Экономия энергии

Сегодня особенно важно повышение эффективности переработки сельскохозяйственного сырья. Это связано с необходимостью увеличения объемов отечественного производства пищевой продукции и снижения ее себестоимости. Один из путей снижения затрат - эффективное использование электроэнергии.

Продукция переработки зерна занимает значительное место в рационе питания человека. Несмотря на технологическую революцию в ряде отраслей промышленности, технологии хранения и переработки зерна в значительной мере не изменяются уже на протяжении многих лет. Это является следствием специфичности зерна, как объекта переработки. Поэтому особенно актуальными для отрасли становятся вопросы оптимизации существующих технологий, снижения издержек, удельных затрат и повышения производительности технологического оборудования. Процедуры оптимизации предполагают возможность оперативного контроля параметров работы отдельных единиц оборудования, возможность обработки измеренных данных вместе с сопутствующей информацией, наличие формализованной критериальной функции оптимизации, возможность оперативного управления.

В качестве параметра, характеризующего режим работы оборудования, может быть использован один из наиболее очевидных показателей - потребляемая приводом механизма активная мощность. Этот параметр является индикатором механической нагрузки механизма. Показатели активной потребляемой мощности совокупности механизмов, образующих технологическую линию, контролируемые как в статике, так и в динамике, могут давать оценку согласованности режимов работающих совместно механизмов. Измерительный комплекс, реализующий поэлементный оперативный контроль параметров энергопотребления отдельных единиц оборудования, может явиться основой при решении задачи оптимизации сложной технологи-ческой системы.

Другим основанием для применения систем оперативного контроля энергопотребления является высокая доля энергетической составляющей в себестоимости технологических операций с зерном. Для выявления резервов экономии необходимо провести анализ пооперационных затрат электроэнергии в технологических процессах обработки, хранения, переработки и транспортирования зерна.

Вступивший в действие в 2010 г. федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» одним из ключевых направлений повышения энергоэффективности называет — повсеместное внедрение систем детализированного учета и контроля энергопотребления.

Силами Кубанского филиала ГНУ ВНИИЗ Россельхозакадемии на примере нескольких типов элеваторов проводилось изучение различных аспектов создания автоматизированных систем контроля энергопотребления основного технологического оборудования. Работы осуществлялись в рамках общего направления деятельности лаборатории, связанной с разработкой комплексных программно-технических средств для технологического контроля и управления в системах хранения и переработки сельскохозяйственного сырья.

При решении задачи контроля энергопотребления анализировались обобщенные технологические параметры и характеристики основного оборудования элеватора, режимы работы оборудования, способы реализации маршрутного управления и взаимных блокировок элементов технологического комплекса. В результате анализа разработаны требования к пара-метрам измерительных средств, к общей структуре системы контроля, к организации подсистемы сбора и передачи данных, к параметрам среды передачи данных, к программным средствам обеспечения автоматизированного опроса, визуализации, хранения, обработки и анализа данных. Выработана стратегия использования оперативных и учетных данных об энергопотреблении отдельных единиц технологического и транспортного оборудования с целью оптимизации технологических режимов работы оборудования.

Основные энергетические затраты элеватора приходятся на транспортирование зерновой массы. Однако при этом значительную часть составляют энергозатраты на аспирацию, обеспечивающую соблюдение в рабочей зоне условий взрывопожаробезопасности, а также на обработку зерна, обеспечивающую сохранение его качественных показателей при длительном хранении (очистку, сушку, активное вентилирование).

Соотношение энергозатрат на транспортирование зерновой массы и на работу вспомогательного оборудования составляет обычно более чем 5:1. В абсолютных выражении для среднестатистического маршрута элеватора типа ЛВ 4х175 эти величины составят, соответственно, 60кВт и 10кВт. При этом общая установленная мощность транспортного оборудования такого элеватора составит около 260кВт и аспирационного оборудования — около 100кВт.

Контроль только интегрального показателя обобщенного электропотребления оборудования дает возможность оценить эффективность его работы на интервале времени, но не позволяет выявлять участки и условия неэффективного функционирования.

