Магнитные технологии и энергосбережение

Настоящая статья подготовлена по результатам исследований Ткаченко Ю.П. и Косневича А.Г. изложенных в монографии Ткаченко Ю.П. «Магнитология. Тепловая энергетика. Нефть» [1].

Известно и доказано, что технология электромагнитного воздействия (далее – магнитная обработка) относится к группе малоэнергетических технологий, позволяющих с небольшими затратами изменять структуру жидких сред, включая воду и водные системы. Такие изменения во многих случаях положительно сказываются на технико-экономических показателях как отдельных видов оборудования, так промышленных технологиях в целом.

Необходимо отметить, что эффективность магнитных технологий подтверждается не только рекомендациями их использования в целом ряде нормативных документов [2], но и действующим на сегодняшний день Постановлением Правительства РФ от 14 октября 1993 г. N 1058 "О развитии научно-производственной деятельности в области магнитологии и создании магнитотронов» [3].

В общем случае обработка воды электромагнитным полем (ЭМП) приводит к следующим эффектам и изменениям по таким показателям как [1,4]:
• удельная теплота парообразования воды;
• теплоемкость воды;
• плотность;
• вязкость-Текучесть;
• поверхностное натяжение;
• диэлектрическая проницаемость;
• магнитная восприимчивость;
• растворяющая способность;
• скорость фазовых переходов;
• адсорбция из растворов;
• прозрачность;
• смачивание кристаллов;
• повышение активности кислорода и других газов;
• энергоемкость.

Следует особо отметить способность обработанной воды нейтрализовать практически все виды патогенных бактерий, находящихся в ней.

Циркуляционные насосы (ЦН) для перекачки воды (системы теплоснабжения, водоподготовки и водоотведения и т.п.) широко используются в промышленности, сельском хозяйстве, жилищно-коммунальном комплексе и других отраслях народного хозяйства и поэтому оценка возможности применения обработки электромагнитным полем перекачиваемой ЦН воды с целью экономии потребляемой ими электроэнергии (ЭЭ) является безусловно актуальной. При этом дооснащение устройствами электромагнитной обработки воды (УЭОВ) уже установленных ЦН (котельные, бойлеры, тепловые станции, электростанции, и т. д.) следует рассматривать как комплекс мер направленных на прямую экономию энергоресурсов и иных эксплуатационных затрат, улучшение экологических показателей, а также предотвращение сложных инженерных и эксплуатационных проблем. Однако решение о внедрении того или иного типа УЭОВ [5] принимается по результатам технико-экономических расчётов (ТЭР) с учетом характеристики и показателей ЦН.

С точки зрения влияния УЭОВ на экономию ЭЭ ЦН следует обратить внимание на изменение (снижение) таких показателей, как плотность и вязкость, так как они непосредственно влияют энергопотребление водяными насосами. Для того чтобы оценить такую возможность, необходимо воспользоваться некоторыми расчетными формулами и определенной методикой расчета. При этом, желательно, четко понимать физический смысл всех используемых параметров и характеристик как воды, так и самого насоса и его привода.

В [1] показан алгоритм проведения расчетов, позволяющий выполнить приблизительную оценку влияния обработки воды ЭМП на энергопотребление насосом.

Следует заметить, что в настоящее время не существует никаких математических и экспериментальных зависимостей, объясняющих связь параметров ЭМП, воды и самого насоса, перекачивающего воду. Что, казалось бы, указывает на то, что оценить влияние магнитной обработки воды на энергопотребление насосом практически невозможно. Но это не так. Да, сложно. И, тем не менее, такая возможность имеется. По крайней мере, ошибка прогнозируемого результата не превышает 25%. Ошибка прогнозирования энергопотребления насосом, безусловно, значительная, но она не мешает выполнить качественную оценку экономического эффекта.
 
Сущность ошибки заключается в том, что основные технические показатели любого насоса определяются при работе его на воде с плотностью 1000 кг/м3 и кинематической вязкостью 10-6 м2/с, которые вносятся в техническую документацию, например, на центробежный насос. При пересчете технических показателей насоса при подаче им воды на подачу более вязкой жидкости используются экспериментальные данные. А вот данных для пересчета показателей насоса на подачу воды с плотностью и вязкостью ниже, чем 1000 кг/м3 и 10-6 м2/с, соответственно, не существует. Теоретическое же решение такой задачи затруднено из-за сложности явлений, происходящих в насосах. Поэтому методика оценки возможной экономии потребляемой водяным насосом электроэнергии предусматривает некоторые допущения и упрощения.
1 На основании большого опыта по применению магнитной обработки воды и полученных устойчивых результатов, изменение плотности и вязкости воды считать в пределах 3 – 6 % от базовых значений.
2 За базовые значения принимаются параметры плотности и вязкости воды при 200 °С, а именно: ;=998,2 кг/м3, µ=1,002 Н*с/м2.
3 Учитывая, что изменение плотности и вязкости воды при ее магнитной обработке происходит в небольших пределах, то для пересчета параметров воды и Q – H характеристик насоса воспользуемся методом линейной экстраполяции. Как известно, он дает 100 % верный результат для уравнения прямой.
4 Все расчеты проводятся при условии, что параметры окружающей среды, температура воды и режим работы насоса остаются неизменными, как до магнитной обработки воды, так и после нее.

