Nowe wymagania w zakresie minimalnego poziomu sprawności silników asynchronicznych wprowadzanych na rynek Unii Europejskiej

Około 50% energii elektrycznej wyprodukowanej w Polsce wykorzystywane jest przez układy napędowe z silnikami elektrycznymi. Z tego względu zastosowanie energooszczędnych układów napędowych z silnikami elektrycznymi o wysokiej sprawności może przynieść znaczące efekty w ograniczaniu ww. negatywnych skutków rozwoju naszego kraju przy jednoczesnym zapewnieniu wymiernych oszczędności dla użytkownika.

Klasy sprawności silników

Podstawową wielkością określającą przewidywane oszczędności wynikające z zastosowania silnika energooszczędnego jest jego sprawność, która powiązana jest z klasą sprawności (rys. 1).

Rys. 1 Zależność pomiędzy sprawnością silników a klasami sprawności IE

Na terenie Unii Europejskiej podział silników elektrycznych pod kątem sprawności odbywa się przy wykorzystaniu klasyfikacji IE (International Efficiency) wg normy EN 60034-30-1:2014:

Przyporządkowanie silnika do danej klasy sprawności następuje przez porównanie sprawności silnika wyznaczonej według ustalonej metody pomiaru (wg normy EN 60034-2-1:2007) z wymaganiami minimalnej sprawności dla danej klasy sprawności IE (rys. 2).

Rys. 2 Przykładowe wymagania sprawności dla poszczególnych klas sprawności silników czterobiegunowych 2p=4 (sprawność wyznaczona wg normy EN 60034-2-1:2007)

Należy podkreślić, że norma EN 60034-30-1:2014, określająca klasy sprawności silników (IE) i powiązane z nimi minimalne wartości sprawności, jak wszystkie inne normy jest dokumentem do dobrowolnego stosowania – wymagania prawne (obligatoryjne) w zakresie minimalnego poziomu sprawności silników wprowadzanych na rynek UE określone są w dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady oraz powiązanych z nią rozporządzeniach.

Nowe rozporządzenie KE

W październiku 2019 roku Komisja Europejska opublikowała nowe rozporządzenie 2019/1781 (uchylające dotychczasowe rozporządzenia 640/2009 i 4/2014) dotyczące minimalnych sprawności silników elektrycznych oraz przemienników częstotliwości wprowadzanych na rynek UE. Przedmiotowe rozporządzenie związane z dyrektywą Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE, określa nie tylko minimalne wartości sprawności i skojarzone z nimi klasy sprawności (zbieżne z klasami sprawności IE zdefiniowanymi w normie EN 60034-30-1:2014), ale również definiuje cechy silników, które podlegają pod to rozporządzenie. Istnieją tu pewne wykluczenia, co przedstawiono w tabeli 1

Nowe rozporządzenie Komisji Europejskiej 2019/1781 wprowadza szereg zmian i nowych wyzwań przed producentami silników elektrycznych oraz ich użytkownikami. Najważniejsze z nich to wymaganie sprawności w klasie IE3 dla silników przeciwwybuchowych (z wyłączeniem silników przeznaczonych dla przemysłu górniczego), określenie minimalnej klasy sprawności IE4 dla silników o mocy od 75 kW do 200 kW oraz wprowadzenie poziomu IE3 również dla silników zasilanych z przemienników częstotliwości (wykluczenie możliwości wprowadzania na rynek silników w klasie sprawności IE2 do zasilania z przemienników częstotliwości) – szczegóły wymagań wraz z datami obowiązywania podano w tabeli 2.

Przedmiotowe rozporządzenie UE 2019/1781 w zakresie minimalnego poziomu sprawności definiuje również wymagania dla państw członkowskich odnośnie do weryfikacji efektywności energetycznej silników dostępnych na rynku oraz wytyczne dla producentów w kwestii dokumentacji technicznej dołączanej do silników.

Pełny tekst przedmiotowej regulacji dostępny jest na stronie Komisji Europejskiej (http://data.europa.eu/eli/reg/2019/1781/oj). Na podstawie analiz przeprowadzonych przez Komisję, szacuje się, że przedmiotowe nowe wymagania w zakresie sprawności silników (określone w nowym rozporządzeniu) przyczynią się do ograniczenia rocznego zużycia energii elektrycznej o około 10 TWh oraz do zmniejszenia rocznej emisji gazów cieplarnianych o 3 Mt ekwiwalentu dwutlenku węgla do 2030 roku.

Silniki wyłączone z nowego rozporządzenia:

wielobiegowe, pierścieniowe i z mechanicznymi komutatorami
stanowiące integralną część produktu/urządzenia pod warunkiem, że sprawność silnika nie może być wyznaczona po wymontowaniu silnika z produktu/urządzenia
z zabudowanym przemiennikiem częstotliwości pod warunkiem, że sprawność silnika nie może być wyznaczona z pominięciem przemiennika częstotliwości
z zabudowanym hamulcem pod warunkiem, że hamulec stanowi integralną część konstrukcji silnika (jeżeli hamulec nie może być zdemontowany z silnika na czas badania jego sprawności)
zatapialne (zaprojektowane i przeznaczone do pracy przy pełnym zanurzeniu w cieczy)
spełniające szczególne warunki dotyczące bezpieczeństwa obiektów jądrowych zdefiniowane w art. 3 dyrektywy Rady 2009/71/EURATOM
przeciwwybuchowe zaprojektowane i certyfikowane na potrzeby przemysłu górniczego
w urządzeniach bezprzewodowych lub zasilanych za pomocą akumulatorów oraz w przenośnych urządzeniach sterowanych ręcznie, przenoszonych podczas działania
w urządzeniach przystosowanych do obsługi ręcznej, których ciężar podczas działania jest podtrzymywany ręką
w pełni zabudowane niewentylowane
wprowadzone do obrotu przed dniem 2029-07-01 jako zamienniki identycznych silników stanowiących nieodłączną część produktów wprowadzonych do obrotu przed dniem 2022-07-01, wprowadzane do obrotu specjalnie w tym celu
zaprojektowane specjalnie na potrzeby elektrycznych pojazdów trakcyjnych