J.Palmunen. 1. Riktig dimensionering. 2. Processen kräver reglering. 3. Energiinbesparing med frekvensomriktare

Transkript

1 J.Palmunen 1. Riktig dimensionering 2. Processen kräver reglering 3. Energiinbesparing med frekvensomriktare 1

2 J.Palmunen Riktig dimensionering 2

3 3

4 J.Palmunen Processen kräver reglering 4

5 Det bästa styrsystemet är en frekvensomriktare Vad skulle du göra i dett fall? Hålla gasen i botten och styra hastigheten med bromsen? Växla ned och minska motorns varvtal? 5

6 Olika alternativ för hastighetsreglering Reglerad hastighet Mekanisk reglering Elektrisk reglering Växel Rem AC drifter DC drifter Frekvens omriktare Annan lösning Effektelektronik Annan lösning Spänningsstyrd (PWM) Strömstyrd(PAM) Momenttiohjaus 2-hastighet Släpringad motor. DC drift servo Leonard drift Seriemotstånd 6

7 J.Palmunen Energiinbesparing med frekvensomriktare 7

8 Frekvensomriktare - effektomvandlare Ingång Mellanled Utgång Mekanik Motor 3 3 ~ = = ~ ~1% ~1.5% 3 ~ % % P = 3 U rms I rms P = U dc I dc P = 3 U rms I rms cos φ P = ω T Spänningen är konstant Spänningen är Cos phi c. 1 konstant Endast den använda Strömmen bestäms effekten och förlusterna av effektbehovet bestämmer nätströmmen Spänning och frekvens ändras proportionellt mot varandra Strömmen bestäms av lasten konstant plus acceleration och av U/f kurvan Utan last är strömmen ren magnetiseringsström => lasten bestämmer cos phi Lasten bestämmer momentbehovet Processen bestämmer hastigheten 8

9 J.Palmunen Reglering av varvtalet på pumpar 9

10 Pumptyper FÖRTRÄNGNINGSPUMPAR KINETISKA PUMPAR Kolvpumpar Skruvpumpar Doseringspumpar Högtryckspumpar Låg effekt Centrifugalpumpar Vattenpumpar Hög effekt KONSTANTMOMENTSLAST LAST MED VARIABLET MOTMOMENT 10

11 Effektekvationen för en pump P= ρxqxhxg η H Q ρ P n g = Höjd(Height), höjden på den (vatten) kolumn pumpen kan åstadkomma = tryck = Flöde (Flow), mänden per tidsenhet vätska pumpen flyttar = Vätskans densitet = Effekt (Power), elektrisk eller mekanisk effekt = Hastighet (Speed), varvtalet på pumpen / pumphjulet =9,81 m/s² 11

12 Affinitetslagarna för centrifugalpumpar Affinitetslagarna (centrifugalpumpar, höjd =0): Q Q 1 Flöde = = 2 n n 1 2 H n Höjd = = ( H n ) 2 2 P n Effekt = = ( P n ) 2 2 Ur affinitetslagarna följer: När flödet halveras ( hastigheten på pumpen halveras) sjunker effektbehovet till 1/8 och max höjden till 1/4! 12

13 Baskurvor för pumpar H H Pumpkurvan Q Systemkurvan Q H H = höjd Q = flödevirtaus = den operativa punkten Q 13

14 Styrning av flöde H SystemkurvanQ=70% Systemkurvan Q=100% Pumpkurvan Q=100% Systemkurvan 1,25 H 1,00 1,00 Pumpkurvan Pumpkurvan Q=70%. 0,60 0,50 0,50 0 0,50 0,70 1,00 Q Styrning av flöde genom strypventil: - Effektbehovet i den nominella punkten P = 1,0 x 1,0 = 1,0 - Effektbehov vid Q = 70% P = 0,7 x 1,25 = 0, ,50 0,70 1,00 Styrning av flöde med varvtalet - Effektbehovet i den nominella punkten P = 1,0 x 1,0 = 1,0 - Effektbehov vid Q = 70% P = 0,7 x 0,6 = 0,42 Q

15 Pumpens verkningsgrad Verkningsgrad Hastighet 1 Hastighet 2 H Hastighet 1 Systemkurva Hastighet Q

16 Reglering av centrifugalpumpar Effekt P % Ventil On/Off Hydraulisk koppling H % Varvtalsreg v. Q=70 % 0 57% % % % % Typisk energiinbesparing vid H > Varvtalsreglering Flöde Q % Energibehovet för centrifugalpumpar vid olika regleringsmetoder med höjd H=0 16

17 Flöde med två parallella pumpar H Systemkurva Nominell punkt 2 pumpar Nominell punkt 1 pump Pumpkurva för två pumpar Pumpkurva för en pump Q 1 pump 2 pumpar Med två pumpar fördubblas flöde vid konstant höjd I praktiken blir inte flödet dubeelt eftersom systemkurvan inte är lineär 17

