Energioptimering i hydrauliksystem.

Transkript

1 Energioptimering i hydrauliksystem

2 Energi användning inom hydraulikområdet Nätverk Hydraulik AUH Två av varandra oberoende nätverk ställde sig frågan. Hur mycket.? Installerad effekt finns det Utnyttjas den installerade effekten. Används Kylsystemen.. Projektansökan: Nätverkhydraulik TripleSteelix

3 Projektorganisation Projektledare: Annieli Söderberg Projekthydraulik Kontaktperson teknik: Örjan Andren Projekthydraulik Styrgrupp förutom ovan nämnda personer Sten Ove Claesson Hydac Fluidteknik Kjell Wiklund PMC Hydraulics Karl Ove Pettersson PF Hydraulik Lennart Strandberg Hydro Swede Lars Johansson Bosch Rexroth Göran Andersson Bosch Rexroth Stefan Kujanpää Morgan Gustavsson SSAB SSAB ( Projekt 3 ) Bengt Löfgren Högskolan Dalarna (Projekt 1 2)

4 Syftet med Projektet Identifiera hydrauliksystem för att föreslå lösningar till betydande kostnadsreduceringar och miljöförbättringar. Detta skall ske genom att tillvarata kunskap samt erfarenheter bland regionens företag inom hydraulikområdet. Projektet sker i samarbete mellan företagen i Nätverk Hydraulik, Processindustrin i Bergslagen samt Högskolan Dalarna. Resultatet av projektet kommer med största sannolikhet att bidraga till lägre totalkostnader för hydraulikanläggningarna.

5 UNDERHÅLL ÖVRIGT INKÖP ENERGI Företagspolicy Energi. Hur ser företagets Energipolicy ut.. Får varje produktionsenhet bära sin egen energikostnad. Vilken tyngd får energifrågor vid en projektstart.. Källa: Pumpen Lebens-Zyklos-Kosten VDMA-Verlag, 2003

6 Projektet inleds med en kartläggning av energianvändningen i ett traditionellt hydrauliksystem. Genom analys av resultat framarbeta en åtgärdslista hur man kan minska energiåtgången, dvs. hur kan man energieffektivisera hydraulsystem inom processindustrin. Möte med SSAB Diskussioner med Högskolan Falun Borlänge Jobb i samverkan Nätverk Hydraulik i Borlänge

7 Konstanttrycks system I kombination med strypreglering. Ofta lågt cylindertryck vid rörelse, högt cylindertryck ofta bara statiskt. Höga tryck och stora flöden dock ej samtidigt. Hur dimensionerar vi Värsta tänkbara scenario plus lite extra. Ofta ytterligare ett nummer större.

8 Projektgång delprojekt 1 1. Uppvaktade SSAB om lämpligt system 2. Kontaktade högskolan angående examensarbete 3. Genomförde mätningar 4. Högskolan presenterade Victoryia Absalyamova 5. Startade projektgrupp /handledning examensarbete Örjan Andrén- Projekthydraulik (sammankallande), Sten-Ove Claesson - Hydac Fluidteknik, Thorvald Nielsen - PMC Hydraulics 6. Viktoryia presenterar sin Master Thesis Aug Okt Nov Feb Apr Okt. 2010

9 Projektgång delprojekt 2 1. Bearbetning av materialet samt framtagning av förslag för genomförande med kostnadskalkyl inkl. återbetalningstid. 2. Presentation för SSAB 3. Slutredovisning av projekt 2 till Triple Steelix 4. Bearbetning av SSAB för att få till ett genomförande 5. Energimyndigheten beviljar stöd för genomförandet av projektetmed stöd av förordningen som bidrar till åtgärder för en effektiv och miljöanpassad energiförsörjning vilket bidrog till att SSAB beslutade om ett 3:e projekt omfattande ombyggnaden. Projektgång delprojekt 3 6. Planering och beredning av ombyggnation. 7. Genomförande av ombyggnation. 8. Slutgiltiga energimätningarna Okt Jan Maj 2011 Maj Juli :e Juli 2011 Aug Jan April 2012

10 Energiomvandling (i hydraulsystem) Effekt IN Effekt UT Ström Spänning Elmotor Moment Varvtal Tryck Flöde Hydraulpump Hydraulmotor/cylinder Moment/Kraft Varvtal/Hastighet Verkningsgrad = Effekt UT Effekt IN

11 Tillgång till SSAB;s Bet 3:a Mätningar som genomförs. Elektrisk effekt in registreras. Mekanisk effekt ut registreras.

12 Energioptimering hydrauliksystem

13 28 st. hydrauliska funktioner registreras samtidigt (56 olika mätpunkter). Produktionen anpassad så att ett medianvärde av produktions mixen körs under registreringen.

14 160 Power vs Time delivered by five El. Motors simultaniously, kw Power, kw Effekt IN Power, kw Time, sek Total Hydraulic Power consumptions vs Time, kw Power, kw Effekt UT Power, kw Time. sek * Kurvorna ej synkroniserade beroende på problem vid mätning

15 4 pumpar 3 pumpar 2 pumpar

16

17 Total verkningsgrad OBS! Hänsyn ej taget cos ϕ, fasförskjutning vid effektberäkning för elmotorer. Tas hänsyn till detta ökar verkningsgraden till drygt 6%.

18 Man dimensionerar för värsta fallet, å så lite extra för säkerhets skull. Man går på beprövade konstruktioner i stället för att konstruera för verkligt behov. Systemen ska vara enkla att underhålla Möjlighet att enkelt bygga ut systemet. Historiskt har energi varit för billig. Det är svårt att prata verkningsgrad i komplexa system. Vi ska istället prata om vad vi kan göra för att minska energiförbrukningen.

