Procesy chaotyczne w układach energoelektronicznych [RUS], ARTYKUŁY - ELEKTRYKA, ARTYKUŁY ELEKTRYKA - 3

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Zeszyty Problemowe Î Maszyny Elektryczne Nr 78/2007
19
Janusz Boczek,
Ciepþownia Ryduþtowy Sp. z o.o.
Tomasz Zieliıski,
Fundacja na rzecz Efektywnego Wykorzystania Energii, Katowice
PROJEKT DEMONSTRACYJNY PROGRAMU PEMP
áKOMPLEKSOWE WDROņENIE ENERGOOSZCZĦDNYCH
NAPĦDìW ORAZ AUTOMATYZACJI PRODUKCJI I DYSTRYBUCJI
CIEPýA W CIEPýOWNI RYDUýTOWYÑ Î PREZENTACJA
UZYSKANYCH EFEKTìW
PEMP DEMONSTRATION PROJECT: ÐCOMBINED ENERGY EFFICIENT
MOTORS AND CONTROL SYSTEM FOR HEAT PRODUCTION AND
DISTRIBUTION IN THE CIEPLOWNIA RYDULTOWY BOILER HOUSEÑ Î
PRESENTATION OF
ENERGY, ECOLOGICAL AND FINANCIAL EFECTS
Abstract: The paper presents benefits from implementing the project ÐCombined energy efficient motors and
control system for heat production and distribution in the Cieplownia Rydultowy boiler houseÑ within the
framework of the PEMP Programme. The Project has been carried in consecutive steps in the years 2002 Î
2005. The following tasks have been carried on: assembled frequency converters for the master circulation
pump drive and for the
exhaust and primary air fans in two traveling grate
boilers, installation of control sys-
tem for coal combustion, replacement of old pumps with pumps equipped with
energy efficient motors in heat
exchangers, an assembled telemetric system control in several heat exchangers and weather compensation with
automatic control in 23 heat exchangers. The article presents the project financial indicators and the energy
ecological effects that
have been obtained as a result of reduction of electricity and fuel consumption.
1. Wstħp
zakresie modernizacji elektrycznych ukþadw
napħdowych, automatyzacji, modernizacji sys-
temu dystrybucji energii cieplnej oraz realizacjħ
zadaı inwestycyjnych.
Przesþanki do podjħcia dziaþaı modernizacyj-
nych byþy nastħpujĢce:
-
Artykuþ jest kontynuacjĢ publikacji z 2005 roku
(Zeszyty Problemowe Î Maszyny Elektryczne
nr 73/2005), w ktrym przedstawiono dziaþania
modernizacyjne w ukþadach napħdowych i sys-
temach automatyki przeprowadzane przez Cie-
pþowniħ Ryduþtowy Sp. z o.o. w ramach Pol-
skiego Programu Efektywnego Wykorzystania
Energii w Napħdach Elektrycznych. Projekt re-
alizowany byþ sukcesywnie w latach 2002 do
2005. Byþ rwnieŇ na bieŇĢco monitorowany.
Ostatnie prace zakoıczono w listopadzie 2005
roku. W poniŇszym opracowaniu pokazano
uzyskane efekty energetyczne i ekologiczne
wyznaczone w oparciu o zebrane dane eksplo-
atacyjne z lat 2001 do 2006 obrazujĢce pracħ
systemu ciepþowniczego skþadajĢcego siħ z ko-
tþowni wħglowej wyposaŇonej w dwa kotþy
typu WR-25, sieci ciepþowniczej o dþugoĻci po-
nad 30 km oraz 253 wħzþw cieplnych.
2. Zrealizowane przedsiħwziħcia
Peþny cykl realizacji zadaı zwiĢzanych z mo-
dernizacjĢ systemu produkcji i dystrybucji cie-
pþa obejmowaþ: wykonanie audytu energetycz-
nego przedsiħbiorstwa, wykonanie projektu
technicznego dla wybranych przedsiħwziħę w
znaczĢcy udziaþ modernizowanych napħ-
dw w caþkowitym zuŇyciu energii elek-
trycznej do celw produkcji i dystrybucji
energii cieplnej przekraczajĢcy 70% caþko-
witego zuŇycia;
-
zabudowa przemiennikw czħstotliwoĻci
dla napħdw gþwnych wentylatorw ko-
tþowych zrealizowana zostaþa w celu umoŇ-
liwienia pþynnej regulacji mocy cieplnej,
szczeglnie w okresie poza sezonem
grzewczym, kiedy pracuje tylko jeden ko-
cioþ czħsto poniŇej swojej minimalnej wy-
dajnoĻci (< 7,5 MW). Ponadto ze wzglħdu
na dosyę dþugi okres remontowy zdecydo-
wano, Ňe praca kotþw w ukþadzie kaskady
tj. jeden z kotþw pracujĢcy przy obciĢŇeniu
bliskim znamionowemu lub caþkowicie
wyþĢczony, a drugi pracujĢcy w szerokim
zakresie mocy nie pozwoli na osiĢgniħcie
zadowalajĢcych efektw Î stĢd decyzja
20
Zeszyty Problemowe Î Maszyny Elektryczne Nr 78/2007
o przystosowaniu obu jednostek do bardziej
elastycznej pracy;
niowo wprowadzana jest w coraz wiħkszej
iloĻci wħzþw ciepþowniczych;
- system telemetrii Î szybkie uzyskiwanie
informacji z kluczowych punktw sieci cie-
pþowniczej na potrzeby aktywnego i ela-
stycznie prowadzonego ruchu oraz opty-
malizacji pracy dziaþajĢcych napħdw.
