Прогнозные объемы применения электропривода на ТЭС

* без сетевых насосов ** среднее число турбоагрегатов на ТЭЦ

Применение высоковольтных частотно-регулируемых электроприводов характерно для зарубежного трубопроводного транспорта нефти, нефтепродуктов и жидких химических продуктов. Такой электропривод насосных агрегатов на нефтеперекачивающих станциях магистральных и местных нефтепроводов позволяет избежать непроизводительных затрат энергии, связанные с дросселированием, сократить число пусков мощных насосных агрегатов и, что не менее важно, обеспечить их плавный пуск и останов, что существенно повышает надежность оборудования, вследствие исключения гидравлических ударов в трубопроводах. В настоящее время на 14 насосных станциях магистрального нефтепровода «Восточная Сибирь – Тихий океан» устанавливают высоковольтные преобразователи частоты для регулирования быстроходных двигателей магистральных нефтенасосов. Общее количество таких РЭП составляет 60 единиц мощностью 14000 кВт.

В приложение Б приведены оценочные показатели потребности в высоковольтных регулируемых электроприводах переменного тока.

Наиболее массовыми электродвигателями являются асинхронные двигатели мощностью до 110 кВт, которые широко применяются во всех отраслях экономики в приводе насосов, вентиляторов, транспортеров, дробилок, воздуходувок, станочного оборудования (рис. II.1).

Рис. II.1. Относительное применение асинхронных электродвигателей по технологическим агрегатам 1 – вентилятором; 2 – насосы;3 – транспортеры;4 – воздуходувки; 5 – дробилки; 6 – станочное оборудование

В большинстве случаев в этих приводах установлены редукторы, имеющие низкое значение КПД. В работе [35] показана необходимость разработок эффективных наиболее массовых электродвигателей для различных отраслей экономики и применения для них преобразователей частоты с целью необходимого регулирования скорости исполнительных механизмов.

В приложении П приведен ряд разработок по эффективным электродвигателям.

Разработками энергоэффективных электродвигателей на базе серийных асинхронных короткозамкнутых электродвигателей (АД) занимаются многие научные школы, в том числе, научная группа О. О. Муравлевой (г. Томск). Повышение коэффициента полезного действия эта группа осуществляет за счет массы активных материалов (меди) при неизменной поперечной геометрии двигателя (осуществляется увеличение длины двигателя) или переход на двигатели с большей высоты оси вращения. В частности, приводятся изменение потерь в АД при увеличении расхода активных материалов при достижении уровней энергоэффективности EFF1 и EFF2. Снижение электрических потерь в АД (рис. II.2, а) происходит за счет увеличения диаметра обмоточного провода фазы статора при уменьшении числа витков обмотки фазы статора. Однако с ростом номинальной мощности проектируемого энергоэффективного АД происходит рост магнитных потерь, что связано с перераспределением активной и реактивной составляющей мощностей АД.

Таким образом, уровень энергоэффективности EFF2 достигается при снижении электрических потерь в статоре на 5...28 %, электрических потерь в роторе на 6... 15 %, и увеличении потерь в стали около 1...9 %. Уровень энергоэффективности EFF1 достигается при снижении электрических потерь в статоре на 34...55 %, электрических потерь в роторе на 26...45 %, и увеличении магнитных потерь в стали около 7...48 %. Таким образом, уровень энергоэффективности EFF2 достигается при суммарном снижении потерь на 5...21%, a EFFl _Ha 23...44%.

Снижение потерь при работе АД позволяет снизить также среднее превышение температуры обмотки статора. На рис. II.2, б представлено изменение превышения температуры обмотки статора при переходе на различные уровни энергоэффективности, чем выше уровень энергоэффективности, тем, за счет снижения электрических потерь в статоре и роторе, больше оказывается снижение среднего превышения температуры обмотки статора. Значение среднего превышения температуры обмотки статора позволяет ориентировочно судить о надежности спроектированной электрической машины. В среднем при переходе на уровень EFF2 снижение превышения температуры обмотки статора происходит на 15,8 °С, а при проектировании АД с уровнем EFF1 на 39,9 °С.

В приводимой табл. II.3 отражены сроки окупаемости затрат, связанных с разработкой энергоэффективных АД до уровней EFF1 и EFF2.

Сроки окупаемости при реализации различных законов управления получаются от одного до двух лет (российский уровень цен). За счет увеличения экономии электроэнергии при реализации европейского сценария происходит снижение срока окупаемости. Учитывая диапазон изменения срока окупаемости при всех законах регулирования следует отметить, что закон регулирования не влияет на сроки окупаемости как для базового, так и для энергоэффективного АД.

б)

Рис. II.2. Изменение потерь АД (а) и превышения температуры обмоток статора (б) при переходе на различные уровни энергоэффективности и сохранении поперечной геометрии

Т а б л и ц а II.3