Elektromotory napájajú žrútov na diétu - WiWo
Elektromotory nájdete v kosačkách a práčkach - dokonca aj na výletných lodiach. Akokoľvek sú všestranné, plytvajú elektrickou energiou. Nové technológie by ich mali zvýšiť hospodárnosť.
Zvedavé reality prechodu energie
Je to ohromujúci rozdiel: keď politici a podnikatelia hovoria o budúcom zaobchádzaní s elektrinou v roku po transformácii energie, v diskusii dominujú veterné parky, elektrárne na plyn a vedenia vysokého napätia. Na druhú stranu bol úplne zabudnutý jeden z najdôležitejších nástrojov pre udržateľné napájanie: energetická účinnosť.
Federálna vláda vyhlásila hospodárne využitie elektriny a tepla za kľúčovú otázku svojej energetickej koncepcie a stanovila si za tým vysoké ciele: Do roku 2050 sa má spotreba ropy, plynu a uhlia v porovnaní s rokom 2008 znížiť na polovicu. Aby sa to dosiahlo, musela by sa energia v Nemecku každý rok využívať produktívnejšie o 2,1 percenta - čo je mamutia úloha.
Ale dá sa to. Najdôležitejším východiskovým bodom sú miliardy elektromotorov, ktoré nás obklopujú každú minútu každodenného života: v eskalátoroch, kosačkách na trávu a vo výťahoch. V továrňach, ako sú stredne veľké papierne, je až 3 000 elektrických pohonov. Aj výletné lode ako Aidamar sú poháňané naftovo-elektrickými motormi.
Elektrické elektrárne sú to, čo v prvom rade umožňuje náš moderný život. „V Nemecku je nainštalovaných 35 miliónov elektrických motorov,“ hovorí Reinhard Hüppe, výkonný riaditeľ pre automatizáciu priemyselného združenia ZVEI. A počíta iba tie stroje, ktoré hučia v priemysle, premávke a verejných zariadeniach.
Nižšia spotreba energie
Veľký problém: veľa z týchto elektrických zariadení pracuje strašne neefektívne. Zastaraná technológia, ovládacie prvky napájajúce energiu alebo straty výkonu v mechanike zbytočne zvyšujú hlad po energii.
Spotreba energie elektromotorov na celom svete v roku 2011 (v terawatthodinách, podľa priemyselných odvetví; podrobné zobrazenie získate kliknutím na grafiku).
Zdroj: Medzinárodná energetická agentúra, Statista
Je to gigantické. Podľa výpočtov Medzinárodnej energetickej agentúry (IEA) v Paríži predstavovala samotná spotreba elektrickej energie v elektrických pohonoch v priemysle v roku 2011 až takmer 4 500 terawatthodín (pozri grafiku). Celkovo elektromotory spotrebúvajú asi 45 percent všetkej vyrobenej elektriny na svete, určila IEA. „Sú najväčšími producentmi energie,“ uzavrel Joe Hogan, šéf švajčiarskej elektrotechnickej spoločnosti ABB.
Je preto zrejmé, že ak má energetický prechod uspieť a posledná jadrová elektráreň má byť do roku 2022 offline, nemôže ísť iba o vývoj nových - často regeneratívnych - zdrojov energie. Koniec koncov, slnko, vietor a vodná energia by sa mali do roku 2020 na dodávkach elektriny v Nemecku podieľať viac ako tretinou.
Je minimálne rovnako dôležité začať na druhom konci - v spotrebe elektrickej energie. V januári napríklad energetickí vedci v otvorenom liste adresovanom federálnej vláde varovali, že energetický prechod môže uspieť iba pri „trvalom znížení energetického dopytu“.
Techniky sú zavedené
K tomu je k dispozícii technológia: siaha od použitia inovatívnych typov motorov cez inteligentnejšie riadenie strojov, nové koncepcie pohonu a ekonomickejšie konštrukcie až po inštaláciu energeticky efektívnych materiálov. V závislosti od scenára aplikácie je možné znížiť spotrebu energie na jednotku o 40 až 50 percent.
