Энергосберегающее оборудование для шахт

Энергосберегающее оборудование для шахт
«Энергию нельзя создать или уничтожить,ее можно только трансформировать»
Первый закон термодинамики
Вы задавали себе вопрос, сколько вы переплачиваете из-за нерационального потребления и
распределения электроэнергии? Каковы современные передовые практики эффективного
использования энергии и энергоменеджмента? Как минимизировать временной интервал
между зарождением идеи по энергосбережению и ее воплощению в прибыльный проект?
Что нужно знать о подготовке проектов по энергосбережению, включая финансовые и
инженерные вопросы?
Что такое энергоэффективность?
Если энергию нельзя передать конечному потребителю, то она является потерянной. Это прямое
следствие
Первого
закона
термодинамики,
приведенного
в
эпиграфе.
Повышение
энергоэффективности – это увеличение соотношения между производством товаров или услуг и
затраченной на это энергии. Меры повышения энергоэффективности – это любые изменения,
приводящие к снижению количества энергоресурсов, необходимых для производства единицы
экономической деятельности.
Повышение информированности об инвестициях в энергетику на уровне компании способствует
целесообразному распоряжению небольшими финансовыми ресурсами и получение от их вложения
максимальной отдачи. Инвестиции в энергосбережение, то есть в эффективное использования
энергии, позволяют сэкономить огромные средства, которые можно направить на рост производства,
инновации и другие перспективные направления. В конечном итоге предприятие в целом получает:








экономию средств;
повышение конкурентоспособности;
рост продуктивности;
увеличение прибыли;
снижение рисков;
повышение стоимости компании;
положительное влияние на окружающую среду;
создание положительного имиджа компании.
Удельное энергопотребление определяется как отношение потребленных энергоресурсов к
произведенной продукции. В зависимости от типа производства величина удельного
энергопотребления может изменяться. Поэтому сравнение двух предприятий в целях выявления
потенциала энергосбережения может осуществляться только в пределах одной отрасли. Например,
если один стеклозавод затрачивает 2250 КВт*ч на тонну стеклотары, а другой – 1350, то потенциал
энергосбережения составляет 900 КВт*ч на тонну продукции.
Зачем инвестировать в энергоэффективность?
Высокое энергопотребление ведет к низкой конкурентоспособности. Цены на энергоносители
постоянно увеличиваются и эта тенденция будет сохраняться. Для производства единицы продукции
украинская компания в среднем использует в 3 раза больше энергии, чем европейская. Добавим к
этому перспективу вступления Украины в ВТО и связанное с этим ужесточение экологических
требований. Без повышения эффективности использования энергии у наших предприятий просто нет
будущего.
Потенциал внедрения соответствующих технических решений у нас огромен. К тому же процесс
повышения
энергоэффективности
неизбежно
приведет
к
замене
устаревших
и
низкопроизводительных процессов более современными – высокопродуктивными и малозатратными.
Таким образом, предприятие получает двойную выгоду – повышение производительности и снижение
энергоемкости. Это снижает зависимость от энергопоставщиков и связанные с этим риски,
увеличивает рентабельность и ведет к росту прибыли.
1
При этом окупаемость капиталовложений составляет от 1,5 до 6 лет в зависимости от типа проекта.
Этот срок значительно короче, чем при обычных капиталовложениях, поскольку темпы роста на
энергоносители весьма высоки. Возврат вложений, как правило, перекрывает размер процентов по
взятому для их осуществления кредиту, поэтому по итогам инвестирование имеет положительный
результат.
В число типичных объектов, подлежащих усовершенствованию в целях сокращения расходов на
энергопотребление, входят:









локальное производство электро- и тепловой энергии, в том числе – комбинированное;
рекуперация тепла, отводимого в некоторых техпроцессах;
усовершенствование систем отвода и распределения пара, сжатого воздуха и электроснабжения;
модернизация или замена котлового оборудования;
применение абсорбционных охладителей;
отказ от электроотопления в пользу местного отопления;
улучшение техпроцессов, включая внедрение АСУТП;
использование регулируемых электроприводов;
повышение качества энергоменеджмента.
Финансирование проектов по увеличению энергоэффективности
При оценке ликвидности, рисков
энергоэффективности учитывают:





