Под энергоэффективностью понимается рациональное использование энергетических ресурсов, с помощью которого достигается уменьшение потребления энергии при том же уровне нагрузочной мощности.
В процессе преобразования энергии часть ее теряется в виде тепла. Величина потерянной энергии определяется энергетическими показателями двигателя. Применение энергоэффективных электродвигателей позволяет существенно снизить потребление энергии и уменьшить содержание углекислого газа в окружающей среде.
Основным показателем энергоэффективности электродвигателя является его коэффициент полезного действия (далее КПД):
η=P2/P1=1 – ΔP/P1,
где Р2 – полезная мощность на валу электродвигателя, Р1 – активная мощность потребляемая электродвигателем из сети, ΔP – суммарные потери возникающие в электродвигателе.
Очевидно, чем выше КПД (и соответственно ниже потери), тем меньше энергии потребляет электродвигатель из сети для создания той же самой мощности P2.
Минимизация капитальных и эксплуатационных затрат являются ключевыми требованиями к промышленным энергоэффективным электродвигателям. Как показывает практика, срок компенсации из-за разницы цен при приобретении более совершенных асинхронных электродвигателей класса IE2 составляет до 6 месяцев только за счет снижения эксплуатационных расходов и потребления меньшего количества электроэнергии.
Пример снижения расходов при замене двигателя на энергоэффективный:
АИС 250М2 (IE2) Р2 = 55 кВт; КПД = 96%
АИС 250М2 (IE1) Р2 = 55 кВт; КПД = 93%
Потребляемая мощность: P1=Р2/КПД
Нагрузочная характеристика: 8760 часов в год (24*365)
Ежечасная экономия — 1,85 кВт или 8,95 руб* (исходя из среднего тарифа на электроэнергию для предприятий в 4,1 руб за 1 кВт + НДС 18%)
Ежегодная экономия расходов на электроэнергию: 16 200 кВт/час или 78 400 руб!
Следует отметить, что с ростом энергоэффективности увеличивается и срок службы двигателя. Это объясняется следующим. Источником нагрева двигателя являются потери, выделяемые в нем. Потери в электрических машинах подразделяются на основные, обусловленные протекающими в них электромагнитными и механическими процессами, и добавочные, обусловленные различными вторичными явлениями. Основные потери подразделяют на следующие классы:
- механические потери (включают в себя вентиляционные потери, потери в подшипниках, потери на трение щеток о коллектор или контактные кольца);
- магнитные потери (потери на гистерезис и вихревые токи);
- электрические потери (потери в обмотках при протекании тока).
Согласно эмпирическому закону срок службы изоляции уменьшается в два раза при увеличении температуры на 100 С. Таким образом, срок службы двигателя с повышенной энергоэффективностью несколько больше, так как потери и, следовательно, нагрев энергоэффективного двигателя меньше.
Европейские стандарты электродвигалей DIN основаны на стандарте классификации энергоэффективности оборудования IEC (Международная электротехническая комиссия). Европейским союзом разработан и принят к действию стандарт IEC 60034-30, согласно которому установлено четыре класса энергоэффективности (IE = Международная энергоэффективность*) односкоростных трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором:
- IE1 – стандартный класс энергоэффективности;
- IE2 – высокий класс энергоэффективности;
- IE3 – высший класс энергоэффективности — новый класс энергоэффективности для Европы;
- IE4 – максимальный класс энергоэффективности на сегодняшний день.
По требованиям упомянутого стандарта изменения касаются практически всех трехфазных двигателей низкого напряжения для питания 50/60 Гц в диапазоне мощностей от 0,75 кВт до 375 кВт, потому как они потребляют до 70% из используемой в промышленности энергии.
Почти невозможно найти сферу, где бы они не использовались: электроприводы промышленного оборудования, насосы, вентиляционная техника и многое другое. Причем и объемы технологических парков, и мощности двигателей постоянно растут.
С января 2017 года в Европе все двигатели мощностью от 0,75 до 375 кВт должны быть классом не ниже IE3; при этом допускается двигатель класса IE2 при работе с частотно-регулируемым приводом. Общее потребление электроэнергии ежегодно достигает 1.067.000.000.000 кВт/ч, что приводит к выбросам CO2 в объеме 427.000.000 тонн. По предварительным оценкам, общий объем потребления электроэнергии промышленных двигателей возрастет до 1.252.000.000 МВт/ч к 2020 году — момент, до которого планируется сокращение выбросов парниковых газов на 20%. Предполагаемая экономия электроэнергии до 2020 г. благодаря Директиве «Еко-Дизайн» достигнет 135.000.000 МВт/ч, что соответствует годовому сокращению CO2 на 63.000.000 тонн и экономии в размере 9 миллиардов евро.
