Potenciál úspor elektrické energie - regulované pohony

Ing. Naděžda Pavelková

Potenciál úspor elektrické energie regulované pohony © ABB Group October 11, 2010 | Slide 1 3BHT490641R0001

Nabídka ABB s.r.o. Divize a portfolio produktů a služeb Transformátory, zařízení pro rozvodny VN a VVN, Výrobky pro vypínače, rozváděče, svodiče přepětí, rozváděče VN, energetiku přístrojové transformátory proudu a napětí VN, senzory Systémy pro energetiku

Rozvodny, FACTS, HVDC, HVDC Light, elektrárny & automatizace sítí, rozváděče ochran a řídicích systémů pro rozvodny VVN a VN, kabelové systémy VVN

Pohony, motory, frekvenční měniče, výkonová elektronika, Automatizace opravy elektromotorů, roboty, kompletní robotizovaná řešení, výroby a poradenství a servis, výroba standardizovaných svařovacích pohony buněk, oprava použitých průmyslových robotů Výrobky nízkého napětí

Přístroje a rozváděče nízkého napětí, domovní elektroinstalační materiál, vypínače a odpojovače, inteligentní systémy elektroinstalace

Řídicí systémy a komplexní dodávky automatizačních řešení, Procesní analytika a instrumentace, inženýring a servis pohonů, automatizace Operační centrum Česká republika © ABB Group October 11, 2010 | Slide 2

Produkty pro Automatizaci – Drives AP-D

© ABB Group October 11, 2010 | Slide 3

Ambasador pro úspory elektrické energie

Školení


Úhel pohledu: Ventilátory & úsporné žárovky

! © ABB Group October 11, 2010 | Slide 5

Spotřeba energie stále rostoucí požadavky Europe and North America 5.4%

26%

China 94%

M. East and Africa IEA forecast 2007-30 Růst spotřeby primárních energií Růst spotřeby elektrické energie © ABB Group October 11, 2010 | Slide 6

89%

140%

177%

India

116%

261%

Spotřeba energie Nutná změna: ekonomický růst x spotřeba energie a emise Jak toho dosáhnout:

Redukování přímé úměry mezi ekonomickým růstem a spotřebou energie

Zvýšení účinnosti


Redukování přímé úměry mezi ekonomickým růstem a emisemi

Obnovitelné zdroje energie

Evropský potenciál úspor elektrické energie

Zvýšení účinnosti optimalizací motorů – 15% : 24 TWh / 11 Mtons CO2

Regulace otáček motorů a další zvýšení účinnosti čerpadel, ventilátorů, kompresorů – 85% : 157 TWh / 69 Mtons CO2 80 Mtons CO2


EUP směrnice vyžadují jen 50% tohoto potenciálu od pohonů

Výhled

Fosilní paliva se vyčerpají v tomto století – předpověď pro ropu je rok 2050

Zásoby v podzemí jsou (optimistický výhled) (Oil & Gas Journal, World Oil)


ropa = 32 years

zemní plyn = 72 years

uhlí = 252 years

Potenciál pro zvýšení účinnosti a snížení spotřeby el. energie Příklad Japonska Amoung of electricity used to produce $1 of GDP Source: International Energy Agency, Key World Energy Statistics 2009

KWh 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2

M © ABB Group October 11, 2010 | Slide 11

or ld W

st Ea

id dl e

hi na C

S U

In di a

Br az il

us si a R

y er m an G

Ja pa n

0

Jen 20% primární energie vytváří zisk Zbytek je na přeměnu, transport a neefektivní činnosti

Available energy

Primary energy


Transport

Generation

T&D

Industrial processes

Industrial production

80% of energy is lost

Snížení ztrát v energetickém řetězci Moderní technologie pomáhají ve všech stupních

Available energy

Primary energy

Improved well efficiency

Transport

Generation

T&D

Industrial processes

Industrial production

ABB technologie může zdvojnásobit produktivitu Higher pipeline flows

More efficient fuel combustion

Lower line losses, higher substation efficiency

Improved productivity

More efficient motors & drives

Process Automation


Marine & pipelines

Power plant automation

Grid operation

Process automation

Drives & motors

Efektivní využívání energie v průmyslu je důležité Více než 40% energie vyrobené na zemi je spotřebováváno v průmyslu. 65% elektrické energie v průmyslu je spotřebována elektrickými motory. Elektrický motor pracující v nepřetržitém provozu spotřebuje el. energii rovnající se nákladům na jeho pořízení již během prvních 8-12 týdnů nezávisle na jeho výkonu. Účet za elektřinu se pohybuje mezi 12.2% a 20% celkových provozních nákladů a stále se zvyšuje se stoupající cenou el. energie.


