Електрическите двигатели захранват гузърите на диета - WiWo
Електрическите двигатели могат да бъдат намерени в косачките и пералните машини - дори в круизните кораби. Колкото и да са гъвкави, те губят електричество. Новите технологии трябва да ги направят по-икономични.
Любопитни реалности на енергийния преход
Това е удивителна диспропорция: Когато политиците и предприемачите говорят за бъдещото боравене с електричество през годината след енергийния преход, вятърните паркове, газовите електроцентрали и високоволтовите линии доминират в дискусията. От друга страна, един от най-важните инструменти за устойчиво захранване е напълно забравен: енергийната ефективност.
Федералното правителство обяви икономичното използване на електричество и топлина за ключов въпрос в своята енергийна концепция и постави високи цели за това: До 2050 г. потреблението на петрол, газ и въглища трябва да бъде намалено наполовина в сравнение с 2008 г. За да се постигне това, енергията в Германия ще трябва да се използва с 2,1% по-продуктивно всяка година - мамутска задача.
Но това може да се направи. Най-важната отправна точка са милиардите електрически двигатели, които ни заобикалят всяка минута от ежедневието: в ескалатори, косачки и асансьори. Във фабрики като средно големи фабрики за хартия има до 3000 електрически задвижвания. Дори круизни кораби като Aidamar се задвижват от дизелови електрически двигатели.
Електрическите електроцентрали са това, което прави съвременния ни живот възможен на първо място. „В Германия са инсталирани 35 милиона електрически мотора“, казва Райнхард Хюпе, управляващ директор „Автоматизация“ в индустриалната асоциация ZVEI. И той брои само онези машини, които бръмчат в индустрията, трафика и обществените съоръжения.
По-ниска консумация на енергия
Големият проблем: Голяма част от тези електрически устройства са шокиращо неефективни. Остарелите технологии, мощните контроли или загубите на мощност в механиката ненужно увеличават глада за енергия.
Потребление на енергия от електрически двигатели в световен мащаб през 2011 г. (в терават часове, по отрасли; моля, кликнете върху графиката за подробен изглед)
Източник: Международна енергийна агенция, Statista
Това е гигантско. Според изчисленията на Международната енергийна агенция (IEA) в Париж, потреблението на електроенергия от електрическите задвижвания само в промишлеността е достигнало почти 4500 тераватчаса през 2011 г. (вж. Графиката). Като цяло, електродвигателите консумират около 45 процента от общото производство на електроенергия в световен мащаб, според IEA. „Те са най-големите съкрушители на енергия досега“, така че заключението на Джо Хоган, шефът на швейцарската електрическа компания ABB.
Следователно е ясно, че ако енергийният преход трябва да успее и последната атомна електроцентрала трябва да спре офлайн до 2022 г., не може да става дума само за разработване на нови - често регенеративни - енергийни източници. В крайна сметка слънцето, вятърът и хидроенергията трябва да допринесат повече от една трета за електроснабдяването в Германия до 2020 г.
Поне толкова важно е да започнете от другия край - консумацията на електричество. Още през януари енергийните учени предупредиха в отворено писмо до федералното правителство, че енергийният преход може да успее само при „постоянно намаляване на търсенето на енергия“.
Техниките са налице
Технологията за това е налична: тя варира от използването на иновативни типове двигатели до по-интелигентно управление на машината, нови концепции на задвижването и по-икономични конструкции, до инсталиране на енергийно ефективни материали. В зависимост от сценария на приложение, изискването за мощност на устройство може да бъде намалено с 40 до 50 процента.
Но - всичко това все още се използва твърде рядко: „Често има 500 електрически мотора, монтирани в една фабрична зала“, казва Клаус Видер, ръководител на стандартни задвижвания за управление на продуктите при производителя на двигатели SEW-Eurodrive в Бруксал. "В повечето компании всъщност никой не знае колко двигатели се използват там, колко голяма е консумацията на енергия на отделните машини и какви разходи могат да бъдат спестени с по-ефективни електрически двигатели."
Кой постига устойчивост
Скъпо невежество. Защото според прогнозите на ZVEI би имало смисъл да се заменят 60 процента от инсталираните електродвигатели с модерни задвижвания. „Това може да намали потреблението на електроенергия в Германия с 38 милиарда киловатчаса годишно“, изчислява експертът на ZVEI Hüppe. Това съответства на капацитета на единадесет блока средни електроцентрали с мощност от 400 мегавата всеки.
Програма за строги икономии с двоен ефект: В същото време емисиите на парникови газове въглероден диоксид също ще бъдат намалени с около 20 милиона тона. Това би било почти три процента от годишните емисии на CO2 в Германия.
