Razvoj algoritma za povećanje energetske efikasnosti sistema

Embed Size (px)

Text of Razvoj algoritma za povećanje energetske efikasnosti sistema

UNIVERZITET U BEOGRADU

ELEKTROTEHNIKI FAKULTET

Leposava B. Risti

RAZVOJ ALGORITMA ZA POVEANJE ENERGETSKE EFIKASNOSTI SISTEMA

TRANIH TRANSPORTERA NA POVRINSKIM KOPOVIMA

doktorska disertacija

Beograd, 2012

UNIVERSITY OF BELGRADE

FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING

Leposava B. Risti

DEVELOPMENT OF THE ALGORITHM FOR ENERGY EFFICIENCY

IMPROVEMENT OF BELT CONVEYOR SYSTEM ON OPEN PIT MINES

Doctoral Dissertation

Belgrade, 2012

Podaci o mentoru i lanovima komisije:

Mentor:

Dr Borislav I. Jefteni, dipl ing. el, redovni profesor, Univerzitet u Beogradu, Elektrotehniki fakultet

lan komisije:

Dr eljko M. urovi, dipl. ing. el, redovni profesor Univerzitet u Beogradu, Elektrotehniki fakultet

lan komisije:

Dr Dragan M. Ignjatovi, dipl. ing.rud, redovni profesor Univerzitet u Beogradu, Rudarsko-geoloki fakultet

lan komisije:

Dr Milan Z. Bebi, dipl.ing.el, docent Univerzitet u Beogradu, Elektrotehniki fakultet

lan komisije:

Dr Aleksandar B. Nikoli, dipl.ing.el, nauni saradnik Elektrotehniki Institut Nikola Tesla

Datum odbrane:

RAZVOJ ALGORITMA ZA POVEANJE ENERGETSKE EFIKASNOSTI SISTEMA TRANIH TRANSPORTERA

NA POVRINSKIM KOPOVIMA

Rezime Potronja elektrine energije je u porastu zbog stalne potrebe za poboljanjem

kvaliteta ivota. Energetska efikasnost je danas jedan od kljunih elementa u

energetskoj politici svih razvijenih zemalja sveta, jer doprinosi unapreenju ekonomije

u celini, i produava vek korienja neobnovljivih izvora energije, iz kojih se danas

dobija najvei deo elektrine energije. U mnogim zemljama najvei deo elektrine

energije dobija se iz uglja, npr. u Srbiji je 62% svih kapaciteta za proizvodnju elektrine

energije je u termoelektranama na ugalj, a 65% proizvedene elektrine energije dobija

se iz ovih elektrana. U narednim decenijama teite daljih poveanja kapaciteta za

proizvodnju elektrine energije bie na termoelektranama, to e zahtevati poveanje

proizvodnje uglja. Poveani zahtevi za proizvodnjom uglja vode ka poveanju koliine

uglja i jalovine koju treba transportovati u okviru rudnika sistemom tranih transportera,

zbog ega se poveava njihova duina i kapacitet, a time i instalisana snaga njihovih

pogona. Zbog znaajnih snaga pogona i po pravilu 24-asovnog rada od posebnog

interesa je unapreenje energetske efikasnosti tranih transportera. U razliitim granama

industrije, u kojima se proizvodi ili koristi rastresiti materijal, za transport se koriste

razliiti tipovi tranih transportera, sa razliitim konstruktivnim i pogonskim

karakteristikama. Bez obzira na vrstu i organizaciju povrinskog kopa, elektromotorni

pogoni na rudarskoj mehanizaciji zbog velikih snaga, sloenosti rudarske opreme i vrlo

tekih uslova rada predstavljaju izazov za primenu savremenih metoda pokretanja i

upravljanja, u cilju poveanja efikasnosti rada, kao i energetske efikasnosti. Kod

konvencionalnih sistema transportera, rastresiti materijal se transportuje stalnom,

nazivnom brzinom. Pri nazivnom kapacitetu sistema povrina poprenog preseka

materijala na traci je optimalna (maksimalna), odnosno traka je maksimalno popunjena.

