Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Премиум-эффективность - это класс эффективности двигателя. В рамках согласованных усилий во всем мире , чтобы уменьшить потребление энергии , CO 2 выбросы и влияние промышленных предприятий на окружающую среду, различные регулирующие органы многих стран ввели, или планирование, законодательство для стимулирования производства и использования более высоких КПД двигателей . В этой статье рассматривается разработка двигателей с повышенным КПД (IE3) и двигателей с повышенным КПД (PEM), а также связанные с ними экологические, юридические и энергетические темы.

История [ править ]

Нефтяной кризис и во всем мире потребности в большую мощность и , следовательно , больше электростанций подняли сохранение энергии сознания.

В 1992 году Конгресс США в рамках Закона об энергетической политике (EPAct) установил минимальные уровни эффективности (см. Таблицу B-1) [ расплывчато ] для электродвигателей .[1]

В 1998 году Европейский комитет производителей электрических машин и энергетических систем (CEMEP) подписал добровольное соглашение между производителями двигателей о классификации эффективности с тремя классами эффективности: [2]

  • Eff 1 для высокой эффективности
  • Eff 2 для стандартной эффективности
  • Eff 3 для низкой эффективности

Электродвигатели с повышенным КПД [ править ]

Обсуждаемый здесь термин « повышенный КПД» относится к классу КПД двигателя. Считается необходимым ввести этот термин, связанный с двигателями, из-за предстоящего законодательства в ЕС , США и других странах относительно будущего обязательного использования асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором повышенной эффективности в определенном оборудовании.

Снижение энергопотребления и выбросов CO 2 [ править ]

Было сделано несколько заявлений относительно использования двигателей и преимуществ использования двигателей с повышенным или повышенным КПД. К ним относятся:

Основываясь на данных Министерства энергетики США , предполагается, что программа повышения эффективности двигателей Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA) позволит сэкономить 5,8  тераватт электроэнергии и предотвратить выброс почти 80 миллионов метрических тонн углерода в атмосферу в течение следующих десяти лет. годы. Это эквивалентно тому, что на дорогах останутся 16 миллионов автомобилей. [3]

Ежегодно для промышленных целей продается около 30 миллионов новых электродвигателей. Около 300 миллионов двигателей используются в промышленности, инфраструктуре и крупных зданиях. На эти электродвигатели приходится 40% мировой электроэнергии, используемой для привода насосов, вентиляторов, компрессоров и другого механического тягового оборудования. Моторные технологии развивались за последние несколько десятилетий. Теперь доступны так называемые «премиальные» продукты высшего качества, готовые изменить рынок в сторону повышения энергоэффективности и внести свой вклад в снижение выбросов парниковых газов во всем мире. [4]

Используя передовой опыт, энергоэффективность электродвигателей может быть повышена в среднем на 20-30%. Срок окупаемости большинства улучшений составляет от 1 до 3 лет. Кроме того, это означает большое потенциальное влияние на сокращение глобальных выбросов парниковых газов. [5]

Системы электродвигателей потребляют большое количество электроэнергии и могут обеспечить значительную экономию энергии. Энергия составляет более 97 процентов общих эксплуатационных расходов двигателя в течение срока его службы. Однако покупка нового двигателя часто зависит от цены, а не от количества потребляемой электроэнергии. Даже небольшое повышение эффективности может привести к значительной экономии энергии и затрат. Вложение немного больше денег в более эффективный двигатель часто окупается за счет экономии энергии. Повышение энергоэффективности снижает выбросы парниковых газов, которые способствуют изменению климата . [6]

Определение КПД двигателя [ править ]

Эффективность электродвигателя определяется как отношение полезной мощности на валу к входной электрической мощности.

η MOT = Р вала ÷ Р в

η mot    = КПД двигателя [%]

P вал   = мощность вала [кВт] (в США л.с. с коэффициентом 1,34)

P in       = потребляемаямощностьотисточника питания[кВт]

Мощность на валу передается на приводную машину; входная электрическая мощность - это то, за что измеряется и взимается плата. Снижение эффективности двигателя определяется разницей между входной мощностью и выходной мощностью или мощностью на валу.

