Η χρήση ηλεκτρικών κινητήρων χαμηλών απωλειών δεν είναι μόνο θέμα κανονισμών, αλλά μπορεί να οδηγήσει μία βιομηχανία σε μείωση τους κόστους ενέργειας και γρήγορη απόσβεσης της επένδυσης.
Εδώ και αρκετά χρόνια υπάρχουν κανονισμοί από την Ευρωπαϊκή Ένωση, σχετικά με τη χρήση ηλεκτρικών κινητήρων υψηλής ενεργειακής κλάσης, αλλά η εμπειρία δείχνει ότι σε μεγάλο βαθμό οι τελικοί πελάτες εστιάζουν περισσότερο στην τιμή αγοράς του ηλεκτρικού κινητήρα και όχι στην εξοικονόμηση ενέργειας. Ωστόσο, με την αύξηση της τιμής της κιλοβατώρας που παρατηρείται τους τελευταίους μήνες, αυτό αρχίζει να αλλάζει και ήδη υπάρχουν επιτυχημένα παραδείγματα χρήσης τέτοιων κινητήρων.

Πιο συγκεκριμένα, από την 1η Ιουλίου 2021 είναι σε εφαρμογή η οδηγία 2019/1781, η οποία ορίζει θέματα πάνω στους ηλεκτρικούς κινητήρες και τους ρυθμιστές στροφών. Δεν θα μπούμε σε λεπτομέρειες σχετικά με το τι προβλέπει, λόγω περιορισμένου χώρου του άρθρου. Ωστόσο, για τους ασύγχρονους τριφασικούς κινητήρες από 0,75kW έως 1000kW, που είναι και οι περισσότεροι εγκατεστημένοι κινητήρες, θα πρέπει να είναι κλάσης τουλάχιστον ΙΕ3.

Από τον Ιούλιο του 2023, όλοι οι κινητήρες από 75kW έως 200kW, θα πρέπει να είναι βαθμού απόδοσης τουλάχιστον ΙΕ4. Να αναφέρουμε εδώ ότι οι κλάσεις είναι από ΙΕ1 (Standard Efficiency) έως ΙΕ5 (Ultra Premium Efficiency). Άρα οποιαδήποτε νέα αγορά κινητήρα αυτής της κατηγορίας θα πρέπει να είναι ΙΕ3, ΙΕ4 ή ΙΕ5. Η Ευρωπαϊκή Ένωση εστιάζει στην εξοικονόμηση ενέργειας των ηλεκτρικών κινητήρων, καθώς υπολογίζεται ότι στις χώρες μέλη της υπάρχουν περίπου 8 δισεκατομμύρια ηλεκτρικοί κινητήρες, οι οποίοι καταναλώνουν σχεδόν το 50% της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας. Οι απαιτήσεις για τη μείωση απωλειών των ηλεκτρικών κινητήρων υπολογίζεται ότι έως το 2030 θα μειώσουν την κατανάλωση ενέργειας κατά 110TWh.

Οι κανονισμοί γενικά προβλέπουν εξαιρέσεις, οι οποίες αφορούν ειδικούς κινητήρες ή ειδικές συνθήκες. Ενδεικτικά, αυτό μπορεί να γίνει αν υπάρχουν ακόμα αποθέματα σε κινητήρες ΙΕ1 ή αν η εφαρμογή έχει κύκλο λειτουργίας S2, δηλαδή ο κινητήρας λειτουργεί για λίγο χρόνο με μεγάλα διαστήματα μέχρι την επανεκκίνησή του. Πολλοί κατασκευαστές ή έμποροι εκμεταλλεύονταν αυτές τις εξαιρέσεις, προκειμένου να έχουν ανταγωνιστικό πλεονέκτημα με τη χαμηλή τιμή ενός κινητήρα ΙΕ1. Ωστόσο, με την αύξηση του κόστους ενέργειας τους τελευταίους μήνες, η επιλογή ενός ηλεκτρικού κινητήρα χαμηλών απωλειών δεν είναι μόνο θέμα κανονισμών, όπως είπαμε παραπάνω, αλλά μπορεί να μειώσει σημαντικά το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ η αποπληρωμή του πρόσθετου κόστους για ένα κινητήρα ΙΕ3 ή ΙΕ4 να είναι θέμα μερικών μηνών.

Για να γίνουν πιο κατανοητά τα παραπάνω, θα αναφέρουμε πρακτικό παράδειγμα, από μία από τις εφαρμογές, οι οποίες έχουν υλοποιηθεί τους τελευταίους μήνες. Σε μία τέτοια περίπτωση, είχαμε κινητήρα ισχύος 110kW, ο οποίος λειτουργεί όλο το έτος. Περίπου 18 ώρες στο εικοσιτετράωρο λειτουργεί σε πλήρες φορτίο και 6 ώρες στο 75% του φορτίου. Με ένα υποτιθέμενο κόστος κιλοβατώρας 0,1€, ο χρόνος αποπληρωμής της επένδυσης για κινητήρα κλάσης ΙΕ3 είναι 2,75 έτη, ενώ για τον ΙΕ4 είναι μόλις 2,26 έτη. Αυτό αφορά στην περίπτωση που αντικαθιστούμε έναν κινητήρα ΙΕ1 με έναν καινούριο, άρα ο χρόνος αποπληρωμής αφορά στο συνολικό κόστος του κινητήρα. Ωστόσο, αν πρόκειται για νέα εγκατάσταση κινητήρα, οπότε θα έχουμε και το κόστος αγοράς του ΙΕ1, τότε η διαφορά στην τιμή των δύο κινητήρων και η αποπληρωμή του πρόσθετου ποσού γίνεται σε λίγους μόλις μήνες.

