تحقیق مقاله بهینه سازی مصرف برق واحد های 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:

صرفه‌ جویی 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.

1 موتور ها:

11 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 افزایش هزینه را جبران می نماید.

21 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.

31 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 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.

41 کارایی موتور هایی 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.

51 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.

61 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.

71 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.

81 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.

91 یکی از راه‌ های 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 در قدرتهای بالاتر از KW 37، افزایش قیمت کمتر از 10% می‌باشد.