Как режим загрузки компрессоров влияет на энергопотребление

Режим загрузки компрессоров влияет на энергопотребление потому, что электрическая мощность оборудования изменяется не всегда пропорционально количеству производимого сжатого воздуха. При частичной нагрузке, работе в разгрузке и частых переключениях компрессорная станция может продолжать потреблять значительное количество электроэнергии, хотя фактическая потребность предприятия в воздухе уменьшилась.

Особое значение имеет алгоритм управления группой компрессоров. Если несколько агрегатов одновременно работают с неполной загрузкой или периодически переходят в разгрузку, энергетический результат может отличаться от режима, при котором компрессоры включаются последовательно в соответствии с реальным спросом.

Для проверки необходимо сопоставить график потребления сжатого воздуха, загрузку каждого агрегата и продолжительность холостого хода. Результатом становится сравнение алгоритмов регулирования и удельных энергетических затрат при фактических условиях эксплуатации.

Почему частичная загрузка изменяет удельное энергопотребление

Компрессор потребляет электроэнергию не только непосредственно в процессе подачи воздуха. Часть энергетических затрат связана с поддержанием работы оборудования в соответствующем эксплуатационном режиме.

Когда компрессор работает под нагрузкой, его электрическое потребление связано с производством сжатого воздуха. При переходе в разгрузку полезная подача может существенно уменьшиться или прекратиться, однако потребление электроэнергии не обязательно становится нулевым.

Поэтому при снижении производительности удельные энергетические затраты могут возрастать.

Удельная энергия производства сжатого воздуха — отношение потреблённой электроэнергии к объёму произведённого воздуха в согласованных условиях измерения. Этот показатель позволяет оценивать не только абсолютный расход электроэнергии, но и энергетические затраты на фактическую подачу.

Если компрессор длительное время потребляет энергию в разгрузке, эта энергия включается в суммарный расход станции, хотя соответствующего увеличения полезной подачи не происходит.

Следовательно, одинаковая установленная производительность компрессорной станции не означает одинаковое энергопотребление при различных алгоритмах загрузки агрегатов.

Какие показатели необходимы для анализа загрузки

Исходную основу составляют три группы данных: график спроса сжатого воздуха, загрузка компрессорных агрегатов и продолжительность холостого хода.

График спроса воздуха показывает, как изменяется потребность предприятия в сжатом воздухе на протяжении рассматриваемого периода. По нему определяют интервалы повышенного и пониженного потребления.

Загрузка агрегатов характеризует фактическое состояние каждого компрессора. Эти сведения позволяют установить, какие машины производят воздух, какие находятся в разгрузке и как распределяется нагрузка внутри группы.

Время холостого хода необходимо для оценки продолжительности работы оборудования без соответствующей полезной подачи.

Эти показатели рассматривают совместно. Например, большое количество часов разгрузки может указывать на особенности алгоритма управления, но без графика спроса нельзя установить, были ли такие режимы обусловлены фактической потребностью предприятия.

Все исходные данные должны относиться к согласованным временным интервалам. Иначе изменение загрузки одного агрегата можно ошибочно связать с потреблением воздуха, зарегистрированным в другой период.

Как использовать архив контроллера и паспорта компрессоров

Основными документами для проверки являются архив контроллера группы и паспорта компрессоров.

Архив контроллера группы позволяет восстановить последовательность работы оборудования: когда агрегаты включались, переходили под нагрузку, разгружались и изменяли своё эксплуатационное состояние.

По архиву определяют фактические циклы работы и сопоставляют их с изменением потребности в сжатом воздухе.

Паспорта компрессоров содержат технические характеристики оборудования, необходимые для оценки предусмотренных режимов и возможностей регулирования.

При этом паспортная производительность не описывает фактическое энергопотребление во всех режимах частичной нагрузки. Она не заменяет данных о продолжительности разгрузки и электрических показателях оборудования при реальной эксплуатации.

Поэтому анализ только паспортной производительности может привести к ошибочному выводу о наиболее эффективной последовательности включения агрегатов.

