ПРИМЕНЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

Парк электродвигателей в приводе сельскохозяйственных машин в большинстве своем состоит из двигателей морально устаревших серий с низким уровнем энергоэффективности. В настоящий момент в эксплуатации находятся серии А2, АО2, 4А, АИР. Современные серии 5А, RA, а также энергоэффективная серия 7А и еѐ зарубежные аналоги составляют менее 10% в общем парке электрических машин. Таким образом, повышение энергоэффективности в сельском хозяйстве возможно при применении электродвигателей с повышенным уровнем энергоэффективности (энергоэффективных).

В 2008 г. был принят международный стандарт IEC 60034-30:2008 [5], устанавливающий четыре класса энергоэффективности двигателей: IE1 – нормальный (стандартный), IE2 – повышенный, IE3 – премиум, IE4 – супер-премиум. В России на базе [5] разработан и введен в действие с 01.06.2012 г. национальный стандарт ГОСТ Р 54413-2011 [1].

Энергоэффективные двигатели производят GE Motors, Leroy Somer, SEW Eurodrive, Siemens, Toshiba Inc., WEG Electric Motors, Baldor Electric, ABB, Emerson Electric, AO Smith, Leeson, Rockwell, Sterling Electric, Brook Grompton, Lafert  Electric Motors, Grundfos,  Mitsubishi Electric,  Breuckmann GmbH & Co.KG и др. В России инициатива разработок и производства энергоэффективных двигателей принадлежит концерну «РУСЭЛПРОМ».

Согласно [1] наибольший потенциал энергосбережения имеют двигатели мощностью 0,75…75 кВт (32…10% соответственно). Мощность применяемых в сельском хозяйстве электродвигателей находится в диапазоне от 0,18 до 160 кВт, однако электродвигатели мощностью до 10…13 кВт составляют 70…90% от их общего числа. Таким образом, применение энергоэффективных электродвигателей даст ощутимый эффект. Однако целесообразность применения энергоэффективных электродвигателей зависит от многих факторов: среднегодовой наработки, срока службы, коэффициента загрузки электродвигателя по мощности и определяется сроком окупаемости двигателя.

Рассмотрим данные о среднегодовой наработке электродвигателей в сельскохозяйственных механизмах [2,3].

Наработка 500 ч. Подъемники, погрузчики, разгрузчики, навозоуборочные транспортеры, ковшовые транспортеры, шнековые насосы, соломосилосорезки, картофелечистки, пневмомолоты, точильные станки, кормораздаточные транспортеры.

Наработка 1500 ч. Оборудование первичной обработки молока, мешалки, смесители, сепараторы, агрегаты витаминной муки, шнеки, триерные блоки, нории, вакуум-насосы, тестомялки, токарные, сверлильные, фуговальные станки, измельчители кормов, пресс-грануляторы.

Наработка 3000 ч. Компрессоры, вентиляторы, дымососы, пилорамы, дробилки, насосы, транспортеры, сушильные барабаны, зерноочистительные сушильные комплексы, яйцесортировочные и яйцемоечные машины.

Наработка 3000….8000 ч. Питатели, дозаторы, укладчики, штабелеры, насосы.

По данным [6] средний срок службы электродвигателей в АПК не превышает 3 лет и составляет по разным оценкам 1,3…2,7 года  в зависимости от  технологического процесса:  для кормоприготовления  2,6…2,7 лет; кормораздачи 1,3…1,7 лет; доения 2,1…2,2 лет; водоснабжения 2,3…2,5 лет; уборки помещений 1,8 года; вентиляции 1,9…2,7 года; зерноочистки 3,1 года.

Коэффициент загрузки электродвигателя по мощности зависит от режима работы в конкретном механизме и находится в достаточно широком диапазоне 0,25…0,9 [2, 3].

Рассмотрим срок окупаемости дополнительных затрат асинхронного двигателя класса энергоэффективности IE2 в приводе вентилятора. В качестве базового двигателя выберем АИР80В4УЗ мощностью 1,5 кВт и КПД = 0,78. КПД энергоэффективного асинхронного двигателя IE2 определим по [1] равным 0,828.

Годовая экономия электроэнергии при переходе от IE1 к IE2 определяется выражением [8]

где tв – среднегодовая наработка, час;

PN = 1,5 кВт – номинальная мощность двигателя;

FL = 0,9 – коэффициент загрузки двигателя по мощности;

КЕ = 3 руб./кВт – стоимость электроэнергии (для предприятия цены не регулируются);

hбаз = 0,78 – КПД базового двигателя, о.е.;

hэф = 0,828 – КПД энергоэффективного двигателя, о.е. Расчет DК проведем для tв = 1000…8000 час.

Переход на более высокий  класс  энергоэффективности всегда сопровождается увеличением расходов активных материалов и ростом стоимости. Опыт зарубежных производителей показал, что при переходе от IE1 к IE2 (или от IE2 к IE3) стоимость материалов возрастает на 10…30%. Чем выше габарит, тем меньше увеличение стоимости. Поэтому для рассматриваемого диапазона мощностей в сельском хозяйстве увеличение стоимости весьма значительно.

Средняя стоимость базового двигателя в Москве составляет 6900 руб. Увеличение стоимости при переходе с IE1 к IE2 установим в 30%. Тогда стоимость энергоэффективного двигателя составит 8970 руб. Таким образом, дополнительные затраты DС при переходе с IE1 к IE2 составят 2070 руб.

Срок окупаемости дополнительных затрат, связанных с переходом с IE1 к IE2 определяется выражением

На Рисунке 1 представлены результаты расчета срока окупаемости в зависимости от среднегодовой наработки.

Среди производителей энергоэффективных двигателей можно наблюдать некоторое единство в подходах к снижению потерь [4, 7]. При разработке энергоэффективных двигателей класса  IE3 для младших габаритов лучшим решением является унификация машины по длине с IE2 с использованием медной клетки ротора. При этом значительно возрастает стоимость и срок окупаемости дополнительных затрат двигателя. Поэтому применение в сельском хозяйстве энергоэффективных двигателей класса IE3 оправдано только при больших наработках или значительном повышении цен на электроэнергию.

Список литературы

1.     ГОСТ Р 54413-2011 Машины электрические вращающиеся. Часть 30. Классы энергоэффективности односкоростных трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором (код IE).

2.     Кравчик А.Э и др. Выбор и применение асинхронных двигателей / А.Э. Кравчик, Э.К. Стрельбицкий, М.М. Шлаф – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 96 с.; ил.

3.     Курбатова Г.С. Электродвигатели для сельского хозяйства. – М.: Энергоатомиздат, 1983. – 54с.

4.     Сафонов А.С. Основные мероприятия по повышению энергоэффективности электрооборудования АПК // Тракторы и сельхозмашины. № 6, 2014. с. 48-51.

5.     Стандарт IEC 60034-30:2008 Машины электрические вращающиеся. Часть 30. Классы КПД односкоростных трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором (код IE).

6.     Тонких В.Г. Метод диагностики асинхронных электродвигателей в сельском хозяйстве на основе анализа параметров их внешнего магнитного поля: диссертация ... кандидата технических наук: 05.20.02 / Тонких Василий Геннадьевич; [Место защиты: Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова].- Барнаул, 2009.- 181 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/2793.

7.     Шумов Ю.Н., Сафонов А.С. Энергоэффективные асинхронные двигатели с медной обмоткой ротора, отлитой под давлением (обзор зарубежных публикаций) // Электричество. № 8, 2014. с. 56-61.

8.     http://www.metall-breuckmann.de/