и
результатов
инвестиции
в
проект
по
повышению
техническую целесообразность проекта;
его экономическую сбалансированность;
кредитоспособность и платежеспособность компании, внедряющей проект;
конкуренцию с другими инвестиционными направлениями;
поддержку ответственных лиц и руководства до и после начала реализации проекта.
Если выявить перспективный проект по энергоэффективности и найти финансовые механизмы для
его реализации достаточно легко, то убедить руководство в приоритетности вложений в
энергоэффективность бывает зачастую не так просто. Это происходит по нескольким причинам. Вопервых, зачастую предлагаемые технические решения предполагают значительно большую
мощность, чем это необходимо, что ведет к неоправданно высоким затратам. Во-вторых, в проект
закладывается оборудование, закупка которого мотивирована соображениями, не связанными с
непосредственными задачами проекта (например, новизна, бренд или производитель, поставщик и
т.п.).
Поэтому оценку проекта должны осуществлять не только технические, но и экономические
специалисты. Только в этом случае можно увидеть действительно объективную картину. Зачастую
экономический эффект именно простых, малобюджетных решений значительно превосходит отдачу
от сложных и дорогостоящих мер по энергосбережению.
Цель экономической оценки направления инвестирования состоит в отборе наиболее полезного
проекта, четкому представлению всех его преимуществ, отработке путей минимизации рисков и
созданию основы для дальнейшего анализа инвестиции. В процессе экономической оценки
указывается степень финансовой отдачи проекта, выявляются риски и неопределенности, а также
указываются предполагаемые расходы и прибыль. Таким образом формируются финансовые
показатели, на основании которых принимается решение.
При этом следует принимать во внимание относительный характер экономической оценки, не
учитывающей полезность проекта как такового в абсолютных показателях. Ведь рассматриваются и
сравниваются несколько направлений инвестирования для выявления наиболее выгодного из них.
При анализе потенциала проекта изолированно от других используются совершенно иные подходы.
Анализ рисков
2
Эта тема заслуживает отдельного разговора и мы остановимся лишь на основных ее аспектах.
Прогнозировать результат внедрения проекта со 100%-ной точностью невозможно. Именно поэтому
крайне важна оценка всех групп рисков.
Технические риски. С течением времени эффективность устройств и агрегатов снижается, их
технические характеристики ухудшаются. Следствием этого может явиться недополучение
запланированной экономии. В технико-экономическом обосновании, составляемом на основании
энергоаудита, необходимо учесть, как минимум, два варианта развития событий в ходе реализации
проекта.
Производственные риски. Они связаны с уменьшением мощности предприятия в целом в связи с
неполной его загрузкой, изменением срока эксплуатации и другими факторами. Данные риски
минимизируются с помощью долгосрочных контрактов с подрядными организациями и смежными
предприятиями, в том числе – обслуживающими, ремонтными или эксплуатационными.
Финансовые риски. Минимизируются путем отбора партнеров и структурирования платежей таким
образом, чтобы сумма экономии по проекту была больше, чем начисления по обслуживанию кредита.
Рыночные риски. Состояние рынка и конкурентоспособность влияют на рентабельность проектов по
энергоэффективности. Необходимо иметь достоверные прогнозы движения денежных потоков
предприятия на основе анализа окупаемости и рыночного спроса. Хорошее подспорье в этом случае –
долгосрочные договора на реализацию продукции предприятия.
Корпоративные риски. Повышаются при увеличении количества участников проекта, что
отрицательно сказывается на скорости принятия решений.
Социальные риски. Отношение к проекту со стороны общественности, пользователей и других
социальных групп, а также человеческий фактор – ошибки обслуживающего персонала влияют на
эффективность проекта и срок его жизнедеятельности. Данный риск минимизируется путем
повышения информированности, мотивации и организации тренингов.
Энергоменеджмент
Цель энергоменеджмента, в том числе – и угледобывающих шахт, состоит в сокращении расходов на
энергоресурсы
путем
создания
структуры
и
разработки
процедур
для
повышения
энергоэффективности. Системная стратегия энергоменеджмента основана на Европейском
Стандарте EH 160001:2009 и осуществляется по циклической схеме, включающей планирование,
исполнение, проверку результатов и принятие мер.
Основополагающие принципы энергоменеджмента:












