Как повысить эффективность производства

Одними из наиболее значимых статей производственных затрат являются затраты на энергоресурсы и компенсацию их потерь. Эта статья расходов постоянно растет и на сегодняшний день в себестоимости конечной продукции российских производителей по ряду отраслей она достигает 75%, что в 5-7 раз выше зарубежных показателей [1]. Чтобы хоть как-то удержать тенденцию, правительству приходится принимать специальные меры для сдерживания роста тарифов. А если принять во внимание сложность текущей экономической ситуации и туманные перспективы ее развития, то фактор энергосбережения становится одним из наиболее значимых для выживания промышленных предприятий.

Сегодня существует множество путей и методов снижения энергопотребления на производстве. Например, по мнению генерального директора компании «Энергостроительные системы» Владимира Захарченко, 30-35% экономии эксплуатационных расходов тепловой энергии дает подключение предприятий к сетям теплоснабжения по независимой схеме[2].

Если говорить о снижении производственных энергозатрат, то здесь большой эффект дает использование частотных преобразователей для управления электродвигателями. Принцип работы этих устройств достаточно прост. Они позволяют плавно регулировать частоту вращения двигателя, когда нагрузка на него непостоянна. Это дает значительное снижение энергозатрат, и тому есть множество примеров из практики.

«В 2011 году мы провели обследование объектов Дорогобужского завода азотных удобрений и, сделав соответствующие расчеты, пришли к выводу, что использование частотных приводов позволит на 87% снизить потребление электроэнергии вентиляторами установки аэрации, а инвестиции окупятся примерно за 7 месяцев», — рассказывает Павел Федотов, менеджер по работе с ключевыми клиентами компании «Данфосс», ведущего мирового производителя энергосберегающего оборудования.

Как поясняет специалист, установка аэрации в цехе очистки сточных вод ОАО «Дорогобуж» состоит из четырех вентиляторов: три с электродвигателями мощностью 160 кВт и один — 110 кВт. Они необходимы для насыщения кислородом сточных вод, проходящих через цех очистки. На установке особенно важно обеспечить оптимальный режим насыщения кислородом в нужной концентрации и при отсутствии бурления. Это позволяет поддерживать жизнь бактерий, участвующих в цикле очистки. Вентиляторы включаются поочередно для обеспечения равномерного износа оборудования, а регулирование расхода осуществляется частичным открытием задвижки на трубопроводе.

Вентиляторы, используемые в цехе, являются механизмами с большим моментом инерции и, как следствие, высокими механическими и электрическими перегрузками при запуске, негативно влияющими как на сами агрегаты, так и на электрооборудование объекта. Специалисты «Данфосс» предложили включить в систему управления пуском трех больших вентиляторов трехфазный преобразователь частоты серии Danfoss HVAC Drive (мощность – 160 кВт). Для обеспечения равномерного износа агрегатов переключение между ними будет осуществляться с помощью коммутирующей аппаратуры. Применение преобразователя для управления четвертым вентилятором мощностью 110 кВт было признано нецелесообразным.

Использование частотного регулятора обеспечивает плавный пуск двигателя с малыми пусковыми токами, что увеличивает срок службы оборудования, дает возможность производить запуск вентиляторов практически без перегрузок и ликвидировать провалы напряжения. Также это позволит снизить энергопотребление и контролировать расход стоков по сигналу датчика обратной связи, что исключает влияние человеческого фактора и обеспечивает плавное изменение и поддержание заданного расхода с большой точностью. Кроме того, преобразователи частоты имеют функцию защиты обмоток неработающего электродвигателя от увлажнения. Она реализуется благодаря периодической подаче постоянного тока на обмотки электродвигателя и позволяет избежать его повреждения из-за образования конденсата, сэкономив на специальных подогревающих устройствах.

Применение частотных приводов для экономии энергии и увеличения срока службы оборудования целесообразно на любых установках и агрегатах, где используется электропривод. Приведем еще один пример такого решения — минимизацию энергозатрат на береговой насосной станции Аргаяшской ТЭЦ. Объект предназначен для технического водоснабжения ТЭЦ и оснащен четырьмя насосами, обеспечивающими суммарную максимальную подачу воды 15 м³/с (подача регулируется дросселями).

«Изучив технологические режимы оборудования, помещения установки приводной техники, гидравлические и электрические схемы станции, мы пришли к выводу, что режим работы станции не оптимален, оборудование сильно изношено и обладает повышенным энергопотреблением. Однако есть возможность существенно снизить потребление энергии. Было предложено заменить существующие циркуляционные насосы на более современные, а высоковольтную систему подключения – на низковольтную, с питанием электродвигателей насосов через частотно-регулируемый преобразователь», — рассказывает Павел Федотов.

