автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Энерго- и ресурсосбережение в насосных и вентиляторных установках на основе применения частотно-регулируемых асинхронных электроприводов



1 О ОВ Ш

БЕЛОРУССКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПОЛИТЕХНИЧЕСКАЯ

АКАДЕМИЯ

УДК 62-83:621.313.3

ОГАНЕЗОВ Игорь Азизович

ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ В НАСОСНЫХ И ВЕНТИЛЯТОРНЫХ УСТАНОВКАХ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЧАСТОТНО-РЕГУЛИРУЕМЫХ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ

05.09.03 — Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1997

Работа выполнена на кафедре "Экономика и организация' энергетики* Белорусской государственной политехнической академии.

Научные руководители :

Официальные оппоненты :

доктор технических наук, профессор Б.И. Фираго. доктор экономических наук, профессор Л.П. Падалко.

доктор технических наук, профессор В.И. Луковников, кандидат технических наук, доцент В.В. Романов.

Оппонирующая организация - Белорусский научно-исследовательский институт энергетики и электрификации агропромышленного комплекса "БелНИИагроэнерго", г.Минск.

Зашита состоится 1997 года в 10 часов на

заседании Совета по защите диссертаций Д.02.05.02 в Белорусской государственной политехнической академии по адресу :

220027; г. Минск , пр.Ф. Скорины, 65, к.2, ауд. 201 , Белорусская, государственная политехническая академия.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусской государственной политехнической академии.

Автореферат „разослан ЛИ 1997 года.

Ученый секретарь совета Д.02.05.02 по защите диссертаций , доктор технических наук, профессор

М.А. Коротксвич

(с) Огансзов И.А., 1997

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Проблема энергосбережения приобретает в настоящее время все большую актуальность в связи с истощением невозобновляемых энергетических ресурсов и увеличением их стоимости.

Как показывает практический опыт многих стран СНГ и дальнего зарубежья, применение регулируемых электроприводов (ЭП) переменного тока вместо нерегулируемых позволяет получить существенную экономию электрической энергии, снижение эксплуатационных расходов, обеспечить плавное регулирование частоты вращения (ЧВ), увеличить срок службы электродвигателей, значительно сократить уровень шума от ЭП.

Наиболее значительной экономия электрической энергии получается для ЭП насосов и вентиляторов, где ранее применялся нерегулируемый ЭП и регулирующие заслонки или вентили.

Во многих случаях экономия электроэнергии достигает 50 %.

Применяемые в настоящее время в Республике Беларусь (РБ) ЭП с нерегулируемыми асинхронными двигателями (АД) для насосов и вентиляторов не удовлетворяют современным требованиям по энергосбережению.

В частности , для ЭП канализационных насосных станций (КНС), которые регулируются по методу пуск - останов, непроизводительные расходы электрической энергии составляют от 10 до 30 %, частые прямые пуски снижают надежность и долговечность двигателя и гидросистемы, возникают частые гидравлические удары.

В случаях применения нерегулируемых АД в системах поддержания заданного микроклимата на животноводческих и свиноводческих комплексах непроизводительные расходы тепловой энергии составляют от 10 до 40 % , электрической энергии - от 20 до 75%.

Частотно - регулируемые ЭП на базе АД с короткозамкнутым ротором лишены отмеченных выше недостатков и позволяют получить достаточно высокие технико-экономические показатели работы.

Анализ работ в области применения регулируемого ЭП для турбомехаппзмов показал, что в научном литературе стран С] IГ и РС недостаточно полно исследованы возможности экономии энергоресурсов для ЭП насосов и вентиляторов.

В частности, мало изучены вопросы экономии электрической энергии на КНС в пусковых и установившихся режимах работы при замене нерегулируемого ЭП насоса автоматизированным частотно-регулируемым.

До 1994 года сельскохозяйственные потребители энергоресурсов РБ получали электрическую энергию по льготным тарифам .установленным на уровне значительно ниже себестоимости ее производства и распределения.Эго приводило к точу , что при проектировании объектов сельского хозяйства в большинстве случаев игнорировались вопросы экономии энергоресурсов. • По этой причине не были на должной экономической основе исследованы возможности использования систем автоматизированного частотно-регулируемого ЭП в вентиляционных установках внутри производственных помещений свиноводческих комплексов. Между тем эти объекты являйте« одними из наиболее крупных потребителей электрической и тепловой энергии отрасли.

Связь работы с крупными научными программами .темами. Предлагаемая работа является составной частью госбюджетной темы "Повышение эффективности производства и потребления энергии", выполняемой кафедрой "Экономика и организация энергетики" Белорусской государственной политехнической академии.

