Firma ABB przygotowała usługę audytu energetycznego silników elektrycznych, by wspólnie z klientem podczas wizyty w zakładzie zweryfikować potencjał oszczędności, który można uzyskać, stosując produkty o wyższej klasie sprawności lub zmieniając np. metodę sterowania silnikiem elektrycznym.

Wybór wydajnego silnika

Aby przeprowadzić analizę procesu technologicznego, w którym najważniejsze miejsce zajmuje silnik elektryczny, musimy przede wszystkim skoncentrować się na nim samym. Jako pierwszy producent na świecie firma ABB zaproponowała asynchroniczny silnik klatkowy niskiego napięcia o sprawności IE4. Obecnie zakres silników o takiej sprawności obejmuje (z nielicznymi wyjątkami, gdzie sprawność plasuje się w klasie IE3) jednostki o mocy od 75 kW do 1000 kW. To silniki o najlepszej wydajności spośród dostępnych w tej chwili na rynku, w związku z czym nadają się one głównie do tych zastosowań, gdzie silnik pracuje przez większą część roku. Wykorzystując silnik IE4 w miejsce silników o niższej klasie sprawności, można znacząco poprawić wydajność układu i uzyskać oszczędności, przy zachowaniu tych samych parametrów technologicznych.

Z falownikiem oszczędniej

Następnym ważnym elementem wpływającym na efektywność układu jest metoda sterowania/zasilania silnika. Silniki mogą być zasilane bezpośrednio z sieci, poprzez softstart lub z przemiennika częstotliwości. W obu pierwszych przypadkach nie mamy jednak możliwości płynnej regulacji obrotów silnika, a co za tym idzie uzyskania znaczących oszczędności wynikających ze zużycia energii elektrycznej. Jednak w przypadku, gdy silnik jest zasilany bezpośrednio z sieci (rozruch trójkąt-gwiazda) zmiana metody sterowania, tj. przejście na sterowanie przez falownik, może już przynieść duże oszczędności. O wiele większe, niż gdy wymienimy silnik na nowy z wyższą klasą sprawności.

To, jakiego rodzaju oszczędności możemy uzyskać, zależy m.in. od: typu urządzenia, które silnik napędza (pompa, wentylator, przenośnik), obciążenia silnika na wale, dalszego sterowania procesem technologicznym (dławienie, zawory, klapy). Największe oszczędności można osiągnąć dla silników pomp i wentylatorów, gdzie moc jest proporcjonalna do sześcianu prędkości obrotowej silnika. Na dodatek w wielu zakładach wciąż jeszcze można spotkać silniki dużej mocy, które są zasilane bezpośrednio z sieci, a później technologicznie dławione klapami lub zaworami, więc pole do działania jest naprawdę duże.

Audyty energetyczne od ABB

Firma ABB przygotowała usługę audytu energetycznego silników elektrycznych, by wspólnie z klientem podczas wizyty w zakładzie zweryfikować potencjał oszczędności, który można uzyskać stosując produkty o wyższej klasie sprawności lub zmieniając np. metodę sterowania silnikiem elektrycznym. W tej chwili firma oferuje dwa rodzaje audytu energetycznego: podstawowy oraz zaawansowany.

Celem audytu podstawowego jest zebranie ogólnych danych o silnikach elektrycznych zainstalowanych u klienta, takich jak układ urządzeń, w którym pracuje silnik, dane znamionowe, metoda sterowania, roczny czas pracy. Następnym elementem procesu oceny potencjalnych oszczędności jest przygotowanie obliczeń za pomocą specjalnie przygotowanego do tego celu programu, który jest globalnym narzędziem ABB wykorzystywanym w audytach energetycznych na całym świecie.

