Компания АББ и Технологический университет Лаппеенранта совместно работают над проектом учёта энергопотребления для создания более рациональных и надёжных насосных установок.
Осуществление проекта учёта энергии (EAP) Технологическим Университетом Лаппеенранта (LUT) было начато осенью 2008 года. Учёт электроэнергии представляет собой анализ энергопотребления в ходе конкретного процесса или конкретной системой рис. 1. В роли заказчиков выступают потребители электроэнергии преимущественно в области промышленности. В процессе учёта внимание обращается прежде всего на поиск малоэффективного применения вращающихся электрических механизмов, в число которых зачастую входят и насосы.
EAP финансируется компанией АББ и управляется Энергетическим Институтом, являющимся подразделением LUT [1]. Данный проект стал результатом долгосрочного сотрудничества между АББ и LUT, особенно в области исследований эффективности насосных установок. Кроме того, в ходе осуществления проекта были разработаны специальные средства моделирования с целью определения эффективности энергопотребления насосными установками.
Учёт потребления электроэнергии в промышленном масштабе
Основной целью настоящего проекта явилось создание несложного метода учёта, выгодного для всех участников процесса. Цель такого учёта состоит в получении информации о потреблении электроэнергии системой в её текущем состоянии и в определении влияющих на него факторов. Следующим шагом стала идентификация экономических возможностей повышения эффективности системы и снижения себестоимости. Конечным результатом учёта стал план действий по рационализации потребления электроэнергии.
Значительные результаты исследований разработок для применения в насосных установках
Передовое применение регулируемых приводов (VSD) в диагностике центробежных насосов изучалось в LUT, начиная с 2005 года, когда точность функции расчёта потока без применения датчиков, имеющейся в промышленных приводах производства компании АББ, была протестирована в университетской лаборатории. Результаты испытаний были затем опубликованы в журнале о насосах «World Pumps» в 2005 и 2006 гг. Поскольку приводы VSD способны оценивать работу двигателя без датчиков на валу двигателя, их можно также использовать для оценки работы насоса или другой нагрузки на двигатель. Например, функция расчёта характеристик потока без применения датчиков, имеющаяся на промышленных приводах АББ, использует внутреннюю скорость вращения и оценки мощности на приводном валу, чтобы проинформировать пользователя о характеристиках потока в насосе без установки на него дополнительных датчиков. Эта функция может использоваться в тех случаях, когда требуется знать характеристики потоков в насосе, но она не может применяться для коммерческого учёта. Исследовательские проекты выполнялись также в целях поиска новых путей выявления кавитации и контроля эффективности энергопотребления параллельно подсоединённых насосов. Эти исследования позволили устранить основные причины отказа насосов, после чего общее энергопотребление насосных установок существенно упало.
Существенной экономии электроэнергии можно достичь с помощью передовых регуляторов скорости параллельно подсоединённых насосов.
Более надёжные и экономичные насосные установки
Выявление кавитации без применения датчиков основано на интеллектуальном анализе данных преобразователя для определения ненормальной работы насоса. В случае с центробежными насосами, кавитация является одной из широко известных причин пониженной эффективности нагнетания и отказов насоса. Ввиду этого было разработано несколько методов обнаружения кавитации. Тем не менее, такие методы, как правило, основываются на дополнительных измерениях, которые в ряде случаев снижают их практическую осуществимость. Установка датчиков может оказаться дорогостоящей, а количество насосов, которые должны подвергнуться мониторингу, может быть настолько высоким, что разумно иметь систему автоматического контроля состояния только для нескольких приводов насоса. Поэтому обнаружение кавитации без применения датчиков может предоставить потребителю реальную выгоду, поскольку отпадает необходимость в дополнительных датчиках и монтажных работах [2].
1 Процедура учёта энергии, разработанная LUT
2 Конкретное энергопотребление при различных методах управления потоком для двух параллельно подсоединённых центробежных насосов
Поскольку VSD могут рассчитывать работу двигателя без датчиков на его валу, их можно также применять для расчёта работы насоса или другой нагрузки на двигатель.
В случае с параллельно подсоединёнными насосами, интеллектуальное управление с помощью VSD может обеспечить существенную экономию благодаря пониженному потреблению энергии. Поскольку параллельно подсоединённые насосы часто управляются с помощью метода включения/выключения, существует огромный потенциал экономии посредством управления необходимым количеством центробежных насосов на более низкой скорости вращения по сравнению с традиционным методом включения /выключения. Это предположение было проверено испытательными замерами, выполненными в LUT.
Несколько реальных исследований были также проведены в отношении нагнетания промышленной неподготовленной воды на электростанциях и муниципальных водопроводных станциях. Результаты показали, что существенная экономия энергии могла быть достигнута использованием передового регулируемого управления параллельно подсоединёнными насосами. Один пример того, как VSD может уменьшить конкретное энергопотребление двумя параллельными рабочими центробежными насосами, показан на рис. 2. При регулируемом управлении обоими насосами, конкретное энергопотребление может быть минимизировано при сниженных объёмах потока [3].
Результаты этих научно-исследовательских работ показывают преимущества совместных научных исследований и разработок: комбинируя опыт участников проекта, можно разрабатывать новые решения, позволяющие повышать эффективность и снижать издержки намного легче, чем действуя в одиночку.
Юкка Толванен
АББ Drives
Хельсинки, Финляндия jukka.tolvanen@fi.abb.com
Теро Ахонен, Ниина Аранто
Технологический Университет Лаппеенранта, Лаппеенранта, Финляндия tero.ahonen@lut.fi, niina.aranto@lut.fi
Ссылки
- Aranto, N., Ahonen, T., Viholainen, J. (2009, сентябрь 1417). Учёт энергии: Совместный подход университета и АББ. Заседания 6-ой международной конференции по эффективности энергопотребления в системах, приводимых электродвигателями (EEMODS '09). Совместный исследовательский Центр Европейской Комиссии, Энергетический Институт.
- Ahonen, Т., Tamminen, J., Ahola, J., Kestil , J. (июнь 2010 г, 2224). Инновационный способ выявления кавитации в центробежных насосах с помощью преобразователя частот. Заседания 7-ой международной конференции по контролю состояния и технологиям предотвращения отказов техники (CM and MFPT 2010). Британский Институт Неразрушающих Испытаний и компания Coxmoor Publishing.
- Viholainen, J., Kortelainen, J., Ahonen, Т., Aranto, N., Kestila, J. (Сентябрь 2009 г., 1417). Эффективность энергопотребления параллельных насосов, управляемых регулируемым приводом (VSD). Заседания 6-ой международной конференции по эффективности энергопотребления в системах, приводимых электродвигателями (EEMODS '09). Совместный исследовательский Центр Европейской Комиссии, Энергетический Институт.