Inteligentne rozwiązania Lenze, które chronią środowisko i obniżają koszty

| WIW 2019

Biorąc pod uwagę istniejące zasoby energii nieodnawialnej, wzrastający jej koszt, jak również przyśpieszone zmiany klimatu, dużym wyzwaniem jest zredukowanie zużycia energii w sektorze produkcji. Zauważyć należy, że 2/3 przemysłowo wykorzystanej energii elektrycznej przypada na systemy napędowe. Dlatego firma Lenze, jako producent napędów, od lat podejmuje szereg działań skupiających się na energooszczędnych rozwiązaniach.

Inteligentne rozwiązania Lenze, które chronią środowisko i obniżają koszty

Lepsze wykorzystanie energii jest równoznaczne ze zmniejszeniem uciążliwości dla środowiska naturalnego, oszczędnością źródeł energii i ze zmniejszeniem kosztów energii przy utrzymaniu dotychczasowej produkcji. W ten sposób takie same wyniki produkcyjne można osiągnąć zużywając znacznie mniej energii. Poniżej pokazujemy, w jaki sposób za pomocą napędów można oszczędzać energię – dzięki Lenze BlueGreen Solutions.

Przy ocenach zużycia energii należy zawsze uwzględniać cały system napędowy składający się z przemiennika częstotliwości, silnika i przekładni, ponieważ sprawność całkowita układu określa, ile energii elektrycznej wykorzystywanej jest w danym procesie.

W dotychczasowych instalacjach przemysłowych dominują napędy o dużych mocach. Natomiast w zautomatyzowanych fabrykach czy w centrach logistycznych wykorzystuje się wprawdzie napędy o znacznie niższych mocach, ale w większej liczbie. Oznacza to, że przy analizie zużycia energii należy uwzględnić każdy napęd.

 

TRZY DROGI DO PODNIESIENIA SPRAWNOŚCI ENERGETYCZNEJ

Wzrost sprawności energetycznej napędów determinują trzy elementy:

  1. Inteligentne wykorzystywanie energii elektrycznej
  2. Przekształcanie energii z wysokim stopniem sprawności
  3. Wykorzystywanie energii odzyskiwanej z hamowania

 

ENERGIA ELEKTRYCZNA I JEJ INTELIGENTNE WYKORZYSTANIE

Optymalna sprawność systemów napędowych związana jest najczęściej z ich pracą ze znamionową mocą. Mimo to wiele napędów jest przewymiarowanych, czyli dobranych z zapasem. Efektem tego jest to, że napęd wykorzystywany jest wyraźnie poniżej swojej mocy znamionowej a sprawność znacznie spada. Ponieważ przewymiarowanie to także wyższe koszty zakupu, dla podwyższenia efektywności energetycznej w pierwszym rzędzie opłaca się zorientować napęd dokładnie na maksymalną potrzebną mechaniczną moc danej aplikacji. Dzięki Drive Solution Designer firmy Lenze i koncepcjom napędowym z certyfikatem energetycznym system napędowy można dobrać precyzyjnie w zależności od konkretnej potrzeby. Efekt tego to niskie koszty zakupu i niewielkie zużycie energii.

 
Rys. 1 Program Drive Solution Designer wspomagający dobór komponentów do układów

Dodatkowo należy zwrócić uwagę, że niemal w każdym procesie mechanicznym zapotrzebowanie na moc jest zmienne. Szczególnie wyraźne jest to w urządzeniach klimatyzacyjnych oraz transportowych, gdzie występują duże wahania wymaganej mocy.

Dla osiągnięcia wzrostu efektywności należy dopasować oddawaną przez silnik moc do różnych potrzeb. Do tego celu służy przemiennik częstotliwości, który umożliwia zmiany prędkości obrotowej silnika a tym samym oddawaną moc, jako produkt prędkości obrotowej i momentu obrotowego. W niemal wszystkich aplikacjach, za pomocą przemiennika częstotliwości można wyraźnie podnieść efektywność wykorzystania energii. W pompach i wentylatorach zwykle osiąga się oszczędności do 60%.

