دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 9
بهینه سازی مصرف برق واحدهای صنعتی
چکیده:
بهینه سازی مصرف برق در واحدهای صنعتی یکی از پیچیده‌ترین وظایفی است که برابر مهندسان طراح قرار دارد. تجهیزات و سیستم های برقی از یکسو می‌باید بطور تمام و کمال در خدمت فرآیند تولید قرار گیرند و به تامین بالاترین سطح کمیت و کیفیت تولید یاری رسانند و از سوی دیگر حداقل مصرف انرژی را بر شبکه برق کشور تحمیل نمایند. در این مقاله تکنیک‌ها و امکاناتی که در راه پائین نگهداشتن مصرف انرژی در اختیار مهندسان قدرت قرار دارد، اجمالاً مورد بررسی قرار می‌گیرد.
اگرچه محور بحث، سیستم‌های داخلی واحدهای صنعتی میباشد، ولی ملاحظات مشابهی در مورد سایر سیستم‌های توزیع نیز صادق است.
شرح مقاله:
صرفه‌جویی در مصرف برق و کاهش تلفات می‌باید در تمام سطوح برنامه‌ریزی، طراحی، بهره‌برداری و نگهداری، ابتدا در کلی‌ترین وجوه آن و سپس در جزئیات، متناسب با هر مورد، دقیقاً مورد تحلیل و بررسی قرار گیرد و آنگاه به تدوین برنامه‌ای در خود نیازهای آینده کشور و تدوین استانداردها و روشها برای کلیه سطوح اجرائی مبادرت ورزید.
در این مقاله مساله صرفه جویی و کاهش تلفات برق در واحدهای صنعتی را اجمالاً مورد بررسی قرار می‌دهیم. با توجه به اینکه مصرف صنایع کشور در سال 1364 بالغ بر GWH 8832 بوده است، حتی اگر به میزان 5% در این واحدا صرفه جویی بعمل آید، سالیانه قریب GWH 442 خواهد شد که خود رقم قابل ملاحظه‌ای است. اگر بیاد بیاوریم که تولید سرانه برق در همان سال KWH 890 بوده، ملاحظه می کنیم که این مقدار صرفه جویی 496000 برابر تولید سرانه کشور است.
در اینجا، صرفه جویی به بهای کاهش تولید یا پائین آمدن کیفیت آن مورد توجه نبوده بلکه سعی شده است روشهایی در جهت افزایش بازده واحد صنعتی از نظر مصرف انرژی پیشنهاد شود. بدیهی است که موضوع مورد بحث از گستردگی زیادی برخوردار است و مقاله ای از نوع حاضر فقط می تواند بعنوان فتح باب مطرح گردد. هر یک از موضوعات مورد بحث نیازمند بررسی همه جانبه فنی اقتصادی است و چنین بررسیهائی تنها از راه ایجاد مدل های ریاضی کم و بیش پیچیده امکان پذیر است.
ابتدا روشهای افزایش بهره وری الکتریکی هر یک از تجهیزات عمده یک واحد صنعتی را مورد مطالعه قرار می دهیم و سپس به طرح مسایل مربوط به طراحی و راهبری سیستم برق می پردازیم.
1ـ موتورها:
1ـ1ـ قسمت اعظم بار واحدهای صنعتی را موتورهای برقی تشکیل می دهند. یک اصلاح جزیی در مصرف موتورها تاثیر چشمگیری در کاهش بار یک واحد صنعتی دارد. بعنوان مثال در کارخانه ای با قدرت نصب شده KW 3000 که 80 % آن را موتورهای برقی تشکیل می دهد، اگر متوسط بازده و کار کرد موتورها به ترتیب 87 % و 60% باشد، مصرف سالیانه آنها قریب KWH 106 × 5/14 خواهد بود. چنانچه با اتخاذ تدابیر فنی بتوان فقط 2% از مصرف موتورهای این کارخانه کاست، سالیانه بالغ بر KWH 103×290 صرفه جویی خواهد شد.
در بندهای زیر روشهای عملی کاهش مصرف موتورها را بر میشماریم. برخی از این روشها مستلزم صرف هزینه بیشتر در مرحله ایجاد کارخانه میباشد. اما در سطح فعلی قیمت ها، هزینه انرژی مصرفی یک موتور در طول 20 سال بهره بالغ بر 100 برابر هزینه خرید و نصب آن است. بنابراین در اغلب حالات صرفه جویی حاصل از کاهش مصرف انرژی در همان سال اول بهره برداری ـ افزایش هزینه را جبران می نماید.
