Частотные компрессоры, все за и против.

ВИНТОВЫЕ КОМПРЕССОРЫ С ЧАСТОТНЫМ ПРИВОДОМ

Компрессоры с частотным приводом стали в последние годы одной из самых популярных тем, осве­щаемых в специализированной литературе, на выставках и презентациях. Практически все основ­ные производители компрессорной техники имеют в своем модельном ряду такое оборудование. Регулярно печатаются статьи с подробным описанием преимуществ «чашотника», в которых он, зачастую, преподносится как оптимальное средство для решения вопросов энергосбережения. Так ли это, и почему на некоторых промышленных предприятиях результат использования «частотника» может оказаться гораздо ниже ожидаемого? Попробуем разобраться.

Развитие энергосберегающих технологий -одна из актуальнейших задач, стоящих сегодня перед отечественными промышленными пред­приятиями. Если говорить о компрессорном оборудовании, то первым качественным шагом в решении вопросов энергосбережения стало широкое внедрение в производственные процессы винтовых компрессоров. Именно после их появления на рынке стал возможным переход к децентрализованной системе обес­печения сжатым воздухом. Компактные, мало­шумные, почти не требующие материальных затрат на монтаж, винтовые компрессоры практически полностью вытеснили поршне­вые в диапазоне производительности от 1 до 10 мЗ/мин. И на многих предприятиях, перешедших к децентрализованной системе обеспечения сжатым воздухом и использую­щих винтовые компрессоры, уже получен значительный экономический эффект.

Следующим шагом в направлении развития энергосберегающих технологий стала разра­ботка в середине 90-х годов прошлого столетия винтовых компрессоров с частотным приво­дом. В чем же особенность этих компрессоров?

Особенности компрессоров с частотно-регулируемым приводом и их преимущества

Современный частотно-регулируемый при­вод состоит из асинхронного двигателя и пре­образователя     частоты.     Электрический двигатель преобразует электрическую энергию в механическую и приводит в действие винто­вую пару. Преобразователь частоты управляет электрическим двигателем и преобразует пере­менный ток одной частоты в переменный ток другой частоты. А название «частотно-регули­руемый электропривод» обусловлено тем, что регулирование скорости вращения двигателя осуществляется изменением частоты, подавае­мого на него напряжения питания. Внедрение частотного привода в компрессорной технике предполагало получение целого ряда преимуществ, по сравнению с обычными винтовыми компрессорами.

•     При пуске асинхронного электродвига­теля обычного компрессора пусковые токи превышают номинальные в несколько раз, что ведет к перегрузке сети и ограничению допу­стимых включений компрессора в течение часа. Напротив, компрессор с регулируемой производительностью запускается в работу плавно, соответственно и число операций пуска у него меньше.

•     «Частотник» при работе поддерживает необходимое давление в системе с точностью до 0,1 бар и немедленно реагирует на измене­ние давления в сети. (Для справки: каждый лишний бар давления нагнетания увеличивает электропотребление компрессора на 6-8%).

•     Реальная производительность «частот-ника» точно соответствует реальной потребно­сти в сжатом возлухе. В результате минимизи­руется энергозатратный период холостого хода, во время которого асинхронный двига­тель обычного винтового компрессора потреб­ляет около 25-30% своей номинальной мощности.

Для наглядной демонстрации преимуществ «частотника» обычно приводятся две диаграм­мы, показывающие общие затраты на про­изводство сжатого воздуха за несколько лет

эксплуатации у компрессора без частотного привода и у «частотника». Хорошо видно, что экономия электроэнергии при эксплуатации компрессора с частотным приводом достигает 35%.

О чем молчат поставщики компрессорного оборудования

Можно ли полностью доверять той информа­ции, которую преподносят поставщики ком­прессорного оборудования? Не всегда. Говоря об экономии электроэнергии и приводя характер­ные диаграммы, большинство производителей компрессорной техники сознательно умалчивают о режимах эксплуатации оборудования.

