KОПЭН>Энерго

1. Электростанция, на вход которой поступает энергоноситель. Около 75 % всей электроэнергии вырабатывается тепловыми электростанциями ТЭС и теплоэлектроцентралями ТЭЦ.

КПД турбины тепловой электростанции, вырабатывающей электроэнергию около 21 %. Суммарный КПД ТЭЦ оценивают от 50 % до 60 %, за счет учета полезного использования горячей воды и пара.  

Не будем в рамках данного материала рассматривать эффективность такого обогрева городов даже в средней полосе, не говоря о городах на севере. Это отдельная тема. Потери мы все наблюдаем по незамерзающим даже в мороз  участкам земли. Трубы с горячей водой, протяженностью десятки километров обогревают окружающую среду.

Отметим, что реальный КПД ТЭЦ, по этой причине, ниже заявляемого значения. В электроэнергию, а мы рассматриваем имеено производство, передачу и потребление электроэнергии, тепловая турбина полезно преобразует всего 21 % энергоносителя.

2. Повышающая трансформаторная подстанция: КПД = 98 %.

3. Линии электропередачи (ЛЭП), потери в которых  составляют около 20 %:  КПД = 80%.  

4. Понижающие трансформаторные подстанции: КПД = 98 %.

5. Привод: от 60 % до 70 % всей производимой электроэнергии потребляется асинхронными трехфазными электродвигателями (АД).  Остановимся на них чуть подробнее.

Теоретически и по паспорту, в номинальном режиме работы асинхронные двигатели имеют высокий коэффициент эффективности, КПД = 80 % - 95 %. Такой режим работы действительно можно искусственно создать в лабораторных условиях. В реальных условиях эксплуатации, практически, ни один АД  не работает в номинальном режиме.

Во-первых, потому, что у АД неудовлетворительная (скверная) механическая характеристика (зависимость частоты вращения вала двигателя и момента): пусковой момент мал, а 95 % скоростного диапазона характеристики является неустойчивой. По этой причине, частота вращения вала асинхронного электродвигателя не регулируется параметрически (по одному параметру - напряжению или току), а 99 % всех технологических операций требуют регулирования. 

Во-вторых, малый пусковой момент, приводит к тому, что конструкторы и специалисты по эксплуатации электрооборудования  вынуждены завышать установленную мощность АД в 1,5 - 2 раза, а в случае тяжелого пуска в 3 - 4 раза. Это приводит к снижению надежности и к существенным потерям электроэнергии. После пуска оборудования, как правило, происходит падение нагрузки, и двигатель попадает в область низких КПД. 

В-третьих, достаточно нескольких пусков и остановок в час, работы со знакопеременными нагрузками, реверсированиями и КПД  асинхронных двигателей существенно падает.

В-четвертых,  длительная работа с малыми нагрузками или на холостом ходу дополнительно снижает КПД.

В-пятых,  падение напряжения в сети и плохое качество подводимой энергии, не только снижает КПД асинхронных двигателей, но и приводит к авариям. ГОСТ 183-74 допускает понижение напряжения питания АД не более 5 % от номинального значения. Реальные падения напряжения в промышленности и в сельском хозяйстве достигают 30 % и более.

По этим причинам, на длительном интервале времени, среднее значение КПД асинхронных двигателей с учетом работы с недогрузкой, пусками, остановками, реверсированием, работы со знакопеременными нагрузками, плохим качеством подводимой энергии и т.п. в различных отраслях народного хозяйства находится в диапазоне от 15 % до 30 %.

Прямые измерения КПД погружного асинхронного двигателя, типа ПЭД на реальной скважине в ОАО «НОЯБРЬСКНЕФТЕГАЗ» показали, что значение КПД, находятся в пределах 18 % - 22 %, хотя в лаборатории на имитаторе этот показатель составлял 76 %.

Принимаем средний КПД АД равным 30 %.  Мы взяли явно завышенное значение среднего КПД, только потому, что у нас нет точных статистических исследований по всем отраслям промышленности и в сельском хозяйстве.

6. Рабочая машина, преобразующая на выходе структурной схемы, электрическую энергию в полезную работу. КПД рабочей машины (технологического оборудования) в номинальных условиях может иметь высокий КПД, вплоть до 80 % – 90 % (крупные центробежные насосы и вентиляторы). Однако, практически все технологические операции требуют регулирования рабочих параметров. При отсутствии регулирования, КПД рабочей машины снижается до 30 % – 40 %. Принимаем КПД = 40 %.