2ـ1ـ ضریب توان و بازده موتورها در بارهای کم کاهش می یابد. بطور مثال چنانچه توان مکانیکی مورد نیازKW 40 باشد، KVA مصرفی موتورهای KW 55 وKW 75 به ترتیب 4/2 % و 8/12% بیش از KVA مصرفی یک موتور KW 45 خواهد بود. بنابراین محاسبات مربوط به گشتاور و قدرت دستگاههای گردنده و گرداننده می یابد با دقت کافی انجام پذیر و بر خلاف روشهای معمول، از منظور نمودن ضرائب اطمینان غیر ضروری خودداری نمود.
3ـ1ـ بازده و ضریب توان موتورهای پر قدرت بیش از موتورهای کم قدرت است. برای مثال اگر نسبت KVA ورودی به KW خروجی را ملاک کار آیی بدانیم، کارایی یک موتور KW 90 تقریباً 4% بیش از ـ یک موتور KW 30 می باشد. بنابراین بهتر است بجای چند موتور کم قدرت که همزمان کار می کنند، یک یا دو موتور پر قدرت بکار گرفته شود. بعنوان نمونه ای از این می توان موتورهای گرداننده نقاله‌های مواد را ذکر نموده که گاه به دلیل مکانیکی، چند موتور را به صورت موازی نصب می کنند حال آنکه با نصب یک دستگاه موتور می توان تلفات کمتری را انتظار داشت.
4ـ1ـ کارایی موتورهایی که سرعت آنها کمتر از 1500 دور است، از موتورهای دور بالا کمتر میباشد. تفاوت کارایی به خصوص در موتورهای کوچکتر از KW 75 به چشم می‌خورد و هر چه قدرت موتور کمتر باشد، این تفاوت بیشتر خواهد بود. مثلاً KVA ورودی یک موتور KW 11، RPM 1000تقریباً 9% بیش از یک موتور KW 11، RPM 1500 می باشد. بنابراین هر جا فرآیند تولید اجازه دهد، می‌باید از موتورهای دور بالا استفاده نمود.
5ـ1ـ در شرایط کم باری کل یا بخشی از سیستم توزیع، ولتاژ شین های مربوطه افزایش می یابد. این افزایش به نوبه خود موجب بالا رفتن جریان مغناطیس کننده موتورها و بطور کلی راکتانس‌های اندوکتیو می گردد، که بر اثر آن ضریب توان آن بخش و کل کارخانه کاهش می یابد. از آنجا که هرگونه کاهش ضریب توان به معنای افزایش در صد تلفات است، طراحان شبکه توزیع کارخانه می‌باید شرایط کم باری را نیز همانند شرایط اضافه بار در محاسبات خود مورد توجه قرار دهد.
6ـ1ـ در برخی از تجهیزات مکانیکی، موتور را بطور دائم در مدار قرار می دهند و هر زمان که نیازی به گرداننده نباشد، آن را بی بار می نمایند. باید توجه داشت که ضریب توان موتور در حالت بی باری بسته به نوع، قدرت و سرعت آن بین 1% تا 3% میباشد. بنابراین، به نسبت تعداد و قدرت موتورهای بی بار شده، ضریب توان حداقل بخشی از کارخانه کاهش می یابد. بدین ترتیب می باید مساله انتخاب بین دو گزینه بی بار کردن موتورها یا قطع و وصل آنها را به صورت بهینه سازی سیستم‌های برق و مکانیک حل نمود.
7ـ1ـ گاهی اوقات به سهولت میتوان بجای یک موتور بزرگ از 2 یا 3 موتور کوچکتر که بسته به نیاز وارد مدار می‌شوند، استفاده نمود. برای مثال میتوان کمپرسورهای تامین هوای فشرده را نام برد. بکار بردن 2 یا 3 موتور، علاوه بر آنکه قابلیت اطمینان و درجه دسترسی به تجهیزات را بالا می‌برد مصرف انرژی را نیز تقلیل می دهد. زیرا در بسیاری از ساعات، کار کردن یک یا دو موتور، هوای مورد نیاز را تامین می‌نماید.
