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

Eficienta Energetica

de Ion Potarniche

In numărul anterior am prezentat câteva aspecte privind soluţiile constructive ale echipamentelor de excitaţie a maşinilor sincrone utilizate în centrale electrice de producere a energiei electrice. S-au evidenţiat performanţele acestor produse prin prisma eficienţei energetice la producătorul lor şi implicaţiile utilizării lor în centralele hidroelectrice sau termoelectrice din punct de vedere al calităţii energiei electrice produse.

1. Introducere

Între activităţile ICPE ACTEL, cea mai însemnată, din punct de vedere al aportului la obţinerea veniturilor societăţii constă în realizarea echipamentelor electrice pen­tru instalaţiile de foraj. Evident că abordarea acestor produse se face din următoarele puncte de vedere:

  • realizarea unor performanţe deosebite care pun în valoare toate progresele obţinute în prezent în dezvoltarea electronicii de putere;
  • asigurarea unor gabarite minimale pentru aceste echipamente astfel încât suprafaţa ocupată în componenţa unei instalaţii de foraj să fie optimă;
  • obţinerea unei eficienţe energetice maxime în raportul conversiei energiei primare de intrare - lucru mecanic la arborele utilajelor tehnologice utilizate (troliu, pompe, masă rotativă etc).

O exploatare raţională şi o conducere eficientă a unui proces de foraj, chiar dacă pentru sondori nu înseamnă neapărat criteriul principal de evaluare curentă a acestora, nu se poate face fără acordarea unei atenţii deosebite sistemului energetic ce guvernează procesul propriu-zis.

Economisirea permanentă a energiei, limitarea consumurilor energetice la strictul necesar procesului de foraj şi obţinerea unei eficienţe maxime a acestuia presupune un studiu amănunţit al întregului lanţ energetic al transformărilor impuse de forajul propriu-zis şi adoptarea unor măsuri de creştere a randamentelor de conversie pe fiecare lanţ energetic.

Acest studiu are în vedere, în primul rând, bilanţul energetic al principalelor sisteme de lucru din foraj, dar şi perturbaţiile intrinseci produse de soluţiile electrice impuse forajului astăzi, când folosirea elementelor semiconductoare a devenit, practic, o axiomă pentru lucrătorii din acest domeniu.

2. Aspecte privind bilanţul energetic al unei instalaţii de foraj electric

Utilizarea sistemelor de acţionare electrică a instalaţiilor de foraj se materializează în diferite structuri, deoarece sunt foarte mulţi factori care concură la procesul propriu-zis şi anume:

  • tipul acţionării, în c.c. sau în c.a.;
  • tipul reglajului vitezei cu convertoare statice, cu grupuri Ward-Leonard sau cu reglaje reostatice;
  • tipul instalaţiei de foraj: uşor, mediu sau greu;
  • natura forajului: geologic, de explorare, de exploatare.

Indiferent de sistemul de acţionare utilizat, se poate spune că orice proces de foraj este format dintr-un lanţ de conversii de energie:

  • mecano-electrice (acţionarea motor-generator de tip diesel electric sau Ward – Leonard)
  • electrică-electrică (transformatoare, convertoare electrice sau transmisii generator - motor electric);
  •  electro-mecanică (motor electric–utilaj tehnologic de tip troliu, masă rotativă, pompă etc);
  • electro-magnetică (frânele şi cuplajele electromagnetice).

 

Toate aceste conversii se fac cu pierderi de putere, adică cu randamente ηi subunitare care conduc la un randament global,

                                                                        (1)

cu atât mai mic cu cât numărul conversiilor în cascadă k este mai mare, dar şi cu cât fiecare din randamentele ηi  este mai mic.

 

Pe cei care se ocupă de acest domeniu, în speţă pe specialiştii ICPE ACTEL, îi preocupă deopotrivă micşorarea numărului de conversii k, dar în mod deosebit creşterea randamentelor ηi .

În fapt, îmbunătăţirea bilanţului energetic global η şi optimizarea lui, deziderate ale oricărei abordări de creştere a eficienţei energetice, constau în:

  • micşorarea pierderilor în elementele constitutive ale lanţului energetic;
  • alegerea unor soluţii constructive în acelaşi scop;
  • identificarea, separarea, localizarea şi limitarea pierderilor în regimurile de funcţionare statice şi dinamice ale componentelor lanţului energetic;
  • exploatarea optimă şi corespunzătoare a elementelor lanţului energetic.

 

Rezultă din cele enumerate mai sus că pentru fiecare conversie din lanţul transformărilor energetice impuse de sistemul de acţionare utilizat trebuie analizată fiecare relaţie de bilanţ energetic al fiecărui convertor de energie component (figura 1).

În care:

     (2)

 

wi - energia de la intrarea unei conversii;

we - energia de la ieşirea conversiei;

wpi - energia pierdută prin intrarea convertorului;

wpf - energia pierdută în procesul de conversie;

wps energia pierdută datorită factorilor perturbatori;

wpu - energia pierdută pe partea de ieşire a convertorului.

