglę -dny rbg Przepływ Spraw. wentylat. Moc na wale Sprawność silnika starego nowego Sprawność przetwor. i transform. Pobór mocy przez napęd Silnik stary Silnik nowy Zużycie energii przez napęd silnik stary [MWh] silnik nowy [MWh] 20 1200 40 46 255 84,2 94,7 91 332,8 295,9 399,4 355,1 40 2400 60 53 369 88,1 96,0 92 455,3 417,8 1092,7 1002,7 30 1800 80 54 548 91,1 96,7 94 639,9 602,9 1151,8 1085,2 10 600 100 55 850 93,0 97,1 96 952,1 911,8 571,3 547,1 RAZEM: 3215,2 2990,1 Koszt energii 643040 zł 598020 zł Wariant 1a wymiana samego silnika Jak wynika z danych zawartych w tabeli 1 przy założonym reżimie pracy, wymiana silnika umożliwia uzyskanie oszczędności energii elektrycznej na poziomie 206,5 MWh rocznie. Dla kosztu energii 200 zł/mwh i ceny nowego silnika około 130 tys. zł, prosty czas zwrotu nakładów wynosi 3.1 roku. Jednakże w wyniku zastosowania silnika elektrycznego nowej generacji uzyskuje się również efekty niewymierne jak np. obniżenie drgań mechanicznych i poziomu hałasu w miejscu zainstalowania maszyny, a także zwiększenie niezawodności i pewności ruchu napędu. Wariant 1b wymiana silnika zamiast remontu silnika uszkodzonego Wymiana silnika na nowy jest bardziej opłacalna, gdy następuje zamiast kierowania uszkodzonego silnika do remontu lub przezwojenia [3,4,5]. Przeciętny koszt przezwojenia silnika omawianego zakresu mocy wynosi około 36 tys. zł. Zatem do obliczania prostego okresu zwrotu nakładów należy przyjąć różnicę między ceną nowego silnika (ok. 130 tys. zł), a kosztem remontu. W tym przypadku czas zwrotu poniesionych nakładów wynosi 2 lata. 130.000 36.000 = 2lata 41.300

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 73/2005 27 Wariant 2a - wprowadzenie regulacji obrotów o napięciu 6 kv i pozostawieniu dotychczasowego silnika Jeżeli w układzie napędowym zastosowany był silnik, który może współpracować z przemiennikiem częstotliwości lub w łatwy sposób można go przystosować do takiego zasilania wówczas nie jest konieczna jego wymiana. Jednakże przed zastosowaniem w układzie z falownikiem silnika dotychczasowego należy upewnić się czy wpływ zasilania falownikowego nie spowoduje szybkiego niszczenia silnika (mogą tu występować takie zjawiska jak: przepływ prądów łożyskowych, nadmierne nagrzewanie się klatki wirnika oraz uzwojeń stojana czy degradacja izolacji uzwojeń na skutek bardzo dużej stromości narastania napięcia). Koszty takiej inwestycji to około 673.000 zł, w tym: przemiennik częstotliwości 6000 V 460.000 zł transformator specjalny 3-uzwojeniowy 88.000 zł montaż, rozruch 125.000 zł Porównując dane z tabel 1 i 2 otrzymuje się wartość zaoszczędzonej energii jako 307040 zł. Zatem okres zwrotu nakładów wynosi 1.8 roku 673.000 = 1.8roku 950.080 643.040 Wariant 2b -wprowadzenie regulacji obrotów o napięciu 6 kv przy jednoczesnej wymianie silnika. Przy stosowaniu układów regulacji obrotów celowa jest również wymiana silnika na przystosowany do zasilania falownikowego. Jest to rozwiązania znacznie bardziej niezawodne niż pozostawienie (nawet przystosowanego) silnika starego. W takim przypadku koszty modernizacji napędu wyniosą 813.000 zł w tym: przemiennik częstotliwości 6000 V 460.000 zł transformator specjalny 3-uzwojeńiowy 88.000 zł silnik przystosowany do zasil. falown. 