Електродвигуни харчуються на дієтах - WiWo
Електродвигуни можна знайти в газонокосарках та пральних машинах - навіть у круїзних суднах. Як би вони не були універсальними, вони витрачають електроенергію. Нові технології повинні зробити їх більш економічними.
Цікаві реалії енергетичного переходу
Це дивовижна диспропорція: коли політики та підприємці говорять про майбутнє поводження з електроенергією в рік після енергетичного переходу, в дискусії домінують вітрові парки, газові електростанції та високовольтні лінії. З іншого боку, про один із найважливіших інструментів стійкого енергопостачання було повністю забуто: енергоефективність.
Федеральний уряд проголосив економічне використання електроенергії та тепла ключовим питанням у своїй енергетичній концепції та поставив для цього високі цілі: До 2050 року споживання нафти, газу та вугілля має бути зменшено вдвічі порівняно з 2008 роком. Щоб досягти цього, енергію в Німеччині потрібно було б використовувати на 2,1 відсотка продуктивніше щороку - мамонтське завдання.
Але це можна зробити. Найважливішою відправною точкою є мільярди електродвигунів, які оточують нас щохвилини повсякденного життя: в ескалаторах, газонокосарках та ліфтах. На таких фабриках, як середні паперові фабрики, існує до 3000 електроприводів. Навіть круїзні судна, такі як Айдамар, живляться від дизель-електричних двигунів.
Електричні електростанції - це те, що в першу чергу робить можливим наше сучасне життя. "У Німеччині встановлено 35 мільйонів електродвигунів", - говорить Рейнхард Хюппе, керуючий директор з автоматизації в галузевій асоціації ZVEI. І він враховує лише ті машини, які гудуть у промисловості, дорожньому русі та на громадських об'єктах.
Менше споживання енергії
Велика проблема: багато з цих електричних приладів працюють жахливо неефективно. Застарілі технології, енергозберігаючі елементи керування або втрати потужності в механіці надмірно посилюють голод на енергію.
Споживання електроенергії електродвигунами у всьому світі в 2011 році (у тераватт-годинах, за галузями; для детального перегляду натисніть на графіку)
Джерело: Міжнародне енергетичне агентство, Statista
Це гігантсько. За розрахунками Міжнародного енергетичного агентства (МЕА) у Парижі, споживання електроенергії електричними приводами лише в промисловості склало майже 4500 терават-годин у 2011 році (див. Графіку). Загалом, за даними МЕА, електродвигуни споживають близько 45 відсотків від загальної кількості виробленої електроенергії у всьому світі. "Вони є найбільшими енергетиками, що коли-небудь", тому висновок Джо Хогана, боса швейцарської електричної компанії ABB.
Тому очевидно, що якщо енергетичний перехід повинен бути успішним, а остання атомна електростанція повинна вийти з ладу до 2022 року, мова не може йти лише про розробку нових - часто регенеративних - джерел енергії. Зрештою, сонце, вітер та гідроенергетика повинні докласти більше третини до постачання електроенергії в Німеччині до 2020 року.
Принаймні настільки ж важливо почати з іншого кінця - споживання електроенергії. Наприклад, у січні вчені-енергетики у відкритому листі до федерального уряду попередили, що енергетичний перехід може досягти успіху лише за умови "постійного зменшення попиту на енергію".
Техніка на місці
Для цього доступна технологія: вона варіюється від використання інноваційних типів двигунів до більш інтелектуального управління машиною, нових концепцій приводу та більш економічних конструкцій, до встановлення енергоефективних матеріалів. Залежно від сценарію застосування, потреба в потужності на привід може бути зменшена на 40-50 відсотків.
Але - все це застосовується занадто рідко: "Часто в одному заводському залі встановлено 500 електродвигунів", - говорить Клаус Відер, керівник відділу стандартних приводів з управління продуктами у виробництві двигунів SEW-Eurodrive у Брухзалі. "У більшості компаній ніхто точно не знає, скільки там використовується двигунів, скільки енергії споживають окремі машини і які витрати можна заощадити за допомогою більш ефективних електродвигунів".
Хто балить у стійкості
Дороге незнання. Згідно з прогнозами ZVEI, було б сенсом замінити 60 відсотків встановлених електродвигунів сучасними приводами. "Це може зменшити споживання електроенергії в Німеччині на 38 мільярдів кіловат-годин на рік", - підрахував експерт ZVEI Хюппе. Це відповідає потужності одинадцяти середніх блоків електростанцій потужністю 400 мегават кожен.
Програма жорсткої економії з подвійним ефектом: водночас викиди парникових газів вуглекислого газу також скоротяться приблизно на 20 мільйонів тонн. Це становило б майже три відсотки річних викидів СО2 у Німеччині.
Бездумна трата електроенергії
Енергоносії витрачаються майже скрізь. Подивившись на повсякденне життя, кожен може на власні очі побачити, наскільки бездумно ми використовуємо електроенергію - і витрачаємо її даремно. Візьмемо, наприклад, пилосос: Багато споживачів думають, що потужність всмоктування залежить від потужності пристрою. Однак вирішальним фактором є те, наскільки ефективно використовується потужність двигуна. Тому двигуни потужністю 500 Вт інколи висмоктують краще, ніж пристрої потужністю 1500 Вт - просто значно економічніше.
