Анализ срока окупаемости модернизированной насосной установки при использовании асинхронных двигателей повышенных классов энергоэффективности

Автор(и)

  • V.V. Goman Нижнетагильский технологический институт (филиал) Уральского федерального университета, Российская Федерация https://orcid.org/0000-0002-5789-2295
  • V.A. Prakht Уральский федеральный университет, Российская Федерация http://orcid.org/0000-0002-9218-0250
  • V.M. Kazakbaev Уральский федеральный университет, Российская Федерация http://orcid.org/0000-0002-5395-8787
  • V.A. Dmitrievskii Уральский федеральный университет, Российская Федерация http://orcid.org/0000-0002-9463-5001
  • E.A. Valeev Нижнетагильский технологический институт (филиал) Уральского федерального университета, Российская Федерация
  • A.S. Paramonov Уральский федеральный университет, Российская Федерация

DOI:

https://doi.org/10.20998/2074-272X.2021.1.03

Ключові слова:

центробежный насос, энергоэффективность, класс энергоэффективности, асинхронный электродвигатель, энергосбережение, жизненный цикл, срок окупаемости, дроссельное регулирование

Анотація

Цель. Сравнительный анализ расчетов энергопотребления, затрат на электроэнергию в течение жизненного цикла и сроков окупаемости насосной установки с 2-полюсными асинхронными электродвигателями мощностью 90 кВт различных классов энергоэффективности, питающимися напрямую от электрической сети. Методика Рассматриваемые режимы работы соответствовали типовому циклу работы, характерному для насосных установок с приблизительно постоянным расходом 75-110 % от номинального. Расчет основывался на паспортных данных насоса и электродвигателей, которые в свою очередь основаны на экспериментальных данных производителей. Результат В статье произведен расчеты энергопотребления, затрат на электроэнергию и сроков окупаемости насосной установки с 2-полюсными асинхронными электродвигателями мощностью 90 кВт, питающимися напрямую от электрической сети. Рассмотрено применение электродвигателей с классами энергоэффективности IE2, IE3 и IE4. Практическое значение. Показано, что в случае замены электродвигателя класса энергоэффективности IE2 в связи с плановой модернизацией электродвигателем класса энергоэффективности IE4 срок окупаемости для электродвигателя класса энергоэффективности IE4 составляет 2,18 года, экономия электроэнергии в течение расчетного 20-летнего срока эксплуатации составляет 268 МВт·ч, что в денежном выражении составляет 41110 €. При тех же условиях замена электродвигателя класса энергоэффективности IE2 на электродвигатель класса энергоэффективности IE3 позволит достичь экономии электроэнергии в течение расчетного срока эксплуатации 88 МВт·ч, что составляет в денежном выражении 13500 €, и срока окупаемости 5,11 года. Таким образом, в статье показано, что, несмотря на более высокую начальную стоимость, выбор электродвигателя класса энергоэффективности IE4 более выгоден с экономической точки зрения.

Біографії авторів

V.V. Goman, Нижнетагильский технологический институт (филиал) Уральского федерального университета, Российская Федерация

К.т.н.

V.A. Prakht, Уральский федеральный университет, Российская Федерация

К.т.н.

V.M. Kazakbaev, Уральский федеральный университет, Российская Федерация

К.т.н.

V.A. Dmitrievskii, Уральский федеральный университет, Российская Федерация

К.т.н.

E.A. Valeev, Нижнетагильский технологический институт (филиал) Уральского федерального университета, Российская Федерация

Студент

A.S. Paramonov, Уральский федеральный университет, Российская Федерация

Студент

Посилання

Rotating electrical machines – Part 30-1: Efficiency classes of line operated AC motors (IE code). IEC 60034-30-1/ Ed. 1; IEC: 2014-03. Available at: https://webstore.iec.ch/publication/136 (accessed on 10 June 2020).

Rotating electrical machines – Part 30-2: Efficiency classes of variable speed AC motors (IE-code) IEC 60034-30-2/ IEC: 2016-12. Available at: https://webstore.iec.ch/publication/30830 (accessed on 10 June 2020).

European Commission. Study on improving the energy efficiency of pumps, 2001. Available at: https://www.jacobalbertsen.dk/komposit/Darmstadtrapport.pdf (accessed on 10 June 2020).

