Yüksek Verimli Elektrik motorları ve yeni standartlar
Günümüzde enerji kaynaklarının ne kadar kısıtlı olduğu ve artan talebin yaratacağı dar boğazdan kaçınabilmek için mevcut enerjiyi verimli kullanmanın ne derece gerekli ve tek çıkış yolu olduğundan bahsetmeye bile sanırım gerek yoktur. Endüstride elektrik enerjisini mekanik/hareket enerjisine çevirmede en çok kullanılan ekipmanlar elektrik motorlarıdır. Herhangi bir imalat yapmak için “bir şeylerin hareket etmesi gerekmekte”, diye düşünecek olursak elektrik motorların ne derece önemli ve yoğun kullanıldığını hissedebiliriz. Aslında gerçekten de rakamlar gösteriyor ki sanayide kullanılan toplam elektrik enerjisinin yaklaşık %70’i elektrik motorları üzerinde harcanmaktadır!
Bir elektrik motorunun gücünden bahsedilirken, örneğin 100kW’lık bir motor olsun, bu güç, motorun miline verdiği mekanik gücün bir ifadesidir. Motorun şebekeden çekeceği güç ise tamamen motorun ne kadar verimli olduğu ile alakalıdır. Örneğin motor %90 verimli ise bu durumda giriş gücü 100/0.9=111kW’lar civarındadır. Bu hayali örnek için maalesef 11kW’lık güç ile sürekli olarak faturalar kabarmakta, gereksiz bir aktif harcama yapılmakta ve belki daha da kötüsü çevre ısıtılmaktadır. Çünkü kayıp enerji ısı enerjisi olarak dönüşür…
IE olarak adlandırılan verimlilik standartları için VEM, şu an otoritelerin şart koştuğu tüm standartlarda imalat yapmakla beraber, gelecekte zorlayıcı olarak devreye girecek ancak günümüzde standardı henüz sadece taslak olarak hazırlanmış ve kanuni zorlaması halihazırda bulunmayan verimlilik standartlarında da imalat yapmaktadır. Çünkü, birçok son kullanıcı, kanuni zorunluluk adına değil, yaptıkları amortisman hesabı ve beraberinde çevreye saygılı olma adına, kanunun asgari şart koştuğu standartların ötesinde taleplerde bulunmaktadır. Ülkemizde şu an standart asenkron motorlar için zorunlu minimum verimlilik sınıfı IE2, önümüzdeki yıl – eğer bir değişiklik olmazsa – devreye girecek verimlilik sınıfı IE3 olmakta, ancak VEM, az önce bahsettiğimiz gibi bazı modellerinde şimdiden IE4 standartlarında da imalat yapmaktadır.
VEM Holding GmbH, geçtiğimiz Ekim ayı başlarında, Almanya’da 13.sü yapılan teknik kongreye ev sahipliği yaptı. Kongre, üniversitelerden konunun uzmanları ve endüstrinin ve sektörün ileri gelmiş firmalarının yoğun katılımlarıyla gerçekleşti. Kongrede enerji verimliliği trendinin geleceği, yeni ölçüm teknikleri, yeni standartlar ve benzeri teknik konulara detaylıca yer verildi. Bu konferans ve sunulan bilgiler ile tazelediğimiz konu ile alakalı bilgileri paylaşmak isterim:
IEC ve CENELEC yoğun bir şekilde standartların ve kılavuzların yenilenmesini ve geliştirilmesini istemektedir.
Haziran 2014’de, şebekeden çalışan motorlar için verimlilik (kayıp) ölçüm sistemlerinin 2. Versiyonu yayınlanmıştır (IEC60034-2-1 Ed.2.0). Buradaki temel prensip, ölçüm sistemlerinin daha hassas yapılabilmesiydi.