участие и ответственное отношение всех лиц, принимающих решение, включая неформальных лидеров;
определение политики энергоэффективности;
постановка стратегических и оперативных целей в области энергосбережения;
оценка энергопотребления и потребности в энергоресурсах;
определение основных потребителей;
подсчет величины потенциала энергосбережения;
определение ресурсов, структур и ответственность в управлении, поддержании и усовершенствовании
системы энергоменеджмента;
повышение уровня информирования, получение нового опыта и квалификации персонала;
создание системы документации;
измерение энергопотребления;
формирование критериев оценки;
проверка эфективности системы.
В целом стратегическая схема работы выглядит следующим образом:

Назначение менеджера по энергетике, ответственного за анализ и повышение энергоэффективности
предприятия.
3




Определение целей является следствием понимания соотношения потребностей и потребления
энергоресурсов с объемом их поставок на предприятие в результате анализа результатов проведенного
энергоаудита.
Создание информационного центра, служащего для сбора реальных и достоверных данных,
источником которых являются:
o счета;
o результаты измерений;
o документация по испытаниям;
o спецификации обрудования;
o отчеты по результатам аудитов.
Составление энергобаланса, объединяющего все производимые и потребляемые энергоресурсы, на
основании данных энергопотребления конкретного оборудования и техпроцессов, а также предприятия в
целом.
Создание информационной системы данных по энергопотреблению имеет целью постоянный
мониторинг с сохранением данных для дальнейшего анализа возможностей усовершенствания.
Энергоаудит
Процедура энергоаудита (далее – ЭА) состоит в систематическом исследовании, проверке и анализе
потоков энергетических ресурсов в технологическом процессе или системе таких процессов, а также
производственном или ином помещении с целью уяснения динамики энергоресурсов объекта аудита.
Цель ЭА – поиск возможностей для сокращения энергопотребления без снижения
производительности, а также вторичного использования сбросной энергии (рекуперации) для
дальнейшего ее использования. Любой потребитель энергии может быть объектом ЭА – от
отдельного агрегата до предприятия в целом.
В процессе ЭА собираются, систематизируются и анализируются базовые данные о потреблении и
распределении энергии, необходимые для составления энергобаланса. Это позволяет обнаружить
потери, установить их причину, разработать рекомендации и определить эффект внедрения
энергосберегательных мер. В общем случае ЭА бывают двух видов – краткие и комплексные.
Сквозная проверка (экспресс-аудит). Служит для определения основных мер по снижению
энергопотребления на основании информации об объектах с наиболее нерациональным
потреблением газа, воды, сжатого воздуха, электро- и тепловой энергии. Данный вид ЭА выявляет
очевидный потенциал энергосбережения.
Всесторонний ЭА. Состоит в максимально детальных и глубоких иссследованиях, замерах и
расчетах для разработки стратегии инвестирования в энергосбережение. Включает в себя:








сбор подробной информации, в том числе – полученной в результате замеров;
опрос руководителей и персонала с целью изучения параметров техпроцессов и производственных нужд;
анализ полученных данных и их сравнение с эталонными;
создание модели энергопотребления, отражающей годичные, сезонные и суточные рабочие условия;
выявление потенциала экономии энергии и прогнозирование результирующего финансового эффекта;
просчитывание каждого инвестиционного проекта по энергосбережению на основании критериев
заказчика;
формирование итоговых графиков, диаграмм и таблиц;
выработку рекомендаций с указанием конкретных мер по экономии энергии.
Выполнение ЭА осуществляется в три этапа:



предварительная стадия: формирование рабочей группы, заполнение анкеты-опросника и анализ
полученных данных;
собственно аудит: комплексное исследование производства, создание базы данных (результаты
замеров, визуального осмотра и собеседований, спецификации оборудования, производственные
данные, счета), составление энергобалансов – общего и по каждому источнику энергии, разработка
технических решений;
заключительный этап: проверка целесообразности энергосберегательных мер путем их финансовой
оценки, составление отчета и разработка рекомендаций.
4
Продолжительность ЭА в зависимости от характера задач на конкретном объекте и возможностей
заказчика может составлять от нескольких недель до нескольких месяцев. В Украине ЭА не является
обязательной процедурой. Все законодательные нормы, касающиеся ЭА, отражены в Акте Украины
«О сохранении энергоресурсов» от 01.07.1994 г. № 30 и Нормативных документах по организации
энергоаудитов (Приказ Госкомнадзора № 27, 1999 г.).
Подсчет экономической эффективности инвестиций в энергосбережение
Приведем пример быстрой оценки рентабельности проекта по энергосбережению для условной
украинской производственной компании. При расчете используются возможности MS Excel. Методика
включает в себя четыре этапа: анализ текущей ситуации и предлагаемого проекта, подсчет экономии
и итоговую финансовую оценку.
Допустим, что на предприятии имеется потенциал инвестирования в энергоэффективность. Для
понимания целесообразности реализации проекта сначала необходимо количественно представить
текущую обстановку в операционной среде компании:



годовое энергопотребление: 1 млн м3 газа и 4000 МВт-ч электроэнергии;
производительность: 1000 тонн условной продукции в год;
стоимость энергоносителей: газ – $0.3 /м3, электроэнергия – $0.06 /МВт-ч.
Благодаря внедрению нового оборудования стоимостью $1 млн предприятие планирует:



сократить потребление газа на 50%;
увеличить производительность на 50%;
сэкономить 20% электроэнергии.
Подсчет ожидаемой экономии:



на тонну продукции: газ – 500 м3 (1000*50/1000); электроэнергия – 0,8 МВт-ч (1000*20);
годовая экономия энергоносителей: газ – 750000 м3 (500*1500), электроэнергия – 1200 МВт-ч (0.8*1500);
общая сумма в денежном эквиваленте: газ – $225000 (750000*0.3), электроэнергия – $72000 (1200*60).
Таким образом, вложение одного миллиона долларов предположительно будет приносить
предприятию 297 тысяч в год. Используя встроенные формулы MS Excel, можно подсчитать расходы и
прибыль, а также окупаемость, внутреннюю норму доходности (IRR) и чистую приведенную стоимость
(NPV). Показатели IRR и NPV подсчитываются на основе чистого денежного потока самого проекта и
касаются только аспекта энергоэффективности.
где:
Прибыль – общая сэкономленная сумма (в нашем примере - $297000);
Расходы – обычно здесь инвестиционные расходы нулевые (t = 0), однако могут иметь место затраты на
ремонт и эксплуатацию в течение года, которые необходимо учесть;
r – ставка дисконта, в общем случае составляющая 10% (для условий Украины может значительно
превышать это значение);
t – года;
n – аналитический горизонт (срок эксплуатации проекта), обычно принимается значение 15 лет;
IRR – ставка дисконта, при которой NPV = 0.
5
В результате рассчетов количественная оценка данного гипотетического проекта выглядит
следующим образом: окупаемость – до 5 лет, IRR – 29.1%, NPV – более $1.2 млн. Это означает, что
инвестиции в энергоэффективность могут оказаться весьма выгодными.
Перечень предложений по энергосбережению
«Мир вступает в эпоху устойчиво дорогих энергоносителей»,
По материалам Седьмого Евразийского Форума «KAZENERGY»,
Астана, 2-3 октября 2012 г.
Более сорока шахт Донбасса достигают глубины свыше 1000 метров, четыре достигли
отметки 1400 метров. Шахтный воздух необходимо охлаждать, начиная с глубины 750-800
метров. Каким образом использовать тепло, выделяемое шахтным оборудованием и
теплоносителями систем охлаждения – воздухом и водой? Существует несколько
проверенных и надежных способов, великолепно зарекомендовавших себя в мировой
практике.
1. Утилизация тепла, удаляемого из шахты
Теоретические аспекты
Использовать тепло шахтных выработок, выносимое на поверхность в процессе их вентиляции – это
столь же привлекательно, сколь и трудновыполнимо. Привлекательно, поскольку приводит к
снижению себестоимости добываемого угля, на тонну которого приходится более 150 кВт/час
электроэнергии (на некоторых шахтах). А проблематично потому, что:



