جعل محركات المضخات الكهربائية أكثر استدامة - فالأخضر هو عمل جيد
عند التفكير في المضخات المستخدمة في الصناعة ، ينصب التركيز على المواد التي تنقلها ، بدءًا من الماء ومياه الصرف ، والمواد الكيميائية ، والزيت ، والبترول ، والحمأة ، والطين ، وصولاً إلى الطعام. هناك أيضًا تركيز على تكاليفها وكفاءتها وصيانتها. يميل التأثير البيئي إلى أن يكون أقل بكثير في قائمة الاعتبارات ، ولكن المضخات الأكثر اخضرارًا والأكثر كفاءة مفيدة أيضًا للأعمال. كل مضخة لها محرك. لذلك ليس من المستغرب أن تكون المضخات مسؤولة عن 21٪ من إجمالي استهلاك الكهرباء لنظام المحركات في القطاع الصناعي. يمكن أن يؤدي خفض هذا الرقم إلى جعل المضخات أكثر اخضرارًا وتقليل تكاليف التشغيل.
الصورة 1: كفاءة المروحة أو المضخة (المصدر: inverterdrivesystems.com)
مشكلة الطاقة
لا تقتصر مشكلة الطاقة على المضخات. يستخدم الجميع كميات متزايدة من الطاقة. تتزايد الصناعات ، ويزداد عدد السكان ، وتحتاج صناعة المضخات إلى مواكبة الطلب على المياه والكهرباء والمنتجات والخدمات. تُظهر إحصائيات وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) أن أكثر من نصف الكهرباء المستخدمة في التصنيع تُستخدم لتشغيل المحركات ، وأن الصناعة الأمريكية مسؤولة عن ما يقرب من 25٪ من انبعاثات الاحتباس الحراري في البلاد.
يظهر هذا الاتجاه عالميًا أيضًا. وفقًا لوكالة الطاقة الدولية (IEA) ، تمثل المحركات والأنظمة الكهربائية أكثر من 40٪ من استهلاك الكهرباء العالمي. من المتوقع أن يستمر استخدام المحركات والأنظمة الكهربائية في النمو. سيؤدي ذلك إلى زيادة عدد الانبعاثات الضارة المنبعثة.
التركيز التنظيمي
تحظى المحركات باهتمام أكبر من المنظمين ، ونتيجة لذلك ، ستتأثر الشركات المصنعة للمضخات. دخلت لائحة التصميم البيئي الجديدة للاتحاد الأوروبي 2019/1781 حيز التنفيذ في 1 يوليو 2021 ، للمحركات الحثية ذات الجهد المنخفض ومحركات السرعة المتغيرة (VSD) وتتطلب مجموعة واسعة من المحركات الكهربائية لتلبية معيار الكفاءة المتميز IE3. يرفع التغيير التنظيمي الحد الأدنى الإلزامي من مستويات الكفاءة ، ويوسع نطاق المحركات المشمولة ، ولأول مرة ، يشمل VSDs.
اعتبارًا من 1 يوليو 2023 ، يفرض معايير كفاءة أعلى لبعض فئات المحركات ، مما يرفع المستوى الأساسي لمحركات معينة إلى الكفاءة الفائقة IE4. خارج الاتحاد الأوروبي ، ستتبنى المملكة المتحدة بعد خروج بريطانيا من الاتحاد الأوروبي نفس اللائحة ومن المرجح أن تتبع بعض الدول الأخرى هذه المبادئ. يتم التعبير عن مستوى كفاءة الطاقة في فئات كفاءة IE ، من IE1 (الأدنى) إلى IE5 (الأعلى). بموجب اللوائح الحالية ، يجب أن تصل المحركات إلى مستوى كفاءة IE2 أو IE3 أو IE4 اعتمادًا على قوتها المقدرة وخصائصها الأخرى. على سبيل المثال ، كانت المحركات ثلاثية الطور ذات الخرج المقدر بين 0.75 كيلووات (kW) وتساوي 1000 كيلو وات أو أقل منها مطلوبة للوصول إلى مستوى IE3 بحلول يوليو 2021. يجب أن تلبي المحركات بين 75 كيلوواط و 200 كيلوواط مستوى IE4 بحلول يوليو 2023 .