Не существует ни одного каталога оборудова­ния, в котором приведенные выше диаграммы сопровождались бы комментарием, описы­вающем режим работы, для которого эти диа­граммы рассчитаны.

А ведь режим работы компрессора - это важ­нейший параметр! Одной из крупнейших ком­прессорных компаний были проведены иссле­дования о характере потребления сжатого воз­духа на европейских промышленных пред­приятиях. В результате анализа все полученные данные были условно разбиты на три группы. Они приводятся в таблице:

Как видно из таблицы, наибольший эффект при использовании «частотника» по сравне­нию с компрессором, имеющим традицион­ную систему управления «нагрузка — холостой ход - остановка» был получен лишь на пред­приятиях, где потребление существенно меняется в течение дня. Там, где оно более-менее постоянно, эффективность применения «частотника» оказалась значительно ниже. Понятно почему; ведь при загрузке обычного компрессора стремящейся к 100 % время рабо­ты на холостом ходу сводится кминимуму.

Аргументы и факты

Рассмотрим подробнее типовой образец аргу­ментации в пользу компрессора с частотным приводом. В качестве примера анализируется работа винтового компрессора с электродвига­телем мощностью 60 кВт и максимальным дав­лением 10 бар, загруженным на 70% с годовой наработкой 4000 часов. Сообщается, что при замене этого компрессора на аналогичный «частотник» годовая экономия электроэнер­гии составит 78926 кВт/час или «частотник» окажется экономичнее на 33%.

78926 кВт*час берутся из расчета:

-  экономия за счет минимизации времени холостого хода - 48000 кВт*час (60.82% от обшей экономии);

-  отсутствие потерь из-за разгрузки внутрен­ней системы компрессора — 806,4 кВт*час (1,02%);

-  экономия за счет отсутствия «перекачки» пневмосистемы по давлению — 15120 кВт*час (19,16%);

-  экономия из-за меньших утечек из пневмо­системы - 5400 кВт*час (6,84%);

-  экономия за счет отказа от ременной пере­дачи и замены ее прямой (электродвигатель — муфта - винтовой блок) - 9600 кВт*час (12,16%).

Далее, приводится методика расчета указан­ных «процентов экономии». И при анализе предложенных расчетных формул возникает ряд вопросов.

Во-первых, почему при загрузке компрессора на 70% время холостого хода составляет 30%? Ведь винтовой компрессор работает в режиме «нагнетание — холостой ход — остановка (режим ожидания)». В методике расчета время ожидания по какой-то причине совершенно отсутствует, то есть почему-то предполагается, что компрессор вообше не останавливается во время работы?

Во-вторых, расчет экономии за счет миними­зации времени холостого хода строится на предположении, что «средняя частота разгру­зок 20 раз в час». Предположение более чем спорное. В момент пуска компрессора элек­трическая нагрузка значительно увеличивает­ся. По этой причине столь частых включений-выключений стараются избегать. Интересно, что об этом же пишет сам автор: «... обмотки электродвигателя приходится изготавливать с учетом этих больших пусковых нагрузок, а также ограничивать допустимое количество запусков в час».

Большинство производителей компрессорного оборудования отмечают, что допустимое число включений в течение часа для компрес­соров с мощностью электродвигателя от 37 до 75 кВт составляет 6-12 раз. Именно поэтому, утверждение о «средней частоте разгрузок 20 раз в час» выглядит немного странно.

Таким образом, если учесть, что компрессор работает в режиме холостого хода все-таки не 30% времени, а несколько меньше, и ограни­чить частоту разгрузок (не более 10 раз в час), то полученное значение экономии электро­энергии за счет минимизации времени холо­стого хода - 48000 кВт*час - можно умень­шить в два раза.

Большие сомнения вызывает и последний пункт- экономия за счет отказа от ременной передачи. В данном случае, сравнение ремен­ной и прямой передачи совершенно некор­ректно, так как существуют компрессоры с прямой передачей, но без частотного привода. И очень многие производители компрессор­ной техники имеют в своем модельном ряду компрессоры, как с прямой, так и с ременной передачей.

