Čerpadla v předávacích stanicích z pohledu provozních a pořizovacích nákladů
Prověření čtyř variantních řešení oběhových čerpadel otopné vody v předávacích stanicích prokázalo výhodnost varianty tři označené C, která je podle autora nejvýhodnější. Čtvrtá varianta, označená jako Cm, je nejdražší, provozně sice nejlepší, ale je zde problém ve vysokých pořizovacích nákladech, které nebudou do 10 let uhrazeny efektivitou provozu stanice. Je třeba poděkovat autorovi, že vyzkoušeli provozní řešení ve čtyřech modifikacích a prokázali tak výhodnost výše zmíněné varianty.
Recenzent: Miroslav Štorkan
Úvodem
Cílem příspěvku je podělit se o zkušenosti s řešením oběhových čerpadel otopné vody v předávacích stanicích primár/sekundár (PS) zásobujících sekundární sítě s domovními (objektovými) předávacímu stanicemi (DPS). Zejména jde o posouzení energetické (elektrické) náročnosti dodávky v jednotlivých měsících během roku u různých typů variantního technického řešení, a následně pak o pokus srovnání také z pohledu pořizovacích nákladů.
Sledované zdroje
Základní údaje zdrojů
Poznámka: Na těchto zdrojích bylo zároveň v roce 2010 testováno řízení čerpadel dle dP na koncové DPS – viz přednáška na Teplárenských dnech v Ostravě v roce 2011.
Popis technického řešení čerpadel zdroje PS–A
V roce 2006 prošel zdroj modernizací formou decentralizace na síť DPS – v jednotlivých odběrných místech (jedná se o převážně panelovou zástavbu) byly osazeny DPS zajišťující ekvitermní regulaci a přípravu teplé vody pro daný objekt. K dodávce otopné vody do DPS je využíván původní sekundární rozvod ústředního vytápění SRT-ÚT. Vzhledem k tomu, že původní čerpadla ÚT v PS byla ještě ve velmi dobrém technickém stavu, bylo rozhodnuto ponechat je pro dodávku s tím, že při prvních problémech bude provedena rekonstrukce a bude osazena nová kaskáda čerpadel. Dodávku otopné vody do DPS tedy zajišťovalo jedno relativně velké čerpadlo celoročně, druhé pak jako 100% záloha. Čerpadlo bylo řízeno externím frekvenčním měničem a řídicím systémem zajišťujícím regulaci v závislosti na požadovaném dP na koncové DPS (přenášeném prostřednictvím GPRS).
Čerpadlo bylo mírně předimenzováno i pro zimní provoz, protože od doby jeho původního osazení došlo k množství stavebně-technických úprav ze strany odběratelů (osazování TRV + RDT, zateplení dílčí či komplexní, výměny oken…). V období mimo otopnou sezonu pak čerpadlo sjíždělo mimo optimální účinnosti (případně měnič již nemohl čerpadlu dále snižovat otáčky – požadovaná min. frekvence daná výrobcem), což je samozřejmě na spotřebě elektřiny (měrné hodnoty) znatelně vidět.
Poznámka k současnému stavu:
Jelikož čerpadla projevila značně delší životnost, než se původně předpokládalo, bylo pro letní provoz dodatkově osazeno menší mokroběžné čerpadlo s permanentním magnetem pro zajištění zlepšení efektivity provozu i mimo otopné období.
Poznámka k získávání použitých dat u sledovaných zdrojů:
Spotřeby tepla z jednotlivých měřičů v DPS jsou vyčítány dálkově a přenášeny formou GPRS na dispečerské pracoviště lokality. Spotřeba elektřiny v PS je odečítána manuálně.
Popis technického řešení čerpadel zdroje PS–B
Tento zdroj prošel modernizací formou decentralizace na síť DPS v roce 2009 – v jednotlivých odběrných místech (jedná se o převážně panelovou zástavbu) byly osazeny DPS zajišťující ekvitermní regulaci a přípravu teplé vody pro daný objekt. K dodávce otopné vody do DPS je využíván původní SRT-ÚT. Vzhledem k tomu, že původní čerpadla byla v nevyhovujícím technickém stavu (technicky dožívající, parametry nevyhovující budoucímu provozu), bylo rozhodnuto pro dodávku do DPS osadit novou kaskádu dvou suchoběžných oběhových čerpadel. Návrh byl proveden tak, aby jedno čerpadlo zvládlo cca 70 % max. dodávky (průtoku) při venkovních teplotách cca –15 °C. Při případném výpadku jednoho čerpadla pak je zbylou dodávku (disproporci průtoku) možno pokrýt zvýšenou teplotou média. Dodávku otopné vody do DPS tedy zajišťuje kaskáda dvou čerpadel, jedno v provozu stále, druhé připíná automaticky dle potřeby. Čerpadla jsou řízena externím frekvenčním měničem a řídicím systémem zajišťujícím regulaci v závislosti na požadovaném dP na koncové DPS (přenášeném prostřednictvím GPRS).
Čerpadla zde vykazují efektivnější provoz, než je tomu v předchozím případě.