выносимый из горного массива воздух имеет сравнительно небольшую температуру;
его объем очень велик – до 70 млн. кубометров в сутки;
адиабатическое расширение поднимаемого на поверхность воздуха приводит к снижению его
температуры (например, для глубины 1,5 км – до 15°С; по той же причине происходит и нагревание
нагнетаемого в шахту свежего воздуха).
Утилизировать тепло, выносимое из шахт, можно двумя путями. В первом случае в качестве
теплоносителя применяют воду. Ее начальная температура – от 15 до 20°С. При выходе на
поверхность по теплоизолированному трубопроводу ее температура составляет от 65 до 70°С. Ее
можно использовать в технологических целях либо в системе отопления комплекса инфрастуктуры.
Расчеты показывают, что для ежесуточного выноса 150 млн. ккал тепла нужно подавать в шахту 125
кубометров воды в час. Однако оба эти пути можно рассматривать лишь теоретически. Их
практическая реализация вряд-ли осуществима. Почему?
Разумеется, никто не будет модернизировать оборудование шахтного ствола, прокладывать
дополнительные трубы и т.п. Это слишком затратно и хлопотно. И это несмотря на то, что 90%
украинских шахт требуют реконструкции и модернизации. На это в бюджете выделены
соответствующие средства, предназначенные не только на внедрение энергосберегающих мер, но на
реализацию мер по повышению производительности угледобычи, а также на инновации при
строительстве новых шахт. При этом проекты шахтного строительства в настоящий момент очень
востребованы не только в Украине, но и в мировом масштабе.
Преимущества использования тепловых насосов
Существует путь, наиболее экономичный с точки зрения затрат времени и денег: применение
тепловых насосов. Эффективность внедрения предлагаемого решения лежит в пределах от 15 до
28% от общего количества затраченной энергии. Это позволяет быстро окупить вложения. Поскольку
проект имеет долгосрочный характер, а эксплуатационные расходы сравнительно невелики,
сэкономленные средства через 1-3 года будут составлять чистую прибыль предприятия. Данная
6
технология позволяет преобразовать тепловую энергию в электрическую для передачи ее на
значительные расстояния. Этот способ аккумуляции сбросного тепла шахтного воздуха и воды
снижает на 5-20% энергоемкость обогрева шахты зимой. И в этом контексте именно глубокие шахты
интересны как источники дополнительной энергии.
Три источника тепла: сбросная вода, вытяжной воздух и терриконы
В общем случае схема практической реализации проекта выглядит следующим образом. Расстояние
между шахтными стволами может составлять от 100 до 3000 метров. Между ними на поверхности
монтируются коллекторы тепловых насосов. Для этого теплообменники либо погружаются в
пробуренные для этих целей вертикальные скважины, либо укладываются на глубине от 1,5 до 3
метров. Источниками тепла служат вода и воздух, удаляемые из шахты, а также отвальные породы.
В любой шахте есть система отвода сбросной воды. Поскольку она очень загрязнена, то
непосредственно использовать ее для отвода и утилизации тепла затратно – это требует
дополнительных вложений в фильтрующее оборудование. Кроме того, ее тепло низкопотенциально.
Поэтому энергию шахтной воды можно использовать, отбирая ее с помощью тепловых насосов.
Технико-экономическое
обоснование
этого
решения
подтверждает
его
экономическую
целесообразность. Благодаря тому, что шахтная котельная не используется в теплое время года,
достигается снижение энергозатрат в 2-4 раза. Еще одно важное преимущество данного метода – его
экологичность.
Тепло вытяжного воздуха из шахты также может утилизироватся с помощью теплового насоса для
нагрева приточного воздуха, подаваемого в шахту. Расчеты показывают, что при расходе воздуха
1200000 м3/ч, имеющего температуру 15°С и скорость около 3 м/с, теплопроизводительность составит
около 4111 кВт.
Отвальная порода, извлекаемая из забоя, также может служить источником энергии. Терриконы по
тепловому состоянию бывают не горящие с температурой от 25 до 70°С и потухшие с температурой
около 35°С. Даже в том случае если температура грунта террикона достигает всего 25°С, с помощью
тепловых насосов можно осуществить перенос тепловой энергии на более высокий уровень от 50 до
80°С. Если использовать полученное тепло для отопления жилых домов, потребление газа снизится
на 30%, а температура терриконов и выделение ими сероводорода уменьшится. В зависимости от
кислотности почвы грунтовые коллекторы могут служить от 25 до 75 лет.
2. Компрессорная: потенциал энергосбережения и способы его реализации
2.1 Утилизация тепла воздуха компрессорной с использованием тепловых насосов
В качестве обобщенного примера допустим, что в помещении общей площадью 1000 м 2 установлено
12 компрессоров. Среднесуточная температура воздуха в компрессорной составляет 80С°. Поскольку
при повышении рабочих температур снижается производительность оборудования и сокращается
срок его эксплуатации, тепло в любом случае необходимо отводить. Обычно это делается с помощью
вентиляторов и огромное количество энергии попросту выбрасывают в атмосферу. Вдобавок к этому
тратятся дополнительные средства на организацию систем охлаждения, например, масла винтовых
компрессоров, которое достигает температуры 85С°.
Суть предлагаемого решения состоит в том, что отбор избыточного тепла от оборудования
компрессорной и дальнейшее его использование осуществляется с помощью тепловых насосов.
Стоимость проектных работ составляет до 25000 грн. Срок окупаемости – до 5 лет. Результаты
измерений на реальных объектах показали, что на 1 кВт-ч затраченной электроэнергии, которую
потребляет привод теплового насоса приходится от 3,5 до 4 кВт-ч эквивалентной тепловой энергии. В
развитых странах данная технология находит все более
широкое применение, вытесняя
традиционные методы теплообеспечения.
При этом отпадает необходимость в интеграции в состав компрессорного оборудования
дорогостоящих и энергоемких систем охлаждения, в том числе – фильтров, воздухоохладителей,
7
влагомаслоотделителей и т.п. Гораздо проще и выгоднее установить тепловые насосы и таким
образом решить проблему потерь избыточного тепла, не внося существенных изменений в
конфигурацию уже имеющегося оборудования. Поскольку компрессорные всегда находятся в
непосредственной близости от самой шахты, можно объединить в общую систему тепловые насосы,
работающие на вытяжном воздухе, сбросной воде и в компрессорной.
2.2 Повышение эффективности систем сжатого воздуха
Общие сведения
На системы сжатого воздуха (далее – ССВ) приходится 10% общего энергопотребления предприятий.
Принято различать три типа сжатого воздуха:



