Premium effektivitet - Premium efficiency
Premium effektivitet er en klasse av motoreffektivitet. Som en del av en samlet innsats over hele verden for å redusere energiforbruk , CO 2 -utslipp og effekten av industriell virksomhet på miljøet, har ulike reguleringsmyndigheter i mange land innført, eller planlegger, lovgivning for å oppmuntre til produksjon og bruk av motorer med høyere effektivitet . Denne artikkelen ser på utviklingen av premium efficiency standard (IE3) og premium efficiency motors (PEM) og tilhørende miljømessige, juridiske og energirelaterte emner.
Historie
Den oljekrisen og den globale behovet for mer kraft og dermed flere kraftverk har hevet energisparing bevissthet.
I 1992 satte den amerikanske kongressen som en del av Energy Policy Act (EPAct) minimumseffektivitetsnivåer (se tabell B-1) for elektriske motorer .
I 1998 utstedte den europeiske komiteen for produsenter av elektriske maskiner og kraftsystemer (CEMEP) en frivillig avtale fra motorprodusenter om effektivitetsklassifisering, med tre effektivitetsklasser:
- Eff 1 for høy effektivitet
- Eff 2 for standard effektivitet
- Eff 3 for lav effektivitet
Førsteklasses effektivitets elektriske motorer
Uttrykket premium-effektivitet som diskutert her, gjelder en klasse med motoreffektivitet. Det antas å være nødvendig å innføre dette begrepet assosiert med motorer på grunn av kommende lovgivning i EU , USA og andre land angående den fremtidige obligatoriske bruken av motorer med innvirkning av ekornbur av premiumeffektivitet i definert utstyr.
Redusere energiforbruk og CO 2 -utslipp
Flere uttalelser har blitt gjort om motorbruk og fordelene ved å bruke premium-effektivitet eller høyere effektivitetsmotorer. Disse inkluderer:
Basert på data fra US Department of Energy , anslås det at NEMA-programmet ( National Electrical Manufacturers Association ) med høy effektivitet vil spare 5,8 terwatts strøm og forhindre utslipp av nesten 80 millioner tonn karbon i atmosfæren i løpet av de neste ti årene. år. Dette tilsvarer å holde 16 millioner biler utenfor veien.
Omtrent 30 millioner nye elektriske motorer selges hvert år til industrielle formål. Rundt 300 millioner motorer er i bruk i industri, infrastruktur og store bygninger. Disse elektriske motorene er ansvarlige for 40% av den globale strømmen som brukes til å drive pumper, vifter, kompressorer og annet mekanisk trekkutstyr. Motorteknologi har utviklet seg de siste tiårene. Overlegne såkalte "premium" -produkter er nå tilgjengelig, klare til å endre markedet mot energieffektivitet og bidra til å redusere klimagassutslipp over hele verden.
Ved å bruke beste praksis kan energieffektiviteten til elektriske motorer forbedres med 20% til 30% i gjennomsnitt. De fleste forbedringer har en tilbakebetalingstid på 1 til 3 år. Dette betyr i tillegg en stor potensiell innvirkning på reduksjon av globale klimagassutslipp.
Elektriske motorsystemer bruker store mengder elektrisk energi og kan gi en mulighet for betydelige energibesparelser. Energi representerer mer enn 97 prosent av de totale motoriske driftskostnadene over motorens levetid. Imidlertid har kjøpet av en ny motor ofte en tendens til å være drevet av prisen, ikke av strømmen den vil forbruke. Selv en liten forbedring i effektiviteten kan føre til betydelige energi- og kostnadsbesparelser. Å investere litt mer penger på forhånd for en mer effektiv motor blir ofte betalt tilbake i energibesparelser. Forbedring av energieffektiviteten reduserer klimagassutslipp som bidrar til klimaendringer .
Definisjon av motoreffektivitet
Effektiviteten til en elektrisk motor er definert som forholdet mellom brukbar akseleffekt og elektrisk inngangseffekt.
