Статья расскажет о том, как снизить расход электроэнергии уже установленного или еще только планируемого к установке скважинного насоса, объяснит, что такое частотно-регулируемый электропривод, назовет его основные характеристики, преимущества и сферы применения.
Чем больше благ появляется у нас в доме, тем большая нагрузка ложится на плечи энергосистемы. Как следствие, растут платежи за электроэнергию, и многие хозяева стараются любыми способами сократить эту статью расходов, прибегая к различным энергосберегающим технологиям. Бытовая техника с классом энергопотребления не ниже «А», экономичные осветительные приборы и многое другое можно увидеть практически в каждом доме. Однако для загородного жилья с автономным водоснабжением помимо названных способов можно предложить и еще один довольно выгодный метод энергосбережения.
Немалая часть электричества расходуется на перемещение воды и газов в таких устройствах как насосы, вентиляторы, компрессоры. Такое оборудование используют для работы системы теплоснабжения, снабжения питьевой водой (причем не только централизованного, но и индивидуального), функционирования канализации, промышленного перемещения жидкостей и газов. В большинстве случаев энергия здесь расходуется нерационально. Обусловлено это тем, что потребление в этих системах неравномерно. Оно имеет пики с максимальной нагрузкой, занимающие очень малую часть от времени работы и редко превышающие пару часов за сутки. Именно на эти пики и рассчитано такое оборудование, как насос или нагнетатель. В основном требуется не 100% подача жидкости или газа, а в районе 30–40% от максимально возможной нагрузки. Это легко увидеть на примере пиков водоразбора систем центрального питьевого водоснабжения: утренний и вечерний максимум противопоставлен ночному минимуму. Однако насос продолжает все это время работать на полную мощность и потреблять 100% энергии.
На сегодняшний день уже существует решение этой проблемы — частотно-регулируемый электропривод (ЧРЭП), о нем будет рассказано ниже.
Принципы регулирования потока жидкости без применения ЧРЭП
Для того чтобы оценить пользу от внедрения частотного регулирования, вспомним о повсеместно применяемых методах традиционного снижения подачи жидкости или газа. Для простоты примеры будем приводить на обычном водопроводе со стандартным насосом, оставив в стороне перемещение воздуха, нефти, газов и всевозможных промышленных жидкостей. К слову, принципы будут во многом схожи.
Одним из первых можно рассмотреть регулирование при помощи байпаса. Это обводная линия, представляющая собой ответвление от основного трубопровода, которая возвращает часть уже перекачанной насосом жидкости обратно на подачу того же насоса. Не смотря на возможность довольно точной подстройки системы под заданные параметры расхода воды, КПД у нее невероятно низкий.
Следующим в этом списке можно рассмотреть регулирование при помощи клапанов и прочих устройств, установленных за насосом и ограничивающих полезное сечение трубопровода. Этот вариант также можно рассматривать, как растрачивающий немалую часть электроэнергии впустую, так как созданный большой напор срезается этими устройствами до необходимого уровня.
Еще один вариант регулирования — периодическая работа насосов. Она предполагает включение оборудования лишь для наполнения резервуаров-аккумуляторов водой, после которого происходит автоматическая остановка. Из описанных выше он имеет, пожалуй, наилучший КПД, однако не лишен и недостатков:
- постоянные пуски/остановы снижают ресурс оборудования;
- существует риск гидроудара во время очередного запуска, который может вывести из строя трубопровод;
- неравномерное давление в сети.
Более надежный вариант — одновременная работа группы насосов. Этот метод предполагает включение резервного агрегата при увеличении водоразбора. Однако и он обладает кучей недостатков. К примеру, при использовании насосов разной мощности и параметров работа всей системы будет нестабильна. Да и стоимость такого метода регулирования достаточно велика, так как предполагает покупку не одной, а сразу нескольких единиц оборудования.
Принцип регулирования потока жидкости с применением ЧРЭП
Регулирование потока жидкости при помощи частотно-регулируемого электропривода призвано снизить процент впустую растраченной энергии во всех сферах где используются электродвигатели, а также имеет место переменная нагрузка.
В состав такого оборудования входит не только рабочий механизм насоса и электродвигатель. Здесь основную роль играет так называемый «частотник», он же преобразователь частоты. Посредством установленных в сети датчиков он реагирует на все изменения и управляет подачей: на его выходе образуется заданное напряжение с определенной амплитудой, которое, в свою очередь, заставляет мотор и, соответственно, рабочий механизм насоса вращаться с определенной (замедленной) скоростью. Так при увеличении расхода до пикового насос заработает с полной отдачей, но сразу же при снижении водоразбора — отреагирует снижением скорости вращения рабочего механизма. И, соответственно, сниженным потреблением энергии.
Следовательно, тот же объем жидкости, доставленный до нужного крана насосом с ЧРЭП, потребует меньше средств, чем израсходует аналогичная схема с постоянной скоростью вращения рабочего механизма оборудования. Это позволяет отказаться от таких малоэффективных методов регулирования как дросселирование или использование байпасов.
Применение ЧРЭП для скважинных насосов
Как уже упоминалось выше, в обычном загородном доме можно также применить технологию частотного регулирования. Есть возможность реализовать ее на системе горячего водоснабжения, отопления или на скважинном насосе. Последний вариант рассмотрим более подробно, так как именно там существует наиболее выраженная и понятная для обычного человека периодичность нагрузки:
- ночь — минимум, в рассматриваемой ситуации зачастую равный нулю;
- утро — максимум (умывание, душ, готовка завтрака и тому подобное);
- день — средняя (стирка, готовка, уборка);
- вечер — максимум (душ, ванна, приготовление пищи и так далее);
- ночь — очередной минимум.