Для количественного сравнения удельной энергии дополнительно необходимы достоверные данные о потреблённой электроэнергии и соответствующем объёме произведённого воздуха. Если архив контроллера фиксирует только состояние агрегатов, без этих показателей можно исследовать режимы, но нельзя считать подтверждённым количественный энергетический эффект.

Параллельная разгрузка и ступенчатое включение компрессоров

При выборе алгоритма управления необходимо разграничить параллельную разгрузку нескольких агрегатов и ступенчатое включение компрессоров в соответствии с потребностью в воздухе.

Параллельная разгрузка нескольких компрессоров

В таком режиме несколько машин могут одновременно находиться в состояниях частичной загрузки или разгрузки.

Если при этом сохраняется электрическое потребление агрегатов без соответствующей полезной подачи, удельные энергозатраты станции могут увеличиваться.

Для проверки определяют, насколько часто компрессоры переходят в разгрузку одновременно и как долго сохраняются эти состояния.

Затем сопоставляют полученные интервалы с фактическим спросом воздуха. Если спрос невелик, необходимо установить, действительно ли работа нескольких машин в рассматриваемом режиме необходима для его обеспечения.

Однако параллельная разгрузка сама по себе не доказывает ошибку управления. Её энергетические последствия зависят от характеристик оборудования, продолжительности режимов и реального спроса.

Ступенчатое включение ведущей машины и дополнительных агрегатов

При ступенчатом регулировании последовательность включения компрессоров согласуют с потребностью предприятия.

Ведущий агрегат обеспечивает соответствующую часть нагрузки, а дополнительные машины подключаются при изменении спроса согласно принятому алгоритму.

Для оценки необходимо определить, как распределяется загрузка между работающими компрессорами и какие интервалы холостого хода возникают при таком управлении.

Ступенчатое включение может уменьшать продолжительность одновременной разгрузки нескольких машин, но его энергетическое преимущество необходимо подтверждать по характеристикам конкретной группы.

Нельзя заранее считать любой ступенчатый алгоритм более эффективным: результат зависит от фактической потребности в воздухе и поведения агрегатов в частичных режимах.

Как сопоставить алгоритм управления с реальным спросом воздуха

Проверку проводят последовательно, начиная с восстановления временной картины эксплуатации компрессорной станции.

Сначала по архиву контроллера устанавливают периоды работы каждого компрессора под нагрузкой и в разгрузке.

Затем эти периоды сопоставляют с графиком спроса воздуха. Необходимо определить, соответствует ли изменение числа работающих машин фактическому увеличению или снижению потребления.

После этого проверяют интервалы, в которые несколько агрегатов одновременно находятся в разгрузке, и оценивают, можно ли отличить такие состояния от периодов действительной необходимости в дополнительной производительности.

Особое внимание уделяют согласованности временных отметок. Если график спроса и события контроллера имеют разные временные границы, последовательность включений может быть интерпретирована неправильно.

При количественном сравнении необходимо учитывать границу энергетического баланса — состав оборудования и энергетических потоков, включённых в анализируемый показатель. Например, если электроэнергия учитывается по всей компрессорной станции, объём воздуха также должен соответствовать рассматриваемой границе либо различия необходимо отдельно учитывать.

Также требуются сопоставимые условия: согласованные периоды, режимы эксплуатации и границы измерений. Без них разницу удельного расхода нельзя достоверно отнести к алгоритму управления.

Как отличить пики спроса от неудачной очередности включения

Частые переключения агрегатов и изменение их загрузки могут возникать по разным причинам.

Пики спроса. Если потребление воздуха действительно резко увеличивается, включение дополнительных компрессоров может отражать реальную производственную потребность. В этом случае наблюдаемая последовательность переключений не обязательно является ошибочной.

Неудачная очередность включения. Если фактический спрос не требует одновременной работы нескольких агрегатов, но алгоритм приводит к повторяющимся периодам их разгрузки, возникает основание для проверки настройки группового управления.

Внешне обе ситуации могут сопровождаться большим количеством переключений и изменением электрической нагрузки.