η mot = P aksel ÷ P in
η mot = motoreffektivitet [%]
P- aksel = akseleffekt [kW] (i USA HP med faktor 1,34)
P in = elektrisk inngang fra strømforsyning [kW]
Akselkraften overføres til maskindrevet; den elektriske inngangseffekten er det som måles og belastes for. Tap i motoreffektivitet bestemmes av forskjellen mellom inngangseffekt og utgangs- eller akseleffekt.
P tap = P in - P aksel
P- tap = tap av elektrisk motor [kW]
Motor energitapet er hovedsakelig varme forårsaket av mange faktorer, inkludert tap fra spoleviklingen (motstand), tap i rotorstaver og sleperinger , tap som følge av magnetiserende i jernkjernen, og tap av friksjon av lagrene.
Førsteklasses effektivitetsprogrammer i USA
19. desember 2007 undertegnet president Bush Energy Independence and Security Act of 2007 (EISA) i lov (offentlig lov 140-110). National Electrical Manufacturers Association (NEMA) deltok aktivt i å lage viktige bestemmelser om EISA. En kritisk bestemmelse som NEMA fokuserte på var økte motoreffektivitetsnivåer. Motorgeneratorseksjonen i NEMA gikk sammen med American Council for an Energy Efficient Economy for å utarbeide og anbefale nye motoreffektivitetsregler som dekker både generelle formål og noen kategorier av bestemte og spesielle elektriske motorer.
Motor- og generatorseksjonen i NEMA etablerte NEMA Premium-programmet av fire hovedårsaker:
- Elektriske motorer har en betydelig innvirkning på de totale energidriftskostnadene for industrielle, institusjonelle og kommersielle bygninger.
- Elektriske motorer varierer når det gjelder energieffektivitet. NEMA Premium-programmet vil hjelpe kjøpere med å identifisere motorer med høyere effektivitet som sparer penger og forbedrer systemets pålitelighet.
- NEMA Premium-merkede elektromotorer vil hjelpe brukerne med å optimalisere motorsystemeffektiviteten i lys av problemer med strømforsyning og deregulering av verktøy.
- NEMA Premium-motorer og optimaliserte systemer vil redusere det elektriske forbruket og dermed redusere forurensning knyttet til elektrisk kraftproduksjon .
Besøk NEMA Premium Motors for mer informasjon.
Et sammendrag av EISA-standarder for motorer:
I juni 2005 vedtok EU et direktiv om å etablere et rammeverk for å stille krav til miljøvennlig design (for eksempel energieffektivitetskrav) for all energi som bruker produkter i bolig-, tertiær- og industrisektoren. Sammenhengende EU-brede regler for miljøvennlig design vil sikre at ulikheter i nasjonale forskrifter ikke blir hindringer for handel innen EU. Direktivet innfører ikke direkte bindende krav til spesifikke produkter, men definerer vilkår og kriterier for å stille krav til miljørelevante produktegenskaper (for eksempel energiforbruk) og lar dem forbedres raskt og effektivt. Det vil bli fulgt av gjennomføringstiltak som vil etablere kravene til miljøvennlig design. I utgangspunktet gjelder direktivet all energi som bruker produkter (unntatt transportbiler) og dekker alle energikilder.
Samler verdensomspennende effektivitetsklassifiseringer
IEC 60034-30 spesifiserer elektriske effektivitetsklasser for enhastighets, trefaset , 50 Hz og 60 Hz, burinduksjonsmotorer som:
- har 2, 4 eller 6 poler (3000; 1500; og 1000 RPM ved 50 Hz)
- har nominell ytelse mellom 0,75 og 375 kW
- har en nominell spenning på opptil 1000 V.