19 Mekanisk (linjär) Effekt = Kraft Hastighet P = F v Mekanisk (roterande) Effekt = Moment Vinkelhastighet P = M Energi = Effekt tid J = P t Energi = Kraft väg Elektrisk Effekt = Spänning Ström P = U I Behöver vi endast rörelse men Ingen kraft utför vi inget arbete Behöver vi endast kraft men ingen rörelse utför vi inget arbete

20 Avgiven Effekt Spänning Tillförd Effekt Frekvens Varvtal Moment Strömförbrukning Verkn. grad P.F. Slip (kw) (Volt) (A) (kw) (Hz) (rpm) (Nm) (%) (%) NO LOAD ,6 0, , ,2 10, ,5 0,612 0,19 18, ,6 19, ,9 0,801 0,57 27, ,3 29, ,5 0,861 1,02 37, ,3 39, ,2 0,882 1,53 46, ,3 49, ,5 0,888 2,15 Uppmätt cos ϕ vid låg belastning (ca 5 kw): 0,21 0,24

21 Uppmätt effekt på elmotorn vid låg belastning: ca 5,5 kw

22 Ström (Amp) 0 9,3 18,6 27,8 37,0 46,2 Tillf. Effekt (kw) Avg. Effekt (kw)

23 Vad koster det att driva 3 pumpar i tomgång? Pump 0 flöde förbrukar ca 6 kw Förlust i elmotor ca 1 kw Kostnad reaktiv effekt? Totalt ca 7 kw + kostnad för reaktiv effekt Energi 7 x 24 x 360 = kwh per pump och år Total kostnad per pump x 0,70 = kr/år (Antaget kw pris 70 öre) För 3 pumpar blir det kr/år + kostnad reaktiv effekt Total kostnad för 3 pumpar är kr per år

24 Pumpar med bättre styrmöjligheter. Flöde, tryck, effekt, last, digital styrning. Frekvensomformare för el motorstyrning, nya möjligheter för pumpar med fasta deplacement. Tryck, flödes och effektreglering. Det finns även exempel där man tänk på energioptimering.

25 Genom att använda ackumulatorer kan vi spara energin som går åt för att driva 3 pumpar i tomgång (0 flöde). Vi räknar med att spara ca 30 40% av den energi som systemet förbrukar idag.

26 Tjänar kr/år i energikostnad 1 pumpinstallation istället för 5 pumparinstallationer som ska underhållas och lagerhållas (reservdelar). Lägre ljudnivå Får en (eller flera) pumpinstallationer i reserv Jämnare trycknivå i systemet Elmotorerna får arbeta närmare sitt idealområde (37 kw) Pumparna motioneras bättre Tekniken som används är beprövad och välkänd

27 En ackumulatorstation som skall underhållas Underhåll, övervakning av gastryck, reservdelar Får ta hänsyn till ackumulatorer vid Bryt & Lås

28

29 För att verifiera mätresultaten gjordes mätningarna under utvalda veckor före och efter ombyggnaden. Före ombyggnad: Vecka 49, t.o.m Produktion denna vecka 5924,66 ton Efter ombyggnad: Vecka 7, t.o.m Produktion denna vecka 6058,24 ton

30

31

32

33

34 Resultatet blev att energoförbrukningen minskades med 58% vilket är ett uppmätt resultat. Kostnaden summerades till : (inkl. man tid och material). Den uppmätta energibesparingen beräknas till : /år (baserat på el pris 70 öre). Utöver detta har SSAB kalkylerat med besparingar på ca : /år. I den besparingen ingår kostnader för underhåll, reservdelar, minskat kylbehov, lägre filterkostnader m.m. Total besparing på : / år.

35 Energimyndigheten

36 Exempel 1 Energimyndigheten Installerad effekt 5 x 55kW = 275 kw Tomgångseffekt ~ 45 kw, Flödeskapasitet ~ 1000 lit./min Behov 2 x 55 kw Medeleffektbehov~ 47 kw, Medelflödesbehov ~ 200 lit./min.

37 Exempel 2 Energioptimering hydrauliksystem Installerad effekt 8 x 45kW + 2 x 75kW = 510 kw Tomgångseffekt ~ 125 kw, Flödeskapasitet ~ 1850 lit./min. Behov 3 x 45 kw Medelflödesbehov ~ 450 lit./min., Medeleffekt behov ~ 90kW

38 Exempel 3 Värmekraftverk byggt och dimensionerat för koleldning. Konverterat till att eldas med flis. Exempel: Hanteringsutrustningar som transportörer och stokrar är dimensionerade för krafter anpassade för stenkol. Massan för Stenkol/Träflis = 3

39

40 Att det i svensk industri finns 1000 st. anläggningar med konstanttrycks system i varierande storlek. Att vid en ombyggnad av dessa likt den till SSAB görs en genomsnittslig besparing motsvarande resultatet vid SSAB så innebär det en energibesparing på 170 GWh/år I verkligheten finns det sannolikt kanske 2 3 ggr fler aggregat och den installerade medeleffekten är troligtvis större. Exempel: SSAB mätningen gjordes på ett aggregat med 5x37kW dvs. 185 kw. Enbart SSAB Borlänge har 10MW installerad hydraulikeffekt

41 Hur är det med. Det krävs ett helt nytt sätt att tänka för att lösa de problem vi skapat med det gamla sättet att tänka A. Einstein

42 Seminariet syftar till att ge en ökad förståelse för hur ni kan öka företagets värde. Under dagen får ni information om kommande utmaningar och krav samt handfasta tips, råd och inspiration från genomförda energieffektiviseringsprojekt. En bra start för att sänka sina kostnader och få en energieffektiv och hållbar verksamhet.