140.000 zł montaż, rozruch 125.000 zł Porównując dane z tabel 1 i 2 otrzymuje się wartość zaoszczędzonej energii jako 352.060 zł. Zatem okres zwrotu nakładów wynosi 2.3 roku. 813.000 = 2.3roku 950.080 598020 Porównując warianty 2a i 2b widać, iż podniesienie kosztu inwestycyjnego poprzez dodatkowe zainstalowanie nowego silnika nie wydłuża znacząco czasu zwrotu nakładów, a jednocześnie zapewnia większe oszczędności energii elektrycznej oraz większą niezawodność ruchu napędu. Wariant 3 -wprowadzenie regulacji obrotów o napięciu 690 V Wprowadzając regulację prędkości obrotowej przy zastosowaniu falownika o napięciu wyjściowym 690 V (lub 800 V) koniecznym jest przezwojenie istniejącego silnika z 6000 V na 690 V (ew. 800 V) lub, co właściwsze, zainstalowanie nowego silnika o niskim napięciu znamionowym przystosowanego do zasilania z przekształtników. W takim przypadku koszty modernizacji napędu wyniosą około 545.000 zł w tym: przemiennik częstotliwości 690 V 277.000 zł transformator 80.000 zł silnik 690V przystosowany do zasil. falown. 130.000 zł montaż, rozruch 58.000 zł Porównując dane z tabel 1 i 2 otrzymuje się wartość zaoszczędzonej energii jako 352.060 zł. Zatem okres zwrotu nakładów wynosi 1.5 roku. 545.000 = 1.5roku 950.080 598.020 Wariant 4 -wprowadzenie regulacji obrotów z zastosowaniem silnika pierścieniowego i podsynchronicznej kaskady tyrystorowej po stronie wirnika Ostatni z przedstawianych wariantów zakłada wymianę dotychczasowego wirnika klatkowego i zastąpienie go wirnikiem pierścieniowym. Takie rozwiązanie cechuje najniższy koszt inwestycyjny, jednakże jest to rozwiązanie bardziej uciążliwe w eksploatacji z uwagi na konieczność obsługi zestyku ślizgowego pierścieni i szczotek wirnika. W tym przypadku całkowity koszt inwestycyjny to 440.000 zł w tym: kaskada (łącznie z rozruchem) 350.000 zł wirnik pierścieniowy 90.000 zł

28 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 73/2005 Oszczędność energii jest zbliżona do oszczędności z wariantu 3, zatem okres zwrotu nakładów wynosi około 1.2 do 1.3 roku. Na rysunku 2 zestawiono w formie graficznej niezbędne nakłady na modernizacje napędu wentylatora w zależności od wybranego wariantu. Przedstawiono tam również uzyskiwane oszczędności ekonomiczne z tytułu zmniejszenia zużycia energii elektrycznej oraz czas zwrotu poniesionych nakładów inwestycyjnych. 900 3,5 nakłady i roczna oszczędn. [tys. zł] 800 700 600 500 400 300 200 100 3 2,5 2 1,5 1 0,5 prosty czas zwrotu nakładów [lata] 0 1a 1b 2a 2b 3 4 warianty roczna oszędn oszcz. tys. zł zł nakłady tys. Zł zwrot nakł 0 Rys.2. Zestawienie kosztów modernizacji, efektów ekonomicznych i czasów zwrotu poniesionych nakładów przy modernizacjach napędu wentylatora 850 kw 1a wymiana silnika, 1b- wymiana silnika zamiast remontu silnika uszkodzonego, 2- zastosowanie falownika WN, 2b- zastosowanie falownika WN + wymiana silnika, 3- zastosowanie falownika 690V + wymiana silnika, 4-zastosowanie kaskady tyrystorowej + wymiana wirnika 3.1. Modernizacja (wymiana) wszystkich silników bloku energetycznego o mocy 200 MW Jak wspomniano omawiając wariant 1 możliwe jest uzyskanie znaczących oszczędności energii elektrycznej tylko na drodze wymiany eksploatowanych