Moderné energeticky účinné elektrické pohony — trendy a perspektívy

Moderné elektropohony majú pri svojej prevádzke množstvo možností výrazných úspor. S účinnými motormi, vhodnými meničmi a pokročilými aplikáciami IIoT (priemyselný internet vecí) bude využívanie zdrojov efektívnejšie a náklady na životný cyklus sa môžu znížiť.

Približne 80 % všetkej energie spotrebovanej súčasnými elektrickými pohonmi pochádza zo stredne veľkých elektromotorov, ktoré vo všeobecnosti nie sú podľa súčasných noriem energeticky účinné a ktoré sú pre danú aplikáciu typicky predimenzované.

Náklady na energiu spotrebovanú motorom počas jeho životnosti predstavujú až 97 % celkových prevádzkových nákladov. Preto je hľadanie riešenia, ktoré maximalizuje účinnosť elektromotorov, ekonomické aj ekologické.

Dnes sa stretávame elektrické pohony takmer v každej fáze, najmä v priemysle a stavebníctve, napríklad v čerpadlách, kompresoroch a klimatizačných systémoch, žeriavoch, výťahoch a dopravných pásoch.

Priemysel zároveň tvorí viac ako tretinu svetovej spotreby elektriny, z čoho takmer 70 % tohto podielu pripadá na elektromotory. Budovy predstavujú ďalších 30 % celosvetovej spotreby elektriny, pričom elektromotory tvoria 38 % tohto podielu.

A dopyt sa zvyšuje: predpokladá sa, že súčasná globálna ekonomická produkcia sa do roku 2050 zdvojnásobí. Zároveň sa zvýši dopyt po elektrických pohonoch. Zároveň otvorí priestor na šetrenie prostredníctvom inteligentných systémových riešení. Nedávne štúdie ukazujú, že kúpou nového elektrického pohonu možno ušetriť v priemere až 30 % nákladov na energiu.

Podľa parížskej klimatickej dohody z roku 2015 sa 196 krajín zaviazalo spomaliť globálne otepľovanie. Proti tomu však stoja megatrendy ako urbanizácia, mobilita a automatizácia, ktoré nevyhnutne zvyšujú dennú spotrebu energie.

Úsilie o zlepšenie energetickej účinnosti sa teraz stalo hlavným cieľom praktickej implementácie Parížskej dohody. Nové smernice o ekonomickej prevádzke elektromotorov sa zavádzajú po celom svete – napríklad v Európskej únii, USA či Číne.

Najmä nové európske smernice stanovujú cieľ znížiť emisie CO2 o 40 miliónov ton do roku 2030. Prostriedkom na dosiahnutie tohto cieľa musí byť povinné zavedenie nákladovo efektívnych technológií. Čína chce do roku 2025 znížiť spotrebu energie o 13,5 % HDP a emisie CO22 o 18 %.

Sieťové riešenia a starostlivá analýza systémových údajov sú najlepšími riešeniami na zlepšenie energetickej účinnosti na skutočne udržateľnú úroveň.

Vôbec ale nie je nutné v každej situácii okamžite kupovať nové systémy. Dokonca aj staré môžu byť často upravené tak, aby boli energeticky efektívne so správnym príslušenstvom.

Moderné invertory (frekvenčné meniče) a vysokoúčinné motory dokážu ušetriť až 30 % energie v typických priemyselných aplikáciách, ako sú čerpadlá, ventilátory alebo kompresory, v porovnaní s tradičnými neregulovanými systémami.

Prípadové štúdie ukazujú, že tieto úspory možno zvýšiť na 45 % začlenením optimalizovaného riešenia pohonu, v tomto prípade čerpadla.

Súčasťou systému je menič, ktorý zaisťuje energetickú účinnosť pohonu aj pri čiastočnom zaťažení tým, že prispôsobuje otáčky a krútiaci moment aktuálnym požiadavkám na zaťaženie. To znamená, že každá aplikácia je vždy vyladená na výkon, ktorý potrebuje.

Čím špecifickejšie a rozmanitejšie sú aplikácie a komponenty, tým zložitejší môže byť celý systém. Najmä v priemyselnom prostredí je preto potrebné voliť prístupy, ktoré detailne zohľadňujú systém so všetkými jeho interakciami a synergickými efektmi a dokážu ho optimálne zladiť.

Je založená inteligentných senzorov a analytické nástroje, ktoré sledujú, zosúlaďujú a zlepšujú všetky pracovné postupy a sú súčasťou systémového prístupu vyššej úrovne.

Inteligentné senzory umožňujú analyzovať pripojené motory na úrovni motora.Moderné meniče väčšinou vôbec nepotrebujú prídavné externé snímače, pretože sú nimi buď priamo vybavené, alebo môžu priamo vyhodnocovať určité parametre systému a prenášať ich.

Už vo fáze plánovania je možné pomocou virtuálnej simulácie jednotlivých komponentov pohonu zistiť chyby výberu a dimenzovania. Zhromažďovanie a analýza údajov na cestách je umožnená prostredníctvom pripojenia ku cloudu a komplexným priemyselným aplikáciám. Vo výrobe pomáhajú riešenia digitálnych pohonov včas identifikovať potenciálne problémy, a tak predchádzať poruchám.

Zhromažďovanie údajov z jednotlivých komponentov pohonu môže odhaliť aj nepriame účinky, ktoré s pohonom nesúvisia. Takto je možné kontinuálne optimalizovať celú prevádzku prepojeného systému — jednoducho a bez špeciálnych znalostí.

Na základe skúseností priamo vo výrobe možno povedať, že až 10 % energie sa dá ušetriť používaním inteligentných senzorov a aplikácií na analýzu dát z komplexných procesov. Vďaka špeciálnej službe Pre prevenciu založenej na sieti IIoT sa životnosť komponentov môže zvýšiť až o 30% a ich výkon môže byť zvýšený o 8-12%.