активный, применяемый для транспортировки сырья и товаров;
технологический, используемый для вентиляции либо в техпроцессах, например, сушке;
вакуум для укладки, упаковки и т.п.
Существует 4 уровня давления воздуха – вакуум, низкое, стандартное и высокое. Типичная ССВ
включает в себя компоненты для производства, хранения, распределения и эксплуатации сжатого
воздуха. В процессе эксплуатации воздух необходимо очищать от загрязняющих его пыли, масляных
и водяных паров и т.п. Для хранения сжатого воздуха применяются емкости-ресиверы.
Эффективность ССВ
Для производства 1 кВт сжатого воздуха требуется 10 кВт электроэнергии. Анализ эффективности
ССВ дает совершенно обескураживающую цифру: только 5% затраченной энергии используется
собственно для производства сжатого воздуха. Остальные 95% – это потери, которые
распределяются следующим образом:






10% – электродвигатели;
25% – компрессоры;
5% – обработка воздуха;
20% – падение давления;
5% – утечки;
5% – трансформаторы.
При этом для типичной ССВ, работающей в среднем 6000 часов в год в течении 5 лет затраты на
электроэнергию составляют 75%, на инвестиции – 13% и на обслуживание – 12%. Таким образом,
очевидно, что на энергопотребление приходится «львиная доля» средств. А это означает наличие
огромного потенциала для их экономии, причем с применением как экономических, так и технических
рычагов.
Меры по энергосбережению
Приведем список инженерных мер по улучшению энергоэффективности с указанием численного
значения потенциала для экономии, %:








использование сбросного тепла в других областях – от 20 до 80;
усовершенствование устройств-потребителей – 40;
ликвидация утечек воздуха – 20;
улучшение приводов – 17;
применение современных систем контроля – 12;
проектирование систем с варьированным давлением – 9;
оптимизация процессов фильтрации, охлаждения и сушки – 5;
уменьшение потерь давления, вызванных силами трения – 3.
Максимального эффекта можно достичь лишь при комплексном использовании указанных мер.
Экономия на ликвидации утечек
8
Около 20-30% производительности компрессора теряется из-за утечек в клапанах и вентилях
воздуховодов. Для проведения соответствующих замеров используются, в частности, расходомеры,
позволяющие получить достаточно детальные данные, необходимые для последующего анализа.
Рассчитаем потери для ССВ мощностью 75 кВт, работающей 4000 часов в год:
75 * 4000 * 0,2 * 0,047 = 2820 $/год,
где:
0,047 – стоимость 1 кВт-часа электронергии, $;
75 – номинальная мощность ССВ, кВт;
4000 – количество часов работы ССВ в год;
0,2 – потери на утечки, составляющие 20%.
Таким образом, вложение $8000 окупится за 2-3 года.
Меры по оптимизации работы компрессорного оборудования
На основании показателей энергопотребления компрессора составляется профиль общей нагрузки,
Рис. 1.
Рис. 1 Профиль
нагрузки
компрессора, мощность которого
заведомо выше требуемой в ССВ.
Исходя
из
представленной
диаграммы,
вырабатываются
рекомендации
по
выбору
оптимальной системы контроля,
количеству
и
мощности
компрессоров, а также режимам их
работы.
При непрерывной
эксплуатации
компрессора скорость двигателя
регулируется с помощью частотных преобразователей (о них подробнее – в следующем разделе).
При этом запуск осуществляется при установленном минимальном давлении и в дальнейшем работа
протекает в зависимости от потребностей в сжатом воздухе. Максимальный эффект достигается при
уровне загрузки от 40 до 80% номинальной мощности компрессора.
При эксплуатации с периодическими остановками компрессор включается при уменьшении давления
в системе ниже установленного минимального значения. При увеличении давления выше
установленного максимального значения компрессор переходит в другой режим и через некоторое
время отключается. Оптимальная эффективность при такой работе достигается в пределах от 80 до
100% номинальной мощности компрессора.
В числе прочих мер по снижению энергопотребления следует указать следующие:



использование систем варьированного давления, состоящих из сегментов, работающих с разными
уровнями давления;
снижение температуры воздуха в ССВ, что приводит одновременно к уменьшению потребности в энергии
и увеличению давления;
рекуперация расходуемой на сжатие воздуха энергии, 80% которой превращается в тепловую и может
использоваться в технологических целях либо для отопления;
9

постоянный мониторинг ССВ, документирование и анализ полученных данных для оценки состояния
системы и выработки мер по ее обслуживанию.
3. Охлаждение электродвигателя шахтного ствола
Общие сведения
Как известно, чем ниже температура обмотки электродвигателя, тем меньше ее электрическое
сопротивление, следовательно, ниже теплопотери. Однако охлаждение двигателя выгодно также и
потому, что увеличивает его ресурс. Основная причина сокращения срока службы двигателя в целом
– это повышенная температура. А надежность двигателя напрямую зависит от состояния
изоляционных материалов, входящих в его состав.
Согласно «правилу восьми градусов» срок службы изоляции сокращается вдвое при повышении ее
температуры на каждые 8°С. Это происходит в результате возникновения механических напряжений,
вызванных разными значениями коэффициента температурного расширения металлов и
диэлектриков, из которых состоит двигатель.
Универсальных решений проблемы не существует. В каждом конкретном случае пути модернизации
вентсистемы определяются, исходя из опыта эксплуатации той или иной машины. При расчете
воздушной или водяной системы охлаждения учитывают ее стоимость, все виды потерь, а также
влияние температуры на состояние изоляции и окружающую среду.
Моторные системы
Системы, состоящие из электропривода, в том числе – переменной скорости, и электродвигателя
(нагрузки) называются моторными. В Европейском Союзе, например, на долю таких систем
приходится около 65% всей электроэнергии, потребляемой промышленностью. Эта цифра говорит об
актуальности мер по энергосбережению, реализуемых в моторных системах, эффективность которых
зависит от следующих факторов:







