Анализ эффективности оптимизации режимов работы насосов систем поддержания пластового давления
- Авторы: Абакумов А.М.1, Мухортов И.С.1
-
Учреждения:
- Самарский государственный технический университет
- Выпуск: Том 21, № 2 (2013)
- Страницы: 140-144
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.eco-vector.com/1991-8542/article/view/19850
- DOI: https://doi.org/10.14498/tech.2013.2.%25u
- ID: 19850
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Приводятся результаты анализа эффективности оптимизации режимов работы электроприводов насосов систем поддержания пластового давления при дискретном регулировании. Дана оценка влияния потерь электроэнергии в переходных процессах на выбор оптимальных режимов.
Полный текст
Одним из перспективных методов повышения энергетической эффективности технологических установок является совершенствование режимов работы электроприводов насосных установок [1]. В работе [2] рассмотрена постановка и методика решения комбинаторной оптимизационной задачи выбора включаемых насосных агрегатов станций систем поддержания пластового давления (ППД), работающих в условиях переменной подачи, по критерию минимума расхода электроэнергии с учетом технологических ограничений по требуемому расходу и напору. Методика базируется на аппроксимации реального суточного графика требуемого расхода Qz(t) ступенчатым, состоящим из l интервалов длительностью Ti c постоянными значениями Qzi, . При этом i-му интервалу для j-го альтернативного варианта включения насосных агрегатов соответствуют потери мощности из-за превышения напора , а потери электроэнергии за сутки определяются суммированием потерь на отдельных интервалах Ti : . Задача оптимизации сводится к выбору из множества допустимых альтернатив для каждого i-го временного интервала варианта включения насосных агрегатов, обеспечивающего минимум потерь электроэнергии: . Представляет интерес дополнительно учесть потери энергии ∆W2ij, возникающие при переходе от i-го интервала к (i+1)-му, обусловленные пуском двигателей насосов, которые будут поддерживать (i+1)-й режим, и оценить их влияние на выбор оптимального режима, что особенно актуально для насосных, работающих с частыми переключениями режимов подачи жидкости. Потери энергии при пуске двигателей под нагрузкой могут быть оценены по выражению [3] , (1) где – потери энергии в статоре и в роторе асинхронного двигателя. Указанные величины определяются следующим образом: (2) (3) где– потери энергии в двигателе при пуске без нагрузки, Дж; R1, R2’– параметры Г-образной схемы замещения асинхронного двигателя, Ом;– средний, неизменный за время переходного процесса, момент двигателя, Н·м; Мс – момент сопротивления нагрузки, Н·м; J – момент инерции, приведенный к валу двигателя, кгм2; – скорость холостого хода, рад/с. Средний, неизменный за время переходного процесса, момент двигателя определяется на основании паспортных характеристик [3]: . С учетом выражений (1) – (3) потери электроэнергии при переходе от i-го интервала к (i+1)-му для j-го альтернативного варианта включения насосных агрегатов равны , кВт·ч, где ∆Aijg – потери энергии при пуске двигателей, Дж; – количество двигателей, включаемых для достижения требуемого режима; m2 – количество двигателей насосной станции. Таким образом, суммарные потери электроэнергии с учетом переходных режимов будут . Проведена оценка влияния потерь электроэнергии при пуске двигателей на выбор оптимальных режимов работы электроприводов на примере типовой насосной станции II водоподъема. Суточный график нагрузки (рис. 1) состоит из 4 режимов, первый и третий повторяются. Результаты решения задачи оптимизации в соответствии с предложенной методикой для рассматриваемого примера представлены в таблице. Как следует из приведенных результатов, итоговая доля потерь электрической энергии при переходных процессах в суммарных годовых потерях составляет порядка 0,1 % и может не учитываться при проведении оптимизации режимов