都市下水処理場におけるターボブロワーの効率と高調波適合性 — Mirus International

01 動作コンテキスト: エネルギー監査がブロワー技術の変化を促進

サウスサンフランシスコ市とサンブルーノ市が共同で水質管理プラントを運営 (WQCP) — 両方のコミュニティにサービスを提供する都市下水処理施設. エネルギー消費量と運用コストを削減するというプレッシャーに直面している, WQCP は、どこで電力が消費されているか、どこで効率を改善すれば最大の利益が得られるかを特定するためにエネルギー監査を依頼しました。.[1]

監査結果は明確でした: 曝気ブロワーは工場内の他のどのシステムよりも多くの電力を消費しました. 曝気は、有機性廃棄物を分解する好気性バクテリアを維持するために生物処理タンクに空気を強制的に送り込むプロセスであり、生物処理プロセスの中心です。, そしてそれは継続的に実行されます. 典型的な都市下水処理施設内, 曝気は工場の総電力消費量の 50 ～ 70% を占めます. 送風機の効率を改善することが、唯一最も効果の高いエネルギー対策です.

カリフォルニア州の積極的な環境政策がさらなるインセンティブをもたらした: 国のプログラムは、排出量を削減するエネルギー効率への投資に対して金銭的インセンティブを提供します. 省エネの組み合わせ, 運用コストの削減, 利用可能なインセンティブにより、ブロワー交換のビジネスケースが説得力のあるものになりました.[1]

イチジク. 1. 南サンフランシスコの空撮 / サンブルーノ水質管理工場. 円形の曝気タンクが施設面積の大部分を占めています。曝気は工場内で最大の電気負荷です。. ソース: ミラス・インターナショナル.[1]

1.1 ターボブロワー技術

WQCP は、従来の産業用ブロワー設計ではなく、航空宇宙および防衛用ターボ機械から派生した技術である APG-Neuros エア ターボ ブロワーを選択しました。. 従来の遠心式ブロワーや容積式ブロワーと比べて、性能上の大きな利点があります。: 少なくとも 40% エネルギー効率の向上と 50% 物理的な設置面積の削減. APG-Neuros は、廃水処理におけるターボブロワー システムの北米市場のリーダーとして認められています.[1]

ターボブロワーは可変速度で動作します, VFDによって制御される, 空気出力を生物学的プロセスの要求に正確に適合させる. 可変速運転によりエネルギーを節約できます。エアレーションの必要性が低い場合はブロワーの速度が低下し、需要が増加するとブロワーの速度が上がります。, 固定速度で走行して空気の流れを機械的に絞るのではなく. これは、すべての可変トルク ポンプおよびファンのアプリケーションにおいて VFD を価値のあるものにするのと同じ効率原理です。.

02 ITDD 対. THDi: 可変速度負荷の正しい指標

プロジェクトの仕様では、総電流需要の歪みが求められていました (ITDD) 以下 5% — THDiではありません. この違いは重要であり、理解する価値があります, なぜならIEEEだから 519 共通結合点における一次電流高調波メトリックとして ITDD を使用します, 2 つの測定値は軽負荷ではまったく異なる動作をします.[2]

2.1 THDi — ファンダメンタルズのパーセンテージ

THDi は、高調波電流を測定時の基本周波数電流のパーセンテージとして表します。. 軽負荷時, 基本電流が小さい. 高調波電流, 絶対的には小さいながらも, 小さな基本信号の大部分を表し、高い THDi を生成します. VFD で 25% 負荷では 35 ～ 40% の THDi が示される可能性がありますが、高調波電流の絶対値は全負荷時よりもはるかに小さくなります。. THDi だけを使用すると、負荷の軽いドライブが、負荷の高いドライブよりもさらに深刻な高調波問題のように見える可能性があります。.

2.2 ITDD — 定格需要電流の割合

ITDD は、高調波電流を、瞬時基本波ではなく、定格需要負荷電流 (機器が消費するように設計された全負荷電流) のパーセンテージとして表します。. この分母は固定です, 可変ではない. 結果は、実際の高調波の影響に応じて調整されるメトリクスです。: 軽負荷時, 高調波電流もITDDも小さい; 全負荷時, どちらも最大値です. ITDD は、THDi とは異なる方法で、ネットワーク上の実際の高調波負荷を追跡します。.[2]

03 三者によるソリューション: APG神経症, 電力品質の概念, そしてミラス

3.1 パッケージングの課題

APG神経症’ ターボブロワーシステムはコンパクトな統合パッケージとして供給されます - ブロワー, モーター, VFD, 単一のエンクロージャ内の制御と. ザ 50% 従来のブロワーに比べて設置面積が有利であることが重要なセールスポイントです, そして、システムに追加される高調波フィルターは、その利点を損なうことなく既存のエンクロージャー内に収まる必要がありました。. これにより、かさばる追加フィルターキャビネットが排除され、APG-Neuros と Mirus の間の緊密なエンジニアリング協力が必要となりました。.[1]

3.2 シミュレーションと現地の専門知識

この地域の Mirus International 代表である Power Quality Concepts が、プロジェクトに高調波緩和の専門知識を提供しました。. SOLVの使用™, Mirus は、どの Lineator モデルと構成が要件を満たすかを決定するために、いくつかのシミュレーション シナリオを実行しました。 5% ブロワーの全動作速度範囲にわたる ITDD 仕様. シミュレーションにより、Lineator AUHF HP モデルが正しいソリューションであることが特定されました。.[1]

プロジェクトをレビューしていた現地のコンサルティング エンジニアは、すでに Lineator 製品ラインに精通しており、SOLV を受け入れました。™ シミュレーション結果 - ただし、適合性を正式に確認するには設置後の現場測定が必要. これが正しい専門的なエンジニアリングのアプローチです: シミュレーションが設計に情報を与える, 測定により性能を確認.

