در پاسخ به مشکل مصرف انرژی بالای عملکرد فن‌های سنتی، این مقاله دو نمونه موردی بهینه‌سازی صرفه‌جویی انرژی را به اشتراک می‌گذارد، که به تفصیل روش‌های فنی مانند کنترل سرعت متغیر با فرکانس، بهینه‌سازی پره‌ها و بازیابی انرژی را شرح می‌دهد و با ترکیب هزینه سرمایه‌گذاری و ارزیابی مزایای صرفه‌جویی انرژی، دوره بازگشت سرمایه و ارزش اقتصادی گزینه‌های مختلف را ارزیابی می‌کند و راهنمایی‌های ارزشمندی برای پروژه‌های مشابه ارائه می‌دهد.
مقدمه
در سیستم‌های تهویه با حجم هوای زیاد مانند معادن، صنایع و کارخانجات بزرگ، مصرف انرژی فن‌ها معمولاً بیش از30% از کل مصرف انرژی کارخانه را تشکیل می‌دهد. با افزایش هزینه‌های انرژی و تعیین اهداف کاهش کربن، ارتقاء بهره‌وری انرژی سیستم فن‌ها از طریق تغییرات فنی نه تنها می‌تواند هزینه‌های عملیات را به طور قابل توجهی کاهش دهد بلکه به نیازهای توسعه پایدار سبز پاسخ می‌دهد.
مسیرهای فنی بهینه‌سازی صرفه‌جویی انرژی
کنترل سرعت متغیر با فرکانس
با نصب VFD (Variable Frequency Drive)، تنظیم سرعت موتور فن بر اساس نیاز مقاومت لحظه‌ای انجام می‌شود، که به طور هوشمندانه تناسب سرعت دورانی و کاهش تلفات قدرت P∝n³ را ممکن می‌سازد.
بهینه‌سازی پره‌ها و ساختار هدایت جریان
تنظیم زاویه حمله پره‌ها و انحنا، کاهش جدایی و بازگشت جریان هوا و افزایش بهره‌وری آیرودینامیکی؛
بازیابی هوای بازگشتی/بازیافت حرارت اضافی
نصب تجهیزات بازیافت حرارت اضافی در خروجی فن یا شبکه لوله‌ها، استفاده از بخشی از حرارت برای پیش‌گرمایش هوای ورودی و کاهش بار سیستم؛
بستن سیستم شبکه و بازسازی دریچه‌ها
تعمیر نشتی فلنج‌ها و اتصالات لوله‌ها و بهینه‌سازی عملکرد دریچه‌های کنترل و سیستم دریچه‌های الکتریکی برای جلوگیری از تلفات هوا از طریق مسیرهای فرعی.
مشارکت موردی
مورد اول: سیستم تهویه اصلی معدن زغال سنگ شمال شائون‌بی
قبل از بهینه‌سازی:3 واحد فن محوری اصلی با قدرت 400 kW با مصرف برق سالانه کامل بار≈10,512 MWh؛
اقدامات بهینه‌سازی:
نصب VFD برای ایجاد تنظیم سرعت بر اساس نیاز؛
بهینه‌سازی پره‌های ورودی و مهر و موم کابین؛
پس از بهینه‌سازی: متوسط کاهش مصرف برق سالانه 28%، و صرفه‌جویی سالانه در برق≈2,943 MWh؛
مزایای اقتصادی:
سرمایه‌گذاری 200 هزار یوآن؛
بر اساس نرخ برق 0.6 یوآن/kWh، ارزش صرفه‌جویی برق سالانه≈176 هزار یوآن؛
دوره بازگشت سرمایه≈1.14 سال.
مورد دوم: فن چرخشی کارخانه صنعتی بزرگ
قبل از بهینه‌سازی:2 واحد فن چرخشی با قدرت 200 kW، با جریان هوای بیش از حد و نشت مکرر؛
اقدامات بهینه‌سازی:
طراحی مجدد قوس پره‌ها و کنترل سرعت متغیر؛
نصب کویل‌های بازیافت حرارت برای استفاده از گرمای هوای خروجی در فصول سرد؛
پس از بهینه‌سازی: بهبود بهره‌وری انرژی فن‌ها 22%، ارزش سالانه صرفه‌جویی برق و سوخت در دوران گرمایش≈68 هزار یوآن؛
مزایای اقتصادی:
سرمایه‌گذاری 120 هزار یوآن؛
سود جامع سالانه صرفه‌جویی انرژی≈82 هزار یوآن؛
دوره بازگشت سرمایه≈1.46 سال.
روش‌های ارزیابی هزینه و مزایا
سرمایه‌گذاری اولیه
خرید تجهیزات (VFD، قطعات پره، تجهیزات بازیافت)+ هزینه نصب و راه‌اندازی؛
درآمد سالانه صرفه‌جویی انرژی
درآمد سالانه صرفه‌جویی انرژی=مقدار صرفه‌جویی برق (kWh)×قیمت برق+مقدار صرفه‌جویی سوخت (t)×قیمت سوخت
دوره بازگشت سرمایه ساده (PB)
PB (سال)=کل سرمایه‌گذاری اولیه/ درآمد سالانه صرفه‌جویی انرژی
ارزش فعلی خالص (NPV) و نرخ بازده داخلی (IRR)
در پروژه‌های بلندمدت، پیشنهاد می‌شود محاسبه NPV و IRR به منظور ارزیابی جامع جریان مالی و هزینه‌های تأمین مالی انجام شود.
نکات اجرایی و مدیریت ریسک
تحقیقات شرایط بهره‌برداری: اندازه‌گیری دقیق مقاومت شبکه و نوسانات بار، و تطبیق طرح بهینه‌سازی؛
انتخاب تجهیزات: انتخاب مبدل‌های فرکانسی با عملکرد بالا که برای بارهای سنگین و سرعت‌های پایین مناسب باشند؛
تست و پذیرش: پس از اتمام بهینه‌سازی، تست عملکردی در محل، تطبیق پیش‌بینی‌های مدل CFD با داده‌های واقعی لازم است؛
آموزش و نگهداری: آموزش منظم به پرسنل بهره‌برداری و نگهداری برای اطمینان از عملکرد پایدار سیستم VFD و دستگاه‌های بازیافت؛
ایمنی و تطابق: در طول فرآیند بهینه‌سازی، رعایت استانداردهای مربوط به ضد انفجار الکتریکی، صدای و ارتعاش لازم است تا ایمنی افراد و ماشین‌آلات در محل تأمین شود.
نتیجه‌گیری
بهینه‌سازی مصرف انرژی فن‌ها از طریق کنترل سرعت متغیر با فرکانس، بهینه‌سازی آیرودینامیکی و بازیافت حرارت اضافی می‌تواند در1–2 سال سرمایه‌گذاری را جبران کند و باعث کاهش دراز مدت هزینه‌های برق و سوخت برای شرکت شود. با استفاده از روش‌های ارزیابی هزینه و مزایا و مدیریت دقیق اجرا، می‌توان به حداکثر رساندن پتانسیل بهینه‌سازی انرژی کمک کرد و سیستم تهویه با کارایی بالا، سبز و پایدار را تحقق بخشید.