Υπολογισμός της εξοικονόμησης ενέργειας
Συνήθως το ερώτημα από τις βιομηχανίες είναι με ποιο τρόπο θα υπολογιστεί η εξοικονόμηση ενέργειας και πως θα διασφαλιστεί ότι αυτό θα επιτευχθεί. Η διαφορά στην απόδοση των κινητήρων δίνεται από τους κατασκευαστές, θα πρέπει όμως να συμπεριλάβουμε και άλλες παραμέτρους στον υπολογισμό:
• Σε τι ποσοστό του πλήρους φορτίου λειτουργεί ο κινητήρας. Αυτό αλλάζει την ενέργεια που απαιτείται, όπως επίσης αλλάζει και η απόδοση του κινητήρα.
• Πόσες ώρες το χρόνο λειτουργεί ο κινητήρας. Προφανώς θα πρέπει να εστιάσουμε σε κινητήρες που λειτουργούν πολλές ώρες.
• Το κόστος της κιλοβατώρας. Με τα νέα δεδομένα έχουμε δει περίπτωση εργοστασίου στο οποίο το κόστος της κιλοβατώρας ξεπερνάει τα 0,15€. Με αυτή την τιμή, η αποπληρωμή της επένδυσης για το παράδειγμα που αναφέρθηκε, θα είναι περίπου 18 μήνες.
Δεν χρειάζεται να κάνουμε υπολογισμούς, καθώς πλέον οι μεγάλοι κατασκευαστές έχουν έτοιμα δωρεάν online εργαλεία για να εξάγουμε την απόδοση της επένδυσης. Ενδεικτικά, μπορούμε να αναφέρουμε τις εταιρείες Siemens και ΑΒΒ, όπου μπορούμε εύκολα και γρήγορα στις ιστοσελίδες τους να περάσουμε τα στοιχεία, ώστε να υπολογίσουμε το χρόνο αποπληρωμής της επένδυσης.
Στα πλαίσια της αντικατάστασης του κινητήρα μπορούν να εξεταστούν και πρόσθετες επιλογές, όπως για παράδειγμα αισθητήρια που καταγράφουν στοιχεία λειτουργίας του κινητήρα (π.χ. θερμοκρασία, κραδασμούς κ.λπ), με τα οποία μέσω εφαρμογών cloud μπορεί ο χρήστης να παρακολουθεί την κατάσταση του κινητήρα και εφόσον υπάρχει πιθανότητα σφάλματος να προχωράει σε προληπτική συντήρηση, ώστε να αποφεύγει το κόστος μίας μη προγραμματισμένης διακοπής της παραγωγής λόγω βλάβης.

Κινητήρες ενεργειακής κλάσης ΙΕ5
Το επόμενο βήμα στην εξοικονόμηση ενέργειας των ηλεκτρικών κινητήρων είναι η κλάση ΙΕ5, με την τεχνολογία Synchronous Reluctance. Στην πραγματικότητα η αρχή λειτουργίας είναι σχεδόν έναν αιώνα παλιά. Ο δρομέας δεν έχει τυλίγματα ή μόνιμους μαγνήτες, με αποτέλεσμα να έχει πολύ μικρότερες απώλειες. Αυτό έχει σαν συνέπεια την ακόμα καλύτερη ενεργειακή απόδοση. Επίσης, οι μικρότερες απώλειες συνεπάγονται και μικρότερη αύξηση της θερμοκρασίας, άρα μικρότερες καταπονήσεις στο υλικό, μειωμένες ανάγκες σε συντήρηση και μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.
Η εξοικονόμηση ενέργειας μπορεί να γίνει ακόμα μεγαλύτερη για εφαρμογές αντλιών και ανεμιστήρων με τη χρήση ρυθμιστή στροφών, ο οποίος όπως αναφέραμε είναι απαραίτητος για κινητήρες ΙΕ5. Αν λειτουργήσουμε τον κινητήρα σε χαμηλότερες στροφές από τις ονομαστικές, τότε η κατανάλωση ενέργειας μειώνεται εκθετικά. Η συνολική εξοικονόμηση μπορεί να μεταβάλλεται ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της κάθε εφαρμογής, αλλά σε γενικές γραμμές αν μειώσουμε τη ροή υγρού ή αερίου κατά 20%, τότε η κατανάλωση ενέργειας μειώνεται κατά 50%. Σε εφαρμογή κινητήρα 15kW σε ανεμιστήρα, η χρήση κινητήρα ΙΕ5 κατέληξε σε αποπληρωμή της επένδυσης σε περίπου 10 μήνες.
Το συμπέρασμα από τις μελέτες ενεργειακής αναβάθμισης κινητήρων είναι ότι εκτός από την απαίτηση των κανονισμών, η χρήση κινητήρων υψηλής ενεργειακής κλάσης μπορεί να έχει οικονομικά οφέλη για μια επιχείρηση. Με τα online εργαλεία μπορούν οι μηχανικοί να καταλήξουν ποιους κινητήρες αξίζει να αντικαταστήσουν με ενεργειακά αποδοτικότερους. •

Κωνσταντίνος Κανελλάκης, Υπεύθυνος του τμήματος Βιομηχανίας και Ναυτιλίας της Καυκάς Α.Ε.

«Η ΕΕ εστιάζει στην εξοικονόμηση ενέργειας των ηλεκτρικών κινητήρων, καθώς υπολογίζεται ότι στις χώρες μέλη της υπάρχουν περίπου 8 δισεκατομμύρια ηλεκτρικοί κινητήρες, οι οποίοι καταναλώνουν σχεδόν το 50% της παραγόμενης ηλεκτρικής ενέργειας»