Безмислена загуба на електричество
Разхитителите на енергия са почти навсякъде. С поглед към ежедневието всеки може сам да се убеди колко безразсъдно използваме електричеството - и го хабим. Вземете например прахосмукачка: Много потребители смятат, че всмукателната мощност зависи от мощността на устройството. Решаващият фактор обаче е колко добре се използва мощността на двигателя. Следователно 500-ватовите двигатели понякога засмукват по-добре от 1500-ватовите устройства - просто значително по-икономични.
В същото време в градините има раздвижване. Любителите на градинарството в Германия режат живи плетове, косят тревни площи и почистват клоните в дърветата. И за почти цялата работа има машини, които улесняват работата на хоби градинарите. Но малко се случва по отношение на потреблението на енергия.
Прост трик за ефективност
Колко разточително някои устройства използват електричество, показват новите косачки, които компанията MTD от Саарбрюкен пусна на пазара под марката „Wolf-Garten“. За косене на тревна площ от 100 квадратни метра, конвенционалните електрически косачки се нуждаят средно от 160 вата часа.
С новите устройства производителят е намалил наполовина изискването до 80 вата часа. Специалистът по градински технологии го направи с прост трик. „Заменихме обичайния универсален или асинхронен двигател с задвижване с постоянен магнит“, казва Майкъл Саймън, член на управителния съвет на MTD.
Тези магнити са направени от трайно магнетизиран материал, който задвижва електрическия двигател по енергийно ефективен начин, когато електричеството тече.
Технологията вече е утвърдена в индустриалните двигатели. За разлика от тях, те рядко се използват в машини за лична употреба. Тъй като климатичната технология е малко по-скъпа: „Универсалният мотор струва от осем до десет евро. Задвижването на косачка с постоянни магнити струва около 20 евро “, казва членът на борда на MTD Саймън.
Летище Мюнхен е пример за ефективно потребление на енергия: Когато пътниците използват ескалатора в Терминал 2, теглото им кара стълбите да се движат
Източник: Flughafen München GmbH
Но очевидно само няколко техници в индустрията търсят начини да овладеят отпадъците. По този начин те биха спестили много пари: Според настоящи проучвания компаниите могат да намалят разходите си с около десет милиарда евро годишно. Целите за ефективност на енергийния преход също могат да бъдат постигнати по-лесно, тъй като индустрията само в Германия консумира 40% от електроенергията. Две трети от това са електрическите двигатели.
Въпреки това търсенето на енергоспестяващи двигатели едва ли нараства. По-специално малките и средните компании често не се интересуват от това колко електричество се губи в техните централи. Следователно управляващият директор на ZVEI Hüppe изисква компаниите не само да следят по-високата изкупна цена, но също така да вземат предвид общите разходи през целия живот на двигателя.
Изчисление, което всеки завършил бизнес би се справил през първия семестър: Електрическите задвижвания в индустриални компании понякога работят от 20 до 30 години, често 16 до 20 часа на ден и 300 дни в годината. „Електричеството обикновено представлява повече от 90 процента от разходите за жизнения цикъл на един електродвигател“, казва Йорг Хасман, ръководител на управление на продукти за двигатели с ниско напрежение в групата за електроника на Siemens.
С други думи: доплащането за по-ефективен електродвигател обикновено е само част от спестяванията в потреблението на електроенергия, които могат да бъдат постигнати през целия живот. „Ако закупите нов, допълнителните разходи за енергоспестяващ двигател обикновено се амортизират след една до две години“, казва Хасман.
Пример за спестявания на летище Мюнхен
Пример от летище Мюнхен показва колко голям е потенциалът за спестявания. Новият ескалатор, който ще бъде монтиран там през следващите седмици, е дълъг 48 метра и висок 19 метра. Може да превозва 9000 души на час. Въпреки огромния размер, системата в Терминал 2 трябва да консумира драстично по-малко енергия от предишните системи: „Направихме всичко, за да направим стълбите възможно най-зелени“, казва инженерът Гюнтер Хипфингер от швейцарската компания Schindler, която изгражда ескалатора.
Техниците са измислили всякакви идеи за това. Освен всичко друго, пътниците помагат, без да осъзнават, значително да намалят консумацията на енергия. В пиковите часове теглото на пътниците е достатъчно, за да се спусне спускащата се стълба без никакво електричество. И тъй като системата дори генерира излишна енергия, пристигащите пътници дори доставят част от електричеството, необходимо за транспортиране на заминаващите нагоре.
Гениалната технология позволява драстично да намали консумацията на енергия. Експертите очакват новата система да консумира до 40 процента по-малко електроенергия от по-старите модели без такъв финес.
Тук интелигентен системен контрол с рекуперация на енергия, има по-ефективен двигател - има много потенциал за драстично намаляване на консумацията на енергия: например инсталирането на по-икономични материали. Например, ако дизайнерите използват мед вместо алуминий за важни части на електродвигателя, това значително намалява изискването за мощност за една и съща мощност. Според изчисленията в Германия, ако всички електрически задвижвания са изградени от висококачествен метал, това би спестило около дузина милиарда киловатчаса годишно. Това приблизително съответства на потреблението на електроенергия в Мюнхен.