Цель и задачи исследования . Целью работы является техники -экономическое обоснование применения энерго- и ресурсосберегающих технологий на КНС и свнноводческ..х комплексах за счет использования Частотно-регулируемых асинхронных ЭП.

Достижение указанной цели связано с решением следующих задач:

1 .Усовершенствование методики технико-экономического обоснования

применения частотно-регулируемых асинхронных ЭП для КНС.

2. Усовершенствование методики технико-экономического обоснования применения частотно-.регулируемых асинхронных ЭП для систем поддержания заданного микроклимата на свиноводческих комплексах.

3. Разработка стратегии управления электроприводами насосных и вентиляционных установок с учетом критерия минимального расхода энергоресурсов и средств на ремонтно-эксплуатационное обслуживание и требований технологических процессов и санитарных норм.

Научнил новизна полученных результатов заключается в теоретических и экспериментальных исследованиях, основное содержание которых состоит в следующем:

1. В уточненной оценке потребления электроэнергии частот но-риулирусмым ЭП и зависимости от производительности КИС п постоянных погерьвЭП.

2. В оптимизации технологического режима работы вентиляционного оборудования за счет применения автоматизированного частотно-регулируемого ЭП б системах поддержания заданного микроклимата на свиноводческих комплексах.

3. В оптимизации технологических процессов с учетом требований энергосбережения и санитарных норм на основе автоматизированного частотно-регулируемого ЭП и систем автоматического управления .

4. В разработке методики расчета экономии энергии в ЭП КНС в пусковых режимах при замене нерегулируемого ЭП насоса частотно- регулируемым .

Практическая значимость полученных результатов. Усовершенствованная методика технико-экономического,обоснования применения автоматизированного частотно-регулируемого ЭП для КНС передана институту "Белжилпроект ', где используется при проектировании новых КНС и для реконструкции действующих.

Усовершенствованная методика технико-экономического обоснования применения автоматизированного частотно-регулируемого ЭП для систем поддержания заданного микроклимата на свиноводческих комплексах передана институту "Белэнергосетьпроект", где используется для реконструкции действующих -свиноводческих комплексов .

Экономическая значимость полученных результатов .

1. На примере Лндской КНС № 5, проект которой является типовым для средних городов РБ ( Мозырь , Молодечно , Орша , Новополоцк, Солигорск, Светлогорск и др.), показано , что замена одного ЭП насоса мощностью 160 кВт .режим работы которого регулировался по методу включено-выключено, автоматизированным частотно-регулируемым дает годовую экономию электроэнергии не менее 100.000 кВт.ч , обеспечивает повышение надежности и долговечности двигателя, насосного агрегата и трубопроводов . Срок окупаемости инвестиций составляет от 2,1 до 4,35 года .

2. На основе теоретических и экспериментальных исследований, выполненных на базе свиноводческого комплекса совхоза им. Ульянова Минского района , построенного по типовому для РБ проекту, установлено, что замена нерегулируемых ЭП приточной вентиляции автоматизированными частотно-регулируемыми за холодное время года позволяет подучить : экономию электрической энергии до 70 %, экономию тепловой энергии до 35 %, повышение надежности и долговечности электродвигателей , вентиляторов и воздуховодов . Суммарная экономия энергоресурсов в станковом помещении на 600 голов молодняка свинарника-откормочника за отопительный период года составляет около 20 т у.т.. Срок окупаемости инвестиций - от I до 3,2 года .

Основные положения диссертации, выносимые но зшниту .

1. Технико-экономическая целесообразность применения автоматизированного частотно-регулируемого ЭП на КНС и в системах поддержания заданного микроклимата на свиноводческих комплексах.

2. Способы управления частотно-регулируемым ЭП, обеспечивающие требуемые технические характеристики и широкие технологические возможности механизмов..'

3 . Оптимизация управления технологическими процессами КНС и систем поддержания заданного микроклимата на свиноводческих комплексах с целью экономии энергоресурсов и средств на ремонтно-эксплуатационное обслуживание.

Личный вклад соискателя. Соискателем самостоятельно выполнена работа по сбору, обработке и анализу технико-экономических показателей , характеризующих работу систем ЭП КНС и поддержания параметров заданного микроклимата на свиноводческих комплексах . Непосредственное участие автора в получении научных результатов выражается в разработке :

- энергосберегающего инвестиционного проекта реконструкции Лидской КНС Л65 с применением частотно-регулируемого асинхронного ЭП ;

- энергосберегающего инвестиционного проекта реконструкции

производственных помещений свиноводческого комплекса совхоза им.Ульянова Минского района с заменой нерегулируемых ЭП приточной вентиляции частотно-регулируемыми.

