Повышение энергоэффективности насосных установок

Водопроводно-канализационное хозяйство является энергоемким производством. В себестоимости продукции Водоканалов затраты на электроэнергию достигают 25% и более. Основная доля потребления электроэнергии приходится на подъем и перекачивание воды водопроводными и канализационными насосными станциями. Традиционно регулирование параметров работы насосных установок (расхода, напора) на многих объектах до настоящего времени осуществляется путем дросселирования. В результате потери энергии достигают 20-25%, а при неправильном выборе насосов - до 30-40%.

Одним из основных направлений повышения энергоэффективности насосных агрегатов в условиях технической модернизации систем водоснабжения и водоотведения является применение частотно-регулируемых электроприводов. В МУП г. Новосибирска "Горводоканал" они успешно внедряются с середины 1990-х годов, как на водопроводных, так и на канализационных насосных станциях. Рассмотрим принцип повышения энергоэффективности на примере работы одной из насосных станций.

Рис. 1. Сравнительный пример регулирования дросселированием и частотным регулированием H _НА , H _НЗ , H - напоры соответственно на насосном агрегате, на напорной задвижке и требуемый на выходе из насосной станции; N _НА , N _НЗ - мощности соответственно на насосном агрегате и на напорной задвижке

На рис. 1 приведена упрощенная схема работы водопроводной насосной станции с одним насосным агрегатом Д3200-75 и напорной задвижкой. В данном примере насосная станция подает воду в сеть потребителя с расходом Q = 3000 м 3/ч и с напором H = 55 м вод. ст. При регулировании дросселированием рабочая точка насоса находится на его паспортной характеристике. При подаче 3000 м 3/ч напор, создаваемый насосом, равен H _НА = 77 м вод. ст. После насоса напор будет составлять 79,5 м вод. ст. (с учетом напора во всасывающем трубопроводе 2,5 м вод. ст.). Для получения требуемого напора 55 м вод. ст. задвижка на напорном трубопроводе должна быть прикрыта так, чтобы погасить избыточный напор, равный H _НЗ = 24,5 м вод. ст. При этом потребляемая насосом мощность N _НА = 715 кВт (КПД насоса 0,88). Потери мощности на напорной задвижке составят N _НЗ = 200,3 кВт. При частотном регулировании напорная задвижка полностью открыта (H _НЗ = 0). Соответственно насос должен создавать напор 52,5 м вод. ст. С учетом изменения КПД насосного агрегата в новой рабочей точке потребляемая насосом мощность будет равна 482 кВт. Разница потребления мощности в этих режимах 233 кВт, т. е. потери мощности в данном примере составляют 32%.

В настоящее время частотно-регулируемые электроприводы успешно применяются как на водопроводных, так и на канализационных (со ступенчатым режимом работы) насосных станциях. Опыт внедрения и эксплуатации таких электроприводов в течение более чем 12 лет реально подтверждает эффективность частотного регулирования во всех случаях его применения: в системе водоснабжения снижается потребление электроэнергии; оптимизируются режимы работы водопроводной сети; сокращаются потери воды; повышается ресурс работы основного оборудования; сокращаются порывы трубопроводов; в системе водоотведения - повышается ресурс работы всех составных частей технологического оборудования, системы электроснабжения и управления (за счет резкого снижения нагрузок на все элементы насосной станции вследствие исключения ступенчатого режима работы); сокращаются эксплуатационные расходы; в отдельных случаях снижается потребление электроэнергии.

Максимальная единичная мощность частотно-регулируемых электроприводов, установленных до 2008 г., составляла 250 кВт (0,4 кВ). Однако основную долю потребления электроэнергии составляют магистральные насосные станции водоснабжения: первого, второго, третьего подъема, а также канализационные насосные станции. В большинстве случаев они оснащены насосными агрегатами с электродвигателями напряжением 6-10 кВ и мощностью 315-2500 кВт. В 2008 г. было внедрено частотное регулирование на водопроводной насосной станции четвертого подъема насосно-фильтровальной станции № 3 (НФС-3) мощностью 500 кВт (6 кВ): комплект оборудования на базе станции частотного управления серии ВСЧ500-ДТС производства ООО "Сибирь-мехатроника" (рис. 2).