Р потери = Р в - P вала

Потери P = потери электродвигателя [кВт]

Потери энергии двигателя в основном связаны с теплом, вызванным многими факторами, включая потери в обмотке катушки (сопротивление), потери в стержнях ротора и контактных кольцах , потери из-за намагничивания стального сердечника и потери из-за трения подшипников.

Программы повышения эффективности двигателей в США [ править ]

Логотип NEMA

19 декабря 2007 года президент Буш подписал Закон об энергетической независимости и безопасности 2007 года (EISA), ставший законом (публичный закон 140-110). Национальная ассоциация производителей электрооборудования (NEMA) активно участвовала в разработке основных положений EISA. Важнейшим условием, на котором сосредоточилось внимание NEMA, было повышение эффективности двигателей. Секция «Мотор-генераторы» NEMA объединила усилия с Американским советом по энергоэффективной экономике для разработки и рекомендации новых нормативов эффективности двигателей, охватывающих как электродвигатели общего назначения, так и некоторые категории определенных и специальных электродвигателей.

Секция двигателей и генераторов NEMA учредила программу NEMA Premium по четырем основным причинам:

  • Электродвигатели оказывают значительное влияние на общие эксплуатационные расходы на электроэнергию для промышленных, административных и коммерческих зданий.
  • Электродвигатели различаются по энергоэффективности. Программа NEMA Premium поможет покупателям определить более эффективные двигатели, которые сэкономят им деньги и повысят надежность системы.
  • Электродвигатели с маркировкой NEMA Premium помогут пользователям оптимизировать эффективность систем двигателей в свете проблем с регулированием энергоснабжения и коммунальных предприятий.
  • Двигатели и оптимизированные системы NEMA Premium снизят потребление электроэнергии, тем самым уменьшив загрязнение, связанное с производством электроэнергии .

Посетите NEMA Premium Motors для получения дополнительной информации. [7]

Краткое изложение стандартов EISA для двигателей: [8]

Подход ЕС к двигателям с повышенным КПД [ править ]

В июне 2005 года Европейский Союз принял Директиву о создании основы для установления требований к экологическому проектированию (например, требований к энергоэффективности) для всей энергопотребляющей продукции в жилом, третичном и промышленном секторах. [9] Последовательные общеевропейские правила экодизайна гарантируют, что различия между национальными правилами не станут препятствием для торговли внутри ЕС. Директива не вводит прямых обязательных требований для конкретных продуктов, но определяет условия и критерии для установления требований, касающихся экологически значимых характеристик продукта (таких как потребление энергии), и позволяет их быстро и эффективно улучшать. После этого будут приняты меры, которые установят требования экологического проектирования. В принципе, Директива применяется ко всем продуктам, потребляющим энергию (кроме транспортных средств), и охватывает все источники энергии. [10]

Унификация всемирных классификаций эффективности [ править ]

IEC 60034-30 определяет классы электрической эффективности для односкоростных, трехфазных , 50 и 60 Гц асинхронных двигателей, которые:

  • иметь 2, 4 или 6 полюсов (3000, 1500 и 1000 об / мин при 50 Гц)
  • имеют номинальную мощность от 0,75 до 375 кВт
  • иметь номинальное напряжение до 1000 В
  • рассчитываются на основе режима работы S1 (непрерывный режим) или S3 (прерывистый режим) с номинальным циклическим коэффициентом продолжительности 80% или выше.

В таблице ниже показаны классы эффективности IEC 60034-30 (2008) и сопоставимые уровни эффективности.

Уровни эффективностиСравнение
IE1Стандартная эффективность
IE2Высокая эффективностьДля 50 Гц значительно выше, чем EFF2 CEMEP и идентично US EPAct для 60 Гц
IE3Премиальная эффективностьНовый класс эффективности в Европе для 50 Гц, выше, чем EFF1 на CEMEP, и, за некоторыми исключениями, идентичен NEMA Premium в США для 60 Гц.

Стандарт также оставляет за собой класс IE4 (Super Premium Efficiency) на будущее. Следующие двигатели исключены из нового стандарта эффективности:

  • Двигатели, предназначенные исключительно для работы от инвертора
  • Двигатели, полностью интегрированные в машину (насос, вентилятор или компрессор), не могут быть испытаны отдельно от машины.

График в качестве примера показывает 4-полюсные двигатели частотой 50 Гц.

