Лекція 3 Екстремальні системи. Енергозбереження в шляхах передачі нафти та газу.

3.1 Енергозбережна екстремальна система з частотним керуванням електродвигуном

3.2 Енергозбереження в ЕМСА при врахуванні зміни ККД об’єкта автоматизації

3.3 Енергозбереження в каналах передачі нафти

3.4 Енергозбереження в мережах передачі газу

3.1 Енергозбережна екстремальна система з частотним керуванням електродвигуном

В ЕМС, які за технологічними умовами потребують зміни швидкості ω залежно від величини навантаження М_с, витрати електрич­ної енергії визначаються функціональною залежністю

де f — частота; М_с — статичний момент із невизначеними парамет­рами.

Для кожного значення фіксованої частоти технологічна уста­новка - електродвигун як об'єкт у системі автоматичного керування втратами електроенергії за частотного керування мас свої екстре­мальні характеристики.

Структурну схему екстремальної системи з частотним керуван­ням наведено на рис. 3.1. На схемі ТПЧ - тиристорний двоканаль­ний перетворювач напруги. Один канал забезпечує керування за напругою U= K₂U_C, другий - за частотою f= K₁U_f.

Рис. 3.1

Екстремальна система з частотним керуванням забезпечує робо­ту з мінімумом втрат у сталі Р_с, міді Р_м та механічних втрат Р_мех, згідно з їхніми функціональними залежностями.

Значення функцій такі:

Принцип дії алгоритму пошуку екстремуму подібний до схеми рис. 3, з урахуванням особливостей, пов'язаних із наявністю час­тотного каналу керування.

Дослідження екстремальної САК показують, що з її допомогою можна зменшити втрати електричної енергії приблизно на 12 % від­носно відповідних втрат за некерованого режиму роботи.

3.2 Енергозбереження в емса при врахуванні зміни ккд об’єкта автоматизації

Питання енергозбереження в ЕМСА здебільшого обмежуються дослідженнями втрат електричної енергії в ЕП, точніше - в елект­ромеханічному перетворювачі (електродвигуні). При цьому недос­татньо враховується вплив зміни режиму роботи технологічного об'єкта та електродвигуна з позицій енергозбереження на можливі зміни ККД ЕМСА в цілому.

У загальному випадку необхідними для розгляду є питання енергозбереження в ЕМСАК, виходячи із загального системного підходу і враховуючи витрати енергії в технологічному об'єкті, а та­кож можливості «технологічного» керування.

Розглянемо такі енергоємні технологічні об'єкти як насоси (на­сосні установки).

Насосні установки

Насосні установки дістали поширення в комунальному місько­му господарстві, на підприємствах, електростанціях тощо. Особли­ва функція належить насосним установкам на підприємствах видо­бувної промисловості та комунального господарства. Кількість спо­живаної ними електричної енергії становить близько 20 % енергії, що виробляється в усіх країнах СНД, а втрати від неекономічних ре­жимів роботи в системах водопостачання та водовідведення — від 5... 15 до 20...25 % всієї споживаної ними електричної енергії.

Потужність одного насосного агрегата (насос, електропривод та передаточний механізм) на сучасних насосних станціях досягає 3,5... 15,0 тис. кВт. Потужність одного насосного агрегата у великих системах водозрошення може досягати 12 тис. кВт.

Потужність насоса, кВт, визначається так:

(8)

де ρ - густина рідини, кг/м³; g = 9,81 - прискорення вільного падіння, м/с²; Q - подача насоса, м³/c; Н - напір насоса, м; η_н - ККД насоса; К₃ - коефіцієнт запасу.

Потужність насосного агрегата, кВт,

(9)

Коефіцієнт корисної дії насоса η_н залежить від його типу, по­тужності, режиму роботи згідно з його фактичним навантаженням.

Значення коефіцієнта запасу К_з насоса залежить від потужності електропривода. Рекомендованими є такі значення К_з:

Потужність ЕП, кВт К_з

До 50 1,20

50...250 1,15

Понад 250 1,10

Для некерованого ЕП η_еп = η_двη_п, де η_п - ККД механічної передачі між електродвигуном та насосом.

Формула (9) дає можливість знайти потужність насосного аг­регата, що працює при номінальному режимі роботи за каталож­ними даними, враховуючи Q_н та Н_н.

Витрати електричної енергії, кВт-год, за деякий час t

(10)

У разі відхилення від номінального режиму значення ККД насо­са і двигуна зменшуються, що призводить до зменшення ефектив­ності роботи насосного агрегата за рахунок підвищення витрат електричної енергії на одиницю об'єму перекачуваної рідини.

Крім того, витрати електричної енергії на роботу насосного аг­регата не враховують наявність трубопроводу, запірної та керуючої апаратур - необхідних елементів насосної установки, які визнача­ють опір мережі транспортуванню робочого тіла (рідини) і зумов­люють відповідні додаткові витрати електричної енергії.