- klassifiseres på grunnlag av enten tolltype S1 (kontinuerlig drift) eller S3 (periodisk drift) med en nominell syklisk varighetsfaktor på 80% eller høyere
Tabellen nedenfor viser IEC 60034-30 (2008) effektivitetsklasser og sammenlignbare effektivitetsnivåer.
| Effektivitetsnivåer | Sammenligning | |
|---|---|---|
| IE1 | Standard effektivitet | |
| IE2 | Høy effektivitet | For 50 Hz betydelig høyere enn EFF2 av CEMEP og identisk med US EPAct for 60 Hz |
| IE3 | Førsteklasses effektivitet | Ny effektivitetsklasse i Europa for 50 Hz, høyere enn EFF1 på CEMEP og med noen unntak identiske med NEMA Premium i USA for 60 Hz. |
Standarden forbeholder seg også en IE4-klasse (Super Premium Efficiency) for fremtiden. Følgende motorer er unntatt fra den nye effektivitetsstandarden:
- Motorer laget kun for inverterdrift
- Motorer integrert helt i en maskin (pumpe, vifte eller kompressor) som ikke kan testes separat fra maskinen.
Grafen viser som eksempel 50 Hz, 4-polede motorer
For 60 Hz-drift er IE2 og IE3 minimum fulleffektivitetsverdier tilnærmet identiske med henholdsvis North American National Electrical Manufacturers Association (NEMA) energieffektive og premium effektivitets motorstandarder. (NEMA spesifiserer forskjellige effektivitetsverdier for full belastning for motorer med helt lukkede viftekjølte og åpne dryppsikre kapslinger, og fra 200 hk er IEC IE3 effektiviteten litt høyere enn NEMA Premium Efficiency). IEC-standardene for full belastningseffektivitet er høyere for 60 Hz-motorer enn for 50 Hz-motorer. Dette er fordi så lenge motorens dreiemoment er konstant, er I 2 R eller svingmotstandstap det samme ved 50 Hz og 60 Hz. Motorens utgangseffekt øker imidlertid lineært med hastighet, og øker med 20% når frekvensen økes fra 50 Hz til 60 Hz. Generelt er 60 Hz-effektiviteten omtrent 2,5% til 0,5% større enn 50 Hz-verdiene. Effektivitetsgevinsten er større for mindre motoreffektverdier.
For å vise samsvar med disse nye effektivitetsstandardene, må motorer testes i samsvar med den nylig adopterte IEC 60034-2-1 testprotokollen. Denne prosedyren gir testresultater som i stor grad er kompatible med de som er oppnådd ved de nordamerikanske IEEE 112B og CSA 390 testmetodene. Den nye standarden krever også at motorens effektivitetsklasse og nominelle motoreffektivitet merkes på motorens typeskilt og er gitt i produktlitteraturen og motorkatalogene i følgende format:
IE3 94,5%
Nye minimumsstandarder for energiytelse i EU
22. juli 2009 bestemte kommisjonsforordning (EF) nr. 640/2009 om gjennomføring av direktiv 2005/32 / EF at i EU, med unntak av noen spesielle applikasjoner, skal motorer ikke være mindre effektive enn IE3-effektivitetsnivået fra 1. Januar 2015.
I detalj:
- IE2 innen 16. juni 2011
- IE3 innen 1. januar 2015 (for motorer fra 7,5 til 375 kW) og IE2 bare i kombinasjon med justerbar hastighet
- IE3 for alle motorer innen 1. januar 2017 (for motorer fra 0,75 til 375 kW) og IE2 bare i kombinasjon med en justerbar hastighetsdrift
EC 60034–30, IE3 Premium Efficiency (%) er presentert i tabellen.