Для работы с частотой 60 Гц минимальные значения КПД IE2 и IE3 практически идентичны стандартам Североамериканской национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA) [11], соответственно, по энергоэффективности и повышенной эффективности. (NEMA указывает разные значения КПД при полной нагрузке для двигателей с полностью закрытыми корпусами с вентиляторным охлаждением и открытыми каплезащищенными корпусами, а от 200 л.с. эффективность IEC IE3 немного выше, чем эффективность NEMA Premium). Минимальные стандарты эффективности при полной нагрузке МЭК для двигателей 60 Гц выше, чем для двигателей 50 Гц. Это потому, что, пока крутящий момент двигателя постоянен, I 2Потери сопротивления R или обмотки одинаковы при 50 Гц и 60 Гц. Однако выходная мощность двигателя линейно увеличивается со скоростью, увеличиваясь на 20% при увеличении частоты с 50 Гц до 60 Гц. Как правило, эффективность при 60 Гц примерно на 2,5–0,5% больше, чем при 50 Гц. Повышение эффективности больше для двигателей меньшей мощности.

Чтобы продемонстрировать соответствие этим новым стандартам эффективности, двигатели должны быть испытаны в соответствии с недавно принятым протоколом испытаний IEC 60034-2–1 . Эта процедура обеспечивает результаты испытаний, которые в значительной степени совместимы с результатами, полученными с помощью методов испытаний IEEE 112B и CSA 390 в Северной Америке . Новый стандарт также требует, чтобы класс эффективности двигателя и номинальный КПД двигателя были указаны на паспортной табличке двигателя и указаны в документации по продукции и каталогах двигателей в следующем формате:

IE3 94,5%

Новые минимальные стандарты энергоэффективности в ЕС [ править ]

22 июля 2009 г. Постановление Комиссии (ЕС) № 640/2009 о применении Директивы 2005/32 / EC гласит, что в ЕС, за исключением некоторых специальных применений, двигатели не должны быть менее эффективными, чем уровень эффективности IE3, начиная с 1. Январь 2015 г.

В деталях:

  • IE2 до 16 июня 2011 г.
  • IE3 до 1 января 2015 г. (для двигателей от 7,5 до 375 кВт) и IE2 только в сочетании с регулируемым приводом
  • IE3 для всех двигателей с 1 января 2017 г. (для двигателей от 0,75 до 375 кВт) и IE2 только в сочетании с приводом с регулируемой скоростью

EC 60034–30, IE3 Premium КПД (%) представлен в таблице.

IE3 Premium Efficiency

кВт2-полюсный4-полюсный6-полюсный
50 Гц60 Гц50 Гц60 Гц50 Гц60 Гц
0,7580,777,082,585,578,982,5
1.182,784,084,186,581,087,5
1.584,285,585,386,582,588,5
2.285,986,586,789,584,389,5
387,1-87,7-85,6-
3,7-88,5-89,5-89,5
488,1-88,6-86,8-
5.589,289,589,691,788,091,0
7,590,190,290,491,789,191,0
1191,290,091,492,490,391,7
1591,991,092,193,091,291,7
18,592,491,792,693,691,793,0
2292,791,793,093,692,293,0
3093,392,493,694,192,994,1
3793,793,093,994,593,394,1
4594,093,694,295,093,794,5
5594,393,694,694,494,194,5
7594,794,195,095,494,695,0
9095,095,095,295,494,995,0
11095,295,095,495,895,195,8
13295,4-95,6-95,4-
150-95,4-96,2-95,8
16095,6-95,8-95,6-
185-95,8-96,2-95,8
20095,8-96,0-95,8-
22095,895,896,096,295,895,8
25095,895,896,096,295,895,8
30095,895,896,096,295,895,8
33095,895,896,096,295,895,8
37595,895,896,096,295,895,8

Конструкция двигателей с повышенным КПД [ править ]

Для проектирования двигателей с повышенным КПД необходимы специальные знания, опыт и испытательное оборудование, оснащенное высокоточным оборудованием. Задача проектирования состоит в том, чтобы повысить эффективность за счет минимизации и уравновешивания единичных потерь, особенно тех, которые возникают в катушках статора, в железе статора (намагничивание) и потерь внутри ротора из-за скольжения. По сравнению со стандартными электродвигателями (например, IE1) используется больше железа и меди. Двигатели IE3 тяжелее и физически больше двигателей IE1.