Randamentul energetic total (global) mediu al conversiei energetice într-un proces de foraj se defineşte astfel:

 

  (3)

Randamentul energetic total (global) instantaneu se defineşte ca fiind:

  (4)

Rând pe rând vom dezvolta detaliat fiecare conversie, evidenţiind soluţiile ICPE ACTEL de creştere a randamentelor conversiei, aşa cum au fost ele prezentate mai sus.

 

 3. Convertoare mecano-electrice

În principal, aceste convertoare sunt generatoarele electrice care transformă lucrul mecanic primit la arborele lor prin intermediul unui motor diesel sau al unui alt motor electric în energie electrică disponibilă la borne.

Instalaţiile electrice de foraj, având în dotare astfel de convertoare – generatoare sincrone sau de c.c. – sunt cele care au în dotare fie grupuri motor-generator de tip diesel-electric, fie tandemuri motor electric-generator electric în sistem Ward-Leonard.

Instalaţiile de foraj dotate cu grupuri diesel-electric sunt folosite, în general, în locuri izolate, la distanţă mare de sistemul electroenergetic naţional, sau în situaţii de alimentare (acţionare) duală pentru asigurarea continuităţii alimentării cu energie electrică în caz de avarii (alimentare duală redundantă).

Eficienţa energetică este un concept strâns legat de calitatea energiei electrice. În acest sens, voi încerca să fac o analiză a celor două soluţii amintite mai sus din punctul de vedere al bilanţului energetic al procesului de foraj şi anume:

 

3.1 Utilizarea generatoarelor sincrone

Schema electrică utilizată pentru evidenţierea pierderi­lor este prezentată înfigura 2,

     (5) sau

     (6)

în care suma pierderilor    este compusă din :

 

pCu - pierderile în Cu, în înfăşurările statorului;

pFe - pierderile în Fe, în circuitul magnetic al generato­rului sincron (rotor + stator);

pex - pierderile în Cu, în înfăşurarea rotorică;

pm - pierderile mecanice prin frecare, ventilaţie;

ps - pierderi suplimentare datorate tipului de sarcină utilizată.

 

Dat fiind faptul că, în general, sarcina utilizată o reprezintă convertoarele statice de putere, pierderile ps sunt datorate fie vehiculării energiei reactive absorbite de acestea, fie armonicelor produse de utilizarea semiconductoarelor de putere.

Astăzi, randamentele acestor generatoare pentru pute­rile utilizate (1000 -2500 kVA) se pot înscrie în limitele (0,8…0,96), cu avantajul unei eficienţe energetice supe­rioare, dar cu dezavantajul unor probleme legate de calitatea energei electrice.

 

3.2 Utilizarea generatoarelor de c.c.

Schema electrică este prezentată în figura 3.

La fel,

     (5) sau

     (6)

în care suma      este compusă din:

pCu - pierderile în Cu, în înfăşurarea rotorică;

pp  - pierderile în periile colectoare;

pc - pierderile în înfăşurarea de compensare;

pex - pierderile în înfăşurarea de excitaţie;

pm - pierderile mecanice prin frecare, ventilaţie;

pFe  - pierderi în circuitul magnetic al rotorului şi statorului.

 

Randamentul unei conversii, folosind generatorul de c.c., este cuprins între 0,8…0,93, pentru acelaşi domeniu de putere 1000…2500 kVA.

Avantajul soluţiei este că, din punct de vedere al calităţii energiei, nemaifolosindu-se convertoarele de putere, nu ne mai confruntăm cu energie reactivă, cu armonice şi cu un regim deformant.

Dezavantajul constă în randamentul global al utilizării datorat lanţului de maşini utilizat şi domeniului restrâns de variaţie a vitezei, respectiv al cuplului la intrarea în generator.

Astăzi, soluţia cea mai des utilizată este varianta 3.1, varianta cu generator sincron.

 

 4. Concluzii

În numărul viitor vom prezenta soluţii constructive pentru grupuri de generatoare sincrone utilizate în obţinerea energiei de intrare pentru o instalaţie de foraj, soluţii care vor avea, bineînţeles, rezultatele cercetării specialiştilor ICPE ACTEL materializate în produse folosite pe scară largă în forajul electric terestru şi marin.

 


Ion Potarniche est dr. ing., Director General ICPE ACTEL



Ion Potarniche

Conf. dr. ing. Ion POTÂRNICHE, Director General al ICPE ACTEL din 1994, peste 38 de ani de activitate de cercetare aplicativă în cadrul ICPE

  • Autor al: 12 invenţii brevetate, 76 lucrări publicate în reviste de specialitate, 60 lucrări practice elaborate, 119 lucrări publicate în sesiuni de comunicări ştiinţifice, 5 cărţi publicate.
  • Experienţă în managementul proiectelor de cercetare naţională, coordonator al 19 contracte de cercetare aplicativă din cadrul PNCDI
  • Membru al: Consiliului Inovării - AMCSIT, CT 36-Electronica de Putere al Comitetului Electrotehnic Român, AGIR, Patronatelor din Energetică
  • Membru de onoare al CNR-CME
  • Vicepreşedinte al APREL
  • Vicepreşedinte al A.P. ENERGIA
  • Consultant ştiinţific al Federaţiei Patronale din Construcţii de Maşini
  • Activitate didactică la U.P.B. şi Universitatea Valahia
  • Membru al ASTR

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