* RWE Npower survey published in Utility Weekly16th March 2007

Efektivní využívání energie v průmyslu je důležité


Pořizovací náklady tvoří jen 1% z celkových provozních nákladů během životnosti elektrického motoru

Použití motoru s vyšší účinností tak významně redukuje jeho provozní náklady

Spotřeba energie - elektrický motor

Energie 97% Jedno převinutí 1%

© ABB Group BU LV Motors October2010 March 11, 2010 | Slide| Slide 16 16

Pořizovací náklady 2%

Ekonomika provozu el. motoru Celkové náklady. Spotřeba el. energie a servisní náklady Motory Typicalsmotor nižší účinností from other

Motory s vyšší účinností

Zisk se zvyšuje s každým dalším dnem provozu Návratnost menší než jeden rok


Čas

Motory s vyšší účinností Celková účinnost provozu Čtyři kroky k přidané hodnotě

Motory pracují s nižším oteplením

Tepl třída

High permeability steel – reduce magnetic losses Increased amount of copper – reduced copper losses

EFF

Motory mají Hluk nížší hlučnost

Improved manufacturing techniques – reduced heat and stress Reduced Iron, Rotor, Stator and copper losses Reduced wind age and friction losses Improved airflow

Kvalita Snížené namáhání

Provozní náklady

Improved fan/cowl and bearing designs Improved balancing Improved bearings housing design Use of quality bearing / grease


Motory s vyšší účinností a vysokou kvalitou použitých materiálů, konstrukčních prvků a technologií snižují provozní náklady

Nové schéma pro třídy účinnosti rok 2009

CEMEP spolu s IEC připravuje návrh na nové normy pro třídy účinnosti – Committee Draft IEC 60034-30 Ed1

Cílem je celosvětová normalizace účinnostích tříd:

v současné době se používají celosvětově různé normy (NEMA, EPACT, CEMEP, COPANT, AS/NZS, JIS, GB, …)

je obtížné vyrábět motory, které by splňovali tyto normy po celém světě

výkony: 0.75kW – 370kW (t.j. ~98% trhu)

Nové třídy :

IE1 : Standard Efficiency (equivalent EFF2)

IE 2 : High Efficiency (equivalent EFF1)

IE 3 : Premium Efficiency (~1-3 point improvement on EFF1 levels)

IE 4 : Super Premium Efficiency


Nové účinnostní třídy dle IEC/EN 60034-30


Premium účinnost

IE3

Premium

Vyšší účinnost

IE2

Srovnatelná s EFF1

Standardní účinnost

IE1

Srovnatelná s EFF2

Také IE4 (Super Premium Efficiency), bude nad IE3 – hodnoty budou definované.

výkony: 0.75kW – 370kW (t.j. ~98% trhu)

Další vývoj dle EU MEPS

Note! IE classes required by the regulation correspond to IE class defined in IEC/EN 60034-30 standard

Fáze 1: Od 16. června, 2011 Fáze 2: Od 1. ledna, 2015

Fáze 3: Od 1. ledna, 2017


Motory musí mít min IE2 (ne IE1)

Motory o výkonu 7.5 – 375 kW musí mít buď IE3 nebo IE2 pokud jsou napájené z měniče frekvence

Motory o výkonu 0.75 – 375 kW musí mít buď IE3 nebo IE2 pokud jsou napájené z měniče frekvence

Povinné označení IE na štítku motoru

Example of the ABB’s new rating plate


Od 16. června, 2011 povinně na štítku motoru:

účinnost η (100%), η (75%), η (50%) při …% zatížení a napětí UN

Účinnost: IE2 nebo IE3

Rok výroby

Instalovaná báze motorů Typický příklad výrobního závodu Výkon kW

Instalovaná báze %

Spotřebovaná energie %

0.75 - 4

58.8

4.8

>4.0 - 15

26.4

10.4

>15 - 37

9.1

12.7

>37 - 75

2.9

12.7

>75 - 160

14.8%

>160 - 355

0.7

15.8

>355 - 700

0.2

13.4

>700

0.1

15.7

1.8

84.4% 14.5

Source: United States Industrial Motor Systems Market Opportunities Assessment, December 1998


Účinnost el. motorů - ELEKTRO 10_2008


Regulace motorů měniči frekvence Regulovaný výkon - snížení spotřeby


Snížení spotřeby až 60 %

Návratnost investice 6 až 18 měsíců

Snížení nákladů na údržbu

Měniči frekvence regulováno pouze asi jen 10 % motorů!