Что касается других пунктов экономии, то с ними можно согласиться.

Из рассмотренного выше следует, что годовая экономия электроэнергии может составить не 78926 кВт*час, а всего 45326,4 кВт'час. Получается, что «частот и к» экономичнее не на 33%, а всего на 19% (что, кстати, отчасти согласуется с данными таблицы). А при уве­личении загрузки более 70%, уменьшении вре­мени холостого хода и числа включений в час, экономия может быть сше меньше.

Таким образом, эффективность использования винтового компрессора с частотным приводом зависит  от режима  работы  оборудования, потребляющего сжатый воздух, а фирмы-про­изводители в рекламных целях нередко склон­ны завышать выигрыш от его использования.

По этой причине срок окупаемости проекта с «частотником» может существенно превысить декларируемые рядом производителей 1.5-2 гола. Ведь срок окупаемости 1,5 года - это частный случай. Он возможен, например, при годовой наработке 6000 часов и среднем коэф­фициенте загрузки 60%. И при изменении параметров наработки и загрузки срок окупае­мости также будет меняться.

Альтернативные варианты

Помимо использования «частотника» суще­ствуют и другие, нередко более простые реше­ния, ведущие к той же цели - минимизации затрат на производство сжатого воздуха.

Прежде всего, уже упоминавшаяся децентра­лизованная система обеспечения сжатым воз­духом. В этом случае вместо одного мощного компрессора, не всегда полностью загружен­ного, устанавливается несколько компрессо­ров с меньшей производительностью непо­средственно на производственных участках. Здесь гораздо проще подобрать компрессор точно в соответствии с реальным потреблени­ем воздуха. И если обеспечить ему загрузку на уровне не менее 80%, это в значительной сте­пени нивелирует многие преимущества, кото­рые сулит установка «частотника».

Другой интересный вариант- использование нескольких винтовых компрессоров, объеди­ненных в единую сеть с общим пультом управ­ления. При пиковых нагрузках система ком­прессоров работает полностью, а при умень­шении потребления воздуха один или несколь­ко компрессоров автоматически отключаются. Данное техническое решение также позволит получить реальную экономию электроэнер­гии.

Кроме того, установка нескольких, напри­мер, четырех обычных винтовых компрессо­ров, объединенных в систему с общим управ­лением, позволит помимо сокращения энерго­потребления обеспечить столь необходимый резерв сжатого воздуха в случае выхода из строя одного компрессора. В этом случае, общая производительность компрессоров уменьшится всего на 25%, в то время как выход из строя одного «частотника» полностью оста­новит все производство. Попробуйте оценить возможные убытки от каждого дня простоя всего производственного оборудования и срав­нить их со стоимостью сэкономленной элек­троэнергии. На некоторых предприятиях про­стой в 2-3 дня принесет потери, превышающие размер годовой экономии электроэнергии,

Быть, или не быть?

Так все-таки, быть или не быть компрессорам с частотным приводом? Конечно, быть! Преимущества «частотника» очевидны, осо­бенно  если  их  правильно  использовать.

Например, очень перспективным представ­ляется техническое решение, при котором компрессор с частотным приводом работает в паре с обычным компрессором.

Вместе с тем, следует отметить, что не стоит воспринимать «частотник» в качестве универ­сального средства для решения проблем энер­госбережения! Компрессор с частотным при­водом имеет смысл приобретать только после приведения в порядок всей пневмосистемы предприятия: проведения децентрализация и устранения утечек из пневматических магист­ралей. Надо также учесть, что начальные инвестиции на проект с «частотником» в 1,3-1,5 раза выше, чем на проект с обычным компрессором, и чтобы окупить эту разницу тоже требуется время.

В заключение, потребителям компрессорно­го оборудования хочется напомнить старин­ную поговорку- «не все золото, что блестит». Поэтому, перед тем, как приобретать «частотник» следует хорошенько взвесить все «за» и «против» и только после этого сделать выбор.