Wciąż możemy poprawić efektywność energetyczną, ale praw fizyki nie oszukamy

O sprawności silników elektrycznych, potrzebie wdrażania coraz wyższych norm i korzyściach z tego dla użytkowników i środowiska rozmawiamy z Grzegorzem Galą, specjalistą ds. zarządzania produktem w Zespole Sprzedaży Projektowej Systemów Napędowych ABB.

Można czasami odnieść wrażenie, że w kwestii efektywności silników elektrycznych mamy swoisty „wyścig zbrojeń”. Ciągle słyszymy o coraz wyższych wymaganiach. Dlaczego tak jest? W jakim celu te normy się „podkręca”?

Wszystko ma swoje źródło w kosztach eksploatacji silników, bo jeśli przyjrzymy się dokładniej wydatkom na te urządzenia, to po pierwsze jest to cena zakupu, a po drugie – zużytej energii podczas eksploatacji i ewentualnych działań serwisowych. I jeżeli przeliczymy to na konkretne kwoty, to okazuje się, że największą składową tych kosztów jest właśnie zużycie energii elektrycznej. A pamiętać trzeba, że eksploatację silnika planuje się na co najmniej 15-20 lat, więc im wyższa jest efektywność energetyczna silnika, tym zużycie energii w okresie eksploatacji będzie niższe. Mamy więc tu wprost przełożenie na rachunek ekonomiczny. Ale jest też druga strona tego procesu, temat bardzo istotny, czyli ekologia. Wiemy, że za główną część emisji gazów cieplarnianych odpowiada przemysł energetyczny, więc jeżeli jesteśmy w stanie zredukować zużycie energii elektrycznej, to redukujemy też emisję gazów cieplarnianych, co jest ważne dla nas wszystkich.

W kontekście ekonomicznym można zrozumieć firmy inżynierskie, które opracowują bardziej efektywne i wydajne konstrukcje, ale nie do końca rozumiem, dlaczego pojawia się taka presja na wprowadzanie przepisów prawnych. Jest to wręcz wymuszanie na użytkownikach zakupu coraz nowocześniejszych silników.

Wszystko zaczęło się od dyrektywy ekoprojektu, kiedy kraje Unii Europejskiej zdecydowały, że działania w zgodzie ze środowiskiem, co przekłada się na efektywne wykorzystanie energii, są bardzo ważne. I ta właśnie dyrektywa stała się fundamentem kolejnych rozporządzeń dotyczących konkretnych produktów. Szczegółowa motywacja tych regulacji i konkretne liczby są prezentowane w samym rozporządzeniu, mówi się w nim o perspektywie roku 2030, szacując, że oszczędności energii będą liczone w dziesiątkach TWh, a ograniczenie emisji gazów cieplarnianych w setkach milionów ton, właśnie dzięki podnoszeniu efektywności energetycznej silników elektrycznych.

Na jakim dzisiaj jesteśmy etapie, co tak naprawdę oznaczają obowiązujące przepisy w kontekście silników elektrycznych?

Obecnie obowiązująca regulacja powstała w roku 2009 i bazuje na normie IEC. Rozporządzenie dotyczy dość wąskiego zakresu silników, bo 2-, 4- i 6-biegunowych o mocach od 0,75 do 375 kW. Wydawać by się mogło w związku z tym, że dotyczy niewielu urządzeń, ale okazuje się, że te typowe silniki są najczęściej stosowane w przemyśle i jest ich ilościowo najwięcej. Podstawowa norma określiła konkretne klasy sprawności od IE1 do IE3, a regulacja UE „przekuła” je w wymagania prawne. Dzisiaj obowiązuje stan prawny, który wszedł w życie 1 stycznia 2017 roku i mówi o klasie sprawności IE3 dla silników zasilanych bezpośrednio z sieci, natomiast dla silników zasilanych przez przemienniki częstotliwości ta klasa sprawności jest niższa i dopuszczalne jest stosowanie silników spełniających normy IE2.

Duża jest różnica między nimi?

Gdyby spojrzeć na samą wartość efektywności energetycznej to jest bardzo mało, bo jeśli mówimy o silnikach mocy 200-300 kW to różnica nie przekracza 1 proc. Jeśli jednak przeliczymy to na realne zużycie energii elektrycznej w dłuższej perspektywie, to dopiero widzimy skalę. Jeszcze lepiej widać to w przeliczeniu na realne koszty zużycia energii.

IE3 jest już faktem, więc kiedy kolejny krok? Jeszcze wyższe normy?

Nowe rozporządzenie zostało opublikowane pod koniec 2019 roku, a wejdzie w życie od 1 lipca 2021 roku. Trudno jest więc stwierdzić, co będzie dalej. Poza tym, dotychczas Komisja Europejska bazowała na normie IEC, a jej najnowsza wersja została już w całości objęta rozporządzeniem. Z tego, co wiem, jakiekolwiek rewizje zapisów normy IEC mają być wprowadzone nie wcześniej niż w 2022 roku. Poza tym rozporządzenie przewiduje drugi etap implementacji od 1 lipca 2023 roku, dlatego do tego czasu nie spodziewałbym się zmian.

Co stanowi obecne prawo, kiedy nie będzie już można sprzedawać silników, które nie spełniają normy IE3?

