Energieffektivisering gennem modelbaseret regulering og online ...

I kraft af at varmevekslerne og processtrømmene i simuleringen netop er indstillet
således, vurderes simuleringen med god tilnærmelse at afspejle situationen og det
behov der reelt er til stede til køling af processer.
Denne vurdering bestyrkes af den tidligere omtalte interne rapport som anfører at
hvis fremløbstemperaturen af kølevandet kommer over 25 C begynder der at opstå
problemer med at kunne afkøle processerne tilstrækkeligt.
En simulering (se Appendix 9.2) med en vådtemperatur på cirka 23 C resulterer i en
fremløbstemperatur af kølevand på 25 C og viser at de to processer, som skal nedkøles
til 28 C, da netop kun lige kan afkøles til denne temperatur.
Bemærk at systemkarakteristikken, vist i Figur 16, ikke indeholder tryktabet over de 3
parallelle strenge med procesvarmevekslerne, eftersom den relative fordeling af flow
i de tre strenge ikke nødvendigvis er fast (hvis der er regulering på processernes afkøling
ved hjælp af drøvling, og dermed varierende modstandskoefficienter i de enkelte
strenge). Derfor ligger driftspunktet markeret med rød trekant (se Figur 16) lidt
over systemkarakteristikken (blå kurve).
Den gennemførte simulering viser et ”Cooling to power ratio” eller coefficient of performance
(COP) på 13.9 svarende til en samlet eleffekt til pumpe og blæsere på 123
kW. Der er nået frem til at vådtemperaturen af udeluften har været 10.7 C, svarende
til eksempelvis 15.1 C og 55% relativ fugtighed, som der er benyttet i simuleringen.
Det bemærkes at der er en meget lille opvarmning af kølevandet i alle 3 procesvarmevekslere,
og at processerne køles længere ned end det der reelt er kravene (se
Figur 15).
Med disse antagelser vurderes at modellen med god tilnærmelse kan beskrive de
ydelses- og flaskehalsmæssige forhold, som vil gøre sig gældende i kølesystemet
ved variation af diverse parametre.
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 18.05 Varmebalance køletårn
Modelkoefficienter for effektivitet af køletårn c_0 1.3E+00 Blæser effektmodel pr.celle Flow luft tilgang 63.60 Effekt til vand 1701.75 kW
OCT04HB01-1-120 Vestas c_1 -4.8E-01 c0 0.16 Beregnet omdr. 1255 1400 rpm Effekt til luft 1701.77 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 -0.0136 kW
c_3 8.4E-02 c2 -0.0264 Fast omdrejningstal (1:ja) 1 1255 rpm Fejl^2 1.84E-04
c_4 5.3E-05 c3 5.54E-03
c_5 -6.5E-05 Ref. omdr. blæser 1480 rpm
T_app 7.46 C Ref.flow pr. celle 15 m3/s
m_a 77.59 kg/s C_a 230.51 kW/C Flow pr. celle 12.72 m3/s
m_w 152.74 kg/s C_w 639.58 kW/C Trykstigning pumpe 3.94 bar
MR=m_a / m_w 0.51 CR (C_a / C_w) 0.3604 maks Vådtemp 10.670 C
Beregnet effektivitet (epsilon_a) 104.7% Epsilon_w 0.357 0.99 Kølevand frem temp 15.467 C Kølevandspumpe modeldata
Effektivitet (epsilon_a) 99.0% det sikres at den ikke bliver større end 0.99 Tryk 4.94 bar NSL125-265 SL200-415
h_luft_sat(T_w_i) 5.21E+01 kJ/kg
h_luft_inløb 29.95 kJ/kg Til proceskølere Pumpe
Køletårn frekvensreguleret
Pumpe i drift 0
FALSK
1
Delta h_luft maks 2.22E+01 kJ/kg frekvensreguleret
Ref. omdrejningstal 2915 1480 rpm
Delta h_luft 2.19E+01 kJ/kg Enkeltmodst.rør 10 Maks omdr.tal 3000 1700 rpm
h luft ud temp beregn 5.19E+01 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 15.1 Fra proceskølere Hastighed 4.87 m/s Ref. trykstigning 8 m
