How significant is the energy saving effect of an IE3 Motor compared to an IE2 Motor?

W zastosowaniach przemysłowych i komercyjnych silniki elektryczne są znaczącymi konsumentami energii elektrycznej. Biorąc pod uwagę globalny nacisk na oszczędzanie energii i redukcję emisji gazów cieplarnianych, zrozumienie wpływu wydajności silnika staje się niezwykle istotne. Przejście z silników IE2 na IE3 stanowi znaczący skok technologiczny, mający wpływ na koszty operacyjne, cele środowiskowe i zgodność z przepisami. W artykule zbadano namacalne różnice w oszczędności energii pomiędzy tymi dwiema klasami silników.

Zrozumienie klasyfikacji silników IE2 i IE3

Międzynarodowa Komisja Elektrotechniczna (IEC) ustanawia globalne standardy sprawności silników, znane jako Międzynarodowe klasy efektywności (IE). Klasyfikacje te pomagają użytkownikom porównać wydajność silników elektrycznych na podstawie ich zużycia energii.

• Silniki IE2: modele IE2, oznaczone jako silniki o „wysokiej wydajności”, oferują znaczną poprawę w porównaniu z podstawowymi silnikami IE1 (o standardowej wydajności). Są one zwykle używane w zastosowaniach, w których pożądane są oszczędności energii, ale mogą nie być głównym czynnikiem decydującym, często reprezentującym równowagę między wydajnością a kosztami początkowymi.

• Silniki IE3 : Sklasyfikowane jako silniki „Najwyższa wydajność”, jednostki IE3 zapewniają wyższy poziom efektywności energetycznej w porównaniu z modelami IE2. Ulepszenie to osiągnięto dzięki zaawansowanym technikom projektowania, takim jak zoptymalizowana konstrukcja wirnika i stojana, oraz zastosowaniu materiałów wyższej jakości, które zmniejszają straty energii podczas pracy. Udoskonalenie silników IE3 jest tak duże, że stały się one obowiązkowym wymaganiem minimalnym w wielu regionach, w tym w Unii Europejskiej, dla większości silników o mocy od 0,75 do 375 kW.

Ilościowe określenie różnicy w efektywności energetycznej

Podstawowa różnica między silnikami IE2 i IE3 polega na ich wydajności konwersji energii. Sprawność, oznaczona grecką literą Eta (η), oblicza się jako stosunek mechanicznej mocy wyjściowej do elektrycznej mocy wejściowej. Nawet niewielki procentowy wzrost tej wartości przekłada się na znaczną oszczędność energii.

• Luka w wydajności: Wzrost wydajności od IE2 do IE3 różni się w zależności od mocy i prędkości silnika. Na przykład 4-biegunowy silnik o mocy 1,1 kW pracujący przy 50 Hz ma minimalną sprawność IE2 wynoszącą 84,1%, podczas gdy silnik IE3 o tej samej specyfikacji musi osiągnąć co najmniej 85,6%. W mocniejszym przykładzie 2-biegunowy silnik o mocy 200 kW przy 50 Hz ma sprawność IE2 wynoszącą 95,3% w porównaniu ze sprawnością IE3 wynoszącą 95,8%. Ta luka, choć pozornie niewielka, ma ogromny wpływ na zużycie energii w czasie.

• Rzeczywiste oszczędności energii: Oszczędności energii najlepiej zilustrować przykładem. Jedna z analiz sugeruje, że zastąpienie silnika IE2 silnikiem IE3 na przenośniku taśmowym pracującym 3500 godzin rocznie mogłoby zaoszczędzić około 1580 kWh rocznie. W bardziej intensywnym studium przypadku dotyczącym zastosowań pompowych wymiana silnika IE2 na model IE3 przyniosła całkowite oszczędności na poziomie 82,4 MWh w ciągu 20 lat.

Koszty operacyjne i wpływ na środowisko

Podstawową motywacją do modernizacji silników na silniki o wyższej wydajności jest często redukcja długoterminowych kosztów operacyjnych i wpływu na środowisko.

