IE4 или IE5: будущее всё ближе

В "Справочном сценарии ЕС до 2050 г.", опубликованном в прошлом году Еврокомиссией, отмечается, что европейские требования по энергоэффективности будут ужесточаться. Связано это с несколькими факторами.

Во-первых, ожидается падение общего уровня энергопроизводства. При этом сильно возрастёт доля возобновляемых источников энергии в энергетическом балансе: с 21% в 2020 году до 24% - в 2030 году и 31% - в 2050-м. Это в свою очередь потребует снижения числа энергоёмких потребителей, особенно не связанных с промышленностью (то есть в основном речь идёт о ЖКХ и аграрном секторе).

Во-вторых, планируется рост издержек в энергетической отрасли, связанных с прогнозируемым в ближайшей перспективе повышением цен на ископаемое топливо. Они стабилизируются не раньше 2030 г. Предполагается, что в связи с этими факторами общие затраты на энергосистемы увеличатся примерно до 12,3% ВВП ЕС к 2020 году. Как следствие, средние розничные цены на электроэнергию будут неуклонно повышаться - до 18% (по сравнению с уровнем 2010 года) к 2030-му. В период 2030 -2040 годов рост стабилизируется на 20% ежегодно.

Для достижения заявленных в прогнозе целей единственным способом является сокращение электропотребления, причём без последствий для роста промышленности и других производящих отраслей. Очевидным значительным резервом такого снижения была и остаётся энергоэффективность применяемого электрооборудования, главным образом - электродвигателей.

По различным оценкам, именно на долю моторов приходится до 46% от общемирового потребления электроэнергии. 70% от этого количества "съедают" двигатели промышленного назначения (до 80% - асинхронные моторы). При этом усреднённый КПД электродвигателей составляет около 70%. Очевидно, что повышение доли энергоэффективного оборудования, выведение из технологических схем устаревших моделей и разработка новых конструктивных решений помогут заметно сократить энергозатраты.

Чтобы стимулировать и гармонизировать этот процесс, Международная электротехническая комиссия (International Electrotechnical Commission; IEC, МЭК) в 2014 году предложила ввести обновлённую систему классификации электродвигателей по уровню энергоэффективности. Это добровольный стандарт, принятый на основе консенсуса интересов производителей и потребителей разных стран.

Стандарт IEC 60034-30-1 ed1.0:2014 "Электрические машины вращательного действия - Часть 30-1: Классы эффективности электродвигателей переменного тока с питанием от сети (код IE)" принят взамен прежней редакции от 2008 года.

Настоящий стандарт распределяет электродвигатели по КПД на четыре класса:

В настоящее время разрабатывается ещё один уровень энергоэффективности - IE5, который, возможно, уже в недалёкой перспективе сменит категорию "суперпремиум".

Классификация позволяет регуляторам принявших стандарт стран определять минимальные требования к уровню энергоэффективности при составлении норм и правил по энергопотреблению. Например, в ЕС с января 2015 года все двигатели мощностью от 7,5 до 375 кВт должны быть классом не ниже IE3, а двигатели IE2 допускаются только с устройствами частотной регулировки.

С января 2017 года уже все двигатели мощностью от 0,75 до 375 кВт должны быть классом не ниже IE3 (ограничения для IE2 продолжают действовать). Россия также присоединилась к решению МЭК и разработала на основе предложенной классификации свой стандарт - ГОСТ IEC 60034-1-2014 "Машины электрические вращающиеся". На практике в странах ЕС к настоящему моменту уже превалируют электродвигатели класса IE3, а производители активно выпускают на рынок моторы IE4, хотя регламенты для класса Super Premium ещё находятся в стадии утверждения в МЭК.

Для наиболее распространённых асинхронных двигателей основной проблемой дальнейшего увеличения энергоэффективности стал практически достигнутый конструктивный предел уменьшения потерь при использовании апробированных технических решений и материалов. То есть в настоящий момент возможность повышения КПД таких электродвигателей класса IE4 связана с перекомпоновкой и экстенсивным улучшением (использованием большего количества меди и стали, изменением конструкции ротора). Однако снижение потерь таким образом ведёт к увеличению массогабаритных параметров двигателя и, как следствие, повышению цены и усложнению монтажа.

Поэтому ведущие производители в настоящий момент развивают альтернативные, но зарекомендовавшие себя технологии. К ним относятся, например, синхронные двигатели на постоянных магнитах. Потенциально такое решение способно обеспечить наибольшую энергоэффективность при сохранении компактности и небольшого веса двигателя. Этому способствует и активное улучшение технических характеристик магнитов на основе редкоземельных металлов. Скорее всего, электродвигатели этой конструкции и станут основой нового класса энергоэффективности.

Синхронные двигатели на постоянных магнитах, которые можно отнести к классу выше, чем IE4, и маркировать, как IE5, уже появились на мировом рынке. Их выпускает компания GRUNDFOS, ведущий мировой производитель насосного оборудования.

Новые электродвигатели MGE, которые будут устанавливаться на большинстве промышленных моделей компании, имеют более высокие характеристики, чем класс IE4. Этого удалось добиться благодаря улучшению микропроцессорных составляющих встроенного частотного преобразователя мотора, уменьшению потерь в обмотке статора, пластинах статора и ротора, а также сведению к минимуму потерь при прохождении тока через пазы и контактные кольца ротора и на трение в подшипниках.

Обновлёнными электродвигателями уже комплектуются одни из самых востребованных линеек оборудования GRUNDFOS - вертикальные многоступенчатые насосы CRE, CRNE и установки повышения давления на их основе Hydro Solo-E, Hydro Multi-E, Hydro MPC-E. Моторы MGE также устанавливают на насосы серий TPE, NBE, NKE, которые предназначены для центральных тепловых пунктов, котельных и мини-ТЭС. Все эти модели выпускаются на российском заводе концерна в Истринском районе Подмосковья, и уже с 1 марта 2017 года они серийно оснащаются электродвигателями класса IE5.

"Зачастую насосное оборудование работает практически круглосуточно, и чтобы сократить затраты на электроэнергию, необходимо оптимизировать его работу. Новые двигатели позволяют существенно снизить финансовые затраты на оплату коммунальных счетов. По предварительным данным исследований GRUNDFOS, при использовании насосов с двигателями класса IE5 затраты на электричество сократятся до 10% по сравнению с оборудованием класса IE3, самого распространённого на сегодняшний день", - отмечает Роман Марихбейн, руководитель по развитию бизнеса Департамента промышленного оборудования, ООО "ГРУНДФОС".

ru.grundfos.com