Sprawność elektryczna a silniki elektryczne

Transkrypt

1 Sprawność elektryczna a silniki elektryczne Zmniejsz koszty operacyjne, redukując jednocześnie emisje 1

2 WYZWANIE Z ZAKRESU ENERGII Energia, której używamy, ma swoją cenę. Cenę, która nie jest płacona tylko w walucie, ale również w kosztach środowiskowych. Gazy cieplarniane stanowią główny czynnik zmian klimatycznych, a produkcja energii to dwie trzecie globalnych emisji gazów cieplarnianych.* Oczekuje się, że zapotrzebowanie na elektryczność wzrośnie o ponad 40% w roku 2030.* Choć poziom emisji prawdopodobnie nie wzrośnie*, jest on stanowczo za wysoki, aby wypełnić zobowiązania klimatyczne nałożone na ponad 150 krajów podczas konferencji COP21 zorganizowanej w Paryżu w 2015 roku. Index (1990 = 100) Historical Projected Zapotrzebowanie na energię elektryczną Emisje CO2 z sektora energetycznego W związku z tym, że nowe technologie wyłaniają się powoli, eksperci twierdzą, że uzgodnione limity emisji gazów cieplarnianych na to stulecie zostaną zostaną wykorzystane niedługo po roku Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA) sformułowała Strategię pomostową, której celem jest uniknięcie tego wczesnego szczytu emisji gazów cieplarnianych. Strategia ta w przeważającej mierze opiera się na poprawie wydajności energetycznej w przemyśle. * Źródło: IEA,

3 SPRAWNOŚĆ ENERGETYCZNA I NORMA ISO Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna opracowała dobrowolną normę ISO w zakresie zarządzania energią w celu zwiększenia sprawności energetycznej w przemyśle. Jest ona zbliżona do normy zarządzania jakością ISO Opiera się na sprawdzonym cyklu ZAPLANUJ WYKONAJ SPRAWDŹ POPRAW (cykl P-D-C-A), którego celem jest poprawa przemysłowej sprawności energetycznej w ustrukturyzowany sposób. Zarządzanie energią według ISO w pigułce: Zaplanuj: Przeprowadzenie przeglądu energetycznego, ustalenie poziomów odniesienia i wskaźników wydajności energetycznej, ustanowienie celów do osiągnięcia, przygotowanie planów działań. Wykonaj: wdrożenie planów zarządzania energią. POPRAW ZAPLANUJ Sprawdź: monitorowanie i mierzenie procesów w odniesieniu do zasad w zakresie energii i założonych celów. Raportowanie wyników. SPRAWDŹ WYKONAJ Popraw: podejmowanie działań w celu ciągłego zwiększania wydajności energetycznej. Korzyści: oszczędność pieniędzy wydawanych na energię. Unikanie dużych kar za emisję dwutlenku węgla. Utrzymywanie zmian klimatycznych pod kontrolą. 4 5

4 Silniki Oświetlenie Elektronika Elektroliza Ogrzewanie Stan gotowości SILNIKI ELEKTRYCZNE Elektryczność jest głównym źródłem energii w przemyśle, a silniki elektryczne zużywają jej dwie trzecie na całym świecie*. Silniki elektryczne znajdują się w związku z tym wysoko na liście możliwości w zakresie oszczędzania energii. Stare układy silnikowe o małej sprawności mogą działać przez wiele lat. Nowe układy, choć wydajne na papierze, mogą nie działać w optymalnych warunkach i marnować energię. Poprzez systematyczną i regularną kontrolę sprawności silników elektrycznych można wyznaczyć poziomy odniesienia oraz wskaźniki sprawności energetycznej wymagane przez normę ISO Można również oszczędzać energię i zmniejszać wysokie koszty konserwacji i napraw. A dodatkowo minimalizować przerwy procesów. Trzy główne czynniki wpływające na sprawność silnika to: KLASA SPRAWNOŚCI SILNIKA OBCIĄŻENIE SILNIKA OBNIŻENIE MOCY SILNIKA * Źródło: IEA,

5 Koszty w ciągu 20-letniego cyklu eksploatacji Koszty energii 90 % Koszty przestojów 5 % Naprawy 4 % KLASA SPRAWNOŚCI SILNIKA Większość silników elektrycznych ma podaną wartość sprawności na tabliczce znamionowej. Wartość ta pokazuje, jak dobrze silnik powinien przekształcać energię elektryczną w mechaniczną. Silniki mają różne klasy sprawności w zależności od konstrukcji. Im wyższa klasa, tym lepsza sprawność i mniej energii wymaganej do wykonania zadania. Różne regiony stosują różne nazwy dla tych klas sprawności. Dwa powszechnie stosowane systemy klasyfikacji to: IEC: IE1/IE2/IE3/IE4 NEMA: Standard/High/Premium/Super Premium Wymiana silnika o niższej klasie na silnik o wyższej klasie wymaga inwestycji. Jednak ponieważ początkowe nakłady inwestycyjne stanowią tylko ok. 1% łącznych kosztów w okresie 20 lat cyklu życia silnika (zużycie energii do 90%)*, opłaca się zainwestować w silniki o lepszej sprawności energetycznej. * Źródło: Toshiba Koszt początkowy 1 % Procentowy udział w łącznych kosztach w całym cyklu eksploatacji 8 9