イチジク. 2. APG-Neuros ターボ ブロワー システム エンクロージャ内に設置された Mirus Lineator AUHF HP. Mirus エンジニアリング チームは APG-Neuros と協力して、システムのコンパクトな設置面積を維持するパッケージング ソリューションを開発しました。. ソース: ミラス・インターナショナル.[1]

3.3 一体型パッケージング

Mirus エンジニアリング チームは、APG-Neuros エンジニアと直接協力して、ターボ ブロワー システムのエンクロージャ内に適合する Lineator パッケージ構成を開発しました。. その結果、エンドユーザーには見えない、完全に統合された高調波フィルター ソリューションが誕生しました。, コンパクトなシステム設置面積を維持する, 全速度範囲にわたって必要な高調波性能を実現します。.[1]

04 結果: 測定されたパフォーマンスは予測と仕様を超えています

適合性を正式に確認するために、設置後にさまざまな負荷レベルで現場測定が実施されました。. 結果は両方のSOLVを超えました™ シミュレーション予測とプロジェクト仕様:[1]

ITDDは以下を快適に維持しました 5% 全負荷時だけでなく、動作速度範囲全体にわたって. THDvを超えることはありませんでした 2.5% 任意の動作点で. ザ 4.56% SOLV ではフルスピードの ITDD が実際に改善されました™ 予測, これは、保守的なシミュレーション仮定がモデルを上回る現実世界の結果を生み出す他の Mirus ケーススタディに見られるパターンと一致しています。.

イチジク. 3. 全負荷動作時の測定波形 (20 1月 2016). トップ: 電圧波形, THDv = 2.15% — きれいな正弦波. 底: 電流波形, ITDD = 4.56% — 高調波歪みが最小限に抑えられたほぼ正弦波. ソース: ミラス・インターナショナル.[1]

05 電力品質の観点: このケーススタディが示すもの

5.1 公共事業に接続されたシステム - 別の問題クラス

このシリーズのこれまでのすべてのケーススタディには、発電機から給電される独立型システムが含まれていました。. WQCP は、シリーズ初の公共事業に接続されたアプリケーションです. 調和の結果が異なります: 公共電源付き, 電源インピーダンスが低く、単一電源からの電圧歪みが少ない 350 HPドライブは控えめです. ここでのコンプライアンス推進要因は、システムの安定性や機器の保護ではなく、IEEE です。 519 共通結合点での電流歪み制限, 電力会社は、この負荷によって注入される高調波電流から共有ネットワーク上の他のすべての顧客を保護するために使用します。.

これは IEEE が行うコンテキストです。 519 書かれていました: 多くの顧客にサービスを提供するユーティリティ, 単一の顧客が共有ネットワークに注入できる高調波電流の量に制限を設ける. IEEE に基づく WQCP の義務 519 高調波注入 (PCC での ITDD) を、近隣の顧客の電力品質を大幅に低下させないレベルに制限することです。. ザ 5% プロジェクト文書の ITDD 仕様には、この義務が直接反映されています。.[2]

5.2 機器調達の一環としての高調波フィルタリング

このケーススタディの最も重要な構造的特徴は、高調波フィルタリングが後付けではなく、ブロワー パッケージ調達の一部として指定されていることです。. The WQCP did not buy a turbo blower, install it, measure the harmonics, and then add a filter. The project specification included the ITDD limit from the outset, APG-Neuros was responsible for delivering a compliant integrated package, and Mirus was engaged at the design stage to size and package the filter before any equipment was ordered.

This is the correct procurement model. It aligns responsibility for harmonic compliance with the party that controls the harmonic source — the equipment supplier — rather than leaving it as a site problem for the plant electrical engineer to solve after installation. It also enables the packaging optimization that kept the system within its compact footprint.

5.3 Mirus の現地代表の役割

Power Quality Concepts (地元の Mirus 代表者) が SOLV を実行しました。™ フィルター仕様を定義し、APG-Neuros 間の技術インターフェイスを提供するシミュレーション, コンサルティングエンジニア, そしてミラス’ エンジニアリングチーム. これは応用電力品質エンジニアリングの分散モデルです: シミュレーション能力と製品の深さを備えたメーカー, 地域の有用性を理解した専門家が現地の代理人を務める, コンサルティング エンジニアリング コミュニティ, および特定のアプリケーション要件. 現地の代表者とコンサルティング エンジニアとの既存の関係 (既に Lineator 製品に精通していた) が、プロジェクトを効率的に進める要因となった.

このパターン - メーカーの技術的な深さ, 現地代表のアプリケーションに関する知識, コンサルティング エンジニアによるサードパーティ検証 — 電力品質コンサルティング業務を構築している人にとって注目に値するモデルです。. 地域代表の役割は顧客との関係が生きていく場所です.

参照

1. [1] 株式会社ミラスインターナショナル, “ケーススタディ: 水質管理プラントターボブロワー更新プロジェクト,” 適用事例, ブランプトン, オンタリオ, カナダ. 利用可能: mirusinternational.com
2. [2] IEEE規格 519-2022, “電力システムにおける高調波制御に関する IEEE 規格,” IEEE, ニューヨーク, NY, 2022.