Moderní energeticky účinné elektrické pohony — trendy a perspektivy

Moderní elektropohony mají řadu možností výrazných úspor při svém provozu. S účinnými motory, vhodnými měniči a pokročilými aplikacemi IIoT (Industrial Internet of Things) bude využití zdrojů efektivnější a náklady na životní cyklus lze snížit.

Přibližně 80 % veškeré energie spotřebované současnými elektrickými pohony pochází ze středně velkých elektromotorů, které obecně nejsou podle současných norem energeticky účinné a které jsou pro danou aplikaci typicky předimenzované.

Náklady na energii spotřebovanou motorem za dobu jeho životnosti tvoří až 97 % celkových provozních nákladů. Hledání řešení, které maximalizuje účinnost elektromotorů, je proto ekonomické i ekologické.

Dnes se setkáváme elektrické pohony v téměř každé fázi, zejména v průmyslu a stavebnictví, například v čerpadlech, kompresorech a klimatizačních systémech, jeřábech, elevátorech a dopravních pásech.

Průmysl se přitom na celosvětové spotřebě elektřiny podílí více než třetinou, z čehož téměř 70 % tohoto podílu připadá na elektromotory. Budovy představují dalších 30 % celosvětové spotřeby elektřiny, přičemž elektromotory představují 38 % tohoto podílu.

A poptávka se zvyšuje: současná světová ekonomická produkce se má do roku 2050 zdvojnásobit. Zároveň se zvýší poptávka po elektrických pohonech. Zároveň se otevře prostor pro úspory prostřednictvím inteligentních systémových řešení. Nedávné studie ukazují, že nákupem nového elektrického pohonu lze ušetřit v průměru až 30 % nákladů na energii.

Podle Pařížské klimatické dohody z roku 2015 se 196 zemí zavázalo zpomalit globální oteplování. Proti tomu však stojí megatrendy jako urbanizace, mobilita a automatizace, které nevyhnutelně zvyšují denní spotřebu energie.

Úsilí o zlepšení energetické účinnosti se nyní stalo hlavním cílem praktického provádění Pařížské dohody. Nové směrnice o ekonomickém provozu elektromotorů se zavádějí po celém světě – například v Evropské unii, USA a Číně.

Zejména nové evropské směrnice stanovují cíl snížit emise CO2 o 40 milionů tun do roku 2030. Prostředkem k dosažení tohoto cíle musí být povinné zavádění nákladově efektivních technologií. Čína chce do roku 2025 snížit spotřebu energie o 13,5 % HDP a emise CO22 o 18 %.

Síťová řešení a pečlivá analýza systémových dat jsou nejlepšími řešeními pro zlepšení energetické účinnosti na skutečně udržitelnou úroveň.

Není ale vůbec nutné v každé situaci hned kupovat nové systémy. I ty staré lze často upravit tak, aby byly energeticky úsporné pomocí správného příslušenství.

Moderní měniče (frekvenční měniče) a vysoce účinné motory mohou ušetřit až 30 % energie v typických průmyslových aplikacích, jako jsou čerpadla, ventilátory nebo kompresory, ve srovnání s tradičními neregulovanými systémy.

Případové studie ukazují, že tyto úspory lze zvýšit na 45 % začleněním optimalizovaného řešení pohonu, v tomto případě čerpadla.

Systém obsahuje invertor, který zajišťuje energetickou účinnost pohonu i při částečném zatížení tím, že přizpůsobuje otáčky a točivý moment aktuálním požadavkům na zatížení. To znamená, že každá aplikace je vždy vyladěna na výkon, který potřebuje.

Čím specifičtější a rozmanitější aplikace a komponenty, tím složitější může být celý systém. Zejména v průmyslovém prostředí je proto nutné volit přístupy, které detailně zohledňují systém se všemi jeho interakcemi a synergickými efekty a dokážou jej optimálně sladit.

Je založeno chytrých senzorů a analytické nástroje, které sledují, přizpůsobují a zlepšují všechny pracovní postupy a jsou součástí systémového přístupu na vyšší úrovni.

Inteligentní senzory umožňují analyzovat připojené motory na úrovni motoru.Moderní měniče většinou nepotřebují přídavná externí čidla vůbec, protože jimi jsou buď přímo vybaveny, nebo mohou přímo vyhodnocovat určité parametry systému a přenášet je.

Již ve fázi plánování lze pomocí virtuální simulace jednotlivých komponent pohonu detekovat chyby výběru a dimenzování. Sběr a analýza dat na cestách je umožněna prostřednictvím připojení ke cloudu a komplexním průmyslovým aplikacím. Ve výrobě pomáhají řešení digitálních pohonů včas identifikovat potenciální problémy a předcházet tak poruchám.

Sběr dat z jednotlivých komponent pohonu může také odhalit nepřímé efekty, které s pohonem nesouvisejí. Tímto způsobem je možné – jednoduše a bez speciálních znalostí – průběžně optimalizovat celý provoz propojeného systému.

Na základě zkušeností přímo ve výrobě lze říci, že použitím chytrých senzorů a aplikací pro analýzu dat ze složitých procesů lze ušetřit až 10 % energie. Díky speciální službě Pro preventivní služby založené na síti IIoT lze zvýšit životnost komponent až o 30 % a jejich výkon o 8–12 %.