ООО «ЭНЕРГОСЕТЬ» Крылов Юрий Алексеевич, д.т.н., проф., руководитель дирекции внедрения энергосберегающих технологий

ООО «ЭНЕРГОСЕТЬ»
ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ СРЕДСТВАМИ
РЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА.
ОПЫТ ВНЕДРЕНИЯ
Крылов Юрий Алексеевич, д.т.н., проф.,
руководитель дирекции внедрения энергосберегающих
технологий
г. Москва, 2011 г.
Этапы развития ЧРП
• разработка теории частотно-регулируемого электропривода (середина прошлого
века, МЭИ, Чиликин М.Г., Сандлер А.С.);
• невозможность широкого использования ПЧ на тиристорах – прорыв инвертора;
• появление быстрозапираемого тиристора: ЧРП стал реальностью;
• силовой транзистор – революция в преобразовательной технике
Регулирование самого массового асинхронного
электродвигателя (80 %) стало реальностью;
ЧРП – флаг современного этапа энергосбережения
2
Побудительные мотивы внедрения ЧРП
• технологическая востребованность, совершенствование
технологии;
• повышение качества и увеличение количества выпускаемой
продукции;
• обновление оборудования, автоматизация производства;
• экономия электрической и тепловой энергии и ресурсов;
• улучшение экологии
3
Этап единичных внедрений (условно 1995-2004)
• теоретические исследования и доказательства эффективности посредством
демонстрационных моделей на действующих объектах (науч. группа
проф. Ильинского Н.Ф., МЭИ);
• практическая демонстрация положительных эффектов на фоне
безотказной работы оборудования;
• нескоординированное внедрение
многочисленными подрядчиками различной
квалификации ПЧ
4
Значимость этапа
• практическое
доказательство
экономической
и
технологической
эффективности в крупных районах тепло-водоснабжения;
• преодоление настороженности эксплуатирующего персонала;
• ориентация в качестве отечественного и зарубежного оборудования в
условиях коммерчески агрессивного рынка;
• понимание необходимости упорядочения процесса внедрения.
Положительная роль
• убедил в необходимости широкого внедрения
регулируемого ЭП;
• вооружил опытом, позволившим
сформулировать технические требования;
• выявил отрицательные последствия
внедрения ЧРП;
• поставил проблемы экономического
характера.
5
Электропривод малой и средней мощности тепловых пунктов
1. Насосы хозяйственно-питьевого
водоснабжения
2. Циркуляционные насосы
горячего водоснабжения
3. Циркуляционные насосы
отопления
4. Насосы смешения сетевой воды
Решаемые задачи
– экономия электрической и тепловой энергии;
– экономия воды;
– повышение срока службы основного оборудования;
– повышение качества тепло- и водоснабжения;
– автоматизация производства.
6
4500
40
4000
35
3500
30
3000
25
2500
20
2000
15
1500
10
1000
5
500
0
0
ск
ая
,
1
11
а,
1
а,
9
22
45
ко
Тв
ва
ар
,3
д
ро
ов
ги
ск
нс
ог
о,
ки
9
й
бу
ль
ва
Та
р,
7
лл
ин
с
Ис
ка
я,
ак
5
ов
ск
ог
Та
о,
12
лл
ин
ск
ая
,3
Ку
0
ла
ко
ва
,1
Ка
2
ту
ко
ва
,1
Ис
9
тр
ин
ск
Ел
ая
,3
ьн
Ру
и
бл
нс
ев
ка
ск
я,
Ак
ое
22
ад
ш
ос
ем
се
ик
,1
аП
27
ав
л
о
Ба
ва
рв
,1
их
0
ин
с
ка
Ба
я,
рв
10
их
Ск
и
нс
ол
ка
ко
я,
вс
24
ко
еш
До
ос
се
ро
,8
г
об
Ф
уж
ил
ев
ск
ск
ая
ий
,5
бу
ль
ва
р,
8
Ст
ин
ко
в
Ка
ту
Та
лл
Ка
ту
о,
ко
в
ск
ог
Ка
ту
Ис
ак
ов
Сравнительные показатели энерго- и ресурсосбережения
Электроэнергия,
тыс. кВт·ч/мес
3
Вода,
м /сутки
Среднегодовая экономия:
электроэнергии – 30%, воды – 12%, тепловой энергии – 6%
7
Реализация нового алгоритма управления насосами водоснабжения с
коррекцией по расходу
Схема расположения объекта исследования
Диаграмма напоров и расхода воды в
различных точках системы
Результаты
1. Новый алгоритм позволил дополнительно получить до 10 % электроэнергии
и до 5 % воды в сравнении с другими способами регулирования.
2. Простая техническая реализация алгоритма.
8
Регулируемый вентильно-индукторный электропривод в циркуляционном
контуре горячего водоснабжения ЦТП
Результаты
1. Опытно-промышленная эксплуатация
доказала перспективность применения
ВИП в промышленных условиях.
