Energibesparelser i erhvervslivet gennem reduktion af de overharmoniske strømme - forprojekt

I elforsyningsnettet regnes strøm og spænding normalt for sinusformede, men på grund af generatorer, der ikke er helt ideelle, samt belastninger med ikke-sinusformet strømoptag – det er bl. a. lysstofrør, frekvensomformere, UPS-anlæg og PC'ere - bliver såvel strøm som spænding deformeret. Den deformerede strøm og spænding beskrives matematisk som en kombination af sinusformede strømme, hhv. spændinger med frekvenser, der er multipla af grundfrekvensen på 50 Hz. Strømme og spændinger med højere frekvenser end 50 Hz kaldes overharmoniske eller for enkelheds skyld blot harmoniske.

Overharmoniske strømme medfører øgede tab i forsyningsnettet (ledninger, transformere) og i motorer, som forsynes direkte fra nettet (men ikke i motorer, der forsynes fra frekvensomformer eller ensretter). De overharmoniske strømme kan reduceres eller fjernes med kondensatorbatterier og aktive filtre. Aktive filtre tilpasser sig de varierende belastningsforhold uden tidsforsinkelse. Endnu er der kun få erfaringer med aktive filtre i erhvervslivet, men de peger i retning af elbesparelser på op til 10% i installationer, hvor der er mange overharmoniske spændinger (THDU over 5%).

På ovennævnte baggrund har ELFORSK bevilget en forundersøgelse af muligheder for energibesparelser i dansk erhvervsliv ved reduktion af de overharmoniske. Der er undersøgt, hvor i erhvervslivet der er problemer med overharmoniske, og hvor store problemerne er, og merforbruget af el er belyst teoretisk og ud fra elbesparelserne i installationer med aktive filtre.

Omfanget af harmonisk forvrængning er målt i 10 virksomheder og er sammenstillet med allerede eksisterende målinger. Det vurderes, at spændingsforvrængningen, udtrykt ved THDU, mindst skal være 5-6% for, at det kan være økonomisk rentabelt af reducere de harmoniske ved hjælp af et aktiv filter. I ca. 40% af de tilfælde, hvor THDU er målt, vurderes der ud fra THDU, strøm og benyttelsestid at være et sandsynligt eller muligt potentiale for elbesparelser ved reduktion af THDU. Da installationerne ikke er tilfældigt udvalgte, men udvalgt som potentielt interessante, er potentialet i dansk erhvervsliv væsentligt mindre end de ca. 40% og anslås at omfatte 10-20% af installationerne.

De overharmoniske strømme medfører ekstra strømvarmetab i direkte forsynede motorer og i ledninger og transformere. I asynkronmotorer medfører de også strømvarmetab i rotoren, og de 5., 11., 17. osv. harmoniske skaber et pulserende eller reduceret drejningsmoment, der også medfører tab.

ABB og Comsys, der begge leverer aktive filtre, har opgjort elbesparelsen i nogle installationer med aktive filtre. Den direkte elbesparelse er opgjort til nogle få procent i produktionsudstyr generelt og op til 16% i nogle direkte forsynede asynkronmotorer. Ud over den direkte elbesparelse kan filtrene også resultere i øget produktion som følge af færre nedbrud (filtrene forbedrer spændingskvaliteten og reducerer pulserende motor-momenter), besparelser i udgifter til reaktiv effekt, øget kapacitet af udstyr fordi tabene reduceres, længere levetid for udstyr m.m. 4 På baggrund af omfanget af harmonisk forvrængning i dansk erhvervsliv, ovennævnte erfaringer med elbesparelser ved aktive filtre samt et elforbrug i direkte forsynede motorer på omkring 7.000 GWh/år vurderes potentialet for elbesparelser i kraft af aktive filtre til omkring 30 – 60 GWh/år.