Modern energiahatékony elektromos hajtások — trendek és perspektívák
A modern elektromos hajtások számos lehetőséget kínálnak jelentős megtakarításra működésük során. Hatékony motorokkal, megfelelő inverterekkel és fejlett IIoT-alkalmazásokkal (Industrial Internet of Things) hatékonyabb lesz az erőforrás-felhasználás, és csökkenthetők az életciklus-költségek.
A jelenlegi elektromos hajtások által fogyasztott energia körülbelül 80%-a közepes méretű villanymotorokból származik, amelyek a jelenlegi szabványok szerint általában nem energiahatékonyak, és amelyek jellemzően túlméretezettek az alkalmazáshoz.
A motor élettartama során felhasznált energia költsége a teljes működési költség 97%-át teszi ki. Ezért gazdaságos és környezetbarát megoldást találni, amely maximalizálja az elektromos motorok hatásfokát.
Ma találkozunk elektromos hajtások szinte minden szakaszában, különösen az iparban és az építőiparban, például szivattyúkban, kompresszorokban és klímaberendezésekben, daruknál, felvonóknál és szállítószalagoknál.
Ugyanakkor az ipar adja a világ villamosenergia-fogyasztásának több mint egyharmadát, aminek közel 70%-a az elektromos motoroknak köszönhető. Az épületek adják a globális villamosenergia-fogyasztás további 30%-át, az elektromos motorok pedig ennek a részaránynak a 38%-át.
A kereslet pedig növekszik: a jelenlegi globális gazdasági termelés az előrejelzések szerint 2050-re megduplázódik. Ezzel egy időben az elektromos hajtások iránti kereslet is növekedni fog. Ugyanakkor teret nyit a megtakarítások számára az intelligens rendszermegoldások révén. A legújabb tanulmányok azt mutatják, hogy egy új elektromos hajtás megvásárlásával átlagosan akár 30%-ot is megtakaríthat az energiaköltségeken.
A 2015-ös párizsi klímaegyezmény értelmében 196 ország vállalta, hogy lassítja a globális felmelegedést. Ezt azonban ellensúlyozzák az olyan megatrendek, mint az urbanizáció, a mobilitás és az automatizálás, amelyek elkerülhetetlenül növelik a napi energiafogyasztást.
Így mára az energiahatékonyság javítására tett erőfeszítések váltak a Párizsi Megállapodás gyakorlati végrehajtásának fő irányvonalává. Világszerte – például az Európai Unióban, az USA-ban és Kínában – új irányelveket vezetnek be az elektromos motorok gazdaságos üzemeltetésére vonatkozóan.
Az új európai irányelvek különösen azt tűzik ki célul, hogy 2030-ig 40 millió tonnával csökkentsék a CO2-kibocsátást. E cél elérésének eszköze a költséghatékony technológiák kötelező bevezetése kell, hogy legyen. Kína célja, hogy 2025-ig a GDP 13,5%-ával csökkentse az energiafogyasztást és 18%-kal a CO22-kibocsátást.
A hálózati megoldások és a rendszeradatok gondos elemzése a legjobb megoldás az energiahatékonyság valóban fenntartható szintre való javítására.
De egyáltalán nem szükséges minden helyzetben azonnal új rendszereket vásárolni. Még a régieket is gyakran lehet energiatakarékosságra módosítani a megfelelő tartozékokkal.
Modern inverterek (frekvencia átalakítók) a nagy hatásfokú motorok pedig akár 30%-os energiát is megtakaríthatnak tipikus ipari alkalmazásokban, például szivattyúkban, ventilátorokban vagy kompresszorokban, a hagyományos szabályozatlan rendszerekhez képest.
Az esettanulmányok azt mutatják, hogy ez a megtakarítás 45%-ra növelhető egy optimalizált hajtásmegoldás, jelen esetben egy szivattyú beépítésével.
A rendszer egy invertert tartalmaz, amely biztosítja, hogy a hajtás még részterhelés mellett is energiahatékony legyen azáltal, hogy a fordulatszámot és a nyomatékot az aktuális terhelési követelményekhez igazítja. Ez azt jelenti, hogy minden alkalmazás mindig a szükséges teljesítményre van hangolva.
Minél specifikusabbak és sokrétűbbek az alkalmazások és összetevők, annál összetettebb lehet a teljes rendszer. Ezért különösen ipari környezetben olyan megközelítéseket kell választani, amelyek a rendszert annak minden kölcsönhatásával, szinergikus hatásával részletesen figyelembe veszik és optimálisan harmonizálják.
Meg van alapítva intelligens érzékelők és elemző eszközök, amelyek nyomon követik, összehangolják és javítják az összes munkafolyamatot, és egy magasabb szintű rendszerszemlélet részét képezik.
Az intelligens érzékelők lehetővé teszik a csatlakoztatott motorok motorszintű elemzését.A modern inverterekhez általában egyáltalán nincs szükség további külső érzékelőkre, mert vagy közvetlenül fel vannak szerelve velük, vagy közvetlenül kiértékelhetnek bizonyos rendszerparamétereket és továbbíthatják azokat.
Az egyes hajtáselemek virtuális szimulációjával már a tervezési szakaszban is észlelhetők a kiválasztási és méretezési hibák. Az útközbeni adatgyűjtés és -elemzés a felhőhöz és a végpontokig terjedő ipari alkalmazásokhoz való csatlakozás révén lehetővé válik. A gyártásban a digitális meghajtómegoldások segítenek a lehetséges problémák korai felismerésében, és így megelőzik a meghibásodásokat.
A meghajtó egyes összetevőiből származó adatok gyűjtése a meghajtóval nem kapcsolatos közvetett hatásokat is feltárhat. Ily módon lehetőség nyílik egy összekapcsolt rendszer teljes működésének folyamatos optimalizálására – egyszerűen és speciális ismeretek nélkül.
Közvetlenül a gyártásban szerzett tapasztalatok alapján elmondható, hogy akár 10% energia takarítható meg az intelligens szenzorok és az összetett folyamatokból származó adatelemző alkalmazások használatával. Az IIoT hálózaton alapuló speciális For prevenciós szolgáltatásoknak köszönhetően az alkatrészek élettartama akár 30%-kal, teljesítményük pedig 8-12%-kal növelhető.