Апробация результатов диссертации. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Белорусской государственной политехнической академии, проводимых совместно с научно-исследовательскими институтами , консгрукторскими бюро и промышленными предприятиями (г.Минск , 1993, 1994 , 1995 г .г.) и на республиканской научно-технической конференции "Автоматизиро-ванньт электропривод промышленных установок" (г. Минск, 1994 г.).

Опубликованность результатов. Основное содержание диссертационной работы отражено в 3 депонированных научных работах, 4 тезисах докладов на научно-технических конференциях. в 1 информационном сообщении и 2 методиках, используемых институтами "Белжилпроек1" и " Бслэнергосетьпроект " .

Структура и объем диссертации . Диссертация состоит из введения, общей характеристики работы, четырех глав, общих выводов по работе, списка использованных источников , включающего 105 наименований и 5 приложений . Работа изложена на 216 страницах машинописного текста, содержит 14 рисунков и 61 таблицу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены особенности развития современной техники автоматизированного частотно-регулируемого ЭП в странах. СНГ и за рубежом, приведены технические данные и параметры ПЧ , применяемых в современных регулируемых асинхронных приводах, проведено технико-экономическое сопоставление регулируемых ГП постоянного и переменного тока , приведены статистические данные по экономии электрической энергии за счет применения регулируемых ЭП касосов и вентиляторов,сделано технико-экономическое сравнение систем регулируемого ЭП переменного тока : автономный инвертор напряжения -асинхронный двигатель (ЛИЦ - АД ) и автономный инвертор тока -асинхронный двигатель (ЛИ Г - АД ).

Анализ работ в области применения регулируемого ЭП для турбомеханизмов покупал , что в научно-технической литературе стран СНГ и РБ недостаточно исследованы возможности экономии электроэнергии в пусковых и установившихся режимах работы при замене нерегулируемого ЭП насосов регулируемым, в частности частотно-ре1 улируемыч.

Прерывистый режим , применяемый на КНС РБ, не удовлетворяет современным требованиям по энергосбережению и условиям эксплуатации.

Не исследованы вопросы исполыования систем автоматизированного частотно-регулируемого ЭП для поддержания параметров заданного микроклимата внутри производственных помещений на животноводческих и свиноводческих комплексах при изменении температуры, влажности наружного воздуха , концентрации вредных веществ и общего веса животных, находящихся на откорме.

Анализ зарубежных источников в области использования регулируемых ЭГ1 показывает, что у ведущих зарубежных фирм наблюдается ориентация на замену нерегулируемых асинхронных ЭП и регулируемых ЭП постоянного тока автоматизированными частотно-регулируемыми ЭП переменного тока на базе автономных инверторов токаи напряжения . Известные отечественные технологии производства и эксплуатации систем частотно-регулируемых асинхронных ЭП в настоящее время не достигли мирового уровня.

Сформулированы следующие шдачи следований:

разработать сгруктурную схему автоматизированного частотно- " регулируемого ЭГ1 насоса для КНС , обеспечивающую работоспособность механизма в широком диапазоне технологических нагрузок и автоматизацию управления электроприводом ;

разработать методики оценки "потерь энергии при прямом и частотном пуске ЭП насоса ;

усовершенствовать методику технико-экономического обоснования применения автоматизированного частотно-регулируемого ЭП для КНС ;

выбрать законы управления , при которых достигается оптимизация статических и динамических режимов работы автоматизированного частотно-регулируемого ЭП насоса КНС ;

разработать систему автоматизированного частотно-регулируемого ЭП, обеспечивающую экономию энергорссурсов и сокращение ремонтно-эксплуатационных расходов при поддержании заданных параметров микроклимата внутри производственного помещения свинарника-откормочника ;

разработать алгоритм управления работой вентиляционных установок, минимизирующий уровень затрат электрической и тепловой энергии при поддержании заданных параметров микроклимата внутри производственного помещения свинарника-откормочника ;

усовершенствовать методику технико-экономического обоснования применения автоматизированного частотно-регулируемого ЭП для систем поддержания заданного микроклимата внутри производственных помещений свиноводческих комплексов.

Во второй главе исследуются вопросы экономии электроэнергии в пусковых режимах ЭП КНС .

Выводы базируются на экспериментах и расчетах .выполненных на Лидской КНС №5 в 1993-1994 годах .

Разработанная структурная схема частотно-регулируемого ЭП насоса для КНС представлена в диссертации.

