—

—

28.05.2020

WEBINARY ABB 2020

Efektywność energetyczna w układach napędowych

Marcin Motyl

—Agenda1. Czym jest efektywność energetyczna

2. Dlaczego oszczędność energii jest istotna

3. Sposoby oszczędności energii elektrycznej

4. Narzędzia ABB do kalkulowania oszczędności energii

—Efektywność energetyczna definicja

May 28, 2020 Slide 3

Zgodnie z Dyrektywą Parlamentu Europejskiego nr 2006/32/WE z 5 kwietnia 2006 roku efektywność

energetyczna oznacza stosunek uzyskanych wyników, usług, towarów lub energii do wkładu energii;

zależność między energią uzyskaną a doprowadzoną.

—Energia elektryczna na świecie

May 28, 2020 Slide 4

Prognoza

Chiny

94% 177%

Indie

116% 261%

Europai Ameryka Płn.5.4% 26%

140%89%Wzr. zapotrz. na energię pierw.Wzr. zapotrz. na energię elektr.

Prognoza 2007-30

Bliski Wschód i Afryka

—Energia elektryczna na świecie

May 28, 2020 Slide 5

Zmiany cen energii na przestrzeni lat

—Energia elektryczna na świecie

May 28, 2020 Slide 6

Zapotrzebowanie na energię elektryczną 2016-2040 Znaczna część tej energii zużywana jest przez silniki el.

Udział silników elektrycznych

Globalnie, zapotrzebowanie na energię elektryczną wzrasta szybciej niż na jakikolwiek inny rodzaj energii.Jednocześnie wzrasta emisja, dlatego też konieczne jest podejmowanie kroków w celu jej ograniczenia.

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

2016 2040

Silniki

Globalnie

Wzrost zapotrzebowania

61% od 2016 do 2040

Twh

>40% energii elektrycznej zasila przemysł

2/3z tego zużywają silniki elektryczne

~ 28% światowego zużycia energii elektrycznej

—Efektywność energetyczna silników niskiego napięcia

May 28, 2020 Slide 7

Regulacje prawne oraz normy IEC 60034-30-1

– Definiuje klasy sprawności dla silników

– Dostarcza międzynarodowego schematu oceny sprawności silników definiując metody jej badania

– Lokalni ustawodawcy mogą na jej podstawie przygotowywać i wdrażać minimalne standardy sprawności energetycznej tzw. MEPS (Minimum Efficiency Performance Standard)

– Dyrektywa 2005/32/EC z dnia 6 lipca 2005 (Ecodesign)– Norma IEC 60034-30 : 2008– Dyrektywa 2009/125/EC z dnia 21 października 2009

(Ecodesign)– Rozporządzenie Komisji Europejskiej (WE) 640/2009

z dnia 22 lipca 2009– Rozporządzenie Komisji Europejskiej (WE) 4/2014

z dnia 27 stycznia 2014 nowelizująca regulację EC 640/2009– Norma IEC 60034-30-1 : 2014– Rozporządzenie Komisji Europejskiej (WE) 2019/1781

z dnia 1 października 2019

Podstawy prawne

Zdefiniowane klasy sprawności

? IE5Super premium efficiency IE4

Premium efficiency IE3High efficiency IE2

Standard efficiency IE1

—Efektywność energetyczna silników niskiego napięcia

May 28, 2020 Slide 8

Zakres Wyłączenia

– Silniki przeznaczone do stref zagrożonych wybuchem zgodnie z Dyrektywą ATEX 94/9/EC

– Silniki z hamulcem

– Silniki przeznaczone do pracy w temperaturach otoczenia poza przedziałem -30°C...60°C

– Silniki przeznaczone do pracy na wysokościach powyżej 4000 m n.p.m.

– Konstrukcje 2, 4, 6-biegunowe

– Zakres mocy 0.75 – 375kW

– Napięcie zasilania do 1000V

– Częstotliwość zasilania 50Hz lub 50/60Hz

– Klasy sprawności wymagane przez EU MEPS są tożsame z klasami zdefiniowanymi w normie IEC/EN 60034-30

Stan obecny regulacji prawnych

Od dnia 1 stycznia 2017 roku, 3-fazowe silniki indukcyjne niskiego napięcia konstrukcji 2-, 4-, oraz 6-biegunowej w zakresie mocy

od 0.75 do 375kW zgodnie z zakresem Rozporządzeń Komisji (WE) nr 640/2009 oraz 4/2014 wprowadzane do obrotu na terenie Unii

Europejskiej muszą spełniać wymagania klasy sprawności IE3 jeśli ich zasilanie odbywa się bezpośrednio z sieci*,

lub klasy sprawności IE2 w przypadku ich zasilania poprzez przetwornicę częstotliwości.* - również silniki w układzie rozruchu gwiazda-trójkąt (Y/D) oraz silniki zasilane przez softstart

—Oszczędność energii Oszczędność energii to ilość zaoszczędzonej energii ustalonej poprzez pomiar lub oszacowanie zużycia tej energii przed i po wdrożeniu określonego rozwiązania lub grupy rozwiązań do poprawy efektywności energetycznej.

