Enerji verimliliği, daha az enerji ile daha fazlasını yapmaktır. Bu açıdan enerji verimliliği; hem kendinize, hem ülkenize, hem dünyaya, hem de insanlığın geleceğine yaptığınız bir yatırımdır. Enerji verimliliği, maddi tasarrufu sağlar, ekonomiyi geliştirir, çevreyi korur ve yaşam kalitesini artırır. Bazı çevrelerin enerji verimliliğinin geçerliliği hakkında şüpheleri vardır. Bu çevreler, enerji maliyetlerinin düştüğü günümüzde, enerji verimliliğinin pahalı olduğunu belirtmekte ve enerji verimliliğini artırmanın faydalarının maliyetlerinden daha ağır olduğunu ifade etmektedirler. Ayrıca elektrik motorlarının küresel nihai enerji kullanımının %30'unu oluşturduğu endüstriyel sektörde, motor verim sınıfını yükseltmek veya mevcut motorları enerji verimliliği için optimize etmek için AC konvertörler kullanımının önemli bir yatırıma ihtiyaç duyulduğunu savunmaktadırlar.

Neyse ki enerji verimliliğinin faydalarını gören ve enerji verimliliği konusunu savunan çevreler de vardır. Uluslararası Enerji Ajansı (IEA) ve Avrupa Birliği, enerji tasarrufu için iddialı hedefler belirlemiştir ve verimlilik ilkelerini takiben tüketimin bu hedeflere ulaşmada hayati bir ilk adım olduğunu düşünmektedir.
 

IEA raporunu “First fuel-ilk yakıt” başlığı ile enerji verimliliğinin büyük ekonomiler için sadece gizli bir yakıt olmadığını vurgulayan bir girişle açmıştır. IEA'ya göre, "ilk yakıt" olarak enerji verimliliğine öncelik vermeliyiz ve bu durum verimliliğin ilk konseptinin temelini oluşturmaktadır. IEA bir enerji kaynağı olarak, enerji verimliliğini iki kategoride tanımlanmaktadır: "Talep tarafı" veya "Arz tarafı".

Enerji verimliliği yatırımları, enerji tüketiminden (örneğin, motor verimliliği performans standartları) veya enerji kayıplarından kaçınmaya katkıda bulunur (örneğin, güç dağıtımını düzenleyen mevzuat). Enerji kaynağı olarak enerji verimliliğini somutlaştırmak veya nicelleştirmek zor olabilir. Ancak yine de IEA'nın raporu enerji piyasasına hakimdir. 2013'te IEA, verimlilik önlemlerinden kaynaklanan enerji tasarruflarının, IEA ülkelerinde 1974'ten 2010'a kadar her bir yakıtın çıktısını aştığını göstererek önemini ortaya koymuştur.

AC frekans konvertörlerinin, denklemin hem talep hem de arz tarafında rolü vardır. Temel olarak, tork yüklemesi altında motorlar tarafından çekilen elektrik tüketimini azaltmak için hareket ederler. AC konvertörler, ısı kaybı yerine frenleme enerjisini tekrar hat güçlerine besleyen rejeneratif modda çalıştırılacak şekilde yapılandırılabilir.
 

Avrupa Birliği (AB), 2020 enerji verimliliği hedeflerine ulaşmayı hedefleyen geniş bir girişim yelpazesine girmektedir. Enerji Verimliliği Direktifi (EED); 2012 Enerji Verimliliği Direktifinde, AB'nin 2020'ye kadar % 20 enerji verimliliği hedefine ulaşmasına yardımcı olacak bir dizi bağlayıcı tedbir kararı almıştır. Direktif uyarınca, tüm AB ülkeleri üretiminden nihai tüketimine kadar enerji zincirinin her aşamasında enerjiyi daha verimli kullanmak zorundadır.

Potansiyel enerji tasarrufu, tüketici ve sanayi düzeyinde bir dizi fırsattan ortaya çıkarır ve bazıları diğerlerinden daha fazla yararlanmaya değerdir. AB, halihazırda, motorlarda AC konvertörleri kullanmanın enerji tasarrufu için büyük fırsatlar yaratacağını tespit etmiştir. Günümüzde motorların yaklaşık %25'i konvertörlerle donatılmıştır ve % 40-50'si kadar daha fazla konvertör kurmak mantıklı bir uygulama olacaktır.