Далее изложены разработанные методики оценки потерь энергии при прямом и частотном пуске . Анали шческим путеу была получена формула суммарных потерь энергии (при учете только переменных потерь) нерегулируемого ЭП насоса за время одного пуска. При использовании параметров АД 4АИЭ15М6УЗ и насоса ФГ-800/33, установленных на Лидской КНС №5, получена величина потерь энергии за время одного пуска : д А = 156459,5 Дж. Расчетное значение потерь энергии нерегулируемого ЭП насоса ФГ-800/33 с АД4АЮ15М6УЗ за время одного пускало приближенной формуле .приведенной в диссертации, составило дА = 173491,5 Дж. Погрешность расчета по приближенной формуле не превышает 10% в сторону завышения.

Методом конечных разностей определено время прямого пуска ЭП насоса ФГ- 800/33 с АД 4ЛН315М6УЗ, Х„= 0,848 с.

При частотном пуске АД принято , что он работает в пределах линейной части механической характеристики и скорость задается по линейному закону.

Тогда ^сходными уравнениями для частотного пуска ЭП будут •я ( I ) = е0 I , .

где

М = р [ со0 ( I ) - о>] ско

М - Мг = .1- . '

<К

( 1 )

р - модуль жесткости механической характеристики АД ', е0 - заданное угловое ускорение ',

ю0 - синхронная угловая скорость АД при конечном значении частоты ( при номинальной частоте ) ',

Для получения аналитического решения заменим квадратичную

Мо М-Рис.1

М,

- время линейного задания скорости

Мс = М0 + К(0ш , ( 2 )

где Му - М„

Кю = - . ( 3 )

(Оу

Му , йу - установившиеся значения электромагнитного момента и угловой скорости АД .

Применение уравнения (2) в системе уравнений (I ) дает возможность получить линейное дифференциальное уравнение

<1(0

Т„

•л

где

+• <3 = Е01

АШ0

Р = р + Кш ;

( 4 )

С1ео;

I

а =

/

4И0 =

М„

Р + к„

Переходный процесс, описываемый уравнением ( 4 ) , разбивается на три интервала : 1) 0 I Ц ; 2) 13 I < )0 ;

3) Ь

^ I < оо

Время задержки двиягния

М„

. и =

( 5 )

Рео

Второй интервал пуска заканчивается в момент времени 10 , когда двигатель выходит на естественную характеристику .

Определена выражения для начального и конечного значений скорости и электромагнитного момента для каждого интервала. Далее ' были получены выражения электромагшднон энергии, потребляемой АД на каждом из трех интервалов А'эм, Аэм, Аэм, и полной

механической энергии, развиваемой ротором АД при частотном пуске , Амх-

Потери энергии при частотном пуске

лАрег = Аэм

где-

- А„

^ А2 рег < '

ш

* АэМ .

/

»1

*2

). ( 6 )

( 7 )

Аэм = Аэм + Аэм В результате расчетов было получено для ЭП насоса ФГ- 800/33 с АД типа 4АШ15М6УЗ : дА2рег = 2209,45 Дж , дАрег '= 5386,68

Дж. Были также учтены дополнительные потери энергии при частотном пуске, обусловленные несинусоидальностью токов АД , получающего питание от ПЧ ,и потерями в ПЧ :

I

Т

м

Е

ДАрСГ = 0,3 ДАрег . < 8 )

Суммарные потери энергии при частотном пуске составили

ААрег =дАрег ,ДАрег • ( 9 )

Для рассматриваемого. ЭП дЛрег = 7002,68 Дж.

Таким образом, при замене прямого пуска насоса ФГ - 800/33 частотным с временем, равным времени прямого пуска (tn = 85 Тм),

потери электроэнергии уменьшаются в

ДА' 173491,47

П = _____= - = 25 раз ..

ДЛрег 7002,68

В третьей главе изложена усовершенствованная методика технико-экономического. обоснования применения автоматизированного частотно1 регулируемого ЭП для КНС.

Результаты базируются на осМове экспериментов и расчетов, выполненных на Лидской КНС №5 в 1993,- 1994 .годах . Пыли проведены исследования режимов работы ст-нции в рабочие,выходные субботние и воскресные сутки ноября 1993 года (в течение каждого часа суток контролировались значения производительности КНС и потребления электрической энергии).

В данной главе показаны недостатки существующего на КНС РБ метода регулирования производительности пуск-останов и обоснована целесообразность использования автоматизированного частотно-регулируемого ЭП. Доказано, что оптимизация статических режимов достигается при выбранном законе управления частотно-регулируемым ЭП Ш2= const .