производительности двигателя;
возможности управления его скоростью;
размеров (мощности) двигателя;
качества входной электроэнергии (бесперебойность, стабильность и др.);
величины потерь на электро- и механическую передачу;
качества обслуживания системы;
эффективности конечного устройства – компрессора, насоса, вентилятора и т.п.
Энергообеспечение двигателя составляет 90% от общего потребления моторной системы. Поэтому
усовершенствование систем управления позволяет сократить потребление электроэнергии более чем
на 50%. Пример: вместо регулирования выходного потока с помощью дросселя можно установить
частотный инвертор, изменяющий скорость вращения двигателя. Уже одно это повышает
эффективность на 30%.
Сравнительные характеристики традиционной и высокоэффективной насосных систем
Традиционная система. Входная мощность принимается как 100 условных единиц. Общая
эффективность традиционной системы – 31%, а для каждого ее компонента составляет, %:
стандартный электродвигатель – 90;
насос – 77;
соединения – 98;
дроссель – 66;
стандартная труба – 69;
доля от номинального расхода – 60;
мощность на выходе – 31.
10
Энергоэффективная система. Входная мощность принимается как 43 условные единицы. Общая
эффективность продвинутой системы – 72%, а для каждого ее компонента составляет, %:







высокоэффективный мотор – 95 (отличается от стандартного низким уровнем потерь в обмотке,
использованием магнитной стали с улучшенными характеристиками, усовершенствованной
аэродинамикой и более точными производственными допусками);
эффективный насос – 88;
соединения – 99;
частотно-регулируемый привод – 96;
труба с малым трением – 90;
доля от номинального расхода – 60;
мощность на выходе – 31.
Меры по энергосбережению
Типовые технические меры по энергосбережению для электроприводов и асинхронных двигателей
включают в себя:





применение частотных инверторов вместо регулировки выходного потока с помощью дросселей;
выбор оптимальной мощности электродвигателя;
замена крыльчатки вентилятора или насоса (либо полная замена агрегатов);
изменение количества полюсов электродвигателя с целью уменьшения или увеличения скорости его
вращения;
проверка натяжения ременных передач, а также изменение их коэффициента передачи для
регулирования скорости вращения крыльчатки.
Рентабельность энергоэффективных моторных систем
В общем случае такие системы окупаются за 2-3 года. Частичные усовершенствования отдельных
узлов обходятся значительно дешевле, поэтому, например, замена крыльчатки насоса, входящего в
состав мощной системы, окупится уже через несколько месяцев.
При расчете рентабельности следует базировать экономические расчеты на внутренней норме
доходности (IRR), поскольку этот показатель в большей мере соответствует данной ситуации, нежели
расчет простого периода окупаемости. В таком случае окупаемость инвестиций за 2 года
приблизительно эквивалентна внутренней норме доходности 50%.
Практические варианты охлаждения электродвигателей
При воздушном охлаждении двигателя с тепловыделением 3500 кВт можно применить три
холодильные машины типа RTAC-350 холодопроизводительностью 1177,2 кВт каждая.
Для водяного охлаждения при тех же исходных параметрах применяется две холодильные машины
типа CVGF-650 по 1850 кВт каждая. Тепло оборотной воды можно использовать в системах горячего
водоснабжения и отопления, установив на охладителях тепловой насос.
Частотные преобразователи
Применение частотных преобразователей (или устройств плавного пуска электродвигателей), как
было показано, приводит к существенной экономии электроэнергии и увеличению срока эксплуатации
оборудования. А тот факт, что они потребляют очень маленькую реактивную мощность (далее – РМ),
делает их применение еще более выгодным.
Во-первых, отпадает необходимость в дорогостоящих устройствах, компенсирующих РМ. Отметим,
что их применение окупает себя за 2 года. Во-вторых, предприятию не нужно оплачивать поставщику
электроэнергии потребленную сверх установленных лимитов РМ. Тариф на РМ может составлять 20%
активной мощности, поэтому компенсация РМ выгодна в любом случае. В-третьих, уменьшается
электрическое сопротивление кабелей опять же за счет снижения РМ. Таким образом, использование
частотных преобразователей интересно втройне.
11
Типовые меры по повышению эффективности работы энергоснабжения, в частности, включают в
себя:



энергоаудит электродвигателей и приводов для выявления источников РМ;
установка оборудования, компенсирующего РМ, либо переход на использование
преобразователей;
использование тепла, выделяемого трансформаторами, для технологических нужд.
частотных
12