Ekonomiska aspekter vid varvtalsreglering av pumpar

Energiförbrukning vid flödesreglering

Effektbehovet vid flödesreglering utförd med varvtalsreglering enligt drivalternativen i de tre huvudgrupperna A, B och C har i tabell 8.4 jämförts dels med en ideell, helt förlustfri varvtalsreglering, reglerbar motor med 100 % verkningsgrad, och dels med flödesreglering genom strypreglering och start-stopp-reglering.

Jämförelsen gäller ett specifikt fall, där systemets statiska uppfordringshöjd är noll dvs enbart rörfriktionsförluster finns. För andra driftsfall särskilt med ökande andel statisk uppfordringshöjd minskar effektvinsterna vid varvtalsreglering. När uppfordringshöjden endast utgörs av statisk höjd, fås i vissa fall 10 à 20% högre effektförbrukning än för start-stopp-körning.

Tabell 8.4 Jämförelse av effektbehov vid olika metoder för flödesreglering av en centrifugalpump utan statisk uppfordringshöjd dvs när enbart rörledningsförluster finns.

För att bestämma energiförbrukningen måste en summering av effektförbrukningen över en tidsperiod med hjälp av ett varaktighetsdiagram för volymflöde göras. Vid avsaknad av varaktighetsdiagram kan en grov uppskattning ske med hjälp av ett medelflöde eller bättre med det flöde, som har 50 % varaktighet. Vid studier av volymflödets varaktighet tillsammans med redan valda pumpprestanda brukar det vara svårt att göra en uppdelning av vad som är extrema flödesbehov och vad som är mer eller mindre grovt tillyxade dimensioneringspåslag. Det ”normala”max flödet är i allmänhet mindre än 80 % av pumpflödet. Flödet med 50 % varaktighet brukar därför bli ganska lågt och kan bedömas vara:

• inom processindustri ca 60 % av max pumpflöde
• inom VA-området ca 30 % av max pumpflöde
• vid värmetransport, VVS och fjärrvärme, ca 40 % av max pumpflöde

Lönsamhet och investeringskostnader

Med varvtalsregleringens energiekonomi som grund har på flera håll möjliga elenergibesparingar för pumpdrifter i Sverige beräknats. Besparingarna utgör 30-50 % eller 3-5 miljarder kWh/år dvs ungefär lika mycket elenergi som ett kärnkraftverk producerar. Mer frapperande är kanske, att investeringskostnaderna för varvtalsreglering är endast tredjedelen av de för ett kärnkraftverk och mindre än tiondelen för samma besparing genom förbättring av bostadsisolering.

Så länge inte en lagstiftning om varvtalsreglering finns, blir dock ekonomin i varje särskilt fall avgörande. Jämfört med strypreglering brukar pay-off tiderna för varvtalsreglering blir 1-3 år och jämfört med start-stopp reglering vid liten andel statisk uppfordringshöjd 5-10 år.

Även om varvtalsreglering av pumpar är enda möjliga reglermetoden i många specialfall, där process eller vätska inte tillåter någon annan reglermetod, måste man i allmänhet göra omfattande ekonomiska kalkyler före ett investeringsbeslut om varvtalsreglering. I kalkylerna måste hänsyn tagas till:

• systemkrav på flödesjämnhet, flödesutjämning, tryckhållning etc
• flödets varaktighet över utrustningens livslängd
• systemkurvans utseende
• driftsäkerhet dvs i allmänhet behovet av reservaggregat
• överordnade reglersystem
• miljökänslighet, särskilt vid fuktig miljö med gaser typ metan, ammoniak och svavelväte
• servicevänlighet, särskilt beträffande kunskapskrav hos berörd personal inom flera områden t ex elektriska, mekaniska
• kostnader för energi
• kostnader för varvtalsomvandlare
• utrustningens livslängd och kalkylränta

Systemkurvans utseende och flödets varaktighet avgör, om flödet skall fördelas på flera pumpaggregat, av vilka i sin tur kanske bara ett behöver vara varvtalsreglerat. Behov av reservaggregat påverkar en investeringskalkyl kraftigt då kostnadsbesparingar för framförallt energi skall amortera både drift- och reservaggregat. Jämfört med strypreglering inbesparas vid varvtalsreglering reglerventilen och jämfört med start-stopp-reglering minskas de nödvändiga magasins- eller pumpsumpvolymerna, vilket självfallet måste beaktas i en kalkyl.

Kapitalisering av årskostnader för energi sker på vanligt sätt genom att räkna fram nuvärdet av framtida kostnader. Nuvärdet av 1 krona, som utfaller i mitten av varje år under N år vid räntefaktorn r utgör F kronor, där F är nuvärdesfaktorn, som bestäms ur ekv 8.14 eller ur figur 8.24.

Ekv. 8.14

Räkneexempel energikostnad för pumpdrift

Energikostnaden varierar i dag för olika förbrukare mellan 6 och 14 öre/kWh. En pumps drifttid kan variera mellan 1000 och 8000 h/år och är kraftigt beroende av om reservpump finns eller inte.

Energikostnaden per år får därmed motsvarande variation se figur 8.25. Energikostnaden har där kapitaliserats efter 5 år och 15% dvs efter ur företagsekonomisk synpunkt mycket fördelaktiga värden, överensstämmande med Industriverkets gränsvärden för energibidrag.

Figur 8:24 Nuvärdesfaktor F för en kostnad utfallande i mitten på varje år under tiden N år vid räntefaktorn r %

Figur 8:25 Total energikostnad som funktion av driftstimmar/år och energipris.

Ingående studier av normala pumpanläggningar ger vid handen att möjliga energibesparingar med varvtalsreglering gentemot strypreglering utgör 20-60 % och är kraftigt beroende av system och pumpkurvans utseende. Värden enligt figur 8.26 kan tjäna som ledning vid en första projektering och gäller närmast för processindustrier.

För VA- och VVS-området blir genom de låga medelflödena energibesparingarna större.

Figur 8.26 Riktvärden för normala energibesparingar inom processindustri vid varvtalsreglering enligt grupp A och B i förhållande till strypreglering. Som synes inverkar systemkurvans utseende – högra bilden.

Riktvärden för merkostnader för varvtalsreglering över normala konstantvarviga pumpaggregat med kortslutna asynkronmotorer framgår av figur 8.27.

Figur 8.27 Merkostnad för varvtalsreglering över normala asynkronmotorer.

Sammanfattningsvis kan anges att varvtalsreglering är klart lönande vid effekter från ca 5 kW, om systemkurvan utgörs av enbart rörledningsförluster. För andra fall finns en översikt i figur 8.28. Som synes inverkar kapitaliserade värdet av energikostnaden per kW figur 8.25 – och systemkurvans utseende – Hstat/Hmax i figur 8.26 – mycket kraftigt.

Figur 8.28 Ungefärliga lönsamhetsområden för varvtalsreglering. Metod A gäller frekvensreglering och metod B hydraulkoppling. Siffror i kr/kW utgör kapitaliserad energikostnad baserat på max axeleffekt se figur 8.25