MEPS a důvody pro používání motorů
Co bude platit od roku 2011?
Michael Burghardt, produktový manažer,
Danfoss GmbH, VLT Antriebstechnik
Dlouhodobě rostoucí ceny energií zvyšují zájem o energetické úspory a snižování nákladů. Koncoví uživatelé si od toho slibují, že i přes zvyšující se ceny energií udrží své provozní náklady konstantní, nebo je dokonce sníží. Výrobci strojů a zařízení dosáhnou menší energetickou spotřebou konkurenční výhodu. A vedle ryze komerčních důvodů to je i společenský tlak, který nutí výrobce co nejefektivněji využívat disponibilní zdroje, a tím také významně redukovat emise CO2.
Rovněž působí na vývoj energeticky účinných technických zařízení i politické vlivy. Tímto způsobem definuje např. směrnice EU Energy related Products (ErP, 2009/125/EC) – dříve Energy using Products (EuP, 2005/32/EG a 2008/28/EG) – požadavky na provedení výrobků spotřebovávajících energie z hlediska ochrany životního prostředí. Směrnice prosazuje integrovanou produktovou politiku (IPP) Evropské unie, která zahrnuje celkový životní cyklus elektrického zařízení počínaje výrobou a jeho likvidací konče. Hospodářské požadavky na úspory energií u elektromotorů však nejsou ničím novým. Již od roku 1998 platí pro třífázové motory třídy účinnosti eff1 až eff3. Tato klasifikace účinnosti – eff, vznikla z iniciativy CEMEP (Commission of Electric Machinery and Power Electrics Manufacturers, Evropská komise výrobců elektrických strojů a výkonové elektroniky).
MEPS – další součást energetické politiky EU
Další krok tímto směrem představuje schválení směrnice EU MEPS (Minimum Energy Performance Standard) pro třífázové asynchronní motory. Vyhláška EU (EG) č. 640/2009 stanoví od poloviny roku 2011 závazné minimální stupně účinnosti pro vybrané elektromotory, které se v budoucnu objeví na evropském trhu. Jejím cílem je rychlejší využití skrytých potenciálních energetických úspor v modernizovaných zařízeních a zároveň zajištění lepší ochrany klimatu snížením energetické spotřeby. Tímto stanoví tato vyhláška základní kámen programu EU pro konstrukci zařízení přívětivou k životnímu prostředí. Po technické stránce se tato směrnice orientuje na mezinárodní běžný standard IE (International Efficiency) podle IEC 60034-30 (odpovídá ČSN EN 60034--30 Točivé elektrické stroje – Část 30: Třídy účinnosti jednootáčkových trojfázových asynchronních motorů nakrátko /IE kód/).
Tyto minimální třídy účinnosti, které budou od poloviny roku 2011 uplatněny ve třech stupních, se budou týkat veškerých dvou-, čtyř- a šestipólových třífázových asynchronních motorů s konstantními otáčkami ve výkonovém rozmezí 0,75 až 375 kW a jmenovitým napětím do 1 000 V, jež pracují v trvalém provozu. Výjimku z tohoto nařízení bude mít jen několik málo druhů motorů. Mezi ně patří:
- speciální motory (vyrobené jen pro jednu určitou činnost), které jsou za provozu zcela ponořeny do kapaliny;
- motory, které jsou zcela vestavěny např. v čerpadle nebo ventilátoru, takže není možné stanovit jejich vlastní účinnost nezávisle na komplexním zařízení;
- motory, které jsou dimenzovány na jednu činnost v atypickém prostředí, jako např. ve výškách přes 1 000 m nad mořem, v maximálních teplotách prostředí vyšších než 400 °C;
- motory v potenciálně výbušných prostředích podle směrnice 94/9/EG.
Zároveň je povinností výrobců udávat na typovém štítku motoru a v produktové dokumentaci třídu IE a hodnoty stupně účinnosti.
Mezinárodní normy jako podklad pro MEPS
Podklad pro standardy minimální účinnosti představují mezinárodně uznávané minimální třídy účinnosti IE uvedené v IEC 60034-30. Mezní hodnoty pro jednotlivé třídy jsou částečně srovnatelné s třídami účinnosti eff rozšířenými v Evropě (tab. 1).
Dodržování tříd IE je závazně předepsáno od roku 2011, ale přesto se již v roce 2010 mnoho výrobců touto klasifikací řídilo.
Tato pravidla EU předpokládají postupné zvyšování požadavků na účinnost motorů (tab. 2).