European Commission Regulation (EC) No. 640/2009 implementing Directive 2005/32/ EC of the European Parliament and of the Council with Regard to Ecodesign Requirements for Electric Motors, (2009), amended by Commission Regulation (EU) No 4/2014 of January 6, 2014. Document 32014R0004. Available at: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A32014R0004 (accessed on 11 June 2020).

Commission Regulation (EU) 2019/1781 of 1 October 2019 laying down ecodesign requirements for electric motors and variable speed drives pursuant to Directive 2009/125/EC of the European Parliament and of the Council, amending Regulation (EC) No 641/2009 with regard to ecodesign requirements for glandless standalone circulators and glandless circulators integrated in products and repealing Commission Regulation (EC) No 640/2009. Available at: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:32019R1781&from=EN (accessed on 10 June 2020).

Efficiency regulations for motors: international norms. NORD DRIVESYSTEMS Group, S4700 Part. No. 6069202 / 4019. Available at: https://www.nord.com/cms/media/documents/bw/S4700_6069202_4019_Screen.pdf (accessed on 11 June 2020).

Phillips R., Tieben R. Improvement of Electric Motor Systems in Industry (IEMSI). Proceedings of the 10th international conference on energy efficiency in motor driven systems (EEMODS' 2017), Rome, Italy, September 6-8, 2017. pp. 53-67. doi: http://dx.doi.org/10.2760/345473.

Arun Shankar V.K., Umashankar S., Paramasivam S., Hanigovszki N. A comprehensive review on energy efficiency enhancement initiatives in centrifugal pumping system. Applied Energy, 2016, vol. 181, pp. 495-513. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.08.070.

Ahonen T., Orozco S.M., Ahola J., Tolvanen J. Effect of electric motor efficiency and sizing on the energy efficiency in pumping systems. 2016 18th European Conference on Power Electronics and Applications (EPE’16 ECCE Europe), Sep. 2016, Karlsruhe, pp. 1-9. doi: https://doi.org/10.1109/epe.2016.7695671.

Van Rhyn P., Pretorius J.H.C. Utilising high and premium efficiency three phase motors with VFDs in a public water supply system. 2015 IEEE 5th International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives (POWERENG), May 2015, Riga, pp. 497-502. doi: https://doi.org/10.1109/powereng.2015.7266367.

Brinner T.R., McCoy R.H., Kopecky T. Induction versus permanent-magnet motors for electric submersible pump field and laboratory comparisons. IEEE Transactions on Industry Applications, 2014, vol. 50, no. 1, pp. 174-181. doi: https://doi.org/10.1109/tia.2013.2288203.

Kazakbaev V., Prakht V., Dmitrievskii V., Ibrahim M., Oshurbekov S., Sarapulov S. Efficiency analysis of low electric power drives employing induction and synchronous reluctance motors in pump applications. Energies, 2019, vol. 12, no. 6, p. 1144. doi: https://doi.org/10.3390/en12061144.

Commission Regulation (EC) No 641/2009 of July 22, 2009 implementing Directive 2005/32/EC of the European Parliament and of the Council with regard to ecodesign requirements for glandless standalone circulators and glandless circulators integrated in products, amended by Commission Regulation (EU) No 622/2012 of July 11, 2012. Document 02009R0641-20170109. Available at: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A02009R0641-20170109 (accessed on 11 June 2020).

Extended product approach for pumps, Copyright © 2014 by Europump. Published by Europump. Available at: http://europump.net/uploads/Extended%20Product%20Approach%20for%20Pumps%20-%20A%20Europump%20guide%20(27OCT2014).pdf (accessed on 11 June 2020).

Stoffel B. Assessing the Energy Efficiency of Pumps and Pump Units. Background and Methodology. Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2015. doi: https://doi.org/10.1016/b978-0-08-100597-2.00009-4.

Commission regulation (EU) No 547/2012 of June 25, 2012 implementing Directive 2009/125/EC of the European Parliament and of the Council with regard to ecodesign requirements for water pumps. Available at: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX%3A32012R0547 (accessed on 11 June 2020).

Goman V.V., Oshurbekov S.Kh., Kazakbaev V.M., Prakht V.A., Dmitrievskii V.A. Comparison of energy consumption of various electrical motors operating in a pumping unit. Electrical engineering & electromechanics, 2020, no. 1, pp. 16-24. doi: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2020.1.03.

