 |
Сравнительный анализ эффективности средств регулирования
|
|
|
|
Такой анализ показал, что:
–– с частотно-регулируемым электроприводом не возникают пусковые токи, а также динамические воздействия на лобовые части обмотки статора асинхронного двигателя и его перегрев;
–– с гидромуфтой пуски синхронного двигателя сопровождаются значительными пусковыми токами, разрушающими со временем его изоляцию, что существенно сокращает межремонтные периоды и уменьшает ресурс электродвигателя;
–– в более сложных гидроприводах (например, Vorecon RW) можно уменьшить момент при пуске с помощью специальной дополнительной гидромуфты переменной скорости. Так как эта гидромуфта создает большое скольжение, она позволяет снизить требования к пусковому моменту, но не снижает амплитуду пускового тока, а лишь уменьшает его продолжительность. Однако стоимость такой гидромуфты в 1,85–2,2 раза выше обычной;
–– при необходимости осуществления группового регулирования гидромуфтой двух, трех и более однотипных механизмов СН необходимо оснащать каждый двигатель преобразователем частоты;
–– гидромуфты не искажают ток и напряжение асинхронного двигателя, позволяя использовать его практически без разгрузки в соответствии с установленной мощностью.
Преобразователь частоты, являясь источником высших гармоник, потребляет реактивную мощность искажения. Поэтому выбор типа и схемы ПЧ в каждом конкретном случае должен производиться с учетом необходимости обеспечения его электромагнитной совместимости с сетью СН ТЭС. Наличие высших гармоник в выходном ПЧ требует также решения проблемы загрузки асинхронного двигателя по моменту (мощности), что также оказывает влияние на выбор типа и топологии схемы ПЧ. Положительным свойством ПЧ является ограничение токов к. з. в асинхронном двигателе. Электродвигатель отделен от сети преобразователем, поэтому к. з. в электродвигателе или выходном кабеле не влияет на сеть СН. Однако при применении гидромуфт токи к. з. воздействуют на сеть СН энергоблока и подключенные к ней нагрузки. При выборе способа регулирования механизмов СН (механического, с помощью гидромуфт или электрического) следует учитывать, что с ростом тарифов на электроэнергию даже небольшое увеличение КПД может дать весьма ощутимую эконо-мию для таких, например, механизмов, как питательные электронасосы, дутьевые вентиляторы и дымососы.
|
|
|
Основные показатели эффективности регулируемого электропривода
Оценка целесообразности внедрения регулируемых электроприводов является сложной многофакторной задачей, требующей значительного объема исходной информации, такой как: 1) прогноз возможных изменений режимов ТЭС; 2) характеристики технологического процесса и оборудования СН; 3) прогноз изменений цен топлива и электроэнергии; 4) статистика межремонтных периодов до и после установки ЧРП (для прогнозирования увеличения их длительности после вводов ЧРП и определения снижения затрат на ремонты электротехнического и тепломеханического оборудования). Необходимо также учесть эффект снижения вредных выбросов (NO2, CO2 и др.) за счет оптимизации процессов горения котла при оснащении тягодутьевых машин электроприводами с регулируемой частотой вращения. Изменение режимов работы оборудования, износ его, влияющий на отклонение характеристик от стандартных, в значительной мере определяет корректность результатов расчетов. А такие характеристики, как технологическая эффективность и ресурсосбережение, вообще не поддаются прямому расчету, и их оценка, как правило, производится экспертным путем, главным образом, на основе статистических данных и по сопоставлению с зарубежными источниками.
|
|
|
Экономичность
При оценке эффективности внедрения ЧРП обычно учитывают такие критерии, как:
–– снижение электрической мощности, потребляемой на собственные нужды;
–– снижение расхода электроэнергии, потребляемой на собственные нужды;
–– экономия топлива на ТЭС и в энергосистеме;
–– изменение годового дохода.
При этом эффективность применения регулируемого электропривода можно оценивать тремя интегральными показателями [8]:
1) коэффициент удельной экономии электроэнергии Кэ (кВт·ч/кВт)
где Э – годовая экономия электроэнергии за счет внедрения ЧРП (кВт·ч), РЧРП – установленная мощность ЧРП (кВт).