Методика технико-экономического обоснования применения автоматизированного часто гно-регулируемого ЭП для КНС включает :

1) расчет гидравлического сопротивления сети ;

2) расчет потерь мощности АД при номинальной нагрузке ;

3) расчет расхода электрической энергии, потребляемой частотно-регулируемым ЭП насоса за сутки ,и сопоставление его с расходом энергии, погребляемой нерегулируемым ЭП :

4) экономическое обоснование применения автоматизированного частотно-регулируемого ЭП .

Экономическая эффективность применения системы автоматизируемого частотно-регулируемого ЭП на КНС определяется по критериям :

- срока окупаемости дополнительных капитальных вложений бет учета дисконтирования .

- чистого приведенного дохода (ЧПД ) ,

- внутренней нормы доходное™ (ВНД),

- срока окупаемости инвестиций в зависимости от нормы дисконтирования,

- рентабельности инвестиционного проекта.

ЧПД прс (ставляет собой разность дисконтированных на год начала реализации проекта показателей дохода и капиталовложений. Потоки доходов и капитальных вложений представляются в виде единого поток« - чистого потока платежей, равного разности текущих доходов и расходов . •

ЧПД вычисляется при заданной норме дисконтирования ( приведения ) по формуле

Тр Р,

ЧПД = £ _;_ , (10)

1=0 ( 1 + (I )1

где

I - годы реализации инвестиционного проекта, включая этап реконструкции КНС ( 1 = 0, 1, 2 , 3..... Т^);

Р[ - чистый поток платежей (наличности ) в году I ;

(1 • ставка дисконтирования .

ВНД инвестиционного проекта представляет собой расчетную ставку процентов, при которой ЧПД, соответствующий этому проекту, равен нулю. При ставке ссудного процента, равной ВНД , инвестирование финансовых средств в проект даст в итоге тот же суммарный доход, что и помещение их в банк на депозитный счет . Для дальнейшего анализа отбирают те инвестиционные проекты, которые имеют ВНД не ниже, как правило, 15 - 20 % годовых .

Срок окупаемости инвестиций - это продолжительность периода, в течение которого сумма чистых доходов, дисконтированных на момент завершения инвестиций , равна сумме инвестиций . Он определяется при решении приведенного ниже уравнения относительно I .

:_ = К . (И)

(1 + ■ а )1

.2

1=0

т

р

где

Ток - срок окупаемости инвестиций '

К - суммарные капиталовложения в инвестиционный проект , Показатель рентабельности, или индекс доходности инвестиционного проекта, представляет собой отношение приведенных доходов к приведенным на ту же дату инвестиционным расходам. Формула рентабельности имеет вид :

Т0 Р,

Rent

1=10 (1 + А )' =-:- 1 (|2)

(с К,

I _

1=0 ( ' + <» )1

где в числителе приведена' доходная часть ЧПД , а в знаменателе - инвестиционная .

Эффективными при заданной ставке процента являются инвестиционные проекты с показателем рентабельности больше единицы.

Полученные в диссертации изменения значений потерь в ЭП канализационной насосной установки мощностью 160 кВт со статической составляющей напора при использовании системы ПЧ-АД (преобразователь частоты - асинхронный двигатель) в зависимости от производительности КНС показаны на рис.2. Зависимость срока окупаемости инвестиций на реконструкцию КНС с установкой сисгемы ПЧ-АД от мощности насосных агрегатов представлена на рис.3.

В четвертой главе приведена усовершенствованная методика технико-экономического обоснования применения автоматизированного частотно-регулируемого ЭП для систем поддержания заданного микроклимата. Экспериментальные исследования и расчеты проводились в на базе производственного помещения свинарника-откормочника совхоза им. Ульянова Минского района , построенного по типовому для РБ проекту. Разработанная функциональная схема автоматизации вентиляционно-отопительной системы с водяными калориферами,-приведена в диссертации.

Методика гехннко-экономнческого обоснования включаете себя :

кВт

А

Рис.2. Измененкя потерь в ЭП канализационной насосной установки мощностью 1Б0 кВт со статической составляющей напора при использовании системы ПЧ-АД в зависимости от производительности КНС: I — механические потери; 2 — потери в стали; 3 — переменные потери

лет

ок

О 60 120 1В0 кВт

N--

Рис.3. Зависимость срока окупаемости инвестиций на реконструкцию КНС с установкой систем ПЧ-АД от мощности насосних агрегатов

определение изменений оптимального воздухообмена внутри производственного помещения свинарника-откормочника в зависимости от температуры, влажности наружного воздуха, концентрации бренных веществ и общего веса животных, находящихся на откорме ;

расчет тепловой энергии, потребляемой для подогрева приточного воздуха в течение отопительного периода года в случаях использования каждого из сравниваемых вариантов систем ЭП приточной вентиляции;

расчет электрической энергии, затрачиваемой на поддержание заданного микроклимата внутри производственного помещения свинарника-откормочника, в случаях использования каждого из сравниваемых вариантов систем ЭП приточной вентиляции ;

экономическое обоснование применения автоматизированного частотно-регулируемого ЭП.

