طلب الطاقة ومعامل القدرة وفرص ترشيد استخدام الطاقة
:مقدمة
تتعرض بعض المنشآت الصناعية إلى بعض المشاكل في استهلاك الطاقة واحتياطات الأمان. من هذه المشاكل:
*عند تشغيل المحركات عند جهد أقل من جهد التصميم، فان المحركات تسحب تيار أعلى من المقنن وبالتالي تسبب مفقودات عالية بخطوط النقل.
*إذا كانت التوصيلات ذات مقاسات أصغر من مقنن الحمل، يؤدي ذلك إلى مفقودات أعلى وزيادة احتمالات حدوث حرائق.
*عند تشغيل المحركات ثلاثية الأطوار بجهود غير متزنة (Voltage imbalance) فان ذلك يؤدي إلى ارتفاع المفقودات.
*انخفاض معامل القدرة والذي يسبب دفع مقابل لفرق انخفاض معامل القدرة لمرفق الكهرباء.
من فرص ترشيد استخدام الطاقة:
1.تحسين معامل القدرة للقيمة المثلى.
2.تركيب متحكمات تحسين معامل القدرة للمحركات.
3.تركيب متحكم في الطلب/ طرح الحمل.
4.تخفيض سعة المحول.
2.تركيب متحكمات تحسين معامل القدرة للمحركات.
3.تركيب متحكم في الطلب/ طرح الحمل.
4.تخفيض سعة المحول.
وفيما يلي توضيح كل فرصة ترشيد:
1.معامل القدرة المثالي للمصنع
يعرف معامل القدرة بأنه النسبة بين الطاقة الفعالة (kwh) إلى الطاقة الكلية الظاهرية (KVAh). عند تركيب مكثفات تحسين معامل القدرة ينخفض طلب الطاقة للمصدر. وأيضا لها وفورات إضافية نتيجة انخفاض التيار تناسبياً، وبالتالي انخفاض مفقودات قدرة الخط والتي تتناسب مع مربع التيار).
من المعدات التي تسبب انخفاض معامل القدرة: ماكينات اللحام، المحركات التأثيرية، محولات القدرة، أفران القوس الكهربائي، الإنارة بالفلورسنت وكابحات التيار.
يؤدي تحسين معامل القدرة إلى:
أ -وفر سعة (Capacity) للاستفادة بها في توسعات أو إنشاءات جديدة.
ب-انخفاض الفقد بشبكة التغذية الكهربائية.
يؤدي تحسين معامل القدرة إلى:
أ -وفر سعة (Capacity) للاستفادة بها في توسعات أو إنشاءات جديدة.
ب-انخفاض الفقد بشبكة التغذية الكهربائية.
وفيما يلي توضيح كل ميزة.
أ -السعة الموفرة للاستفادة بها بالنظم الجديد.
نحصل على قيمة الوفر في السعة المتحررة نتيجة تحسين معامل القدرة من PFc الى PFa تبعاً للمعادلة:
AUCS = (KVA1 – KVA2) * DC * MY … JD/year..............[1]
حيث:
حيث:
قيمة الوفر السنوي للمرفق =AUCS = annual utility cost savings, JD
KVA1 = Current average monthly billing demand, KW month
= average KW demand /current power factor
متوسط طلب الطاقة الحالي (ك.و)/ معامل القدرة الحالي =
= kW/PFc
= average KW demand /current power factor
متوسط طلب الطاقة الحالي (ك.و)/ معامل القدرة الحالي =
= kW/PFc
KVA2 = anticipated average monthly billing
= average kW demand /anticipated power factor
متوسط طلب الطاقة المتوقع (ك.و)/ معامل القدرة المتوقع = =kW/PFa
MY = months per year demand is charged
عدد الأشهر بالسنة والمدفوع لها تكلفة طلب الطاقة=
= average kW demand /anticipated power factor
متوسط طلب الطاقة المتوقع (ك.و)/ معامل القدرة المتوقع = =kW/PFa
MY = months per year demand is charged
عدد الأشهر بالسنة والمدفوع لها تكلفة طلب الطاقة=
حيث يمثل (KVA1-KVA2) السعة الموفرة نتيجة تحسين معامل القدرة
DC = demand charge,JD /kW = ( KW /التكلفة لكل ك.وات (دينار
معامل القدرة الحالي = PFc = current power factor
معامل القدرة المتوقع = PFa = anticipated power factor
معامل القدرة الحالي = PFc = current power factor
معامل القدرة المتوقع = PFa = anticipated power factor
ب-انخفاض الفقد (Loss reduction)
يمكن أن يكون العائد نتيجة الانخفاض في الفقد كافياً أو معادلاً لتكلفة تركيب المكثفات وتكون معادلة وفر التكلفة السنوي في الفقد بخط التغذية
ALCS = [1-(PFc/PFa)^2] * LLP * KWH * AEC JD/year…..[2]
ALCS = [1-(PFc/PFa)^2] * LLP * KWH * AEC JD/year…..[2]
حيث:
ALCS = annual line cost savings, JD
قيمة الوفر السنوي بالخط (دينار) =
معامل القدرة الحالي = PFc = current power factor
معامل القدرة المتوقع = PFa = anticipated power factor
LLP = line loss percentage
ALCS = annual line cost savings, JD
قيمة الوفر السنوي بالخط (دينار) =
معامل القدرة الحالي = PFc = current power factor
معامل القدرة المتوقع = PFa = anticipated power factor
LLP = line loss percentage
نسبة الفقد في خط التغذية والتي تفرض حوالي 2.5% فقد في القدرة اعتماداً على عدد ساعات الحمل الكامل وساعات عدم الحمل وعلى مقاسات الكابلات وطولها... بحيث يكون أقصى هبوط في الجهد 5% عند أي ماكينة بالمنشأة.
