Energooszczędne układy napędowe - kompendium zmian prawnych

Na wstępie warto przypomnieć, które akty prawne wymuszają na producentach i użytkownikach najbardziej energochłonnych urządzeń dążenie do poprawy efektywności energetycznej. Jeżeli chodzi o Unię Europejską, dokumentem, który ma w tym przypadku kluczowe znaczenie, jest dyrektywa 2009/125/WE w sprawie ekoprojektu. Zostały w niej określone zasady projektowania urządzeń w taki sposób, żeby zmniejszyć ich negatywny wpływ na środowisko, równocześnie zachowując ich niezmienioną funkcjonalność.

Wprowadzając w życie ten dokument, zakładano, że jego przestrzeganie pozwoli zmniejszyć zużycie energii o 2000 TWh, co stanowiłoby połowę ilości wymaganej do realizacji jednego z celów polityki klimatyczno-energetycznej UE, którym było uzyskanie 20% oszczędności w 2020 roku. Stosowanie się do zasad ekoprojektowania powinno również zaprocentować w przyszłości – przewiduje się, że zapewni to oszczędności rzędu nawet jednej czwartej ilości energii, która jest potrzebna do spełnienia celu wyznaczonego na 2030 rok. Wówczas efektywność energetyczna powinna się zwiększyć o co najmniej 32,5%.

Część I. historia zmian

Silniki na celowniku

Od początku prac nad dyrektywą w sprawie ekoprojektu, czyli od 2005 roku, gdy wprowadzono jej pierwszą wersję, zmienioną później przez wspomniany dokument numer 2009/125/WE, w kręgu zainteresowań twórców regulacji znajdowały się silniki elektryczne. Przyczyniły się do tego równocześnie konieczność i możliwości.

Jeśli chodzi o te drugie, stwierdzono, że poprawa sprawności energetycznej silników elektrycznych jest już osiągalna przez zastosowanie znanych rozwiązań technicznych. Konieczność wynikała z kolei z faktu, że ich liczba na rynku Unii Europejskiej jest duża oraz znacząco negatywnie oddziałują na środowisko, przede wszystkim w fazie użytkowania.

Są to założenia w dalszym ciągu aktualne. Obecnie w UE jest używanych ponad 8 miliardów silników elektrycznych (co roku sprzedawanych jest około 750 milionów sztuk tych urządzeń), które zużywają połowę energii elektrycznej wytwarzanej w obrębie całej Wspólnoty Europejskiej (około 2000 TWh co roku), stając się przez to źródłem emisji zanieczyszczeń w ilości około 800 Mt ekwiwalentu CO2 co roku.

Czego dotyczył dokument 640/2009?

W rezultacie zostało opracowane rozporządzenie Komisji Europejskiej o numerze 640/2009, które wdrażało postanowienia dyrektywy 2005/32/WE w dziedzinie ekoprojektowania dla silników elektrycznych. Jego zakresem zostały objęte urządzenia o największym potencjale uzyskania oszczędności energii i szeroko stosowane, szczególnie w przemyśle, czyli indukcyjne silniki klatkowe o stałej prędkości, zasilane prądem trójfazowym, 50 Hz albo 50/60 Hz, z 2 do 6 biegunami, o napięciu znamionowym nieprzekraczającym 1000 V oraz mocy znamionowej w przedziale od 0,75 do 375 kW, z tymi parametrami określanymi na podstawie ciągłej eksploatacji roboczej.

W regulacji, która została wprowadzona w życie w 2009 roku, został przedstawiony harmonogram, zgodnie z którym silniki tego typu o niskiej sprawności, sklasyfikowanej według normy IEC 60034-30-1, miały być sukcesywnie wycofywane z rynku i użytku na terenie Unii Europejskiej. Określono kilka dat granicznych.

Pierwsza wypadła w czerwcu 2011 roku. Od tego czasu silniki, których dotyczyło rozporządzenie, musiały mieć co najmniej klasę sprawności IE2. Z początkiem 2015 silniki o mocy znamionowej w przedziale od 7,5 kW do 375 kW musiały natomiast mieć klasę sprawności co najmniej IE3 lub odpowiadać klasie IE2 i być zasilane za pośrednictwem przemiennika częstotliwości. Dwa lata później wymogiem tym objęto również silniki o mocy w zakresie od 0,75 kW do 375 kW.

Pierwsza aktualizacja

Na początku 2014 roku wydano dokument o numerze 4/2014, który zastępował rozporządzenie KE o numerze 640/2009. Zmodyfikowano w nim artykuł pierwszy, który określał przedmiot i zakres regulacji. Wprowadzona zmiana dotyczyła listy urządzeń, których rozporządzenie nie obejmuje.