Обычно использование более высокого заполнения паза в медной обмотке, использование более тонких пластин с улучшенными свойствами стали, уменьшение воздушного зазора, улучшенная конструкция охлаждающего вентилятора, использование специальных и улучшенных подшипников и т. Д. Может обеспечить более высокий КПД двигателей.

Высокая электропроводность из меди по сравнению с другими металлическими проводниками увеличивает электрическую эффективность использования энергии двигателей. [12] Увеличение массы и поперечного сечения проводников в катушке увеличивает КПД двигателя по электроэнергии. Там, где экономия энергии является первоочередной задачей при проектировании, [13] [14] асинхронные двигатели могут быть спроектированы так, чтобы соответствовать и превосходить стандарты эффективности Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA). [13] [14] [7]

Коммерческие программы скидок [ править ]

Сенат США энергетика и природные ресурсы Комитет принял положение NEMA-отстаивал , которая создала энергосберегающую программу двигателя скидки премии, известную также как программа «раздавить на кредит», по данным Национальной ассоциации производителей электрооборудования (NEMA). Программа предусматривала скидку 25 долларов за каждую лошадиную силу и скидку 5 долларов за каждую лошадиную силу за утилизацию старого двигателя. Последняя программа была необходима, чтобы компенсировать разницу в стоимости между новыми, более дорогими и эффективными двигателями и меньшую стоимость ремонта старых, более неэффективных двигателей, сообщает NEMA. Эта программа позволила федеральному правительству потратить 350 миллионов долларов на стимулирование широкого внедрения двигателей NEMA Premium.

Положение о «стремлении к кредитованию», содержащееся в сенатской версии «Закона об энергетической политике и энергосбережении» (EPCA), действовало в течение пяти лет и включало следующее предлагаемое финансирование: [15]

  • $ 80 000 000 в 2010 финансовом году
  • 75000000 долларов США в 2011 финансовом году
  • 70 000 000 долларов США в 2012 финансовом году
  • 65000000 долларов США в 2013 финансовом году
  • 60 000 000 долларов США в 2014 финансовом году

В ЕС различные схемы выплаты капитала побуждают компании приобретать оборудование с двигателями с повышенным КПД. Например, в Соединенном Королевстве Система расширенных льгот на капитал [16] предоставляет налоговые льготы предприятиям, инвестирующим в оборудование, отвечающее опубликованным критериям энергосбережения. Список энергетических технологий (ETL) подробно описывает критерии для каждого типа технологий и перечисляет те продукты в каждой категории, которые им соответствуют. Он управляется Carbon Trust от имени правительства и состоит из двух частей:

  • Список критериев энергетических технологий (ETCL), который ежегодно пересматривается, чтобы гарантировать, что он отражает технический прогресс. Он устанавливает квалификационные критерии энергосбережения для каждого класса технологий. [17]
  • Список продуктов для энергетических технологий (ETPL), обновляемый в начале каждого месяца на этом веб-сайте, содержит список продуктов и технологий, которые имеют право на участие в ECA.

ETPL также содержит подробную информацию о максимальных значениях требований [18] для соответствующих продуктов, которые составляют компонент в более крупном агрегате и оборудовании, которое само по себе не соответствует требованиям ECA.

Ключевые особенности схемы ECA:

  • Открыт для всех предприятий, которые платят корпоративный налог или подоходный налог в Великобритании , независимо от размера, сектора или местоположения.
  • Предоставляет 100% отчисления на первый год капитальных вложений в энергосберегающее оборудование против налогооблагаемой прибыли периода инвестирования.
  • Все продукты, перечисленные в ETPL, должны соответствовать критериям энергосбережения, опубликованным в ETCL.
  • Только расходы на новое и неиспользуемое энергосберегающее оборудование могут претендовать на участие в ECA.
  • Резервы капитала доступны для расходов «на обеспечение» машин и оборудования. Это может включать определенные затраты, возникающие в результате установки соответствующих заводов и оборудования, таких как: транспортировка оборудования на объект и некоторые прямые затраты на установку. Для получения дополнительной информации можно обратиться к разделу Заявление о выдаче ECA [19] .