Frekvenční měniče - princip Uline

UDC

Rectifier L1 Supply L2 L3

Uout

DC link + L

Inverter Motor V1

C

V3

Ud -

V4

V6

Monitoring Control


V5

Control Electronics control, monitoring and communication

V2

U1 V1 W1

M3~

Spouštění AC motorů Starting Current

DOL

Y/D

Softstartér

Frekvenční měnič

Proud

Star/Delta D.O.L

Softstart

FM otáčky


Spouštění AC motorů – frekvenční měniče T Moment

FM

D.O.L

Softstart

n

Star/Delta

1600

1600

1400

1400

1200

1200 Torque [Nm]

Torque [Nm ]

Otáčky

1000 800 600

1000 800 600

400

400

200

200

0

0 0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0

200

400

Speed [rpm ] max load cont load

cont loadability max load neg

FM – kvadratic. zátěž. moment

What is your actual cst? © ABB Group October 11, 2010 | Slide 28

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Speed [rpm] max loadability max loadability neg

max load cont load

cont loadability max load neg

FM – konstantní zátěž. moment

max loadability max loadability neg

2000

Pohony s elektrickými motory Čerpadla jsou

největšími spotřebiteli energie v průmyslu EU Čerpadla Ostatní í c i d ory a l s Ch pre m ko


Kompresory vzduchové Ventilátory

Příklad: regulace pohonů čerpadel


škrcení

on/off regulace

bypassing (obtok)

regulace otáček měniči frekvence

Úspory - porovnání pro čerpadla (škrcení x měnič)


Regulace škrcením x měničem frekvence

Zdroj: Energy efficient motor driven systems, 2004, by European Copper Institute


ABB výpočetní programy Snadné použití

FanSave

PumpSave

Porovnání pohonů s vyšší a nižší účinností

Energy Saving Tool


Úspory a návratnosti investic pro čerpadla

Efficiency Tool

Úspory a návratnosti investic pro ventilátory

Porovnání motorů s vyšší a nižší účinností

Pump Save


Teplárna Komořany


Teplárna Komořany


Porovnání VSE OČ 1 200

1 000 y = 3,542E-10x2 + 1,448E-03x + 3,287E+02 2

VSE OČ za měs íc v MWh

R = 9,575E-01 800

600

400 y = 7,048E-10x2 + 6,618E-04x + 9,587E+01 R2 = 8,160E-01 200

0 0

100 000

200 000

300 000

400 000

500 000

GJ do horkovodu za měsíc

STARÁ OČ


NOVÁ OČ

Poly. (STARÁ OČ)

Poly. (NOVÁ OČ)

ELEKTRO 3/2008


Další rezervy jen proto, že

‘95%

všech motorů je předimenzovaných’ !


Co způsobí jen 10% rezerva? 300 250

Pressure

200 10%

150 100 2

50 1

Flow © ABB Group October 11, 2010 | Slide 40

160

140

120

100

80

60

40

20

0

0

Co způsobí jen 10% rezerva? 300 Original power requirement: 100x100 = 10’000 P.U.

250

Pressure

New point:

110x136 =

200

15’000 P.U.

150

Fan is > 150% of “nominal” rating in power!

4

100 50

2 1


160

140

120

100

80

60

40

20

0

0

Za předpokladu, že typický pracovní bod je 80 Power Damper Ctrl

Power VSD Ctrl

Power Ideal

180 160 140 ! y t á r t Z

Power

120 100 80 60 40 20


120

100

80

60

40

20

0

0

Další výhody elektrického regulovaného pohonu

Měkký rozběh motoru

Není překročen jmenovitý proud motoru

Žádné násobky proudu při rozběhu Žádný pokles napětí v síti při rozběhu

Žádný tepelný stres na motor při rozběhu Žádný limit počtu startů v časovém intervalu Výhody: Delší životnost motoru Méně údržby Menší poruchovost


Variable Speed Drive


Fluktuace napájecího napětí

Měnič kompenzuje změny napájecího napětí typicky v rozsahu +/- 5% nebo dokonce +/-10% Bezpečný provoz s omezeným výkonem do poklesu napájecího napětí - 25%

Překlenutí krátkodobých výpadků napájecího napětí při poklesu nebo ztrátě napájecího napětí může měnič pokračovat určitou dobu v provozu s využitím rotační energie poháněného zařízení síťové napětí

100% 90% 80% 75%

Čas

F-fluctuations


Power factor


Menší spotřeba jalového výkonu Konstantní účiník v celém otáčkovém rozsahu s el. regulovaným pohonem s diodovým usměrňovačem: Úspora elektrické energie Snížení vlastní spotřeby


0.95 up to 0.97

Water


Thailand: one of world‘s largest water treatment plants

Replaced eddy current coupling drives on water pumps

System efficiency increase: 15-30%

Energy saving: 180,000 kWh/month

Reduced CO2 emissions: 90,000 kg/month

Reduced maintenance cost

Increased system reliability

Longer lifetime of motor & pump

Power


US: University power plant

Installed 1,000 hp AC drive for its scrubber booster fan

Energy efficiency: improved by 25% over inlet vanes

Energy saving: 1,460,000 kWh/year

Reduced CO2 emissions: 730,000 kg/year

Better process controllability

Less maintenance by soft starting

No more start-up problems

Plzeňská teplárenská: K fan 1250 kW, 0Č5 pump 2190 kW


Cement


Mexico: Cement Cruz Azul

Replace existing damper fan control of two 1000 hp fixed speed ID fans

Increased availability pushed productivity up by 42,000 tons

Increased revenue of $900,000 p.a.