18 Pumpprofil Gångtid % Q % 18

19 Inbesparingskalkylator för pumpar Vaconin Pumpsave Tool verktyget kombinerar data om verkningsgrad, vätskans egenskaper, och gångtid med affiniteslagarna för att beräkna fallets totalenergiinbesparing 19

20 Typiska driftkostnader för en pump 5 % 5 % 90 % Beräknad drifttid 15 år Köp och installation Idrifthållning Energi 20

21 Ekonomisk pumpning Försäkra dig om rätt dimensionering av rören Överdimensionera inte pumpen verkningsgraden sjunker Bibehåll systemets funktion genom ett underhållsprogram Använd varvtalsreglering istället för strypning för flödeskontroll Använd PFC eller Multi-Master PFC för att uppnå bättre verkningsgrad vid kraftigt varierande flödesbehov Matnings energi Effektiv energi Förluster Motor & FC Pump Rörverk Förluster i ett pumpsystem 21

22 Energiinbesparing med förträngningspumpar/kompressorer 1. Drift med full hastighet, vridmoment = 100 % Utgångsspänningen vid 50 Hz är 400 V Utgångseffekt: P1 = U x I x cos Ø x SQRT(3) = 400 x I x cos Ø x SQRT(3) 2. Drift med halv hastighet, vridmoment = 100 % Utgångsspänning vid 25 Hz är 200 V Utgångseffekt: P2 = U x I x cos Ø x SQRT(3) = 200 x I x cos Ø x SQRT(3) 400 V Mekanisk effekt: P = ϖ x T 200 V 25 Hz 50 Hz RESULTAT Vid konstant momentbehov minskar effektbehovet till hälften då hastigheten halveras 22

23 Fördelar med frekvesomriktare i pump och fläktdrifter Koppla till processesn styrsystem -Mätdata från processen -Fungerar som en I/O modul för en distribuerad fältbuss Effektmatning -Minskar spänningsfallet vid start/stopp av motorn -Éffektfaktorn nästan 1 - kan ändra en-fas till trefas elektricitet ENERGI INBESPARING Förbättrar processens kvalitet -Steglös reglering -Flexibilitet, ändring av rotationsriktning -Minskar mekaniska påfrestningar Möjliggör distribuerade lösningar - Integrerad PID- regulator - PFC- och Multi-Master - tillämpningar 23

24 J.Palmunen Energiinbesparing med vätskekylda frekvensomriktare 24

25 NXP vätskekylda frekvensomritare, Motor Power [kw]: Variable torque with motor charasteristics cosφ 0,83 and eff. 97% CH3 CH4 CH5 Ch61 Ch62/72 Ch63 Ch64/74 400V 30 kw 75 kw 132 kw 200 kw 400 kw 630 kw 1250 kw 500V 37 kw 90 kw 160 kw 250 kw 450 kw 750 kw 1500 kw 690V kw 450 kw 700 kw 1400 kw 25

26 PI schema för kylsystemet 26

27 Energipris i Finland Inbesparingar? Frekvensomriktarens verkninsgrad är ,5% Vid t.ex. 10MW totaleffekt för omriktarna är förlusterna kW Luftkonditioeringen använder typiskt 1/4... 1/3 av detta totalkylbehov vid 100kW => kW -detta betyder vid ovanstående exempel 219MWh...289MWh (365d/a, 24h/dygn) Värmeväxlarens pump behöver typiskt 2,2...4kW - detta betyder 19,3MWh...35MWh (365d/a, 24h/dygn) Energipriset i Finland Suomessa (industri >10MWh) Vägt medeltal 4,72 c/kwh Energiförbrukning för att bortföra kW värmeförlust Luftkylning med 75% verkningsgrad => 15,5...31kEur/year Luftkylning med 66% verkningsgrad=> 41,5...83kEur/year vätskekylning (3x3kW) => 3,6kEur/year 27

28 J.Palmunen Vacon sparar energi 28

29 lähde: Saving Energy with Electrical Drives ( 29

30 Grundantagande Levererade omriktare Alla omriktare fungerar Motorerna är standardmotorer med nominell effekt Den genomsnittliga matningsspänningen för omriktarna: NX2/230V, NX5/420V, NX6/660V CX2/230V, CX4/400V, CX5/480V, CX6/660V Genomsnittlig energiinbesparing 30% 30

31 Energiinbesparing med Vacons frekvensomriktare CX NX MW Inbesparing 30% Inbesparing MW 31

32 3.000 MW Effekten av en reaktor i Olkiuoto är 840 MW För att producera MW:n behövs 3,5 reaktorer av denna storlek Energiinbesparingen under ett år är MWh. Vid produktion av 1 MWh i ett kolkraftverk bildas c. 0,9 tonnnia koldioxid * * lähde ICF Consulting 32

33 33