您的瀏覽器不支援JavaScript功能,若網頁功能無法正常使用時,請開啟瀏覽器JavaScript狀態 跳到主要內容區
:::

冷卻水塔運轉最佳化

2017/12/8 上午 09:30:07
案例名稱

冷卻水塔運轉最佳化

案例說明

(1)冷卻水系統風車加裝變頻器以控制輸出功率,依使用端負載之需求,自動調整風量之供應,以減少能源之消耗。

(2)降低冷卻水出水溫度,提昇5℃及9℃冰水主機運轉效率,減少壓縮機負載以達到節能之目的。

改善前狀況

該廠改善前冷卻水塔並未進行最佳化運轉。

改善後狀況

(1)風車加裝變頻器:

    加裝變頻器,根據主機負載調整風車轉速,在冷卻水風車運轉台數不變情況下,夏月冷卻水風車約運轉在67%---40Hz(全載為60Hz),春、秋季運轉在58%---35Hz,冬季運轉在42%---25Hz,預估每年可省電653MWh,節省電費約980仟元/年,抑制CO2排放437公噸/年。

(2)強制降低冷卻水出水溫度:

    降低冷卻水出水溫度,可有效降低冰水主機之冷凝壓力,進而提昇冰機之運轉效率。以冷媒R-123而言,每降低1℃冷卻水溫度,則約可節省3%冰機之運轉效率。

    Fab14冷卻水系統控制方式從2005年之外氣濕球溫度控制方式(以外氣濕球溫度+3℃控制冷卻水塔運轉台數)改善為2006年之強制冷卻水出水溫度控制(強制冷卻水出水溫度之設定控制)。其優點為有效降低出水溫度,明顯提昇主機效率。

    缺點則為冷卻水風車加載運轉,造成風車耗能,但以省能的角度而言,冰水主機省能的效益則遠遠超過風車增加的耗能,預估每年可省電3,321MWh,節省電費約4,980仟元/年,抑制CO2排放2,225公噸/年。

(3)總節約電力:3,974MWh/年

 

原理說明(flow chart):

冷卻水系統風車加裝變頻器以控制輸出功率,依使用端負載之需求,自動調整風量之供應,以減少能源之消耗。

根據風車定律,風車消耗的功率與風車轉速三次方成正比,也就是說,降低風車轉速,可有效減少風車功率之消耗。

如上圖所示,風車每增加10%轉速,則風車增加約33%的功。
H1/H2 = (D1/D2)5 × (N1/N2)3 × (ρ12)

(風車定律,H:消耗功率,D:impeller直徑,N:轉速,ρ:空氣密度)

目前該廠,冷卻水系統分為5℃及9℃兩個系統,總共有13座冷卻水塔,每台風車的功率(Fan power)為91.68kW。

以年平均運轉時數而言,夏天全載(13台)運轉時間約4個月,春、秋季約80%(10台)運轉,冬季約50%(7台)運轉,因此全年冷卻水塔耗電為:

(13台 × 120天 × 24時/天 + 10台 × 150天 × 24時/天 + 7台 × 95天 × 24時/天) × 91.68kW/台 = 8,196,192kWh

加裝變頻器後,根據主機負載調整風車轉速,在冷卻水風車運轉台數不變情況下,夏月冷卻水風車約運轉在67%---40Hz(全載為60Hz),春、秋季運轉在58%---35Hz(全載為60Hz),冬季運轉在42%---25Hz(全載為60Hz)。

 

根據風車定律估算:

夏月節能約13台 × 120天 × 24時/天 × 91.68kW/台 × (1-67%)= 123,354kWh

春、秋季節能約10台 × 150天 × 24時/天 × 91.68kW/台 × (1-58%)= 244,526kWh

冬月節能約7台 × 95天 × 24時/天 × 91.68kW/台 × (1-42%)= 285,490kWh

合計:123,354 + 244,526 + 285,490 = 653,370kWh = 653MWh

降低冷卻水出水溫度,提昇5℃及9℃冰水主機運轉效率,減少壓縮機負載以達到節能之目的。

COP = qe/W = (hc-ha) / (hd-hc)    (qe:冷凍能力    W:壓縮機輸出功)

由Mollier Chart圖可知,冷凍循環A'—B'— C—D',其壓縮功為hd'-hc,當冷卻水溫提高時,其冷凍循環A—B— C—D ,其壓縮功為hd-hc,查表可算出每降低1℃冷卻水溫度,則約可節省3%冰機之運轉效率。

該廠冷卻水系統控制方式從2005年之外氣濕球溫度控制方式(以外氣濕球溫度+3℃控制冷卻水塔運轉台數)改善為2006年之強制冷卻水出水溫度控制(強制冷卻水出水溫度之設定控制)。其優點為有效降低出水溫度,明顯提昇主機效率。

因為冰水主機有其額定冷凝壓力之運轉條件,此控制方式運用於夏季(6~10月)可明顯提高冰機之運轉效率,而在秋冬季節而言,冷卻水出水溫度則偏低,需關閉主機以為因應,避免主機因高壓無法建立,產生異常。

成效分析

(1)經計算改善後每年共節省電力3,974MWh/年。

(2)每年總節省金額:3,974,499 × 1.5元/kWh = 5,960千元/年。(1kWh=1.5 元計算)

(3)換算成抑低二氧化碳排放率:3,974,499kWh × 0.67 ÷ 1,000 = 2,663公噸/年。


回列表
到頂端