Эффективность применения преобразователей частоты при модернизации оборудования городских хозяйств

Ведущий эксперт, к.т.н. А.Б. Шустов

Как известно, одним из важных критериев целесообразности модернизации оборудования в коммунальных городских хозяйствах является уменьшение потребления энергии этим оборудованием, и получение за счет этого экономического эффекта. То есть затраты на модернизацию должны с лихвой и за короткий срок окупаться снижением платежей за электроэнергию. В связи с тем, что в последнее время цены на электроэнергию растут быстрыми темпами, данный подход к модернизации экономически оправдан, а сама модернизация весьма актуальна.

Компания «Промситех» поставляет на российский рынок продукцию, необходимую для автоматизации этого оборудования, в том числе бюджетные преобразователи частоты (ПЧ) малой и средней мощности (до 315 кВт). Большинство типоразмеров этой продукции есть на складе в Москве.

Коротко поясним, за счет чего происходит снижение потребления энергии при применении ПЧ на примере систем водоснабжения. Раньше (до применения ПЧ) двигатели насосов подключались через коммутационные аппараты к промышленной сети с частотой 50 Гц. Электродвигатели вращались со скоростью, которая соответствовала этой частоте, а избыточное давление в магистрали «стравливалось» и регулировалось, либо с помощью рекуперационного вентиля, либо задвижкой, установленной между выходом насоса и входом в магистраль. Так как производительность насоса рассчитывается по пиковому разбору воды, причем, как правило, имеется некоторый запас мощности, то большую часть времени этот насос работал «гоняя» воду через рекуперационный вентиль, либо вода на выходе из насоса «упиралась» в чуть приоткрытую задвижку. Потери электроэнергии здесь огромные и составляют большую часть всего потребления. Иное дело при использовании ПЧ. Здесь система автоматического регулирования давления заставляет крутиться насос с небольшой скоростью, чтобы давление в магистрали было требуемым. Рекуперации водяного потока не происходит, все задвижки открыты полностью. Дополнительных потерь энергии практически нет.

Существуют разнообразные методики и соответствующие компьютерные программы оценок экономической эффективности (см. например, «Инструкция по расчету экономической эффективности применения частотно-регулируемого электропривода», М. 1997, Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы», №5, 2005г.). На наш взгляд, одна из наиболее удачных, является программа «EnergySavingsCalculator» , распространяемая через Internet корпорацией Lenze (www.lenze-actech.eu). Здесь суть методики расчета предварительных оценок энергосбережения состоит в том, что по имеющимся данным расхода воды или воздуха определяется срок окупаемости устанавливаемой преобразовательной техники. Программой учитываются сравнительные характеристики (примеры приведены ниже) потребления электроэнергии системой, работающей как с ПЧ, так и с использованием «обычных» методов регулировки:

регулировка расхода воздуха с помощью выходной задвижки вентилятора (рис.1);
регулировка расхода воды с помощью циклической работы насоса в режиме «OFF-ON» (рис.2);
регулировка расхода воды с помощью перепускного (рециркуляционного) вентиля (рис.3).

Рис.1

Рис.2

Рис. 3

Как видно из графиков на рисунках 1, 2 и 3, наибольшая экономическая эффективность использования ПЧ достигается, если система вентиляции или водоснабжения большую часть времени недогружена. Такая периодическая недогрузка свойственна этим системам. Например, в суточной кривой расхода воды, как правило, имеются два явных максимума – утром и вечером. Исходя из этих максимумов, выбирается мощность магистрального насоса. В остальное время суток насос работает с небольшой нагрузкой. Именно в это время ПЧ позволяет снизить потребление электроэнергии.

В номенклатуре изделий, предлагаемых нашим покупателям, все ПЧ имеют встроенный регулятор, позволяющий использовать этот преобразователь для автоматического поддержания давления воды или расхода воздуха на требуемом уровне. В таблице 1 приведены некоторые характеристики ПЧ.

Таблица 1.

Тип исполь-зуемых преобра-зователей	Степень защиты корпуса преобразователя	Диапазон мощностей трехфазных двигателей		Возможность формирования уставки (задания) через дополнительный аналоговый вход	Наличие «спящего» режима	Тип интегриро-ванного регулятора	Возможность индикации регулируемого давления в единицах, удобных для пользователя	Возможные действия при обрыве датчика обратной связи
		Однофазное питание ПЧ 220В	Трехфазное питание ПЧ 380 В
SMD (ESMD)	IP20	0.25 … 2.2 кВт	0.37 … 22 кВт	нет	нет	ПИ	да	Останов
SMV (ESV)	IP31	0.25 … 2.2 кВт	0.37 … 22 кВт	да	да	ПИД	да	Останов или выход на заданную скорость
	IP65		0.37 … 7.5 кВт
INNO-VERT (H3000)	IP20	0.75 … 2.2 кВт	0.4 … 315 кВт	да	да	ПИД	да	Выход на заданную скорость

Рассмотрим вопрос о выборе фирмы и страны изготовителя ПЧ. Этот вопрос вызывает интерес у наших клиентов. Многих смущает ситуация с качеством изделий из КНР. Это тем более актуально, поскольку китайская продукция семимильными шагами идет на рынок не только России, но и рынки США, Европу, Азии. Исходя из складывающейся ситуации, можно сделать вывод, что качество изделий и их цена таковы, что эти изделия выигрывают конкуренцию на рынках (в том числе на европейских), вытесняя с них западных производителей. Очень важно при решении вопроса о выборе конкретного поставщика убедиться, что его продукция отвечает высоким требованиям по надежности, функциональности и стоимости изделий. При работе с разными поставщиками компания «Промситех» проводит их жесточайший отбор, исходя из того, что продукция должна быть высоконадежной, дешевой, простой при пуске и эксплуатации. Наш опыт работы, как с американскими, так и с некоторыми китайскими преобразователями, однозначно показывает их сопоставимость по надежности работ! Однако цены на китайскую продукцию значительно ниже.

В заключение рассмотрим пример расчета времени окупаемости затрат на установку преобразователей на теплотехническом пункте. Расчет проводился с использованием программы «EnergySavingsCalculator» На этом пункте установлены два повысительных насоса с электродвигателями мощностью 5.5 кВт. Насосы осуществляют стабилизацию давления горячей воды в магистрали для потребителей. Суточная почасовая кривая расхода воды представлена на рис. 4:

Рис.4

В предшествующий период регулировка давления осуществлялась с помощью рециркуляционного вентиля. Одновременно работает только один из насосов. График усредненной загрузки насоса представлен на рис.5 ниже.

Рис.5

Из рисунка 5 видно, что загрузка насоса 80 - 90% весьма кратковременна и длится в течение суток не более 2-х часов. Использование частотных преобразователей (на каждый двигатель был установлен «свой» преобразователь) позволило обеспечить существенную экономию электроэнергии. Расчеты показывают, что если стоимость двух преобразователей и пуско-наладочных работ по их вводу в эксплуатацию принять равной 43360 руб., а стоимость кВт*час – равной 3 руб 80коп., то при каждодневном уменьшении расхода на электроэнергию в размере 394 руб. преобразователи окупятся меньше чем за четыре месяца (через 110 дней).

В данном примере годовой доход от экономии электроэнергии в результате установки преобразователей составляет 143800 руб.

При перепечатке или «скачивании» программы «EnergySavingsCalculator» ссылка на нашу статью обязательна.