兩種高壓變頻器冷卻方式的經(jīng)濟性對比分析

1 引言

　　高壓變頻器應(yīng)用中的設(shè)備散熱和運行環(huán)境問題直接影響變頻器自身的運行安全，隨著變頻器功率的不斷提高，其輔助冷卻的投資和運營成本也逐漸得到越來越多的重視。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)的運營成本，成為高壓變頻應(yīng)用中需要考慮的重要問題之一。

　　下面就以高壓變頻器常見的房間空調(diào)冷卻和專用的高壓變頻器空－水冷卻裝置進行經(jīng)濟性指標進行比較分析。

2 空調(diào)冷卻經(jīng)濟性分析

　　2.1 冷卻功率計算

　　以華能某電廠350mw機組一次風機高壓變頻器冷卻為例。兩臺一次風機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×寬×高）。

　　按照南方氣候，需要制冷量按180w/m2計算，房屋自冷損耗即需要：

　　qf =s×180=58.5×180≈10.53kw

　　式中：s－房屋面積

　　一次風機高壓變頻器額定發(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，一次風機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)冷卻耗電指標計算

　　根據(jù)上述計算，一次風機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)的冷量完全進入設(shè)備進行冷卻實現(xiàn)100％交換。根據(jù)空調(diào)按照周邊環(huán)境擺放的格局、送風距離、循環(huán)風速等因素，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期處于100％負載運行，因此選擇12p空調(diào)設(shè)備，每臺額定制冷量28kw。

　　空調(diào)數(shù)量：

　　即：如果實現(xiàn)一次風機高壓變頻器室的環(huán)境溫度控制至少需要安裝7臺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

　　一次風機室采用空調(diào)冷卻時，網(wǎng)側(cè)單位功耗：

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

　　按照折合年機組有效運行210天，每年一次風機高壓變頻器室由于冷卻需要消耗電能c＝395136 kw·h，按電價0.37元/kw·h計算，折合14.62萬元。

　　按照一臺12p空調(diào)2.5萬元計算，采用空調(diào)冷卻的設(shè)備總投資為17.5萬元。

3 空一水冷卻系統(tǒng)經(jīng)濟性分析

　　3.1 冷卻功率計算

　　由上述計算可知：兩臺額定功率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，該系統(tǒng)將高壓變頻器排出的熱風全部通過空－水冷卻裝置實現(xiàn)了熱交換，然后將冷風排回室內(nèi)，因此，其風路循環(huán)效率得到極大提高，風路循環(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，而后者則是通過吸收設(shè)備發(fā)熱而達到高壓變頻器室內(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，實際選用的空冷器功率為每臺設(shè)備75kw。

　　3.2 空調(diào)冷卻耗電指標計算

　　每臺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2.2kw的增壓風機。該設(shè)備與高壓變頻器柜頂?shù)娘L機和空冷系統(tǒng)配置的風機為熱備用結(jié)構(gòu)型式運行。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)。一次風機采用空－水冷卻系統(tǒng)實現(xiàn)環(huán)境溫度控制時，每臺高壓變頻器配套的風機總功耗為2.2kw，兩臺高壓變頻器冷卻風機功耗p’為4.4kw。

　　由于該系統(tǒng)利用機組閉式工業(yè)冷卻水，實現(xiàn)熱交換。冷卻水循環(huán)利用，循環(huán)水量需求為36t/h每臺機組。按照現(xiàn)場機組運行的循環(huán)水總量計算，該一次風系統(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。

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

　　按照折合年機組有效運行210天，每年一次風機高壓變頻器室由于冷卻需要消耗電能c＝22176 kw·h，按電價 0.37元/kw·h計算，折合0.82萬元。

　　按照每套75kw的空－水冷卻系統(tǒng)9.7萬元計算，采用空－水冷卻的設(shè)備總投資為19.4萬元。

4 經(jīng)濟性對比分析

　　通過上述數(shù)據(jù)計算，采用空－水冷卻系統(tǒng)與常規(guī)空調(diào)冷卻方式的經(jīng)濟性比對分析如下：

　　節(jié)電率：

　　式中p0即為一次風機室采用空調(diào)冷卻時的網(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：m=q×n=372960×0.37=137995.2元，約合13.80萬元。

　　即：采用空－水冷卻系統(tǒng)實現(xiàn)一次風高壓變頻器冷卻運行，較采用常規(guī)的空調(diào)冷卻方式運行每年僅冷卻部分的電耗即可節(jié)約13.8萬元。在1.5年后即可收回設(shè)備投資成本，實現(xiàn)了高壓變頻器項目節(jié)能和輔助設(shè)備的節(jié)能運行。

5 結(jié)束語

　　華能某電廠350mw機組一次風機高壓變頻器室采用空－水冷卻系統(tǒng)，除了可以帶來直接的節(jié)能經(jīng)濟效益外，還會帶來以下方面的經(jīng)濟收益：

　　（1） 采用新型冷卻系統(tǒng)后，其高壓變頻器的設(shè)備冷卻運營成本將比常規(guī)的空調(diào)冷卻降低90%左右。運營成本只有空調(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，風路循環(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。除塵濾網(wǎng)的清洗周期可由原來的7~15天，延長到30～45天，大大減低維修維護人員的工作強度。

　　（3）由于設(shè)備使用和運行數(shù)量降低，且空－水冷卻系統(tǒng)主要是機械結(jié)構(gòu)設(shè)備，其穩(wěn)定性和安全性遠高于空調(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)備上保障了機組運行的安全。

　　（4）新型冷卻系統(tǒng)在設(shè)計方面充分考慮了設(shè)備故障、熱交換介質(zhì)泄漏、風路應(yīng)急旁路、操作簡便性、可維護維修性等安全防護措施。與高壓變頻器設(shè)備整合運行，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)備的維修維護費用。

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