Экономия электрической энергии при эксплуатации оборудования

Экономия электрической  энергии при эксплуатации оборудования

 

В сельском хозяйстве действует  огромный парк электродвигателей, насчитывающий 12 млн. единиц общей мощностью 50...60 млн. кВт. Практически все стационарные рабочие сельскохозяйственные машины оснащены электроприводом. По ориентировочным  расчетам, на электропривод в сельском хозяйстве ежегодно расходуют 51 млрд. кВт·ч.

Наибольшее распространение  получили простые, надежные и дешевые  асинхронные электродвигатели с  короткозамкнутым ротором. В общем  балансе энергетических средств в сельском хозяйстве на долю электродвигателей по мощности приходится 16%.

Эксплуатация электродвигателей  в сельском хозяйстве связана с рядом особенностей. Во-первых, на них оказывает агрессивное действие окружающая среда, в особенности в животноводческих помещениях. Известно, что на транспортерах для уборки навоза электродвигатели обычного типа выходят из строя через два...три месяца работы. Во-вторых, не всегда обеспечивается высокое качество подаваемой к электродвигателям электроэнергии, в частности допустимые отклонения напряжения. Работа же при пониженном или повышенном напряжении приводит к ускоренному износу двигателя. Следует отметить, однако, что благодаря разукрупнению подстанций и уменьшению протяженности линий электропередачи при концентрации сельскохозяйственного производства этот недостаток ощущается все реже. В-третьих, из-за сезонности процессов или краткосрочности действия ряда механизмов в течение суток увеличиваются сроки окупаемости электродвигателей и расходы на их эксплуатацию.

Учет этих особенностей привёл к созданию Специальных сельскохозяйственных электродвигателей. Они предназначены для работы на открытом воздухе при температуре от -45 до +45°С и относительной влажности до 95%, а также во всех сельскохозяйственных помещениях с содержанием в 1 м³ воздуха до 1,16 г горючей соломистой или хлопьевидной пыли, до 0,03 г аммиака, до 0,03 г сероводорода и до 14,7 г углекислого газа. Двигатели устойчиво работают при воздействии струи дезинфицирующего раствора, воды под давлением до 1,5-10^-1 МПа и аэрозолей при продолжительности экспозиции до 24 ч. Конструктивно они выполнены закрытыми, обдуваемыми, химовлагоморозостойкими, защищены от попадания внутрь воды, пыли и инородных предметов, с рабочими машинами соединяются эластичной муфтой, ременной или клиноременной передачей.

Сейчас промышленность освоила  выпуск электродвигателей новой серии 4А. И в этой серии предусмотрены двигатели сельскохозяйственного назначения.

Для привода механизмов мощностью  до 4 кВт в сельском хозяйстве  применяют электродвигатели серии Д, не только имеющие сельскохозяйственную модификацию, но и специально приспособленные для работы в птицеводческих помещениях.

Существуют электродвигатели для привода погружных насосов и электростригальных машинок. Например, для стригальных машинок предназначены электродвигатели мощностью 120 Вт, рассчитанные на обычную (50 Гц) и повышенную (200 и 400 Гц) частоту. Высокочастотные электродвигатели настолько компактны, что их можно встраивать в ручку машинки.

В электробытовых приборах и для привода небольших вентиляторов используют однофазные электродвигатели.

 

Многодвигательный регулируемый электропривод

Обеспечение режимов работы поточных линий приготовления и  транспортировки кормов, переработки сельскохозяйственных продуктов, автоматически управляемого отопительно-вентиляционного оборудования и установок сельскохозяйственного водоснабжения вызвало необходимость создания многодвигательного регулируемого электропривода. Предпосылкой послужило то, что электродвигатели во многих случаях органически сливаются с механической частью рабочей машины, а также входят в систему управления технологическими процессами. Это определяет конструкцию и свойства современного электропривода. В нем учитывают как особенности технологического процесса и рабочей машины, так и возможности (энергетические, эксплуатационные, организационные) обслуживаемого сельскохозяйственного объекта.

Сложные многодвигательные  системы с большим количеством  взаимосвязанных и взаимодействующих  элементов осуществляют автоматическое управление различными параметрами  — производительностью, температурой, уровнем жидкости, влажностью и т. п. В перспективе они будут  представлять собою оптимальную комбинацию взаимосвязанных регулируемых электроприводов, которая обеспечит стабильные режимы работы технологического оборудования при влиянии самых разнообразных факторов.

