Przeczytaj wywiad z Michaelem Björkmanem, dyrektorem technicznym (Dział Marketingu, Danfoss Drives).
Dlaczego silniki mają tak duże znaczenie w zmniejszaniu emisji dwutlenku węgla w europejskim systemie energetycznym?
Układy silnikowe zużywają przeszło połowę wytwarzanej na świecie energii elektrycznej, więc ich sprawność ma kluczowe znaczenie dla analiz dotyczących możliwości przyszłego oszczędzania energii. Elementy układów silnikowych (silniki i napędy o zmiennej prędkości obrotowej) już teraz mają przyzwoity współczynnik sprawności. Sprawność silników musi spełniać lub przekraczać wymagania podane w normie IEC 60034-30. Sprawność napędów o zmiennej prędkości obrotowej potrafi przekroczyć 96%, a ponieważ wyższa sprawność tych urządzeń energoelektronicznych oznacza mniejsze straty, same urządzenia mogą mieć coraz mniejsze rozmiary.
Trzeci istotny element układu silnikowego (napędzane urządzenie) daje możliwość zwiększenia oszczędności energii o przynajmniej rząd wielkości. Najczęściej stosowanym mechanizmem sterowania jest redukcja dopływu paliwa, ale powoduje ona znaczne straty energii. Zdecydowanie prostszym i wydajniejszym energetycznie rozwiązaniem jest spowolnienie maszyny. Pompy i wentylatory są najlepszymi kandydatami do tego typu operacji — spowolnienie pompy o 20% spowoduje spadek natężenia przepływu o 20%, ale moc wymagana do napędzenia układu może w takim przypadku spaść o prawie 50%.
Metodologia rozszerzonego podejścia wyrobu zdefiniowana w normach (IEC 61800-9-2/EN 50598-2) pomaga klientom określić ilościowo potencjalne oszczędności energetyczne.
W jaki sposób Europa może zapewnić sobie pozycję lidera na polu sprawności układów silnikowych?
Europa czynnie uczestniczy w ustalaniu norm dotyczących sprawności układów silnikowych. Normy z serii EN 50598 — określające sposób wyznaczania sprawności układów napędzanych silnikami — zostały opublikowane w 2016 r., a następnie przekształciły się w światowe normy z serii IEC 61800-9. Mamy już podstawę do wprowadzenia potencjalnych regulacji prawnych dotyczących wymogów odnośnie sprawności. Działanie napędzanej maszyny jest określone w normach ISO, a niebawem ukażą się pierwsze projekty norm dla pomp.
Wymogi dotyczące sprawności podane w czekającej na publikację dyrektywie Lot 30 są dobrym początkiem, ale odnoszą się wyłącznie do silników i napędów o zmiennej prędkości obrotowej, a nie do całego układu, a to właśnie jest kluczem do osiągnięcia odpowiedniej efektywności energetycznej.
W jaki sposób gospodarka cyfrowa i gospodarka okrężna wpłyną na sektor silników?
Wpływ gospodarki okrężnej będzie widoczny, szczególnie od strony silników. W tym przypadku wyzwanie polega na osiągnięciu równowagi między wymaganiami dotyczącymi sprawności i materiałów — silniki budowane z myślą o pracy z większą sprawnością będą zawierać więcej materiału.
W przypadku zwykłego silnika asynchronicznego jego sprawność można zwiększyć, zwiększając jego rozmiar lub zmieniając zastosowany materiał magnetyczny. Silniki według innych projektów, na przykład silniki z magnesami trwałymi, podnoszą sprawność układu kosztem droższego wykonania i droższych materiałów. Takie konstrukcje wymagają także użycia napędu o zmiennej prędkości obrotowej, co powoduje dodatkowe straty.
CZYTAJ TAKŻE: Spółki Skarbu Państwa podpisały porozumienia o współpracy w zakresie elektromobilności
Wpływ gospodarki okrężnej na sprawność napędu o zmiennej prędkości obrotowej jest nieco inny. Spadek sprawności napędu w znacznym stopniu wpływa na rozmiar produktu. Straty można zredukować, stosując nowszą technologię. Rozwiązanie to nie zależy od zastosowanego materiału, jak miało to miejsce w przypadku silnika. Zmniejszenie rozmiaru przełoży się zatem na ilość materiału zużytego do produkcji.
Niestety materiały, z których wykonuje się napędy o zmiennej prędkości obrotowej, nie podlegają tak łatwo procesom recyklingu. To z kolei zmusza nas do zintensyfikowania badań nad ekonomicznymi sposobami odzyskiwania rzadkich i drogich materiałów wykorzystanych do budowy takich napędów. Napędy o zmiennej prędkości obrotowej są z definicji urządzeniami cyfrowymi i zawsze będą działać w charakterze inteligentnych czujników umieszczonych blisko procesu, co z kolei otwiera nowe możliwości optymalizacji zużycia energii już na poziomie całego układu.
Wytwarzanie energii ze zmiennych odnawialnych źródeł energii spowodowało, że konieczne jest utworzenie inteligentnej sieci oferującej zwiększoną elastyczność. W jaki sposób układy silnikowe mogą stać się odpowiedzią na to zapotrzebowanie elastyczności?
Większość układów silnikowych jest sterowana określonymi parametrami systemowymi i, o ile się to nie zmieni, ich wkład w tworzenie sieci o dużej elastyczności będzie niewielki. Jednak znamy wiele przypadków zastosowań takich układów, którym stawia się dużo mniej restrykcyjne wymagania Przykładowo w systemie HVAC dopuszcza się redukcję prędkości obrotowej wentylatora, jeśli do systemu nie można podać odpowiedniej mocy. Taka zmiana nie będzie miała bezpośredniego przełożenia na samopoczucie osób znajdujących się w pobliżu.
CZYTAJ TAKŻE: Kto w Polsce chce kupić samochód elektryczny?
Podobnie niektóre układy pomp można wyłączyć, jeśli stawiane im wymagania są niskie, i nie wpłynie to na komfort użytkowników (jeśli w wieży ciśnień znajduje się odpowiednio duży zapas wody, przez pewien czas nie trzeba pompować do niej nowej). Ostatecznie okazuje się, że elastyczność zapotrzebowania jest związana z rodzajem zastosowania (stopniem jego elastyczności), a układ napędzany silnikiem pozwala w prosty sposób pogodzić sterowanie systemowe z zapotrzebowaniem ze strony sterownika.
CZYTAJ TAKŻE: Samochody elektryczne. Zobacz raport