Třídy IE a eff – značné rozdíly v detailech
Ačkoliv jsou mezní hodnoty obou standardů srovnatelné, existují rozdíly ve stanovení stupně účinnosti. Účinnosti tříd eff jsou založeny na sto let starých metodách pro zjišťování dílčích ztrát (IEC 60034--2:1996). Stanovení účinnosti podle tříd IE je naproti tomu realizováno s vyšší přesností.
Zpravidla jsou hodnoty naměřené podle postupů uznávaných pro třídy IE cca do 10 kW o 2 až 3 % a cca od 100 kW asi o 1 % horší než hodnoty naměřené podle starých postupů. Norma zohledňuje tyto rozdíly při srovnávání tříd IE s třídami eff.
Vedle tříd IE1 až IE3 definovaných v normě IEC 60034-30, popisuje návrh nové normy IEC 60034-31 ještě třídu IE4. Třídy IE1 až IE3 jsou přednostně zaměřeny na motory napájené ze sítě, zatímco norma IE4 se vztahuje také na motory s regulací otáček.
Co to znamená pro uživatele a konstruktéry strojů?
V praxi tato pravidla představují některé změny pro konstruktéry strojů a rovněž i pro jejich uživatele. Pro uživatele ale ještě platí určitý stupeň ochrany z hlediska používání dosavadních zařízení. Přesto se ale v praxi projeví určitá omezení. Od stanovených termínů nesmějí výrobci motorů – kromě uvedených výjimek – uvést v EU do provozu třífázové asynchronní motory, které nesplňují požadavky MEPS. Z hlediska uživatele je především problematické, že motory IE2 a IE3 nemají vždy shodné připojovací rozměry a délky motorů s dříve používanými motory eff 2. Takže v případě výpadku starého motoru nemůže uživatel v mnoha případech uskutečnit náhradu novým identickým motorem. Pokud by nebyl k dispozici vhodný motor, zbývá pouze možnost nechat vadný motor opravit nebo se pokusit přizpůsobit instalaci novému motoru splňujícímu požadavky MEPS.
Naproti tomu je třeba očekávat rovněž i u výrobců motorů a konstruktérů strojů určité změny. Teoreticky je možné obejít nové motory MEPS pomocí případných úprav zařízení. Proti tomu ale stojí dva důležité faktory:
Za prvé již od poloviny roku 2011 nebudou k dispozici ani pro uživatele žádné motory třídy IE1, nebudou-li splňovat požadavky MEPS, popř. nebude dovoleno takové motory uvádět do provozu.
Za druhé se bude na trhu zvyšovat poptávka po motorech IE2/IE3. Tento trend bude mimo jiné také zřetelný u aplikací v oblasti ATEX (Atmosphères Explosibles, prostředí s nebezpečím výbuchu). Podle příslušného nařízení jsou tyto motory vyjmuty z této klasifikace, nicméně stále více výrobců certifikuje své motory ATEX podle standardu IE.
Takže výrobci motorů a rovněž výrobci a konstruktéři strojů a zařízení budou nuceni přejít na nové druhy motorů podle MEPS i v oblastech, kde by to nebylo jinak nezbytně nutné. Protože se uživatelé již nyní začínají ve zvýšené míře orientovat na využívání motorů IE2 a mají v úmyslu dále zvyšovat jejich účinnost, dojde zcela jistě k uplatnění podílu motorů s permanentními magnety (PM). Tyto mají již z principu vyšší účinnost a dá se s nimi snadněji dosáhnout takových stupňů účinnosti, které překračují třídu IE3. A rovněž přichází jako alternativa MEPS v úvahu moderní regulace otáček v podobě měničů frekvence.
Alternativa MEPS
EU věnuje pozornost problematice výměny motorů a velkému potenciálu energetických úspor díky regulaci otáček pohonů. Jako alternativu k plánovaným třídám IE3 nařízení akceptuje rovněž motory IE2 napájené z měničů frekvence. Dodržování třídy IE3 nebo alternativy IE2 plus měnič je třeba zaručit v místě provozu.
Obr. 1. Příklad použití elektromotorů v pohonářské aplikaci
Obr. 2. Kombinace elektromotoru a měniče frekvence
Tab. 1. Porovnání tříd energetické účinnosti podle IEC 60034-30 a CEMEP
Tab. 2. Termíny pro zákaz uvádění nových třífázových asynchronních motorů do provozu v EU při nesplnění klasifikace IE
Tab. 2. Termíny pro zákaz uvádění nových třífázových asynchronních motorů do provozu v EU při nesplnění klasifikace IE