Ale - to všetko sa stále používa príliš zriedka: „V jednej továrenskej hale je často nainštalovaných 500 elektromotorov,“ hovorí Claus Wieder, vedúci štandardných pohonov pre produktový manažment u výrobcu motorov SEW-Eurodrive v Bruchsale. „Vo väčšine spoločností nikto presne nevie, koľko motorov sa tam používa, koľko energie jednotlivé stroje spotrebujú a aké náklady je možné ušetriť pomocou účinnejších elektromotorov.“
Kto boduje v udržateľnosti
Drahá nevedomosť. Pretože podľa projekcií ZVEI by malo zmysel nahradiť 60 percent inštalovaných elektromotorov modernými pohonmi. „To by mohlo znížiť spotrebu elektriny v Nemecku o 38 miliárd kilowatthodín ročne,“ počíta expert ZVEI Hüppe. To zodpovedá kapacite jedenástich stredne veľkých blokov elektrární s výkonom každý 400 megawattov.
Úsporný program s dvojitým účinkom: Zároveň by sa znížili aj emisie oxidu uhličitého skleníkového plynu o približne 20 miliónov ton. To by boli takmer tri percentá ročných emisií CO2 v Nemecku.
Bezmyšlienkovité plytvanie elektrinou
Straty energie sú takmer všade. Pri pohľade na každodenný život sa každý môže sám presvedčiť, ako bezmyšlienkovite používame elektrinu - a zbytočne ňou plytvať. Vezmime si napríklad vysávač: Mnoho spotrebiteľov si myslí, že sací výkon závisí od príkonu zariadenia. Rozhodujúce však je, ako dobre sa využíva výkon motora. 500-wattové motory preto niekedy nasávajú lepšie ako 1 500-wattové zariadenia - len výrazne úspornejšie.
Zároveň je v záhradách rozruch. Nemeckí záhradnícki nadšenci strihajú živé ploty, kosia trávniky a čistia konáre na stromoch. A takmer pri všetkých prácach existujú stroje, ktoré hobby záhradníkovi uľahčujú prácu. Ale čo sa týka spotreby energie, deje sa toho málo.
Jednoduchý trik efektívnosti
Ako zbytočne niektoré zariadenia využívajú elektrinu, ukazujú nové kosačky na trávu, ktoré spoločnosť MTD zo Saarbrückenu uviedla na trh pod značkou „Wolf-Garten“. Na pokosenie trávnika s rozlohou 100 metrov štvorcových potrebujú bežné elektrické kosačky v priemere 160 watthodín.
S novými zariadeniami výrobca znížil požiadavku na 80 watthodín. Špecialista na záhradnú techniku to urobil jednoduchým trikom. „Zvyčajný univerzálny alebo asynchrónny motor sme nahradili pohonom s permanentným magnetom,“ hovorí Michael Simon, produktový riaditeľ MTD.
Tieto magnety sú vyrobené z permanentne magnetizovaného materiálu, ktorý pri prúdení elektriny rozbieha energeticky efektívny elektromotor.
Táto technológia je už zavedená v priemyselných motoroch. Naproti tomu sa zriedka používajú v strojoch na súkromné použitie. Pretože technológia šetrná ku klíme je o niečo nákladnejšia: „Univerzálny motor stojí osem až desať eur. Pohon kosačky na trávu s permanentnými magnetmi stojí dobrých 20 eur, “hovorí člen predstavenstva MTD Simon.
Mníchovské letisko je príkladom efektívnej spotreby energie: Keď cestujúci používajú eskalátor v Termináli 2, ich hmotnosť vedie k pohybu schodov
Zdroj: Flughafen München GmbH
Zdá sa však, že iba niekoľko technikov v priemysle hľadá spôsoby, ako získať kontrolu nad odpadom. Ušetria tým veľa peňazí: Podľa súčasných štúdií by spoločnosti mohli znížiť svoje náklady zhruba o desať miliárd eur ročne. Ciele efektívnosti energetického prechodu je možné dosiahnuť aj ľahšie, pretože iba v Nemecku spotrebúva priemysel 40 percent elektrickej energie. Z toho dve tretiny tvoria elektromotory.
Napriek tomu dopyt po energeticky úsporných motoroch ťažko rastie. Najmä malé a stredné spoločnosti sa často veľmi nezaoberajú tým, koľko elektriny v ich závodoch sa míňa. Výkonný riaditeľ ZVEI Hüppe preto požaduje, aby spoločnosti nielen sledovali vyššiu kúpnu cenu, ale tiež museli brať do úvahy celkové náklady počas životnosti motora.
Výpočet, ktorý by zvládol každý absolvent podniku v prvom semestri: Elektrické pohony v priemyselných podnikoch fungujú niekedy 20 až 30 rokov, často 16 až 20 hodín denne a 300 dní v roku. „Elektrina všeobecne predstavuje viac ako 90 percent nákladov na životný cyklus elektromotora,“ hovorí Jörg Hassmann, vedúci produktového manažmentu nízkonapäťových motorov v elektronickej skupine Siemens.
Inými slovami: príplatok za účinnejší elektromotor je zvyčajne iba zlomkom úspor v spotrebe elektriny, ktorú je možné dosiahnuť počas celej životnosti. „Ak si kúpite nový, dodatočné náklady na energeticky úsporný motor sa zvyčajne amortizujú po jednom až dvoch rokoch,“ hovorí Hassmann.
Príklad úspor na mníchovskom letisku
Aký veľký je potenciál úspor, ukazuje príklad z mníchovského letiska. Nový eskalátor, ktorý tam bude nainštalovaný v nasledujúcich týždňoch, je dlhý 48 metrov a vysoký 19 metrov. Môže prepraviť 9 000 ľudí za hodinu. Napriek svojej obrovskej veľkosti by mal systém v Termináli 2 spotrebovať drasticky menej energie ako predchádzajúce systémy: „Urobili sme všetko pre to, aby boli schody čo najzelenšie,“ hovorí inžinier Gunther Hipfinger zo švajčiarskej spoločnosti Schindler, ktorá eskalátor stavia.
Technici na to prišli s najrôznejšími nápadmi. Cestujúci okrem iného pomáhajú, bez toho, aby si to uvedomovali, významne znížiť spotrebu energie. V špičkách je hmotnosť cestujúcich dostatočná na to, aby sa zostupné schody mohli zviesť bez elektriny. A pretože systém potom dokonca generuje prebytočnú energiu, prichádzajúci cestujúci dokonca dodávajú časť elektriny potrebnej na prepravu tých, ktorí odchádzajú do kopca.
Dômyselná technológia umožňuje drasticky znížiť spotrebu energie. Odborníci očakávajú, že nový systém bez takýchto jemností spotrebuje až o 40 percent menej elektriny ako staršie modely.
Inteligentné riadenie systému so spätným získavaním energie, účinnejší motor - existuje veľa možností na výrazné zníženie spotreby energie: napríklad inštalácia úspornejších materiálov. Napríklad, ak dizajnéri používajú pre dôležité časti elektromotora namiesto hliníka meď, výrazne sa to zníži požiadavka na výkon pri rovnakom výkone. Podľa odhadov v Nemecku, ak by boli všetky elektrické pohony vyrobené z vysoko kvalitného kovu, ušetrilo by to zhruba tucet miliárd kilowatthodín ročne. To zhruba zodpovedá spotrebe elektrickej energie v Mníchove.
Na jeseň 2011 ThyssenKrupp uviedol na trh produktový rad Synergy Blue s efektívnou riadiacou technológiou pre výťahy v obytných budovách. Spoločnosť Evolution Blue nasledovala v marci tohto roku koncept výťahu pre kancelárske budovy
Zdroj: dapd
Takzvané frekvenčné meniče, pomocou ktorých je možné elektronicky riadiť rýchlosť motora, ponúkajú ešte väčší potenciál úspor. Zastarané elektromotory zvyčajne pracujú s trvale vysokým výkonom - bez ohľadu na to, či je to skutočne potrebné. Na druhej strane frekvenčné meniče umožňujú automatické prispôsobenie výkonu systému na skutočné pracovné zaťaženie bez väčších energetických strát.
A v niektorých prípadoch dramaticky šetrí elektrinu. „S frekvenčným meničom možno ušetriť až 70 percent nákladov na elektrinu v aplikáciách, ktoré sú veľmi závislé od rýchlosti,“ hovorí expert spoločnosti Siemens Hassmann. „V priemere dosahuje úspora 30 percent, v závislosti od aplikácie.“
To sa rýchlo vypláca. Odborník ZVEI Hüppe to demonštruje na príklade čistiarne odpadových vôd, ktorá dovybavila svoje obrovské čerpadlá novými regulátormi otáčok. To stálo 7 000 eur. Ale frekvenčné meniče tiež znižujú spotrebu elektrickej energie o 120 000 kilowatthodín ročne.
Výsledkom je, že teraz musia prevádzkovatelia čistiarne odpadových vôd prevádzať ročne o 14 000 eur menej na svojho dodávateľa elektriny. Investícia sa vrátila iba za šesť mesiacov.
Moderná riadiaca technológia je užitočná všade tam, kde kolíše požadovaný výkon motora - napríklad pri preprave osôb v budovách. Ráno sa davy ľudí nalejú do výťahov v kancelárskych vežiach. Počas dňa sa však často len pár ľudí stratí vo výťahoch, ktoré dokážu prepraviť desiatky ľudí. To je miesto, kde technológia pomáha dynamicky upravovať spotrebu energie.
ThyssenKrupp rozširuje výťahy
Preto napríklad výrobca výťahov ThyssenKrupp Elevator teraz pravidelne vybavuje svoje výťahy regulátormi rýchlosti. Na jeseň 2011 spoločnosť uviedla na trh produktový rad Synergy Blue, ktorý je primárne určený pre obytné budovy. V marci tohto roku nasledovala značka Evolution Blue, zodpovedajúca koncepcia výťahu pre kancelárske budovy.
Nielen rýchlosť strojov sa líši podľa dopytu. Zachytáva sa tiež mechanická energia generovaná zjazdovými lanovkami - podobne ako eskalátor na letisku v Mníchove - a používa sa na pohon stúpacích lanoviek. Rekuperácia energie a inteligentné riadenie môžu podľa ThyssenKruppu znížiť spotrebu energie a náklady pri jazde až o 40 percent.
Kombinácia šetriaca energiu
Motory vyrobené z vysoko kvalitného materiálu, frekvenčné meniče, rekuperácia energie - iba kombinácia rôznych technológií dáva žrútovi energie diétu. "Musíme sa pozrieť na systémy." Optimalizácia jednotlivých komponentov nestačí, “hovorí odborník ZVEI Hüppe.
Pretože najefektívnejší motor je nepoužiteľný, ak prevodovka za ním pracuje s vysokými stratami energie. Ak má motor účinnosť 90 percent, ale následný prenos premieňa polovicu energie na teplo v dôsledku nadmerného trenia, dosiahne celý systém iba 45 percent - stratí sa preto viac ako polovica spotrebovanej elektriny.
Nové konštrukcie znižujú spotrebu energie motorov o pätinu
Zdroj: dpa
Inžinieri spoločnosti Siemens v obchodnej oblasti železničnej techniky to chcú zmeniť; chcú optimalizovať myslenie z hľadiska koherentných systémov. Syntegra je názov konceptu pohonu, ktorým chcú vybaviť vlaky budúcnosti. V prípade metra, prímestských vlakov a vysokorýchlostných vlakov ICE3 pozostáva pohon stále z nezávislých elektrických motorov, ktoré sú pripevnené k podvozku. S týmto podlahovým pohonom sú brzdy, motory a podvozok úzko koordinované, ale tvoria nezávislé komponenty.
Syntegra má naopak priamy pohon, ktorý je integrovaný priamo do podvozku - rovnako ako brzda. To znižuje nielen hmotnosť celého systému pohonu. Pohyblivé časti sú tiež celkovo ľahšie. Inžinieri dúfajú, že táto konštrukcia prinesie až o 20 percent nižšiu spotrebu energie. Nová technológia sa v súčasnosti testuje v teréne. Keď je pripravený na praktické použitie, je stále otvorený.
Nie všetci výrobcovia alebo kupujúci priemyselných elektrických pohonov idú pracovať tak systematicky ako technici spoločnosti Siemens. EÚ to chce v budúcnosti zmeniť. Spolu s nemeckou priemyselnou asociáciou ZVEI preto bruselskí byrokrati pôvodne definovali tri triedy účinnosti pre nové elektrické motory, ako sú tie, ktoré sa používajú v priemysle, verejných službách a verejnej doprave: IE1, IE2 a IE3 - čím vyššia hodnota, tým účinnejšia dodávajú energiu.