Энергосбережение при автоматизации технологических процессов

Современные средства автоматизации и системы на их основе позволяют реализовывать различные технические решения с целью оптимизации технологических параметров по различным критериям. Общеотраслевые задачи такого рода решаются на основе опыта предприятий, работающих в конкретном секторе экономики.

 

Частотно-регулируемый привод для управления насосными установками
С точки зрения энергоэффективности классическим вариантом можно считать использование частотно-регулируемого привода для управления насосными установками. В наибольшей степени это относится к центробежным насосам для водоснабжения, работающим в режиме переменной загрузки, например, сетевым насосам.
Разработанный нами алгоритм позволяет повысить КПД двигателя в зоне малых нагрузок (до 50%), а следовательно, и экономию электроэнергии, дополнительно к алгоритму энергосбережения до 10%. То есть для большинства насосов классическое использование преобразователей этой серии может внести существенный вклад в экономию электроэнергии.
Аналогично, высокую эффективность с точки зрения экономии электроэнергии за счет использования регулируемого электропривода можно получить при оптимизации производительности вентиляторов, турбокомпрессоров и т. п. При этом весьма существенный вклад в энергосбережение можно внести за счет использования преобразователей частоты для регулирования дымососов и нагнетающих вентиляторов котельных установок, аспирационных систем, вентиляторов среднего дутья для цементного производства и других аналогичных механизмов.
При расчете экономической эффективности от внедрения частотно-регулируемого привода необходимо также учитывать «побочные эффекты», заключающиеся в снижении эксплуатационных затрат (снижение аварий на водоводах за счет исключения динамических ударов, уменьшение потерь воды и т. д.). Значение этой эффективности соизмеримо с экономией электроэнергии, т.е. фактическая эффективность в 1,5-2,0 раза выше, чем расчетная экономия электроэнергии.
Отмеченные выше технические решения для целей энергосбережения являются на сегодняшний день классическими и эффективность их, в принципе, не вызывает сомнений. На практике существует множество технических решений, которые наряду с технической эффективностью имеют явно выраженный эффект энергосбережения.
 
Автоматизация высоковольтных электроприводов
Особый интерес представляют работы с высоковольтными электроприводами, как правило, имеющими очень большую установленную мощность. Такая работа была проведена, например, при автоматизации приводов вентиляторов среднего дутья для цементного производства с установленной мощностью 1600 и 2400 кВт. Применение частотного регулирования с использованием высоковольтных преобразователей с одной стороны позволяет оптимизировать технологические режимы производства, а с другой - получить более эффективное решение по сравнению с традиционным приводом с точки зрения энергосбережения.
 
Автоматизация современных технологических линий
Многие современные технологические линии (например, линии продольной резки рулонного материала, изготовления бесконечных рукавов и т.п.) имеют в своем составе размоточные и намоточные устройства. При этом для обеспечения высокого качества технологического процесса требуется поддержание натяжения материала на заданном уровне. Современные частотно-регулируемые приводы позволяют достаточно качественно решать данную задачу. Однако, с точки зрения технико-экономической эффективности, приходится выбирать между энергозатратными технологиями рассеивания энергии привода, работающего в генераторном режиме (разматыватель) на тормозных резисторах и дорогостоящими преобразователями с рекуперацией энергии в сеть.
Анализ схемотехники позволяет сделать вывод о том, что существует принципиальная возможность объединения двух или нескольких стандартных приводов по постоянному току. В этом случае привод, работающий в генераторном режиме, становится источником для привода, работающего в двигательном режиме. Конечно, сама по себе эффективность такого генератора относительно невысока, но результатом такого решения является то, что мы, используя стандартные ПЧ, получаем ту же экономию электроэнергии, что и с рекуперативными ПЧ.
Данные решения опробованы с подтверждением результатов на линии продольной резки металла и установке склейки рукава этикеточного материала.
 
Автоматизация высокоточных технологических процессов
Использование современных систем автоматизации и регулируемого электропривода позволяет реализовывать высокоточные технологические процессы, направленные на существенное энергосбережение ресурсов. Так, внедрение технологии изготовления сложных деталей из труднодеформируемых металлов сдерживалось отсутствием технических решений промышленного применения.
Для реализации поставленной задачи был разработан 80-осевой комплекс на базе современных сервоприводов MR-J2S и программируемых контроллеров серии System Q фирмы «Mitsubishi Electric». В процессе работы были решены задачи многоосевого прецизионного позиционирования с учетом температурной компенсации, что позволило с высокой точностью осуществлять формование детали и существенно снизить затраты на последующую обработку.
 
Автоматизация дуговых сталеплавильных и руднотермических печей
Решение технических задач по оптимизации процесса регулирования и повышению устойчивости процесса во многих случаях автоматически приводит к повышению энергоэффективности. Так, например, при автоматизации, модернизации дуговых сталеплавильных и руднотермических печей ставилась основная задача повышения стабильности процесса регулирования, снижения колебаний токов в фазах и, соответственно, максимальной эффективности использования энергии дуги.
В результате решения технической задачи (был отработан алгоритм управления перемещением электродов печи с электрическим и электрогидравлическим приводами) существенно повысилась эффективно вводимая мощность, снизилось время цикла плавки, что позволило получить существенную экономию электроэнергии на единицу выпускаемой продукции.
 
Автоматизация отдельных механизмов достаточно большой единичной мощности
Существенное значение с точки зрения экономии энергоресурсов имеет учет этих вопросов при автоматизации отдельных механизмов достаточно большой единичной мощности. Например, для механизмов дробильного и размольного оборудования с одной стороны, системы автоматизированного привода позволяют решать такие вопросы, как:
- запуск загруженных механизмов;
- регулирование технологических режимов;
- повышение долговечности работы механизмов за счет снижения динамических нагрузок;
- реализация защитных функций при перегрузках и заклиниваниях;
- предотвращение аварийных ситуаций и автоматический выход из них.
Таким образом, наш опыт использования алгоритмов энергосберегающего управления, а также оптимизации технологических режимов показал достижение существенной экономии электроэнергии при эксплуатации автоматизированного оборудования.
 
Олег Хен, эксперт по энергосбережению Межрегионального объединения сибирских электротехнических предприятий (Новосибирск)
Фото Олега Никитина (Порожская ГЭС)