Slide 1

Седма международна конференция
БУЛАКВА 2015

Енергийно ефективна работа на помпи с
променливи обороти
инж. Боян Борисов


Slide 2

1. Въведение
• 1. 2. Същност и актуалност на проблема
• Голяма част от общите разходи за електричество във
водоразпределителните системи са за помпите;
• Непълноценно използване на потенциала за икономия на
електроенергия на помпите с променливи обороти (ППО) във
водоразпределителните системи (ВС);


Slide 3

1.2. Технически причини за непълноценното приложение
• Необходимост от комплексно оборудване;

• Необходимост от удобни и точни зависимости за базови
изчислителни компоненти (системни криви, разходно-напорни
характеристики на ППО, зависимости за изменение на КПД при
различни случаи и други);
• Необходимост от подходяща за практическо приложение
методика за статистическа обработка на водопотреблението на
съществуващи ВС;


Slide 4

• Необходимост от хидравлични модели;
• Липса на подходящи и достъпни за използване в практиката
оптимизационни изчислителни модели за реалистични типови
схеми на ВС.


Slide 5

2. Общи сведения
• Най-добрият начин за регулиране на производителността и
напора на центробежните помпи е промяната на скоростта на
въртене работното им колело.
• Най-често се използва преобразувател, който променя честотата
на захранващото напрежение към електродвигателя. Следва
промяна на скоростта на въртящото магнитно поле в статора,
скоростта на въртене на ротора, съответно скоростта на въртене
на вала и работното колело на помпата.


Slide 6

• Теоретични основи
- Закони на пропорционалността
Q



Qi

H

n

Hi

ni



n

2

ni

2

N
Ni



n

3

ni

3

- Криви на еднакво КПД
H
Q

2



H1
Q1

2

 k 1  const .

N
Q

3



N1
Q1

3

 k 2  const .


Slide 7

E 

Изчисляване на изразходената електроенергия


Q i , red .( H stat  s .Q i , red ).Ti
2

N


1000

i

i 1

, kW h

или
E€ 



N


1000

Q i , red .( H stat  s .Q i , red ).Ti . i
2

i

i 1

Es 

Специфична енергия
E
V

, kW h / m

3

, лв


Slide 8

• Уравнение на редуцирана характеристика на ППО

Нерегулирана помпа
а 2 .Q i  a1 .Q i  a 0  H i
2

Регулирана помпа
а 2 .Q red , i  a1 .k rs .Q red , i  a 0 .k rs  H red , i
2

2


Slide 9

3. Методи за намиране на коефициента на полезно действие
• При ВС: ППО - единичен водопровод - резервоар

• При ВС: ППО с преднапор - единичен водопровод - резервоар

  f ( Q red )  p 0  p1 .Q red  p 2 .Q

2
red

 ...  p n .Q

n
red


Slide 10

• При наличие на подходящ софтуер чрез пресичане на
повърхнината, описваща теоретичната зависимост за КПД=f(Q,H)
с параболичен цилиндър, издигнат от системната крива


Slide 11

4. Статистическа обработка на водопотреблението
• Водопотреблението е входен параметър за оптимизационните
модели
Синтезиране на данните от водомерите;


Slide 12

- Изчисляване на Qср.д. с норм. обезпеченост за дадена група
- Изготвяне на хистограми за времеви интервали (най-често 24) за
дните от една група.


Slide 13

- Конструира се фиктивно денонощие, чието денонощно
водопотребление е съставено от интервалните (часовите)
водопотребления с най-голяма честота
- Определяне на процентното
фиктивното денонощие

часово

разпределение

във

- Процентните часови разходи от фиктивното денонощие се
умножават по средноденонощното водно количество с
нормативна обезпеченост
- Получават се интервалните водни количества, въз основа на
които ще се съставя оптимизационния модел


Slide 14

• Използване на времеви редове за прогнозиране на водното
количество за следващия ден
- Класически метод


Slide 15

5. Оптимизационни модели
6.1. Обща структура
Целева функция:
f ( x )  f ( x1 , x 2 , ..., x n )

Интервални ограничения: Долна граница ≤x≤Горна граница
Линейни ограничения
Нелинейни ограничения


Slide 16

5.1. Оптимизиране на разхода на електроенергия при система
ППО - водопровод-резервоар при тритарифно заплащане.
Ed 

24

Q i , pum p .( H stat  s .Q i , pum p ). i .Ti

i 1

i

2



n

Q

n

i , pum p

.Ti  V in 

i 1

Q

i , cons

.Ti

- първа група 24 ограничения

i 1

n

Q

 н ощ   ден   върх .