2. Разработанный алгоритм управления
насоса позволяет экономить:
• 7-9%
тепловой
энергии
от
1 – СГУ; 2 – импульсный коммутатор;
3– пульт управления; 4– электронный блок потребляемой на горячее водоснабжение;
теплосчетчика; 5 – основной насос с ВИД; • 60% электрической энергии.
6 – резервный насос с асинхронным
электродвигателем
9
Режим горения в котлоагрегатах
Показатели
горения
O2
η
CO2
CO
NOх
Зона оптимального горения
Избыток
газа
αопт
α
Избыток воздуха
Электроприводы дутьевого вентилятора Зависимость КПД и экологических показателей
ВИП 400 (на переднем плане) и дымососа
от коэффициента избытка воздуха α
ВИП 320 водогрейного котла
Оптимизация режима горения регулированием соотношения
«воздух-газ» с коррекцией по О2 в дымовых газах.
10
Эффективность регулируемого электропривода дутьевых вентиляторов
Экономия газа
ΔQг %
%
100
80
14
1. За счет автоматического регулирования
12
– 1,6% в сравнении с идеальной
режимной картой, 4% – с учетом
10
60
ΔQг
8
2. За счет снижения тепловой мощности в
6
40
человеческого фактора.
летний период не менее 5%.
4
20
Экологические показатели
2
ΔPг %
0
-20 -15 -10
-5
0
5
10
15
Экспериментальные показатели
использования газа
20
Отсутствие
угарного
газа,
снижение
выбросов окислов азота на 6 тонн в год на
один котел.
11
Система автоматического регулирования разрежения в топке
Энергосбережение до
90% за счет наличия
естественной тяги и
ликвидации падения
напора на шибере
1 – дымовая труба; 2 – шибер; 3 – дымосос;
4 – регулируемый электропривод;
5 – программируемый контроллер
Дата
01.02.09
02.02.09
03.02.09
28.02.09
Средне
суточная
тепловая
мощность,
Гкал/ч
79,8
81,4
55,0
40,7
Дутьевой вентилятор ДВ3
Потребление э/э в
сутки, кВт·ч
От сети
(архив)
Регул.
режим
5767
5767
5695
5628
4014
4075
3154
2825
Экономия,
%
30,4
29,3
46,6
49,8
Дымосос ДС3
Потребление э/э
в сутки, кВт·ч
От сети
(архив)
Регул.
режим
4528
4528
4474
4428
879
1004
359
206
Экономия,
%
80,5
77,7
92,0
95,3
12
Фрагмент АСУ ТП теплостанции
Экономия газа 1,5 % - 4%, автоматическое регулирование главного
показателя – температуры сетевой воды
13
Применение регулируемого электропривода. Комплексная
АСУ ТП теплостанции
Функции АСУ ТП
Операторские станции Allen-Bradley
Архивная
станция
Инженерная
станция
Сеть Ethernet
Сеть Control Net
Принтер
1.Управление технологическим
Сеть Modbus
SWITCH 1
SWITCH 2
CNBR
I/O Модуль
ENBT
ENBT
CNBR
CNBR
I/O Модуль
I/O Модуль
I/O Модуль
Опер.
пан.
кот.№2
I/O Модуль
I/O Модуль
I/O Модуль
I/O Модуль
I/O Модуль
I/O Модуль
I/O Модуль
CNBR
I/O Модуль
I/O Модуль
HL12
CNBR
I/O Модуль
ENBT
ENBT
CNBR
I/O Модуль
CNBR
I/O Модуль
I/O Модуль
КОНТРОЛЛЕР КОТЛА №1
КОНТРОЛЛЕР КОТЛА №2
HL12
I/O Модуль
I/O Модуль
CNBR
Опер.
пан.
кот.№1
I/O Модуль
Modbus
I/O Модуль
Modbus
Modbus
Modbus
I/O Модуль
I/O Модуль
I/O Модуль
I/O Модуль
I/O Модуль
I/O Модуль
CNBR
CNBR
Опер. пан. кот.№3
CNBR
ЧРП ВЕНТИЛЯТОРА
CNBR
CNBR
I/O Модуль
ENBT
ENBT
I/O Модуль
Flex_DI
Flex_DO
ACNR
Flex_AI
CNBR
CNBR
CNBR
I/O Модуль
ENBT
ENBT
I/O Модуль
I/O Модуль
I/O Модуль
CNBR
I/O Модуль
Flex_DO
ACNR
Flex_AI
Flex_DI
Modbus
I/O Модуль
I/O Модуль
CNBR
I/O Модуль
I/O Модуль
CNBR
ЧРП СЕТ.