Экономическая эффективность применения системы автоматизированного частотно-регулируемого ЭП определяется по критериям :

- срока окупаемости дополнительных капитальных вложений 6« учета дисконтирования ;

- ЧПД ( см. формулу (10) ) ;

- ВИД ;

- срока окупаемое™ инвестиций в зависимости от кормы дисконтирования (см. формулу ( II) ) ;

- рентабельности инвестиционного проекта (см.формулу(12)).

Распределения значений требуемой электрической и тепловой

мощности на свиноводческом комплексе на 24 тыс. голов в течение холодного времени года при использовании сравниваемых вариантов систем ЭП приточной вентиляции представлены соответственно на рис.4 и рис.5 .

«Вт

480

360

240

120

Холодно» греш года ---—

Рис.4. Треоуеым влектрхчесхая иовность к* eitsoaojnec'OM комплексе на 24 тис. годов > холодное speiu год» пр« «с-польэогащн a cicreue приточное венттллям:

---частотно-регтлвруешл ЭП;

- —нерауляруешых 0П

октлО. кслб. док, ян», фввр. март

кВт

2000 1500 1000 600

октгз.нолб. дм. аа. фввр. карт ОтопжтыгьйыЯ перход года-'—

«^«Й'Й®!?^"0*" ««»ость на евиюводческо»« Й*5!.г4 гмо> 1 оюшгемьамя период года при «спмьзомяга ъ скоте«» приточной ввнтмяшд:

- частотно-регулируемых ЭП;

иерегуларуемых ЭП

выпады

1. Результаты анализа использования регулируемых ЭП в странах СНГ и дальнем зарубежье показали, что применение автоматизированного частотно-регулируемого ЭП вместо нерегулируемого позволяет добиться значительной экономии энергоресурсов (от 10 до 80%), существенно снизить затраты на ремонт электродвигателей (от J0 до 70 %), повысить надежность и долговечность эксплуатируемого оборудования и технико-экономические показатели его работы.

2. Разработана струкгурная схема автоматизированного частотно-регулируемого ЭП насоса для КИС , построенной по типовому для стран СНГ проекту, обеспечивающая работоспособность механизма в широком диапазоне технологических нагрузок и автоматизацию управления .

3. Разработаны методики оценки потерь энергии при прямом и частотном пуске для асинхронного ЭП насоса, установленного на КНС. Доказано, что потерн энергии в пусковых режимах при времени частотного пуска, приблизительно равном времени прямого пуска, для асинхронных ЭП насосов мощностью до 100 кВт уменьшаются до 25 р;-3. Потери шсипн в динамических' режимах минимальны при выбранном законе управления U/f = const

4. Усовершенствована методика технико-экономического обоснования применения автоматизированного частогно-регулнрусмого ЭП для КНС Показано, что замена одного асинхронного ЭП насоса с прерывистым ' режимом работы мощностью 160 кВт автоматизированным частотно-регулируемым даст годовую экономию электрической энергии не менее

100000 кВт.ч( 13,5 % ), обеспечивая при этом повышение надежности и долговечности электродвигателя, насосного агрегата и трубопроводов. Установлено, что потери электрической энергии в статических режимах минимальны при выбранном законе управления U/f^ = const . ВИД рассматриваемого инвестиционного проекта составляет 31,8% годовых. Срок окупаемости инвестиций в зависимости от нормы дисконтирования составляет от 2,1 до 4,35 года .При существующем соотношении цен на электроэнергию и оборудование частотно-регулируемый асинхронный ЭП целесообразно использовать в насосных агрегатах КНС мощностью 75 - 100 кВт и выше.

5. Разработана структурная схема автоматизированного частотно-регулируемого ЭП приточной вентиляции, обеспечивающая поддержание заданных параметров микроклимата внутри производственного помещения свинарнйка-огкормочника, построенного по типовому для РБ проекту.

6. Определен алгоритм работы вентиляционных установок, минимизирующий уровень затрат электрической и тепловой энергии, при поддержании заданных параметров микроклимата внутри производственного помещения свинарника-откормочника.