In 2000, energy savings of $260,000 p.a.

Maintenance reduced from 12 days to 8 hours

Reduced speed reduces erosion of fan blades

Použití měničů frekvence ve válcovnách MV Drives


Další pohony v hutnictví a metalurgii

Ventilátory

vent. vysokých pecí vent. kotle odsávací vent. vent. koksár. pece vent. aglomerace Čerpadla

ostřik okují Ostatní

drtiče uhlí dopravníky © ABB Group October 11, 2010 | Slide 51

Regulované pohony pasové dopravy-Sokolov, Kosovo


Stanice na pásovém dopravníku

1. container (right)

2. container (left)


main drives (ABB), trafos (SGB)

switchgears (ABB), belt tensioning drives (ABB), control system (ZAT)

US Steel Košice ostřik okují: 3200 kW, ACS 1000 a AMI


Ostřik okují US Steel - SR, Košice


Aplikace měničů frekvence v hutnictví Těžní stroje ABB


Pohony včetně řízení

>600 těžních strojů >30 zemí

60 let zkušeností

Celosvětový servis

SW pro jeřáby


Chemical, oil & gas


Saudi Arabia: refinery upgraded to meet future demand for refined products

Replaced fixed speed control of its shipping pumps

Designed for 4.5 MW; now operating at 1-1.5 MW

Estimated energy saving: 18,700,000 kWh/year

Reduced CO2 emissions: 9,350,000 kg/year

Reduced maintenance

Short payback period

Dálková diagnostika měničů a přístup k datům

Nepřetržitý monitoring na lokální síti přes fieldbus

Email nebo SMS alarmy

pro konc. uživatele

pro ABB

Vzdálená diagnostika a zákaznická podpora přes internet


Frekvenční měniče Uline

UDC

Rectifier L1 Supply L2 L3

Uout

DC link + L

Inverter Motor V1

C

V3

Ud -

V4

V6

Monitoring Control


V5

Control Electronics control, monitoring and communication

V2

U1 V1 W1

M3~

Frekvenční měniče Equipment Line

Operation Line voltage

Line Supply Unit

Rectification

DC bus, capacitor and choke

Smoothing

Inverter Unit

Inversion

Motor

Princip


Waveform

M 3

Motor

Motory napájené z FM

2005-02-15

Vliv frekvenčních měničů:

Zvýšené namáhání izolace

Souhlasné napětí

Ložiskové proudy

Horší chlazení při nízkých otáčkách

Přídavné ztráty díky nesinusovému napětí


Konfigurace měničů a motorů ≤ IEC 250

≥ IEC 355

UN ≤ 500 V

Standard motor

Standard motor + Insulated N-bearing

Standard motor + Insulated N-bearing + Common mode filter

UN > 500 V < 600 V

Standard motor + dU/dt - filter

Standard motor + Insulated N-bearing + dU/dt-filter

OR Reinforced insulation

OR Reinforced insulation + Insulated N-bearing

Standard motor + Insulated N-bearing + dU/dt –filter + Common mode filter OR Reinforced insulation + Insulated N-bearing + Common mode filter

Reinforced insulation

Reinforced insulation + Insulated N-bearing + dU/dt-filter

UN > 600 V ≤ 690 V

+ dU/dt - filter

1) 2005-02-15

IEC 280, 315

Reinforced insulation + Insulated N-bearing + dU/dt -filter + Common mode filter

ABB does not recommend random wound EEx e motors for VSD applications


DTC ACS800, ACS 1000, ACS 2000, ACS 5000 ACS 800 single drive

Motors

6-pulse Supply Unit

M

12-pulse Supply Unit

(Medium Voltage) Low Harmonic Supply Unit Regenerative Supply Unit

3 AC

Software:

Braking Chopper

ACS 800 multidrive Supply Section 6-pulse Supply Unit

12-pulse Supply Unit

Drive Sections

Output Filters - dU/dt - sine

• Standard • System Application • Master-Follower • Crane Control • Extruder Control • Pump & Fan Control • Centrifuge Control • Spinning Control & Traverse Control

M M M

Regenerative Supply Unit © ABB Group October 11, 2010 | Slide 64

ACS 800 – Low harmonic drive, Zlatý Ampér 2009 Video

Standard Limits


Potenciál úspor elektrické energie - regulované pohony

Recommend Documents