DLACZEGO STOSOWAĆ SILNIKI ENERGOOSZCZĘDNE ?

1. DLACZEGO STOSOWAĆ SILNIKI ENERGOOSZCZĘDNE?

2. Elektryczne układy napędowe w krajach UE • To: • znaczący udział w całkowitym zużyciu energii elektrycznej w UE przekraczający 50%; • duży potencjał oszczędności (wymiana silników i układy płynnej regulacji prędkości obrotowej); • powszechność stosowania – szczególnie silników indukcyjnych 3-fazowych.

3. Jak uzyskano wzrost sprawności? Poprzez rozwiązania techniczne zmierzające do ograniczenia strat energii. • wzrost masy materiałów czynnych: zwiększenie przekroju przewodów w uzwojeniu stojana poprzez powiększenie przekroju żłobków blach stojana; • skrócenie długości połączeń czołowych uzwojeń stojana; • zmniejszenie liczby zwojów w uzwojeniu stojana. • zwiększenie ilości materiałów czynnych (aluminium, miedź) poprzez zwiększenie przekroju żłobków z zachowaniem rozkrojów blach; • zwiększenie przekroju uzwojenia; • zmniejszenie strat w stojanie i wirniku umożliwia zastosowanie wentylatora o mniejszej średnicy; • dopasowanie konstrukcji stojana do lepszych warunków przepływu powietrza (mniejsze straty na tarcie aerodynamiczne); • dobór mniejszych przewietrzników zewnętrznych • zastosowanie blach elektrotechnicznych o mniejszej stratności i grubości; • wydłużenie pakietu blach stojana (wydłużenie obudowy silniki bez zmian wymiarów montażowych); • odpowiedni dobór łożysk (selekcja pod kątem średnic i luzu poprzecznego); • poprawa smarowania łożysk; • optymalizacja wielkości szczeliny powietrznej pomiędzy wirnikiem a stojanem; • poprawa kształtu zębów (profil zakończeń żłobków); • zastosowanie klinów żłobkowych z materiału magnetycznego;

4. Porównanie sprawności silników standardowych i energooszczędnych Inne zalety uzyskane w wyniku usprawnień technicznych • Poza wyższą sprawnością silniki energooszczędne charakteryzują się: • niższymi przyrostami temperatury uzwojenia, łożysk i obudowy (stąd większa odporność na przeciążenia); • cichszą pracą; • obniżonym poziomem drgań; • wyższą trwałością niż silnik standardowy; • niższymi kosztami eksploatacyjnymi;

5. Podstawowe wytyczne: W praktyce silniki energooszczędne znajdują zastosowanie do pracy ciągłej * do napędu takich urządzeń jak: wentylatory , pompy odśrodkowe, mieszadła. Zastosowanie silnika energooszczędnego w miejsce silnika standardowego jest uzasadnione wówczas, gdy czas pracy silnika w ciągu roku jest na tyle długi, że w wyniku takiego przedsięwzięcia uzyskuje się znaczące oszczędności energii pobieranej przez napęd elektryczny. Wartość tego efektu zależy od wzajemnej relacji wartości sprawności silników. Przy ocenie celowości zastosowania silnika energooszczędnego nie należy przyjmować z góry ustalonej minimalnej liczby godzin pracy silnika w ciągu roku, ale trzeba uwzględniać konkretną sytuację. * praca ciągła nie oznacza tu nieprzerwanego działania przez kilkadziesiąt, czy kilkaset godzin, tylko czas, w którym silnik osiąga ustalony stan cieplny - możliwe są nawet 1 do 2 rozruchów na godzinę Kiedy można zastosować silnik energooszczędny? • Inne przesłanki dla zastosowania silników energooszczędnych: • wyposażana jest nowa instalacja o przewidywanej długiej żywotności, • w przypadku znacznych modyfikacji warunków pracy napędu w obsługiwanym procesie, • zamiast przezwajania starych jednostek o standardowej konstrukcji, • przy zastępowaniu silników przewymiarowanych lub niedociążonych, • gdy wymiana silnika jest częścią programu oszczędzania energii. • Co jeszcze należy brać pod uwagę przy doborze silnika energooszczędnego? • zazwyczaj wyższą prędkość obrotową silnika energooszczędnego: jeżeli prędkość obrotowa silnika energooszczędnego jest większa niż prędkość obrotowa zastępowanego silnika standardowego o takiej samej liczbie biegunów, to zwiększa się wydajność technologiczna napędzanego urządzenia np. pompa napełniająca zbiornik napełni go w krótszym czasie; • parametry rozruchowe silnika np.: wyższe prądy rozruchu w silniku energooszczędnym.

