Poprawa efektywności energetycznej w sektorze przemysłowym – jej waga i znaczenie

14

Redukcja emisji poprzez poprawę efektywności energetycznej to jedno z głównych wyzwań, przed którymi stoi dzisiaj branża energetyczna – jest to kwestia bezdyskusyjna. Szczególnie obecnie, gdy UE przyjęła surowsze regulacje dotyczące ochrony środowiska naturalnego, a efektywność stała się obowiązkiem wielu producentów maszyn. Jednakże oprócz obowiązku stosowania się do najnowszych wytycznych, co oznacza „stawanie się efektywniejszym” i dlaczego jest to tak istotne? Floriano Masoero z Eaton wyjaśnia, dlaczego zarówno producenci maszyn, jak i użytkownicy końcowi mogą zyskać na inwestowaniu w efektywność.

Według niemieckiego Centralnego Zrzeszenia Przemysłu Elektrotechnicznego i Elektronicznego (ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie) za 37 procent całkowitej emisji gazów cieplarnianych w Niemczech – kraju będącym największą gospodarką w Europie i jedną z największych na świecie – odpowiada przemysł, z czego dwie trzecie tej wielkości ma związek ze stosowaniem silników elektrycznych. W związku z tym niemiecka federalna agencja ochrony środowiska szacuje, że do roku 2020 tylko w wyniku stosowania silników o większej sprawności w samych Niemczech zużycie energii elektrycznej mogłoby zostać ograniczone o mniej więcej 27 miliardów kWh, co odpowiada zmniejszeniu o 16 milionów ton emisji CO2. Te liczby mogą nam pomóc zrozumieć, dlaczego UE, a także rządy innych państw, sprzyjają inicjatywom mającym na celu zmniejszenie zużycia energii poprzez stosowanie silników o wyższej sprawności, takich jak dyrektywa ErP (ang. Energy related Products – produkty związane z energią).

Dyrektywa ErP weszła w życie w połowie roku 2011. Początkowo wskazywała, że wszystkie nowo wyprodukowane silniki muszą spełniać co najmniej wymogi klasy efektywności energetycznej IE2. Jednak od tego roku przepisy określają, że producenci maszyn i systemów, w których zainstalowane są nowe silniki o nominalnej mocy wyjściowej od 7,5 do 375 kW, muszą spełniać co najmniej warunki klasy IE3. Silniki klasy IE2 mogą być ciągle używane alternatywnie, ale tylko w połączeniu z energoelektronicznymi regulatorami prędkości. Po 1 stycznia 2017 r. wymóg ten będzie dotyczył także silników o nominalnej mocy wyjściowej 0,75 kW i wyższej.

Dlaczego producenci muszą stosować się do tych wytycznych?

Wymóg prawny dotyczący podporządkowania się standardom dyrektywy ErP to nie jedyny powód, dla którego warto wdrożyć zasady efektywności energetycznej. Innym istotnym powodem jest poprawa konkurencyjności przedsiębiorstw. Na niektórych rynkach konkurujących z krajami UE, takich jak Korea Południowa, Kanada, a przede wszystkim USA, normy odpowiadające klasie IE2 lub nawet IE3 weszły w życie jeszcze przed wprowadzeniem ich w Europie. Chyba wystarczającą zachętą powinien być fakt, że w USA silniki klasy IE2 mają już udział w rynku przekraczający 50 procent, a silniki klasy IE3 przekroczyły próg 20-procentowy, podczas gdy w Europie silniki klasy IE3 mają jedynie 10-procentowy udział w rynku.