W celu jej aktualizacji w dokumencie nr 4/2014 zmieniono wartości, po przekroczeniu których uznaje się, że silnik pracuje w warunkach ekstremalnych, w związku z czym powinien mieć specjalną konstrukcję. Zmiana objęła następujące wielkości: wysokość bezwzględną oraz maksymalną i minimalną temperaturę otoczenia oraz temperaturę wody chłodzącej.

W rezultacie zapisy rozporządzenia 4/2014 nie miały zastosowania do: silników przeznaczonych do eksploatacji przy pełnym zanurzeniu w cieczy, tych stanowiących integralną część produktu, na przykład pompy lub wentylatora, o charakterystyce energetycznej, której nie można sprawdzić niezależnie od niego, silników hamujących i silników przeznaczonych do eksploatacji wyłącznie: na wysokościach powyżej 4000 m n.p.m. (wcześniej 1000 m n.p.m.), w temperaturze otoczenia powyżej +60°C (wcześniej +40°C), w maksymalnej temperaturze roboczej powyżej +400°C, w temperaturze otoczenia poniżej –30°C w odniesieniu do wszystkich silników lub poniżej 0°C w przypadku silników chłodzonych wodą (wcześniej odpowiednio poniżej –15°C albo poniżej 0°C), jeżeli temperatura wody chłodzącej na wejściu wynosi mniej niż 0°C lub więcej niż +32°C (wcześniej odpowiednio +5°C i +25°C) oraz w przestrzeniach zagrożonych wybuchem zgodnie z definicją z dyrektywy 94/9/WE.

W 2009 roku, kiedy rozporządzenie Komisji Europejskiej o numerze 640/2009 dopiero co zostało przyjęte, 83% silników sprzedanych w Europie zaliczało się do klasy efektywności energetycznej IE1. Jednak już trzy lata później, w 2012 roku, czyli tuż po tym jak w międzyczasie (2011 rok) w życie wszedł wymóg sprzedaży silników z klasą przynajmniej IE2, udział w europejskim rynku tych z klasą IE1 spadł do 27%, natomiast silników w klasie IE2 zwiększył się do prawie 70% z około 15% w 2009 roku. Kolejna data graniczna, czyli styczeń 2015, gdy obowiązkowa stała się klasa IE3, a w przypadku silników klasy IE2 zasilanie przez przemiennik częstotliwości, stanowiła impuls pobudzający rynek modeli IE3 – ich udział wzrósł z 4% w 2014 roku do 29% w 2016. Warto wyjaśnić, że w dalszym ciągu spora sprzedaż silników w klasie efektywności energetycznej IE1 i niższych (poniżej 20% w 2016) świadczy o popycie na modele wyłączone z zakresu regulacji (na przykład z hamulcem), jak też z pewnością w jakimś stopniu o niedoskonałości egzekwowania przepisów. Generalnie jednak nie można negować radykalnej transformacji, jaką rynek silników przeszedł w efekcie wprowadzenia proekologicznych regulacji – modele energooszczędne bardzo zyskały na znaczeniu, zaś te o niższej sprawności coraz częściej, o ile w ogóle, dostępne są tylko na zamówienie.

Podsumowanie efektów

Po latach obowiązywania przepisów wprowadzających postanowienia dyrektywy ekoprojektu dla silników elektrycznych postanowiono sprawdzić, jakie przyniosło to rezultaty. Skoncentrowano się na dwóch głównych założeniach tej regulacji, czyli spopularyzowaniu energooszczędnych silników oraz zwiększeniu oszczędności energii.

W tym celu przeanalizowano europejski rynek silników elektrycznych (patrz: ramka). Jak pokazały wyniki sprzedaży tych urządzeń przy przekraczaniu kolejnych dat granicznych podanych w rozporządzeniu 640/2009, stosunek udziału modeli najbardziej i najmniej energochłonnych zmieniał się na korzyść tych pierwszych. W rezultacie popyt na silniki w klasie efektywności energetycznej IE1 spadł z 80% w 2009 roku do 17% w 2016, podczas gdy w tym samym czasie sprzedaż modeli w klasie IE3 wzrosła z 0 do 29%.

Jeżeli z kolei chodzi o oszczędności energii, to w 2017 roku oszacowano je na 31 TWh energii, co odpowiadało redukcji emisji gazów cieplarnianych o 12 Mt ekwiwalentu CO2. Oczekuje się, że w 2030 roku oszczędności wyniosą z kolei 102 TWh. I chociaż jest to mniej, niż wcześniej zakładano (pierwotnie oczekiwano oszczędności na poziomie 208 TWh w 2030), pomimo wszystko będzie to dobry wynik, stanowiący 9% ilości energii, która jest potrzebna do osiągnięcia w 2030 zakładanej efektywności energetycznej na poziomie 32,5%.