6. Jak kupić silnik energooszczędny taniej? Silniki indukcyjne 3 -fazowe niskiego napięcia o mocy 0,75 do 160 kW Silniki indukcyjne 3 -fazowe o mocy powyżej 200 kW

7. Oznakowanie silników o podwyższonej sprawności

8. Opłacalność inwestycji Przykład 1 Czas zwrotu nakładów poniesionych na zakup silnika energooszczędnego serii SEE zamiast standardowego serii Sg. Na przykładzie silników indukcyjnych niskiego napięcia, 4-biegunowych. Koszt jednostkowy energii elektrycznej przyjęto na poziomie 0,3 zł/kWh. Silniki pracują przy obciążeniu nominalnym. Przykład 2 Czas zwrotu nakładów poniesionych na zakup silnika energooszczędnego serii Sh zamiast remontu silnika istniejącego, który uległ awarii (serie SCDdm – 250 kW; SZDr – 800 i 1250 kW). Na przykładzie silników indukcyjnych na napięcie 6000 V, 4-biegunowych. Koszt jednostkowy energii elektrycznej przyjęto na poziomie 0,2 zł/kWh. Silniki pracują przy obciążeniu nominalnym.

9. Ile można zaoszczędzić stosując silnik energooszczędny zamiast standardowego? Przykład w oparciu o porównanie kosztów ponoszonych w cyklu życia silnika energooszczędnego i standardowego. Analizę LCC dla silnika indukcyjnego uproszczono do określenia kosztów zakupu i kosztów użytkowania, jako kosztu energii elektrycznej pobranej z sieci w okresie eksploatacji . Do analizy porównawczej wybrano silniki standardowe i energooszczędne o 2 parach biegunów i mocach znamionowych 2,2; 18,5; 75 kW . Czas eksploatacji silników określono na 15 lat.Czas pracy w ciągu roku od 200 do 6000 h. Założono, że silniki pracują przy obciążeniu 75% mocy nominalnej. Przyjęto stałą (w czasie eksploatacji) cenę energii elektrycznej na poziomie 0,3 zł/kWh. Stopa dyskonta 6,5%. Komentarz Miejsca zerowe wyznaczonych funkcji pokazują przy jakim min. czasie pracy silnika w każdym roku w ciągu 15 lat eksploatacji, wzrost kosztów w cyklu życia spowodowany wyższą ceną silnika energooszczędnego równoważony jest wartością zaoszczędzonej energii elektrycznej. Dalsze informacje (na przykładzie silnika 75 kW) Różnica w kosztach poniesionych w cyklu życia (przez 15 lat eksploatacji) silnika energooszczędnego i standardowego przy cyklu pracy w każdym roku 6000 h z obciążeniem 75% mocy nominalnej wynosi 14 375 zł na korzyść silnika energooszczędnego.

10. Efekt ekologiczny • W wyniku oszczędności energii elektrycznej w układzie napędowym gdzie zastosowano silnik energooszczędny zamiast standardowego uzyskujemy efekt ekologiczny zlokalizowany w elektrowni zawodowej. Produkcja 1 kWh energii elektrycznej wiąże się z następującą emisją *: • CO2 – 1,014 kg/kWh; • SO2 – 2,2 g/kWh; • NOx – 1,2 g/kWh; • Pył – 1,8 g/kWh; • * wskaźniki, wyznaczone w oparciu o dane statystyczne, przyjęte zostały przez Fundację Ekofundusz do rozliczeń efektu ekologicznego dla przedsięwzięć związanych z modernizacją elektrycznych układów napędowych

11. Uwarunkowania prawne a stosowanie silników energooszczędnych • Rozwiązania prawne w Polsce: • dobrowolna norma SEP odnośnie wymagań i doboru silników energooszczędnych; • zapisy o konieczności stosowania silników energooszczędnych w inwestycjach współfinansowanych przez instytucje wspierające projekty z zakresu ochrony środowiska – Zasady Fundacji Ekofundusz; • zielone zamówienia publiczne - włączanie kryteriów środowiskowych do zamówieńpublicznych. W ostatnich kilkudziesięciu latach na świecie podjęto szereg inicjatyw dla zmniejszenia zużycia energiiw napędach elektrycznych np.: Stany Zjednoczone - ustawa EPAct z 1992 roku określająca minimalny obligatoryjny poziom sprawności standardowych silników indukcyjnych mocy 1 – 200 HP. Od roku 1997 sprzedaż na rynku USA silników o sprawności niższej od określonej w EPAct jest prawnie zabroniona. Unia Europejska – działania Stowarzyszenia Europejskich Producentów Maszyn Elektrycznych i Energoelektroniki CEMEP (klasyfikacja Eff dla silników wytwarzanych przez producentów skupionych w Stowarzyszeniu – dotyczy 3-fazowych silników indukcyjnych o mocy od 1,1 do 90 kW). Porozumienie zawarto w 1999 roku. Australia – wprowadzenie przez rząd w 2001 roku minimalnych wymagań co do sprawności silników indukcyjnych tzw. MEPS (Minimum Energy Performance Standards) dotyczą one 3-fazowych silników indukcyjnych w zakresie mocy od 0,73 do 185 kW produkowanych i importowanych do Australii. • Stosowanie silników o wyższej klasie sprawności (Eff1 lub Eff2) jak na razie nie jest w Unii Europejskiej obligatoryjne. • Jednak, rozwiązania prawne będą zmierzać w kierunku ustalenia minimalnych wymagań dla tej grupy urządzeń dostępnych na rynku UE np.: • Dyrektywa 2005/32/WE ustanawiającą ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów wykorzystujących energię i przygotowywane szczegółowe wytyczne o ecodesign dla napędów elektrycznych; • dokumenty referencyjne BAT o efektywności energetycznej;