في الولايات المتحدة ، أصدرت وزارة الطاقة (DOE) مؤخرًا إشعار السجل الفيدرالي قبل النشر لإجراء مراجعة لمعايير الحفاظ على الطاقة المعدلة للمحركات الكهربائية الصغيرة. هذا لتحديد ما إذا كان سيتم تعديل معايير الحفاظ على الطاقة المعمول بها لمثل هذه المعدات. ولا تنس التغييرات الجديدة في القواعد التي اقترحتها هيئة الأوراق المالية والبورصات (SEC) والتي تتطلب معلومات متعلقة بالمناخ في بيانات التسجيل والتقارير السنوية التي يقدمها المستثمرون ، بما في ذلك (حسب موقع SEC):
"إدارة المسجل للمخاطر المتعلقة بالمناخ وعمليات إدارة المخاطر ذات الصلة
كيف أن أي مخاطر متعلقة بالمناخ حددها صاحب التسجيل كان لها أو من المحتمل أن يكون لها تأثير مادي على أعماله وبياناته المالية الموحدة ، والتي قد تظهر على المدى القصير أو المتوسط أو الطويل
كيف أثرت أي مخاطر مرتبطة بالمناخ أو من المحتمل أن تؤثر على استراتيجية المسجل ونموذج الأعمال والتوقعات "
سيكون الإفصاح عن انبعاثات غازات الاحتباس الحراري للمسجل مطلوبًا أيضًا ، مما سيضغط على الموردين - بما في ذلك مصنعي المضخات - لتقليل مساهمتهم في هذه المشكلة العالمية.
الرسالة الرئيسية هي كما يلي: يجب أن تكون الشركات مستعدة للتعامل مع تأثيرها البيئي. البيئة ليست أول ما تفكر فيه الشركات عند اختيار محركات المضخات ، ولكن هناك فوائد للتحول إلى البيئة ، بما في ذلك:
ستتمتع الشركات المصنعة للمضخات التي يمكنها تلبية المتطلبات التنظيمية بميزة تنافسية في السوق.
تتمتع المحركات الصديقة للبيئة بفوائد ملموسة للمستخدمين.
التوفير من انخفاض فواتير الكهرباء مهم. ارتفعت تكاليف الكهرباء للاستخدام الصناعي بنسبة 6٪ تقريبًا من المتوسط الوطني البالغ 6.9 سنتًا لكل كيلوواط ساعة في يناير 2021 إلى 7.3 سنتًا في يناير 2022.
لذلك ، يجدر النظر في أن الأنظمة الجديدة الأكثر صداقة للبيئة والأكثر كفاءة والتي تستخدم الطاقة بطريقة أكثر ذكاءً من شأنها أن تقلل التكاليف والانبعاثات الضارة ، مما يؤدي إلى قتل عصفورين بحجر واحد.
تنافسية وخضراء
يمكن لمحركات المضخات الصناعية الكهربائية نفسها ، نظرًا لعددها المستخدمة ، أن تحدث تأثيرًا كبيرًا في استخدام الطاقة الصناعية. وفقًا لحسابات ABB ، يمكن خفض استهلاك الكهرباء بمقدار الخمس إذا تم اعتماد أنظمة محركات عالية الكفاءة على مستوى العالم. قد يبدو هذا وكأنه حلم بعيد المنال ولكن من المتوقع على نحو متزايد من المحركات. معايير IEC الأعلى موجودة بالفعل.
وفقًا لأومديا ، فإن 75٪ من المحركات الصناعية تشغل المضخات والمراوح والضواغط ، وكلها لديها فرص كبيرة لتحسين الكفاءة. على سبيل المثال ، يمكن لمحرك السرعة المتغيرة (VSD) أن يقلل استهلاك الطاقة بنسبة 25٪ عند إضافته إلى المحرك الحالي لمضخة أو مروحة أو ضاغط. ومع ذلك ، فإن أقل من ربع محركات المضخات في العالم مجهزة حاليًا بمحرك VSD.
خذ مثال معالجة المياه وحده. يمكن أن يستهلك الضخ ما يصل إلى 85٪ من الطاقة المستخدمة في معالجة المياه. قدرت ورقة 2021 من ABB أن الأنظمة المحسّنة باستخدام محركات VSD والمحركات عالية الكفاءة يمكن أن تؤدي إلى توفير الطاقة بنسبة 25٪ إلى 30٪. وعلى الرغم من أن هذا التقدير يتعلق بصناعة المياه والصرف الصحي ، فلا يوجد سبب للاعتقاد بأن ما ينطبق على محرك مضخة واحد لن ينطبق على موقف آخر لمجرد أنه يتم استخدامه في مواقع وشركات مختلفة.
