بسیاری از مدیران مجتمعهای تجاری بزرگ و صاحبان صنایع، علیرغم اعمال سیاستهای مدیریت مصرف انرژی در بخش روشنایی و تجهیزات اداری، همچنان با ارقام تصاعدی در قبوض برق و جرایم ناشی از تجاوز از دیماند مواجه میشوند. واقعیت این است که سیستمهای روشنایی سهم بسیار کوچکی در سبد مصرف انرژی دارند و بهینهسازی آنها تأثیر چندانی در رقم نهایی هزینههای مجموعه شما نخواهد داشت. عامل اصلی و پنهانِ افزایش بار شبکه و هزینههای نجومی، تجهیزاتی هستند که درون خود «الکتروموتور» دارند؛ مخصوصا بزرگترین مصرف کنندگان انرژی کارخانجات یعنی کمپرسورهای هوای فشرده، سیستمهای تهویه مطبوع مرکزی (چیلرها) و پمپهای آب تأسیسات بزرگ و ماشینآلات خطوط تولید.
بهترین روش کاهش مصرف انرژی برق چیست؟
وقتی صحبت از مدیریت انرژی میشود، بسیاری از مدیران به دنبال راهکارهای پیچیده میگردند، در حالی که مؤثرترین روش کاهش مصرف انرژی برق، مدیریت تجهیزات دوار است. وسایلی که برای ایجاد حرکت، پمپاژ آب یا تولید برودت در مقیاس بزرگ کار میکنند، بیشترین سهم را در کنتور برق شما دارند.
جایگزین کردن سیستمهای راهانداز قدیمی با تجهیزات مبتنی بر درایو، پایهایترین اقدامی است که کاهش مصرف برق را به صورت ملموس روی قبض مجموعه شما نشان میدهد.
کاهش مصرف برق در سیستمهای تهویه مطبوع و سردخانهها
در مجتمعهای تجاری بزرگ و واحدهای صنعتی،کمپرسورهای هوای فشرده و سیستمهای برودتی مرکزی (چیلرها) و سردخانهها بالاترین سهم را در نمودار مصرف انرژی به خود اختصاص میدهند. علت اصلی این حجم از مصرف و هدررفت انرژی، ساختار عملکردی کمپرسورهای قدیمی است که بر مبنای منطق «روشن/خاموش» (On/Off) فعالیت میکنند؛ به این معنا که دستگاه یا با ۱۰۰ درصد توان نامی در مدار است یا به طور کامل متوقف میشود. این سیکل متناوب و استارتهای مکرر، موجب ثبت پیکهای شدید در منحنی مصرف شبکه میگردد.
بر همین اساس، بهینهسازی و کاهش مصرف برق در این تجهیزات، وابستگی مستقیمی به ارتقای تکنولوژی کنترل و راهاندازی کمپرسور دارد. در سیستمهای نوین مبتنی بر اینورتر، پس از رسیدن محیط به فشار مناسب در خط تولید و یا برودتِ مطلوب در سیستمهای خنک کننده ، کنترلر سیستم به جای قطع کامل مدار، فرمان کاهش دور موتور را صادر میکند تا شرایط ترمودینامیکی با حداقل توان ممکن حفظ شود. این اصلاح ساختاریِ هوشمندانه، در صورت کارکرد پیوسته سیستمهای برودتی، قادر است مصرف برق این تجهیزات را بین ۳۰ تا ۶۰ درصد کاهش دهد.
جریان راهاندازی (استارت) چیست؟
برای اینکه بدانیم چرا تعویض تکنولوژی تا این حد اهمیت دارد، باید به یک اصل مهم فیزیکی در الکتروموتورها اشاره کنیم. در مواردی که الکتروموتور به روشهای سنتی و مستقیم راهاندازی میشود، در لحظه استارت جریانی بالاتر از حد تصور—گاهی ۶ تا ۱۰ برابر جریان نامی (اسمی)—از شبکه برق میکشد.
موتور برای غلبه بر نیروی اینرسی در ثانیههای اول به این انرژی عظیم نیاز دارد. حالا تصور کنید پمپ آب یک برج تجاری یا کمپرسور یک چیلر صنعتی، در طول شبانهروز دهها بار خاموش و روشن شود. با هر بار استارت، یک شوک الکتریکی شدید به شبکه وارد شده و جهش شدیدی در آمپر مصرفی ثبت میشود. کلید طلایی کاهش مصرف برق، مهار همین جریان هجومی اولیه است.