6 OBCIĄŻENIE SILNIKA Obciążenie silnika oznacza, jak dobrze dopasowano do siebie moc silnika i obciążenie mechaniczne. Występują trzy podstawowe sytuacje związane z obciążeniem: PRZECIĄŻENIE Silnik jest za mały, aby sprostać zadaniu. Przegrzewa się, skraca się jego żywotność i może dochodzić do regularnych awarii. Traci on energię w postaci ciepła, co przekłada się na niską sprawność energetyczną. NIEDOCIĄŻENIE Silnik jest za duży dla danego zadania. Będzie on pracował z ułamkiem swojej mocy i pobierał niepotrzebnie nadmierny prąd bierny. W związku z tym, że taki prąd nie dostarcza przydatnej energii, sprawność jest niska. Zakłady energetyczne mogą wymagać zapłacenia kar za pobór zbyt dużego prądu biernego. OBCIĄŻENIE NOMINALNE Moc silnika i obciążenie mechaniczne są dobrze dopasowane. Silnik działa z nominalną mocą znamionową, używając energii do wykonania zadania w najbardziej efektywny sposób. Jest to preferowana sytuacja związana z obciążeniem

7 OBNIŻENIE MOCY SILNIKA Obniżenie mocy silnika w stosunku do mocy znamionowej oznacza, że silnik musi być używany poniżej swojej mocy znamionowej w związku ze słabą jakością energii elektrycznej. Obniżenie mocy silnika w stosunku do mocy znamionowej powoduje zmniejszenie sprawności energetycznej silnika. Zignorowanie obniżenia mocy silnika może doprowadzić do przedwczesnej awarii i zmniejszyć żywotność silnika. Istnieją cztery główne przyczyny obniżenia mocy silnika: ASYMETRIA NAPIĘCIA Napięcia w trzech fazach nie mają równych wartości. Powoduje to naprężenia mechaniczne i spadek sprawności silnika. HARMONICZNE NAPIĘCIA W napięciu występują inne częstotliwości poza składową podstawową 50/60 Hz. Jest to przyczyną powstawania momentu obrotowego skierowanego przeciwnie do kierunku obrotów oraz strat cieplnych w silniku, co obniża jego sprawność. ZA WYSOKIE NAPIĘCIE / ZA NISKIE NAPIĘCIE Napięcie jest za wysokie albo za niskie w porównaniu z napięciem znamionowym silnika. Obie sytuacje powodują spadek sprawności silnika. WYSOKA TEMPERATURA Wysoka temperatura silnika ma negatywny wpływ na jego sprawność

8 SPRAWDZANIE SPRAWNOŚCI SILNIKA Sprawdzanie sprawności silnika wymaga podejścia dwuetapowego: najpierw należy zapoznać się z tabliczką znamionową, a następnie użyć praktycznego narzędzia do pomiaru sprawności silnika. TABLICZKA ZNAMIONOWA SILNIKA Tabliczka znamionowa może zawierać klasę sprawności silnika i sprawność znamionową. Dane te są określane w warunkach laboratoryjnych, ale rzeczywista sprawność silnika może się znacznie różnić w warunkach roboczych. PRZYRZĄD DO BADANIA SPRAWNOŚCI SILNIKA Przyrząd do badania sprawności silnika mierzy rzeczywistą sprawność, z jaką silnik przekształca energię elektryczną w mechaniczną. Przyrząd mierzy również czynniki wpływające na sprawność. Umożliwia to podjęcie środków naprawczych, jeśli sprawność spada poniżej założeń zgodnie z normą ISO Praktyczny przyrząd wymaga jedynie połączenia elektrycznego z silnikiem i można go używać bez przerywania pracy silnika. Analizator silników Fluke 438-II spełnia te wymagania, a ponadto oferuje wiele innych funkcji do analizy sprawności silników

9 EKRAN SPRAWNOŚCI SILNIKA Po lewej stronie przedstawiono ekran analizatora silników Fluke 438-II z informacjami na temat sprawności silnika. Rzeczywistą sprawność silnika można odczytać bezpośrednio i jest ona rejestrowana w czasie. EKRAN OBNIŻENIA MOCY SILNIKA Rzeczywiste obciążenie silnika i obniżenie mocy silnika w stosunku do mocy znamionowej według normy NEMA MG można odczytać z ekranu obniżenia mocy silnika. Ekran obniżenia mocy silnika pokazuje, czy silnik jest używany efektywnie oraz czy pracuje w określonym zakresie roboczym w celu maksymalnego wydłużenia jego trwałości

10 PODSUMOWANIE INFORMACJI Sprawność energetyczna w przemyśle musi ulec poprawie, aby uniknąć zbyt szybkiego osiągnięcia uzgodnionych limitów emisji gazów cieplarnianych. Norma ISO przedstawia system zarządzania mający na celu osiągnięcie zasadniczych oszczędności energii w przemyśle. Energia elektryczna jest głównym źródłem energii w przemyśle. Silniki elektryczne zużywają dwie trzecie tej energii. Silniki elektryczne mają często sprawność mniejszą, niż wynika to z ich danych technicznych. Kontrolując sprawność silnika i poprawiając jego warunki pracy, można uzyskać znaczące oszczędności energii przy ograniczonych nakładach inwestycyjnych. Można także zmniejszyć rachunki za energię i kary za emisje dwutlenku węgla, a także utrzymać kontrolę nad klimatem. EFEKTYWNOŚĆ ENERGETYCZNA SIĘ OPŁACA 18 19

11 Czy udało się nam Cię zainteresować? Poproś przedstawiciela firmy Fluke o prezentację. Fluke. Keeping your world up and running. Fluke Europe B.V. P.O. Box BD Eindhoven The Netherlands Web: Fluke Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone. Dane mogą ulec zmianie bez uprzedzenia. 10/ a-pl Modyfikacja niniejszego dokumentu bez pisemnej zgody Fluke Corporation jest zabroniona. 20