7. Усовершенствована методика технико-экономического обосновали» применения автоматизированного частотно-регулируемого ЭП для систем управления микроклиматом. На основе теоретических и экспериментальных исследований, выполненных на базе свинарника-откормочника совхоза им. Ульянова Минского района, построенного по типовому для РБ проекту, установлено , что замена нерегулируемых ЭП приточной вентиляции на свиноводческих комплексах частотно-^улируемыми за холодное премя года позволяв! получить:

- экономию электрической энергии до 70 % ,

- экономию тепловой энергии до 35 % ,

- сокращение расходов на ремонт электродвигателей и вентиляционных агрегатов в 1,5-2 раза ,

- значительное увеличение срока службы эксплуатируемого оборудования( в 1,7 - 2,1 раза).

Внутренняя норма доходности рассматриваемого инвестиционного проекта составляет 46,3 %.

Срок окупаемости инвестиций в зависимости от нормы дисконтирования изменяется от 1,04 года до 3,2 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих научных работах :

1. Оганезов И.Л. Обзор по применению регулируемых электроприво-

дов переменного тока I Белорус, государ, политехи, академ. - Минск, 1992. - 32с. - Деп. в ВИНИТИ 14.07.92, >h 2301 - В92 .

2. Оганезов И.А. Анализ технико-экономических характеристик регулируемых электроприводов постоянного и переменного тока / Ред. журн. "Изв. вузов - Энергетика", 1992 - 16 с. - Деп. в ВИНИТИ 02.12.92. № 3418 - В 92 .

3. Фнраго Б.И., Оганезов H.A. Экономия электроэнергии в электроприводах канализационных насосных станций в пусковых режимах при замене нерегулируемого электропривода частотным / Белорус, государ, политехи, академ. - Минск, 1993 - 17 с. - Деп. в ВИНИТИ 04.10.93. № 2516 - В 93 .

4. Гсмченко A.A. , Оганезов H.A. Экономия электрической энергии при замене нерегулируемого электропривода частотно-регулируемым для канализационных насосных станции в установившихся режимах работы //Материалы 50-н научно-технической конференции профессоров, преподавателей, научных работиков, аспирантов и студентов Белорусской государственной политехнической академии : Тез. докл. конф. - Минск. 1994,- 4.2. - С.32.

5. Оганезов И.А. Экономия электрической и тепловой энергии на свиноводческих комплексах при замене нерегулируемого элекропривода приточной вешиляцни на частотно-регулируемый в установившихся режимах работы для .холодного периода года // Материалы 50-и н: учно-тсхнической конференции профессоров, преподавателей, научных работников, аспирантов и студентов Белорусской государственной политехнической академии: Тез. докл. конф. - Минск, 1994. - 4.2. - С.33.

6. Оганезов H.A.. Семченко A.A. Применение частотно-регулируемого электропривода хтя энергосбережения в системах микроклимата свиноводческих комплексов // Автоматизируемый электропривод промышленных установок : Гез. локл. конф. - Минск, 1994. - С.44.

7. Оганезов H.A. , Семченко A.A. Методика тсхнико-жономнческого обоснования применения частотно-регулируемого электропривода для энергосбережения в системах микроклимата свиноводческих комплексов // Состояние и перспективы развгцпя науки и подготовки инженеров высокой квалификации в Белорусской /ocy.iapci венной политехнической академии : Тез. докл. конф. - Минск, 1995. - С.10.

8. Оганезов H.A., Семченко A.A. Система автоматического управления микроклиматом животноводческих и птицеводческих комплексов. - Препринт / Белорусский научный центр информации и маркетинга агропромышленного комплекса. - Минск, 1995. - 2 с.

РЗЗШЕ

Лганеаау 1гар Аэ1вав1ч Энерга- I расурсааберажэнне у поыпавых I вентыляцыйнцх установках на аснове прныянення частотна-рзгулсеиых аДнхронных электрапрыводау

Пераутваральн1к частаты, ас1нхронны рухав1к, аутаыатыэацыя , варылнт , вывар , праект, афектыунасць , эканэы1я

Аб'ектам доследования э'яуляеода аутаыатыааваны чаетегна-рэгулсемы электрапрывод для поыпавых I вентыдяцийных установах.

кэтай даследавання а'яуляецца тэхн1ка-эканаы1чнае абгрунта-вакив прыыянення энерга- I рэсурсааберагальных тэхналогШ на канад1»ацыйных поипавых станциях I св1нагадоучых комплексах аа кошт выхарыстання частотна-рагулюешх ас1нхронных электрапрыводау.