KWH = plant energy consumption per year, kWhr/yr (from utility bills)
= (kWh/Yr) الاستهلاك السنوي من فاتورة الكهرباء
KWH = plant energy consumption per year, kWhr/yr (from utility bills)
= (kWh/Yr) الاستهلاك السنوي من فاتورة الكهرباء
AEC = yearly average energy charge, JD/kWhr (from utility bills)
متوسط تكلفة الطاقة السنوي (JD/kWh) من فاتورة الكهرباء =
وتمثل القيمة [1-(PFc/PFa)^ 2] الانخفاض في الفقد.
متوسط تكلفة الطاقة السنوي (JD/kWh) من فاتورة الكهرباء =
وتمثل القيمة [1-(PFc/PFa)^ 2] الانخفاض في الفقد.
2.تركيب متحكمات تحسين معامل القدرة للمحركات
عند تركيب أجهزة تحسين معامل القدرة للمحركات AC ستنخفض التيارات غير الفعالة (.
لا يعتبر وفر القدرة الناتج من التيارات غير الفعالة ذي قيمة محسوسة ولا يشارك في مفقودات الطاقة. تكون قدرة أجهزة تحسين معامل القدرة للمحركات على شكل (T) (T.Frame motors) أكبر من مثيلاتها للمحركات على شكل (U) (U.Frame motors) والتي لها نفس القدرة والسرعة والتصميم.
وعموماً فان معامل قدرة المحركات على شكل T اقل من معامل قدرة المحركات على شكل U.
وعموماً فان معامل قدرة المحركات على شكل T اقل من معامل قدرة المحركات على شكل U.
فيما يلي استنتاج معادلة وفورات حافز تركيب مكثفات تحسين معامل القدرة للمحركات.
وتكون معادلة وفر الطاقة السنوي كالآتي:
AES = (PIKW-NIKW)* IOH + (PFLKW – NFLKW) * FOH … [3]
AES = (PIKW-NIKW)* IOH + (PFLKW – NFLKW) * FOH … [3]
حيث:
وفر الطاقة السنوي = AES = annual energy saving
PFLKW = HP * (0.746 kW/hp)
وفر الطاقة السنوي = AES = annual energy saving
PFLKW = HP * (0.746 kW/hp)
PIKW = PFLKW * LF
NFLKW = HP * (0.746 kW/hp)
n
NIKW = NFLKW * NLF
NIKW = NFLKW * NLF
حيث:
PFLKW = Present full load kW الحمل الكامل الحالي ك. وات =
PIKW = present Idling kW القدرة ك.وات الحالية عند عدم الحمل =
NFLKW = New full load kW الحمل الكامل الجديد ك.وات =
NIKW = New idling kW القدرة ك. وات الجديدة عند عدم الحمل =
القدرة الحصانية للمحرك = HP = motor horsepower
PFLKW = Present full load kW الحمل الكامل الحالي ك. وات =
PIKW = present Idling kW القدرة ك.وات الحالية عند عدم الحمل =
NFLKW = New full load kW الحمل الكامل الجديد ك.وات =
NIKW = New idling kW القدرة ك. وات الجديدة عند عدم الحمل =
القدرة الحصانية للمحرك = HP = motor horsepower
p = present full load motor efficiency
الكفاءة الحالية للمحرك عند الحمل الكامل (نحصل عليها من جداول كفاءة المحركات)
الكفاءة الحالية للمحرك عند الحمل الكامل (نحصل عليها من جداول كفاءة المحركات)
n = new full load motor efficiency
الكفاءة الجديدة للمحرك عند الحمل الكامل =
LF = load factor at idling
= عامل الحمل عند عدم الحمل
NLF = new load factor at idling
= عامل الحمل الجديد عند عدم الحمل
عدد ساعات التشغيل عند الحمل الكامل = FOH = operating hours at full load
عدد ساعات التشغيل عند عدم الحمل = IOH = operating hours at idling
الكفاءة الجديدة للمحرك عند الحمل الكامل =
LF = load factor at idling
= عامل الحمل عند عدم الحمل
NLF = new load factor at idling
= عامل الحمل الجديد عند عدم الحمل
عدد ساعات التشغيل عند الحمل الكامل = FOH = operating hours at full load
عدد ساعات التشغيل عند عدم الحمل = IOH = operating hours at idling
3-تركيب متحكم في الطلب / جهاز طرح الحمل
لتقليل أو الحد من أقصى طلب peak demand يركب جهاز تحكم في الطلب أو جهاز طرح الحمل.عند إزاحة الأحمال، وليس تخفيضها، فلن يحدث وفر في الطاقة... ولكن يحدث وفر في الطلب.
المعادلة التالية توضح قيمة الوفر السنوي:
ACS = DS* DC*MY ………………. [4]
ACS = DS* DC*MY ………………. [4]
حيث:
ACS = annual cost saving قيمة الوفر السنوي =
DS = demand savings, kW وفورات الطلب (ك.وات) =
DC = demand charge, JD/kW =تكلفة الطلب (دينار/ك.وات)
MY = month per year saving will occur
عدد أشهر السنة الحادث بها وفورات الطلب =
ACS = annual cost saving قيمة الوفر السنوي =
DS = demand savings, kW وفورات الطلب (ك.وات) =
DC = demand charge, JD/kW =تكلفة الطلب (دينار/ك.وات)
MY = month per year saving will occur
عدد أشهر السنة الحادث بها وفورات الطلب =
مثال:
مصنع مشروبات غازية أقصى طلب (kW) يحدث خلال أشهر الصيف (من شهر ابريل حتى سبتمبر) من كل عام. أظهرت فرص الترشيد انه يمكن ترحيل حمل بعض العمليات إلى فترة خارج الذروة بقيمة:
DS = 50 kW
MY = 6 month
DC = 3.79 JD/kW
ACS = 50 x 6X 3.79 = 1137 JD/year
مصنع مشروبات غازية أقصى طلب (kW) يحدث خلال أشهر الصيف (من شهر ابريل حتى سبتمبر) من كل عام. أظهرت فرص الترشيد انه يمكن ترحيل حمل بعض العمليات إلى فترة خارج الذروة بقيمة:
DS = 50 kW
MY = 6 month
DC = 3.79 JD/kW
ACS = 50 x 6X 3.79 = 1137 JD/year
4-تخفيض سعة المحول
إذا كانت نسبة تحميل احد المحولات منخفضة، فيمكن تحميل هذا المحول بأحمال محول آخر ذي أحمال منخفضة أيضا أو إعادة توزيع الأحمال بالمنشأة، بحيث يتم فصل هذا المحول. وبفصل المحول غير المحمل أو ذي الأحمال المنخفضة يمكن تجنب مفقودات الأحمال (no-load losses).
توصف مفقودات اللاحمل للمحولات بأنها مفقودات مستمرة ومستديمة، ومنسوبة إلى الجانب الابتدائي للمحول.
وتوضح المعادلة التالية وفر الطاقة السنوي الناتج عن تجنب مفقودات اللاحمل بفصل المحولات في حالة عدم التحميل أو التحميل المنخفض:
AES = RC * NL*OT kWh ….. [5]
حيث:
AES = annual energy saving وفر الطاقة السنوي =
RC = rated capacity, kW سعة مقنن المحول (ك.وات) =
NL = fraction loss with no load نسبة مفقودات اللاحمل =
OT = off time of transformer hr/yr
عدد ساعات فصل المحول في السنة (ساعة/سنة) =
AES = annual energy saving وفر الطاقة السنوي =
RC = rated capacity, kW سعة مقنن المحول (ك.وات) =
NL = fraction loss with no load نسبة مفقودات اللاحمل =
OT = off time of transformer hr/yr
عدد ساعات فصل المحول في السنة (ساعة/سنة) =
محولات التوزيع ذات القدرات أقل من 500 ك.ف.أ تكون مفقودات اللاحمل 1%.
محولات التوزيع ذات القدرات 500 ك.ف.أ واكبر تكون مفقودات اللاحمل 0.3%.
» مطلوب نظام اطفاء حريق بغاز fm200 داخل اللوحات الكهربيه ولوحات ال mcc
» SCADA(تعريف عام بنظام الاسكادا)
» (هندسه القوى والألات الكهربيه)....المحول الكهربى
» جزاكم الله كل خير
» الصدمة(المطرقه) المائية..اسبابها , مشاكلها , الحلول...
» شكر للسيد الأستاذ الدكتور....صلاح مصطفي حماده
» الموضوع/نظام التحكم الآلي (الأسكادا) لمعدات محطة مياه الشرب والمأخذ
» أفكارنا هي السبب الرئيسي لأمراضنا