2.2. Экологические преимущества, воздействия на различные компоненты окружающей среды, применимость и другие соображения относительно методов повышения энергоэффективности систем с электроприводом
Экологические преимущества
В табл. 2.2 представлены потенциально значимые методы повышения энергоэффективности систем с электроприводом. В табл. 2.2 приведены характерные величины; фактические значения зависят от условий конкретного предприятия.
Таблица 2.2
Методы повышения энергоэффективности подсистемы с электроприводом
|
Метод повышения энергоэффективности подсистемы с электроприводом |
Характерная величина энергосбережения (%) |
|
Установка нового или реконструкция существующего оборудования | |
|
Энергоэффективные двигатели |
2–8 |
|
Подбор двигателя с оптимальной номинальной мощностью |
1–3 |
|
Ремонт двигателя, обеспечивающий энергоэффективность (ЕЕМR) |
0,5–2 |
|
Приводы с переменной скоростью |
4–50 |
|
Высокоэффективные передачи/трансмиссии и редукторы |
2–10 |
|
Управление качеством электроснабжения |
0,5–3 |
|
Эксплуатация и техническое обслуживание системы | |
|
Смазка, регулировка, настройка |
1–5 |
Воздействие на различные компоненты окружающей среды
Гармоники, создаваемые регуляторами скорости, могут приводить к дополнительным потерям энергии в двигателях и трансформаторах. Производство энергоэффективного двигателя требует большего количества природных ресурсов (меди и стали).
Применимость
Системы с электроприводом имеются практически на всех промышленных предприятиях, где доступна электроэнергия.
Практическая применимость конкретных методов и экономический эффект от их применения зависят от масштабов и конкретных условий предприятия. Выбор мероприятий, одновременно удовлетворяющих критериям практической реализуемости и экономической эффективности, целесообразно осуществлять на основе анализа потребностей предприятия в целом и конкретной системы (подсистемы). Этот анализ должен осуществляться силами квалифицированного консультанта в области электроприводов или собственного инженерного персонала предприятия, обладающего надлежащей квалификацией. В частности, тщательный анализ такого рода важен при рассмотрении вариантов, связанных с приводами с переменной скоростью и энергоэффективными двигателями, поскольку при определенных условиях внедрение этих устройств может привести не к энергосбережению, а к дополнительным энергозатратам. Кроме того, важно оценить как предлагаемые планы внедрения новых систем с электроприводом, так и потенциал модернизации существующих систем. Итогом такого анализа должен быть перечень мероприятий, применимых в условиях конкретного предприятия, с оценкой объемов сбережения, затрат и срока окупаемости каждого мероприятия.
Например, при производстве энергоэффективных двигателей используется больше материалов (меди и стали), чем при производстве традиционных двигателей. При этом энергоэффективные двигатели характеризуются более высоким КПД, но также и меньшим скольжением (следствием чего является более высокая частота вращения) и более высокой величиной пускового тока. Ниже приведено несколько примеров ситуаций, в которых использование энергоэффективного двигателя не является оптимальным решением:
при эксплуатации системы отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха (ОВКВ) в условиях полной нагрузки замена традиционного двигателя на энергоэффективный приводит к увеличению скорости вращения вентиляторов (вследствие меньшей величины скольжения) и, как следствие, момента нагрузки. В этом случае внедрение энергоэффективного двигателя может привести к увеличению энергопотребления по сравнению с традиционным приводом. В случае использования энергоэффективного двигателя конструктивная схема должна предусматривать меры, позволяющие избежать увеличения частоты вращения конечного оборудования;
если система эксплуатируется менее 1–2 тыс. ч/год, внедрение энергоэффективного двигателя может не внести существенного вклада в энергосбережение;
если система часто запускается и останавливается, сэкономленная электроэнергия может быть израсходована вследствие более высокого пускового тока, характерного для энергоэффективных двигателей. Но следует помнить, что для этих режимов выпускаются специальные двигатели;
если система обычно функционирует с частичной нагрузкой (например, насосы), но на протяжении длительного времени, объемы энергосбережения в результате внедрения энергоэффективного двигателя могут оказаться незначительными по сравнению с потенциалом привода с переменной скоростью.
Экономические аспекты
Затраты на приобретение энергоэффективного двигателя превышают стоимость традиционного двигателя примерно на 20 %. Примерное распределение затрат, связанных с установкой и эксплуатацией двигателя, за весь срок службы показано на рис. 2.7.
Рис. 2.7. Затраты на протяжении срока службы электродвигателя
При приобретении или ремонте электродвигателя важно оценить энергопотребление и рассмотреть возможности его минимизации с учетом следующих соображений:
для двигателей переменного тока период окупаемости может составлять 1 год или даже меньше;
для двигателя с повышенной энергоэффективностью может требоваться более длительный период окупаемости за счет энергосбережения.
Срок окупаемости для мероприятий по повышению энергоэффективности, например, приобретения энергоэффективного двигателя вместо перемотки вышедшего из строя традиционного, можно оценить следующим образом:
где:
ЗатрЭЭД – затраты на приобретение энергоэффективного двигателя;
Затрпер – затраты на перемотку существующего двигателя;
Затрэл – стоимость электроэнергии;
кВт – средняя мощность, потребляемая двигателем;
Н – число часов работы двигателя в год.
Мотивы внедрения
при выборе двигателя имеют значение и такие факторы как, например, безопасность, качество и надежность, реактивная мощность, периодичность технического обслуживания.
Примеры
LKAB (Швеция): это горнодобывающее предприятие потребляет 1700 ГВт·ч электроэнергии в год, причем 90 % энергопотребления приходится на 15 тыс. электродвигателей. Перейдя на высокоэффективные двигатели, пред-приятие смогло сократить ежегодные затраты на энергию на несколько сот тысяч долларов;
фабрика по производству продуктов питания компании Heinz (Великобритания): новый энергетический центр будет на 14 % эффективнее благодаря использованию дутьевых вентиляторов, управляемых приводами переменного тока. В энергетическом центре, заменившем ранее существовавшую котельную, имеется четыре котлоагрегата.