n

i , pum p

.Ti  V in 

i 1

Q

i , co n s

.Ti  V m ax , a v

- втора група от 24 ограничения

i 1

n

Q
i 1

n

i , pum p

.Ti 

Q
i 1

i , cons

.Ti

- 49-то ограничение


Slide 17

5.2. Оптимизиране на разхода на електроенергия при система
ППО - водопровод-резервоар при пакетно тарифиране.
• За всеки час се заявява определено количество
киловатчасове на базова цена за kWh

• При надвишаването им се заплаща наказателна тарифа за
надвишението
• При частичното им изразходване се заплаща, макар и поевтино, недостига до заявеното количество киловатчасове


Slide 18

5.2. Оптимизиране на разхода на електроенергия при система
ППО - водопровод-резервоар при пакетно тарифиране.
E m onet , i 

E

i ,d

. i , d 

E

. i , b 

i ,b

E

i ,s

. i , s

когат о E i , d  0
EПримерен
  E i , d  случаи
E i , cons ),
 ( E i с малък
d
lim it

2
регулиращобем
. Q i , pumвp .( H stat  s .Q i , pum p ).Ti
E i , b  E i , cons 
резервоара
 i .1000

когат о E i , s  0
E i,s 



E i,s 



( E i , cons  E i

upp .lim it

)

 . Q i , pum p .( H s tat  s .Q i , pum p ).Ti
2

E i , cons 

 i .1000

E i ,b  E i

lim it

Варируеми параметри:
Qi,red, Ei limit


Slide 19

5.3. Едновременно намаляване на разхода за електроенергия
при тритарифно заплащане и количеството загубите от течовете
Q bruto  b0  b1 .Q net

𝑄𝑙𝑒𝑎𝑘 = 𝑐0,𝑙𝑒𝑎𝑘 + 𝑐1,𝑙𝑒𝑎𝑘 . 𝑄𝑛𝑒𝑡
E 



24


1000

i 1

L =



( b 0  b1 * Q net , i ).( H stat  s gr .( b 0  b1 * Q net , i ) ).Ti . i
2

i

Q leak , i * Ti  ( c 0 , leak  c1, leak .Q net ) * Ti , m

3

, лв


Slide 20

- Построяване на фронт на Парето, който онагледява
множеството на оптималните точки (оградени с червено).

-На всяка синя точка, която се
характеризира със стойности за
обема на загубите на вода от
течове (по хоризонтална ос) и
изразходената електроенергия
(по вертикалната ос),
съответства група от 24 (или n)
броя водни количества на ППО.


Slide 21

5.4. Оптимизиране на работата на две помпи, захранващи
напорен резервоар


Slide 22

5.4. Оптимизиране на работата на две помпи, захранващи
напорен резервоар
( Q1, i  Q 2 , i ). . i .Ti .( H stat  s .( Q1,i  Q 2 ,i ) )
2

Ei 

 об . 

i
Q . 1 . 2
Q1 . 2  Q 2 . 1

- Задължителен е хидравличен модел за построяване на
зависимостта: η=f(Q1,Q2).


Slide 23

5.4. Оптимизиране на работата на две помпи с променливи
обороти, захранващи напорен резервоар


Slide 24

5.5. Едновременно увеличаване на добива и намаляване на разхода на
електроенергия за реалистична водоразпределителна система
Водопроводната мрежа се захранва с турбина и ППО. Помпата е
настроена да поддържа постоянно налягане в отдалечена определяща
точка
E кон с .  кон с . ен ергия
от пом пат а

E произв .  произв . ен ергия
от т урбин ат а


Slide 25

• Целева функция
Търси се оптималният режим на работа на турбината
или чрез градиентни методи
Е sum

 E кон с .  E произв , случ ай А  м ин им изация

 E произв .  E кон с . , случ ай Б  т ърсен е н а м аксим ум

или чрез двукритериално оптимизиране с фронт на Парето

• Необходим е хидравличен модел за
съставяне на зависимости, показани на следващите слайдове


Slide 26

• Зависимост за изразходената електроенергия

E кон сум .  f ( Q dem and , H outlet )


Slide 27

• Зависимост за добитата електроенергия

E произв .  f ( Q net , H

turb .
outlet

)


Slide 28

• След минимизация се установяват 24 стойности на изходното
налягане на турбината, при които сумарно разходът на
електроенергия е минимален или добивът е максимален


Slide 29

Седма международна конференция
БУЛАКВА 2015

Благодаря за вниманието