Udržitelnost motorů elektrických čerpadel – zelená je dobrý byznys
Při přemýšlení o čerpadlech používaných v průmyslu se zaměřujeme spíše na materiály, kterými se pohybují, od vody a odpadních vod, chemikálií, ropy, ropy, kalů a kalů až po potraviny. Zaměřuje se také na jejich náklady, efektivitu a údržbu. Dopad na životní prostředí bývá na seznamu úvah mnohem nižší, ale ekologičtější a účinnější čerpadla jsou také dobrá pro podnikání. Každé čerpadlo má motor; není tedy divu, že čerpadla jsou zodpovědná za 21 % veškeré spotřeby elektrické energie motorového systému v průmyslovém sektoru. Snížení tohoto počtu může učinit čerpadla ekologičtějšími a snížit provozní náklady.
OBRÁZEK 1: Účinnost ventilátoru nebo čerpadla (Zdroj: inverterdrivesystems.com)
Energetický problém
Energetický problém se neomezuje pouze na čerpadla. Každý spotřebovává stále větší množství energie. Průmyslová odvětví rostou, populace roste a odvětví čerpadel musí držet krok s poptávkou po vodě, elektřině, produktech a službách. Statistiky Agentury pro ochranu životního prostředí Spojených států (EPA) ukazují, že více než polovina elektřiny použité ve výrobě se používá k pohonu motorů a průmysl USA je zodpovědný za téměř 25 % emisí skleníkových plynů v zemi.
Tento trend se projevuje i celosvětově. Podle Mezinárodní energetické agentury (IEA) elektrické motory a systémy představují více než 40 % celosvětové spotřeby elektřiny. Očekává se, že používání elektromotorů a systémů bude nadále růst. Tím se zvýší počet vypouštěných škodlivých emisí.
Regulační zaměření
Motorům se dostává více pozornosti regulátorů a v důsledku toho budou ovlivněni výrobci čerpadel. Nové nařízení Evropské unie o ekodesignu 2019/1781 vstoupilo v platnost 1. července 2021 pro nízkonapěťové indukční motory a pohony s proměnnými otáčkami (VSD) a vyžaduje širokou škálu elektromotorů, aby splňovaly prémiový standard účinnosti IE3. Regulační změna zvyšuje povinné minimální úrovně účinnosti, rozšiřuje rozsah pokrytých motorů a poprvé zahrnuje frekvenční měniče.
S účinností od 1. července 2023 nařizuje vyšší standardy účinnosti pro některé kategorie motorů, čímž zvyšuje základní úroveň pro určité motory na superprémiovou účinnost IE4. Mimo EU přijme stejné nařízení po brexitu Spojené království (UK) a některé další země se pravděpodobně budou těmito zásadami řídit. Úroveň energetické účinnosti je vyjádřena v třídách účinnosti IE, od IE1 (nejnižší) do IE5 (nejvyšší). Podle současné regulace musí motory dosáhnout úrovně účinnosti IE2, IE3 nebo IE4 v závislosti na jejich jmenovitém výkonu a dalších charakteristikách. Například třífázové motory se jmenovitým výkonem mezi 0,75 kilowatty (kW) a rovným nebo nižším než 1 000 kW byly vyžadovány k dosažení úrovně IE3 do července 2021. Motory mezi 75 kW a 200 kW musí splňovat úroveň IE4 do července 2023 .
V USA vydalo ministerstvo energetiky (DOE) nedávno předběžnou publikaci Federal Register, která provedla revizi pozměněných norem pro úsporu energie pro malé elektromotory. To má určit, zda upravit platné normy pro úsporu energie pro taková zařízení. A nezapomeňte na nové změny pravidel navržené Komisí pro cenné papíry a burzy (SEC), které by vyžadovaly informace související s klimatem v registračních prohlášeních a výročních zprávách poskytovaných investory, včetně (na webových stránkách SEC):
„Řízení rizik souvisejících s klimatem a příslušných procesů řízení rizik žadatelem o registraci
jak jakákoli rizika související s klimatem identifikovaná žadatelem o registraci měla nebo pravděpodobně budou mít významný dopad na jeho podnikání a konsolidované finanční výkazy, které se mohou projevit v krátkodobém, střednědobém nebo dlouhodobém horizontu
jak jakákoli identifikovaná rizika související s klimatem ovlivnila nebo pravděpodobně ovlivní strategii, obchodní model a výhled žadatele o registraci“
Bylo by také vyžadováno zveřejnění emisí skleníkových plynů žadatele o registraci, což vyvine tlak na dodavatele – včetně výrobců čerpadel – aby snížili svůj podíl na tomto globálním problému.
Hlavním poselstvím je toto: společnosti musí být připraveny řešit svůj dopad na životní prostředí. Životní prostředí není první věcí, na kterou podniky myslí při výběru motorů čerpadel, ale ekologická cesta má své výhody, včetně:
Výrobci čerpadel, kteří dokážou splnit regulační mandáty, budou mít na trhu konkurenční výhodu.
Ekologičtější motory mají pro uživatele hmatatelné výhody.
Důležité jsou úspory z nižších účtů za elektřinu. Náklady na elektřinu pro průmyslové využití vzrostly téměř o 6 % z celostátního průměru 6,9 centu za kWh v lednu 2021 na 7,3 centu v lednu 2022.