Audyt zaawansowany polega natomiast na dokonaniu pomiarów prądu w tym samym przedziale czasowym w dwóch sytuacjach: w sytuacji aktualnej, tzn. silnik zasilany bezpośrednio z sieci, a później dławiony technologicznie oraz po wypożyczeniu, zainstalowaniu i uruchomieniu falownika. Oczywiście poprzez zastosowanie falownika zmienia się metodę sterowania. Klapy lub zawory, które do tej pory regulowały proces technologiczny, pozostają maksymalnie otwarte, a falownik dostosowuje prędkość silnika do wymagań danej technologii lub procesu. Ten rodzaj audytu przeprowadzany jest zawsze po weryfikacji obliczeń z audytu podstawowego, jak również kryteriów takich jak m.in. moc, klasa izolacji istniejącego silnika, rodzaj kabli, sterowanie, które muszą być spełnione, aby zainstalować i uruchomić falownik.

Doświadczenia ABB z tego typu audytów są bardzo pozytywne. Klient nie tylko otrzymuje rzeczywiste pomiary i dane o oszczędnościach, ale ma także możliwość zaobserwowania, jak w danym procesie sprawdza się falownik. Podczas jednego z audytów przeprowadzonego dla silnika 55 kW przy sterowaniu silnika przez falownik, udało się zredukować częstotliwość pracy ze znamionowej 50 Hz do 45 Hz, tj. ok. 1327 rpm przy zachowaniu tej samej wydajności pracy układu i otwarciu maksymalnie zaworu, który wcześniej dławił pompę. Tym samym klient, przy pewnych założeniach (takich jak koszt energii elektrycznej oraz ilość godzin pracy silnika w roku) mógł liczyć na roczne oszczędności rzędu 25 tys. zł. Czas zwrotu inwestycji w tym przypadku był mniejszy niż rok. Przykład ten, oparty na rzeczywistych pomiarach, pokazuje, jak duże oszczędności można uzyskać, zmieniając metodę sterowania silnika o tak małej mocy jak 55 kW.

Co z silnikami dużej mocy?

Choć w tym przypadku wartość inwestycji wzrasta, rośnie również potencjał oszczędności, a czas zwrotu inwestycji nadal pozostaje akceptowalny. Przykładem jest elektrownia, w której pracuje silnik wentylatora powietrza o mocy znamionowej 850 kW, zasilany z napięcia 6 kV o znamionowej prędkości 1490 rpm. ABB przeprowadziła obliczenia i zrealizowała inwestycję polegającą na zmianie systemu sterowania silnika. W tym przypadku wykorzystano przemienniki częstotliwości średniego napięcia ACS 2000, produkowane w fabryce ABB w Aleksandrowie Łódzkim. Zastosowanie przemienników w napędach wentylatorów młyna w bloku energetycznym o mocy 225 MW dało oszczędności równe 2,5 tys. ton emisji CO₂ rocznie, w porównaniu do kontroli przepływu powietrza sprzed modernizacji opartej na mechanicznym dławieniu. Czas zwrotu inwestycji w omawianym przykładzie wynosi około 4 lata, co biorąc pod uwagę 20-letni szacowany czas pracy nowych urządzeń, wydaje się być atrakcyjnym rozwiązaniem. Dodatkowo zastosowane rozwiązania są aktualnie szeroko dostępne i przetestowane, więc ryzyko z nimi związane jest zminimalizowane niemal do zera.

ABB ma przygotowaną ofertę dotyczącą zarówno pojedynczych, jak i kompleksowych rozwiązań pomagających oszczędzać energię dla silników w pełnym zakresie mocy, zaczynając od kilku kW, a kończąc na MW, niezależnie od napięcia zasilania. Oczywiście każdy silnik i każdy układ, w którym silnik pracuje, muszą zostać ocenione zarówno osobno (jako pojedynczy silnik) oraz kompleksowo –jako dany proces technologiczny. Dzięki temu klient otrzymuje komplet informacji, gdzie i kiedy opłaca się wymienić sam silnik na bardziej wydajny, a kiedy zmienić metodę sterowania procesem technologicznym i zastosować falownik. Takie zebranie danych pozwala również w łatwy sposób klasyfikować inwestycje pod względem ich czasu zwrotu, uzyskanych oszczędności lub samej kwoty inwestycji.

Więcej informacji:
Piotr Opiłowski
e-mail: piotr.opilowski@pl.abb.com
tel. kom.: 723 982 766