Чтобы различить их, необходимо сопоставить моменты возникновения пиков спроса с событиями включения и разгрузки компрессоров.

Если дополнительные агрегаты подключаются одновременно с подтверждённым ростом потребления воздуха, это поддерживает объяснение, связанное с производственным спросом.

Если переключения и параллельная разгрузка возникают при относительно устойчивой потребности, требуется проверить алгоритм очередности работы машин.

При этом даже устойчивый график спроса не позволяет автоматически определить неправильную настройку. Необходимо учитывать характеристики компрессоров и условия их фактического регулирования.

Как сравнивать удельные энергозатраты разных алгоритмов

Для сравнения вариантов управления недостаточно определить продолжительность разгрузки. Необходимо оценить, какое количество электроэнергии потребляет группа компрессоров при соответствующей подаче воздуха.

В общем виде удельные энергетические затраты определяют следующим отношением:

Удельное энергопотребление = электроэнергия компрессорной группы за период / объём произведённого сжатого воздуха за тот же период.

Показатель рассчитывают в согласованных границах. При использовании кВт·ч и м³ результат выражают в кВт·ч/м³, при условии что объёмы воздуха приведены к одинаковым условиям.

Для сравнения алгоритмов необходимо установить:

• реальный график спроса воздуха в рассматриваемые периоды;
• последовательность загрузки и разгрузки компрессоров;
• продолжительность работы каждого агрегата в соответствующем состоянии;
• электропотребление группы и фактическую подачу воздуха.

Если один алгоритм наблюдался в период высоких производственных нагрузок, а другой — при низком спросе, непосредственная разница удельных показателей может характеризовать не только особенности управления.

Поэтому сравнение выполняют в сопоставимых условиях или с обоснованным учётом изменения потребности в воздухе.

При отсутствии достоверных измерений электроэнергии и объёма воздуха можно сравнить последовательность работы агрегатов, но нельзя подтвердить количественное преимущество одного алгоритма по удельной энергии.

Почему паспортная производительность не определяет оптимальный режим

Паспортная производительность характеризует возможности компрессора в установленных технических условиях, но не отражает автоматически его реальное потребление при частичной нагрузке.

Два агрегата с одинаковой паспортной производительностью могут иметь разные характеристики регулирования и различные энергетические затраты в разгрузке.

Поэтому выбор очередности включения только по номинальной производительности не обеспечивает обоснованного решения.

Необходимо учитывать фактические циклы загрузки, продолжительность холостого хода и соответствующие электрические показатели.

Если реальные характеристики частичных режимов неизвестны, расчёт наиболее экономичного алгоритма управления остаётся предварительным. В таком случае необходимо получить дополнительные измерения или проверить технические данные, относящиеся к конкретным режимам.

Какой результат должен дать анализ

Результатом становится сравнение алгоритмов регулирования компрессорной группы и удельных энергетических затрат.

Оно позволяет установить, как фактическая потребность в воздухе соотносится с загрузкой агрегатов, продолжительностью холостого хода и очередностью включения машин.

На основании полученного сравнения определяют, требуется ли дополнительное измерение расхода и электрической мощности, целесообразна ли проверка алгоритма группового управления и какие эксплуатационные режимы необходимо уточнить перед техническим решением.

Если исходные показатели отсутствуют или не согласованы по периодам, нельзя считать подтверждённым количественное преимущество конкретного режима. Необходимо отдельно проверить возможность влияния пиков спроса, а не объявлять причиной перерасхода только неправильную очередность включения.

Даже обоснованное сравнение алгоритмов не означает уже достигнутой экономии. Предполагаемый эффект изменения управления рассчитывают отдельно, а фактическое снижение энергопотребления подтверждают после внедрения по сопоставимым измерениям.

Главный принцип — управлять компрессорной группой с учётом реального спроса воздуха и фактических характеристик оборудования в частичных режимах. Именно сопоставление загрузки, разгрузки и энергопотребления позволяет определить, какой алгоритм требует дальнейшего технического рассмотрения.