Meutim, istraivanja i statistike analize pokazuju da ovakvi sistemi zbog tehnologije

kopanja bagera vrlo retko rade sa punim kapacitetom, odnosno da se veliki deo radnog

vremena na trakama nalazi manja koliina materijala od maksimalno mogue, pa ak i

da prazan hod ini znaajan deo radnog vremena sistema. Potrebna snaga za pokretanje

sistema traka zavisi od koliine transportovanog materijala, ali i od brzine kretanja

traka. Imajui u vidu navedene injenice, namee se zakljuak da je mogue

transportovati materijal manjom brzinom od nazivne kada se na trakama nalazi manja

koliina materijala od maksimalno mogue, ime bi se smanjila trenutna snaga pogona,

odnosno ostvarila znaajna uteda energije. Potrebna brzina kretanja traka se mora

odreivati u funkciji trenutne koliine materijala na njima. Predmet ove doktorske

disertacije je razvoj i primena algoritma za generisanje referentne brzine pojedinih

transportera sloenog sistema transportera. Na osnovu merenja povrine poprenog

preseka materijala na ulazu u sistem tranih transportera moe se odrediti potrebna

brzina kretanja traka koja e obezbediti stalnu optimalnu popunjenost svake trake u

sistemu. Meutim, zbog znaajnih varijacija koliine dolazeeg materijala u sistem u

vremenu ovakav nain rada ne obezbeuje energetski efikasan nain rada, a i moe

dovesti do prekomernog habanja elemenata konstrukcije. Primenom razliitih

algoritama moe se kontrolisati ubrzanje i usporenje trake, tako da se u okvirima

ogranienja koja namee sistem obezbedi minimalna potronja energije. U disertaciji su

kombinovane teorijske, simulacione i eksperimentalne metode u cilju razvoja novog,

originalnog algoritma kojim bi se ostvarilo poveanje energetske efikasnosti sistema,

poveanje vremenskog i kapacitivnog iskorienja sistema, njegove pouzdanosti,

produenje radnog veka opreme i smanjenje trokova odravanja. Pokazalo se da

upravljanje primenom fazi logike predstavlja adekvatno reenje, zbog svoje robusnosti i

adaptivnosti, jednostavne primene i lakog podeavanja. Dokaz ispravnosti predloene

ideje izveden je egzaktnim merenjima na postojeem postrojenju. Imajui u vidu

navedene prednosti predloenog reenja i dokazanu mogunost uspene primene,

oekuje se da e se algoritam upravljanja sistemom tranih transportera primeniti na

slinim postrojenjima u naoj zemlji, ali i u svetu, na povrinskim kopovima sa

kontinualnim nainom rada.

Kljune rei: trani transporteri, modelovanje, optimalno upravljanje, elektromotorni pogoni sa regulisanom brzinom, asinhroni motori, analiza i projektovanje sistema, rudarstvo, upravljanje na bazi fazi logike, SCADA sistemi

Nauna oblast: Tehnike nauke - Elektrotehnika

Ua nauna oblast: Energetski pretvarai i pogoni

UDK broj: 621.3

DEVELOPMENT OF THE ALGORITHM FOR ENERGY EFFICIENCY IMPROVEMENT OF BELT CONVEYOR

SYSTEM ON OPEN PIT MINES

Abstract Electrical energy consumption is increasing globally in order to keep

improving our quality of life. Energy efficiency is today one of the key elements in

energy policy of all developed countries in the world, because it contributes to the

improvement of economy globally and extends the lifetime of conventional energy

sources, since the greatest part of total electrical energy is generated by fossil fuels. In

many countries, most electrical energy comes from coal, for example in Serbia, 62% of

all capacities for energy production is in thermal power plants which use coal, and they

produce 65% of total electrical energy production. In the following decades, the focus

will be on thermal power plants to further increase electrical energy capacities,

requiring the rise of coal production. The growing demand for coal production leads to

increased amounts of coal and overburden to be transported within the mine with belt

conveyors systems. The length and the capacity are increasing causing the installed

power of these systems to increase. Due to the large power of these drives and existing

requirement for continuous operation, 24 hours per day, the improvement of energy

efficiency of belt conveyors is naturally of significant interest. In various branches of

industry where bulk materials are produced or used, various types of belt conveyors are

used for the transport of materials, with different mechanical and drive characteristics.

Despite of the type and the organization of the open pit mine, electrical drives on

mining machines present a unique challenge to the application of modern techniques of

driving and control, due to very large installed power, complexity of mining equipment

and demanding environmental conditions, in order to increase the operational and

energy efficiency. Conventional systems of conveyors transport bulk material at the

constant, rated speed. When the system is at rated capacity, the cross section of material

on the belt is at the maximum value, i.e. the belt is fully loaded. However, investigations

and statistic analyses show that systems like this, due to technology of excavation very

often work at reduced capacity. Most often the instantaneous cross section area of

material on the belt is less than the rated value, and even no-load operation makes up a

significant part of the systems operational time. The necessary power for driving the

system of belt conveyors depends on the quantity of transported material, as well as on

the speed of the belts. Considering the aforementioned facts, the following conclusion

can be made: since the belt conveyor often operates at a decreased capacity, the same

quantity of material can be transferred at a lower than rated speed, leading to

instantaneous power reduction, along with significant energy savings. The required

speed of the belt must be determined as a function of the instantaneous quantity of

material on the belt. The subject of this dissertation is the development and application