Napęd Unidrive M700 o zmiennej prędkości pozwala dużej elektrowni na osiągnięcie maksymalnej wydajności

46

Elektrownia zaczęła wykorzystywać do sterowania 22 wentylatorami w dwóch wieżach chłodniczych napędy o zmiennej prędkości Unidrive M700 firmy Control Techniques z grupy Emerson.

Zastąpienie zainstalowanego w roku 1975 systemu przez zaawansowany nowy napęd zapewniło wiele korzyści. Umożliwiło zmianę szybkości obrotowej wentylatorów w celu zminimalizowania poboru mocy przy niskich obciążeniach bloków, eliminację wiatrakowania wynikającego z braku systemu do hamowania, zminimalizowanie ryzyka zamarzania zimą, zmniejszanie wibracji wentylatorów bez ich odstawiania oraz eliminację sezonowych regulacji skoku łopat wymaganych do zapobiegania przeciążeniu silników zimą i niskiemu wydatkowi powietrza latem. Sama eliminacja konieczności regulacji skoku łopat zaowocowała znaczącymi oszczędnościami robocizny, o wartości oszacowanej przez zarząd elektrowni na 38 000 USD rocznie.

Znajdująca się w rejonie Stanów Środkowoatlantyckich w USA elektrownia posiada wiele bloków opalanych gazem i ropą. Elektrownia chciała zaimplementować zautomatyzowany system sterowania wentylatorów chłodzących, które były do tej pory obsługiwane przez system mający ponad 40 lat. Modernizacja miała bezpośredni wpływ na następujące kwestie:

Zmniejszenie zużycia energii i kosztów, bez wpływu na wydajność wież

• Zarządzanie zużyciem energii oraz mocą chłodzenia wymagało włączania i wyłączania rozruszników wentylatorów o mocy 200 KM, ponieważ pracowały one zawsze z maksymalną prędkością. Możliwość zmiany prędkości obrotowej, a przez to intensywności chłodzenia przy różnych obciążeniach pozwala na pracę wszystkich wentylatorów (najwyższa wydajność wieży) przy dużo niższym zużyciu energii. System przemieszcza tylko tyle powietrza, ile trzeba do pozbycia się ciepła, co oznacza dużo niższe zużycie energii.

• W celu zarządzania wibracjami poszczególnych wentylatorów konieczne było ich odstawianie, nawet przy wysokiej podaży energii, a zatem przy wysokim zapotrzebowaniu na chłodzenie. Możliwość utrzymywania wszystkich wentylatorów na chodzie, z niektórymi wentylatorami pracującymi z niższą prędkością w celu kontrolowania poziomu wibracji, zapewnia optymalne chłodzenie niezbędne dla wytwarzania prądu przez blok.

• Inną kwestią była konieczność ręcznych, okresowych zmian skoku łopat wentylatora związanych z różnicami gęstości powietrza w miesiącach letnich i zimowych. Same zmiany skoku wymagały prawie 480 roboczogodzin każdego roku. Pochłaniało to znaczące zasoby działu konserwacji, które były potrzebne do innych ważnych zadań na terenie zakładu, a także wymagało wynajmu dźwigów oraz zapewnienia bezpieczeństwa pracownikom podczas regulacji łopat.

Zarządzanie i ochrona zasobów

• Wentylatory są wyposażone w pięciometrowy wał napędowy z metalu i włókna szklanego łączący przekładnię wentylatora z silnikiem. Z uwagi na brak systemu hamowania stałym problemem było wiatrakowanie nienapędzanych wentylatorów, powodujące czasami problemy przy rozruchu, takie jak przeciążenia silników, duże siły skręcające wał napędowy lub problemy z przekładnią. W nowym systemie możliwości napędu M700 o zmiennej prędkości obejmują softstart oraz hamowanie przed rozruchem. Dodanie softstartu i hamowania wentylatora zminimalizowało przeciążenia momentu skręcającego wał napędowy podczas uruchamiania wentylatora oraz wyeliminowało problemy związane z wiatrakowaniem. Silniki nie są już nigdy poddawane wysokim prądom wysyłanym przez przełącznik bezpośredni.

• Problemem wież chłodniczych jest zamarzanie i tajanie. W przypadku lodu zamarzającego na bokach wieży istniejący system wymagał przestawienia wentylatorów na pracę wstecz, aby spróbować roztopić lód obciążający wloty do wieży. Może mieć to bardzo szkodliwe efekty, włącznie z zawaleniem się wieży w najgorszym przypadku. Odpowiednie zarządzanie przepływem powietrza w niskich temperaturach wykorzystujące zmienną prędkość obrotową wentylatorów może wyeliminować przechładzanie będące przyczyną formowania się lodu. Eliminuje to konieczność pracy wstecznej wentylatorów z wyjątkiem najbardziej niekorzystnych warunków pogodowych.

„Zdecydowaliśmy się na sprawdzenie rozwiązań z napędem o zmiennej częstotliwości (VFD) i początkowo rozważaliśmy trzech producentów” — powiedział Mark Leigh, konsultant techniczny firmy energetycznej. „Jednak Control Techniques [firma grupy Emerson] jako jedyna była w stanie zapewnić wymagane przez nas bardzo krótkie terminy realizacji projektu. Wykazali się również wysokimi kompetencjami technicznymi, polecając nam zoptymalizowane rozwiązanie”.

Napędy Control Techniques Unidrive M700 AC z obsługą przez Ethernet w czasie rzeczywistym zainstalowano w nastawni silników w elektrowni, gdzie sterują teraz 22 wentylatorami wież chłodniczych. Napędy zapewniają wysoką wydajność oraz elastyczne sterowanie silnikami indukcyjnymi i z magnesami trwałymi. Ponadto, co ważniejsze dla elektrowni, nowy Unidrive M700 zapewnia wysoką kontrolę nad procesem chłodzenia.

„Dla standardowego silnika elektrycznego zasilanego przez przełącznik bezpośredni zmienne to skok łopat wentylatora oraz gęstość powietrza, przy stałej mocy maksymalnej przy stałej prędkości obrotowej, w tym przypadku 1750 obr./min” — wyjaśnił Mark Leigh. „Natomiast zmienne dla silnika wentylatora zasilanego napędem VFD to prędkość i gęstość powietrza, a stałe to moc maksymalna i skok łopat wentylatora. W związku z tym robocizna wymagana do regulacji prędkości jest zerowa, ponieważ regulacja jest przeprowadzana automatycznie przez VFD w oparciu o granicę 200 KM, maksymalnej mocy silnika i rozrusznika. Szacujemy oszczędność pracy około czterech pracowników przez trzy tygodnie, czyli w przybliżeniu 480 roboczogodzin, co równa się około 38 000 USD rocznie”.

Więcej informacji można znaleźć pod adresem www.Emerson.com.