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

Eficienta Energetica

de Ion Potarniche

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

În ultimul număr am abordat, prin prisma performanţelor tehnice şi a măsurilor de eficientizare energetică a ansamblului de echipamente electrice utilizate în forajul electric, soluţiile constructive pentru sursa de alimentare, în situaţiile de funcţionare izolată faţă de reţeaua publică de energie electrică, concluzionând că soluţia cea mai des utilizată este aceea a folosirii generatoarelor sincrone.

 

1. Introducere

Sursa de energie pentru instalaţiile de foraj electrice, funcţionând în locuri izolate, reprezintă principalul element care contribuie la definirea eficienţei energetice a unei instalaţii de foraj, dat fiind faptul că randamentul motoarelor termice rămâne, în continuare, limitat la valori departe de unitate.

Utilizarea grupurilor Diesel-generator, în care generatorul este de tipul celor sincrone reprezintă, după cum am văzut, soluţia cea mai des utilizată în forajul electric izolat pentru sursa de energie. Dat fiind faptul că acest grup are un randament definit, cvasiconstant pentru aceeaşi putere la diferiţi constructori, consider că soluţia care aduce un aport de eficienţă energetică este strâns legată de utilizarea unui număr de grupuri diesel-generator pentru obţinerea energiei instalate necesare unei instalaţii de foraj.

 

 2. Generatorul sincron. Particularităţi

Generatorul sincron, denumit de multe ori şi alternator, este, practic, in tandem cu un motor Diesel, principala sursă de energie independentă pentru multe aplicaţii şi, în mod deosebit, pentru forajul electric.

El poate funcţiona independent, singular ca sursă de emergenţă sau/şi în paralel cu altele de aceeaşi putere sau nu, ca sursă principală de energie.

Regimul de generator al maşinii sincrone este acela în care aceasta este antrenată de motorul Diesel cu o viteză unghiulară constantă, iar înfăşurarea rotorică este alimentată controlat de la o sursă de c.c.

Înfăşurarea statorică, de obicei trifazată, se închide pe o impedanţă dată şi va furniza energie spre exterior, rezultat al interacţiunii dintre câmpul magnetic de excitaţie şi cel de reacţie a indusului datorat sistemului trifazat de curenţi din stator.

În regimul amintit, de generator, câmpul magnetic de excitaţie se află defazat înainte faţă de câmpul magnetic intern al maşinii şi cunoscut în literatură ca unghi β.

Puterea activă debitată spre consumatori de către gene­ratorul sincron este dictată de turaţia motorului Diesel în principal, iar puterea reactivă de către curentul de excitaţie al înfăşurării rotorice.

                                          

 

unde:

Q - puterea reactivă debitată de generatorul sincron;

E0  - tensiunea electromotoare la mersul în gol;

U - tensiunea de fază  a generatorului;

xs - reactanţa sincronă a generatorului;

β - unghiul intern al maşinii sincrone (unghiul dintre vectorii E0 şi U);

 

Cum E0 = kIe ,                             [2]              

Ie - curentul de excitaţie;

k - factor de proporţionalitate,

rezultă că puterea reactivă este:

 

                                          

 3. Funcţionarea generatoarelor sincrone în paralel

 

Considerând un generator sincron în funcţionare ca o reţea la care urmează să cuplăm un alt generator sincron (pot fi de puteri diferite), condiţiile de legare în paralel, cunoscute de cei ce lucrează în domeniu, sunt:

  • aceeaşi succesiune a fazelor pentru ambele generatoare;
  • egalitatea frecvenţelor tensiunilor celor două generatoare; 
  • egalitatea valorilor eficace ale tensiunilor celor două generatoare;
  • defazajul nul între E0 şi U în momentul cuplă­rii (defazajul nul între tensiunile omoloage).

 

Caracteristica I = f(Ie), respectiv dependenţa dintre curentul de sarcină statoric şi curentul de excitaţie, cunoscută în literatura de specialitate şi curba în V a generatorului, este, de fapt, o explicaţie clară a importanţei utilizării generatorului sincron în producerea de energie pentru centrale insulare, prin aceea că regimul de generator sincron implică o vehiculare bidirecţională a energiei reactive între două sau mai multe maşini funcţionând în paralel.

 

Figura 1. Centrală de c.a. utilizând PMS


 

4. Microcentrale de c.a. folosind grupuri Diesel-generator sincron

Schema monofilară a unei microcentrale de c.a. folosind grupuri Diesel-generator cu structura de maşină sincronă este prezentată înfigura 1. Menţionăm faptul că structura clasică a unei microcentrale nu cuprinde şi funcţia PMS (Power Management System), care este, de fapt, apanajul cercetărilor în vederea obţinerii unei eficienţe maxime din punct de vedere energetic, pentru orice aplicaţie de sursă cu bară comună de tensiune şi grupuri electrogene motor-generator funcţionând în paralel pe aceasta.

 

4.1. Funcţiile PMS:

  • Protecţia fiecărui grup Mk, Gk;
  • Echilibrarea puterilor active Pk;
  • Echilibrarea puterilor reactive Qk;
  • Sincronizarea manuală, semiautomată şi au­­to­­mată la cuplarea fiecărui grup Mk, Gk pe bara comună de tensiune Ub;
  • Cuplarea şi decuplarea automată a fiecărui grup Mk, Gk, în funcţie de sarcina totală de pe bara de tensiune Ub;
  • Permutarea funcţionării grupurilor Mk, Gk, astfel încât timpul de funcţionare al fiecăruia să fie aproximativ acelaşi.

 

4.2. Avantajele PMS:

Din punct de vedere tehnic, avantajele utilizării sistemului PMS constau în:

  • trecerea unui grup Mk, Gk în rezervă prin descărcarea celorlalte în putere reactivă şi încărcarea lor în echivalent putere activă la o microcentrală cu k grupuri electrogene Diesel-generator;
  • creşterea duratei de viaţă a grupurilor Mk, Gk din dotarea microcentralelor de c.a.
  • diminuarea gabaritelor şi creşterea flexibilităţii în exploatare.

 

Din punct de vedere economic, în urma investigaţiilor făcute de specialiştii ICPE ACTEL pe câteva din microcentralele construite pentru aplicaţii în domeniul marin şi terestru, se pot desprinde următoarele avantaje:

  •  obţinerea unor economii de combustibil cuprinse între 16-20% prin utilizarea sistemului PMS pentru microcentrale Mk, Gk, k = 5;
  • diminuarea cheltuielilor de mentenanţă cu circa 3,6% prin utilizarea aceluiaşi sistem.
  • amortizarea investiţiilor, prin realizarea soluţiilor PMS, în circa 8 luni pentru orice instalaţie de foraj folosind microcentrale de c.a. cu grupuri Diesel-generator sincron Mk, Gk, k = 5.

 

Dincolo de menţinerea avantajelor enumerate, se poate aminti şi unul de natură pragmatică şi anume: funcţionarea unei microcentrale fără intervenţia subiectivă a factorului uman.

 

5. Concluzii

Preocupările ICPE ACTEL de eficientizare energetică a produselor din sfera proprie de activitate, cu privire la sursa de alimentare, nu se opresc numai la realizarea unei soluţii cu grupuri electrogene motor-generator sincron în paralel.

 

În numărul viitor vom prezenta şi alte soluţii, rod al unei activităţi de cercetare aplicativă de durată în cadrul societăţii, privind măsuri suplimentare şi produse aferente cu randamente sporite.


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



Accept cookie

Acest site web utilizează module cookie în scopuri funcţionale, de confort şi statistică.

Dacă sunteţi de acord cu această utilizare a modulelor cookie, faceţi clic pe "Da, sunt de acord". Termeni si conditii

Nu sunt de acord Accept doar cookie functional Da, sunt de acord