Premium effektivitet - Premium efficiency
Premium effektivitet er en klasse af motoreffektivitet. Som led i en samlet indsats over hele verden for at reducere energiforbrug , CO 2 -emissioner og indvirkningen af industrielle operationer på miljøet har forskellige regulerende myndigheder i mange lande indført eller planlægger lovgivning for at tilskynde til fremstilling og anvendelse af motorer med højere effektivitet . Denne artikel ser på udviklingen af premium-effektivitetsstandarden (IE3) og premium- effektivitetsmotorer (PEM'er) og tilhørende miljømæssige, juridiske og energirelaterede emner.
Historie
Den Oliekrisen og den verdensomspændende behov for mere magt og dermed flere kraftværker har rejst energibesparelser bevidsthed.
I 1992 fastsatte den amerikanske kongres som en del af Energy Policy Act (EPAct) minimumseffektivitetsniveauer (se tabel B-1) for elmotorer .
I 1998 udsendte den europæiske komité for producenter af elektriske maskiner og energisystemer (CEMEP) en frivillig aftale mellem motorfabrikanter om effektivitetsklassificering med tre effektivitetsklasser:
- Eff 1 for høj effektivitet
- Eff 2 for standardeffektivitet
- Eff 3 for lav effektivitet
Elektriske motorer af højeste kvalitet
Udtrykket præmieeffektivitet som beskrevet her vedrører en klasse af motoreffektivitet. Det anses for nødvendigt at indføre dette udtryk forbundet med motorer på grund af kommende lovgivning i EU , USA og andre lande vedrørende den fremtidige obligatoriske brug af premium-effektiv egernburinduktionsmotorer af typen i defineret udstyr.
Reduktion af energiforbrug og CO 2 -emissioner
Der er fremsat flere udsagn om motorbrug og fordelene ved at bruge motorer med høj effektivitet eller højere effektivitet. Disse inkluderer:
Baseret på US Department of Energy data anslås det, at National Electrical Manufacturers Association (NEMA) premium-effektivitetsmotorprogram sparer 5,8 teravat elektricitet og forhindrer frigivelse af næsten 80 millioner ton kulstof i atmosfæren i løbet af de næste ti flere år. Dette svarer til at holde 16 millioner biler væk fra vejen.
Omkring 30 millioner nye elmotorer sælges hvert år til industrielle formål. 300 millioner motorer er i brug i industri, infrastruktur og store bygninger. Disse elektriske motorer er ansvarlige for 40% af den globale elektricitet, der bruges til at drive pumper, blæsere, kompressorer og andet mekanisk trækkraftudstyr. Motorteknologi har udviklet sig i løbet af de sidste par årtier. Superior, såkaldte "premium" produkter er nu tilgængelige, klar til at ændre markedet mod energieffektivitet og bidrage til at sænke drivhusgasemissioner over hele verden.
Ved anvendelse af bedste praksis kan el-motorers energieffektivitet i gennemsnit forbedres med 20% til 30%. De fleste forbedringer har en tilbagebetalingstid på 1 til 3 år. Dette betyder desuden en stor potentiel indvirkning på reduktionen af de globale drivhusgasemissioner.
Elektriske motorsystemer bruger store mængder elektrisk energi og kan give en mulighed for betydelige energibesparelser. Energi udgør mere end 97 procent af de samlede driftsomkostninger i motoren over motorens levetid. Imidlertid har køb af en ny motor ofte tendens til at være drevet af prisen, ikke den elektricitet, den vil forbruge. Selv en lille effektivitetsforbedring kan resultere i betydelige energi- og omkostningsbesparelser. At investere lidt flere penge på forhånd for en mere effektiv motor betales ofte tilbage i energibesparelser. Forbedring af energieffektivitet reducerer drivhusgasemissioner, der bidrager til klimaændringer .
Definition af motoreffektivitet
Effektiviteten af en elektrisk motor er defineret som forholdet mellem anvendelig akseleffekt og elektrisk indgangseffekt.
η mot = P aksel ÷ P in
η mot = motoreffektivitet [%]
P- aksel = akseleffekt [kW] (i USA HP med faktor 1,34)
P in = elektrisk input fra strømforsyning [kW]
Akselkraften overføres til den maskindrevne; den elektriske indgangseffekt er det, der måles og opkræves for. Tab i motoreffektivitet bestemmes af forskellen mellem inputeffekt og output eller akseleffekt.
