Europa stawia na silniki elektryczne o podwyższonej sprawności

Od połowy czerwca 2011 roku zakazana zostaje sprzedaż silników standardowych, czyli o tzw. klasie IE1, natomiast wymagane będzie dostarczanie wersji o podwyższonej sprawności, a więc typu IE2 lub IE3. W artykule przedstawiamy opis istotnych zmian legislacyjnych, możliwe skutki dla rynku oraz omawiamy, czym różnią się nowe silniki od dotychczas stosowanych.

Koszt zużywanej energii elektrycznej stanowi w przemyśle około 90% całkowitych kosztów zakupu i użytkowania silników elektrycznych. Z tego powodu zwiększanie sprawności energetycznej tych maszyn jest jak najbardziej uzasadnione technicznie i ekonomicznie. O ile potencjalne korzyści ze stosowania wersji o większej sprawności można łatwo wyliczyć, wykonując proste obliczenia matematyczne, wprowadzanie zmian takich jak omawiane wiązać się może też z komplikacjami.

Jedną z nich, która dotyczy przykładowo firm OEM, jest konieczność wykonania ewentualnych zmian w projektach układów napędowych. Z kolei dla producentów silników wytwarzanie wersji wydajniejszych energetycznie oznacza jeszcze większe wyzwania związane z wykorzystywanymi materiałami i budową samych silników.

Czy jednak tego się chce, czy nie - właśnie rozpoczynają obowiązywać przepisy nakazujące konieczność zmian i sprzedaż na rynku unijnym energooszczędnych silników. Zanim omówimy je szczegółowo, zacznijmy od przedstawienia sposobu klasyfikacji silników pod względem ich sprawności, gdyż jest on podstawą wschodzących w życie zmian.

CZĘŚĆ 1: ZMIANY W PRZEPISACH I ROZWÓJ RYNKU

IEC ZAPEWNIA UNIWERSALNĄ KLASYFIKACJĘ

Temat sprawności silników elektrycznych nie jest dla sektora przemysłowego niczym nowym. Zanim jeszcze w branży zwiększyły się wymogi co do oszczędności energii, powstało wiele klasyfikacji, których celem była możliwość porównywania ze sobą sprawności silników pochodzących od różnych producentów. W przypadku samych silników indukcyjnych prądu przemiennego są nimi m.in. NEMA, EPAct, CSA, COPANT, AS/NZS, JIS oraz GB.

W przypadku Europy najpopularniejszym sposobem definiowania sprawności silników indukcyjnych było wykorzystanie klas i oznaczeń z nimi związanych określonych w 1998 przez Stowarzyszenie Europejskich Producentów Maszyn Elektrycznych i Energoelektroniki, czyli CEMEP. Wydzielono w nim trzy klasy sprawności - od Eff3 (niska sprawność), poprzez Eff2, do Eff1 (wysoka sprawność). Poziomy te zdefiniowane zostały dla silników asynchronicznych 3-fazowych zasilanych napięciem 400V/50Hz, mających dwa lub cztery bieguny i charakteryzujących się zakresem mocy od 1,1 do 90 kW.

Klasyfikacja ta była dobrowolna i opierała się na porozumieniu producentów silników elektrycznych. Chociaż system ten przyjął się w wielu krajach, nie był on wystarczająco jednolity w zakresie m.in. wyznaczania poziomu sprawności silników. Prowadzić to mogło do błędów przy porównywaniu modeli pochodzących od różnych producentów. Z tych powodów niedawno został on zastąpiony jedną normą opracowaną przez Międzynarodową Komisję Elektrotechniczną.

Obowiązującym obecnie i ujednoliconym sposobem klasyfikacji sprawności silników jest ten podany w normie IEC 60034-30:2008. Wraz z nią wprowadzono również IEC 60034-2-1:2007, w której zawarto nową procedurę wyznaczania sprawności.

W pierwszej z cytowanych norm skupiono się na indukcyjnych silnikach klatkowych prądu przemiennego o stałej prędkości obrotowej, 2-, 4- i 6-biegunowych i o mocach od 0,75 do 375 kW. Dotyczy ona wersji o napięciu znamionowym do 1000V oraz częstotliwości 50 lub 60Hz. W praktyce więc norma rozszerzyła zakres wcześniej zdefiniowany przez CEMEP, obejmując przepisami większość stosowanych w przemyśle silników AC.

Zdefiniowano w niej trzy klasy sprawności:

IE1 - Standard efficiency (silniki standardowe) - ich sprawność jest podobna jak w przypadku CEMEP Eff2,
IE2 - High efficiency (silniki o podwyższonej sprawności) - podobne do wcześniejszej klasy CEMEP Eff1 oraz do amerykańskiego EPAct dla silników zasilanych napięciem o częstotliwości 60Hz,
IE3 - Premium efficiency (najwyższy poziom sprawności) - podobne do amerykańskiego NEMA Premium dla silników 60Hz.
W normie zawarto również klasę IE4 (Super Premium Efficiency), która jest przyszłym planowanym poziomem nad IE3. Nie określono dla niej wymogów, jeżeli chodzi o sprawności silników.

Co w praktyce oznaczają wymienione klasy dla inżynierów? W normie w postaci tabel dla konkretnych silników (podzielone względem częstotliwości napięcia zasilającego, liczby biegunów oraz mocy) podane zostały wymagane poziomy sprawności. Są to poziomy minimalne i łatwo jest określić, wybierając silnik z typoszeregu pod względem mocy, czy posiadany model spełniał będzie określone w normie wymagania. Warto dodać, że wcześniej, tj. przed rozpoczęciem obowiązywania normy IEC 60034-2-1:2007, sprawność będąca podstawą klasyfikacji liczona była w inny sposób.

Z tych powodów, aby uniknąć nieporozumień, IEC 60034-30:2008 nakłada wymóg podawania na tabliczce znamionowej silnika i w dokumentacji zarówno klasy sprawności oraz samej jej wartości. Omawianą normą nie są objęte silniki, które są integralną częścią maszyn i nie mogą być testowane osobno (dotyczy to m.in. pomp, wentylatorów, kompresorów, itp.), a także te, które wymieniono w IEC 60034-25.

Porównanie klas sprawności

Dyrektywa unijna EuP bazuje pod względem określania klas sprawności na normie IEC 60034-30:2008. Ta ostatnia jest w istocie szersza niż zakres dyrektywy, gdyż obejmuje przykładowo silniki hamujące i do zastosowań w obszarach niebezpiecznych, które wyłączone są z obowiązywania EuP. W normie IEC 60034-30:2008 jest również mowa o klasie IE4 (Super Premium Efficiency), która jest przyszłym planowanym poziomem nad IE3.