През есента на 2011 г. ThyssenKrupp стартира продуктовата линия Synergy Blue с ефективна технология за управление на асансьори в жилищни сгради. Evolution Blue последва през март тази година концепцията за асансьора за офис сгради
Източник: dapd
Така наречените честотни преобразуватели, с които скоростта на двигателя може да се управлява по електронен път, предлагат още по-голям потенциал за спестяване. Остарелите електрически двигатели обикновено работят с постоянно висока мощност - независимо дали наистина е необходима. Честотните преобразуватели, от друга страна, позволяват автоматично извеждане на изхода на системата спрямо действителното натоварване без големи загуби на енергия.
И в някои случаи драстично спестяват електричество. „С честотен преобразувател до 70 процента от разходите за електроенергия могат да бъдат спестени в приложения, които силно зависят от скоростта“, казва експертът на Siemens Хасман. „Средно спестяванията възлизат на 30 процента, в зависимост от приложението.“
Това бързо се изплаща. Експертът от ZVEI Hüppe демонстрира това на примера на пречиствателна станция, която модернизира огромните си помпи с новите регулатори на скоростта. Това струва 7000 евро. Но честотните преобразуватели също намаляват консумацията на електроенергия с 120 000 киловат часа годишно.
В резултат на това операторите на пречиствателната станция за отпадъчни води сега трябва да превеждат 14 000 евро по-малко годишно на своя доставчик на електроенергия. Инвестицията се изплати само за шест месеца.
Съвременната технология за управление е полезна навсякъде, където необходимата мощност на двигателя се колебае - например при транспортиране на хора в сгради. На сутринта тълпите се изсипват в асансьорите в офис кулите. През деня обаче често само няколко души се губят в асансьори, които могат да транспортират десетки хора. Тук технологията помага за динамично регулиране на консумацията на енергия.
ThyssenKrupp разширява асансьорите
Ето защо производителят на асансьори ThyssenKrupp Elevator например сега редовно оборудва асансьорите си с регулатори на скоростта. През есента на 2011 г. компанията пусна продуктовата линия Synergy Blue, която е предназначена предимно за жилищни сгради. Evolution Blue последва през март тази година, съответната концепция за асансьора за офис сгради.
Скоростта на машините не само варира в зависимост от търсенето. Механичната енергия, генерирана от лифтовете надолу, също се улавя - подобно на ескалатора на летище Мюнхен - и се използва за задвижване на лифтовете нагоре. Възстановяването на енергия и интелигентният контрол могат да намалят консумацията на енергия и разходите по време на шофиране с до 40 процента, според ThyssenKrupp.
Енергоспестяваща комбинация
Двигатели, изработени от висококачествен материал, честотни преобразуватели, рекуперация на енергия - само комбинацията от различни технологии поставя силата на диетата. „Трябва да разгледаме системите. Оптимизацията на отделните компоненти не е достатъчна “, казва експертът на ZVEI Hüppe.
Тъй като най-ефективният двигател е безполезен, ако редукторът надолу по веригата работи с големи загуби на енергия. Ако двигателят има ефективност от 90 процента, но предаването надолу по веригата преобразува половината енергия в топлина поради прекомерно триене, цялата система постига само 45 процента - което означава, че повече от половината от консумираната електроенергия се губи.
Новите проекти намаляват консумацията на енергия на двигателите с една пета
Източник: dpa
Инженерите на Siemens в областта на железопътните технологии искат да променят това; искат да оптимизират мисленето по отношение на кохерентни системи. Syntegra е името на концепцията за задвижване, с която те искат да оборудват влаковете на бъдещето. В случай на подлези, крайградски влакове, а също и високоскоростни влакове на ICE3, задвижването все още се състои от независими електрически двигатели, които са прикрепени към шасито. С това подово задвижване спирачките, двигателите и шасито са тясно координирани, но те образуват независими компоненти.
Syntegra, от друга страна, има директно задвижване, което е интегрирано директно в шасито - точно като спирачката. Това не само намалява теглото на цялата задвижваща система. Подвижните части също са по-леки като цяло. Инженерите се надяват, че този дизайн ще доведе до 20 процента по-малко консумация на енергия. В момента новата технология се тества на място. Когато е готов за практическа употреба, все още е отворен.
Не всички производители или купувачи на индустриални електрически задвижвания работят толкова систематично, колкото техниците на Siemens. ЕС иска да промени това в бъдеще. Поради това заедно с германската индустриална асоциация ZVEI, бюрократите в Брюксел първоначално са дефинирали три класа на ефективност за нови електрически двигатели, като тези, използвани в промишлеността, комуналните услуги и обществения транспорт: IE1, IE2 и IE3 - колкото по-висока е стойността, толкова по-ефективна е тя те енергизират.