Energieffektivisering gennem modelbaseret regulering og online ...

Modellen af køletårnet er i stand til at beregne pumpens og køletårnets driftspunkt for
en given kølebelastning fra processerne. Modellen kan også minimere det samlede
elforbrug til cirkulationspumpen og blæser i køletårnet. Modellen med indstilling af
kølevandsflow og luft på køletårn er tilpasset designdata (se Figur 12 og Figur 13).
epsilon_a = c_0 + c_1 * MR + c_2 * T_app + c_3 * MR^2 + c_4 * T_app^2 + c_5 * MR * T_app Køletårn 5 celler af Afgangstemperatur 33.71 Varmebalance køletårn
Modelkoefficienter for effektivitet af køletårn c_0 1.3E+00 Blæser effektmodel pr.celle Flow luft tilgang 63.62 Effekt til vand 4656.12 kW
OCT04HB01-1-120 Vestas c_1 -4.8E-01 c0 0.16 Beregnet omdr. 1255 1255.4612 rpm Effekt til luft 4656.13 kW
Køletårnsmodellen er vurderet til at svare til 20% kapacitet
af den samlede kapacitet der er på de 4 celler i
kølesystem 1 hos H. Topsoe.
c_2 -9.7E-03 c1 0.0459 Maks omdr.tal 1255 rpm Fejl -0.0071 kW
c_3 8.4E-02 c2 -0.0264 Fast omdrejningstal (1:ja) 0 1255 rpm Fejl^2 5.10E-05
c_4 5.3E-05 c3 5.54E-03
c_5 -6.5E-05 Ref. omdr. blæser 1480 rpm
T_app 14.91 C Ref.flow pr. celle 15 m3/s
m_a 74.75 kg/s C_a 339.62 kW/C Flow pr. celle 12.72 m3/s
m_w 110.83 kg/s C_w 463.26 kW/C Trykstigning pumpe 2.20 bar
MR=m_a / m_w 0.67 CR (C_a / C_w) 0.7331 maks Vådtemp 20.005 C
Blæser
frekvensreguleret
Beregnet effektivitet (epsilon_a) 92.0% Epsilon_w 0.674 0.99 Kølevand frem temp 24.863 C Kølevandspumpe modeldata
Effektivitet (epsilon_a) 92.0% det sikres at den ikke bliver større end 0.99 Tryk 3.20 bar NSL125-265 SL200-415
h_luft_sat(T_w_i) 1.27E+02 kJ/kg
h_luft_inløb 56.67 kJ/kg Til proceskølere Pumpe
Køletårn frekvensreguleret
Pumpe i drift 0
FALSK
1
Delta h_luft maks 6.99E+01 kJ/kg frekvensreguleret
Ref. omdrejningstal 2915 1480 rpm
Delta h_luft 6.23E+01 kJ/kg Enkeltmodst.rør 10 Maks omdr.tal 3000 1700 rpm
h luft ud temp beregn 1.19E+02 kJ/kg Enkeltmodstand dyse køletårn 11.5 Ref. flow 40 m3/h
Diameter 0.2 m Ref. densitet 1000 kg/m3
Omgivelser Geom. højde køletårn 6 m Ref. effekt 1.92 kW
Lufttemperatur 25 Fra proceskølere Hastighed 3.54 m/s Ref. trykstigning 8 m
RH 62.5% Flow 400.73 m3/h (ud) Tryktab ledning 0.63 bar Flow beregnet pumpe 400.15 m3/h
Barometertryk 101.3 kPa Temperatur 34.91 C Tryktab over dyser 0.72 bar Flow gæt 400.15 m3/h
Cp tør luft 1.0045 kJ/kgC fra -50 til 40 C Cp middel 4.18 kJ/kgC Geometrisk tryktab 0.59 bar Densitet 997.1 kg/m3
es(T) 3.169 kPa Densitet mid 996 kg/m3 Tryktab over procesvekslere 0.27 bar Omdrejningstal 1095 rpm 1031
Mæt. tryk Water97 3169.7 Pa Procesflow 110.843 kg/s Samlet tryktab 2.20 bar Fast omdrejningstal 1 1 (ja)
e(T) 1.981 kPa Fra ark Proceskølere Angiv omdrejningstal 1095 rpm
Td 17.337 C Cp mid køletårn 4.180 kJ/kgC Varmebalance proceskølere 4656.1 kW
Gamma 0.067 kPa/C Kølevand retur temp 34.914 C Varmebalance køletårn 4656.1 kW
Delta 0.125 kPa/C Energioptimering Fejl 0.01 kW
Tw 20.005 C Cooling to power ratio 63.8 Fejl^2 3.08E-05
X 0.01238 kg vand/kg tør luft Eleffekt pumpe 33.58 kW Driftspunkt kølevandspumpe
Xsat(Tw) 0.01468 kg vand/kg tør luft P blæser 39.41 kW Solver model Optimering fra arket: "Proceskølere" Fejl flow 0.0000 m3/h
Delta vand 0.00230 kg vand/kg tør luft Total el 73.00 kW Objektfunktion 1.76E-02 T ud P1 35.00 C Fejl flow ^2*skallering 2.3362E-07 (m3/h)^2
es (Tw) 2.340 kPa Skal.fakt*(Total el)^Exp 533 målcelle Parameterantal 1.60E+01 T ud k1 35.50 C Skallering 100
Exp 2 SAND F k1 122.95 m3/h Modsv. ækv. rørhast. 3.54 m/s
Cp luft 1.017 kJ/kgC Skal.fakt 0.1 SAND T ud P2 28.00 C
Densitet luft 1.175 kg/m3 Sum af skallerede fejl^2 1.8E-02 sum fejl^2 SAND T ud k2 34.70 C Tryktab system 22.52 m
Entalpi vanddamp 2546.5 kJ/kg Sum (skal fejl^2+målcelle) 1.8E-02 Objektfunktion minimeres SAND F k2 165.93 m3/h Bereg. løfteh. pumpe v. flow 22.52 m
Enthalpi af mættet vand 104.838 kJ/kg Skal eleffekt minimeres? nej (ja / nej) SAND T ud P3 28.00 C Fejl løftehøjde -0.0004 m
Fordampningsenthalpi 2441.7 kJ/kg Den samlede fejl (masse- og energibalancer) lægges sammen med "målcelle" og minimeres. I målcelle SAND T ud k3 34.55 C Fejl ^2*skallering 1.27E-04 m2
bliver den samlede eleffekt til pumper og blæser opløftet til den angivne exponent og multipliceret med FALSK F k3 111.85 m3/h Skallering 1.0E+03
Mætningstryk vanddamp i luft 3147.8 Pa skal.faktor.
SAND T retur 34.91 C Pseudoflow 540.84 m3/h
Korrigeret hvis t < 0 C. 3147.8 Pa En troværdi løsning fås når "sum af skallerede fejl^2" er et lille tal. Løsningen er ganske præcis hvis SAND DT1 P1 10.14 C rpm/rpm ref 74.0%
denne sum er mindre end 0.1og rimelig god hvis summen er mindre end 10, men her bør man begynde SAND DT2 P1 16.50 C Eta pseudoflow 72.4%
Gaskonstant vanddamp 461.495 J/kgK at holde øje med de absolutte ubalancer i systemet.
SAND DT1 P2 3.14 C Effekt beregnet vha eta 33.822 kW
Gaskonstant tør luft 287.05 J/kgK Skaleringsfaktoren og exponent på total eleffekt bruges til at få solveren til at minimere samlet effekt SAND DT2 P2 10.30 C Beregnet effekt 33.583 kW
samtidigt med at der findes en tilstrækkelig præcis løsning.
SAND DT1 P3 3.14 C
Temp konstant 273.15 K Iterationer 100 DT2 P3 15.45 C
Køletårn temp.profil
Tyngeacc 9.81 m/s^2 Sum Fejl^2 1.74E-02 40
35
Maks omdrejningstal aktuel pumpe 1700
30
Temperaturprofil køletårn
Effekt T water T air
kW C C
0 25.00
93 24.86 20.00
4656 34.91 33.71
Figur 12. Model af køletårnet i kølesystem 1 med designdata for køletårn.
H [m]
100
90
80
70
60
50
40
30
20
y = -1.24E-07x 3 + 2.28E-05x 2 - 9.65E-03x + 5.93E+01
R 2 = 1.00E+00
Temp. C
25
20
15
10
5
0
T water
T air
0 1000 2000 3000 4000 5000
Effekt kW
H rpm 1480 P rpm 1480 H ledn.exc veksl H rpm 74.0% P rpm 74.0%
Pumpens driftspunkt P+m Eta rpm 1480 Eta driftspunkt Poly. (P+m Eta rpm 1480) Poly. (H rpm 1480)
Poly. (P rpm 1480) Poly. (H ledn.exc veksl) Poly. (H rpm 74.0%)
DESMI SL200- 415
y = -4.17E-06x 2 y = -1.34E-07x + 3.58E-03x + 7.35E-03
3 + 1.01E-04x 2 10
0.1
0
0.0
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700
+ 6.43E-02x + 3.98E+01
R 2 = 9.99E-01
R 2 = 9.98E-01
1.0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
Q m3/h
Figur 13. Driftspunkt (rød trekant) ved køletårnets designdata med pumpe (DESMI
SL200-415, her med frekvensregulering for at kunne simulere køletårnets designflow).
Eta og effekt [kW]
20