IE3 Premium-effektivitet
| kW | 2-polet | 4-polet | 6-polet | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 50 Hz | 60 Hz | 50 Hz | 60 Hz | 50 Hz | 60 Hz | |
| 0,75 | 80,7 | 77.0 | 82.5 | 85.5 | 78.9 | 82.5 |
| 1.1 | 82.7 | 84.0 | 84.1 | 86,5 | 81.0 | 87,5 |
| 1.5 | 84.2 | 85.5 | 85.3 | 86,5 | 82.5 | 88.5 |
| 2.2 | 85.9 | 86,5 | 86,7 | 89,5 | 84.3 | 89,5 |
| 3 | 87.1 | - | 87,7 | - | 85.6 | - |
| 3.7 | - | 88.5 | - | 89,5 | - | 89,5 |
| 4 | 88.1 | - | 88.6 | - | 86.8 | - |
| 5.5 | 89.2 | 89,5 | 89,6 | 91,7 | 88,0 | 91,0 |
| 7.5 | 90.1 | 90.2 | 90.4 | 91,7 | 89.1 | 91,0 |
| 11 | 91.2 | 90,0 | 91.4 | 92.4 | 90.3 | 91,7 |
| 15 | 91,9 | 91,0 | 92.1 | 93.0 | 91.2 | 91,7 |
| 18.5 | 92.4 | 91,7 | 92.6 | 93.6 | 91,7 | 93.0 |
| 22 | 92.7 | 91,7 | 93.0 | 93.6 | 92.2 | 93.0 |
| 30 | 93.3 | 92.4 | 93.6 | 94.1 | 92.9 | 94.1 |
| 37 | 93.7 | 93.0 | 93.9 | 94.5 | 93.3 | 94.1 |
| 45 | 94.0 | 93.6 | 94.2 | 95,0 | 93.7 | 94.5 |
| 55 | 94.3 | 93.6 | 94.6 | 94.4 | 94.1 | 94.5 |
| 75 | 94.7 | 94.1 | 95,0 | 95.4 | 94.6 | 95,0 |
| 90 | 95,0 | 95,0 | 95.2 | 95.4 | 94.9 | 95,0 |
| 110 | 95.2 | 95,0 | 95.4 | 95.8 | 95.1 | 95.8 |
| 132 | 95.4 | - | 95.6 | - | 95.4 | - |
| 150 | - | 95.4 | - | 96.2 | - | 95.8 |
| 160 | 95.6 | - | 95.8 | - | 95.6 | - |
| 185 | - | 95.8 | - | 96.2 | - | 95.8 |
| 200 | 95.8 | - | 96,0 | - | 95.8 | - |
| 220 | 95.8 | 95.8 | 96,0 | 96.2 | 95.8 | 95.8 |
| 250 | 95.8 | 95.8 | 96,0 | 96.2 | 95.8 | 95.8 |
| 300 | 95.8 | 95.8 | 96,0 | 96.2 | 95.8 | 95.8 |
| 330 | 95.8 | 95.8 | 96,0 | 96.2 | 95.8 | 95.8 |
| 375 | 95.8 | 95.8 | 96,0 | 96.2 | 95.8 | 95.8 |
Design av premium effektivitetsmotorer trenger spesiell kunnskap, erfaring og testfasiliteter, utstyrt med presisjonsinstrumentering. Oppgaven med design er å få effektiviteten opp ved å minimere og balansere enkelttapene, spesielt de som er opprettet i statorspolene, statorjernet (magnetiserende) og tapene i rotoren ved glid. Sammenlignet med standard (f.eks. IE1) elektriske motorer brukes mer jern og kobbermateriale. IE3-motorer er tyngre og fysisk større enn IE1-motorer.
Vanligvis bruk av høyere spaltefylling i kobberviklingen, bruk av tynnere laminasjoner med forbedrede stålegenskaper, redusert luftspalte, bedre design av kjølevifte, bruk av spesielle og forbedrede lagre etc. kan sikre høyere effektivitet i motorene.
Den høye elektriske ledningsevnen til kobber i forhold til andre metalledere forbedrer motorens elektriske energieffektivitet. Å øke massen og tverrsnittet av ledere i en spole øker motorens elektriske energieffektivitet. Hvor energisparing er førsteklasses design mål, induksjonsmotorer kan utformes for å møte og overgå National Electrical Manufacturers Association (NEMA) premie effektivitet standarder.
Kommersielle rabattprogrammer
Det amerikanske senatets energi- og naturressursutvalg vedtok en NEMA-anbefalt bestemmelse som skapte et premium energieffektivt motorrabattprogram, også kjent som et "crush for credit" -program, ifølge National Electrical Manufacturers Association (NEMA). Programmet ga en rabatt på $ 25 per hestekrefter og en rabatt på $ 5 per hestekrefter for disponering av den gamle motoren. Sistnevnte program var nødvendig for å kompensere for kostnadsforskjellen mellom nye, dyrere, effektive motorer og lavere kostnader for å reparere de eldre, mer ineffektive motorene, sier NEMA. Dette programmet tillot den føderale regjeringen å bruke 350 millioner dollar i insentiver for den utbredte adopsjonen av NEMA Premium-motorer.
Bestemmelsen "Crush for Credit" i Senatets versjon av "Energy Policy and Conservation Act" (EPCA) gikk i fem år, og inkluderte følgende foreslåtte finansiering:
- $ 80.000.000 i FY2010
- $ 75.000.000 i FY2011
- $ 70.000.000 i FY2012
- $ 65.000.000 i FY2013
- $ 60.000.000 i FY2014
Innenfor EU oppmuntrer ulike kapitaltilskuddsordninger selskaper til å kjøpe utstyr som inneholder premium-effektivitetsmotorer. For eksempel, i Storbritannia, gir Enhanced Capital Allowances Scheme et skatteinsentiv til bedrifter som investerer i utstyr som oppfyller publiserte energisparekriterier. Energiteknologilisten (ETL) beskriver kriteriene for hver type teknologi, og lister opp produktene i hver kategori som oppfyller dem. Det forvaltes av Carbon Trust , på vegne av regjeringen, og har to deler:
- Energy Technology Criteria List (ETCL), som gjennomgås årlig som en del av for å sikre at den gjenspeiler teknologisk fremgang. Den angir de kvalifiserende energibesparende kriteriene for hver klasse teknologi.
- Produktliste over energiteknologi (ETPL), oppdatert i begynnelsen av hver måned på dette nettstedet, viser produktene og teknologiene som er kvalifisert for en ECA.
ETPL inneholder også detaljer om maksimale kravverdier for kvalifiserte produkter som består av en komponent i et større stykke anlegg og maskiner, som ikke i seg selv kvalifiserer for ECAer.
Nøkkelfunksjonene i ECA-ordningen er
- Åpent for alle virksomheter som betaler britisk selskap eller inntektsskatt , uavhengig av størrelse, sektor eller beliggenhet.
- Tilbyr 100% førsteårs kapital på investeringer i energisparende utstyr mot skattepliktig fortjeneste i investeringsperioden.
- Alle produktene som er oppført på ETPL må oppfylle energibesparelseskriteriene, publisert i ETCL.
- Bare utgifter til nytt og ubrukt energisparende utstyr kan kvalifisere for ECA-er.
- Kapitalfradrag er tilgjengelige for å bruke "på levering av" anlegg og maskiner. Dette kan inkludere visse kostnader som oppstår som et direkte resultat av installasjonen av kvalifiserende anlegg og maskiner som; transport av utstyret til stedet, og noen direkte installasjonskostnader. Man kan henvise til kravet på en ECA-seksjon for mer informasjon.
En lignende ordning i Irland, Accelerated Capital Allowance (ACA) drevet av Sustainable Energy Ireland (SEI), lar et selskap kutte sin skattepliktige inntekt med 100% av kapitalkostnaden for kvalifisert energieffektivt utstyr det første kjøpsåret. Dette kan sammenlignes med bare 12,5% for ikke-kvalifiserte anlegg og maskiner.
Med den eksisterende skattestrukturen for kapitalgodtgjørelse, når penger brukt på "kapitalutstyr", kan selskaper trekke kostnadene for dette utstyret fra overskuddet proporsjonalt over en periode på 8 år, dvs. det årlige skattepliktige overskuddet blir bare redusert med 1/8 av total utstyrskostnad.
Når det brukes penger på "Kvalifisert energieffektivt kapitalutstyr" med nye ACA, kan selskapet trekke den fulle kostnaden for dette utstyret fra overskuddet i kjøpsåret, dvs. at det skattepliktige overskuddet i år ett reduseres med hele kostnaden av utstyret.