Genelleştirilebilir biçimde elde edilebilir enerji kazanımları;

► Motor verimliliğini artırarak %10
► AC konvertörlerle hız kontrolü uygulayarak %30
► Sistemi optimize ederek %60 oranındadır.

Halen gözden geçirilmekte olan ek önlemler ile motor verimliliği önlemleri mevcuttur. Bugüne kadar AB, motor verimliliğini artırmaya odaklanmış ancak diğer fırsatlar henüz kapsamı dışındadır. En büyük ödüller, AC konvertörleri kullanarak hız denetiminde ve sistem optimizasyonunda yatmaktadır. Bu yüzden konvertörlere daha yakından bir göz atalım.
 

AC konvertörler kullanan motorların değişken hız kontrolünde kazanılacak en büyük yararlar nerededir?

AC konvertörle hız ayarlamanın sayısız nedeni vardır:

► Enerji tasarrufu yapılması ve verimlilik artışı
► Sürücünün hızını proses gereklilikleriyle eşleştirilmesi
► Bir sürücünün torkunun veya gücünün işlem gereksinimleriyle eşleştirilmesi
► Çalışma ortamının iyileştirilmesi
► Makinelerde mekanik gerilimin azaltılması
► Daha düşük gürültü seviyeleri (örnek; fanlar ve pompalar)

Uygulamaya bağlı olarak, başka faydalar da görebiliriz. Hız denetiminin birçok farklı uygulamada önemli verim avantajları getirdiği kanıtlanmıştır.

AC frekans konvertörleri farklı operasyon aşamalarında farklı şekillerde hareket eder:

Devreye Alma Akımı: Üç fazlı indüksiyon motorları yüksek başlatma akımı gerektirir. Bir AC konvertör başlatma akımını azaltır ve hız denetimini etkinleştirir.

Başlangıç sayısı: AC konvertör, başlangıç sayısını azaltarak enerji tasarrufuna katkıda bulunur. Örneğin, pompalar için, motor başlatımları toplam enerji tüketiminin % 5-10'unu oluşturmaktadır.

Sabit yük torku: Yük, hızla fazla değişmez. Bu, konveyör bantları, kaldırıcılar veya karıştırıcılar için geçerlidir. Hız kontrolü, proses optimizasyonu, enerji tasarrufu, uygun transmisyon oranları sağlar, mekanik aşınma ve yıpranmayı azaltır.

Kuadratik yük momenti: Hepsi olmasa da pompalar ve fanlar kuadratik bir yük momentine sahiptir. Güç tüketimi motor hızının kübik bir fonksiyonudur, bu da hız kontrolünün neredeyse daima önemli tasarruflara neden olduğu anlamına gelir. Örneğin,% 20 daha az hız, enerji tüketiminde yaklaşık %50 azalmaya neden olur.

Yüksek verimli motorlara kıyasla AC konvertörlere yatırım yapmanın karşılaştırılabilir ekonomisi Şekil 1'te gösterilmektedir. Bir AC konvertöre yatırım, enerji açısından verimli bir motordan daha yüksektir. Bununla birlikte, fayda genellikle oldukça yüksektir. Kısaca ilk geri ödeme süresinin ardından AC konvertör enerji verimliliği için en ekonomik araçtır. AC konvertör Bir IE3 sınıfı motordan bile daha avantajlıdır. Bu ilginç gözlem, bazı yatırımların diğerlerinden daha değerli olduğunu göstermekte ve bizi bir sonraki konu olan sistem optimizasyonuna götürmektedir.
 

Şekil 1: Çeşitli verim sınıflarının motorları ve AC konvertörler için maliyet / fayda karşılaştırması

►İlginizi Çekebilir: VLT HVAC Frekans Konvertörü

Önceden monte edilmiş tahrik paketleri konvertörü motora sıkıca bağlar ve belirli bir teorik durum için maksimum tasarruf sağlar. Bu, güvenli bir seçimdir ama esnek değildir. Hiçbir alternatif bileşen yaratılamaz ve teslimat darboğazlarında veya ihracattaki potansiyel olarak sınırlı kullanılabilirlik biçiminde kötü bir tuzak haline gelebilir. Aksine, tahrik ve motorun her seferinde birleştirildiği uyarlanmış görev, müşteri gereksinimlerine ve teknoloji trendlerine göre esnek olmaya devam etmektedir. Bir kez ödenen bir masraf gerektirir ve sonuç olarak bileşenlerin değiştirilmesinin kolay olduğu, uygulamaya uyarlanmış, enerji verimliliği ve yüksek performans için ideal bir optimizasyondur. Örneğin, herhangi bir yerel motor, dünya çapında yenilenebilir. Birçok farklı motor teknolojisini optimize edebilen uyarlanabilir bir AC konvertörü kullanarak farklı bir motor teknolojisine geçilmesi kolaydır. Bu yeteneği, kesinti maliyetlerini azaltmada büyük bir avantajdır. Uyarlanabilir bir tahrik, çeşitli motorlarla birleştiğinde, tahsis edilen paketlerin çoğuyla elde edilebilen sistem verimliliğine eşit seviyede erişebilir.