- Versiyonla karşılaştırıldığında, bu yeni versiyonun dokümanı ciddi bir şekilde geliştirildi. Elektrik motoru denince en yoğun kullanılan yapılar (Asenkron motorlar, Senkron motorlar, DC motorlar vb.) kendine has bölümlerde ayrı ayrı ele alınarak okunabilirlik ve anlaşılabilirlik arttırılmıştır. Ayrıca, modern araç-gereçlerin gelişen kabiliyetlerini göz önüne alarak ölçüm toleransları da daha hassas istenmiştir.
Gelecekte verimlilik konusu sadece motor (ürün) bazında değil, komple sistem bazında standartlarca tarif edilecek ve ölçülecektir, bu standartların ve yöntemlerin çalışmaları başlatılmıştır. Gelecekte artık elektrik motorlarında verim kriteri, sadece bir noktadaki verimlilik değil, bir matris şeklinde farklı devirler ve farklı yüklenmeler için ölçülecektir. Bu sayede işletmelerde, yükün doğası gereği farklı devir/yük noktalarında çalıştırmak üzere de motorlar kendi aralarında kıyaslanabileceklerdir. Hatta benzer bir yaklaşım, komple sistemlere de uygulanması için devam etmektedir. Burada sistemden kastedilen motor, motor öncesi frekans konvertörü ve motor sonrası yükün hep birlikte oluşturduğu komple yapıdır. Bu konsepti ifade eden standartlar da IES olarak adlandırılacaktır. Bu yeni standartların taslakları (FprEN 50598-2) şimdiden yazılmıştır.
EN50598 standardı, elektrikle drive edilen sistemlerinde ekolojik dizayn kurallarını belirler ve 0.12kW’tan 1000kW’a kadar kapsamaktadır. Bu standardın getirdiği enerji verimliliği kazançlarının hesabı birden fazla kriterin hesaplanması ile oluşur: Motor, frekans konvertörü, motor yol verici ve yükün çalışma rejimleri… EN 50598, IES sitemini kullanarak enerji verimlilik sınıfını belirler.
VEM olarak bizler, alçak gerilim 3 fazlı AC motorlarımız için bu standarda göre testlerimizi başlatmış olup, standartlar yürürlüğe girmeden veri bankamızı oluşturmaktayız. Veri bankamızda şimdilik 0.75kW – 375kW arası motorlar mevcuttur ve her geçen gün artmaktadır.
Bu sayede VEM olarak bizler, gerek motor olarak gerekse motor ile frekans konvertörü birlikte çalışması olarak IES2 standartlarını sağlamaktayız; Geçen Kazım ayında SPS IPC fuarında VEM standında girilen parametrelere göre verimlilik sınıfını hesaplayan programı sergilemiş bulunuyoruz. Bu program aynı zamanda pompa ve fan yükleri için çalışma ve rejim şartlarını da hesaba katmaktadır.
Frekans konvertörü (sürücü) ile birlikte çalışan motorların verimliliğini ölçmek için ise yine farklı bir standart yazılmıştır (IEC 60034-2-3 Ed 1.0). Buradaki temel farklılık, frekans konvertörünün sinüs olmayan motor beslemesinin yarattığı özel durumlar ve ilave kayıpların da hesaba katılması ve ölçülmesidir. Şu anki standart sadece asenkron motorları kapsamakla beraber gelecekte yenilenecek versiyonları diğer motor tiplerini de kapsayacaktır. Bu bağlamda ölçümlerin aynı bazda olabilmesi için standartlar, kullanılacak frekans konvertörünün PWM (pulse width modulation – darbe genlik modülasyonlu) çalışmasını ve fakat over-modulation (çıkış voltajını daha yükseltebilmek adına sinüs şeklinden ödün verilerek motora çıkış verme tekniği) yapılmamasını şart koşmuştur. Buradan elde edilecek ölçümler farklı motorları karşılaştırmak için referans olarak kullanılabilir.