کاهش مصرف برق با اینورتر
در این مرحله، بهرهگیری از فناوری درایو فرکانس متغیر (VFD) یا اینورتر، به عنوان یک راهکار مهندسی و اثربخش برای رفع ناترازیهای داخلی مطرح میگردد. ادغام این تجهیزات با الکتروموتورها، شاخصهای مصرف انرژی را به شکل بنیادین اصلاح مینماید. عملکرد اینورتر در فرآیند بهینهسازی بر پایه اصول فنی زیر استوار است:
-
ایجاد شرایط راهاندازی و توقف نرم (Soft Start/Stop): اینورترها با اعمال کنترل دقیق بر نسبت ولتاژ و فرکانس ورودی، تنشهای الکتریکی ناشی از راهاندازی مستقیم را مهار میکنند. بدین ترتیب، جریان هجومی اولیه (Inrush Current) که در روشهای سنتی گاهی تا چندین برابر جریان نامی افزایش مییافت، حذف گردیده و الکتروموتور با روندی کاملاً تدریجی، خطی و ایمن به مدار وارد میشود.
-
تطبیق توان و سرعت موتور با بار واقعی: در بسیاری از کاربردهای تأسیساتی همواره به حداکثر توان و دبی نامی تجهیزات نیازی نیست. با توجه به ارتباط مستقیم سرعت چرخش موتور با فرکانس جریان برق، اینورتر قادر است فرکانس را متناسب با بار لحظهای کاهش دهد. این تنظیم دقیق، موجب انطباق سرعت دستگاه با نیاز واقعی سیستم شده و به تبع آن، توان مصرفی الکتروموتور را به میزان چشمگیری تقلیل میدهد.
-
کاهش استهلاک و مهار تنشهای مکانیکی: عملکرد تدریجی و کنترلشده درایوها، علاوه بر نقش مستقیمی که در کاهش مصرف برق با اینورتر ایفا میکند، موجب افت شدید تنشهای مکانیکی وارد بر قطعات متحرک سیستم (نظیر بلبرینگها، یاتاقانها، کوپلینگها و شبکههای لولهکشی) میگردد. این امر در بلندمدت، هزینههای تعمیر و نگهداری را کاهش داده و طول عمر مفید تجهیزات را به شکل قابلتوجهی ارتقا میبخشد.
نقش درایوها در بهینهسازی و کاهش مصرف برق پمپ آب
یکی از چالشهای اساسی در مدیریت تأسیسات، کنترل هزینههای انرژیِ مرتبط با تجهیزات موتورخانه، سیستمهای تهویه مطبوع و الکتروپمپهای تأمین فشار آب است. این تجهیزات غالباً توسط الکتروموتورهای سهفازِ توانبالا تغذیه میشوند که سهم عمدهای در مصرف پایه شبکه دارند.
در طراحیهای سنتی، پمپهای آب جهت تنظیم فشار شبکه به صورت متناوب با حداکثر توان روشن و خاموش میشوند. اما با پیادهسازی سیستمهای کنترلپذیر مبتنی بر درایو، عملکرد سیستم تغییر میکند؛ به این صورت که الکتروپمپ به جای توقف کامل، در ساعات افت مصرف با حداقل دور ممکن فعالیت میکند تا فشار استاتیک لولهها را در محدوده استاندارد حفظ نماید. سپس با افزایش تقاضا و باز شدن شیرهای خروجی، سرعت چرخش موتور به صورت تدریجی و دقیقاً متناسب با نیاز شبکه افزایش مییابد.
جهت اجرای این سیستم کنترلی هوشمند و تحقق بالاترین میزان کاهش مصرف برق پمپ آب (که در شرایط بهینه تا ۵۰ درصد نیز برآورد میگردد)، بهرهگیری از تجهیزات استاندارد و مهندسیشده یک ضرورت غیرقابلانکار است. در همین راستا، مهندسین تأسیسات و مدیران مجتمعها میتوانند جهت بررسی فنی، انتخاب اصولی و تأمین سیستمهای کنترل دور موتور سه فاز متناسب با مشخصات الکتروپمپها، از خدمات مهندسی و تجهیزات معتبر ارائهشده توسط شرکتی مثل آرمان بنیان اکسین بهرهمند گردند. سرمایهگذاری بر روی تجهیزات اصولی، بازگشت سرمایه را از طریق بهینهسازی مستمر هزینههای انرژی در کوتاهمدت تضمین مینماید.
اهمیت کاهش مصرف انرژی برق و صنایع
اصول فنیِ حاکم بر بهینهسازی مصرف در مجتمعهای تجاری بزرگ، با مقیاسی بسیار گستردهتر در محیطهای صنعتی نیز صادق است. امروزه با توجه به چالشهای ناترازی شبکه و اعمال سهمیهبندیهای فصلی، کاهش مصرف برق صنایع دیگر صرفاً یک سیاستِ کاهش هزینه نیست؛ بلکه پیششرط اساسی برای حفظ پیوستگی خطوط تولید و جلوگیری از توقف برنامهریزینشدهی کارخانجات به شمار میرود.
در تجهیزات مبتنی بر گشتاور متغیر (نظیر الکتروپمپهای صنعتی، مکندههای عظیم، هواسازها و کمپرسورها)، نصب درایو میتواند به طور میانگین ۴۰ تا ۵۰ درصد کاهش مصرف انرژی در پی داشته باشد. برای درک ملموستر این حجم از صرفهجویی، کافی است به «قوانین تشابه سیالات» (Affinity Laws) نگاهی بیندازیم.
به عنوان مثال توان مصرفی در فنها و پمپها، رابطه مکعبی (توانِ ۳) با سرعت چرخش موتور دارد. فرض کنید یک اگزاستفن (Exhaust fan) صنعتیِ ۵۰ کیلوواتی در خط تولید شما در حال کار است. اگر با استفاده از اینورتر، سرعت این فن را تنها ۲۰ درصد کاهش دهید (یعنی فن با ۸۰٪ سرعت نامی خود کار کند)، دبی هوا کمی کاهش مییابد، اما توان الکتریکی مصرفیِ دستگاه به حدود ۵۰ درصدِ حالت قبل (یعنی حدود ۲۵ کیلووات) افت میکند! این یعنی تنها در یک شیفتِ کاریِ ۱۰ ساعته، بیش از ۲۵۰ کیلوواتساعت در مصرف برقِ تنها یک دستگاه صرفهجویی شده است.
از سوی دیگر، در ماشینآلاتِ با گشتاور ثابت نظیر نوار نقالهها، اکسترودرها و میکسرهای صنعتی که نیازمند قدرت یکنواخت هستند، این میزان صرفهجویی بین ۵ تا ۱۰ درصد ارزیابی میگردد. با در نظر گرفتن تعرفههای تصاعدیِ برق تجاری و جریمههای سنگینِ ناشی از تجاوز از دیماند، برنامهریزی استراتژیک برای کاهش مصرف انرژی از طریق تجهیز الکتروموتورها به درایو، پروژهای زیرساختی با نرخ بازگشت سرمایه (ROI) بسیار سریع محسوب میگردد که بقای اقتصادی واحد صنعتی را در شرایط بحران انرژی تضمین مینماید.
جمعبندی؛ آیا خرید اینورتر همیشه توجیه اقتصادی دارد؟
استفاده از این تکنولوژی زمانی بیشترین بازدهی اقتصادی را دارد که دستگاه شما دارای بار متغیر بوده و ساعات طولانی در طول روز کار کند (مثل پمپ آب تأسیسات یا سیستم سرمایش مرکزی). در این حالت، هزینه اولیه خرید تجهیزات به سرعت از محل کاهش قبوض ماهانه جبران میشود.
اما اگر دستگاهی دارید که روزانه کارکرد بسیار کوتاهی دارد، یا در محیطی با هدررفت بالای انرژی قرار گرفته و مجبور است همیشه با ۱۰۰٪ توان نامی خود فعالیت کند، این دستگاه فرصت ورود به فازِ اقتصادیِ بلندمدت را پیدا نمیکند.
در نهایت، باید پذیرفت که مدیریت جامع و پایدار انرژی در شرایط ناترازی شبکه، به راهکارهای ساده و سطحی محدود نمیگردد؛ بلکه نیازمند اتوماسیون و هوشمندسازی زیرساختهای الکترومکانیکی و الکتروموتورهایی است که به عنوان مصرفکنندگان اصلی، بخش اعظم توان شبکه را در مجتمعهای بزرگ تجاری و صنایع به خود اختصاص میدهند.
ایتا