• Obniżenie całkowitego kosztu posiadania (TCO): w przypadku silnika elektrycznego zużycie energii może stanowić do 97% jego całkowitego kosztu posiadania, przewyższając początkową cenę zakupu (około 1%) i koszty konserwacji (około 2%). Dlatego bardziej wydajny silnik, który obniża zużycie energii elektrycznej, bezpośrednio atakuje największą część jego kosztów w całym okresie użytkowania. Oszczędności na kosztach energii mogą zapewnić okres zwrotu początkowej inwestycji w silnik IE3, który zwykle wynosi od 1,4 do 5,2 roku, po czym oszczędności bezpośrednio przyczyniają się do zmniejszenia kosztów operacyjnych.

• Obniżanie emisji dwutlenku węgla: Zużywając mniej energii elektrycznej, silniki IE3 pośrednio zmniejszają emisję gazów cieplarnianych z elektrowni. Szacuje się, że przejście na silniki o sprawności premium IE3 mogłoby pomóc dużej gospodarce, takiej jak Indie, zaoszczędzić około 9 000 GWh energii rocznie, znacząco przyczyniając się do osiągnięcia celów w zakresie redukcji emisji gazów cieplarnianych. Na mniejszą skalę we wspomnianym wyżej studium przypadku zastosowania pompowania odnotowano redukcję emisji CO2 o 3,78 tony rocznie .

Trendy regulacyjne i kwestie aplikacyjne

Globalny krajobraz regulacyjny w coraz większym stopniu faworyzuje silniki o wyższej wydajności, czyniąc IE3 nowym punktem odniesienia dla wielu branż.

• Globalna zmiana regulacyjna: Wiele rozwiniętych gospodarek zdecydowało się na uczynienie silników IE3 prawnym minimum. Na przykład rozporządzenie Unii Europejskiej dotyczące ekoprojektu wprowadziło obowiązek IE3 dla większości silników o mocy od 0,75 kW do 375 kW w 2021 r. (z pewnymi wyjątkami wymagającymi IE2 w połączeniu z przemiennikiem częstotliwości). Trend ten znajduje odzwierciedlenie w innych częściach świata, popychając producentów i użytkowników końcowych w stronę rozwiązań Premium Efficiency.

• Wybór odpowiedniego silnika do zastosowania:

  • Silniki IE2 mogą być odpowiednim wyborem do zastosowań nieciągłych lub przy niewielkich obciążeniach, gdzie początkowe ograniczenia budżetowe są znaczne, lub w regionach o mniej rygorystycznych przepisach energetycznych.

  • Silniki IE3 są wskazane, gdy nacisk kładzie się na długoterminowe oszczędności energii i redukcję kosztów operacyjnych. Są szczególnie korzystne w środowiskach o wysokim zapotrzebowaniu na energię lub tam, gdzie silniki pracują w sposób ciągły, na przykład w systemach HVAC/R, zastosowaniach morskich, hydraulice przemysłowej i dużych zakładach uzdatniania wody.

Porównanie charakterystyk silnika IE2 i IE3

Oszczędność energii silnika IE3 w porównaniu z silnikiem IE2 jest istotna zarówno pod względem technicznym, jak i ekonomicznym. Aktualizacja do Premium Efficiency skutkuje wymiernie niższym zużyciem energii elektrycznej, co bezpośrednio przekłada się na zmniejszenie kosztów operacyjnych i mniejszy ślad węglowy. Chociaż początkowa inwestycja w silnik IE3 może być wyższa, zwrot z inwestycji w postaci oszczędności energii jest oczywisty, co czyni go rozsądnym finansowo i przyjaznym dla środowiska wyborem do ciągłych i wymagających zastosowań. Ponieważ przepisy światowe ewoluują w kierunku bardziej rygorystycznych standardów wydajności, przyjęcie technologii IE3 jest także krokiem w kierunku zapewnienia przyszłościowych operacji przemysłowych.