Stojí tedy za zvážení, že nové, ekologičtější a účinnější systémy, které využívají energii chytřeji, by snížily náklady a škodlivé emise a zabily by dvě mouchy jednou ranou.
Konkurenční & Zelená
Samotné elektrické motory průmyslových čerpadel by vzhledem k jejich počtu mohly samo o sobě udělat obrovskou díru v průmyslové spotřebě energie. Podle výpočtů společnosti ABB by se spotřeba elektřiny mohla snížit o jednu pětinu, pokud by byly celosvětově přijaty vysoce účinné motorové systémy. Může to znít jako sen, ale od motorů se očekává stále více. Vyšší standardy IEC již existují.
Podle společnosti Omdia pohání 75 % průmyslových motorů čerpadla, ventilátory a kompresory, z nichž všechny mají významné příležitosti ke zlepšení účinnosti. Například pohon s proměnnou rychlostí (VSD) může typicky snížit spotřebu energie o 25 %, když je přidán ke stávajícímu motoru čerpadla, ventilátoru nebo kompresoru. Nicméně méně než čtvrtina motorů čerpadel na světě je v současnosti vybavena VSD.
Vezměte si příklad samotné manipulace s vodou. Čerpání může spotřebovat až 85 % energie spotřebované při manipulaci s vodou. Dokument ABB z roku 2021 odhaduje, že vylepšené systémy s VSD a vysoce účinnými motory by mohly vést k úsporám energie ve výši 25 % až 30 %. A i když se tento odhad týkal vodního průmyslu a průmyslu odpadních vod, není důvod se domnívat, že to, co platí pro jeden motor čerpadla, nebude platit pro jinou situaci jednoduše proto, že se používají v různých lokalitách a podnicích.
Vše o účinnosti
Pro dosažení nejlepší úrovně účinnosti a souvisejících úspor energie je třeba při hodnocení motorů pamatovat na tři klíčové faktory. Za prvé, průmysl nemůže splnit své cíle spoléháním se na starou technologii. Například indukční motory jsou typicky maximálně 75% účinné. Jejich účinnost lze zlepšit jejich spárováním s VSD, ale toto je skutečně částečné řešení, které je lepší ponechat situacím, kdy je dodatečná montáž jedinou možností. Nejlepších výsledků by mohly dosáhnout synchronní motory s permanentními magnety (PMM), které mohou dosáhnout účinnosti přes 90 %.
Za druhé, motor by měl být spárován s dobře sladěným VSD. Všimněte si, že účinnost systému se vypočítá vynásobením úrovně účinnosti motoru jmenovitou účinností měniče. Pokud je například motor s účinností 90 % spárován s pohonem s účinností 90 %, systém bude mít účinnost pouze 81 %. Výkon systému je to, co se počítá, pokud jde o množství spotřebované energie a jsou dosažitelné systémy, které jsou účinné přes 90 %. Je třeba poznamenat, že VSD pracují v rozsahu rychlostí. To má dvě výhody.
Za prvé, jeden motorový systém může řešit několik rychlostních rozsahů, což snižuje potřebu rozmanitější produktové řady. Za druhé, je třeba zvážit vztah mezi rychlostí a výkonem čerpadla, protože sleduje křivku kubického výkonu. Průtok je úměrný rychlosti. Pokud systém běží o 10 % pomaleji, poskytuje 90 % průtok.
Také točivý moment je úměrný druhé mocnině rychlosti a výkon je úměrný krychlové rychlosti. Výsledkem je, že zpomalení čerpadla o 10 % sníží použitý výkon na 73 % plného výkonu. Za předpokladu, že je to vhodné pro danou aplikaci, může poskytnout ještě větší úspory.
Nakonec není složité ponořit se do samotné konstrukce a zkontrolovat, zda motor používá méně materiálů nebo je využívá efektivněji. Nové konstrukce a lepší využití dostupných materiálů nejsou pro průmysl čerpadel snem. Jsou možné menší, ale škálovatelné návrhy.
Dobře navržený systém může spotřebovat méně materiálu, výsledkem čehož jsou motory a pohony, které jsou menší, lehčí a nákladově efektivní. Přijetím systémového přístupu při hodnocení motorů mohou výrobci čerpadel optimalizovat své produkty tak, aby splňovaly cíle koncových uživatelů a regulační požadavky.
Zelené preference spotřebitelů nejsou vždy dostatečné, aby ovlivnily nákupní nebo výrobní rozhodnutí. Je tedy třeba zvážit skutečnost, že motory čerpadel s vyšší účinností spotřebují méně elektřiny a ušetří provozní náklady.
Kehuan vyrobil magneticky poháněná čerpadla vybavená motorem IEC s mnohem vyšší účinností než čerpadla s uzavřeným motorem.
Udržitelnost a efektivita jsou slova, která se často omílají. Motory elektrických čerpadel, které jsou energeticky účinnější, jsou vhodné pro průmyslové aplikace a mohou méně ovlivňovat přírodní prostředí. Nalezení možností, které jsou škálovatelné, efektivnější a pro spotřebitele snadněji ovladatelné, je způsob, jak učinit průmysl zelenějším, udržitelnějším a životaschopnějším, a to vše zároveň.
https://www.pumpsandsystems.com/