Chronologiħ podejmowanych dziaþaı inwesty-
cyjnych wraz z opisem przedstawiono w tab.1.
-
zabudowa przemiennika czħstotliwoĻci na
jednej z pomp obiegowych miaþa na celu
dostosowanie pracy zespoþu pomp do po-
trzeb roŇnych ukþadw hydraulicznych w
sezonie grzewczym i poza nim; ponadto
uzyskanie wiħkszych moŇliwoĻci odpowia-
dania na zmiany w systemie wywoþane
dziaþaniem automatyki wħzþw, ktra stop-
Tabela 1. Zrealizowany zakres rzeczowy w projekcie demonstracyjnym w Ciepþowni Ryduþtowy
Zadanie inwestycyjne
Data realiza-
cji
Szczegþowy opis
Modernizacja napħdu
gþwnych pomp obiego-
wych
Czerwiec
2002
Û zabudowanie przemiennika czħstotliwoĻci dla napħdu pompy
obiegowej sieci ciepþowniczej o mocy 160 kW (silnik Se 315
L4) ; przetwornica czħstotliwoĻci produkcji Vacon typ
132CXL5CN0
Modernizacja napħdw
kotþa WR-25 nr 2
Lipiec 2003
Û zabudowa przemiennika czħstotliwoĻci produkcji Vacon
typ NXS02055A5H0SSS na napħdzie wentylatora ciĢgu o mocy
silnika 110 kW
Û zabudowa 2 przemiennikw czħstotliwoĻci produkcji Vacon
typ NXS00615A5H1SSS na napħdach wentylatorw podmuchu
o mocy silnikw 30 kW kaŇdy
Modernizacja napħdw i
automatyzacja kotþa WR-
25 nr 1
Lipiec 2005
Û modernizacja napħdw gþwnych wentylatorw kotþa nr 1
analogiczna jak dla kotþa nr 2
Û zastosowanie sterownika swobodnie programowalnego PLC
GeFanuc 90-30. Sterownik ten wykorzystuje sygnaþy pomia-
rowe temperatury wody przed i za kotþem, stħŇenia tlenu w
spalinach, podciĻnienia w komorze paleniskowej, wysokoĻci
poþoŇenia warstwownicy i na ich podstawie podaje sygnaþy ste-
rujĢce prħdkoĻciĢ poszczeglnych napħdw wentylatorw.
Modernizacja wħzþw
ciepþowniczych
2001 - 2005
Û kompleksowa modernizacja 5 szt. wymiennikowych wħzþw
ciepþa polegajĢcĢ na wymianie wszystkich urzĢdzeı wraz z za-
budowĢ automatyki pogodowej i ukþadw automatycznej regu-
lacji;
Û modernizacja 18 szt. wymiennikowych wħzþw ciepþa polega-
jĢcĢ na zabudowie automatyki pogodowej i ukþadw automa-
tycznej regulacji;
Û wymiana istniejĢcych pomp obiegowych w wymiennikowych
wħzþach cieplnych na wybranych 14 obiektach; zabudowanie
pomp MAGNA i UPE produkcji Grundfos o zmiennej prħdko-
Ļci obrotowej z energooszczħdnym silnikiem z magnesami
trwaþymi, posiadajĢce funkcjħ AUTOADAPT, ktra automa-
tycznie rozpoznaje warunki panujĢce w instalacji i na tej pod-
stawie koryguje swoje ustawienia tak, aby osiĢgnĢę zaþoŇone
parametry przy minimalnym zuŇyciu energii. Pompy te speþ-
niajĢ wymogi klasy energetycznej A.
