Актуальность проблемы
С возрастанием цен на электроэнергию проблема энергосбережения приобретает особую актуальность. Затраты на мероприятия по экономии 1 кВт мощности в 4-5 раз дешевле стоимости вновь вводимого 1 кВт мощности. Асинхронные двигатели преобразовывают до 40% всей вырабатываемой в России электроэнергии — около 400 ТВтч в год. Использованием энергоэффективных двигателей и эксплуатацией таких двигателей в режимах с минимальным потреблением энергии можно сэкономить в России до 6 ТВт/ч в год или более 12 млрд. руб, поэтому повышение эффективности работы двигателей и эксплуатация их в энергосберегающих режимах очень актуальна.
Асинхронные двигатели при полной загрузке в течение года преобразовывает такое количество электроэнергии, стоимость которой в 6-8 раз выше стоимости самого электродвигателя. При КПД 90% за год в двигателях выделяются потери энергии стоимостью до 60-80% от их стоимости.
Важное значение для экономии электроэнергии имеют вопросы правильной технической эксплуатации, своевременной профилактики и ремонта асинхронных двигателей. Отклонения параметров и характеристик двигателей, возникающие в процессе эксплуатации, обычно приводят к необходимости снижать нагрузку машины. Кроме того, в эксплуатации находится множество двигателей с превышенным сроком службы и/или имеющих ряд отклонений, вызванных эксплуатационными факторами и проведенными ремонтами. Ремонт двигателей может быть выполнен в неспециализированных предприятиях, которые зачастую не имеют необходимого оборудования, комплектующих изделий, квалифицированного персонала. В этих случаях технология ремонта может отступать от заводской технологии, что будет сказываться на энергетических показателях и характеристиках двигателей.
Эксплуатация двигателя после такого ремонта приводит к изменению режима их работы и энергоэффективности. Оценка влияния операций ремонта при разных их сочетаниях с разной степенью отступления от образцовой технологии ремонта на показатели двигателей разных мощностей представляется актуальной.
Сравнительная характеристика
По качеству отечественные электродвигатели соответствуют европейским, но при этом отличаются более доступной ценой. Аналоги из азиатских регионов достаточно дешевле, но конкуренцию по качеству за счет экономии на используемых материалах едва ли составят.
Цена напрямую зависит от применяемых компонентов и затраченных материалов. Правило для двигателей до 132-й высоты оси вращения включительно: качество можно определить по доле меди в общем весе машины, чем её больше — тем лучше!
Самый главный фактор при выборе машины – энергоэффективность. Высокая энергоэффективность снижает затраты на электроэнергию, которые составляют основную долю стоимости владения электродвигателем. Поэтому более высокая стоимость энергоэффективной электрической машины окупается в процессе эксплуатации. Не стоит забывать, что в цене также заложены издержки на материалы и комплектующие, а качественные компоненты не могут стоить дешево.
Доля цены в стоимости владения
В качестве примера рассмотрим АИР280М4. Это асинхронный трехфазный электродвигатель 132кВт 1480об/мин с короткозамкнутым ротором, c привязкой мощности к габаритным размерам по ГОСТ стандарту, предназначен для подключения к трехфазной сети переменного тока напряжением 380В или 660В. Коэффициент полезного действия 94.8% и класс энергоэффективности IE1. Габарит двигателя (высота вала) — 280. Средняя наработка на отказ 20 тыс. часов. Его стоимость возьмем 203 634 руб. Среднюю стоимость электроэнергии примем равной 4 руб./кВт (по приказу 281-ТЗ Департамента экономической политики и развития города Москвы от 12 декабря 2018 года).
Тогда средняя стоимость владения этим двигателем в течении гарантированных 20 000 часов работы составит:
20000 х 132 / 0.948 х 4 + 203 634 = 11 342 520.51 руб.
Таким образом, стоимость владения (стоимости потребленной энергии и стоимости самого двигателя) в течение 20 000 часов составит в среднем 11 342 520.51 рублей.
Из данного расчета видим, что стоимость покупки двигателя составляет всего лишь 1.8% от общих затрат за время безотказной работы двигателя.
Согласно международным стандартам на сегодняшний день разработано четыре класса энергоэффективности двигателей IE1, IE2, IE3 и IE4:
IE1 стандартный класс энергоэффективности.
IE2 высокий класс энергоэффективност.
IE3 сверхвысокий класс энергоэффективности.
IE4 максимально высокий класс энергоэффективности.
Серия М2АА (класс энергоэффективности IE1): мощность Р2=55 кВт, частота вращения n=3000 об/мин, η=92,4%, cosφ=0,91
Активная мощность, потребляемая из сети:
Р1 = Р2/η = 55/0.924 = 59.5 кВт
Суммарные потери:
ΔP = Р1–Р2 = 59.5-55 = 4.5 кВт
Если предположить, что данный двигатель работает 24 часа в сутки, 365 дней в году, то количество энергии, теряемое и выделяемое в виде тепла
Q = 4.5·24·365 = 39420 кВт.
При средней стоимости электроэнергии 4 руб. за кВт/ч количество потерянной электроэнергии за 1 год в денежном эквиваленте
C = 4·39420 = 157680 руб.
Серия М3АА (класс энергоэффективности IE2): мощность Р2=55 кВт, частота вращения n=3000 об/мин, η=93,9%, cosφ=0,88
Активная мощность, потребляемая из сети:
Р1 = Р2/η = 55/0.939 = 58.6 кВт.
Суммарные потери:
ΔP = Р1–Р2 = 58.6-55 = 3.6 кВт.
Если предположить, что данный двигатель работает 24 часа в сутки, 365 дней в году, то количество энергии, теряемое и выделяемое в виде тепла
Q = 3.6·24·365 = 31536 кВт.
При средней стоимости электроэнергии 4 руб. за кВт/ч количество потерянной электроэнергии за 1 год в денежном эквиваленте
C = 4·31536 = 126144 руб.
Таким образом, в случае замены обычного электродвигателя (класс IE1) энергоэффективным (класс IE2) экономия энергии составляет 7884 кВт в год на один двигатель, или примерно 31536 руб./год . Таким образом, эффективное использование электроэнергии позволяет предприятию снизить себестоимость выпускаемой продукции, тем самым, повысив ее конкурентоспособность. Следует отметить, что с ростом энергоэффективности увеличивается и срок службы двигателя.