Аналогичная схема в Ирландии, Accelerated Capital Allowance (ACA), управляемая Sustainable Energy Ireland (SEI) [20], позволяет компании сократить налогооблагаемую прибыль на 100% капитальных затрат на соответствующее энергоэффективное оборудование в первый год покупки. Это сопоставимо с 12,5% для неприемлемых машин и оборудования.

При существующей налоговой структуре налога на капитал, когда деньги тратятся на «капитальное оборудование», компании могут вычитать стоимость этого оборудования из своей прибыли пропорционально в течение 8 лет, т.е. годовая налогооблагаемая прибыль уменьшается только на 1/8 общая стоимость оборудования.

С новым ACA, когда деньги тратятся на «Соответствующее требованиям энергоэффективное капитальное оборудование», компания может вычесть полную стоимость этого оборудования из своей прибыли в год покупки, то есть налогооблагаемая прибыль в первый год уменьшается на полную стоимость оборудование.

Ссылки [ править ]

  1. ^ «Темы энергоэффективности» . ACEEE. Архивировано из оригинала на 2011-05-01 . Проверено 2 октября 2013 .
  2. ^ "Сименс Азбука двигателей, стр.18" (PDF) . Сименс. 2009 . Проверено 2 октября 2013 .
  3. ^ https://web.archive.org/web/20090221083647/http://nema.org/gov/energy/efficiency/premium/ . Архивировано из оригинального 21 февраля 2009 года . Проверено 1 сентября 2009 года . Отсутствует или пусто |title=( справка )
  4. ^ «Глобальное сообщество профессионалов в области устойчивой энергетики» . Леонардо ЭНЕРДЖИ . Проверено 25 февраля 2015 .
  5. ^ "IEA 4E - Приложение к системам электродвигателей - EMSA" . Motorsystems.org . Проверено 25 февраля 2015 .
  6. ^ (PDF) https://web.archive.org/web/20110706182440/http://oee.nrcan.gc.ca/Publications/commercial/pdf/M144-21-2003E.pdf . Архивировано из оригинального (PDF) 6 июля 2011 года . Проверено 12 октября 2009 года . Отсутствует или пусто |title=( справка )
  7. ^ a b [1] Архивировано 2 апреля 2010 года в Wayback Machine.
  8. ↑ [2] Архивировано 16 сентября 2008 г., в Wayback Machine.
  9. ^ «Добро пожаловать в IEC» . IEC . Проверено 2 октября 2013 .
  10. ^ «Поддержка местных и региональных устойчивых действий» . ManagEnergy. Архивировано из оригинала на 2010-06-20 . Проверено 25 февраля 2015 .
  11. ^ "Национальная ассоциация производителей электрооборудования" . NEMA . Проверено 2 октября 2013 .
  12. ^ "Энергосберегающие двигатели IE3" , Engineer Live , 21.02.2013 , получено 20.07.2014.
  13. ^ a b Fuchsloch, J .; Brush, EF (10–15 июня 2007 г.). «Систематический подход к проектированию новой серии двигателей Ultra-NEMA Premium с медным ротором». EEMODS 2007 Материалы конференции . Пекин.
  14. ^ a b [3] Архивировано 13 марта 2012 г. в Wayback Machine.
  15. ^ «ETIPS - Crush for Credit» . Проверено 1 июня, 2016 .
  16. ^ https://web.archive.org/web/20090306151742/http://www.eca.gov.uk/etl/default.htm . Архивировано из оригинала на 6 марта 2009 года . Проверено 12 октября 2009 года . Отсутствует или пусто |title=( справка )
  17. ^ https://web.archive.org/web/20090712004653/http://www.eca.gov.uk/etl/about/Budget+2006+Remove.htm . Архивировано из оригинала 12 июля 2009 года . Проверено 12 октября 2009 года . Отсутствует или пусто |title=( справка )
  18. ^ [4] Архивировано 1 октября 2010 года в Wayback Machine.
  19. ^ https://web.archive.org/web/20090709110640/http://www.eca.gov.uk/etl/claim/_default.htm . Архивировано из оригинала 9 июля 2009 года . Проверено 12 октября 2009 года . Отсутствует или пусто |title=( справка )
  20. ^ «SEAI - Добро пожаловать в Управление устойчивой энергетики Ирландии» . Sei.ie. 2008-10-06 . Проверено 2 октября 2013 .

Внешние ссылки [ править ]

  • NEMA веб-сайт программы