Существующие частотные системы управления,  позволяющие регулировать АД в диапазоне 20% - 25%, дорого стоят. Кроме того, требуют высококвалифицированного обслуживающего персонала, что существенно увеличивающего эксплуатационные расходы. Поэтому,  доля регулируемых приводов не превышает 5 % - 6 % и в расчетах ими можно пренебречь. 

 Посчитаем теперь эффективность преобразования природного энергоносителя в полезную работу: для этого перемножим КПД всех основных составляющих структурной схемы в относительных единицах.

СУММАРНЫЙ КПД = 0,21 * 0,98 * 0,8 * 0,98 * 0,3 * 0,4 = 0,019.  

ВЫВОД: ЭНЕРГОНОСИТЕЛЬ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ И ПОТРЕБЛЕНИИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ РАСХОДУЕТСЯ МЕНЕЕ ЧЕМ НА 2%, А 98% ЕГО ПОТЕНЦИАЛА ПРЕОБРАЗУТСЯ В ЯДОВИТЫЙ ДЫМ И ОБОГРЕВАНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.

Миллионы потребителей в различных отраслях промышленности и сельском хозяйстве используют асинхронные двигатели в нерегулируемом режиме. Нерегулируемость АД вносит определяющий вклад в энергетическую неэффективность использования энергоносителей. Все это сопровождается еще и многочисленными экологическими проблемами в разных частях мира. Газ, уголь, нефть (мазут), торф - являются невосполнимыми энергоносителями на Земле. Не в этом ли кроется основная причина нехватки энергоресурсов и надвигающегося глобального энергетического кризиса?

Очевидно, следует выбрать приоритетное направление по критерию: минимальное вложение денежных средств к максимальному повышению эффективности.

КПД турбины электростанции теоретически можно повысить на 1,5 % - 2 %, но с помощью огромных денежных вложений, длительной работы научно - исследовательских институтов и экспериментальных производств. Это дорого и долго.
КПД крупных трансформаторных подстанций можно поднять на 1%, но это тоже потребует крупных капиталовложений и многих лет работы.
Создание Единой Энергетической системы СССР, известной сегодня как РАО ЕЭС, было огромной ошибкой или диверсией. Система, в которой все генерирующие мощности связаны линиями электропередачи (ЛЭП), протяженность которых, согласно большой советской энциклопедии, составляет более 3 миллионов километров, приводит к огромным потерям электроэнергии.  Эти потери можно оценить, используя информацию, приведенную В. Льюисом в книге: "Линии передачи электрической энергии",  Американское общество инженеров - электриков. М. 1935 г. К сожалению, на основании этой информации, есть основание полагать, что реальные потери электроэнергии от шин ТЭС до щитов предприятий, составляют не 20%, как мы приняли в расчетах, а 30% - 35%. Это на 10% больше, чем производят ГЭС и АЭС вместе взятые!  Повысить КПД ЛЭП можно за счет перестройки единого энергетического кольца, например, на 89 локальных колец по числу областей России или на какое-то другое число, определенное в процессе выполнения работы по оптимизации. Работа требует огромных капиталовложений и многие годы. Но, эту работу необходимо срочно начинать делать.
КПД асинхронного электропривода и рабочей машины, имеют взаимозависимые КПД, поэтому, в качестве показателя эффективности необходимо рассматривать их произведения. Мы подошли к конкретным предложениям.

Специалисты научно проектного предприятия ООО "КОПЭН", под руководством Яловега Николая Васильевича, разработали новые энергосберегающие электродвигатели переменного тока, названные РПЭДЯ. Мы предлагаем готовое решение глобальной проблемы, стоящей перед человечеством - проблемы нехватки и повышающейся стоимости энергетических ресурсов.

Многочисленные исследования в реальных условиях эксплуатации показали, что РПЭДЯ при выполнении той же работы, что и АД, потребляют в 3 - 5 раз меньше электроэнергии. 

Задача решается, относительно простой заменой существующих АД на РПЭДЯ.

Сильной стороной данного проекта является то, что это не требует огромных денежных вложений и долгих лет работы. Такая замена может быть произведена на существующем технологическом оборудовании путем модернизации того АД, которым укомплектовано это оборудование.