По величине этого показателя Кэ можно определить номенклатуру механизмов СН, оснащение которых регулируемым электроприводом может быть эффективным. Как показывает многолетний опыт внедрения ЧРП на ТЭС, если Кэ > 900–1000 кВт·ч/кВт, то оснащение механизмов СН электроприводами с регулируемой частотой, как правило, оказывается целесообразным;
2) коэффициент, учитывающий снижение мощности Р макс, потребляемой насосными и вентиляторными установками СН, оснащенными ЧРП, в часы максимума нагрузки энергоблока Кр (%):
Коэффициент К р характеризует такую важную составляющую энергосбережения, как дополнительное повышение мощности энергоблока за счет снижения мощности Р макс, потребляемой механизмами СН в часы максимума нагрузки ТЭС;
3) коэффициент К дохода, характеризующий вклад 1 кВт установленной мощности ЧРП в суммарный годовой доход:
;
где Д год – суммарный годовой доход от внедрения ЧРП в СН.
Рис. 8 Экономия электроэнергии (топлива) в зависимости от относительного потребления регулируемыми механизмами СН ТЭС.
Рис. 8 иллюстрирует интегральную оценку экономии электроэнергии (топлива) в зависимости от относительного потребления регулируемыми механизмами собственных нужд в общем потреблении СН ТЭС. При значении показателя К = 0,7 (это примерно соответствует оснащению регулируемым электроприводом таких мощных механизмов энергоблока, как тягодутьевые машины котлов, питательные и циркуляционные насосы и т. п.) экономия электроэнергии на СН может составить порядка 12–14%, а экономия удельного расхода топлива – 2–3 г/кВт·ч [2]. Инвестиции в проекты «применения ЧРП» в целом можно отнести к долгосрочным вложениям, т. к. средний срок службы ЧРП не менее 20 лет. При стремлении к минимизации затрат на внедрение на действующих ТЭС необходимо обратить внимание на два важных обстоятельства:
|
|
|
· желательность сохранения в работе уже установленных на ТЭС электродвигателей, дополняя их устройствами регулирования – преобразователями частоты и средствами автоматизации;
· желательность размещения оборудования преобразователей частоты в имеющихся помещениях ТЭС.
Последнее обстоятельство диктует выбор оборудования с минимальными габаритными показателями. Очевидно, что в этом случае спектр возможных проектных решений в определенной мере сужен. Следует подчеркнуть, что целесообразность применения на ТЭС электрического частотного регулирования механизмов СН как эффективного средства энергосбережения становится с каждым годом все более актуальной в связи с растущими ценами на энергоносители и тарифами на электроэнергию.
Автоматизация
Регулируемый электропривод позволяет гибко применять компьютерное управление тепломеханическими процессами на ТЭС, оптимизировать их, являясь основой при построении АСУ ТП. В качестве примера можно указать, что еще в 90‑х годах в ОАО «ВНИИЭ» (ныне ОАО «НТЦ ФСК ЕЭС») были исследованы собственные нужды более шестидесяти ТЭС. Анализ результатов позволил выявить 1155 насосных и вентиляторных установок, в том числе 289 питательных электронасосов, 254 дутьевых вентилятора, 266 дымососов, 270 сетевых насосов, 76 циркуляционных насосов общей установленной мощностью 1 млн 549 тыс. 960 кВт, для которых эффективна установка частотно-регулируемых электроприводов. Прогнозируемый усредненный эффект только от прямой экономии электроэнергии оценивался в 2 млрд 800 млн кВт·ч, что примерно эквивалентно годовой выработке электроэнергии двумя энергоблоками мощностью 210 МВт каждый.14 ЧРП фирмы Allen-Bradley общей мощностью 20 370 кВт, установленные в СН ТЭЦ ОАО «Мосэнерго», обеспечили усредненную экономию электроэнергии за десятилетний период более 190 млн кВт·ч (Кэ >1000 кВт·ч/год/кВт). Усредненная экономия топлива за указанный период составила 43 200 тут. Снижение эмиссии СО2 при этом составило 71 280 т. (Принято, что 1 тут сжигаемого топлива соответствует эмиссия СО2 ~ 1,65 т). 16 ЧРП этой же фирмы общей мощностью 11 520 кВт, установленные на насосно-перекачивающих станциях ОАО «Московская теплосетевая компания», обеспечили за десятилетний период в отопительный сезон усредненную экономию электроэнергии порядка 106 млн кВт·ч.
|
|
|
Экология
Ежегодно на ТЭС России сжигается более 270 млн тонн условного топлива (тут). При этом выбросы загрязняющих веществ в атмосферу составляют около 4 млн т в год. Это означает, что на каждую 1 тут,
сжигаемого на ТЭС, выбросы загрязняющих веществ в год составляют 0,015 тут. При этом эмиссия СО2 составляет 1,5–1,65 т на каждую сжигаемую тонну условного топлива.