System telemetryczny
Listopad
2005
Û praca systemu polega na wymianie danych pomiħdzy wybra-
nymi stacjami oddalonymi (wħzþami cieplnymi), a centralĢ na
dyspozytorni w kotþowni; system umoŇliwia obserwacjħ pracy
sieci ciepþowniczej w jej 19 kluczowych punktach oraz zdalne
zmiany nastaw automatyki wħzþw cieplnych.
Zeszyty Problemowe Î Maszyny Elektryczne Nr 78/2007
21
3. Finansowanie projektu, wskaŅniki
ekonomiczne inwestycji
Na realizacjħ projektu þĢcznie poniesiono na-
kþady w wysokoĻci 1 310 000 zþ z finansowa-
niem w ramach Programu PEMP na poziomie
25% caþkowitych kosztw przedsiħwziħcia
w postaci nieoprocentowanej poŇyczki. Szcze-
gþowe informacje odnoĻnie poniesionych na-
kþadw i wskaŅniki ekonomiczne dla moderni-
zacji ukþadw napħdowych pokazano w tabeli
2 i 3.
Tabela 2
Prosty czas zwrotu dla caþego projektu oraz
pojedynczych inwestycji
Zadanie
Nakþady
OsiĢgniħte
oszczħdnoĻci
energii
SPBT
PLN KWh/rok lata
Wszystkie
przedsiħwziħcia
1310000 575 600 11,1
Modernizacja
napħdw wen-
tylatorw kotþa
nr 1 i 2
215 000 355 800 2,95
Wymiana pomp
obiegowych 14
wħzþw na
pompy MAGNA
49 800 44 100 5,5
Fot. 1. Przemienniki czħstotliwoĻci Vacon dla
regulacji prħdkoĻci obrotowej silnikw wenty-
latorw podmuchu zainstalowane w szafie roz-
dzielni kotþa oraz panel sterujĢcy przemiennika
Modernizacja
zespoþu gþw-
nych pomp obie-
gowych systemu
ciepþowniczego
i automatyka
wħzþw
849 000 175 700 23,7
Tabela 3.
WartoĻę zaktualizowana netto (stopa dyskonta
6%) i wewnħtrzna stopa zwrotu dla inwestycji
Sposb finansowania
zadania
PLN %
Tylko Ļrodki wþasne 615 820 18,3
ĺrodki wþasne i po-
Ňyczka
NPV IRR
646 226 20,3
4. Efekty energetyczne na wybranych
przykþadach
Fot. 2. Sterownik swobodnie programowalny
GeFanuc
W celu zmniejszenia wpþywu czynnikw ze-
wnħtrznych przyjħto, Ňe wspþczynnikiem do
przeliczania wielkoĻci oszczħdnoĻci energii
elektrycznej i paliwa z poszczeglnych lat bħ-
22
Zeszyty Problemowe Î Maszyny Elektryczne Nr 78/2007
dzie wielkoĻę produkcji ciepþa netto z danego
roku w stosunku do roku bazowego, a przy wy-
znaczaniu oszczħdnoĻci paliwa dodatkowo
uwzglħdniono jego ĻredniĢ wartoĻę opaþowĢ w
poszczeglnych okresach. Jako rok bazowy na
potrzeby okreĻlania efektu energetycznego
i ekologicznego przyjħto rok 2001.
Uzyskane efekty energetyczne pokazano na
wybranych przykþadach na kolejnych rysunkach
od 1 do 5.
zþw ciepþowniczych w stosunku do sprzedanej
w danym wħŅle energii cieplnej.