Oshurbekov S.Kh., Kazakbaev V.M., Prakht V.A., Dmitrievskii V.A., Paramonov A.S. Analysis of electricity consumption of induction motors of IE1 and IE2 efficiency classes in a 11 kW pump installation. Electrical engineering & electromechanics, 2020, no. 5, pp. 18-24. doi: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2020.5.03.

Technical regulations of Eurasian Economic Union (TR EAEC 048/2019). About requirements of the energy efficiency of power consuming devices. (Rus). Available at: https://www.garant.ru/products/ipo/prime/doc/73240518/ (accessed on 01 June 2020).

W22 High Efficiency IE2 90 kW 2P 280S/M 3Ph 380-415/660//460 V 50 Hz IC411 – TEFC – B34T. Product Details. Available at: https://www.weg.net/catalog/weg/CI/en/Electric-Motors/Low-Voltage-IEC-Motors/General-Purpose-ODP-TEFC/Cast-Iron-TEFC-General-Purpose/W22---Cast-Iron-TEFC-General-Purpose/W22-IE2/W22-IE2-90-kW-2P-280S-M-3Ph-380-415-660-460-V-50-Hz-IC411---TEFC---B34T/p/12999061 (accessed on 01 June 2020).

W22 Premium Efficiency IE3 90 kW 2P 280S/M 3Ph 380-415/660//460 V 50 Hz IC411 – TEFC – B3T. Product Details. Available at: https://www.weg.net/catalog/weg/CI/en/Electric-Motors/Low-Voltage-IEC-Motors/General-Purpose-ODP-TEFC/Cast-Iron-TEFC-General-Purpose/W22---Cast-Iron-TEFC-General-Purpose/W22-IE3/W22-IE3-90-kW-2P-280S-M-3Ph-380-415-660-460-V-50-Hz-IC411---TEFC---B3T/p/12862411 (accessed on 10 June 2020).

W22 Super Premium Efficiency IE4 90 kW 2P 280S/M 3Ph 400/690//460 V 50 Hz IC411 – TEFC – B3T. Product Details. Available at: https://www.weg.net/catalog/weg/AZ/en/Electric-Motors/Low-Voltage-IEC-Motors/General-Purpose-ODP-TEFC/Cast-Iron-TEFC-General-Purpose/W22---Cast-Iron-TEFC-General-Purpose/W22-IE4/W22-IE4-90-kW-2P-280S-M-3Ph-400-690-460-V-50-Hz-IC411---TEFC---B3T/p/12774372 (accessed on 10 June 2020).

NB 65-315/308 AF2ABAQE 97836805. Product Details. Available at: https://product-selection.grundfos.com/product-detail.product-detail.html?custid=GMO&productnumber=97836805&qcid=1019268753 (accessed on 10 June 2020).

Eurostat Data for the Industrial Consumers in Germany. Available at: http://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Electricity_price_statistics#Electricity_prices_for_industrial_consumers (accessed on 11 June 2020).

Pump Life Cycle Costs: A Guide to LCC Analysis for Pumping Systems. Executive Summary. Hydraulic Institute (Parsippany, NJ); Europump (Brussels, Belgium); Office of Industrial Technologies Energy Efficiency and Renewable Energy U.S. Department of Energy (Washington, DC). January 2001, pp. 1–19. Available at: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2014/05/f16/pumplcc_1001.pdf.

Waghmode L.Y., Sahasrabudhe A.D. A comparative study of life cycle cost analysis of pumps. In Proceedings of the International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conference (ASME 2010), Montreal, QC, Canada, 15-18 August 2010, vol. 6, pp. 491-500. doi: https://doi.org/10.1115/DETC2010-28034.

AC Electric Motor. Available at: https://www.acelectricmotor.co.uk/ (accessed on 11 June 2020).

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-02-23

Як цитувати

Goman, V. ., Prakht, V. ., Kazakbaev, V. ., Dmitrievskii, V. ., Valeev, E. ., & Paramonov, A. . (2021). Анализ срока окупаемости модернизированной насосной установки при использовании асинхронных двигателей повышенных классов энергоэффективности. Електротехніка і Електромеханіка, (1), 15–19. https://doi.org/10.20998/2074-272X.2021.1.03

Номер

Розділ

Електричні машини та апарати