Навуковая нав1»на даследаванняу »аклочаецца :

- у дахладнаЙ ацэнцы спакывання электраэнергИ частотна-рэгу-лвеиш ас1нхронныы элехтрапрыводам у аалежнасц1 ад прадукцыЙнас-ц1 канал1эацыйнай похпаваД станцы1 I пастаянных страт у электра-прыводае ;

- у алтшЛэацы1 тэхналаг1чнага рэкыцу работы вентыляцыйнага абсталявання аа колт прыыянення частотна-рэгулюеыага электрапры-вода у с1стэмах падтрьшання зададзенага м1хракл1мАта на св1ваг-гадоучых комплексах ;

- у аптыы1зацы1 тахналаг1чных працэсау • ул1каы патрабаванчяу энергаэберажэння I сан1тарных роры на аснове частотна-рэгулюеыага ас1нхроннага электрапрывода I с1стэм аутаыатычнага к1раваиня ;

- у распрацоуцы методик! раэл1гу эканомП электраэнергИ у электрапрыводах канал1аацыйных поипавых станций у пускавых рэжы-ыах пры ааыене нерагулюеиага ас1нхроннага алектрапрывода пошш частотна-рагулюеыьш.

Вын1к1 даследаванняу выкарыстоуваюцца у 1нстытутах "Велжыл-праект" I "Белэнергасеткапраект" пры распрацоуцы новых I рэяан-струкцы! дзеючых аб'ектау канал1зацыйних поипавых станций I св1нагадоучых комплексау.

Гал1на пры.чянення - арган1аацы1 I прадпрыемствы, як1я эайма-юцца праектаваннем I эксплуатаваннем помпавых I вентыляцыйных установак.

РЕЗЮМЕ

Оганезов Игорь Азизович

Эмсрго- и ресурсосбережение в насосных и вентиляторных установках

на основе применения частотно-регулируемых асинхронных электроприводов

Преобразователь частоты, асинхронный двигатель, автоматизация,

вариант, выбор , проект , эффективность,экономия

Объектом диссертационного исследования является частогйо-регулируе-мый асинхронный электропривод для насосных и вентиляторных установок.

Целью исследования является технико-экономическое обоснование применения энерго- и ресурсосберегающих технологий на канализационных насосных станцнях и свиноводческих комплексах за счет использования частотно-регулируемых асинхронных электроприводов.

Научная новизна исследований заключается : - в уточненной опенке потребления электроэнергии частотно-регулируемым асинхронным электроприводом в завимости от производительности капали шционной насосной станции и постоянных потерь в электроприводе;

- в оптимизации технологического режима работы вентиляционного оборудования за счет применения частотно-регулируемог о электропривода в системах поддержания заданного микроклимата на свиноводческих комплексах:

-в оптимизации технологических процессов с учетом требовании энергосбережения и санитарных норм на основе автоматизированного частотно-регулируемого электропривода н систем автоматического управления;

- в разработке методики расчета экономии электроэнергии в электроприводах канализационных насосных станций в пусковых режимах при замене нерегулируемого электропривода насоса частотно-регулируемым.

Результаты исследований используются в институтах "Бслжнлпроскт" и "Белэпергосетьпроект" при проектировании новых и реконструкции действующих объектов канализационных насосных станции и свиноводческих комплексов.

Область применения - организации и предприятия,занимающиеся проектированием и эксплуатацией насосных и вентиляторных установок.

SUMMARY

Oganezov Jgor Aaztivich Energy and resource saving in pumping and ventilator plants on (he basis of using frequency controlled induction eletlric drives

Converter of frequency, induction motor , automation, variant, choice,

project, efficiency , economy

The object of thesis research is automatic frequency controlled electric drive for pumping and ventilator plants.

The purpose of investigation is technical-economic grounds of application energy and resourse saving technologes in sewer pumping stations and pig-breeding complexes owing to using frequency controlled induction electric drives.

The scientific novelty investigations consist :

- in more exact estimation of consumption electric energy by frequency controlled induction electric drive depending upon, productivity sewer pumping plant and constant losses in electric drive ;

- in optimisation the techhnological conditions of work ventilator equipment thanks to use the frequency controlled electric drive in systems of control microclimate in pig- breeding complexes ;

- in optimisation the technological processes taking into account the demands energy saving and sanitary standards on the basis of using automatic frequency controlled electric drive and systems of automatic control;

- in working out the methods of calculation cconomy to save electric power in electric drives of sewer pumping stations by starting conditions in the time of replace uncontrolled electric drive of pumping into frequency controlled.

The results of these investigations are making use in institutes "Beljilproject" and "Belcnergosetproject" in the time of projecting new and reconstruction operating objects of sower pumping stations and pig-breeding complexes.

Fields of Use - tri organizations and enterprises, engaged in projection and exploitation of pumping and ventilator plants.