8ـ1ـ گاهی اوقات ضریب توان موتورها پس از انجام تعمیرات بر روی آنها حتی نسبت به مقادیر نامی نیز کاهش می‌یابد. تعمیراتی که موجب کاهش وزن و حجم سیم‌پیچ‌ها یا افزایش فاصله هوایی بین روتور و استاتور گردد، موجب افزایش جریان مغناطیس کننده می‌گردد، که خود به معنای کاهش ضریب توان است. روش درست تعمیر آن است که موتور را به وضعیت اول برگرداند.
9ـ1ـ یکی از راه‌های کاهش مصرف انرژی، انتخاب موتورهایی است که بازده آنها بیش از موتورهای متداول باشد. با اصلاح طرح، انتخاب مواد مناسب‌تر، افزودن حجم آهن، لایه بندی مخصوص هسته افزایش حجم مس و سر انجام با بکار بردن پنکه‌های کوچکتر و موثرتر میتوان از تلفات موتور کاست. از این طریق، ضریب توان موتور نیز بهبود می‌یابد. با اتخاذ تدابیر یاد شده توانسته‌اند بازده موتورها را بین 1% تا 6% اصلاح نمایند. قیمت موتورهایی که بازده آنها بالاست، چندان بیشتر از موتورهای متداول نیست ـ در قدرتهای بالاتر از KW 37، افزایش قیمت کمتر از 10% میباشد.
10ـ1ـ یکی از موثرترین راه‌های تقلیل مصرف برق موتورها، کنترل انرژی ورودی به نسبت نیاز دستگاه گردنده میباشد. بندرت اتفاق می‌افتد که یک تلمبه. کمپرسور یا پنکه مداوم در تمام بار کند تلمبه‌ها و کمپرسورهای عظیمی که در شبکه‌های نفت و گاز مستقر هستند یا در کارخانه‌های بزرگ شیمیائی نصب شده‌اند، پنکه‌های مکنده هوا در نیروگاهها و صنایع معدنی از این نوع بشمار می‌آیند. بعنوان یک روش سنتی، برای آنکه فشار و جریان را کنترل نمایند، با استفاده از دریچه‌های کنترل، تلفات سیستم مکانیکی را افزایش می‌دهند. ممکن است دستگاهی روزها و بلکه سال‌ها در این شرایط کار کند. با توجه به توانهای فوق‌العاده زیاد این نوع گردنده‌ها (معمولاً بیم چند صد تا چند هزار کیلووات)، این روش کنترل مقادیر عظیمی از انرژی را هدر می‌دهد.
روش موثر برای کنترل گردنده‌ها استفاده از تکنیک نیمه هادی‌ها میباشد. از جمله میتوان تغییر سرعت با استفاده از مبدل فرکانس را نام برد. در این روش فرکانس و ولتاژ تغذیه موتور را بسته به بار مکانیکی مورد نیاز تغییر می‌دهند و در نتیجه به جای تحمیل تلفات به سیستم، انرژی ورودی را متناسب با نیاز کاهش می‌دهند. به تقریب میتوان گفت که در روش اخیر برای 50% بار نسبت به روش سنتی یاد شده، معادل 60% صرفه‌جویی بعمل می‌آید.
2ـ کابلها و خطوط هوایی:
1ـ2ـ طول کابلهای قدرت در یک واحد صنعتی بزرگ عموماً بالغ بر چند صد کیلومتر میباشد. از اینرو کابلها یکی از عوامل اصلی تلف انرژی به شمار می‌آیند. بعنوان مثال اگر فرض کنیم در کارخانه‌ای 600 رشته کابل قدرت با متوسط تلف قدرت KW 1 وجود داشته باشد، تلف انرژی سالیانه بالغ بر KWH 106×2/5 خواهد شد. چنانچه با اتخاذ تدابیر فنی فقط 5% از تلفات این کابلها کاسته شود. سالیانه بالغ بر KWH 103×260 صرفه‌جوئی خواهد شد. کاهش تلفات انرژی در کابلهای به شیوه‌های زیر امکان پذیر است:
افزایش سطح مقطع هادی، کاهش طول کابلها، کاهش جریان و کاهش دمای کار هادی‌ها.