160
140
120
2001
2002
2005
2006
100
80
60
40
20
0
14
1200000
0
2000
4000
6000
8000
12
11,7
czas pracy, h/rok
1000000
11,2
10,7
10
9,3
9,8
800000
Rysunek 3. Przebiegi prĢdowe dla wentylatora
ciĢgu kotþa nr 1 przed (lata 2001, 2002) i po
instalacji przemiennika czħstotliwoĻci
8,9
8
600000
6
4
400000
2
200000
0
0
2001
2002
2003
2004
2005
2006
oszczħdnoĻę energii elektrycznej w skaŅnik energochþonnoĻci produkcji energii cieplnej
Rysunek 1. OszczħdnoĻci energii elektrycznej w
stosunku do roku 2001 oraz wskaŅnik energo-
chþonnoĻci produkcji energii cieplnej w latach
2001 do 2006
0,460
0,449
0,440
0,420
0,428
0,400
0,400
0,401
0,380
0,388
Rysunek 4. WskaŅniki energochþonnoĻci pomp
obiegowych wħzþw ciepþowniczych w latach
2004 do 2006
0,360
0,340
2002
2003
2004
2005
2006
0,84
Rysunek 2. EnergochþonnoĻę pompowania
czynnika grzewczego w latach 2002 do 2006
Do przedsiħwziħę charakteryzujĢcych siħ naj-
lepszymi wskaŅnikami czasu zwrotu inwestycji
naleŇĢ wprowadzenie regulacji czħstotliwo-
Ļciowej dla napħdw wentylatorw kotþw oraz
wymiana pomp obiegowych w wybranych wħ-
zþach ciepþowniczych. Niejednokrotnie prze-
wymiarowane i wyeksploatowane pompy za-
stĢpiono tu pompami z silnikami z magnesami
trwaþymi. Dla zobrazowania osiĢgniħtych efe-
ktw na rysunkach 3 i 4 przedstawiono prze-
biegi uporzĢdkowane prĢdu pobieranego przez
silnik wentylatora ciĢgu kotþa nr 1 oraz wska-
Ņniki energochþonnoĻci pomp obiegowych wħ-
0,82
0,8
0,78
0,76
0,74
0,72
0,7
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Rysunek 5. SprawnoĻci wytwarzania ciepþa
WskaŅnik ten wyznaczono jako sprawnoĻę
ĻredniorocznĢ na podstawie danych o zuŇyciu
paliwa w ciĢgu roku, wartoĻci opaþowej paliwa
Zeszyty Problemowe Î Maszyny Elektryczne Nr 78/2007
23
(Ļredniej dla roku) oraz produkcji ciepþa w obu
kotþach.
5. Uzyskany efekt ekologiczny
Program PEMP kþadzie nacisk na obniŇenie
emisji gazw cieplarnianych poprzez zmniej-
szenie energochþonnoĻci w elektrycznych ukþa-
dach napħdowych. StĢd w projektach demon-
stracyjnych monitorowany jest gþwnie efekt
obniŇenia emisji CO
2
. W wyniku wdroŇenia
projektu demonstracyjnego w Ciepþowni Ry-
duþtowy efekt ekologiczny uzyskano poprzez
zmniejszenie zuŇycia energii elektrycznej (efekt
zlokalizowany w elektrowni zawodowej) i do-
datkowo poprzez zmniejszenie zuŇycia paliwa
(efekt uzyskany bezpoĻrednio w Ņrdle Cie-
pþowni Ryduþtowy). Pokazane na rysunku 6
uzyskane w latach 2002 do 2006 obniŇenia
emisji CO
2
obliczono w stosunku do emisji w
roku 2001 przed rozpoczħciem wdraŇania
dziaþaı modernizacyjnych.
i stosunkowo ciepþe sezony grzewcze wyma-
gajĢce w pewnych okresach eksploatacji Ņrdþa
ciepþa przy niskim wskaŅniku efektywnoĻci
oraz maþym wykorzystaniu energii przesyþanej
do odbiorcw wpþywajĢ na zaburzenie korzyst-
nych tendencji dla tych wskaŅnikw (lata 2004,
2006).
W przyszþoĻci w Ciepþowni Ryduþtowy plano-
wana jest kontynuacja dziaþaı modernizacyj-
nych kþadĢca nacisk na wymianħ dalszych
mniej efektywnych napħdw oraz rozbudowħ
ukþadw automatyki i zbierania danych.
4500
4000
3500
efekt-oszczħdnoĻę energii elektrycznej
efekt-oszczħdnoĻę paliw a
efekt-razem
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
2002
2003
2004
2005
2006
Rysunek 6. ObniŇenie emisji CO
2
w wyniku
oszczħdnoĻci energii elektrycznej i oszczħdnoĻci
paliwa
6. Podsumowanie
Obserwowany jest wyraŅny trend zmniejszenia
wartoĻci wskaŅnikw energochþonnoĻci pro-
dukcji i przesyþania energii cieplnej oraz wzrost
sprawnoĻci Ņrdþa ciepþa Ciepþowni Ryduþtowy
co wskazuje na poprawħ warunkw eksploatacji
kotþw i pomp obiegowych.
OsiĢgniħte w wyniku realizacji projektu de-
monstracyjnego oszczħdnoĻci sĢ wiħksze od
wstħpnie zakþadanych (szacowano obniŇenie
wskaŅnika energochþonnoĻci produkcji do
wartoĻci na poziomie 10,3 kWh/GJ).
NaleŇy jednak, zwrcię uwagħ na wahania
wartoĻci tych wskaŅnikw w rozpatrywanych
latach po realizacji projektu. WynikajĢ one z
charakteru danego sezonu grzewczego. DþuŇsze
[ Pobierz całość w formacie PDF ]