Innymi słowy: surowsze normy sprzyjają produkcji silników o wyższej sprawności, ponieważ jest to bardzo skuteczny argumenty przy sprzedaży. Wprowadzanie na rynek maszyn zużywających mniej energii niż modele poprzednie pozwala użytkownikom końcowym na dużo szybszy zwrot z inwestycji (ROI, ang. return on investment), zatem przewaga konkurencyjna jest tu oczywista. Na skutek powyższego, szczególnie w takich krajach jak Niemcy i Włochy, gdzie sektor budowy maszyn jest mocno ukierunkowany na eksport, osiągnięcie wyższych poziomów efektywności jest niezmiernie istotne, jeśli chce się sprostać konkurencji – nie tylko północnoamerykańskiej, ale także azjatyckiej. Wystarczy powiedzieć, że w Chinach poziom IE2 stał się obowiązkowy w roku 2011, a rząd już pracuje nad wprowadzeniem poziomu IE3.

I chociaż oczywiste jest, że producenci maszyn mają wystarczający powód, aby bardziej inwestować w poprawę sprawności, inwestycja w efektywniejsze energetycznie urządzenia ma także ogromne znaczenia dla użytkowników końcowych. Według zrzeszenia ZVEI tylko dzięki wyprowadzeniu efektywniejszych energetycznie technologii niemiecki przemysł przetwórczy i wytwórczy mógłby zaoszczędzić 88 miliardów kilowatogodzin (równowartość 7 miliardów euro) rocznie. Jest zatem oczywiste, że zwiększanie efektywności energetycznej to możliwość oszczędności dla użytkowników końcowych, czego nie można nie doceniać.

Kluczowym elementem, który należy wziąć pod uwagę, jest całkowity koszt posiadania (TCO, ang. Total Cost of Ownership). Rzeczywista cena zakupu jest tylko ułamkiem kosztów, które czekają przedsiębiorstwo zakupujące nową maszynę napędzaną silnikami elektrycznymi. Szacuje się, że 95–98 procent całkowitego kosztu silnika elektrycznego to koszt energii zużywanej w wyniku jego pracy, a tylko 2–4 procent ma związek z kosztem początkowym. Zatem szczególnie w odniesieniu do branży metalurgicznej – z energochłonnymi urządzeniami i piecami – wybór silników o większej sprawności może mieć znaczący wpływ na koszty produkcyjne przedsiębiorstwa, a co za tym idzie, większe oszczędności. Oszczędności na kosztach energii oznaczają także uwolnienie nowych źródeł inwestycji w badania i rozwój, tworząc efekt spirali.

Być efektywniejszym

Chociaż liczby jasno tłumaczą efektywność, należy mieć także na uwadze, że niektóre przedsiębiorstwa, szczególnie małe i średnie firmy, które tworzą znaczącą część sektora budowy maszyn, mogą być niechętne zmianom. Jeśli firma nie ma znaczących funduszy na inwestycje w nowe technologie, naturalne staje się pytanie, czy, i do jakiego stopnia, inwestycja w efektywność energetyczną jest wskazana. Oczywiście należy też kontrolować koszty w celu utrzymania konk
urencyjności na rynku międzynarodowym.

Istotne jest zatem stworzenie rozwiązań poprawiających efektywność, w pełni zgodnych z normami międzynarodowymi oraz ciągle konkurencyjnych z punktu widzenia kosztów. Prosty przemiennik częstotliwości PowerXL DE1 produkowany przez Eaton jest doskonałym przykładem innowacji i efektywności przy rozsądnych kosztach.

Dyrektywa ErP spowodowała rosnące zapotrzebowanie na przemienniki częstotliwości (VSD, ang. Variable Speed Drives), chociażby ze względu na prostotę zastosowania. Jednakże dla wielu z tych zastosowań funkcjonowanie przemienników częstotliwości jest często zbyt skomplikowane i istotniejsze niż ich koszt. Z drugiej strony, tradycyjne sposoby rozruchu silników nie pozwalają na sterowanie prędkością zgodnie z dyrektywą ErP. Aby sprostać tym oczekiwaniom, firma Eaton opracowała przemiennik PowerXL DE1 o takiej samej łatwości stosowania jak w przypadku tradycyjnych rozruszników, ale w połączeniu z możliwością regulacji obrotów. Tym sposobem producenci maszyn i urządzeń uzyskali ofertę niezwykle niezawodnego i ekonomicznego systemu sterowania silnikami, dzięki któremu utrzymywanie stałej prędkości obrotowej jest efektywniejsze z punktu widzenia zużycia energii, a jednocześnie można sprostać surowszym wymogom nakładanym przez międzynarodowe normy.