Ancak yine de bilinmelidir ki teknik olarak tüm bu standartlar tutulsa bile laboratuvar ortamı verileri ile gerçek sahadaki farklı mekanik yüklere bağlı olarak çalışan motorların gerçek kayıpları aslında tam olarak bu laboratuvar verileri ile bire bir örtüşmeyecektir. Bu konuya bir benzetme ile yaklaşmak gerekirse; herkesin yakından bildiği ve araba alırken şehir içi / şehir dışı yakıt tüketimi verilerinin karşılaştırılması verilebilir. Arabaları tasarruflu olmak bazında birbiri ile karşılaştırırken bu veriler kullanılabilir. Neticesinde bu verilerin arkasında standartlarla tarif edilmiş ölçüm teknikleri ve kılavuzları olacaktır. Ancak yine de kullandığımız arabanın gerçek yakıt harcaması tamamen bizim kullanma alışkanlıklarımıza, aldığımız yol ve şartlarına bağlı olarak değişecektir…
Bu yeni ölçüm yöntemleri ve kriterleri çok daha fazla pratik ve tecrübe gerektirdiği için Avrupa’da CENELEC’de bir çalışma grubu kurulmuştur. Bu grup IEC 60034-2-3 otoriteleri ile yakın temas ile çalışmaktadır. Farklı markaların benzer motorları test laboratuvarlarında ve bağımsız merkezlerde testlere tabi tutularak elde edilen ilk raporlar çıkmış ve gelecekle alakalı olarak pozitif sinyaller şimdiden ortaya konulmuştur.
Gelecekte verimlilik sınıfları (IE sınıfları) iki kırılımda karşımıza çıkacaktır. Bunlardan birincisi şebekeden çalışan motorlardır ve bu ilk kısım Mart 2014’de yayınlanmıştır. 2008’deki ilk versiyondan farklı olarak kapsam ciddi bir şekilde arttırılmıştır. Artık 0.12kW’tan 1000kW’a kadar güç aralığı, 2 – 8 kutuplu motorlar kapsanmaktadır. Ve IE4 sınıfı da eklenmiştir.
İkinci kısmın ilk taslağı ise (IEC60034-30-2) 2014 yılı başlarında yayınlanmıştır. Bu kısım ise motorların frekans konvertörleri ile birlikte çalışmaları durumu içindir. Güç aralığı 0.12kW’tan 1000kW’a kadar olup, nominal hızları 600 – 6000rpm olan motorlar içindir. Tanımlanmış verimlilik sınıfları (IE1V-IE4V), frekans konvertörü çıkış geriliminin şeklinin sebep olduğu ekstra harmoniklerin yaratacağı kayıplarını da ölçecek şekilde konumlandırılmıştır. Konvertör çıkış geriliminin bu doğal yapısından dolayı verimlilik değerleri, şebekeden direkt beslenen motorla birebir kıyaslanırsa, daha düşük olacaktır.
Elbette konvertör kullanımının sunduğu hız kontrol yapabilme, bunun getirdiği proses avantajı ve zaman zaman prosesi farklı yönetmenin getirdiği ciddi büyük enerji tasarrufu imkanları ayrı bir konudur. Basınç kontrolü yapmak için sabit devirli çalışan bir motoru kullanıp pompa çıkışında vana kullanmak yerine, motoru frekans konvertörü ile sürerek prosesin ihtiyacına göre motorun hızını ayarlı yapmak, bu bağlamda frekans konvertörlerinin sunabileceği enerji tasarrufu konseptine güzel bir örnektir…
Enerji tüketimi demek maliyet demektir. Ancak enerji ihtiyaçlarımızın öyle hızla arttığı bir çağdayız ki belki de esas problemimiz yakın bir süreçte enerjinin yüksek maliyetli olmasından öte, bulunup bulunamamasına gelecektir. Yazının en başında da değindiğimiz gibi mevcut üretebildiğimiz enerjimizi israf etme lüksümüzün olmadığını bilen tüm bilinçli kullanıcılar; sadece elektrik motorlarında da değil, öncelikli olarak enerji tüketimi yoğun olan yerlerden başlayarak ama sonunda tüketimin olduğu her noktada tasarruf imkanlarını araştırmalı ve yeni teknolojileri kullanarak verimliliğini artırmalıdır.
VEM GROUP