RH 55.0% Flow 550.60 m3/h (ud) Tryktab ledning 1.18 bar Flow beregnet pumpe 550.40 m3/h
Barometertryk 101.3 kPa Temperatur 18.13 C Tryktab over dyser 1.36 bar Flow gæt 550.40 m3/h
Cp tør luft 1.0045 kJ/kgC fra -50 til 40 C Cp middel 4.19 kJ/kgC Geometrisk tryktab 0.59 bar Densitet 999.0 kg/m3
es(T) 1.717 kPa Densitet mid 999 kg/m3 Tryktab over procesvekslere 0.81 bar Omdrejningstal 1480 rpm
Mæt. tryk Water97 1716.8 Pa Procesflow 152.792 kg/s Samlet tryktab 3.94 bar Fast omdrejningstal 1 1 (ja)
e(T) 0.944 kPa Fra ark Proceskølere Angiv omdrejningstal 1480 rpm
Td 6.135 C Cp mid køletårn 4.187 kJ/kgC Varmebalance proceskølere 1701.8 kW
Gamma 0.067 kPa/C Kølevand retur temp 18.128 C Varmebalance køletårn 1701.8 kW
Delta 0.065 kPa/C Energioptimering Fejl -0.01 kW
Tw 10.670 C Cooling to power ratio 13.9 Fejl^2 5.90E-05
X 0.00584 kg vand/kg tør luft Eleffekt pumpe 83.44 kW Driftspunkt kølevandspumpe
Xsat(Tw) 0.00797 kg vand/kg tør luft P blæser 39.37 kW Solver model Optimering fra arket: "Proceskølere" Fejl flow 0.0000 m3/h
Delta vand 0.00213 kg vand/kg tør luft Total el 122.81 kW Objektfunktion 1.45E-03 T ud P1 23.18 C Fejl flow ^2*skallering 8.61064E-08 (m3/h)^2
es (Tw) 1.285 kPa Skal.fakt*(Total el)^Exp 1508 målcelle Parameterantal 1.60E+01 T ud k1 18.93 C Skallering 100
Exp 2 SAND F k1 159.09 m3/h Modsv. ækv. rørhast. 4.87 m/s
Cp luft 1.012 kJ/kgC Skal.fakt 0.1 SAND T ud P2 19.41 C
Densitet luft 1.220 kg/m3 Sum af skallerede fejl^2 1.5E-03 sum fejl^2 SAND T ud k2 17.97 C Tryktab system 40.22 m
Entalpi vanddamp 2528.5 kJ/kg Sum (skal fejl^2+målcelle) 1.5E-03 Objektfunktion minimeres SAND F k2 216.19 m3/h Bereg. løfteh. pumpe v. flow 40.22 m
Enthalpi af mættet vand 63.403 kJ/kg Skal eleffekt minimeres? nej (ja / nej) SAND T ud P3 19.70 C Fejl løftehøjde -0.0003 m
Fordampningsenthalpi 2465.1 kJ/kg Den samlede fejl (masse- og energibalancer) lægges sammen med "målcelle" og minimeres. I målcelle SAND T ud k3 17.58 C Fejl ^2*skallering 6.75E-05 m2
bliver den samlede eleffekt til pumper og blæser opløftet til den angivne exponent og multipliceret med SAND F k3 175.32 m3/h Skallering 1.0E+03
Mætningstryk vanddamp i luft 1709.3 Pa skal.faktor.
SAND T retur 18.13 C Pseudoflow 550.40 m3/h
Korrigeret hvis t < 0 C. 1709.3 Pa En troværdi løsning fås når "sum af skallerede fejl^2" er et lille tal. Løsningen er ganske præcis hvis SAND DT1 P1 7.71 C rpm/rpm ref 100.0%
denne sum er mindre end 0.1og rimelig god hvis summen er mindre end 10, men her bør man begynde SAND DT2 P1 33.07 C Eta pseudoflow 71.5%
Gaskonstant vanddamp 461.495 J/kgK at holde øje med de absolutte ubalancer i systemet.
SAND DT1 P2 3.94 C Effekt beregnet vha eta 84.344 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 27.03 C Beregnet effekt 83.445 kW
samtidigt med at der findes en tilstrækkelig præcis løsning.
SAND DT1 P3 4.23 C
Temp konstant 273.15 K Iterationer 100 DT2 P3 32.42 C
Tyngeacc 9.81 m/s^2 Sum Fejl^2 1.14E-03
Maks omdrejningstal aktuel pumpe 1700
Blæser
frekvensreguleret
Temperaturprofil køletårn
Effekt T water T air
kW C C
0 15.10
34 15.47 10.67
1702 18.13 18.05
Figur 14. Beregning af driftspunktet juli 2006 på køletårnet.
Temp. C
Køletårn temp.profil
20
18
16
14
12
10
8
6
4
T water
2
0
T air
0 500 1000
Effekt kW
1500 2000
22