—Oszczędność energii

May 28, 2020 Slide 10

– Silniki elektryczne pochłaniają około 28% energii produkowanej na świecie

– Wiele z tych silników charakteryzuje się bardzo niską sprawnością (IE2, IE1 lub nawet niższą)

– Wiele z nich pracuje nieekonomicznie, ze znamionową prędkością, bez względu na zapotrzebowanie ze strony aplikacji

– Redukując prędkość silników elektrycznych można, nawet znacząco, obniżyć ilość zużywanej przez nie energii

Czy jesteśmy świadomi, że:

—Koszty eksploatacji silników elektrycznych

May 28, 2020 Slide 11

Całkowity koszt eksploatacji silnika zasilanego z sieci

= +Cena

zakupuKoszt

działaniaKoszt

postoju

+$ ► =

Koszt planowanych działań serwisowych

Koszt energii elektrycznej

Koszt akcji serwisowejw przypadku awarii

Utracony zyskz produkcji

—Koszty eksploatacji silników elektrycznych

May 28, 2020 Slide 12

Przykładowa kalkulacja kosztów działania

Moc znamionowa Pn = 110 kWSprawność znamionowa η = 93.3%

~58% możliwego czasu pracy

Reżim pracy

Okres eksploatacji: 15 latCzas pracy: 320 dni rocznie, 16 godzin dziennieObciążenie: 80%Cena energii elektrycznej: 0,07 EUR

kWkWPPel 9.117%3.93

110===

η

Moc pobierana z sieci

MWhkW 2447%8015320169.117 =××××Całkowite zużycie energii elektrycznej

Koszt energii elektrycznej: 507 000 EURCena silnika: 4 000 EUR

—Koszty eksploatacji silników elektrycznych

May 28, 2020 Slide 13

Całkowity koszt eksploatacji silnika

= +Cena

zakupuKoszt

działaniaKoszt

postoju

+$ ► =

4 000 EUR 507 000 EUR ? EUR/h

—Koszty eksploatacji silników elektrycznych

May 28, 2020 Slide 14

Udział ceny zakupu silnika w całkowitym koszcie eksploatacji

=+ +$ ► =

4 000 EUR

507 000 EUR

$$4 000 EUR 0 EUR

≈ 1%

—Narzędzia i analizy 1. ABB Optimizer

2. EnergySave calculator

3. Energy apprisal

—Optimizer ABB

May 28, 2020 Slide 16

Do analizy efektywności wykorzystano porównanie silników M3BP w klasie IE2 oraz IE4

—Optimizer ABB

May 28, 2020 Slide 17

Założenia do kalkulacji

—EnergySafe calculator

May 28, 2020 Link do programu: EnergySave CalculatorSlide 18

EnergySave Calculator

—EnergySafe calculator

May 28, 2020 Slide 19

Pompa z dławieniem

—EnergySafe calculator

May 28, 2020 Slide 20

Pompa z dławieniem

—

– zebranie danych z tabliczek znamionowych silników oraz informacji o procesie technologicznym

– kalkulacja potencjalnych oszczędności i czasu zwrotu z inwestycji dla poszczególnych odbiorów

Energy apprisal

May 28, 2020 Slide 21

Ocena profilu energetycznego zakładu przemysłowego

Podstawowy Energy Apprisal

Zaawansowany Energy Apprisal

– zebranie rzeczywistych danych pomiarowych (prąd) dla wybranego odbioru, przez dany okres czasu

– analiza zebranych danych i metodyczne przedstawienie wyników, potencjalnych oszczędności, czasu zwrotu z inwestycji itp.

– wybór najbardziej odpowiedniego rozwiązania (wymiana silnika, wdrożenie przemiennika do układu napędowego)

—Energy Apprisal

May 28, 2020 Slide 22

Przykład: Podstawowy Energy Apprisal

Ocena profilu energetycznego zakładu przemysłowego

—Energy apprisal

May 28, 2020 Slide 23

– Wybrano wykonanie zaawansowanej oceny dla silnika pompy płuczki wstępnej

– Pomiary prądu wykonano dwuetapowo:

• 1. na aktualnie pracującym układzie (silnik + pompa dławiona na wyjściu)

• 2. na zmodyfikowanym układzie z zainstalowanym przemiennikiem ACS550 do sterowania silnikiem (pompa z całkowicie otwartym zaworem)

– Wniosek: taka sama wydajność pracy układu (regulacja VSD) przy jednoczesnej redukcji częstotliwości pracy silnika do 45 Hz(ok. 1327 obr./min)

Przykład: Zaawansowany Energy Apprisal

—Ocena profilu energetycznego zakładu przemysłowego

May 28, 2020 Slide 24

Pomiar prądu przed zastosowaniem przemiennika Prąd przy sterowaniu silnikiem za pomocą przemiennika

Zastosowanie przemiennika serii ACS550 zaskutkowało znacznym obniżeniem prądu pobieranego przez napęd.

Przykład: Zaawansowany Energy Apprisal

—Ocena profilu energetycznego zakładu przemysłowego

May 28, 2020 Slide 25

Obliczenia i wnioski:

– Pompa w układzie z dławieniem pracowała z ciągłą mocą równą 35kW

– Pompa po modernizacji (sterowanie VSD) pracuje ze średnią mocą równą 26 kW

– Przyjmując koszt energii elektrycznej = 0,50 PLN/kWh szacowana oszczędność roczna wynikająca z zastosowania przemiennika częstotliwości może wynieść nawet:

~40.000 PLN/rok.

– Czas zwrotu z inwestycji (zakup i instalacja przemiennika) wynosi ok. 5 miesięcy

Przykład: Zaawansowany Energy Apprisal