Для реализации проекта был выбран частотный преобразователь Danfoss VLT AQUA Drive мощностью 900 кВт и напряжением 690 В, со встроенным фильтром ЭМС класса А2, встроенным фильтром гармоник и степенью защиты IP21. Данная схема позволяет снизить энергопотребление насосного агрегата, убрать ударные нагрузки при пуске и автоматизировать процесс регулирования. А наличие у частотного преобразователя встроенных фильтров гармоник и ЭМС позволяет не только защитить сам преобразователь, но и уменьшить вредное воздействие на другое оборудование.

Согласно расчетам специалистов, благодаря замене насоса и установке преобразователя частоты общая экономия электроэнергии на береговой насосной станции за год составит 25% при сроке окупаемости проекта 4,2 года. Кроме прямого эффекта экономии электроэнергии, установка частотных преобразователей повысит производительность оборудования и позволит снизить расходы на его ремонт. «В частности, за счет отсутствия гидравлических ударов в системе срок службы трубопроводной арматуры увеличивается в 1,5 раза, а благодаря автоматизации снижается риск порыва трубопроводов и появляется возможность удаленной диагностики, что значительно упрощают управление всей системой», — поясняет Павел Федотов.

Не менее интересен опыт самого производителя энергосберегающего оборудования, использующего собственные решения для минимизации энергозатрат на производстве. Комплекс производственных и офисных зданий компании «Данфосс» в подмосковном Нахабино расположен на участке в 11,4 га, а его полезная площадь составляет около 18 тыс. м². Здесь находятся производственные цеха (3000 м²), склады и офисы. Всю потребность комплекса в тепловой и электроэнергии обеспечивает собственная мини-ТЭЦ, суммарная электрическая мощность которой составляет 1,14 МВт и тепловая — 1,4 МВт.

Несмотря на то, что с момента ввода в эксплуатацию в 2007 году площади комплекса увеличились на 30%, мощность энергоблока не наращивалась. При этом рост потребления электроэнергии почти на 60% (главным образом за счет расширения производственной базы) сопровождалось увеличение расхода природного газа всего примерно на 25%. По итогам 2014-го года эти показатели составили 3 111 955 кВт-ч и 1 381 213 м³ соответственно. В данный момент на предприятии выпускается более 70 номенклатурных единиц продукции. Их число постоянно растет, например, весной 2015 года в рамках программы повышения степени локализации производства было запущено производство стальных шаровых кранов для систем теплоснабжения, а летом планируется расширение производства блочных тепловых пунктов.

«При строительстве комплекса использовались легкие бетонные панели с утеплителем «Парастек» и панели «Тримо» с алюминиевым защитным слоем, а также герметичные стеклопакеты с теплоотражающим покрытием. Количество радиаторов отопления в офисах минимально, и все они оборудованы терморегуляторами. В основномотопление осуществляется посредством подогрева воздуха в системах приточной вентиляции: конвекторы собственного производства встроены в подоконники, пол и потолок. Это гораздо более эффективно, особенно если учесть, что во всех зданиях комплекса применяется технология рекуперации тепла. Общеобменная вентиляция подает отработанный воздух в теплообменники для нагрева холодного атмосферного воздуха в приточных каналах, что позволяет сократить потребление тепла примерно на 50%. Дополнительную экономию дает использование частотных преобразователей Danfoss в насосных системах тепловых пунктов и вентиляции. Все климатическое оборудование управляется автоматикой и работает в согласованных режимах», — рассказывает Владимир Ермолаев, главный инженер производственно-складского и офисного комплекса «Данфосс».

Кроме того, на предприятии используются возобновляемые источники энергии. Например, автономный корпус № 16 площадью 217 м² получает энергию для систем отопления, кондиционирования и горячего водоснабжения от геотермального теплового насоса Danfoss мощностью 16 кВт со среднегодичным значением коэффициента трансформации SPF 3,6 единицы помощью грунтового коллектора 600 м². Также на территории комплекса установлена экспериментальная солнечная электростанция.

Использование современных энергоэффективных технологий позволяет комплексу «Данфосс» демонстрировать одни из наиболее высоких в современной российской промышленности показатели энергоэффективности.

Высокая энергоемкость является одним из основных факторов, замедляющих развитие российской экономики и промышленности. Однако сегодня существует множество технических решений, которые позволяют даже без глобальной реконструкции и перестройки производства продукции и энергоресурсов значительно оптимизировать их стоимость. Применение таких технологий является залогом успешной модернизации экономики.