В [1] приведен пример оценки влияния магнитной обработки воды на энергопотребление водяного насоса с асинхронным двигателем (АД) типа ADB – 35 abs (диаметр трубы 1” [6]).

Технические характеристики насоса в номинальном режиме
• потребляемая ЦН активная мощность Р1 = 0,43 кВт;
• полезная мощность на валу насоса Р2 = 0,37 кВт;
• расход Q = 0; 0,3; 0,6; 1,2; 1,8 м3/ч;
• напор Н = 35; 31; 25; 14; 4 м;
• рабочий диапазон Q = 0,6 – 1,5 м3/ч, Н = 10 – 20 м;
• КПД насоса ;н= 0,86;
• КПД асинхронного двигателя ;ад = 0.73;
• коэффициент мощности АД  Cos; = 0,82;
• частота вращения вала насоса n = 2900 об/мин.

Проведённый расчёт позволил оценить методическая погрешность предлагаемого подхода, которая не превысила 21%. С учётом дополнительной методической погрешности 4% суммарная погрешность предлагаемого алгоритма расчета не превысила 25%. Такой результат дает возможность однозначно получать ответы на вопрос возможного снижения потребляемой насосом энергии, в данном случае – электроэнергии при обработке воды магнитным полем.

Результаты расчетов показали, что каждый процент d; снижения плотности (вязкости) воды дает возможность экономить приблизительно dP = 4% -5% потребляемой насосом ЭЭ.

Таким образом, потребляемая насосом ADB – 35 abs мощность при перекачке воды, обработанной УБОВ, снижается на 20%- 25%.  Прямая экономия ЭЭ при этом с учетом изменения трения жидкости в трубопроводах составит от 25% до 30% или, в первом приближении для ориентировочных расчётов экономии ЭЭ, dP = 5 * d;.
 
Как отмечалось ранее принятие решения о целесообразности внедрения УБОВ возможно только после проведения ТЭР. Ниже представлены исходные данные и экономические показатели расчета для варианта с использованием электронного преобразователя солей жёсткости марки Термит (Россия) (диаметр трубы до 32 мм или 1”) для рассмотренного выше примера с насосом типа ADB – 35 abs.

Исходные данные:
• горизонт планирования - 7 лет;
• срок службы прибора Термит - 7 лет;
• ежегодная ставка увеличения тарифа на ЭЭ - 4%;
• ставка дисконтирования – 7%;
• стоимость электроэнергии (включая НДС) – 5,33 руб/кВтч;
• число часов работы в году – 8760 час;
• процент снижения плотности (вязкости) воды – 6%;
• потребляемая мощность прибором Термит – 10 Вт;
• стоимость прибора Термит – 8,9 тыс.руб;
• ставка налога на прибыль – 24%;
• ставка налога на имущество – 1,5%;
• ставка НДС – 20%.

Расчёт проведен в соответствии с методикой [7]. Результаты расчёта:
• NPV (чистый дисконтированный доход ЧДД) = 17,7 тыс.руб
• IRR (внутренняя норма доходности ВНД) = 16,4 %
• DPP (дисконтированный срок окупаемости ДСО) = 3,4 года

Анализ полученных результатов показывает, что даже для насосов небольшой мощности наблюдается экономический эффект: положительное значение ЧДД = 17,7 тыс.руб > 0, процентная ставка ВНД или внутренняя норма рентабельности более 16 %, а дисконтированный срок окупаемости немногим более 3 лет.
 
Список использованных источников

1 Ткаченко Ю.П. «Магнитология. Тепловая энергетика. Нефть» [Электронный ресурс]. URL: http://www.proza.ru/2019/10/11/188.

2 Сысоев В.В. О безреагентных методах водоподготовки в системах теплоснабжения для защиты от накипи, инкрустаций и коррозии в нормативно-технических документах // Сайт «Профессионалы.ру». Сообщество «Энергоэффективность и энергосбережение» [Электронный ресурс]. URL:


3 Постановление Правительства РФ от 14 октября 1993 г. N 1058 "О развитии научно-производственной деятельности в области магнитологии и создании магнитотронов» // Сайт Налоговый Кодекс Российской Федерации [Электронный ресурс]. URL:

4 Классен В.И. Омагничивание водных систем. - Москва : Химия, 1978. - 238 с.

5 Сысоев В.В. О безреагентной обработке воды для защиты от накипи и коррозии // Сайт «Энергоинформ – Альтернативная энергетика, энергосбережение, информационно -компьютерные технологии» [Электронный ресурс]. URL: Опубл. 15.08.19.

6 Руководство по эксплуатации насосов и насосных станций AQUARIO серии ADB. 2019, 24 с.

7 Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования (вторая редакция). Утверждено Министерством финансов РФ, Государственный комитет РФ по строительной, архитектурной и жилищ» № ВК 477 от 2106М999 г. – М.: НПКВЦ «Теринвест», 2000 г.