兩種高壓變頻器冷卻方式的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

1 引言

　　高壓變頻器應(yīng)用中的設(shè)備散熱和運(yùn)行環(huán)境問(wèn)題直接影響變頻器自身的運(yùn)行安全，隨著變頻器功率的不斷提高，其輔助冷卻的投資和運(yùn)營(yíng)成本也逐漸得到越來(lái)越多的重視。采用專業(yè)的高壓變頻器空－水冷卻裝置，提高設(shè)安全穩(wěn)定性能，降低輔助冷卻系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)成本，成為高壓變頻應(yīng)用中需要考慮的重要問(wèn)題之一。

　　下面就以高壓變頻器常見(jiàn)的房間空調(diào)冷卻和專用的高壓變頻器空－水冷卻裝置進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)進(jìn)行比較分析。

2 空調(diào)冷卻經(jīng)濟(jì)性分析

　　2.1 冷卻功率計(jì)算

　　以華能某電廠350mw機(jī)組一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器冷卻為例。兩臺(tái)一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器功率分別為1600kw，安裝在同一高壓變頻器室內(nèi)，房屋面積為9m×6.5m×4.5m（長(zhǎng)×寬×高）。

　　按照南方氣候，需要制冷量按180w/m2計(jì)算，房屋自冷損耗即需要：

　　qf =s×180=58.5×180≈10.53kw

　　式中：s－房屋面積

　　一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器額定發(fā)熱總量：qb=p×4%=1600×4%×2=128kw

　　式中：p—高壓變頻器額定輸出功率。則，一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室的有效制冷量至少需要：q =qb+qf =128+10.53=138.53kw

　　2.2 空調(diào)冷卻耗電指標(biāo)計(jì)算

　　根據(jù)上述計(jì)算，一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室的有效需求冷量為138.53kw。考慮到高壓變頻器室的系統(tǒng)熱交換效率不可能為1，亦即空調(diào)的冷量完全進(jìn)入設(shè)備進(jìn)行冷卻實(shí)現(xiàn)100％交換。根據(jù)空調(diào)按照周邊環(huán)境擺放的格局、送風(fēng)距離、循環(huán)風(fēng)速等因素，其系統(tǒng)效率值按70％的典型值核算制冷功率：

　　式中：η—效率

　　根據(jù)空調(diào)的選型規(guī)格和能效比參數(shù)，考慮到高壓變頻器不可能長(zhǎng)期處于100％負(fù)載運(yùn)行，因此選擇12p空調(diào)設(shè)備，每臺(tái)額定制冷量28kw。

　　空調(diào)數(shù)量：

　　即：如果實(shí)現(xiàn)一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室的環(huán)境溫度控制至少需要安裝7臺(tái)12p的空調(diào)設(shè)備。

　　空調(diào)能效比＝制冷量：網(wǎng)側(cè)電耗＝2.5

　　一次風(fēng)機(jī)室采用空調(diào)冷卻時(shí)，網(wǎng)側(cè)單位功耗：

　　即：每天（24h）一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室采用空調(diào)冷卻的日耗電量為：1881.6kw·h。

　　按照折合年機(jī)組有效運(yùn)行210天，每年一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室由于冷卻需要消耗電能c＝395136 kw·h，按電價(jià)0.37元/kw·h計(jì)算，折合14.62萬(wàn)元。

　　按照一臺(tái)12p空調(diào)2.5萬(wàn)元計(jì)算，采用空調(diào)冷卻的設(shè)備總投資為17.5萬(wàn)元。

3 空一水冷卻系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性分析

　　3.1 冷卻功率計(jì)算

　　由上述計(jì)算可知：兩臺(tái)額定功率1600kw高壓變頻器的額定發(fā)熱量為128kw。采用空－水冷卻系統(tǒng)時(shí)，該系統(tǒng)將高壓變頻器排出的熱風(fēng)全部通過(guò)空－水冷卻裝置實(shí)現(xiàn)了熱交換，然后將冷風(fēng)排回室內(nèi)，因此，其風(fēng)路循環(huán)效率得到極大提高，風(fēng)路循環(huán)效率接近99％。與空調(diào)冷卻不同的是前者冷卻房間后才能冷卻設(shè)備，而后者則是通過(guò)吸收設(shè)備發(fā)熱而達(dá)到高壓變頻器室內(nèi)環(huán)境控制目的。其系統(tǒng)效率自然得到提高，而且避免了環(huán)境冷卻所需的冷量消耗。

　　考慮到極限運(yùn)行情況下的發(fā)熱量，以及水溫偏高、系統(tǒng)交換效率等因素，空冷器的設(shè)計(jì)裕度通常選擇為1.15～1.2倍。即：空冷器的熱交換功率不小于73.6kw/臺(tái)，實(shí)際選用的空冷器功率為每臺(tái)設(shè)備75kw。

　　3.2 空調(diào)冷卻耗電指標(biāo)計(jì)算

　　每臺(tái)高壓變頻器所配的空－水冷卻系統(tǒng)，主要耗電設(shè)備為一臺(tái)2.2kw的增壓風(fēng)機(jī)。該設(shè)備與高壓變頻器柜頂?shù)娘L(fēng)機(jī)和空冷系統(tǒng)配置的風(fēng)機(jī)為熱備用結(jié)構(gòu)型式運(yùn)行。系統(tǒng)采用室內(nèi)密閉式循環(huán)冷卻，環(huán)境溫度控制在40℃以內(nèi)。一次風(fēng)機(jī)采用空－水冷卻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度控制時(shí)，每臺(tái)高壓變頻器配套的風(fēng)機(jī)總功耗為2.2kw，兩臺(tái)高壓變頻器冷卻風(fēng)機(jī)功耗p’為4.4kw。

　　由于該系統(tǒng)利用機(jī)組閉式工業(yè)冷卻水，實(shí)現(xiàn)熱交換。冷卻水循環(huán)利用，循環(huán)水量需求為36t/h每臺(tái)機(jī)組。按照現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組運(yùn)行的循環(huán)水總量計(jì)算，該一次風(fēng)系統(tǒng)水量使用比例占總量比重小于2％，因此循環(huán)泵功耗增加很小，可以忽略不計(jì)。

　　采用空－水冷卻系統(tǒng)的單位總電耗4.4kw。每天（24h）兩臺(tái)機(jī)組的一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室采用空水冷運(yùn)行的日耗電量為：24×4.4=105.6kw·h。

　　按照折合年機(jī)組有效運(yùn)行210天，每年一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室由于冷卻需要消耗電能c＝22176 kw·h，按電價(jià) 0.37元/kw·h計(jì)算，折合0.82萬(wàn)元。

　　按照每套75kw的空－水冷卻系統(tǒng)9.7萬(wàn)元計(jì)算，采用空－水冷卻的設(shè)備總投資為19.4萬(wàn)元。

4 經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析

　　通過(guò)上述數(shù)據(jù)計(jì)算，采用空－水冷卻系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)冷卻方式的經(jīng)濟(jì)性比對(duì)分析如下：

　　節(jié)電率：

　　式中p0即為一次風(fēng)機(jī)室采用空調(diào)冷卻時(shí)的網(wǎng)側(cè)功耗p。

　　每年可節(jié)約電量：

　　q = qd－qb= 395136－22176=372960 kw.h

　　年可節(jié)約電費(fèi)：m=q×n=372960×0.37=137995.2元，約合13.80萬(wàn)元。

　　即：采用空－水冷卻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一次風(fēng)高壓變頻器冷卻運(yùn)行，較采用常規(guī)的空調(diào)冷卻方式運(yùn)行每年僅冷卻部分的電耗即可節(jié)約13.8萬(wàn)元。在1.5年后即可收回設(shè)備投資成本，實(shí)現(xiàn)了高壓變頻器項(xiàng)目節(jié)能和輔助設(shè)備的節(jié)能運(yùn)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

　　華能某電廠350mw機(jī)組一次風(fēng)機(jī)高壓變頻器室采用空－水冷卻系統(tǒng)，除了可以帶來(lái)直接的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益外，還會(huì)帶來(lái)以下方面的經(jīng)濟(jì)收益：

　　（1） 采用新型冷卻系統(tǒng)后，其高壓變頻器的設(shè)備冷卻運(yùn)營(yíng)成本將比常規(guī)的空調(diào)冷卻降低90%左右。運(yùn)營(yíng)成本只有空調(diào)冷卻系統(tǒng)的10％。

　　（2）由于新型冷卻系統(tǒng)均采用密閉冷卻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，風(fēng)路循環(huán)使用。具有粉塵小、環(huán)境穩(wěn)定，受外界環(huán)境因素影響小等特點(diǎn)。除塵濾網(wǎng)的清洗周期可由原來(lái)的7~15天，延長(zhǎng)到30～45天，大大減低維修維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。

　　（3）由于設(shè)備使用和運(yùn)行數(shù)量降低，且空－水冷卻系統(tǒng)主要是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)備，其穩(wěn)定性和安全性遠(yuǎn)高于空調(diào)制冷的電力電子設(shè)備。系統(tǒng)的安全性得到提高，從輔助設(shè)備上保障了機(jī)組運(yùn)行的安全。

　　（4）新型冷卻系統(tǒng)在設(shè)計(jì)方面充分考慮了設(shè)備故障、熱交換介質(zhì)泄漏、風(fēng)路應(yīng)急旁路、操作簡(jiǎn)便性、可維護(hù)維修性等安全防護(hù)措施。與高壓變頻器設(shè)備整合運(yùn)行，提高整體安全性能。

　　（5） 空－水冷卻系統(tǒng)的使用壽命是空調(diào)設(shè)備的5～8倍，從而可以大大減少設(shè)備的維修維護(hù)費(fèi)用。

　　綜上所述，華能某電廠一次風(fēng)機(jī)變頻節(jié)能項(xiàng)目中采用節(jié)能、環(huán)保的空－水冷卻系統(tǒng)是十分必要、切實(shí)可行的措施，項(xiàng)目具有明顯的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)異性，值得在高壓變頻應(yīng)用行業(yè)大力推廣使用，從而實(shí)現(xiàn)高壓變頻項(xiàng)目的全面節(jié)能。