P tab = P in - P aksel
P- tab = tab af elmotor [kW]
Motor energitab er hovedsagelig varme fra mange faktorer, herunder tab fra spolevikling (modstand), tab i rotorstængerne og slæberinge , tab på grund af magnetisering af jern kerne, og tab fra friktion af lejer.
Førsteklasses effektivitetsmotorprogrammer i USA
Den 19. december 2007 underskrev præsident Bush Energy Independence and Security Act of 2007 (EISA) i lov (offentlig lov 140-110). National Electrical Manufacturers Association (NEMA) deltog aktivt i udformningen af vigtige bestemmelser om EISA. En kritisk bestemmelse, som NEMA fokuserede på, var øgede motoreffektivitetsniveauer. Motorgeneratorsektionen i NEMA gik sammen med det amerikanske råd for en energieffektiv økonomi om at udarbejde og anbefale nye motoreffektivitetsbestemmelser, der dækker både generelle formål og nogle kategorier af bestemte og specielle elektriske motorer.
Motor- og generatorafdelingen i NEMA etablerede NEMA Premium-programmet af fire hovedårsager:
- Elektriske motorer har en betydelig indvirkning på de samlede energidriftsomkostninger for industrielle, institutionelle og kommercielle bygninger.
- Elektriske motorer varierer med hensyn til energieffektivitet. NEMA Premium-programmet hjælper køberne med at identificere højere effektive motorer, der sparer penge og forbedrer systemets pålidelighed.
- NEMA Premium-mærkede elmotorer hjælper brugerne med at optimere motorsystemets effektivitet i lyset af problemer med strømforsyning og deregulering af forsyningsselskaber.
- NEMA Premium-motorer og optimerede systemer vil reducere det elektriske forbrug og derved reducere forurening i forbindelse med elproduktion .
Besøg NEMA Premium Motors for mere information.
Et resumé af EISA-standarder for motorer:
I juni 2005 vedtog Den Europæiske Union et direktiv om etablering af en ramme for fastlæggelse af krav til miljøvenligt design (såsom energieffektivitetskrav) for al energi, der bruger produkter i bolig-, tertiær- og industrisektoren. Sammenhængende EU-dækkende regler for miljøvenligt design vil sikre, at forskelle mellem nationale regler ikke bliver hindringer for handel inden for EU. Direktivet indfører ikke direkte bindende krav til specifikke produkter, men definerer betingelser og kriterier for at stille krav til miljørelevante produktegenskaber (såsom energiforbrug) og gør det muligt at forbedre dem hurtigt og effektivt. Det vil blive fulgt af gennemførelsesforanstaltninger, der fastlægger kravene til miljøvenligt design. I princippet finder direktivet anvendelse på alle energiforbrugende produkter (undtagen transportkøretøjer) og dækker alle energikilder.
Samler verdensomspændende effektivitetsklassifikationer
IEC 60034-30 specificerer elektriske effektivitetsklasser for enkelthastigheds , trefasede , 50 Hz og 60 Hz burinduktionsmotorer, der:
- har 2, 4 eller 6 poler (3.000; 1.500 og 1.000 omdr./min ved 50 Hz)
- har nominel ydelse mellem 0,75 og 375 kW
- har en nominel spænding op til 1000 V.
- klassificeres på basis af enten toldtype S1 (kontinuerlig told) eller S3 (intermitterende told) med en nominel cyklisk varighedsfaktor på 80% eller højere
Tabellen nedenfor viser IEC 60034-30 (2008) effektivitetsklasser og sammenlignelige effektivitetsniveauer.
| Effektivitetsniveauer | Sammenligning | |
|---|---|---|
| IE1 | Standard effektivitet | |
| IE2 | Høj effektivitet | For 50 Hz betydeligt højere end EFF2 i CEMEP og identisk med US EPAct i 60 Hz |
| IE3 | Premium effektivitet | Ny effektivitetsklasse i Europa for 50 Hz, højere end EFF1 på CEMEP og med nogle undtagelser identiske med NEMA Premium i USA i 60 Hz. |
Standarden forbeholder sig også en IE4-klasse (Super Premium Efficiency) til fremtiden. Følgende motorer er udelukket fra den nye effektivitetsstandard:
- Motorer udelukkende fremstillet til inverterdrift
- Motorer integreret fuldstændigt i en maskine (pumpe, ventilator eller kompressor), der ikke kan testes separat fra maskinen.
Grafen viser som eksempel 50 Hz, 4-polede motorer
Ved drift på 60 Hz er IE2 og IE3 minimumsværdierne for fuld belastningseffektivitet næsten identiske med henholdsvis de nordamerikanske National Electrical Manufacturers Association (NEMA) energieffektive og premium-effektivitetsmotorstandarder. (NEMA specificerer forskellige værdier for fuld belastningseffektivitet for motorer med helt lukkede ventilatorafkølede og åbne drypbeskyttede kabinetter, og fra 200 HK er IEC IE3 effektiviteten lidt højere end NEMA Premium Efficiency). IEC-minimumsstandarder for fuld belastningseffektivitet er højere for 60 Hz-motorer end for 50 Hz-motorer. Dette skyldes, at så længe motorens drejningsmoment er konstant, er I 2 R- eller viklingsmodstandstab det samme ved 50 Hz og 60 Hz. Motorens udgangseffekt stiger imidlertid lineært med hastigheden og stiger med 20%, når frekvensen øges fra 50 Hz til 60 Hz. Generelt er effektiviteten på 60 Hz ca. 2,5% til 0,5% større end 50 Hz-værdierne. Effektivitetsgevinsten er større for mindre motoreffektklasser.
For at vise overensstemmelse med disse nye effektivitetsstandarder skal motorer testes i overensstemmelse med den nyligt vedtagne IEC 60034-2-1 testprotokol. Denne procedure giver testresultater, der stort set er kompatible med dem, der opnås ved de nordamerikanske IEEE 112B- og CSA 390- testmetoder. Den nye standard kræver også, at motorens effektivitetsklasse og nominelle motoreffektivitet er mærket på motorens typeskilt og angivet i produktlitteraturen og motorkatalogerne i følgende format:
IE3 94,5%
Nye minimumsstandarder for energieffektivitet i EU
Den 22. juli 2009 hedder det i Kommissionens forordning (EF) nr. 640/2009 om gennemførelse af direktiv 2005/32 / EF, at motorer i EU med undtagelse af nogle specielle anvendelser ikke skal være mindre effektive end IE3-effektivitetsniveauet fra 1 Januar 2015.
I detaljer:
- IE2 inden 16. juni 2011
- IE3 inden 1. januar 2015 (til motorer fra 7,5 til 375 kW) og kun IE2 i kombination med et hastighedsdrev
- IE3 for alle motorer inden 1. januar 2017 (for motorer fra 0,75 til 375 kW) og IE2 kun i kombination med et justerbart hastighedsdrev
EC 60034–30, IE3 Premium Efficiency (%) er vist 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 af førsteklasses effektivitetsmotorer har brug for særlig viden, erfaring og testfaciliteter udstyret med præcisionsinstrumentering. Opgaven med design er at få effektiviteten op ved at minimere og afbalancere de enkelte tab, især dem, der er skabt i statorspolerne, statorjernet (magnetisering) og tabene inden i rotoren ved glidning. I sammenligning med standardmotorer (f.eks. IE1) anvendes mere jern og kobbermateriale. IE3-motorer er tungere og fysisk større end IE1-motorer.
Typisk anvendelse af højere slidsfyldning i kobberviklingen, brug af tyndere laminater med forbedrede stålegenskaber, reducering af luftspalten, bedre design af køleventilator, brug af specielle og forbedrede lejer osv. Kan sikre højere effektivitet i motorerne.
Den høje elektriske ledningsevne af kobber i forhold til andre metalledere forbedrer motorernes elektriske energieffektivitet. Forøgelse af lederens masse og tværsnit i en spole øger motorens elektriske energieffektivitet. Hvor energibesparelser er de primære designmål, kan induktionsmotorer designes til at opfylde og overstige National Electrical Manufacturers Association (NEMA) premium effektivitetsstandarder.
Kommercielle rabatprogrammer
Det amerikanske senats energi- og naturressourceudvalg vedtog en NEMA-anbefalet bestemmelse, der skabte et premium energieffektivt motorrabatprogram, også kendt som et "crush for credit" -program, ifølge National Electrical Manufacturers Association (NEMA). Programmet gav en rabat på $ 25 pr. Hestekræfter og en rabat på $ 5 pr. Hestekræfter til bortskaffelse af den gamle motor. Sidstnævnte program var nødvendigt for at udligne omkostningsforskellen mellem nye, dyrere, effektive motorer og de lavere omkostninger til reparation af de ældre, mere ineffektive motorer, siger NEMA. Dette program tillod den føderale regering at bruge 350 millioner dollars i incitamenter til den udbredte vedtagelse af NEMA Premium-motorer.
Bestemmelsen "Crush for Credit" indeholdt i senatets version af "Energy Policy and Conservation Act" (EPCA) løb i fem år og omfattede følgende foreslåede finansiering:
- $ 80.000.000 i FY2010
- $ 75.000.000 i regnskabsåret 2011
- $ 70.000.000 i 2012
- $ 65.000.000 i regnskabsåret 2013
- $ 60.000.000 i regnskabsåret 2014
Inden for EU tilskynder forskellige ordninger for kapitalgodtgørelse virksomheder til at købe udstyr, der indeholder premium-effektivitetsmotorer. For eksempel giver Enhanced Capital Allowances Scheme i Storbritannien et skatteincitament til virksomheder, der investerer i udstyr, der opfylder offentliggjorte energibesparelseskriterier. Energiteknologilisten (ETL) beskriver kriterierne for hver type teknologi og lister de produkter i hver kategori, der opfylder dem. Det ledes af Carbon Trust på vegne af regeringen og har to dele:
- Listen over energiteknologikriterier (ETCL), som gennemgås årligt som en del af for at sikre, at den afspejler teknologisk udvikling. Den indeholder de kvalificerende energibesparelseskriterier for hver klasse af teknologi.
- Energiteknologiproduktlisten (ETPL), opdateret i starten af hver måned på dette websted, viser de produkter og teknologier, der er berettigede til en ECA.
ETPL indeholder også detaljer om de maksimale kravværdier for kvalificerede produkter, der omfatter en komponent i et større stykke anlæg og maskiner, som ikke i sig selv kvalificerer sig til ECA'er.
Nøglefunktioner i ECA-ordningen er
- Åben for alle virksomheder, der betaler britisk selskabsskat eller indkomstskat , uanset størrelse, sektor eller placering.
- Tilbyder 100% førsteårs kapitalgodtgørelse på investeringer i energibesparende udstyr mod skattepligtig fortjeneste i investeringsperioden.
- Alle produkter, der er anført på ETPL, skal opfylde de energibesparelseskriterier, der er offentliggjort i ETCL.
- Kun udgifter til nyt og ubrugt energibesparende udstyr kan kvalificere sig til ECA'er.
- Kapitalfradrag er til rådighed til brug "til levering af" anlæg og maskiner. Dette kan omfatte visse omkostninger, der opstår som et direkte resultat af installationen af kvalificerende anlæg og maskiner såsom; transport af udstyr til stedet og nogle direkte installationsomkostninger. Man kan henvise til kravet om en ECA-sektion for mere information.
En lignende ordning i Irland, Accelerated Capital Allowance (ACA), der drives af Sustainable Energy Ireland (SEI), gør det muligt for et selskab at skære sin skattepligtige indkomst med 100% af kapitalomkostningerne ved berettiget energieffektivt udstyr i det første købsår. Dette kan sammenlignes med kun 12,5% for ikke-støtteberettigede anlæg og maskiner.
Med den nuværende skattestruktur for kapitalgodtgørelse, når penge brugt på "kapitaludstyr", kan virksomheder trække omkostningerne ved dette udstyr proportionalt fra deres overskud over en periode på 8 år, dvs. det årlige skattepligtige overskud reduceres kun med 1/8 af samlede udstyrsomkostninger.
Med nye ACA, når penge bruges på "Kvalificeret energieffektivt kapitaludstyr", kan virksomheden trække de fulde omkostninger ved dette udstyr fra deres overskud i købsåret, dvs. den skattepligtige fortjeneste i år 1 reduceres med de fulde omkostninger ved udstyret.