Sürekli mıknatıs veya senkron relüktans motorları gibi "yeni" yüksek verimli motor konseptlerinin çalışmasını optimize etmek için daima bir AC konvertöre ihtiyaç vardır. Aslında, AC konvertörler olmasa zaten bu motor konseptleri geliştirilmemiş olurdu.
 

Sistem optimizasyonu, çok sayıda farklı enerji tasarrufu yaklaşımı içermektedir. Basitçe, bir sistemin verimliliğini değerlendirmek için önce bileşenlerin verimliliğini ölçüp, sonra çarparız. Bununla birlikte, en etkili bileşenleri seçmek, yeterli değildir. Verimli bileşenler, her zaman en verimli sistemi oluşturmak için bir araya gelmezler. Bunun en iyi örneği, motorun fanın ortasında doğrudan monte edildiği ve göbek olarak işlev gören çok kompakt bir fanını gösterilebilir. Maalesef bu yerleştirme, tipik olarak, hava akışının bozulmasıyla sonuçlanmakta ve böylece sistemin tümünün verimliliği düşmektedir. Fanın içerisindeki motor konumlandırıldığında, cihaz daha kompakt hale gelir ve arızalar artar.

Güç tahrik sisteminde tipik bileşenler AC konvertör, motor, şanzıman ve yük makinesidir. Bazı bileşenler için IE sınıfları (Uluslararası Verimlilik) ve hatta yasal minimum değerler kısmen tanımlanmıştır. Bununla birlikte, kısmi yük altında verimliliğin bir göstergesi vermezler. Standartlarda motor verimliliği sadece tam yük için tanımlanmıştır. Uygulamada, motorlar çoğu zaman kısmi yüklerde çalışırlar; burada mekanik ve elektromanyetik kayıpların hepsi motor verimliliğinin bozulmasına neden olur. Bozulma derecesi motor torkuna ve hızına bağlıdır.

Enerji verimliliğini arttırmanın başlangıç noktası, planlanan veya mevcut sistemin mevcut durumunu oluşturmaktır. Bu, enerji tüketiminin hesaplanmasını, hangi işlemlerin hız kontrolü için uygun olduğunu açıklığa kavuşturmayı ve makul tasarrufların yapılabileceği yerleri belirlemeyi içerir. Bu süreç sinerjileri de vurgulamaktadır. Başlangıç durumunda bir başlangıç noktası olarak belirlendikten sonra, alınan optimizasyon adımlarının etkisi ölçülebilir hale gelecektir. İlk durum belgelendirilmiştir ve bu belgelendirme, operatörlerin teorik tasarrufları pratikte gerçekleştirildiğini ve sistem optimizasyonunu uyguladıktan sonra tasarruf potansiyelinin tamamen istismar edilip edilmediğini doğrulamak amacıyla yapılır.

Sistem düzeninin analizi, boru hattı uzunluğu, pnömatik, kullanılan enerji kaynakları, güç kayıpları, merkezi ya da merkezi olmayan kontrol, yedek parçaların bulunabilirliği ve depolanması - tüm bu faktörler genel olarak ömür boyu sistem verimliliğini etkilemektedir. Toplam elektromanyetik parazitleri ve dâhili veya harici filtrelerin gerekip gerekmediğini de göz önünde bulundurulmalıdır. Burada maliyet etkinliği ve mantıklı eylemlere konsantre olmak hayati önem taşımaktadır.
 

Enerji tasarrufu için fırsatlar bizi neredeyse tüm sektörlerde ve inşaat hizmetleri, konveyör bant sistemleri ve kimyasal işlemler gibi farklı uygulamalarda beklemektedir. Ancak tüm fırsatlar eşit değildir. Bazıları diğerlerinden daha çarpıcı bir şekilde daha iyidir.

