Сьогодні питання стосовно енергоносіїв і електроенергії в Україні стоїть особливо гостро. Спричинений війною дефіцит електроенергії в країні створює перешкоди для великих споживачів енергії, серед яких важливе місце займають водоканали, а постійне зростання цін на електроенергію призводить в тому числі до зростання витрат на очищення стічних вод. При цьому надання комунальних послуг є основою життя багатьох міст, а сама галузь визнана критично необхідною. Важливим аспектом роботи водоканалів є також екологія: недбале ставлення до очистки стоків швидко призведе до погіршення санітарної обстановки навколишнього середовища – водойм та ґрунтів. Перед водоканалами стоїть виклик – як знизити витрати на енергію при цьому не знижуючи якість очистки стічних вод? Найбільш ефективним способом це зробити є переоснащення найпотужніших агрегатів та їх максимальна автоматизація. Зниження потужностей також спрощує доставку енергії до споживача в воєнний час або знижує потужність необхідних локальних дизель-генераторів.
Найбільшим споживачем електроенергії на очисних спорудах стічних вод є повітродувна станція, її доля може досягати 80% від усієї використовуваної електроенергії. Через це вибір сучасних та економічних повітродувок дозволить водоканалам економити значні кошти.
У 2023 році компанія Esmil Group спільно з нашими італійськими партнерами компанією Next-Turbo приготувала новий продукт для українського ринку — одноступінчасту повітродувку відцентрову Esmil Next-Turbo. Відцентрова повітродувка Esmil NT забезпечує максимальну ефективність подачі повітря в аераційну систему міських очисних споруд. Повітродувки ідеально підходять для підприємств, які зацікавлені в мінімальній кількості обслуговуючого персоналу та приділяють увагу скороченню операційних витрат.
Одразу варто зазначити, що життєвий цикл повітродувки складає 20-25 років, тому не можна судити про вигідність тієї чи іншої повітродувки лише по її вартості. Оскільки за час роботи повітродувної станції основна стаття витрат припадає на споживану електроенергію, цей показник може доходити до 90-95% від вартості всіх витрат. З огляду на це основним показником повітродувки є її енергоефективність, яку розраховують як кількість енергії в кВт*год витрачених на подачу 1 000 м3 повітря.
Призначення повітродувок. Які завдання вони вирішують та які можуть бути проблеми при неправильному підборі обладнання?
Повітродувка вирішує два основні завдання:
1 – Подача необхідного обсягу кисню до аеротенка.
2 – Подолання спротиву, виникаючого у системі (спротив стовпа рідини, спротив повітроводу, спротив аераторів, спротив до найдальшого аератора).
Найпоширеніші проблеми з повітродувками і пов’язані з ними витрати, шо існують на очисних спорудах:
- Недостатній тиск, що створює повітродувка. Це може призвести до припинення біологічних процесів в аеротенку, що в свою чергу призводить до засмічення (заростання) аераторів та пришвидшення їх виходу із ладу з подальшою заміною, а також до недотримання екологічних норм.
- Подача більшої кількості повітря, ніж необхідно для біологічних процесів в аеротенку. Ця проблема виникає з радянськими повітродувками, в яких немає регулювання продуктивності, або коли повітродувка була неправильно підібрана. Це призводить до значного збільшення витрат на електроенергії.
- Технічне обслуговування. В першу чергу це час простою, який виникає під час ремонту та капітального обслуговування повітродувки. Також до цього можна віднести і поточне обслуговування (наприклад, заміна фільтрів та мастила, візуальний контроль обладнання)
Види повітродувок
На даний момент на ринку розповсюджені 5 видів повітродувок: одноступінчасті відцентрові, багатоступінчасті відцентрові, роторні, гвинтові, одноступінчасті відцентрові прямої дії.
Кожні з них мають свої переваги та недоліки, основні параметри кожного з видів повітродувок наведені у таблиці.
За рахунок широкого діапазону продуктивності та регулювання, високого ККД та надійності одноступінчасті відцентрові повітродувки є найбільш універсальними серед представлених на ринку.
