W MGE pracujemy na danych. Od analizy zużycia energii do modernizacji napędu

Ile energii zużywa silnik przemysłowy? Z jakim rzeczywistym obciążeniem pracuje? Czy wymiana napędu może ograniczyć zużycie energii? A może w danej instalacji można zastosować silnik o mniejszej mocy?

W MGE GROUP modernizację napędów przemysłowych rozpoczynamy od analizy rzeczywistych danych z zakładu. Łączymy raporty zużycia energii, czas pracy urządzeń, dane z tabliczek znamionowych oraz wymagania procesu technologicznego.

Na tej podstawie przygotowujemy obliczenia i symulacje, które pozwalają określić potencjał poprawy efektywności energetycznej, dobrać odpowiedni silnik oraz ocenić opłacalność modernizacji.

Analiza zużycia energii i pracy napędu

Pierwszym etapem jest zebranie danych dotyczących pracy urządzenia.

Analizujemy między innymi:

• zużycie energii przez poszczególne urządzenia i ciągi produkcyjne,
• rzeczywisty czas pracy,
• moc znamionową silnika,
• napięcie i prąd,
• współczynnik mocy,
• prędkość obrotową,
• charakterystykę i wymagania procesu technologicznego.

Dzięki temu możemy oszacować średnią moc pobieraną przez urządzenie, poziom obciążenia napędu oraz potencjalne straty energii.

Parametry z tabliczki znamionowej pozwalają również określić przybliżoną sprawność znamionową silnika. Rzeczywistą sprawność w konkretnym punkcie pracy należy natomiast potwierdzić na podstawie dodatkowych danych lub pomiarów.

Dobór silnika do rzeczywistego obciążenia

W kolejnych etapach porównujemy możliwe warianty modernizacji napędu.

Analizujemy między innymi rozwiązania ABB i WEG, biorąc pod uwagę:

• sprawność silnika przy rzeczywistym obciążeniu,
• sposób rozruchu,
• prędkość obrotową,
• warunki środowiskowe,
• wymagania technologiczne,
• możliwość zastosowania falownika lub softstartu,
• dopasowanie mechaniczne do istniejącej maszyny.

Celem nie jest wyłącznie wymiana starego silnika na nowy. Kluczowe jest dobranie całego układu napędowego do faktycznych warunków pracy.

Przykład analizy – około 780 kW średniego poboru energii

W jednej z analiz ocenialiśmy urządzenie pracujące przez około 665–670 godzin miesięcznie.

Zużycie energii w analizowanym okresie wynosiło około 519–522 MWh. Na tej podstawie średni pobór mocy podczas pracy oszacowano na około 780 kW.

Przy założeniu podobnego poziomu wykorzystania urządzenia w ciągu całego roku odpowiada to około 6,27 GWh energii rocznie.

Analizowany silnik posiadał parametry:

• moc znamionowa: 900 kW,
• napięcie: 6 kV,
• prędkość: 987 obr./min.

Sprawność obliczona na podstawie parametrów tabliczkowych wynosiła około 94,1%.

Dodatkowo przeanalizowaliśmy scenariusz, w którym rzeczywista sprawność obecnego silnika wynosi około 92%. Taka wartość wymaga jednak potwierdzenia pomiarami.

Dla nowego silnika w symulacji przyjęto sprawność około 97% w analizowanym punkcie pracy. Jest to założenie wymagające potwierdzenia po wyborze konkretnego modelu silnika ABB lub WEG.

Ile energii można zaoszczędzić po modernizacji silnika?

Przy zachowaniu tej samej mocy oddawanej na wał potencjalne roczne oszczędności mogą wyglądać następująco:

Sprawność obecnego silnika	Potencjalna oszczędność energii	Wartość przy 0,60 zł/kWh
94,1%	około 187 MWh rocznie	około 112 tys. zł rocznie
92%	około 323 MWh rocznie	około 194 tys. zł rocznie

Są to wartości symulacyjne.

Rzeczywisty efekt modernizacji zależy między innymi od:

• profilu obciążenia silnika,
• liczby godzin pracy,
• sprawności nowego napędu,
• rzeczywistych warunków procesu,
• ceny energii elektrycznej.

Dlatego analiza danych stanowi punkt wyjścia do dalszych pomiarów i właściwego doboru urządzeń.

Czy można zastosować silnik o mniejszej mocy?

W analizowanym przypadku średnią moc mechaniczną na wale oszacowaliśmy na około 717–734 kW.

Otwiera to możliwość rozważenia silnika o mniejszej mocy znamionowej.

Przykładowo:

• silnik 800 kW pracowałby średnio przy około 90–92% obciążenia,
• silnik 750 kW pracowałby przy około 96–98% obciążenia.

Nie oznacza to jednak, że należy automatycznie zastosować najmniejszy możliwy silnik.

Przed podjęciem decyzji trzeba sprawdzić również:

• maksymalne chwilowe obciążenia,
• przeciążenia,
• moment rozruchowy,
• czas rozruchu,
• liczbę startów,
• wymagany zapas mocy,
• wpływ prędkości obrotowej na pracę maszyny,
• wymagania procesu technologicznego.

Samo zmniejszenie mocy znamionowej silnika nie gwarantuje oszczędności energii. Najważniejsza jest sprawność całego układu napędowego w rzeczywistym punkcie pracy.

Kompleksowa modernizacja napędów przemysłowych

Analiza energetyczna może być początkiem pełnej modernizacji układu napędowego.

W zależności od zakresu inwestycji MGE GROUP może przygotować i skoordynować:

• projekt modernizacji napędu,
• dobór silnika,
• dobór falownika lub softstartu,
• dobór zabezpieczeń,
• wykonanie lub dostosowanie ram i podstaw,
• dobór adapterów i sprzęgieł,
• osiowanie układu napędowego,
• dostosowanie instalacji elektrycznej,
• modernizację szaf i okablowania,
• modyfikację układów sterowania,
• montaż urządzeń,
• parametryzację,
• uruchomienie,
• próby działania,
• przygotowanie dokumentacji powykonawczej,
• wykonanie pomiarów,
• przygotowanie wymaganych deklaracji i certyfikatów,
• dobór wykonania Ex tam, gdzie jest ono wymagane.

Po zakończeniu modernizacji możliwe jest również porównanie zużycia energii przed i po wymianie napędu, pod warunkiem zachowania porównywalnych warunków procesu.

Ile wynosi okres zwrotu z modernizacji napędu?

Opłacalność wymiany silnika należy oceniać na podstawie całkowitego kosztu inwestycji.

Uwzględniamy więc nie tylko cenę nowego silnika, ale również:

• projekt,
• urządzenia dodatkowe,
• dopasowanie mechaniczne,
• instalację elektryczną,
• montaż,
• uruchomienie.

W analizowanym przykładzie, przy założeniu sprawności nowego silnika na poziomie około 97% oraz cenie energii 0,60 zł/kWh, potencjalne oszczędności wynosiły około 112–194 tys. zł rocznie.

Przykładowy prosty okres zwrotu:

Całkowity nakład netto	Przy sprawności obecnego silnika 94,1%	Przy sprawności obecnego silnika 92%
300 tys. zł	około 2,7 roku	około 1,5 roku
500 tys. zł	około 4,5 roku	około 2,6 roku
700 tys. zł	około 6,3 roku	około 3,6 roku

Przy inwestycji na poziomie 500 tys. zł prosty okres zwrotu mógłby więc wynosić około 2,6–4,5 roku.

Kalkulacja polega na podzieleniu całkowitego nakładu inwestycyjnego przez roczne oszczędności kosztów energii.

Należy jednak pamiętać, że są to wartości orientacyjne.

Ostateczny okres zwrotu zależy od:

• rzeczywistej sprawności starego silnika,
• sprawności nowego silnika,
• liczby godzin pracy,
• profilu obciążenia,
• ceny energii,
• kosztu całej inwestycji,
• kosztów utrzymania,
• potencjalnych przestojów,
• kosztu finansowania.

Audyt napędów przemysłowych jako pierwszy etap modernizacji

Już pierwsza analiza przekazanych danych może dostarczyć istotnych informacji dotyczących pracy instalacji.

Możemy określić między innymi:

• orientacyjne obciążenie silnika,
• roczne zużycie energii,
• potencjalny poziom oszczędności,
• możliwe warianty mocy nowego silnika,
• orientacyjny okres zwrotu z inwestycji,
• zakres danych i pomiarów potrzebnych do dalszego doboru.

Dzięki temu klient otrzymuje konkretną podstawę do podjęcia decyzji o dalszej modernizacji.

Jakie dane są potrzebne do analizy napędu?

Do przeprowadzenia pierwszej analizy najczęściej wystarczą:

• raporty zużycia energii,
• informacje o czasie pracy urządzenia,
• zdjęcia tabliczek znamionowych silników.

Jeżeli dostępne są również dane dotyczące maksymalnych obciążeń, rozruchów, wymiarów montażowych oraz wymagań procesu, możliwe jest przejście do bardziej szczegółowego doboru rozwiązania.

Przekaż dostępne dane MGE GROUP. Na ich podstawie przygotujemy wstępną ocenę potencjału modernizacji, wskażemy informacje wymagające uzupełnienia i określimy kolejne etapy projektu.

MGE GROUP – modernizacja napędów przemysłowych, dobór silników i poprawa efektywności energetycznej.