Nowe rozporządzenie, które wejdzie w życie w przyszłym roku, wprowadza wiele istotnych zmian. Po pierwsze znacznie zwiększono zakres silników i w tej chwili zaczynamy od 0,12 kW, kończymy na 1000 kW. Rozszerzył się także zakres prędkościowy, bo dodano do wymagań silniki o prędkości 750 obrotów, czyli 8-biegunowe. I wreszcie – co jest bardzo istotne – regulacjami objęto także silniki do pracy w strefach zagrożenia wybuchem. Dotychczas były one wyłączone z wymogów efektywnościowych, ponieważ większy nacisk kładło się na bezpieczeństwo urządzeń pracujących w atmosferze gazu czy pyłu wybuchowego. I to też jest dowód na to, że efektywność energetyczna staje się coraz ważniejsza, skoro postawiono ją na równi z bezpieczeństwem. Te wszystkie silniki będą musiały spełniać klasę IE3 od 1 lipca 2021 roku, za wyjątkiem zakresu najmniejszych silników od 0.12 do poniżej 0.75kW, gdzie dopuszczone będzie IE2.

ABB jest przygotowana do wdrożenia nowej normy?

W zdecydowanej większości tak, choć kończymy jeszcze prace projektowe i wdrożeniowe na przykład silników 8-biegunowych, które do tej pory nie były objęte tym wymaganiem. Do 1 kwietnia przyszłego roku chcemy zamknąć cały proces.

A co na to klienci? Z jednej strony powinni się cieszyć, bo będą zużywać mniej energii, z drugiej jednak odbije się to chyba na cenie urządzeń?

Niestety będzie to zauważalne w cenie, bo wykonanie silnika o większej efektywności energetycznej pociąga za sobą konieczność użycia większej ilości materiałów lepszej jakości i o wyższych parametrach. Natomiast jest to trend narzucony odgórnie i każdy z nas jest zobligowany do postępowania zgodnie z prawem. Poza tym silnik nie spełniający normy efektywności energetycznej nie będzie mógł być oznaczony symbolem CE, więc na terenie Unii Europejskiej nie będzie można używać takiego urządzenia. Ale klienci mają tego świadomość, bo już mieliśmy przejście z klasy IE1 na IE2 i sytuacja była podobna.

Ale pozytywnie patrząc na sprawę, to przecież cena zakupu silnika stanowi niewielką część jego rzeczywistych kosztów...

Szacuje się, że cena zakupu silnika stanowi ok. 1 proc. całego kosztu eksploatacji. Natomiast trzeba pamiętać, że mamy do czynienia z różnymi klientami, którzy mają różne priorytety. Jeśli urządzenie kupuje użytkownik końcowy, to łatwiej go przekonać kwestią efektywności i oszczędności, bo to on będzie bezpośrednio eksploatował urządzenie i ponosił koszty. Natomiast dla producentów maszyn czy większych instalacji ważna jest minimalizacja kosztów zakupu podzespołów, więc argument efektywności jest znacznie mniej skuteczny.

Odrzućmy na chwilę kwestie prawne, nakazy, zakazy i wymagania. Gdyby ich nie było, to czy duża grupa klientów decydowałaby się na zakup najbardziej efektywnych silników?

Jest coraz większa grupa klientów świadomych efektywności energetycznej i korzyści jakie daje. Użytkownicy zaczynają rozumieć, że efektywne wykorzystanie energii elektrycznej jest ważne. Szacuje się, że w przemyśle ok. 2/3 całej zużywanej energii elektrycznej przypada właśnie na silniki, więc coraz więcej firm i zakładów produkcyjnych patrzy na koszty operacyjne i widzi sens podnoszenia efektywności. Na przestrzeni ostatnich lat coraz częściej pojawiają się zapytania o silniki, które nawet przekraczają wymagania ustawodawstwa, bo mamy w ofercie także modele silników w klasie IE4, a nawet IE5.

IE5 to pewnie wejdzie w życie nie wcześniej niż za 10 lat?

Trudno powiedzieć, ale klasa IE4 już się pojawia w rozporządzeniu i w 2023 roku będzie obowiązywać, na razie w bardzo wąskim zakresie silników o mocach od 75 do 200 kW. Myślę więc, że kolejne kroki to tylko kwestia czasu. Natomiast jeśli chodzi o klasę IE5, to sprawa jest bardziej skomplikowana, bo taka sprawność nie jest osiągalna przez silnik o klasycznej konstrukcji asynchronicznej klatkowej. Tu wymagane są specjalne konstrukcje, gdzie efektywność uzyskiwana jest w zupełnie innej technologii. Bardzo często wymagane jest także zasilanie przez przemiennik częstotliwości. Dlatego jest to raczej kwestia dłuższego horyzontu czasowego.  

W jakim kierunku to wszystko idzie? Do czego dojdziemy w perspektywie kilkunastu lat?

Dążymy do tego, żeby silnik tracił jak najmniej energii i jak najwięcej wykorzystywał jej do wytworzenia energii mechanicznej. Ale niestety mamy pewne ograniczenia, bo praw fizyki nie oszukamy i jest granica, chociaż dzisiaj trudno powiedzieć gdzie. Jeszcze kilkanaście lat temu wydawało się, że poziom sprawności klasy IE3 czy IE4 jest bardzo odległy, a w tej chwili mamy w powszechnej sprzedaży silniki klasy IE4, a pojawia się klasa IE5, więc wciąż znajdujemy te miejsca, gdzie możemy poprawić efektywność energetyczną. Ale kiedy dojdziemy do granicy, to nie podejmuję się oceniać.

rozmawiał: Sławomir Dolecki

zdjęcia: arch. ABB 

Linki

Skontaktuj się z nami

Do pobrania

Poleć artykuł

Facebook LinkedIn Twitter WhatsApp