silników elektrycznych starych serii i zastąpienie ich nowoczesnymi o podwyższonej sprawności (np. serii Sh produkowanymi przez EMIT S.A w Żychlinie). Jako przykład takiej modernizacji wybrano blok 200 MW typowy w polskiej energetyce. W tabeli 3 przedstawiono wykaz silników zainstalowanych w takim bloku wraz z propozycjami ich zastąpienia silnikami nowej generacji. Na podstawie przytoczonych w tabeli 3 porównań zużycia energii silników obecnie eksploatowanych oraz nowoczesnych silników energooszczędnych wysokiego napięcia widać, iż technicznie możliwym jest uzyskanie rocznych oszczędności na poziomie 2400 MWh (6000 godzin pracy w ciągu roku). Dla przyjętego kosztu 1 kwh=0.15 zł możliwym jest zaoszczędzenie rocznie około 362.000 zł. Podany przykład dotyczy jednoczesnej wymiany wszystkich silników zainstalowanych w urządzeniach potrzeb własnych bloku 200 MW. Taka jednoczesna modernizacja bloku jest z oczywistych względów trudna do przeprowadzenia, natomiast może być realizowana przy remoncie odtworzeniowym bloku. Należy równocześnie brać pod uwagę stopniową wymianę silników, w szczególności tych o krótkim okresie zwrotu poniesionych nakładów. Taką wymianę należy prowadzić zamiast kierowania wyeksploatowanego silnika do remontu.

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 73/2005 29 Tabela 3. NAPĘDY URZĄDZEŃ POTRZEB WŁASNYCH DUŻEJ MOCY O PRACY CIĄGŁEJ W BLOKU ENERGETYCZNYM 200MW Możliwości oszczędności energii poprzez wymianę i zastosowanie silników energooszczędnych (średnie obciążenie silników przyjęto jako 90 % P N ) Lp. Nazwa urządzenia OBECNIE STOSOWANE SILNIKI (STARE) Typ silnika Moc Prędk. obrot. Sprawność kw min -1 % PROPOZYCJA ZASTOSOWANIA SILNIKA ENERGOOSZCZĘDNEGO Ilość silników czynnych Prędk. na 1 bloku Moc Typ silnika obrot. kw min -1 Sprawność % Oszczędność zapotrzebowania mocy kw Roczna oszczędność energii przy 6000 godz. pracy bloku MWh 1 młyn węglowy SZDr124r 650 1490 92,4 3 Sh450H4A 630 1494 96,6 81,3 2 wentylator młynowy SZJr134s 850 1490 92,6 3 Sh450H4C 800 1494 96,9 103,5 3 wentylator podmuchu SZJr1512 800 498 93,2 2 SF710Y12 800 498 95,2 32,4 4 wentylator ciągu SZJre158 1700 740 94,2 2 SF710Y8 1700 745 96,6 80,8 5 pompa skroplin podstawowych SZDVc174 200 1485 92,1 2 SVh355H4B 200 1488 95,7 14,4 6 pompa wody zasilającej SYJe142r 3150 2984 95,6 2 Sh710-2D 3150 2990 97,1 84,2 7 pompa wody sieciowej (zima) SZDc174t 250 1480 93,2 1 Sh355H4C 250 1490 96,0 7,0 8 pompa wody sieciowej (lato) SZDc154 160 1480 92,7 1 Sh355H4A 160 1488 95,9 5,2 9 pompa główna wody SBJVe chłodzącej 1716t 3150 365 95,6 1 brak zamiennika krajowego --- 403,6 kw zima ŁĄCZNIE 401,8 kw lato (x) parametry silników podane na podstawie obliczeń projektowych ŁĄCZNIE ok. 2415 MWh 29

30 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 73/2005 4. Podsumowanie Oczywistym jest fakt, iż regulację prędkości obrotowej powinno się wprowadzać tylko w tych napędach, które pracują przy zmiennym obciążeniu, natomiast wymiana starych silników na nowoczesne jest celowa dla wszystkich napędów, niezależnie od stopnia ich obciążenia. Obliczenia ekonomiczne wykonano dla założonej ceny energii elektrycznej 200 zł/mw dla przemysłu oraz 150 zł/mw dla bloku energetycznego. Obie ceny są niskie