Aby pomóc firmom we wdrażaniu systemów efektywności energetycznej, korporacje, takie jak Eaton, opracowują nowe rozwiązania uruchamiania i ochrony silników. Nie możemy zapominać, że w celu poprawy efektywności energetycznej silników elektrycznych producenci rozpoczęli opracowywanie różnych rozwiązań. Skutkiem jest niższa impedancja, a co za tym idzie, wyższy prąd rozruchowy, który może uszkodzić urządzenia ochronne i panele sterowania. Aby uniknąć tego typu problemów, związanych z wyłączeniami maszyny i dodatkowymi czynnościami serwisowymi, Eaton jako jedna z pierwszych firm z branży opracował wachlarz produktów do sterowania i ochrony silników przetestowanych z silnikami klasy IE3.

Jest jeszcze jeden niezmiernie ważny aspekt, który należy wziąć pod uwagę w kwestii efektywności energetycznej. Poprawa efektywności jest praktycznie niemożliwa, jeśli nie ma narzędzi skutecznego monitorowania maszyny. Pod tym względem Eaton jest jedyną firmą, która opracowała integralny system monitorowania obejmujący jej autorski, innowacyjny, inteligentny system okablowania SmartWire-DT, który zapewnia podłączenie wszystkich czujników do jednego kabla o maksymalnej długości 600 m. Ten rewolucyjny system pozwala zredukować czas i pracę niezbędną do wykonania okablowania aż o 85 procent, a po podłączeniu do sterownika PLC zapewnione zostaje monitorowanie zużycia energii zasadniczych podzespołów – takich jak rozruszniki silnikowe – w czasie rzeczywistym, co umożliwia wykonanie konserwacji zapobiegawczej, a co za tym idzie, zmniejszenie kosztów.

Dobry przykład

Chociaż wszystkie urządzenia technologiczne, które omówiliśmy, są niezmiernie istotne dla podniesienia efektywności energetycznej w środowisku przemysłowym, należy wziąć pod uwagę jeszcze jeden aspekt. Aby uświadomić branży przemysłowej, jak ważna jest efektywność, potrzebujemy kilku przykładów najlepszych praktyk.

W tym celu Eaton uruchomił nowy projekt modernizacyjny we własnych zakładach, instalując nowe systemy z pompami VSD, co powoduje zwiększenie wydajności oraz zmniejszenie zużycia energii o mniej więcej 70 procent. Jest to doskonały przykład w pełni zintegrowanego systemu elektryczno-hydraulicznego, który łączy skoncentrowaną energię oraz sprawdzoną wydajność pomp Eaton z funkcją inteligentnego sterowania VSD, osiągając wymaganą moc przy większej sprawności energetycznej w porównaniu z systemami tradycyjnymi z zaworami proporcjonalnymi.

Ponadto dzięki zastosowaniu sterownika HMI/PLC oraz systemu SmartWire-DT można połączyć ochronę silnika lub sterowanie i urządzenia sygnalizacyjne bez potrzeby stosowania tradycyjnego okablowania pomiędzy dwoma punktami. Dzięki temu radykalnie redukuje się czas i pracę konieczne do wykonania okablowania ze zintegrowanym monitoringiem przy możliwości przeprowadzania konserwacji.

Eaton opracował dwie białe księgi, w których zawarto dodatkowe informacje oraz dokumentację techniczną dotyczącą poprawy efektywności energetycznej oraz standardów wymaganych przez dyrektywę ErP. Obydwa dokumenty można pobrać bezpłatnie na stronie www.eaton.pl/moem-ee.

Autor: Floriano Masoero, kierownik Działu Budowy Maszyn, Eaton.