مزایای درایوهای فرکانس متغیر: شهر کلمبوس مطالعه موردی

درایو فرکانس متغیر (VFDs) می تواند راندمان را تا حد زیادی در هنگام استفاده در ایستگاه های پمپاژ و سیستم های هوادهی در تاسیسات تصفیه فاضلاب بهبود بخشد.

بیاموزید که چگونه شهر کلمبوس از VFD ها برای کاهش قابل توجه تقاضای برق و کاهش هزینه های انرژی در WWTF خود استفاده می کند.

یک درایو با سرعت متغیر (VSD) چیست؟
درایو سرعت متغیر (VSD) هر وسیله ای است که برای تغییر سرعت شفت موتور استفاده می شود. اینها می توانند کوپلینگ های چسبناک، گیربکس ها، تسمه ها، درایوهای جریان گردابی و/یا درایوهای موتور زخمی باشند.

یک درایو فرکانس متغیر (VFD) چیست؟
درایو فرکانس متغیر (VFD) یک دستگاه الکترونیکی حالت جامد با یک خروجی قابل تنظیم است قیمت اینورتر پله برقی  که یک موج سینوسی را تقلید می کند. VFD کاربردی ترین و رایج ترین نوع دستگاه VSD است که در حال حاضر در صنعت آب و فاضلاب استفاده می شود.

مزایای VFDS
VFD ها را می توان در ایستگاه های پمپاژ و سیستم های هوادهی در تصفیه فاضلاب استفاده کرد. برای ایستگاه های پمپاژ، VFD ها سرعت شفت موتور پمپ و نرخ پمپاژ ناشی از آن را کاهش می دهند. هنگام کار در شرایط عادی، کاهش نرخ پمپاژ کل هد دینامیکی (TDH) سیستم را کاهش می دهد. این امر به ویژه برای سیستم‌هایی با سیستم‌های لوله‌کشی طولانی و/یا سرعت سیال بالا، که باعث تلفات اصطکاک قابل‌توجهی می‌شود و در نتیجه منحنی‌های شیب‌دار سیستم در نرخ‌های اوج جریان ایجاد می‌کنند، مؤثر است.

علاوه بر این، برای سیستم های پمپاژ با VFD و کنترل های مناسب (معمولا یک کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC)) می توان سرعت پمپ را برای حفظ سطح آب معین کنترل کرد. این باعث افزایش میانگین سطح آب در یک چاه مرطوب می شود که TDH سیستم پمپاژ را کاهش می دهد.

انرژی ویژه، انرژی مورد استفاده برای پمپاژ حجم مشخصی از آب، برای اندازه گیری اثربخشی VFD ها مفید است. انرژی ویژه معمولاً بر حسب kWH/MG اندازه گیری می شود.

شهر کلمبوس مطالعه موردی

تاسیسات تصفیه فاضلاب شهر کلمبوس (WWTF) قبلا از پنج پمپ خطی با سرعت ثابت و ورودی استفاده می کرد. در سال 2011، شهر سه پمپ از پمپ‌ها را با پمپ‌های زیردریایی خشک با سرعت متغیر جایگزین کرد. پمپ های جایگزین تقریباً همان راندمان هیدرولیکی پمپ های اصلی داشتند. دو پمپ دیگر که تعویض نشدند برای مقاصد اضطراری نگهداری می شدند و معمولاً کار نمی کردند.

علاوه بر جایگزینی پمپ، شهر کنترل های پمپ را ارتقا داد و PLC هایی را برای کنترل عملکرد پمپ اضافه کرد. این به شهر اجازه داد تا میانگین پمپ را در سطح "روشن" افزایش دهد و هد استاتیک پمپ ها را کاهش دهد. توجه: سرعت جریان ورودی به اندازه کافی برای تنظیم سطح چاه مرطوب ثابت کافی نبود.

شهر استفاده از برق را قبل و بعد از پروژه تعویض پمپ نظارت کرد. پس انداز شامل:

انرژی ویژه قبل از تعویض پمپ: 259 کیلووات ساعت/MG

انرژی ویژه پس از تعویض پمپ: 179 کیلووات ساعت/MG

کاهش مصرف انرژی: 30%

VFD ها همچنین می توانند برای کاهش تقاضای برق هنگام راه اندازی پمپ استفاده شوند. VFD ها نوعی استارت ولتاژ کاهش یافته هستند که در مقایسه با پمپ با سرعت ثابت که به سادگی "روشن" یا "خاموش" است، به کاهش تقاضای اوج توان کمک می کند. نیازهای برق مهم هستند، زیرا اکثریت قریب به اتفاق هزینه های انرژی برای یک فاکتور ماهانه یک شرکت معمولی را تشکیل می دهند.

شهرداری تقاضای برق آنها را قبل و بعد از پروژه تعویض پمپ نظارت کرد. پس انداز شامل:

تقاضای برق قبل از تعویض پمپ: 60 کیلو وات

تقاضای برق پس از تعویض پمپ: 30 کیلو وات

شهر همچنین از VFD ها به عنوان بخشی از پروژه ارتقای هوادهی استفاده کرد تا با نرخ هوادهی لازم برای الزامات فرآیند مطابقت بیشتری داشته باشد. قبل از ارتقاء، شهر توانایی "شماره گیری" تجهیزات به میزان هوادهی مورد نیاز را نداشت. این منجر به هوادهی بیش از حد برای تصفیه بیولوژیکی شد، مسئله ای که در تصفیه خانه های فاضلاب غیرمعمول نیست.

این پروژه شامل تغییر دمنده های جایگزین از نوع گریز از مرکز چند مرحله ای به نوع جابجایی مثبت، VFD برای دمنده ها، کنترل های به روز شده برای دمنده ها، و جایگزینی پخش کننده های حباب ریز بود.

دمنده های جایگزین ثابت کردند که کارآمدتر از اصلی هستند. شهر فاکتورهای آب و برق قبل و بعد از پروژه را مقایسه کرد. هیچ فرآیند دیگری تغییر نکرد و حجم کل پمپاژ ورودی برای هر ماه تقریباً مشابه قبل از بهبودها بود.

پس انداز شامل:

پروژه قبل از هوادهی (ژوئیه 2013): 8260 دلار

پروژه پس از هوادهی (اوت 2013): 6074 دلار

کاهش هزینه انرژی: 26%

تخمین زده می شود که تقریباً نیمی از صرفه جویی در هزینه انرژی فوق از دمنده ها/دیفیوزرهای واقعی است، در حالی که نیمی دیگر از استفاده از VFD ها است.

مزایای اضافی VFDS
توانایی افزایش زمان کارکرد پمپ در زمانی که حجم کاری چاه مرطوب به دلیل نیاز به پیک بالاتر پمپاژ نمی تواند افزایش یابد. این قابلیت برای برآوردن حداقل زمان سیکل مورد نیاز برای ایستگاه های پمپ فاضلاب استفاده می شود.

قابلیت کاهش اندازه ژنراتورهای آماده به کار VFD ها نوعی استارت ولتاژ کاهش یافته هستند. VFD ها جریان هجومی مورد نیاز موتور را کاهش می دهند و در نتیجه کاهش می یابند