dlatego wyliczone okresu zwrotu mogą być krótsze. Dodatkowym bonusem nieuwzględnionym w przytoczonych przykładach jest możliwość uzyskania wsparcia finansowego (dotacji) na wprowadzenie przedsięwzięć energooszczędnościowych, nawet do wysokości 25% poniesionych nakładów inwestycyjnych. W przypadku uzyskania takiego wsparcia przytoczone okresy zwrotu ulegną dalszemu, radykalnemu skróceniu. Ponadto uwzględnić należy również przychody z tytułu utylizacji starych silników (oddanie na złom, lub do producenta nowego silnika w celu uzyskania dodatkowego rabatu cenowego). Innym wymiernym efektem przeprowadzonej modernizacji jest zastąpienie, starego, wyeksploatowanego napędu urządzeniem nowoczesnym o małej awaryjności i o z reguły znacznie mniejszej uciążliwości dla otoczenianiższe drgania i hałas. Jednym z nowoczesnych narzędzi finansowania różnego typu inwestycji jest metoda TPF - Third Party Financing, co oznacza finansowanie przez stronę trzecią. W największym skrócie polega ona na tym, że "strona trzecia", czyli tzw. firma ESCO wykłada określony kapitał na realizację projektu modernizacyjnego, a następnie przez pewien - z reguły kilkuletni - okres cała różnica w ponoszonym przez użytkownika koszcie, wynikająca np. z oszczędności energii, traktowana jest jako spłata tego swoistego zobowiązania. Metoda ta łączy w sobie dwa elementy, niezbędne do przeprowadzenia modernizacji -zagwarantowanie niezbędnych środków finansowych oraz fachową pomoc techniczną. W przypadku zainteresowania którąś z omówionych form finansowania lub uzyskania dotacji autor gotowy jest udzielić wyjaśnień lub wskazać podmiot udzielający takiego wsparcia. Przedstawione obliczenia należy traktować raczej jako przykład, zachęcający do wnikliwej analizy możliwości technicznych i ekonomicznych modernizacji układów napędowych. Należy jednak zwrócić uwagę na stosunkowo niską sprawność wentylatorów, która według wiedzy autora jest znacznie niższa nawet od sprawności najstarszych silników Literatura [1]. Potencjał techniczny i ekonomiczny zmniejszenia zużycia energii w Polsce z tytułu wymiany i modernizacji dużych układów napędowych (w zakresie mocy 200 3150 kw). Opracowanie BOBRME Komel CS4-054065, 2000r, praca nie publikowana [2]. Walters D. G.: Minimising Efficiency Loss Caused by Motor Rewinds. Energy Efficiency Improvements in Electric Motors and Drives. Springer. Berlin, Heidelberg, New York 2000. [3]. Bernatt M., Bernatt J.: Napędy i silniki energooszczędne. Materiały V Konferencji Modernizacja i Oszczędność w energetyce. Solina Jawor 1999. [4]. Bernatt M., Bernatt J.: Energy Saving High Voltage Motors in Poland From the Project to the Implementation. Proceedings of International Scientific Conference Energy Savings in Electrical Engineering Warszawa 2001. [5]. Bernatt J., Bernatt M.: Energy Efficient High Voltage Induction Motors. International Conference Energy Efficiency of Motor Driven Systems (EEMODS), Treviso, Italy 2002 [6]. Bernatt M, Szczucki F.: Zastosowanie regulowanych napędów do maszyn przepływowych oraz możliwości adaptacji silników synchronicznych i asynchronicznych klatkowych na silniki asynchroniczne pierścieniowe. Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne BOBRME Komel, Nr 53, 1996r.