Z danych pochodzących z roku 2007, opublikowanych przez Krajową Agencję Poszanowania Energii wynika, że udział silników wysokosprawnych w Polsce jest na poziomie tylko 0,5%. W porównaniu do 10% w Unii Europejskiej czy aż 70% w Stanach Zjednoczonych osiągniętych na podstawie konsekwentnego wdrażania programów rządowych wyniki krajowe wskazują na ogromne możliwości osiągnięcia dużych oszczędności z tytułu wymiany silników.
Ze względu na powyższe dane statystyczne w Unii Europejskiej zalecono wymianę silników elektrycznych i modernizację układów napędowych na rozwiązania o wyższej sprawności. Komisja Europejska rozporządzeniem nr 640/2009 wdrożyła Dyrektywę 2005/32/WE Parlamentu Europejskiego i Rady dotyczącą wymogów ekoprojektu dla silników elektrycznych w zakresie wymagań efektywności energetycznej silników indukcyjnych 2-, 4- i 6-biegunowych. Treść dokumentu dotyczy wprowadzania na rynek i do eksploatacji nowych silników, w tym również będących częścią składową innych produktów. Rozporządzenie nie ma zastosowania do silników:
- projektowanych do eksploatacji przy pełnym zanurzeniu w cieczy,
- stanowiących integralną część produktu (np. przekładni zębatej, pompy, wentylatora lub sprężarki), których charakterystyka energetyczna nie może być sprawdzona niezależnie od produktu,
- zaprojektowanych specjalnie do eksploatacji z przynajmniej jednym spełnionym warunkiem – na wysokości powyżej 1000 m n.p.m., w temperaturze otoczenia wyższej niż 40°C; maksymalnej temperaturze roboczej powyżej 400°C; w temperaturze otoczenia poniżej – 15°C w odniesieniu do wszystkich silników, lub poniżej 0°C w przypadku silników chłodzonych powietrzem; w przypadku gdy temperatura wody chłodzącej na wejściu do silnika wynosi mniej niż 5°C lub więcej niż 25°C; w przestrzeniach zagrożonych wybuchem zgodnie z definicją zawartą w dyrektywie 94/9/WE Parlamentu Europejskiego i Rady (3);
- hamujących
Zgodnie z rozporządzeniem od 16 czerwca 2011 r. silniki o mocy znamionowej 0,75–375 kW muszą odpowiadać klasie sprawności IE2 lub IE3, a od stycznia 2015 r. silniki o mocy 7,5–375 kW mają być w klasie IE3 albo IE2, ale z układem płynnej regulacji obrotowej. Od 1 stycznia 2017 r. wymaganie z 2015 r. zostanie rozszerzone również na silniki o najmniejszych mocach, czyli dotyczyć będzie zakresu mocy 0,75–375 kW. Oznaczenia IE1 – IE3 wynikają z nowej klasyfikacji wprowadzonej normą IEC 60034-30 z 2008 r., do stosowania w Polsce wprowadzonej od 27.05.2009 roku normą PN–60034-30 – Maszyny elektryczne wirujące – Część 30: Klasy sprawności silników indukcyjnych klatkowych trójfazowych jednobiegowych (kod IE). W normie opisano klasy sprawności klatkowych silników indukcyjnych trójfazowych jednobiegowych do użytku ogólnego zasilanych z sieci prądu przemiennego o częstotliwości 50 Hz lub 60 Hz, napięciu znamionowym do 1 kV oraz wyjściowej mocy znamionowej od 0,75 kW do 370 kW, o 2, 4 lub 6 biegunach oraz stopniu ochrony IP2X, IP4X, IP5X, IP6X podłączonych bezpośrednio do sieci. Norma określa dla silników trzy poziomy sprawności: IE1 – silniki standardowe (standard), IE2 – silniki o podwyższonej sprawności (high efficiency) oraz IE3 – najwyższy poziom sprawności (premium). Sposób wyznaczenia sprawności silników powinien być zgodny z normą IEC 60034-2-1 wprowadzoną do stosowania w Polsce normą PN–EN 60034-2-1:2008 Maszyny elektryczne wirujące – Część 2-1: Metody wyznaczania strat i sprawności na podstawie badań z wyjątkiem maszyn pojazdów trakcyjnych. W normie podano metody wyznaczania sprawności na podstawie badań, a także wyszczególniono metody pozwalające na wyznaczanie właściwych strat. Zasady te dotyczą maszyn prądu stałego oraz maszyn synchronicznych i indukcyjnych prądu przemiennego wszystkich wielkości objętych normą PN–EN 60034-1:2005.