كل شيء عن الكفاءة
للحصول على أفضل مستوى من الكفاءة وتوفير الطاقة المرتبط بها ، هناك ثلاثة اعتبارات رئيسية يجب تذكرها عند تقييم المحركات. أولاً ، لا تستطيع الصناعة تحقيق أهدافها بالاعتماد على التكنولوجيا القديمة. على سبيل المثال ، تكون المحركات الحثية فعالة بنسبة 75٪ في أحسن الأحوال. يمكن تحسين كفاءتها من خلال إقرانها بـ VSD ، ولكن هذا حقًا حل جزئي أفضل ترك للحالات التي يكون فيها التعديل التحديثي هو الخيار الوحيد. يمكن أن تأتي أفضل النتائج من المحركات ذات المغناطيس الدائم المتزامن (PMM) ، والتي يمكن أن تحقق كفاءات تزيد عن 90٪.
ثانيًا ، يجب إقران المحرك بمحرك VSD متطابق جيدًا. لاحظ أنه يتم حساب كفاءة النظام بضرب مستوى كفاءة المحرك في تصنيف كفاءة المحرك. على سبيل المثال ، إذا تم إقران محرك فعال بنسبة 90٪ بمحرك فعال بنسبة 90٪ ، فسيكون النظام فعالاً بنسبة 81٪ فقط. أداء النظام هو ما يهم عندما يتعلق الأمر بكمية الطاقة المستخدمة والأنظمة التي تزيد كفاءتها عن 90٪ يمكن تحقيقها. وتجدر الإشارة إلى أن محركات VSD تعمل على مجموعة من السرعات. هذا له فائدتان.
أولاً ، يمكن لنظام محرك واحد معالجة نطاقات سرعة متعددة ، مما يقلل الحاجة إلى خط إنتاج أكثر تنوعًا. ثانيًا ، يجب مراعاة العلاقة بين سرعة وقوة المضخة لأنها تتبع منحنى القدرة التكعيبية. يتناسب التدفق مع السرعة. إذا كان النظام يعمل بشكل أبطأ بنسبة 10٪ ، فإنه يوفر تدفق 90٪.
أيضًا ، يتناسب العزم مع مربع السرعة وتتناسب القوة مع السرعة المكعبة. نتيجة لذلك ، يؤدي إبطاء المضخة بنسبة 10٪ إلى تقليل الطاقة المستخدمة إلى 73٪ من الطاقة الكاملة. بافتراض أن هذا مناسب للتطبيق ، يمكن أن يوفر المزيد من المدخرات.
أخيرًا ، ليس من المعقد الغوص في التصميم نفسه والتحقق مما إذا كان المحرك يستخدم موادًا أقل أو ما إذا كان يستخدمها بشكل أكثر فاعلية. التصاميم الجديدة والاستخدام الأفضل للمواد المتاحة ليست حلم بعيد المنال لصناعة المضخات. تصميمات أصغر ولكن قابلة للتطوير ممكنة.
يمكن أن يستخدم النظام المصمم جيدًا مواد أقل ، مما ينتج عنه محركات ومحركات أصغر حجمًا وأخف وزنًا وفعالة من حيث التكلفة. من خلال اتباع نهج الأنظمة في تقييم المحركات ، يمكن لمصنعي المضخات تحسين منتجاتهم لتلبية أهداف المستخدمين النهائيين والمتطلبات التنظيمية.
لا تكون التفضيلات الخضراء للمستهلكين كافية دائمًا للتأثير على قرارات الشراء أو التصنيع. لذا ، فإن حقيقة أن محركات المضخات المحسنة الكفاءة ستستخدم كهرباء أقل وتوفر تكاليف التشغيل هي أمر يجب مراعاته.
صنعت Kehuan مضخات مدفوعة بالمغناطيسية مزودة بمحرك IEC ، كفاءة أعلى بكثير من مضخات المحركات المعلبة.
الاستدامة والكفاءة كلمات يتم طرحها كثيرًا. تعد محركات المضخات الكهربائية الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة مناسبة للتطبيقات الصناعية ويمكن أن تؤثر بشكل أقل على البيئة الطبيعية. إن العثور على خيارات قابلة للتطوير ، وأكثر كفاءة ، وأسهل للمستهلكين للعمل هو الطريقة لجعل الصناعة أكثر اخضرارًا ، وأكثر استدامة ، وأكثر قابلية للتطبيق ، كل ذلك في نفس الوقت.
https://www.pumpsandsystems.com/