Кстати говоря, энергоэффективность оборудования в частном порядке касается каждого из нас. Ведь от нее напрямую зависит сумма в ежемесячном счете за электроэнергию. В Европе электроэнергия значительно дороже чем в России, поэтому каждый европеец пытается подбирать технологичное оборудование, потребляющее как можно меньше энергии. У нас же об этом задумывается гораздо меньшее количество людей, но и в нашей стране использование энергосберегающих технологий способно благополучно сказаться на толщине каждого кошелька. Оплачивая ежемесячные счета за электроэнергию мы не задумываемся, что годовые эксплуатационные затраты – это внушительная сумма, которой могла бы быть потрачена на другие цели. Таким образом, более низкая цена продукта, в том числе электродвигателя, не должна быть приоритетным критерием выбора!
А теперь о технических характеристиках и основных отличиях энергоэффективного электродвигателя от стандартного.
Энергоэффективным является двигатель, в котором с применением системного подхода при проектировании, изготовлении и эксплуатации повышены КПД, коэффициент мощности и надежность. Двигатели класса IE2 сочетают в себе преимущества более высокой эффективности с более продолжительным сроком службы. IE2 двигатели более эффективны даже при частичной нагрузке, что позволяет настроить оборудование для работы в оптимальном режиме.
Наряду с экономией потребляемой энергии, переход на использование электродвигателей класса IE2 позволяет:
- увеличить срок жизни двигателя и смежного с ним оборудования;
- повысить КПД двигателя на 2-5%;
- повысить коэффициент мощности;
- улучшить перегрузочную способность;
- уменьшить затраты на техобслуживание и снизить простои;
- повысить устойчивость двигателя к тепловым нагрузкам и к нарушениям условий эксплуатации.
Энергоэффективный двигатель торговой марки «Элмаш» серии АИС имеет повышенный КПД за счет следующих системных улучшений:
- Увеличена масса активных материалов (медной обмотки статора и холоднокатаной стали в пакетах статора и ротора);
- Применены электротехнические стали с улучшенными магнитными свойствами и уменьшенными магнитными потерями;
- Оптимизированы зубцово-пазовая зона магнитопровода и конструкция обмоток;
- Использована изоляция с повышенной теплопроводностью и электрической прочностью;
- Уменьшен воздушный зазор между ротором и статором с помощью высокотехнологичного оборудования;
- Использована специальная конструкция вентилятора для снижения вентиляционных потерь;
- Применяются подшипники и смазки более высокого качества.
Новые потребительские свойства энергоэффективных двигателей ТМ «Элмаш» серии АИС базируются на конструктивных усовершенствованиях, где особое место уделено защите от неблагоприятных условий и повышенной герметизации.
Так, конструктивные особенности серии АИС позволяют свести к минимуму потери в обмотках статора. Благодаря низкой температуре обмотки электродвигателя продлевается и срок службы изоляции.
Дополнительный эффект дает уменьшение трения и вибрации, а значит и перегрева, за счет применения высококачественной смазки и подшипников, в том числе более плотного подшипникового замка.
Ещё один аспект, связанный с более низкой температурой работающего двигателя, это возможность эксплуатации при более высокой температуре окружающей среды или возможностью снижения расходов, связанных с внешним охлаждением работающего двигателя. Это также ведет к снижению затрат на электроэнергию.
Нельзя не отметить последнее преимущество энергоэффективного двигателя – сниженный уровень шума. В электродвигателях класса IE2 использованы не столь мощные вентиляторы, что также играет роль в улучшении аэродинамических свойств и снижении вентиляционных потерь.
При переходе на новые энергоэффективные двигатели вы учитываете:
- возросшие требования к экологическим аспектам;
- требования к уровню энергоэффективности и эксплуатационным характеристикам продукции;
- возможность заявить о новом «знаке качества» для потребителя;
- финансовый стимул: гарантированное снижение энергопотребления и эксплуатационных расходов;
- возможность выхода на европейский уровень стандартов производства.
Таким образом, складывается следующая картина: энергоэффективный двигатель + эффективная система управления (регулируемый привод) + эффективная система защиты = наилучший результат. Все: и производители, и потребители хотят достичь и получить наилучший результат. Переоснащение производства способно приблизить достижение этой цели еще на один серьезный шаг.
Китай, Индия и Бразилия, не говоря уже о Европе, перешли на электродвигатели повышенной энергоэффективности стандарта IE2 и IE3 еще в 2012 году.
Россия не должна быть в хвосте технологического прогресса! Предлагаем идти на повышение вместе!