Заключение
Переменные нагрузки тепловых электростанций (ТЭС) являются основной причиной неэкономичных режимов работы механизмов собственных нужд (часы работы механизмов собственных нужд с максимальной нагрузкой на большинстве ТЭС, как правило, не превышают 20–25% общего времени их использования) – многочисленных насосных и вентиляторных установок, а также их приводных асинхронных двигателей.
Частые пуски и остановки энергоблоков, изменение нагрузок, вызванных необходимостью дросселирования теплоносителей (пара, воды, воздуха, газов), сопровождаются потерями топлива и электроэнергии, которые могут достигать 15%! Вследствие переменных режимов большинства энергоблоков ухудшается надежность эксплуатации и экономичность основного тепломеханического оборудования.
Опыт индустриально развитых стран показывает, что при эффективной технической политике вопрос о том, куда направлять капиталовложения – на увеличение производства электроэнергии или на энергосбережение, в подавляющем большинстве случаев решается в пользу инвестиций в энергосбережение. По данным консалтинговой группы ARCAdvisoryGroup (США), в 2004 году мировой рынок регулируемых электроприводов оценивался примерно в 2,5 млрд долларов и в ближайшие несколько лет будет расти ежегодно на 5,3%.
Предполагается, что за пять лет в индустриально развитых странах соотношение нерегулируемого и регулируемого электропривода составит 1:1. В России регулируемый электропривод составляет пока не более 2-2,5% всего рынка приводов.
Преимущества использования регулирования производительности механизмов СН путем изменения частоты их вращения
|
|
|
· Исключение гидродинамических ударов в тепломеханической схеме энергоблоков в пусковых режимах и при других переходных процессах.
· Экономичное прохождение энергоблоками режима «скользящих» параметров пара, обеспечение маневренности и высокой эффективности расхода топлива в этом режиме.
· Дополнительное повышение мощности в часы максимума нагрузок в энергосистеме.
· Обеспечение режима «мягкого» пуска с токами, близкими к номинальному, автозапуск (рестарт) электроприводов при глубоких колебаниях или кратковременных падениях напряжения в системе электроснабжения собственных нужд и т.д.
Использование частотно-регулируемых электроприводов в качестве ресурсосберегающей технологии регулирования производительности механизмов собственных нужд при техническом перевооружении, реконструкции или новом строительстве ТЭС позволяет существенно повысить эффективность расхода топлива, снизить издержки при производстве и отпуске электрической и тепловой энергии, а также продлить эксплуатационный ресурс тепломеханического и электрического оборудования.
Библиографический список:
1. Браславский И. Я., З. Ш. Ишматов., В. Н. Поляков. Энергосберегающий асинхронный электропривод. Москва. Изд-во «ACADEMA». 2004. С.256.
2. Сыромятников И. А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. 4-изд. Москва. Изд-во «Энергоатомиздат». 1984. С. 240.
3. Лазарев Г. Б. Частотно-регулируемый электропривод насосных и вентиляторных установок // Силовая электроника, 2007, № 3.
4. Ковун О. Ю., Куно М. Я., Лазарев Г. Б. и др. Энергоэффективный привод для регулирования насосных и вентиляторных установок собственных нужд энергоблоков ТЭС и АЭС // Приводная техника, 2010, № 5 (87).
5. Забровский С. Г., Лазарев Г. Б., Мурзаков А. Г. Регулируемый электропривод механизмов собственных нужд ТЭС / Итоги науки и техники, том. 11. – М.: ВИНИТИ, 1990.
6. Захаренков А. В., Лазарев Г. Б., Ломакин Б. В., Новаковский А. Н. Частотно-регулируемые электроприводы в собственных нуждах ТЭ Ц‑26 Мосэнерго // Электрические станции, 2004, № 3.
7. Лазарев Г. Б. Мощные высоковольтные преобразователи частоты для регулируемого электропривода в электроэнергетике // Электротехника, 2005. № 11.
8. Ливинский А. П., Лазарев Г. Б., Шакарян Ю. Г. Основные факторы эффективности применения электроприводов с регулируемой частотой вращения в собственных нуждах ТЭС / Сборник информационных материалов Второго международного научно-технического семинара «Применение регулируемого электропривода в электроэнергетике». – М.: Изд-во «ЭНАС», 2001.
|
|
|
