Źródło: DFME
Wybór właściwego silnika elektrycznego, zwłaszcza dużej mocy, to dziś poszukiwanie jednostki o najlepszej sprawności energetycznej. Na producentów presję wywierają nie tylko rządy, organizacje międzynarodowe, ale też odbiorcy, dla których niższe zużycie energii to mniejsze koszty i przy okazji wkład w budowę zielonej gospodarki.
Pierwszy udany silnik prądu stałego opracował w Prusach, Moritz Hermann Jacobi w maju 1834 roku, czyli już ponad 182 lata temu. We wrześniu 1838 roku, po kolejnych usprawnieniach, jego silnik zamontowany w łodzi osiągnął moc, która pozwoliła na przeprawienie 14 osób na drugą stronę szerokiej rzeki. Kolejne dziesięciolecia to stały rozwój konstrukcji, mocy i wydajności. Dziś podstawowym problemem jest już uzyskiwanie nie tyle dużych mocy, ale dużych sprawności takich napędów. Jak podano w bazie danych IETD (Industrial Efficiency Technology Database), która pomaga decydentom zidentyfikować technologie oraz środki, które poprawią wydajność przy jednoczesnym zmniejszeniu zużycia energii i emisji CO2 w przemyśle, na świecie użytkuje się obecnie 300 mln silników napędzanych energią elektryczną (przemysł, duże obiekty budowlane, infrastruktura). Z przeznaczeniem do wykorzystania w przemyśle sprzedaje się co roku 30 mln nowych silników elektrycznych. Szacuje się, że tego typu napędy odpowiadają za około 29% całkowitego globalnego zużycia energii elektrycznej w tym 69% tylko w przemyśle. Koszt zużytej przez nie energii szacuje się na 362 mld dolarów rocznie. Poprzez wykorzystanie istniejących technologii i działania organizacyjne można poprawić efektywność średnio od 20% do 30%. To poza znacznym ograniczeniem emisji CO2 oznacza dla przemysłu roczne oszczędności na poziomie 72–108 mld USD. To znaczny potencjał pozostający do wykorzystania.
Specjaliści szacują, że gdyby wszystkie kraje przyjęły najlepsze standardy dotyczące sprawności energetycznej silników elektrycznych (MEPS), to do roku 2030 można byłoby osiągnąć oszczędność energii elektrycznej na poziomie 322 terawatogodzin rocznie. Takiemu zmniejszeniu zapotrzebowania na energię elektryczną odpowiada redukcja emisji CO2 o 206 mln ton.
W opublikowanym niedawno w periodyku naukowym „Procedia CIRP” (wydanie 41/2016) przedstawiono studium zużycia energii elektrycznej w niemieckich przedsiębiorstwach produkcyjnych. Jak podano, zużywają one prawie 50% całkowitej energii elektrycznej wytwarzanej w Niemczech. Okazuje się, że ponad 70% zapotrzebowania przemysłu na energię u naszych zachodnich sąsiadów wynika z potrzeby obsługi napędów elektrycznych. Zwrócono uwagę na znaczny wzrost cen energii, zwłaszcza w Niemczech, połączony z brakiem informacji i danymi dotyczącymi silników elektrycznych. Przeprowadzone przez autorów opracowania badanie wykazało, że większość zużycia energii elektrycznej w przemyśle to aplikacje związane z produkcją skompresowanego powietrza, systemami pomp i klimatyzacją.
Jak podaje Portal Efektywności Energetycznej w Napędach Elektrycznych (PEMP), na świecie przyjęto wiele standardów efektywności energetycznej silników indukcyjnych niskiego napięcia w charakterze norm obligatoryjnych lub dobrowolnego standardu. Wymienia się standardy: amerykańskie NEMA i EPAct, europejskie CEMEP, standardy środkowo i południowoamerykańskie COPANT, australijskie i nowozelandzkie AS/NZS, oraz japońskie JIS. Jeśli chodzi o Unię Europejską, to warto przypomnieć o nowym podziale silników elektrycznych na klasy sprawności wprowadzonym w lipcu 2009 roku przez Komisję Europejską w Rozporządzeniu nr 640/2009 w sprawie wdrażania dyrektywy 2005/32/WE Parlamentu Europejskiego i Rady ustanawiającej ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów wykorzystujących energię. Klasyfikację i oznakowanie IE wprowadza nowa norma z serii IEC 60034-30 Rotating electrical machines – Part 30: Efficiency classes of single-speed, three-phase, cage-induction motors (IE-code) z 2008 roku. Nowy sposób klasyfikacji obowiązuje dla silników 2-, 4- i 6-biegunowych o mocach od 0,75 do 375 kW i napięciu znamionowym do 1000 V.
Określa się trzy poziomy sprawności dla silników: IE1 – silniki standardowe (standard), IE2 – silniki o podwyższonej sprawności (high efficiency) i IE3 – najwyższy poziom sprawności (premium). Rozporządzenie zawiera harmonogram wprowadzania wymaganych poziomów sprawności silników. Na przykład od 1 stycznia 2015 r. silniki o mocy znamionowej w zakresie 7,5–375 kW muszą odpowiadać co najmniej klasie sprawności IE3, lub odpowiadać klasie sprawności IE2 przy założeniu zastosowania w układzie napędowym o regulowanej prędkości obrotowej, a od 1 stycznia 2017 r. wszystkie silniki o mocy znamionowej w zakresie 0,75–375 kW muszą odpowiadać co najmniej klasie sprawności IE3, lub odpowiadać klasie sprawności IE2 przy zastosowaniu ich w układzie napędowym o regulowanej prędkości obrotowej.
