O zużyciu energii decyduje więcej niż sam silnik

Napędy elektryczne należą do największych odbiorców energii w przemyśle. Zasilają pompy, wentylatory, sprężarki, przenośniki, mieszadła, obrabiarki oraz wiele urządzeń pomocniczych, bez których produkcja nie mogłaby funkcjonować. W praktyce oznacza to, że niemal w każdym zakładzie istnieje potencjał oszczędności.

Nie zawsze znajduje się on jednak tam, gdzie szuka się go w pierwszej kolejności. Naturalnym odruchem jest porównanie klas sprawności silników i wymiana starszych jednostek na modele IE3 lub IE4. Taka modernizacja bywa uzasadniona, ale sama sprawność silnika opisuje tylko jeden fragment łańcucha przemiany energii.

Kompletny układ obejmuje zasilanie, przekształtnik częstotliwości, silnik, sprzęgło, przekładnię, elementy transmisji oraz maszynę roboczą. O zużyciu energii decydują także sposób regulacji, profil obciążenia, stan mechaniczny instalacji i organizacja pracy.

Najpierw pomiar, później inwestycja

Audyt energetyczny napędów nie powinien zaczynać się od katalogu nowych urządzeń. Najpierw trzeba ustalić, jak instalacja rzeczywiście pracuje.

Gdzie najczęściej ucieka energia?

Energia tracona w układach napędowych rzadko znika w jednym spektakularnym miejscu. Zwykle rozprasza się po trochu: w przewymiarowaniu, dławieniu, tarciu, nadmiernej prędkości, źle dobranym przełożeniu, pracy bez obciążenia i rosnących oporach mechanicznych.

Największy potencjał, ale nie w każdej aplikacji

Zastosowanie przemiennika częstotliwości pozwala dopasować prędkość silnika do bieżącego zapotrzebowania procesu. W pompach i wentylatorach odśrodkowych nawet niewielkie ograniczenie prędkości może znacząco zmniejszyć zapotrzebowanie na moc.

Trzeba jednak uwzględnić charakterystykę instalacji. Jeżeli układ musi pokonać dużą wysokość statyczną, utrzymać stałe ciśnienie technologiczne albo pracuje blisko minimalnej wydajności, prosty rachunek oparty na trzeciej potędze prędkości może być zbyt optymistyczny.

Ważne: przemiennik częstotliwości nie jest uniwersalnym źródłem oszczędności. Przy stałej prędkości i niezmiennym obciążeniu może wprowadzać dodatkowe straty. Decyzja o jego montażu powinna wynikać z profilu pracy maszyny, a nie z założenia, że falownik automatycznie poprawia efektywność każdej aplikacji.

Procenty sprawności pracują przez tysiące godzin

Różnice między klasami sprawności silników mogą wyglądać niepozornie, jeśli porównujemy tylko kilka punktów procentowych. W zakładzie pracującym w ruchu ciągłym nawet niewielka poprawa ma jednak znaczenie, ponieważ energia zużywana w całym cyklu życia wielokrotnie przewyższa cenę zakupu urządzenia.

Podobnie jest z przekładnią. Bywa postrzegana głównie jako element dopasowujący prędkość i moment, ale w rzeczywistości jej typ, przełożenie, obciążenie, smarowanie i stan techniczny bezpośrednio wpływają na rachunek za energię.

Przekładnia ślimakowa, walcowa czy stożkowa?

W przekładniach zębatych walcowych i stożkowych sprawność pojedynczego stopnia jest na ogół wysoka, ale straty kumulują się wraz z liczbą stopni. W przekładniach ślimakowych mogą być znacznie większe, szczególnie przy dużych przełożeniach i niekorzystnych warunkach pracy. Zmiana typu przekładni może więc przynieść zauważalne oszczędności, ale wymaga analizy gabarytów, momentu, położenia wałów, hałasu i odporności na obciążenia.

Mechanika zdradza straty wcześniej niż licznik

Wzrost poboru energii często jest pierwszym sygnałem pogarszającego się stanu technicznego. Maszyna nadal realizuje zadanie, ale potrzebuje do tego większej mocy. Dlatego działania niezawodnościowe i działania energetyczne powinny być traktowane wspólnie.

Rachunek za energię pokazuje wynik, ale nie pokazuje przyczyny

Do skutecznego zarządzania potrzebna jest wiedza na poziomie linii, instalacji, a w przypadku największych odbiorników - pojedynczego urządzenia. Pierwszym krokiem powinno być zestawienie istotnych napędów wraz z mocą, funkcją, rocznym czasem pracy, sposobem regulacji i znaczeniem dla procesu.

Najbardziej miarodajne są wskaźniki odnoszące energię do efektu procesu: kilowatogodziny na metr sześcienny przepompowanej cieczy, tonę produktu, metr przeniesionego materiału czy godzinę efektywnej pracy maszyny.

Od najtańszych działań do dużych inwestycji

Najkrótszego okresu zwrotu nie zawsze należy szukać w dużych inwestycjach. Często najlepszy efekt przynosi uporządkowanie nastaw, wyeliminowanie pracy jałowej, ograniczenie dławienia, usunięcie obejść i nadmiernych ciśnień.

Najtańsza energia to ta, której nie trzeba zużyć

Największych oszczędności należy szukać tam, gdzie spotykają się trzy elementy: duża moc, długi czas pracy oraz niedopasowanie do rzeczywistego zapotrzebowania. Czasem będzie to stary silnik, częściej - niewłaściwa regulacja pompy, przewymiarowana przekładnia, praca jałowa lub rosnące opory mechaniczne.

Rolą nowoczesnego zakładu jest te straty zobaczyć, zmierzyć, a następnie usuwać w kolejności wynikającej z danych. Dopiero spojrzenie na cały system pozwala rozstrzygnąć, która inwestycja rzeczywiście zmniejszy rachunki i poprawi efektywność energetyczną produkcji.