Оперативный контроль электропотребления оборудования элеватора, производимый раз-дельно для единиц оборудования с разверткой и регистрацией во времени в более полной мере обеспечивает возможность энергоаудита объекта, оптимизации режимов работы технологического оборудования, повышения энергетической эффективности его работы.

При создании системы оперативного контроля энергопотребления для элеватора существенное значение имеют следующие факторы: выявление механизмов со значимыми величина-ми потребления электроэнергии, оценка характера энергопотребления этими механизмами; способы измерения и технические средства контроля потребляемой электрической мощности; способ опроса измерителей мощности, способ передачи измеренных данных, способ хранения и представления измеренных данных; способ совмещенного анализа результатов контроля энергопотребления; выявление технически обоснованных решений по обеспечению повышения энергетической эффективности элементов технологического комплекса.

При наличии развернутой автоматизированной системы управления оборудованием элеватора, вопросы оперативного контроля энергопотребления зачастую решаются в рамках самой системы управления. При этом в качестве измерительных преобразователей используются датчики потребляемого нагрузкой тока с нормированным выходным сигналом. Такие измерители могут быть как трансформаторного типа, так и на базе датчиков Холла. Сигналы от измерительных преобразователей при этом подаются на аналоговые входы управляющего контроллера и по интерфейсу передаются в компьютерную систему обработки, отображения и регистрации. Измеряемые значения потребляемого тока записюваются в базу данных, откуда запросами осуществляется выборка измеренных значений для их связанной обработки. В описанном техническом решении осуществляется измерение тока, а не активной мощности, что может искажать результаты измерений при значительной доле реактивной составляющей в потребляемой электрической мощности. Как правило, такого рода системы строятся на базе так называемых SCADA систем (аббревиатура в русском переводе - диспетчерское управление и получение данных), основным назначением которых является автоматизированное управление оборудованием.

Другой способ реализации систем оперативного контроля потребляемой мощности основан на использовании в качестве измерителей потребляемой активной мощности счетчиков электрической энергии, оснащенных встроенным интерфейсом для передачи данных. При этом в простейшем случае возможно применение счетчиков с импульсным выходом. Тогда в качестве устройства сопряжения с компьютерной системой применяется счетчик импульсов или регистратор с цифровым последовательным интерфейсом. Более удобным вариантом является применение электросчетчика со встроенным архиватором и многоточечным цифровым последовательным интерфейсом. Все установленные в системе электросчетчики в этом случае объединяются по общей шине передачи данных и подключаются к компьютерной системе оп-роса и регистрации.

Положительной стороной такого варианта построения системы является с одной стороны возможность измерений именно активной мощности, в более полной мере характеризующей работу оборудования. С другой стороны такое решение обладает повышенной возможностью масштабирования, в том числе с применением разнородных каналов связи для территориально распределенных систем контроля энергопотребления. В качестве программного обеспечения компьютерной обработки и регистрации данных в этом случае может быть использована одна из известных учетных систем. Сохраненные за длительный промежуток времени данные могут статистически обрабатываться с целью выявления взаимных зависимостей, по ним могут строиться разнообразные отчеты, данные могут экспортироваться в другие системы.

В отношении удельной стоимости, второй из рассмотренных вариантов построения автоматизированной системы контроля параметров энергопотребления предпочтительнее поскольку электросчетчик является массово выпускаемым изделием и его стоимость сравнительно невысока. При этом типовые программные средства для учетных систем доступны по стоимости, а для ограниченного количества подключенных электросчетчиков и вовсе бесплатны. При необходимости, опрос электросчетчиков, сохранение и обработка данных могут быть организованы и на базе тех же SCADA систем, поскольку для большинства электросчетчиков имеются специальные программные средства — OPC серверы, обеспечивающие разработчика простым механизмом обмена данными с внешними устройствами.

Таким образом, внедрение на предприятиях хранения и переработки зерна систем оперативного поэлементного контроля энергопотребления, обеспечивает одновременное решение задач энергосбережения и повышения эффективности производства.

Ю.Ф. Марков, зам. директора по научной работе Кубанский филиал ГНУ ВНИИЗ Россельхозакадемии