работы электроприводов насосных станций систем ППД. Необходимость учета потерь при пуске может возникать лишь в случаях, характеризующихся низкими (сопоставимыми с потерями при переходных процессах) величинами потерь электроэнергии из-за превышения напора ∆W1ij одновременно в нескольких альтернативных вариантах включения насосов. Qz, м3/ч Реж. 1 Реж. 2 Реж. 3 Реж. 1 Реж. 3 Реж. 4 Рис. 1. Суточный график нагрузки Оптимальные варианты достижения требуемой производительности Показатель Режим №1 Режим №2 Режим №3 Режим №4 Итого Требуемый расход жидкости Q, м3/ч 1253 2068 1556 1977 – Минимально необходимый напор Н, м 75,2 104,4 84,4 100,4 – Оптимальный вариант включения насосов Совместная работа насосов №1 и №4 Совместная работа насосов №2 и №3 Работа насоса №2 Работа насоса №3 – Превышение напора ∆Н, м 26 2,8 1,1 1,2 – Годовые потери электроэнергии из-за превышения напора ∆W1, тыс. кВт·ч 351,53 20,29 13,72 0,55 386,1 Годовые потери электроэнергии при переходных процессах ∆W2, тыс. кВт·ч 0,07 0,12 0,13 0,06 0,39 Суммарные годовые потери электроэнергии ∆W, тыс. кВт·ч 351,6 20,41 13,85 0,61 386,49 Для оценки эффективности использования оптимизированных режимов работы насосных агрегатов проведено сравнение потребления электроэнергии для варианта включения насосных агрегатов, фактически применяемого оператором насосной станции повседневно, с потреблением электроэнергии при использовании оптимизированных режимов. Данные по фактическому годовому потреблению электрической энергии (рис. 2) получены на основании показаний, снятых при помощи измерителя параметров качества электрической энергии (ПКЭ) Ресурс-UF2MВ-3П15-5 [4]. Применяемый измеритель ПКЭ в комплексе с расходомерами и датчиками давления станции позволяет параллельно получить необходимые исходные данные для расчета потерь электроэнергии при пуске двигателей. Электропотребление для оптимизированного варианта включения насосных агрегатов вычислено в соответствии с приведенной методикой. Результаты замеров пересчитаны на годовой интервал с допущением о неизменности суточного графика подачи жидкости. Как показывают полученные результаты, использование оптимизированных режимов на рассмотренном объекте позволит сэкономить до 5 % от суммарного годового потребления электроэнергии, что составляет 309 тыс. кВт·ч в год, или при тарифах на электроэнергию 2012 г. – 584 тыс. рублей. При этом наибольший эффект достигается за счет самого длительного режима №1 – 10 часов в сутки, а фактический вариант включения агрегатов в режимах №3 и №4 совпадает с оптимальным. W,тыс. кВтч Рис. 2. Расход электроэнергии до и после проведения оптимизации Таким образом, полученные результаты позволяют оценить влияние потерь электроэнергии в переходных процессах на выбор оптимальных режимов работы электроприводов насосов систем поддержания пластового давления при дискретном регулировании, а также оценить эффективность использования оптимизированных режимов работы электроприводов насосных агрегатов.×
Об авторах
Александр Михайлович Абакумов
Самарский государственный технический университет(д.т.н., проф.), заведующий кафедрой «Электромеханика и автомобильное оборудование» 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244
Иван Сергеевич Мухортов
Самарский государственный технический университетаспирант 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244
Список литературы
- Лезнов Б.С. Экономия электроэнергии в насосных установках. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 144 с.
- Абакумов А.М., Мухортов И.С. Оптимизация режимов работы электроприводов насосов систем поддержания пластового давления // Вестник СамГТУ. Сер. Технические науки. – 2012. – №3 (35). – С. 163-169.
- Москаленко В.В. Электрический привод. – М.: Академия, 2007. – 368 с.
- Методические указания по контролю и анализу качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения. – М.: ВНИИМС, 2000. – 38 с.
Дополнительные файлы
![](/img/style/loading.gif)