ККД та його вплив на енергоефективність
ККД повітродувки – це основний показник ефективності цього виду обладнання. Чим він вище, тим більш енергоефективною є повітродувка та тим більше можна зекономити коштів на електроенергії. На графіку нижче показано ККД різних видів повітродувки та їх можливий діапазон регулювання.
З цього графіку видно, що одноступеневі відцентрові повітродувки мають найвищий ККД, однак вони є і найбільш дорогими, проте це компенсується меншим енергоспоживанням порівняно з іншими видами повітродувок.
Діапазон регулювання та його вплив на енерговитрати
Кількість стічних вод не є сталою величиною, а тому і обсяг необхідного повітря для підтримки біологічних процесів очистки буде змінюватися. Тому важливою функцією повітродувок є можливість регулювати обсяг повітря який подається до аеротенку.
Відцентрові повітродувки Esmil NextTurbo мають широкий діапазон регулювання 40-100%, що дозволяє регулювати об’єм повітря відповідно до кількості стічних вод, які надходять на очисні споруди. Тоді як у радянських повітродувках ця функція взагалі відсутня, через що повітродувки вимушені працювати на одному рівні продуктивності постійно, що призводить до значного збільшення енерговитрат. На графіку нижче продемонстровано залежність витрати електроенергіі від зміни обсягу стічних вод впродовж доби, для повітродувкок з можливістю регулювання та без.
Конструкція повітродувки Esmil NextTurbo та її вплив на ККД
Повітродувки Esmil NextTurbo представлені в двох лінійках GTB та GTH. Нижче продемонстровані обидві лінійки повітродувок з діапазоном продуктивності та перепадом тиску, які вони можуть створювати.
Повітродувки Esmil NextTurbo мають широкий діапазон продуктивності від 1 000 до 70 000 м3/годину, що дозволяє використовувати меншу кількість повітродувок порівняно з іншими видами аналогічного обладнання, що в свою чергу також сприяє зменшенню енерговитрат. Це особливо помітно на середніх та великих очисних спорудах де кількість необхідного кисню вимірюється десятками тисяч м3/год.
Повітродувки NextTurbo мають 3 основні варіанти регулювання.
- Х – вихідні лопатки дифузора
- ХY – вхідні та вихідні лопатки дифузора
- ХZ – вихідні лопатки дифузора та частотний перетворювач
Кожний з цих варіантів має свої переваги. Але найчастіше використовується варіант ХY (регулювання за допомогою вхідних та вихідних лопаток), через те що має високі показники ККД та не потребує додаткового обладнання (частотний перетворювач). Залежно від технічного завдання та особливостей конкретного об’єкта можуть використовуватися інші варіанти регулювання.
Регулювання повітродувок відбувається за рахунок відкривання та закривання вхідних лопаток та вихідних лопаток дифузору.
Лопатки дифузору та вхідні лопатки
Кожна повітродувка має свою панель керування та декілька режимів роботи: ручний, автоматичний та віддалений.
На екрані шафи керування виводиться основна інформація про стан повітродувки: обсяг повітря, що подається, перепад тиску, лічильник годин роботи з останнього запуску та загального часу роботи та багато іншого. Більшість параметрів можна змінювати, наприклад обсяг повітря, що подається в ручному режимі роботи повітродувки, або задавати граничні значення, наприклад змінювати максимально допустиму температуру підшипників, при якій спрацює захист.
Також повітродувки мають систему сповіщення про помилки або несправності які можуть виникнути. А в разі виникнення критичної несправності система може самостійно вимкнути повітродувку задля запобігання виходу обладнання зі строю. В автоматичному режимі за рахунок використання датчику кисню повітродувка здатна самостійно підтримувати необхідний рівень кисню в аеротенку. Це також дозволяє працювати декільком повітродувкам в одній системі як одне ціле.
Ефективність використання повітродувок NextTurbo добре демонструє місто Турін в Італії, де проводилось дослідження про впровадження енергозбереження шляхом заміни повітродувок, а також системи аерації.
Як видно на графіку, завдяки використанню повітродувок NextTurbo, водоканалу м. Турін вдалося зменшити енерговитрати на 20%.
