November 2016
MARCILL VENTER, Departement Landbou-ekonomie: Universiteit van die Vrystaat
Suid-Afrika het die afgelope paar jaar abnormale toenames in elektrisiteitstariewe beleef. Die toename in elektrisiteitstariewe skep ernstige probleme vir besproeiingsprodusente omdat hulle van elektrisiteit afhanklik is om te kan besproei.
Gegewe die toename in elektrisiteitstariewe wat die toekomstige winsgewendheid van besproeiingsprodusente bedreig, het die Waternavorsingskommissie (WNK) ‘n projek wat handel oor “Die optimale gebruik van elektrisiteit en water vir volhoubare bestuur van besproeiingsboerderystelsels” geïnisieer en gefinansier. Die navorsing word tans deur die Departement Landbou-ekonomie aan die Universiteit van die Vrystaat gedoen.
Die projekspan het drie breë fokusareas geïdentifiseer ten einde elektrisiteitskoste te bestuur. Die drie fokusareas sluit bestuur, tariefkeuse en besproeiingsontwerp in. Pompkoste (elektrisiteitskoste) is die produk van die drie areas en dit is noodsaaklik om die interafhanklikheid tussen die areas in ag te neem wanneer alternatiewe om energie te bespaar, ondersoek word.
Spilpuntbesproeiing teen hellings veroorsaak dat daar verskeie dienspunte voorkom, aangesien die drukbenodighede verander soos wat die spilpunt teen die helling op beweeg. Spilpunte word in sulke gevalle ontwerp om aan die hoogste benodigde druk teen die benodigde vloeitempo te voldoen.
Die pomp sal dus te veel druk lewer indien die spilpunt op die laagste punt staan. Onnodige druklewering veroorsaak dat energie vermors word – wat elektrisiteitskostes verhoog. Die regte druk kan by elke posisie van die spilpunt gelewer word deur die motor met ‘n toestel wat die spoed van die motor kan verander, te koppel (veranderlike spoed-aandrywing of variable speed drive).
‘n Verlaging in die spoed van die motor en gepaardgaande verlaagde spoed van die stuwer (impeller) van die pomp veroorsaak dat die pomp proporsioneel minder druk en vloei sal lewer. Gevolglik is dit moontlik om met dieselfde pomp-en-stuwerkombinasie verskillende dienspunte te bedien. Indien net die regte druk gelewer word, sal die kilowattvereistes om die water te pomp, verminder en só ook die elektrisiteitskostes.
Die berekening van die verandering in kilowatt is afhanklik van die verandering in vloeitempo, druk en die doeltreffendheid van die pomp. Om die verandering in vloeitempo en -druk te bereken, is eenvoudig indien die pompkurwe beskikbaar is, maar verandering in die doeltreffendheid van die pomp is nie voor die hand liggend nie.
Verandering in die doeltreffendheid het ‘n groot impak op ‘n stelsel se benodigde kilowatt en dus die hoeveelheid energiebesparing. Akkurate berekenings ten opsigte van energiebesparing is belangrik om te verseker dat investeringskostes met betrekking tot die veranderlike spoed-aandrywing nie meer is as elektrisiteitskostebesparings nie.
‘n Wiskundige kosteberekeningsprosedure is ontwikkel om die verandering in elektrisiteitsverbruik te skat indien daar van veranderlike spoed-aandrywing gebruik gemaak word. Die kosteberekeningsprosedure maak van ingenieurswette gebruik om die pompkurwe te verander indien die spoed van die pomp verminder word.
Die verandering in die vloeitempo en die druk waarteen die vloei gelewer word, kan dus bereken word. ‘n Prosedure wat deur navorsers van Spanje ontwikkel is, word gebruik om die verandering in pompdoeltreffendheid vir elke dienspunt te skat. Met die berekende inligting kan die energieverbruik van die spilpunt om een omwenteling by verskillende dienspunte te voltooi, bereken word.
Die elektrisiteitsbesparing word bereken deur die elektrisiteitskoste van ‘n stelsel met ‘n vaste spoed-aandrywing met dié van ‘n stelsel met veranderlike spoed-aandrywing te vergelyk. Elektrisiteits kostebesparings moet egter nie die enigste oorweging wees by die aankoop van ‘n veranderlike spoed-aandrywingstelsel nie, aangesien die investering in ‘n veranderlike spoed-aandrywingstelsel aansienlik kan wees.
Toepassing
Die kosteberekeningsmodel is toegepas om die energiebesparing en verdiskonteerde investeringskoste van ‘n veranderlike spoed-aan drywingstelsel vir ‘n 30 ha-spilpunt met twee verskillende water toedieningskapasiteite vir Ruraflex (tyd van gebruik-tarief) te bepaal.
Die helling van die spilpunt is verander van 1% tot 10%, wat daartoe aanleiding gegee het dat die hoogste punt van die spilpunt verander het. Die investerings- en elektrisiteitskostebesparing vir die toepassing word in Grafiek 1 aangedui.
In die geval van die 8 mm/dag-stelsel word die veranderlike spoed-aandrywingstelsel voordelig as die statiese hoogte van 26 m na 29 m verander. (Die statiese hoogte is van die waterbron tot hoogste punt op die spilpunt.) Weens die hoër statiese hoogte vermeerder die kilowattvereistes. Alhoewel die investeringskoste van die veranderlike spoed-aandrywingstelsel vermeerder as gevolg van ‘n hoër kilowatt vereiste by ‘n hoër statiese hoogte, is die veranderlike spoed-aandrywingstelsel ekonomies voordelig omdat die effek van die besparing in elektrisiteitskoste die verhoging in investeringskoste oorskadu.
By die 12 mm/dag-stelsel raak die veranderlike spoed-aandrywingstelsel ekonomies voordelig waar die statiese hoogte van 23 m na 26 m verander. Die kilowattvereistes neem toe as gevolg van ‘n hoër statiese hoogte.
Die ekonomiese voordeel van ‘n veranderlike spoed-aandrywingstelsel word by ‘n laer statiese hoogte by die groter toedieningskapasiteit waargeneem, want die effek van ‘n toename in die kilowatt-vereiste is groter by ‘n hoër toedieningskapasiteit. ‘n Veranderlike spoed-aandrywingstelsel is daarom ekonomies voordeliger vir besproeiingstelsels met hoër kilowatt-vereistes.
Verskeie faktore beïnvloed die ekonomiese voordeel van ‘n veranderlike spoed-aandrywingstelsel. Die faktore sluit in statiese hoogte, werksdruk, pypdiameter (wrywing), vloeitempo, tipe pomp en motor, die doeltreffendheid van pompe en motors, spilpuntgrootte, bestuur en elektrisiteitstarief.
Al die bogemelde faktore verskil tussen besproeiingstelsels en dit is baie belangrik om elke stelsel individueel te ontleed om die ekonomiese voordeel van ‘n veranderlike spoed-aandrywingstelsel te evalueer.
Verdere navorsing
Daar word tans verdere navorsing gedoen om die ekonomiese voordeel van ‘n veranderlike spoed-aandrywingstelsel by verskillende besproeiingstelsels, asook wanneer ‘n kombinasie van stelsels voorkom, te bereken. ‘n Veranderlike spoed-aandrywingstelsel is derhalwe ‘n metode om elektrisiteitskoste te bespaar, maar dit is uiters noodsaaklik om elke stelsel individueel te evalueer voordat daarin geïnvesteer word.
Die outeur kan by 051 401 3450 gekontak word vir meer inligting.
Publication: November 2016
Section: Focus on
