№2|2011

ЭНЕРГОРЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ

bbk 000000

УДК 628.1.2:658.26.004.18

Усачев А. П., Карпов Н. В.

Повышение энергоэффективности насосных установок в системах водоснабжения и водоотведения

Аннотация

Рассматривается один из способов повышения энергоэффективности насосных установок в системах водоснабжения и водоотведения, который успешно внедряется в МУП г. Новосибирска «Горводоканал». Речь идет о внедрении высоковольтных станций частотного управления насосными агрегатами напряжением питания 6–10 кВ. Приведены варианты частотного регулирования и опыт их внедрения на насосных станциях. Опыт эксплуатации станций частотного управления показывает их высокую эффективность не только в экономии электроэнергии, но и по остальным эксплуатационным показателям, в частности, по обеспечению стабильного и гарантированного водоснабжения всех потребителей.

Ключевые слова

, , ,

 

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

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.

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 м3/ч и с напором H = 55 м вод. ст. При регулировании дросселированием рабочая точка насоса находится на его паспортной характеристике. При подаче 3000 м3/ч напор, создаваемый насосом, равен HНА = 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 HНЗ = 24,5 м вод. ст. При этом потребляемаянасосоммощностьNНА = 715 кВт (КПД насоса 0,88). Потери мощности на напорной задвижке составят NНЗ = 200,3 кВт.

02_14_ris_01

При частотном регулировании напорная задвижка полностью открыта (HНЗ = 0). Соответственно насос должен создавать напор 52,5 м вод. ст. С учетом изменения КПД насосного агрегата в новой рабочей точке потребляемаянасосоммощностьбудетравна 482 кВт. Разница потребления мощности в этих режимах 233 кВт, т. е.потеримощностивданномпримересоставляют 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: всистемеводоснабжения снижается потребление электроэнергии; оптимизируются режимы работы водопроводной сети; сокращаются потери воды; повышается ресурс работы основного оборудования; сокращаются порывы трубопроводов; всистемеводоотведения – 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).

02_14_ris_02

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.

02_14_tabl_01

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.

02_14_ris_03

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»).

02_14_ris_04

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). Блоки СР210 работают в автоматическом режиме, исключающем перегрузку насосного агрегата (по току электродвигателя насосного агрегата).

При изменении расхода рабочая точка насоса НА1 перемещается попрямой пропорционально изменению расхода, а рабочая точка насоса НА2 зафиксирована на характеристике, заданной положением напорной задвижки, в точке, соответствующей H = Hтреб. Положение напорной задвижки автоматически регулируется блоком СР210 таким образом, чтобы ток приводного электродвигателя насоса НА2 был равен заданному значению (обычно близкому к номинальному).

02_14_ris_05

Автоматическое управление насосным оборудованием и контроль за его работой, включая задвижки, осуществляется с помощью технологического контроллера СТК500 (рис. 5) 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.

 

Российская ассоциация водоснабжения и водоотведения

ecw18 vst 200

VAK2

100х100 Aquatherm18

100х100 stroi ural

Трубопроводная арматура АБРАДОКС, АБРА, ABRADOX, ABRA

Авторизация

Внимание! Рекомендуется просматривать сайт максимально свежими версиями браузеров. Некоторые устаревшие версии (IE 8) не смогут корректно скачать материалы номеров журнала.