Виготовлення та обслуговування повітродувок
Повітродувки Esmil NextTurbo на 100% виготовляються в Європі, мають повністю автоматизований центр перевірки робочих характеристик, через який проходять все виготовлене обладнання. Це гарантує високу якість та відповідність фактичних технічних характеристик заявленим для кожної повітродувки, яку ми постачаємо. Ми маємо багаторічний досвід та понад 550 реалізованих проектів по всьому світі.
Для монтажу та першого запуску нашим спеціалістам необхідно від 4 до 8 годин на одну повітродувку в залежності від моделі, яку ви обрали. Також наші спеціалісти проводять навчання вашого персоналу підчас монтажу, технічного обслуговування і навіть підчас проведення сервісного обслуговування.
Порівняння енергоефективності повітродувок NT з іншими виробниками
Нижче приведено порівняння двох видів повітродувок на прикладі об’єкта, де необхідний об’єм повітря складає 33 000 м3/годину а перепад тиску 0,6 бар.
Характеристики повітродувок
| Відцентрова | Роторна | |
|---|---|---|
| Продуктивність | 16 500 м3/годину | 8650 м3/годину |
| Перепад тиску | 0,65 бар | 0,6 бар |
| Діапазон регулювання | 40-100% | 50-100% |
| Електродвигун | 355кВт | 250 кВт |
| Кількість | 2 робочих + 1 резервна | 4 робочих + 2 резервна |
| Вартість частотного перетворювача + фільтри, USD | Не використовується | Близько 30 тис. USD за один комплект // 180 тис. USD |
| Споживання електроенергії (при 100% продуктивності) | Близько 2х330=660 кВт | Близько 4х235=940 кВт |
| Споживання енергії всім комплексом на рік/за 20 років (при 100% продуктивності) | 5781,6 МВт х г // 115632 МВт х г | 8234 МВт х г // 164688 МВт х г |
| Прогнозоване споживання всім комплексом з урахуванням нерівномірності за 20 років | коефіцієнт 0,7 80942 МВт х г | коефіцієнт 0,8 131750 МВт х г |
| Вартість електроенергії за рік/за 20 років (при вартості 6 грн. за кВт х год, без урахування збільшення тарифу) | 925 тис. USD // 18,5 млн USD | 1,31 млн USD // 26,35 млн USD |
| Прогнозована вартість електроенергії з урахуванням нерівномірності за 20 років | коефіцієнт 0,7 13 млн USD | коефіцієнт 0,8 21 млн USD |
| Заміна мастила, одна заміна мастила/ за 20 років | 600 USD / 6000 USD Заміна відбувається кожні 2-3 роки | 320 USD / 12 800 USD Заміна кожні 3-6 місяців, показано витрати на 6 місяців |
| Витрати на капітальний ремонт протягом 20 років | Заміна робочого колеса (вартість однієї заміни близько 20% вартості повітродувки) = 62,4 тис. USD | Заміна роторів не менше 4 разів (вартість однієї заміни близько 20% вартості повітродувки) = 214 тис. USD |
| Вартість експлуатації повітродувками за 20 років (електроенергія + витратні матеріали) | 13 млн USD | 21 млн. USD |
Як видно з таблиці, за рахунок широкого діапазону продуктивності вдалось зменшити кількість необхідних повітродувок, завдяки чому загальне споживання електроенергії у варіанті з відцентровими повітродувками нижче, ніж у варіанті з роторним. Окрім того, менша кількість повітродувок вимагає менше обслуговування, а отже витрати на комплектуючі будуть нижчі.
Висновки
Повітродувки Esmil NextTurbo мають виняткову ефективність і зберігають високий ККД в широкому діапазоні регулювання. Як результат, за час життєвого циклу повітродувки з’являється дуже відчутний економічний ефект. Зручна автоматика допомагає заощадити енергію, робить користування ергономічним, допомагає оптимізувати цільовий технологічний процес. Надійна конструкція, мала потреба в обслуговуванні і локальний сервіс дозволяють сміливо пропонувати NextTurbo українським користувачам.