В сельскохозяйственных электроустановках  целесообразны различные способы регулирования частоты вращения электродвигателей. Его можно производить изменением приложенного напряжения к статору при помощи дросселей, тиристоров, автотрансформаторов; изменением частоты питающего напряжения; применением многоскоростных двигателей с секционированной статорной обмоткой.

Многодвигательный регулируемый электропривод создает оптимальные  режимы работы, обеспечивает повышение к. п. д. установок, экономит электрическую энергию. Многодвигательный регулируемый электропривод с тиристорным автоматическим управлением применен на агрегате по производству витаминизированных кормов. Многодвигательный регулируемый электропривод с системой автоматического управления используют при дозировании кормов на комбикормовых предприятиях, в комплектах электрооборудования для создания благоприятного микроклимата на животноводческих фермах. В ближайшее время до 50% всех стационарных сельскохозяйственных машин будут выпускать с регулируемым электроприводом.

Загрузка рабочих машин

Для нормального функционирования систем электропривода и автоматизации  поточных линий чрезвычайно важно  обеспечить максимальное использование рабочих машин и резкое сокращение, а лучше всего полную ликвидацию их холостого хода.

Относительный удельный расход энергии Э_уд, отнесенный к полезной работе машины, определяют так:

 

,

 

где k_н = Р_рм/Р_д — коэффициент нагрузки; Р_рм — мощность, потребляемая рабочим органом машины, кВт; Р_д — номинальная мощность электродвигателя, кВт; η_рм — к.п.д. рабочей машины при полной нагрузке;  α — коэффициент, зависящий от типа и конструкции рабочей машины (α = 0,7...0,9); - коэффициент использования рабочей машины; t_M— машинное время, или время полезной работы машины, ч; t_х— время работы на холостом ходу, ч.

Когда машина работает без  холостого хода (t_х = 0 и k_т = 1) и полностью загружена (k_н = 1), относительный удельный расход энергии минимальный:

 

,

 

Зависимость удельного расхода  энергии от нагрузки показывает коэффициент

 

 

Графическое изображение  функции 

показано на рисунке 2. По приведенным кривым можно определить эффективность повышения нагрузки рабочих машин и получаемую в результате этого экономию энергии.

 

 

 

 

Рисунок 2. Зависимость удельного  расхода электроэнергии от нагрузки

 

Относительные затраты энергии  ∆β па производство полезной работы при различной нагрузке машины определяют по формуле

 

,

 

где 

- удельные расходы, %.

Абсолютную  часовую  экономию электроэнергии ∆Э(кВт·ч) подсчитывают по следующему выражению:

 

 

Пример. Определить экономию электроэнергии за смену (8 ч) от увеличения загрузки металлорежущего станка с 25 до 60% (

= 25%; = 60%) и при снижении продолжительности холостого хода с 40 до 10% ( = 0,6 и = 0,9). Мощность электродвигателя Р_Д = 8 кВт.

По графику (рис. 2) для  каждого из режимов нагрузки находим значения коэффициентов:

для

= 25% и = 0,6     = 190%;

для

= 60% и = 0,9     = 108%.

Определяем  ∆β = 190 -108 = 82%. Минимальный  удельный  расход энергии (при η_рм = 0,8 и α = 0,9)

Отсюда экономия энергии  за 1 ч работы

кВт·ч

Экономия энергии за 8 ч работы станка Э = 4,4 · 8 = 35,2 кВт·ч.

Для устранения межоперационных  холостых ходов станочного оборудования применяют специальные ограничители. Устанавливают их там, где холостой ход длится более 10 с. Только при этом обеспечивается экономия электроэнергии. В противном случае может произойти перерасход энергии. Обычно вопрос о применении ограничителей решают после выполнения расчета, для которого исходными данными являются средняя мощность холостого хода, продолжительность межоперационного времени и число циклов работы.

На расход электроэнергии влияют и условия пуска электродвигателя. Известно, что пусковой ток асинхронных короткозамкнутых двигателей в 6...7 раз превышает номинальный. В условиях сельского хозяйства тяжесть пуска усугубляется снижением напряжения. Причина этого в том, что повышение тока увеличивает потери напряжения в проводах питающей линии. Естественно, что затяжной пуск двигателя может вызвать перегрев обмоток и связан с нерациональным расходом энергии.

На практике электродвигатели иногда не имеют полной загрузки. Это  происходит при неправильном расчете  электропривода и недогрузке рабочей  машины. В том и другом случаях увеличивается удельный расход энергии на единицу полезной работы.

Электродвигатели, загруженные  менее 45% номинальной мощности, целесообразно заменять. При загрузке более 75% номинальной мощности электродвигатели не заменяют. В диапазоне 45...75% номинальной мощности замену производят при подтверждении расчетом экономической целесообразности такой операции.

 

Некоторые рекомендации

Правильная эксплуатация электропривода сельскохозяйственных машин и механизмов — крупный резерв экономии энергии. Можно рекомендовать следующие энергоэкономические мероприятия.

Тщательно следить за соответствием  параметров электропривода характеристикам  рабочих машин.

При загрузке электродвигателя ниже 45% заменять его на меньший по мощности.

При загрузке от 45 до 75% целесообразность замены устанавливать расчетом.

Сокращать холостой ход электродвигателей. При необходимости использовать ограничители холостого хода.

Применять многодвигательный  и регулируемый электропривод, как  наиболее экономный по расходу электроэнергии.

 

ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

 

Сельское хозяйство нуждается  в огромном количестве теплоты. На производственные и бытовые цели ежегодно затрачивают около 800 млн. т условного топлива.

Крупным потребителем тепла  является животноводство. Например, свиноводческому комплексу на 54 тыс. голов необходимо иметь тепловой центр мощностью 4,6 МВт и другое электрическое оборудование мощностью 1,1 МВт. За год комплекс тратит 3,5 тыс. т условного топлива и 2,5 млн. кВт·ч электроэнергии. В перспективе намечено за счет электроэнергии покрывать 22,5% общего баланса энергетических потребностей сельского хозяйства.

Для получения тепла в  последнее время вместо сжигания топлива стали широко применять  электрические элементные и электродные водонагревательные установки, электрокалориферы, нагревательные провода. В настоящее время годовое потребление электроэнергии электротермическими установками составляет 20...25 млрд. кВт-ч. Электрические нагревательные устройства имеют ряд преимуществ перед огневыми. Они удобны в эксплуатации, почти не требуют затрат труда, их легко автоматизировать.

С помощью электрических  водогрейных и парообразовательных установок можно снабжать горячей водой и паром животноводческие фермы, подогревать воду для полива растений в закрытом грунте, удовлетворять технологическую и гигиеническую потребность в тепле мастерских, гаражей и подсобных предприятий. Нагревательные провода могут быть использованы для обогрева полов в животноводческих помещениях, создания оптимального температурного режима при выращивании молодняка, поддержания необходимой температуры в парниках и теплицах. Электротепловые устройства облегчают вентиляцию и суш ку зерна   (особенно при неблагоприятной погоде), приготовление травяной и сенной муки.

В сельском хозяйстве России сейчас используют примерно 300 тыс. котлов, работающих на жидком и твердом топливе. Их обслуживает более 600 тыс. человек. Перевод этих котлов на электроэнергию может дать большой экономический эффект. Высвободится обслуживающий персонал, повысится производительность, более эффективно будут использоваться топливные ресурсы. Последнее обусловлено возможностью вести подогрев воды в ночное время, когда потребление электроэнергии резко снижается, и аккумулировать ночью тепловую энергию с последующим расходованием ее днем. Опыт сооружения и эксплуатации электрокотлов и электрокотельных в нашей стране накоплен достаточный. Только в Красноярском крае создано более 600 электрокотельных. Длительный опыт эксплуатации подтвердил их преимущества и позволил высвободить 2000 человек для перевода на другие сельскохозяйственные работы.

Применение электротепловых  установок способствует более гибкому регулированию суточного графика нагрузок энергосистем, повышает коэффициент использования мощности трансформаторных подстанций, увеличивает пропускную способность распределительных сетей. Особенно это важно для промышленно развитых районов, где ночью потребление энергии резко снижается.