НАСОСОВ
I/O Модуль
I/O Модуль
CNBR
HL52
ЧРП ДЫМОСОСА
ВИП ВЕНТИЛЯТОРА
ВИП ВЕНТИЛЯТОРА
ВИП ВЕНТИЛЯТОРА
Операторская
панель ВОК
ЧРП Рец. Нас. 1-2
I/O Модуль
I/O Модуль
I/O Модуль
I/O Модуль
I/O Модуль
CNBR
HL22
I/O Модуль
I/O Модуль
I/O Модуль
CNBR
I/O Модуль
HL22
I/O Модуль
CNBR
I/O Модуль
HL21
I/O Модуль
I/O Модуль
CNBR
I/O Модуль
I/O Модуль
I/O Модуль
I/O Модуль
CNBR
ENBT
ВИП ДЫМОСОСА
HL21
HL17
ЧРП Рец. Нас. 3-4
I/O Модуль
Modbus
I/O Модуль
Modbus
ЧРП Насоса
подпитки
HL15
ВИП ДЫМОСОСА
HL13
CNBR
I/O Модуль
I/O Модуль
I/O Модуль
CNBR
I/O Модуль
CNBR
ВИП ДЫМОСОСА
I/O Модуль
CONTR
OL
LOGIX
CNBR
КОНТРОЛЛЕР ВОК
2 очередь
HL52-1
исполнительный механизм
КОНТРОЛЛЕР КОТЛА №3
CONTR
OL
LOGIX
HL13
1. Локальная система регулировании
2. Объект регулирования,
CONTR
OL
LOGIX
HL12
Опер. пан. кот.№4
организации
Роль электропривода в АСУ ТП
технологического показателя
CONTR
OL
LOGIX
HL12
4. Экомониторинг с передачей
информации в контролирующие
I/O Модуль
CNBR
Локальный
контроллер
I/O Модуль
КОНТРОЛЛЕР КОТЛА №4
к SWITCH 1
CNBR
КОНТРОЛЛЕР ВОК
1 очередь
Modbus
потребления электроэнергии и газа.
CNBR
CNBR
ENBT
I/O Модуль
CONTR
OL
LOGIX
I/O Модуль
3.Мониторинг и расчёт
к SWITCH 2
I/O Модуль
2. Информационное обеспечение.
CONTR
OL
LOGIX
ENBT
вмешательством оператора.
CNBR
к SWITCH 2
CNBR
процессом с минимальным
к SWITCH 1
14
Экран воздушного тракта. АСУ ТП котла
15
Состав оборудования высоковольтного электропривода
Пример размещения оборудования в РУ
16
Энерго- и ресурсосбережение в г. Москве
Массовое внедрение:
– 6 тысяч тепловых пунктов
оснащены комплектным объектноориентированным электроприводом
– более половины всех теплостанций
оборудованы частотно-регулируемым
электроприводом сетевых
насосов,
дутьевых вентиляторов, дымососов.
17
Комплект оборудования для автоматизации добычи
раствора
–
–
–
–
ПЛК (программируемый контроллер)
ПЧ (преобразователь частоты)
Синусный фильтр
УЗИП (устройство защиты от
импульсных перенапряжений)
– ИБП (источник бесперебойного питания)
– Пуско-регулирующая аппаратура
– Климат-контроль
Обеспечивает:
1. Автоматическое регулирование
динамического уровня
2. Увеличение срока службы
3. Диагностика и контроль с использованием
долговременного архива данных и банка
ошибок
4. Увеличение добычи продукта
Инструмент технолога для оптимальной эксплуатации скважин
18
ЧРП скважинных насосов. Структурная схема АСУ ТП
19
Высокая технологическая востребованность
1. Пылепитатели и
подача сырого угля
2. Конвейеры
3. Грохоты, дробилки и др.
4. Канализационные станции
5. Вагоноопрокидыватели
6. Прокатные станы
7. Правильные машины
20
Мощный электропривод тепло- и электростанций
Объекты модернизации
1. Дутьевые вентиляторы котлов (40 %)
2. Дымососы котлов (45 %)
3. Сетевые насосы (34 %)
4. Насосы подпитки теплосети (30 %)
5. Насосы водоподготовки (42 %)
6. Конденсатные насосы (36 %)
7. Пылепитатели
Решаемые задачи средствами регулируемого электропривода
– повышение качества сжигания топлива;
– расширение диапазона регулирования тепловой мощности котлоагрегатов;
– подготовка и доставка тепловой энергии и воды с требуемыми показателями;
– регулирование тепловодяного баланса теплостанции с целью оптимизации
работы основного оборудования;
– повышение надежности и бесперебойности тепло- и водоснабжения.
21
Электропривод систем тепло- и водоснабжения
крупных предприятий
Объекты модернизации
1. Береговые насосные станции (33 %)
2. Насосы технической воды и
хозяйственно-питьевого назначения (30%)
3. Канализационные станции (уменьшение
ремонтов)
4. Компрессные и кислородные станции
5. Приточные вентиляторы воздушного
отопления (42%)
Решаемые задачи средствами регулируемого электропривода
– экономия электроэнергии за счет исключения дроссельного регулирования;
–увеличение срока службы насосного оборудования и арматуры за счет
исключения частых прямых пусков от сети;
– повышение надежности (бесперебойности) и как следствие уменьшение
числа одновременно работающих агрегатов.
22