У той же час у садах шуміть. Німецькі любителі садівництва обрізають живоплоти, косять газони та розчищають гілки на деревах. І майже для всієї роботи є машини, які полегшують роботу садівнику-хобі. Але з точки зору споживання енергії мало що відбувається.
Простий прийом ефективності
Наскільки марно витрачають електроенергію деякі пристрої, свідчать нові газонокосарки, які компанія MTD із Саарбрюкена вивела на ринок під торговою маркою "Wolf-Garten". Для косіння газону площею 100 квадратних метрів звичайним електричним косаркам потрібно в середньому 160 Вт-годин.
З новими пристроями виробник зменшив вимогу вдвічі до 80 Вт-годин. Фахівець із садових технологій зробив це за допомогою простого трюку. "Ми замінили звичайний універсальний або асинхронний двигун на привід з постійним магнітом", - говорить Майкл Саймон, член правління MTD.
Ці магніти виготовлені з постійно намагніченого матеріалу, який призводить до того, що електродвигун працює енергоефективно, коли електрика тече.
Технологія вже встановлена в промислових двигунах. На відміну від них, вони рідко використовуються в машинах для приватного використання. Тому що кліматична технологія трохи дорожча: «Універсальний двигун коштує від восьми до десяти євро. Привід газонокосарки з постійними магнітами коштує близько 20 євро », - каже член правління MTD Саймон.
Аеропорт Мюнхена - приклад ефективного споживання енергії: коли пасажири користуються ескалатором у Терміналі 2, їх вага змушує сходи рухатися
Джерело: Flughafen München GmbH
Але, мабуть, лише декілька технічних працівників у промисловості шукають шляхи, як влаштувати відходи. Роблячи це, вони заощадили б багато грошей: згідно з поточними дослідженнями, компанії можуть зменшити свої витрати приблизно на десять мільярдів євро щороку. Цілі ефективності енергетичного переходу також можна досягти легше, оскільки промисловість лише в Німеччині споживає 40 відсотків електроенергії. На це припадає дві третини електродвигунів.
Тим не менше, попит на енергозберігаючі двигуни навряд чи зростає. Малі та середні компанії, зокрема, часто мало дбають про те, скільки електроенергії витрачається на їх заводах. Тому керуючий директор ZVEI Хюппе вимагає, щоб компанії не лише стежили за вищою ціною закупівлі, але також повинні враховувати загальні витрати протягом усього терміну експлуатації двигуна.
Розрахунок, яким би керувався кожен випускник бізнесу в першому семестрі: Електричні приводи в промислових компаніях іноді працюють від 20 до 30 років, часто від 16 до 20 годин на день і 300 днів на рік. "На електроенергію, як правило, припадає більше 90 відсотків витрат на життєвий цикл електродвигуна", - говорить Йорг Хасманн, керівник відділу управління низьковольтними двигунами в групі Siemens Electronics.
Іншими словами: доплата за більш ефективний електродвигун - це, як правило, лише частка економії споживання електроенергії, яку можна досягти протягом усього життя. "Якщо ви купуєте новий, додаткові витрати на енергозберігаючий двигун зазвичай амортизуються через один-два роки", - говорить Хасманн.
Приклад економії в аеропорту Мюнхена
Приклад з аеропорту Мюнхена показує, наскільки великий потенціал економії. Новий ескалатор, який буде встановлений там найближчими тижнями, має довжину 48 метрів і висоту 19 метрів. Він може перевезти 9000 людей на годину. Незважаючи на величезні розміри, система в Терміналі 2 повинна споживати значно менше енергії, ніж попередні системи: "Ми зробили все, щоб сходи стали якомога зеленішими", - говорить інженер Гюнтер Хіпфінгер із швейцарської компанії Schindler, яка будує ескалатор.
Техніки придумали для цього всілякі ідеї. Крім усього іншого, пасажири допомагають, не усвідомлюючи цього, значно зменшити споживання енергії. У пікові періоди ваги пасажирів вистачає, щоб сходи, що спускаються, котились без електрики. І оскільки система навіть генерує надлишок енергії, пасажири, що прибувають, навіть постачають частину електроенергії, необхідної для транспортування тих, хто вилітає в гору.
Геніальна технологія дозволяє різко зменшити споживання енергії. Експерти очікують, що нова система споживатиме до 40 відсотків менше електроенергії, ніж старі моделі без такої витонченості.
Тут інтелектуальна система управління з рекуперацією енергії, є більш ефективний двигун - є багато потенціалу для різкого зниження енергоспоживання: наприклад, установка більш економічних матеріалів. Наприклад, якщо конструктори використовують мідь замість алюмінію для важливих деталей електродвигуна, це суттєво зменшує потребу в потужності для тієї ж потужності. За підрахунками Німеччини, якби всі електроприводи були побудовані з високоякісного металу, це заощадило б близько десятка мільярдів кіловат-годин на рік. Це приблизно відповідає споживанню електроенергії в Мюнхені.