2ـ2ـ افزایش سطح مقطع کابل، در عین حال که موجب کاهش تلفات می‌گردد، باعث بالا رفتن هزینه‌های سرمایه ای نیز می‌گردد. بنابراین ازدیاد سطح مقطع وقتی قابل توجیه است که مجموعه افزایش هزینه‌های سرمایه‌ای را بتوان از طریق تقلیل هزینه تلفات جبران نمود.
3ـ2ـ مجموع طول کابلهای قدرت بستگی به فاصله مابین کلید خانه فشار ضعیف تا مصرف کنندگان دارد. تعیین محل مصرف کنندگان انرژی و پراکندگی آنها بسته به عواملی است که معمولاً غیر برقی هستند. پلان استقرار تجهیزات برقی با توجه به ملاحظات مربوط به فرآیند تولید تهیه می‌گردد. ولی تا آنجا که امکان دارد، می‌باید محل پست‌ها و کلید خانه‌های اصلی را در مراکز بار انتخاب نمود. برای تغذیه مصرف کنندگان کوچک یا پراکنده بهتر است که حتی الامکان یک تابلوی توزیع یا مرکز کنترل موتور در مرکز بار نصب شود.
4ـ2ـ میتوان گفت بازاء هر K 10 افزایش دما به تقریب 4% بر تلفات کابل افزوده می‌گردد و بنابراین بهتر است دمای هوای تا حد امکان پائین نگهداشته شود. این کار تنها از طریق انتخاب شرایط صحیح نصب امکان پذیر است. از این جمله میتوان عوامل زیر را نام برد:
حفظ فواصل کافی مابین کابلها، خوابانیدن کابلها در تراشه‌های خاکی، پر کردن کانال‌های بتنی از خاک و ماسه. فراهم آوردن تهویه طبیعی یا مصنوعی در تونل‌ها و سالن‌های کابل، استفاده از سینی‌های نردبانی و از این قبیل.
5ـ2ـ مساله انرژی در خطوط هوائی کم و بیش مشابه کابلها میباشد. با این تفاوت که در واحدهای صنعتی خطوط هوایی عموماً فشارقوی هستند و چون اغلب توسط دیژنکتورهای مجهز به رله‌های ثانویه حفاظت می‌گردند، محاسبه سطح مقطع هادی‌ها برای جریان کوتاه مدت اتصال کوتاه عموماً منجر به انتخاب مقاطعی می‌گردد که خود به خود تلف انرژی را در حداقل نگه می‌دارد.
3ـ ترانسفورماتورها:
1ـ3ـ کاهش تلفات در ترانسفورماتورها از سه جنبه قابل بررسی است: کاهش تلفات بطور مطلق، انتخاب نسبت تلفات با توجه به متوسط بار و انتخاب بهینه قدرت ترانسفورماتور.
2ـ3ـ ترانسفورماتورهایی که در صنعت مورد استفاده واقع می‌شوند معمولاً در محدوده KVA 100 الی MVA 40 قرار دارند. با این توضیح که اکثر ترانسفورماتورها از نوع ترانسفورماتورهای توزیع با حداکثر ظرفیت KVA 2000 می‌باشند.
مقادیر تضمین شده تلفات آهن و مس ترانسفورماتورهای توزیع در ایران عموماً بر اساس استاندارد DIN تعیین می‌گردد. این حالیست که ساخت ترانسفورماتورهایی با تلفات کمتر امکان‌پذیر است. چنانچه ترانسفورماتورهای توزیع از طریق مناقصه خارجی خریداری گردند، میتوان با اندکی هزینه اضافی واحدهائی را که مجموع تلفات آنها 10 الی 15 درصد کمتر از معمول باشد تهیه نمود. اما در مورد تولیدات داخلی، پیشنهاد می‌گردد طرح ترانسفورماتورها در جهت افزایش بازده اصلاح گردد.
در مورد ترانسفورماتورهای بزرگتر از KVA 2000 که عمدتاً از خارج خریداری می‌گردند، میتوان با مرور پروژه‌های قبلی و با جمع‌آوری و طبقه‌بندی اطلاعات، حداقل تلفاتی را که در سطح فعلی تکنولوژی می‌شود انتظار داشت، انتخاب نمود. بدیهی است که دستیابی به تلفاتی کمتر از معمول، فقط از طریق ایجاد رقابت مابین سازندگان امکان‌پذیر میباشد.