Рис. 2. Высоковольтный преобразователь частоты, установленный на насосной станции четвертого подъема НФС-3

Это первый случай внедрения системы частотного регулирования высоковольтными электродвигателями (6 кВ). Основная цель - апробирование частотного регулирования в комплексе с локальной автоматикой на магистральных насосных станциях, а также оценка эффективности, надежности и эксплуатационных показателей. Эффективность результатов внедрения превысила ожидаемую. В 2009 г. были исследованы режимы работы основных крупных насосных станций водоснабжения и сделана оценка непроизводительных затрат электроэнергии (таблица).

На основании полученных данных была разработана программа внедрения систем частотного регулирования и подготовлена проектно-сметная документация. В настоящее время введена в эксплуатацию система частотного регулирования на насосной станции второго подъема НФС-3 и ведутся монтажные работы на втором подъеме НФС-1. При принятии основных проектных решений были рассмотрены практически все возможные варианты частотного регулирования, начиная от установки преобразователей частоты в цепь каждого электродвигателя до установки только на один электродвигатель. Первый вариант обеспечивает наиболее выгодный (по энергетическим затратам) режим работы, второй является наиболее дешевым. В конечном итоге в каждом конкретном случае был принят свой компромиссный вариант. Определяющим фактором явилось наличие свободного места для установки оборудования в помещениях.

Рис. 3. Функциональная схема частотного регулирования на насосной станции второго подъема НФС-3

На рис. 3 приведена функциональная схема, принятая для насосной станции второго подъема НФС-3 (комплект оборудования на базе станции частотного управления серии ВСЧ500-ВПЧА производства ООО "Сибирь-мехатроника"). Преобразователи частоты установлены в разрывы цепей питания двух электродвигателей. Электроприводы напорных задвижек всех насосных агрегатов оснащены блоками управления серии СР210 (на схеме - ШУ3), что обеспечивает возможность параллельной работы насосных агрегатов с частотным регулированием и без него (рис. 4).

Рис. 4. Параллельная работа двух насосов а - насос Н1 с частотным регулированием; б - насос Н2 с дросселированием напорной задвижкой (без частотного регулирования); рабочие точки насосов: 1 - с частотным регулированием; 2 - с прикрытой напорной задвижкой; 3 - с открытой напорной задвижкой (насос перегружен). Системой частотного регулирования поддерживается давление H = H _треб

Блоки СР210 работают в автоматическом режиме, исключающем перегрузку насосного агрегата (по току электродвигателя насосного агрегата). При изменении расхода рабочая точка насоса НА1 перемещается по прямой пропорционально изменению расхода, а рабочая точка насоса НА2 зафиксирована на характеристике, заданной положением напорной задвижки, в точке, соответствующей H = H _треб. Положение напорной задвижки автоматически регулируется блоком СР210 таким образом, чтобы ток приводного электродвигателя насоса НА2 был равен заданному значению (обычно близкому к номинальному).

Автоматическое управление насосным оборудованием и контроль за его работой, включая задвижки, осуществляется с помощью технологического контроллера СТК500 и соответствующего комплекта датчиков.

Выводы
На сегодняшний день высоковольтные станции частотного управления внедрены на двух водопроводных насосных станциях г. Новосибирска. Экономия электроэнергии составляет в среднем 30%. Срок окупаемости не превышает двух лет. Опыт эксплуатации станций частотного управления показывает их высокую эффективность не только в экономии электроэнергии, но и по остальным эксплуатационным показателям: аварийность, потери воды, повышение ресурса работы оборудования.

Еще по теме:
Пути повышения энергоэффективности насосных систем
Проблемы энергоэффективности в системах водоснабжения и водоотведения
Миф об энергоэкономичности импортных насосов

Запрос цены, информации:
+7 (347) 281-65-13
+7 (347) 216-65-13

   Статьи по теме:

Выбираем поверхностный насос Чтобы выбрать подходящий поверхностный насос, нужно определиться, для чего и в каком объёме понадобится вода. В том случае, когда вода нужна только для полива или наполнения накопительного резервуара, подойдёт насос ...  >>>

Энергоэффективные скважинные насосы ЭЦВ нового поколения Повышение энергоэффективности насосной системы является сложной задачей, зависящей от множества факторов, основными из которых являются: правильный выбор насосов, исключение регулирования работы насосов ...  >>>

Подбор насоса для скважины Обеспечение дачного участка водой, один из вопросов, который необходимо решать при любых обстоятельствах. Если выбор остановился на скважине, то встает следующая проблема - это приобретение скважинного насоса ...  >>>

все статьи  >>>