W ofercie producentów silników elektrycznych dostępnych na stronach internetowych można od 2009 r. znaleźć oferty handlowe silników odpowiadających nowym klasyfikacjom sprawności.
Przykładowo firma Besel proponuje silniki energooszczędne, spełniające wymagania klasy sprawności IE2 – dwubiegunowe o mocach 0,75 (sprawność 79%) i 1,1 kW (sprawność 80%) oraz 4-biegunowe o mocy 0,75 kW (sprawność 80%). Dla porównania te same silniki wykonane przez producenta w klasie IE3 mają już sprawności odpowiednio 83 i 84%. Uzyskanie takich parametrów jest możliwe dzięki zastosowaniu: nowoczesnej konstrukcji i technologii produkcji, wysokiej jakości materiałów, większej ilości materiałów czynnych – miedzi i stali. Poza oszczędnościami z tytułu mniejszego zużycia energii silniki energooszczędne pracują ciszej i uzyskują w eksploatacji dłuższy czas bezawaryjnej pracy wynikający z faktu, że w stanach znamionowego obciążenia i przeciążeń uzyskują niższe temperatury pracy w porównaniu do rozwiązań standardowych.
Również zakłady M.E. CELMA w styczniu 2009 r. rozpoczęły produkcję dwóch nowych typów silników wysokosprawnych, SEE315L4A (200 kW) oraz SEE315L4B (250 kW), zaliczanych do klasy IE2. Zastosowano w nich całkowicie nowe konstrukcje obwodu elektromagnetycznego oraz kadłuba silnika pozwalające na poprawę sprawności i zmniejszenie temperatur w uzwojeniu stojana.
Ciekawe informacje na temat możliwości oszczędności energii w zakładzie przemysłowym można znaleźć na stronie www.centrum.pemp.pl w archiwum Polskiego Programu Efektywnego Wykorzystania Energii w Napędach Elektrycznych, który jest obecnie nowym projektem FEWE dofinansowanym ze środków Narodowego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej. Na stronie tej można zapoznać się z szeregiem dokumentów prawnych i opracowań, a przede wszystkim skorzystać z udostępnionego programu komputerowego EFEMotor, wspomagającego prawidłowy dobór silników elektrycznych i wskazującego korzyści, jakie można uzyskać, stosując rozwiązania o podwyższonej sprawności.
Program EFEMotor umożliwia:
- inwentaryzację silników elektrycznych w przedsiębiorstwie (z uwzględnieniem indywidualnych parametrów i warunków pracy silnika, miejsca zastosowania, urządzeń napędzanych itd.),
- szacowanie sprawności i stopnia wykorzystania poszczególnych silników,
- prawidłowy wybór sprawności nowego silnika,
- pomoc w podjęciu decyzji o zakupie nowego silnika lub naprawie uszkodzonego,
- prowadzenie analiz dotyczących zużycia i kosztów energii w zdefiniowanych przez użytkownika grupach urządzeń,
- wyszukiwanie zamienników z katalogu nowych silników oraz silników znajdujących się w magazynie użytkownika.
Dostępny program operuje dawnymi wskaźnikami efektywności energetycznej silników, wprowadzonymi w Unii Europejskiej na podstawie dobrowolnego porozumienia producentów silników elektrycznych zrzeszonych w Stowarzyszeniu Europejskich Producentów Maszyn Elektrycznych. Porozumienie CEMEP przewiduje trzy klasy sprawności energetycznej silników elektrycznych oznaczone symbolami: eff1, eff2, eff3, z których eff1 ma najwyższą wartość. Wprowadzając jednak szczegółowe dane do bazy silników, w programie można w łatwy sposób dokonać porównania potencjalnych zysków finansowych z wprowadzenia rozwiązania o wyższej sprawności energetycznej (rys. 1, 2).
Na rysunku 1 pokazano stronę programu w trybie analizy ekonomicznej zakupu nowego silnika. Program umożliwia wprowadzenie danych katalogowych z dostępnej bazy silników, w której użytkownik może dopisywać własne rekordy zawierające odpowiednie dane. Dane silników są wprowadzane dla dwóch porównywanych rozwiązań – standardowego i energooszczędnego. W programie porównano przykładowo korzyści zakupu silnika o mocy 3 kW pracującego całodobowo w taryfie C11 w dwóch różnych rozwiązaniach istotnie różniących się ceną i parametrami, co zestawia wydruk ekranu z rysunku 2.
Autor: Marek Olesz