Dynamiczne procesy można tak zaprogramować, aby sprawność energetyczna była jak najwyższa. Wiele procesów pozycjonowania niekoniecznie wymaga stosowania maksymalnych czasów przyspieszeń czy hamowania. Dopasowanie do faktycznie niezbędnej w danej sytuacji dynamiki oznacza znaczne zmniejszenie strat w silniku.

 

PRZEKSZTAŁCANIE ENERGII Z WYSOKĄ SPRAWNOŚCIĄ

 
Rys. 2 Oszczędne systemy wieloosiowe

Przemienniki częstotliwości osiągają obecnie bardzo wysoką sprawność w wysokości od 94 do 97%. Najczęściej stosowane standardowe silniki trójfazowe dostępne są w różnych klasach sprawności. Od roku 2011 w Unii Europejskiej wolno wykorzystywać tylko silniki od klasy sprawności IE2. Stosowane ciągle jeszcze obecnie silników klasy IE1 nie wolno będzie używać w nowych instalacjach. Silnik klasy sprawności IE3 są przy takiej samej mocy wyraźnie droższe i większe niż silniki klasy IE2. Dlatego zastosowanie ich jest korzystne tylko tam, gdzie występują stale wysokie obroty znamionowe i przy wysokich obciążeniach. Jednak w większości przypadków wykorzystanie przemiennika częstotliwości, który może dopasować moc wyjściową napędu do potrzeb, stanowi lepsze rozwiązanie i zapewnia wyższą efektywność wykorzystania energii. W regulowanych napędach, gdzie wykorzystywane są silniki asynchroniczne, można w ich miejsce zastosować silniki synchroniczne o mniejszych prądach i wyższej sprawności.

Ogółem pobór energii spada w typowych aplikacjach związanych z pozycjonowaniem o 30%. Niskie prądy silnikowe oznaczają jednak również, że w przemienniku częstotliwości wystąpią mniejsze straty mocy i ewentualnie będzie można także dobrać mniejszy przemiennik częstotliwości – przez co zwiększa się sprawność całkowita.

Kolejnym miejscem analizy efektywności systemu są przekładnie. Wyższa sprawność przekładni może umożliwić zastosowanie przemiennika częstotliwości lub silnika o niższej mocy.

 

ENERGIA HAMOWANIA OPTYMALNE WYKORZYSTANIE

 
Fot. 1 Nowoczesne przemienniki częstotliwości serii i500, i700 oraz i950

W wielu aplikacjach z wykorzystaniem napędów elektrycznych konieczne jest częste przyspieszanie lub hamowanie. Podczas przyspieszania lub podnoszenia energia elektryczna zostaje przekształcona w energię kinetyczną lub potencjalną, którą można odzyskać podczas hamowania lub opuszczania. Często ta odzyskiwana energia jest obecnie zamieniana przez rezystor hamujący w ciepło a w ten sposób zostaje bezpowrotnie utracona. Jednak w niektórych zastosowaniach opłaca się wykorzystać tę energię hamownia i uzyskać wzrost sprawności energetycznej.

Odzyskana energia w procesie hamowania może być:

  • oddana z powrotem do sieci, przy zastosowanie modułu odzyskiwania energii
  • wymieniana pomiędzy napędami, za pomocą przemiennika częstotliwości
  • przechowywania w kondensatorze.

 

WNIOSKI

W systemach napędowych koszty energii często już po czterech latach osiągają koszty zakupu. Pomimo tego, że energooszczędne systemy napędowe są przy zakupie często droższe niż napędy konwencjonalne, to dodatkowe koszty amortyzują się dzięki osiągniętej oszczędności energii na ogół w ciągu kliku lat. Firma Lenze wspiera producentów maszyn przy doborze napędów, które w sposób istotny wpływają na zużycie energii przez całą maszynę. Ten rodzaj współpracy użytkowników, producentów i dostawców napędów tworzy podstawę dla wdrażania koncepcji zapewniających optymalizację wszystkich kosztów przez cały okres eksploatacji maszyn i podnoszenie sprawności energetycznej.

 

Lenze Polska