Çözüm, potansiyelin belirlenmesinde ve (ekonomik açıdan) en uygun uygulamanın bulunmasında yatmaktadır. Verimliliği artırmak için farklı önlemleri değerlendirmek ve karşılaştırmak için, her yöntemin getirdiği faydalara özel dikkat göstermeniz önemlidir. Uygulanması gereken ilke şudur: Enerji tasarrufu yapın, ancak bunun için herhangi bir ücret ödemeyin.

Enerji verimliliğini sağlamak için, bir yatırım kararı vermeden önce, teknik, ticari ve lojistik gibi tüm etkenlerin-sistem ömrünün tamamı perspektifinde- incelenmesi gereklidir.

Bir enerji verimliliği yatırımı hakkında bilinçli bir karar vermek için, beşikten mezara kadar sistem ömrü boyunca toplam maliyeti analiz etmek için tanınmış bir yöntem kullanılmalıdır. Bazı alternatifler, yaşam döngüsü boyunca toplam maliyeti hesaplayan Yaşam Döngüsü Maliyetleme (LCC) ve bir süre boyunca toplam maliyeti hesaplayan Toplam Sahip Olma Maliyeti (TCO) 'dir.

Her iki kavramın temel fikri, yalnızca satın alma maliyetlerini değil aynı zamanda enerji ve bakım maliyetleri gibi işletme maliyetlerini de dikkate almaktır. Şekil 2'de gösterildiği gibi, yaşam ömrünün tamamında, enerji maliyetleri çoğu zaman işletme giderlerinin çoğunu oluşturur.
 

Şekil 2: Bir sistemin kullanım ömrü boyunca toplam maliyeti, ilk yatırım, işletme giderleri ve devir masrafları

Bir makine veya tesisin ömrü boyunca ölçülen başlangıç maliyetleri, toplam sahip olma maliyetinin (TCO) yalnızca % 10'unu veya daha azını oluşturur. Sistem optimizasyonunun kapsamlı bir değerlendirmesini yapmak için yaşam döngüsü maliyet faktörlerinin geri kalan % 90'ının yönetimi en büyük etkendir:

► Enerji
► Kesinti
► Bakım ve onarım
► Aşınma ve yenileme
► Devir masrafları

Bu nedenle, yüksek satın alma maliyetine ve düşük enerji tüketimine sahip bir cihaz, toplam hizmet ömrü boyunca, başlangıçta daha uygun fiyatlı bir cihaza kıyasla en ekonomik olma eğilimine sahip olabilir.

Toplam maliyeti analiz ederken, ürünün kullanılabilirliğinin de göz önünde bulundurulması gerekir. Bir cihaz kullanım sırasında bozulduğunda üretim kaybından dolayı maliyetler ortaya çıkacaktır. Üretim duruşunu en aza indirgemek için operatör, bir veya birkaç yedek cihaz için depolama alanı talep edecektir. Depolama alanının kurulması, gerekli depolama alanının boyutu üzerine kararlar içerir; bu da, üreticinin, gerektiğinde ne kadar hızlı yeni cihazlar gönderebileceğine bağlıdır. Bunlar, düşünülmesi gereken bazı faktörlerin örnekleridir.

Enerji verimliliği yatırımında en önemli sorunlardan biri başlangıçtaki satın alma maliyetidir. Ayrıca ürünün bulunabilirliği, denklemin diğer bir öğesidir. Bir aygıtın çalışırken başarısız olması, üretim duruşlarından ötürü maliyetlere neden olabilir. Bu nedenle, ömür boyu ve yedek parça teslimat süresine dayalı bir yedek parça stok planı bir sistem optimizasyon stratejisinin vazgeçilmez bir unsurudur. Değişken hız konvertörleri gibi, küresel kaynaktan alınabilen ve çeşitli motor teknolojileri ve kontrol sistemleri ile geniş uyumluluk gösteren bileşenler, optimum verimlilik için planlamada değerli unsurlardır.

Kısaca enerji tasarrufu; kaynakları kurtarmak ve tasarruf sağlamak için belgelenmiştir. Verimlilik için IEA önerisi “First fuel-ilk yakıt” haklı olarak önceliklidir. Bu ilkeye dayalı enerji tedarik kararları aldığımızda, toplumun kazanacağı en çok şey vardır.

Kaynak: