Eficienţa energetică - caracteristică principală a produselor dezvoltate de ICPE ACTEL (XXI)

Eficienta Energetica

de Ion Potarniche

În episodul anterior am prezentat câteva aspecte privind teoria sistemelor automate prin prisma performanţelor ce se impun acţionărilor electrice, din punctul de vedere al cerinţelor impuse de obţinerea unor parametri superiori privind eficienţa energetică. S-au evidenţiat cu această ocazie criteriile de stabilitate clasice adaptate la soluţiile dezvoltate de ICPE ACTEL în domeniul acţionărilor de mare putere.

 

1. Introducere

Eficienţa energetică este un concept aflat la îndemâna tuturor celor care-şi desfăşoară activitatea în:

  • producerea energiei electrice;
  • transportul energiei electrice;
  • utilizarea energiei electrice.

 

De cele mai multe ori, preocupările specialiştilor sunt individuale şi divergente, fiecare urmărind obţinerea unei eficienţe maxime în unul dintre cele trei domenii amintite mai sus, adică acolo unde-şi desfăşoară activitatea.

 

ICPE ACTEL îşi concretizează eforturile privind cerceta­rea experimentală şi dezvoltarea tehnologică în soluţii care integrează cele trei tipuri constitutive ale managementului energiei electrice: sursă – transport – consumator, motiv pentru care suntem în măsură să abordăm în lucrarea de faţă o privire convergentă asupra soluţiilor de obţinere a unei eficienţe energetice maxime în relaţia sursă-consumator.

 

De la început vom avea în vedere sursele de putere finită, surse insulare, acolo unde eficienţa energetică este mult mai vizibilă decât în cazul surselor de putere infinită.

 

De asemenea, vom avea în vedere consumatorii neliniari cu o evoluţie dinamică, aleatorie, de tipul convertoarelor statice de putere, care pun cele mai grele probleme surselor de alimentare de putere finită.

 

2. Sursele electrice în regim periodic nesinusoidal

Sursele electrice de putere finită se realizează fie cu ajutorul transformatoarelor de puteri standard industriale, fie cu ajutorul grupurilor electrogene de tip diesel-generator. Vom avea în vedere a doua categorie de surse de tip motor termic-generator, mult mai utilizate în aplicaţii izolate.

Pentru orice sursă de acest tip, tensiunea electromotoare, la ieşirea acesteia, ar trebui să varieze sinusoidal în timp, cu aceeaşi frecvenţă. În realitate, forma de variaţie a tensiunilor şi curenţilor nu este riguros sinusoidală, iar abaterea de la sinusoidă se numeşte distorsiune sau, pur şi simplu, deformare.

 

De unde această distorsiune?

În primul rând de la generatoare, unde, în realitate, tensiunile electromotoare nu sunt sinusoidale, întrucât înfăşurările nu se găsesc într-o repartiţie sinusoidală a inducţiei magnetice în întrefierul maşinii.

În al doilea rând, elementele neliniare de tip sarcină sub tensiunea sinusoidală distorsionează curentul, care, la rândul său, produce căderi de tensiune nesinusoidale în alte elemente de circuit, fie liniare, fie neliniare. Din această cate­gorie fac parte bobinele cu miez de fier şi, în mod deosebit, convertoarele statice de putere.

În al treilea rând, elementele reactive liniare produc distorsiuni mai pronunţate unora dintre mărimi, în raport cu celelalte. De exemplu, o bobină liniară parcursă de curentul sinusoidal stabileşte la borne o tensiune sinusoidală, însă la curent nesinusoidal tensiunea este mult mai pronunţat nesinusoidală.

 

În concluzie, regimul nesinusoidal permanent este important atât sub aspectul efectelor neplăcute în reţelele de transport al energiei între sursă şi consumator, dar şi în ceea ce priveşte construcţia elementelor care concură la acest transport.

 

3. Mărimile importante pentru caracterizarea regimului periodic nesinusoidal 

Pornind de la dezvoltarea în serie a unei mărimi periodice nesinusoidale, pentru caracterizarea aportului specialiştilor ICPE ACTEL în definirea eficienţei în conversia unor forme de energie în altă formă, vom defini următoarele mărimi:

 

3.1. Valoarea efectivă a unei mărimi periodice nesinusoidale

Pentru o tensiune electromotoare de tip y(t), periodică şi nesinusoidală, valoarea efectivă se defineşte astfel:

                                      

                                                  (1)

 

Înlocuind y(t) cu dezvoltarea sa în serie Fourier se obţine:

 

 

Deci:

                                 (2)

                                      

sau :

                                              (3)

unde cu:    s-a notat reziduul deformant (conform C. Budeanu)

3.2. Factorul de vârf

                                                   (4)

                                                                    

3.3. Coeficientul de distorsiune

                                                     

                                                (5)

 

3.4. Puterea deformantă

                                      

                                            (6)

 

3.5. Factorul de putere

                                     (7)

 

Toate mărimile enumerate vor caracteriza, în cele ce urmează, eficienţa energetică propusă în aplicaţiile sursă-consumator.

 

4. Convertoarele statice de putere - surse de regim deformant

Convertoarele statice de putere tind astăzi să repre­zinte cea mai importantă componentă a sarcinilor electrice care produc mari neajunsuri surselor de alimentare, ele absorbind şi transferând majoritatea energiei electrice pentru conversia ei în energie mecanică.

În ţările puternic industrializate, peste 65% din energia produsă este preluată de motoarele electrice, din care un procent covârşitor prin intermediul convertoarelor statice de putere.

Depinzând de procesul tehnologic în care sunt antrenate sistemele de acţionări cu convertoare statice de putere şi de tipul motorului utilizat, se urmăreşte în mod deosebit:

  • randamentul maxim al conversiei;
  • utilizarea maximă a puterii motoarelor la tensiune de alimentare scăzută, ceea ce implică un factor de putere scăzut.

 

Din punct de vedere al sursei de alimentare, aceste cerinţe implică:

  • o puternică deformare a undei curentului absorbit şi, implicit, a tensiunii acesteia;
  • o absorbţie importantă de putere reactivă şi deformantă din sursă;
  • o scădere alarmantă a posibilităţilor sursei de a-şi transforma energia activă în lucru mecanic final.

 

În plus, procesele dinamice ce se petrec la nivelul sarcinii fac foarte dificilă crearea de modele matematice care să poată fi materializate în echipamente bine conturate de înlăturare sau de ameliorare a acestor neajunsuri.

Astăzi, convertoarele statice de putere sunt utilizate în tandem, fie cu motoare de curent continuu, fie cu cele de curent alternativ (asincrone şi sincrone). În ambele cazuri, conversia energiei electrice în lucru mecanic se petrece cu pierderi importante de energie activă.

De aceea, preocupările tuturor specialiştilor sunt îndreptate în scopul diminuării acelor pierderi şi al creşterii eficienţei energetice a acestor aplicaţii.

 

5. Creşterea eficienţei energetice - necesitate obiectivă

Pornind de la o schemă bloc simplificată  a unui model de conversie a energiei termice (căldură) în energie electrică şi, în final, în lucru mecanic, vom evidenţia aspectele cantitative şi calitative ale acestui proces şi măsurile de îmbunătăţire  a randamentului de transfer energetic.

Pe lanţul de conversie a energiei termice consumate de motorul termic prin arderea combustibilului (motorină, benzină, gaz metan) şi lucrul mecanic la arborele utilajului tehnologic L, se produc o serie de pierderi suplimentare, din cauza prezenţei convertorului static de putere (CSP) şi, implicit, a regimului nesinusoidal la bornele generatorului G, datorat acestei prezenţe.

 

Aceste pierderi apar din două cauze:

  • vehicularea energiei reactive cerută de tandemul CSP-M;
  • prezenţa armonicelor de curent datorate regimului deformant şi vehiculării energiei deformante.

 

Cuantificând aceste pierderi rezultă:

                                         (8)

unde DPQ reprezintă pierderile datorate vehiculării curentului reactiv cerut de tandemul CSP-M.

Neglijând componenta deformantă a curentului debitat de generator:

                                                     (9)

unde IG este componenta aparentă a curentului debitat de generator

                              (10)

 

Din relaţia (10) se poate observa că soluţia pentru diminuarea acestor pierderi este strâns legată doar de creşterea factorului de putere k, lucru realizabil cu filtre active sau pasive, sau compensarea externă a DPQ cu o sursă externă de putere reactivă în regim controlat.

 

În ambele situaţii amortizarea investiţiilor se face într-un termen dependent de puterea şi structura sarcinii, dar nu depăşeşte termenul de 24 luni.

 

6. Concluzii

Diminuarea pierderilor produse de vehicularea energiei reactive în lanţul sursă curent alternativ - consumatori neliniari puternic inductivi reprezintă o preocupare cu un domeniu vast de aplicare, cu rezultate deosebite în obţinerea de economii importante de energie.

 

Indiferent de soluţia aplicată, scopul final rămâne acelaşi: creşterea randamentelor în soluţiile complexe bazate pe electronica de putere.

În acest sens, ICPE ACTEL a validat soluţia prezentată pe centrale insulare de 7,5 MVA, 3 x 690 V, iar rezultatele sunt deosebite.(va urma)


Ion Potârniche este dr. ing., Director General ICPE ACTEL



Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord