Według raportu „Inwentaryzacja gazów cieplarnianych w Polsce dla lat 1988-2014” przygotowanego w maju 2016 r. przez Krajowy Ośrodek Bilansowania i Zarządzania Emisjami w 2014 r. do atmosfery uwolniono ponad 380 tys. Mt zanieczyszczeń (w ekwiwalencie CO2). Największy udział w tej grupie miały dwutlenek węgla (81,7%), metan (10,9%) i podtlenek azotu (5,2%). I choć gazy przemysłowe stanowiły w tym zestawieniu jedynie ok. 2,3% wszystkich emitowanych zanieczyszczeń, spadek ich produkcji w latach 1988-2014 wyniósł zaledwie nieco ponad 12% – z 33 962,29 Mt do 30 015,11 Mt. Co znamienne, największymi generatorami CO2 były w tym przypadku silniki elektryczne, a konkretnie – zużywana przez nie energia produkowana w elektrowniach.

Sytuacja ta nie odbiega zasadniczo od tej obserwowanej w innych krajach Unii Europejskiej. Jak wyliczyło niemieckie Centralne Stowarzyszenie Przemysłu Elektrotechnicznego i Elektronicznego (Zentralverband der Elektrotechnik- und Elektronikindustrie), wprowadzenie wydajniejszych energetycznie silników elektrycznych pozwoliłoby do 2020 r. zaoszczędzić w samych Niemczech blisko 27 mld KWh energii, co odpowiada 16 mln ton CO2. Nie powinno być więc zaskoczeniem, że Unia Europejska podejmuje zdecydowane kroki w celu zwiększenia efektywności silników elektrycznych m.in. przez wprowadzenie Dyrektywy w sprawie ekoprojektu, zwanej skrótowo Dyrektywą ErP. Od początku tego roku mają być nią objęte również silniki o znamionowej mocy wyjściowej równej lub większej niż 0,75 kW. Oznacza to, że producenci i użytkownicy będą musieli dostosować swoje wyroby i instalacje do nowych wymogów. Dla większości wiąże się to z koniecznością znalezienia takiego rozwiązania, które pozwoli na ograniczenie zużycia energii bez generowania znacznych kosztów finansowych.

Więcej niż przykry obowiązek
Dyrektywa w sprawie ekoprojektu weszła w życie w połowie 2011 r. i początkowo objęła wszystkie nowe silniki, które wedle zmienionych przepisów musiały od teraz spełniać wymagania klasy energetycznej IE2 (High Efficiency). We wrześniu 2015 r. wymogi te zostały podniesione (do klasy IE3 – Premium Efficiency), przy czym objęły tylko nowe silniki oraz instalacje o mocy znamionowej od 7,5 do 375 kW. Silniki o klasie energetycznej IE2 mogły być odtąd stosowane jako alternatywa dla bardziej efektywnych rozwiązań jedynie w przypadku, gdy zostały wyposażone w elektroniczną regulację momentu obrotowego. Zaś od 1 stycznia br. wymogi klasy IE3 muszą spełniać także silniki o mniejszej mocy – od 0,75 kW oraz wszystkie pozostałe elektryczne źródła napędu. W praktyce oznacza to, że najmniejsze z nich (o mocy 0,75 kW) muszą wykazywać się sprawnością na poziomie powyżej 80%, zaś np. te o mocy 15 kW – powyżej 90% (patrz wykres).

Jednak jak wskazują eksperci, zaostrzenie unijnych norm dotyczących energooszczędności urządzeń elektrycznych stanowi tylko jeden z argumentów przemawiających za inwestycją w technologie umożliwiające produkcję bardziej efektywnych silników. Drugim, być może istotniejszym, jest pozytywny wpływ takiej decyzji na konkurencyjność przedsiębiorstwa w zestawieniu z innymi producentami, w tym ze Stanów Zjednoczonych i Azji. Wystarczy wspomnieć, że główni konkurenci unijnych producentów – Korea Południowa, Kanada i USA – dużo wcześniej zdecydowały się na wdrożenie regulacji ograniczających produkcję niskoefektywnych silników, a w Chinach już w 2011 r. wprowadzono obowiązek spełniania wymogów klasy IE2 dla wszystkich nowych silników elektrycznych. W efekcie silniki klasy IE2 stanowią przykładowo w Stanach Zjednoczonych już ponad 50% urządzeń oferowanych na rynku, a te klasy IE3 właśnie przekroczyły próg 20%, podczas gdy w Europie stanowią jedynie 10% wszystkich produkowanych silników elektrycznych.

Świadomość TCO
Z punktu widzenia konkretnego przedsiębiorstwa niemniej istotną korzyścią będzie też zwiększony popyt na nowe energooszczędne produkty, stymulowany przez znacznie szybszy zwrot z inwestycji dzięki niższym kosztom eksploatacji. Jak wykazują liczne badania, świadomość użytkowników odnośnie wpływu wydatków eksploatacyjnych na całkowity koszt posiadania (ang. Total Cost of Ownership, TCO) stopniowo rośnie, znajdując wyraz w bardziej przemyślanych decyzjach zakupowych uwzględniających koszty pracy urządzenia w całym okresie eksploatacji. W przypadku silników elektrycznych napędzających maszyny 95-98% owych wydatków stanowią koszty energii elektrycznej wykorzystanej do ich zasilania, podczas gdy koszt zakupu nie przekracza zwykle 2-4% całkowitego kosztu posiadania.

Mimo to wiele małych i średnich przedsiębiorstw nie posiada wystarczających środków na inwestowanie w najbardziej energooszczędne rozwiązania. Nie zawsze też w ich przypadku taka inwestycja będzie opłacalna, jako że warunkiem zachowania konkurencyjnej pozycji na rynku jest utrzymanie kosztów funkcjonowania zakładu na racjonalnym poziomie. Z tego względu na znaczeniu zyskują rozwiązania, które pozwolą na poprawę efektywności energetycznej i spełnienie wymogów prawa wspólnotowego bez ponoszenia znacznych nakładów finansowych.

Redukcja kosztów w trzech krokach
Jednym z takich komponentów są rozruszniki do silników elektrycznych, które mogą zastąpić drogie i nie zawsze dostosowane do prostych aplikacji falowniki. Rozruszniki (tzw. startery) – w połączeniu z systemem regulacji momentu obrotowego – umożliwiają sterowanie momentem obrotowym zgodnie z wymaganiami Dyrektywy ErP, a przy tym są przyjazne w obsłudze, nie odbiegając zasadniczo pod tym względem od tradycyjnych rozruszników silników spalinowych.

Redukcji kosztów eksploatacji sprzyjają również rozwiązania mające na celu ochronę silników podczas rozruchu i pracy, np. układy łagodnego rozruchu typu softstart (więcej informacji na temat softstartów w numerze 2/2017 MM Magazynu Przemysłowego). Urządzenia takie przeciwdziałają powstawaniu wysokich prądów rozruchowych, które mogą doprowadzić do uszkodzenia styków i innych elementów silnika, tym samym zapobiegając kosztownym przestojom i naprawom. Tego typu sprzęt może być montowany zarówno w silnikach o klasie efektywności IE2, jak i IE3. Jego zastosowanie niweluje także istotny problem dostosowania istniejących instalacji do wymogów stwarzanych przez nowe typy silników, które co do zasady pod względem konstrukcji znacznie odbiegają od tych stosowanych wcześniej w zakładach.

Aby zwiększyć niezawodność i zredukować koszty napraw, warto również zainwestować w nowoczesne systemy monitorowania pracy maszyn w czasie rzeczywistym. Najnowsze tego typu rozwiązania, np. zintegrowany system kontroli połączony z systemem okablowania SmartWire-DT firmy Eaton, pozwalają z jednej strony zrezygnować z bieżących zabiegów konserwacyjnych na rzecz konserwacji predyktywnej, a z drugiej – znacznie zredukować koszty okablowania dzięki zastosowaniu jednego przewodu o długości do 600 m do podłączenia wszystkich czujników.

Zaostrzenie przepisów odnośnie efektywności energetycznej silników elektrycznych skłania producentów elektroniki do projektowania i wprowadzania na rynek rozwiązań, które mają ułatwić obsługę i obniżyć całościowe koszty eksploatacji nowych, bardziej wydajnych silników. Choć tworzone z myślą o małych i średnich przedsiębiorstwach, urządzenia te w przyszłości mogą przyczynić się do redukcji liczby i czasu przestojów w całym sektorze produkcyjnym. Dlatego – mimo że na razie ich oferta jest jeszcze stosunkowo ograniczona – należy spodziewać się szybkiego jej rozwoju wraz ze wzrostem świadomości korzyści wynikających z inwestycji w tego typu rozwiązania.