Popis technického řešení čerpadel zdroje PS–C
Také tento zdroj prošel modernizací formou decentralizace na síť DPS, a to v roce 2007 – v jednotlivých odběrných místech (jedná se o převážně panelovou zástavbu) byly osazeny DPS zajišťující ekvitermní regulaci a přípravu teplé vody pro daný objekt. K dodávce otopné vody do DPS je využíván původní SRT-ÚT. Vzhledem k tomu, že původní čerpadla byla v nevyhovujícím technickém stavu (technicky dožívající, parametry nevyhovující budoucímu provozu), bylo rozhodnuto pro dodávku do DPS osadit novou kaskádu tří suchoběžných oběhových čerpadel. Návrh byl proveden tak, aby jedno čerpadlo zvládlo cca 33 % max. dodávky (průtoku) při venkovních teplotách cca –15 °C (tedy bez rezervy). Pro případ výpadku jednoho čerpadla zbylou dodávku (disproporci průtoku) možno pokrýt zvýšenou teplotou média. Dodávku otopné vody do DPS tedy zajišťuje kaskáda tří čerpadel, jedno v provozu stále, další připínají automaticky dle potřeby. Čerpadla jsou řízena externím frekvenčním měničem a řídicím systémem zajišťujícím regulaci v závislosti na požadovaném dP na koncové DPS (přenášeném prostřednictvím GPRS).
Čerpadla zde vykazují vysoce efektivní provoz ve srovnání s předchozími, a to i v letním období.
Srovnání energetické (elektrické) náročnosti dodávky ze sledovaných zdrojů za rok 2010
Otázka pořizovacích (investičních) nákladů rekonstrukce čerpadel
Orientačně byl proveden odhad nákladů těchto variant:
-
Varianta A
– řešení s jedním celoročním oběhovým čerpadlem (suchoběžným) a 100% zálohou, uzavírací armatury a dopojení do systému, řízeno externím frekvenčním měničem (a stávajícím řídicím systémem zajišťujícím regulaci) dle dP na koncové DPS (stávající přenos GPRS). -
Varianta B
– řešení kaskády dvou čerpadel (suchoběžných) 70 % + 70 % max. průtoku, uzavírací armatury a dopojení do systému, řízeno externím frekvenčním měničem (a stávajícím řídicím systémem zajišťujícím regulaci) dle dP na koncové DPS (stávající přenos GPRS). -
Varianta C
– řešení kaskády tří čerpadel (suchoběžných) 1/3 + 1/3 + 1/3 max. průtoku, uzavírací armatury a dopojení do systému, řízeno externím frekvenčním měničem (a stávajícím řídicím systémem zajišťujícím regulaci) dle dP na koncové DPS (stávající přenos GPRS). -
Varianta Cm
– obdoba C, ale použita mokroběžná čerpadla třídy A s permanentním magnetem a integrovanou elektronickou regulací otáček, řízeno stávajícím řídicím systémem dle dP na koncové DPS (stávající přenos GPRS).
Velmi orientační odhad nákladů variant
Otázka ideálního technicko-ekonomického stavu řešení čerpadel
Celkové zhodnocení variant řešení s provozem ve výhledu 10 let
Po uvedení do provozu a zahájení sledování také provozních nákladů na elektřinu v PS se cca po druhém roce provozu srovná rozdíl pořizovacích nákladů mezi variantami C a B a varianta C (investičně druhá nejvýhodnější) začíná spořit – jeví se tedy technicko-ekonomicky nejvýhodnější. Varianta A je nevyhovující jak investičně, tak provozně. Varianta Cm je investičně nejdražší. Provozně je sice bezkonkurenčně nejlepší, nicméně orientačně ani do cca 10 let pravděpodobně nezačne být celkově nejefektivnější (měrná hodnota odhadnuta). Relativně vyšší pořizovací hodnota je dána zejména faktem, že frekvenčním měničem je v kaskádě opatřeno každé čerpadlo, protože je do čerpadel integrován.
Výsledné srovnání nutno brát orientačně z těchto důvodů:
- Může se lišit jednotková cena elektřiny (proto zde není uváděna).
- Stanovení investiční náročnosti jinak než ostrým výběrem pro konkrétní zakázku, v konkrétním čase a od konkrétního dodavatele je vždy velmi orientační (zejména vlivy rabatů na hlavní komponenty, atd.).
- Propočet byl prováděn bez vlivu inflace.
Závěr
Technicko-ekonomicky se jeví jako nejvýhodnější varianta C, návrh kaskády tří suchoběžných oběhových čerpadel, přičemž jednotlivá čerpadla jsou navržena vždy každé na cca 1/3 požadovaného max. průtoku – tedy celkově zcela bez rezervy (při výpadku jednoho je nutné disproporci řešit dočasným zvýšením teploty otopné vody). Řízení čerpadel je řešeno externím frekvenčním měničem a řídicím systémem na základě požadovaného dP na koncové DPS.
Poznámka:
Pro srovnání byla modelově uvažována stanice o výkonu cca 3,5 MW s prodejem tepla cca 20 000 GJ ročně. Takto byl směřován i návrh čerpadel, měrné hodnoty elektrické náročnosti variant A + B + C pak vycházely z reálně dosažených (výše uvedených) vzorků pro daná řešení. Pro variantu Cm byla náročnost orientačně uvažována cca 0,30 kWh/GJ.
Použité zkratky:
PS – předávací stanice primár/sekundár;
DPS – domovní předávací stanice sekundární;
SRT-ÚT – sekundární rozvod ústředního vytápění
Pumps in transfer stations in terms of operational costs and acquisition costs
The author presents economic evaluation of the pumps for the district heating station. High investment costs of energy efficient pumps may not be economically the best solution for a given period of time. Differences between the pumps are not negligible.
Keywords: pump in district heating station, district heating, pump efficiency