Według kalkulacji ekspertów zakup, instalacja, konserwacja i utylizacja silnika elektrycznego stanowią jedynie 2-5% całkowitego kosztu jego utrzymania (ang. Total Cost of Ownership – TCO). Pozostałe 95 do 98% to wydatki na energię elektryczną zużywaną podczas pracy urządzenia. Stosunek ten z jednej strony obrazuje rozmiar strat energetycznych generowanych przez typowy silnik prądu przemiennego, a z drugiej wielkość potencjalnych oszczędności uzyskanych dzięki ich ograniczeniu. Zależność ta uwidacznia się najpełniej w analizach dużych, silnych przemysłowo gospodarek. Jak wyliczył niemiecki Centralny Związek Przemysłu Elektrotechnicznego i Elektronicznego (ZVEI), inwestycja w energooszczędne technologie pozwoliłaby w samych Niemczech ograniczyć zużycie energii elektrycznej o 88 mld kWh rocznie, przynosząc ok.  7 mld euro oszczędności. Biorąc pod uwagę, że większą część z nich generują energooszczędne silniki, ich zakup szybko się zwraca – również w warunkach polskich.

OSZCZĘDNOŚCI, KTÓRE STYMULUJĄ ROZWÓJ

Lista korzyści z zakupu silników o wysokiej sprawności energetycznej jest jednak znacznie dłuższa. Redukcja wydatków na energię elektryczną przekłada się bowiem bezpośrednio na wzrost zasobów finansowych i skłonności inwestycyjnej przedsiębiorstw, przyczyniając się tym samym do utrzymania bądź poprawy ich pozycji konkurencyjnej na rynku. Nadwyżki kapitału przeznaczane na działalność innowacyjną i prace badawczo-rozwojowe otwierają firmom i całym gospodarkom drogę do rozwoju jakościowego przy zachowaniu relatywnie niskich kosztów produkcji. Te ostatnie są bowiem również silnie powiązane z kosztami energii wykorzystanej w procesie produkcyjnym. W efekcie firma jest w stanie zaoferować produkt tańszy i lepszej jakości niż przedsiębiorstwa dysponujące mniej efektywną technologią.

Korzyść ta zyskuje szczególny wymiar w warunkach polskich, a także europejskich. Będąc od lat w ogonie innowacyjnych gospodarek, Polska potrzebuje silnego bodźca do zwiększenia nakładów na działalność badawczo-rozwojową. A taki stanowi niewątpliwie silny zastrzyk finansowy uzyskany dzięki redukcji kosztów energii elektrycznej. Skorzystać może na tym również cała Europa, która pod względem tempa wdrażania energooszczędnych silników zdecydowanie ustępuje miejsca Stanom Zjednoczonym, Kanadzie, a nawet niektórym państwom azjatyckim.  

NOWA KONSTRUKCJA DLA NAJWYŻSZEJ SPRAWNOŚCI

Zmianie tego stanu rzeczy służyć mają również nowe unijne przepisy dotyczące efektywności energetycznej – tzw. dyrektywa w sprawie produktów związanych z energią (ang. Energy related Products – ErP). Wprowadzone w 2011 r. prawo zakłada, że w styczniu 2017 r. silniki standardowe (klasa IE1) oraz o podwyższonej sprawności (IE2) zostaną całkowicie wycofane ze sprzedaży, a ich miejsce zajmą napędy o najwyższej sprawności (IE3). Urządzenia klas niższych będzie można co prawda nadal użytkować, ale podlegać one będą stopniowej eliminacji – aż do całkowitego, samoistnego zniknięcia z rynku.

Nowe, energooszczędne rozwiązania – oprócz większej sprawności – cechują się też lepszymi parametrami eksploatacyjnymi (m.in. większą niezawodnością i niższą emisją hałasu). Zmodyfikowane pod względem konstrukcyjnym zapewniają mniejsze straty cieplne, w tym w uzwojeniu, rdzeniu oraz o charakterze mechanicznym (powstałe w wyniku tarcia). Te pierwsze ograniczane są głównie za sprawą grubszych uzwojeń, a także zastąpienia aluminium miedzią. Drugie redukuje się, stosując blachy lepszej jakości (m.in. ze stali magnetycznej). Z kolei w celu zmniejszenia tarcia wprowadza się odpowiednie smary do łożysk, specjalne materiały i wymiary samych łożysk oraz mniejsze wentylatory ograniczające opór aerodynamiczny na łopatkach.

UKŁAD NAPĘDOWY TO NIE TYLKO SILNIK

Aby jednak przyniosły spodziewane oszczędności, zmianom konstrukcyjnym towarzyszyć muszą równolegle modyfikacje w zakresie budowy pozostałych elementów napędu, w tym styczników i wyłączników ochronnych. Wysoko sprawne silniki cechują się bowiem zwiększoną indukcyjnością, a tym samym i większymi prądami rozruchowymi, które mogą spowodować samoistne wyzwolenie styczników i wyłączników mimo braku rzeczywistej awarii.

Warto również zwrócić uwagę na pozostałe elementy napędu. Jak wskazują eksperci, korzyści z wymiany silnika będą tym większe, im szerzej na niego spojrzymy. Na układ napędowy składają się bowiem również pasy klinowe i skrzynia przekładniowa, które – generując duże straty energetyczne – mogą znacznie obniżyć jego sprawność. Te pierwsze warto zastąpić trwałym sprzęgnięciem silnika z maszyną, zaś zamiast przekładni ślimakowej lepiej zastosować przekładnię stożkową o zębach skośnych. Optymalizacji wymaga też praca samego silnika, a więc jego prędkość obrotowa. Tę można wyregulować, stosując przemienniki częstotliwości (np. PowerXL DE1 firmy Eaton), które – zamontowane w silniku – są w stanie wygenerować większe oszczędności niż napęd o wyższej klasie energetycznej.  

Więcej na temat efektywności energetyczna można znaleźć w styczniowym numerze MM Magazyn Przemysłowy.