Разделение, конечно, условное, однако обладатели загородного жилья иногда очень отчетливо ощущают пики, когда из-за снижения давления в сети вода из крана течет со слабым напором. Чего не наблюдается в другое время суток.
На сегодняшний день возможна не только покупка готового насоса с регулируемым приводом, но и дооснащение уже установленного преобразователем частоты. Последний при использовании совместно со скважинным погружным насосом должен обладать следующим набором функций:
- Встроенный ПИД (иногда ПИ, но такие встречаются в продаже реже) регулятор.
- Возможность оптимизации энергопотребления, позволяющая нормально снижать напряжение при незначительной нагрузке на привод.
- Возможность повторного запуска привода после какого-либо сбоя или ошибки автоматики без участия человека.
- Защита двигателя от перегрузки.
- Защита двигателя от перегрева.
- Защита от короткого замыкания.
- Защита насоса от сухого хода, т. е. от работы без воды при падении уровня в скважине ниже всасывающего патрубка. Перекачиваемая жидкость является для агрегата охлаждением и смазкой, поэтому ее отсутствие в работающем насосе приводит к перегреву и быстрому выходу из строя.
- «Спящий» режим при использовании преобразователя совместно с насосом, имеющим ограничение на работу при очень низких скоростях.
- Архив аварий. Эта опция незаменима при уточнении особенностей работы устройства в конкретных обстоятельствах при неоднократных (периодических) выходах из строя.
- Скалярное (вольт-герцовое U/f) или векторное управление для более точной подстройки привода, обеспечивающей нормальную плавную (без рывков) работу механизма.
Что касается выбора оборудования, то можно выделить следующие моменты:
- При выборе «частотника» следует большее внимание уделять не мощности, а номинальному току, причем должен предусматриваться некоторый запас. Обусловлено это тем, что у погружных электродвигателей номинальный ток несколько выше, нежели у стандартных моделей моторов.
- Перегрузочная способность устанавливаемого «частотника» должна быть достаточно большой (свыше 120%), в противном случае этот недостаток необходимо компенсировать мощностью двигателя, которая будет несколько повышена.
- В тех случаях, когда преобразователь планируется разместить в неотапливаемом помещении, он должен иметь подходящий рабочий диапазон температур и соответствующий класс защиты.
Помимо основного оборудования следует обратить внимание и на кабель — он должен быть большого сечения для того, чтобы предотвратить потерю напряжения по длине. В качестве дополнительной защиты можно установить моторный дроссель, он дополнительно защитит от больших утечек тока и от срабатывания защиты от перегрузки. Перед инвертором (преобразователем) можно также установить сетевой дроссель, он, в свою очередь, избавит от неполадок при работе от распределительного трансформатора.
Преимущества ЧРЭП помимо экономии энергии
Помимо экономии электроэнергии оснащение насосов регулируемым электроприводом имеет и другие положительные стороны.
Во-первых, значительно, практически вдвое, увеличивается ресурс оборудования, так как снижается количество пусков и остановов.
Во-вторых, можно существенно уменьшить емкость бака-аккумулятора, так как при увеличении расхода насос автоматически начинает работать с большей отдачей. Для того чтобы любой максимум потребления не привел к снижению давления в сети, к установке можно предусматривать и насос с заведомо большей мощностью — расход электроэнергии вырастет незначительно.
Еще один положительный фактор — плавные пуски и остановы, которые сводят на нет вероятность возникновения гидроудара в сети. Как следствие, не только оборудование, но и сам водопровод прослужит дольше обычного.
Фирмы производители и срок окупаемости
На рынке представлены различные производители частотно-регулируемых приводов. Можно увидеть разнообразие продукции именитых фирм мирового класса типа АВВ и SIMENS, и образцы отечественного производства. Стоимость у именитых брендов будет соответствующая, а вот что касается качества, то его вполне реально встретить и у российских фирм.
Что касается сроков окупаемости, то в каждом случае он будет рассчитываться индивидуально. Обычно средства полностью покрываются экономией за срок от полугода до двух лет, но могут быть единичные исключения.
Можно выделить следующую закономерность — чем больше мощность у насоса, тем дороже он будет стоить, соответственно, и частотно регулируемый электропривод к нему будет дороже менее мощного аналога. Но такой насос и электроэнергии потребляет больше — следовательно, экономия при использовании «частотника» будет более значительна и он окупит себя раньше.
Еще один факт: установка частотно-регулируемого электропривода оправдает себя раньше в сети, у которой неравномерность работы более выражена, а пики (максимальная нагрузка) происходят редко и кратковременны.
В заключение хочется отметить, что хорошо было бы применять такой способ регулирования не только в домашних условиях. Для многих предприятий это мероприятие по энергосбережению помогло бы снизить энергоемкость производства продукции. Коммунальное хозяйство тратило бы меньше средств на транспортировку воды в системах отопления и водоснабжения. К тому же, технология частотного регулирования применима не только на насосах. Она с успехом может использоваться в любых сферах, где применяются электродвигатели: лифты, подъемники, любые гидравлические составляющие механизмов и прочие. Переходя на рациональное расходование электроэнергии, мы снижаем нагрузку на ТЭЦ и АЭС, что в конечном итоге положительно сказывается не только на материальном состоянии государства, но и на экологии региона.
Присоединяйтесь к нам на канале Яндекс.Дзен