РПЭДЯ, выполненные в металлоконструкции традиционного АД, сохраняет все положительные свойства АД, но при этом появляются новые уникальные свойства:

1     РПЭДЯ регулируются при неизменной частоте тока путем плавного изменения величины напряжения во всем скоростном диапазоне, в результате у миллионов потребителей появились регулируемые энергосберегающие электродвигатели, внешне не отличающиеся от традиционных АД, легко встраиваемые в существующее технологическое оборудование. Регулирование частоты вращения вала РПЭДЯ  обеспечивают простые, надежные, доступные по цене автотрансформаторы с ручным или дистанционным управлением, не требующие высококвалифицированного обслуживающего персонала. В случаях, требующих применения обратных связей, используются простые по конструкции и схемному решению полупроводниковые регуляторы напряжения или привод по схеме "генератор-двигатель", так же имеющие невысокую стоимость.

2.   Механическая характеристика устойчивая, пусковой момент максимальный и в 2 - 3 раза больше, чем у АД, за счет чего  даже для агрегатов с тяжелым пуском применяют РПЭДЯ без превышения установленной мощности, а следовательно электродвигатель работает в области высокого КПД.  Это позволяет использовать РПЭДЯ в особо тяжелых случаях эксплуатации - в режиме работы с заторможенным ротором, например, в приводе прокатных станов или приводе буровых установок.       

3.  При не номинальной нагрузке, в отличие от АД энергетический КПД РПЭДЯ снижается незначительно, за счет чего даже в нерегулируемом приводе при часто меняющейся нагрузке, экономия электроэнергии составляет 200 % - 300 % (в 2 - 3 раза, а в отдельных случаях даже в 4 - 5 раз).

4. При колебаниях напряжения, в том числе падении в несколько раз, не опрокидывается", как АД, а устойчиво работает с меньшей мощностью, но с высоким КПД. Хорошо работает со  знакопеременными нагрузками, частыми пусками, остановками, реверсированием и с малыми нагрузками.

5.  Понижена кратность пусковых токов с 7 до 3,5, за счет чего  автоматически  без специальных устройств обеспечивается плавный пуск без ударов на сопряженную машину, снижается нагрев электродвигателя в процессе частых пусков и остановок, а так же повышается межремонтный ресурс.

6.    Критическая перегрузка двигателя сопровождается плавным снижением оборотов вала - критический момент и резкий останов отсутствует, за счет чего дополнительно повышается надежность в работе двигателя и сопряженной машины, увеличивается допустимое число пусков и остановок в течение заданного времени и в специальных режимах.

7. Массогабаритные показатели снижены на 25 % - 100 %, при сохранении посадочных мест двигателя аналогичной мощности и назначения, в результате при ограничениях габаритного ряда, например в погружном электронасосном оборудовании, значительно более мощные РППЭДЯ, позволяют расширить границы применения такого оборудования, а короткие погружные электродвигатели использовать в сильно искривленных скважинах.

Регулируя частоту вращения вала электродвигателя простейшими многообмоточными трансформаторами или автотрансформаторами или по схеме "генератор-двигатель", что еще более эффективно, потребители могут оптимизировать технологические процессы, а, следовательно, повысить КПД рабочих машин (технологического оборудования) с 40 % до 80 % и более. При этом средний КПД асинхронных электродвигателей, модернизированных по схеме энергосберегающих РПЭДЯ, повышается с 30 % до 70 % и более. Посчитаем теперь эффективность преобразования энергоносителя.

СУММАРНЫЙ КПД = 0,21* 0,98 * 0,8 * 0,98 * 0,7 * 0,8 = 0,09.  ПОЛУЧАЕТСЯ 9 % ВМЕСТО 1,9 %.

ВЫВОД: ТОЛЬКО ЗА СЧЕТ ЗАМЕНЫ АСИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ НА РПЭДЯ МОЖНО ПОВЫСИТЬ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ В 4,75 РАЗА.

Это значит, что все существующие в промышленности, сельском хозяйстве и быту потребители электроэнергии  (объективно уже существующие),  могут теоретически сократить в 4,75 раза потребление электрической энергии.  Мы предлагаем готовое решение глобальной проблемы, стоящей перед человечеством - проблемы нехватки и постоянно повышающейся стоимости энергетических ресурсов.  

Директор    НПП ООО "КОПЭН"  

Сергей Николаевич Яловега

E-mail: snyalovega@mail.ru 

[Home][Энерго][Технология][Экономика][Продукция][О компании]

Copyright(c) 2005 My Company. All rights reserved.