Восени 2011 року компанія ThyssenKrupp запустила лінійку продуктів Synergy Blue з ефективною технологією управління ліфтами в житлових будинках. Evolution Blue послідував у березні цього року концепцією ліфта для офісних будівель
Джерело: dapd
Так звані перетворювачі частоти, за допомогою яких швидкість двигуна може бути електронно керована, пропонують ще більший потенціал економії. Застарілі електродвигуни, як правило, працюють на стабільно високій потужності - незалежно від того, чи дійсно це потрібно. З іншого боку, перетворювачі частоти дозволяють автоматично регулювати вихід системи до фактичного навантаження без значних втрат енергії.
А в деяких випадках різко економить електроенергію. "За допомогою перетворювача частоти можна заощадити до 70 відсотків витрат на електроенергію в додатках, які сильно залежать від швидкості", - говорить експерт Siemens Хассманн. "В середньому економія становить 30 відсотків, залежно від програми".
Це швидко окупається. Експерт ZVEI Хюппе демонструє це на прикладі очисних споруд, які модернізували свої величезні насоси новими регуляторами швидкості. Це коштувало 7000 євро. Але перетворювачі частоти також зменшують споживання електроенергії на 120 000 кіловат-годин на рік.
В результаті оператори очисних споруд тепер повинні перерахувати на 14000 євро менше на рік своєму постачальнику електроенергії. Інвестиція окупилася всього за півроку.
Сучасна технологія управління корисна всюди, де коливається необхідна потужність двигуна - наприклад, під час транспортування людей у будівлях. Вранці натовпи виливаються в ліфти в офісних вежах. Проте протягом дня в ліфтах, де можна перевезти десятки людей, губляться лише кілька людей. Саме тут технологія допомагає динамічно регулювати споживання енергії.
ThyssenKrupp розширює ліфти
Ось чому, наприклад, виробник ліфтів ThyssenKrupp Elevator зараз регулярно оснащує свої ліфти регуляторами швидкості. Восени 2011 року компанія випустила лінійку продуктів Synergy Blue, яка в основному призначена для житлових будинків. У березні цього року з'явився Evolution Blue, що відповідає концепції ліфта для офісних будівель.
Швидкість машин не тільки змінюється залежно від попиту. Механічна енергія, що виробляється гірськими підйомниками, також уловлюється - подібно до ескалатора в аеропорту Мюнхена - і використовується для керування підйомниками на підйомах. За словами ThyssenKrupp, відновлення енергії та інтелектуальне управління можуть зменшити споживання енергії та витрати під час руху на 40 відсотків.
Енергозберігаюча комбінація
Двигуни, виготовлені з високоякісного матеріалу, перетворювачі частоти, рекуперація енергії - лише поєднання різноманітних технологій ставить силовий апарат на дієту. “Ми повинні розглянути системи. Оптимізації окремих компонентів недостатньо », - говорить експерт ZVEI Хюппе.
Оскільки найефективніший двигун ні до чого, якщо коробка передач, що працює нижче, працює з великими втратами енергії. Якщо коефіцієнт корисної дії двигуна має коефіцієнт корисної дії 90 відсотків, але коробка передач перетворює половину енергії в тепло через надмірне тертя, то вся система досягає лише 45 відсотків - це означає, що більше половини споживаної електроенергії втрачається.
Нові конструкції зменшують енергоспоживання двигунів на п'яту частину
Джерело: dpa
Інженери Siemens в галузі залізничних технологій хочуть це змінити; вони хочуть оптимізувати мислення з точки зору цілісних систем. Syntegra - це назва концепції приводу, якою вони хочуть оснастити поїзди майбутнього. У випадку метро, приміських поїздів, а також швидкісних поїздів ICE3, привід все ще складається з незалежних електродвигунів, які прикріплені до шасі. За допомогою цього нижнього приводу гальма, двигуни та шасі тісно поєднуються між собою, але вони утворюють незалежні компоненти.
З іншого боку, Syntegra має прямий привід, який інтегрований безпосередньо в шасі - як і гальмо. Це не тільки зменшує вагу всієї системи приводу. Рухомі частини в цілому також легші. Інженери сподіваються, що ця конструкція призведе до 20 відсотків менше споживання енергії. В даний час нова технологія тестується на місцях. Коли він готовий до практичного використання, він ще відкритий.
Не всі виробники або покупці промислових електроприводів переходять на роботу настільки систематично, як техніки Siemens. ЄС хоче змінити це в майбутньому. Разом із німецькою промисловою асоціацією ZVEI, серед інших, брюссельські бюрократи спочатку визначили три класи ефективності для нових електродвигунів, таких як ті, що використовуються у промисловості, комунальному господарстві та громадському транспорті: IE1, IE2 та IE3 - чим вище значення, тим ефективніше воно вони заряджають енергією.