Elektrik Motorlarında Enerji Verimliliği

Yazı Dizisi-1

Cihan Karamık-Enes Akgün

Bilim sanayi ve Teknoloji Bakanlığının Verimlilik Genel Müdürlüğü tarafından, Onuncu Kalkınma Planı Enerji Verimliliğinin Geliştirilmesi Programı kapsamında “Sanayide Enerji Verimliliği Eylem Planı” dâhilinde, sanayide kullanılan verimsiz elektrik motorlarının dönüşümüne yönelik çalışmalar sürdürülmektedir.

Bu çalışmalar kapsamında, öncelikli olarak sanayide kullanılan 7,5 kW ve üzeri AC motorlarına ilişkin envanter çıkarılması (Bileşen 3-Politika 3.1-Eylem No:7) işlemleri yürütülmektedir. Bu çalışmanın bir sonraki adımında ise, envanteri çıkarılan bu motorlardan yeterli verimlilik koşullarını sağlamayanlarının tespit edilmesi ve sanayi tesislerinin bu verimsiz motorların verimli olanlarla değiştirmelerini teşvik etmek planlanmaktadır. Bunun için de çeşitli hibe/kredi programları kullanılması ve/veya bu projeyi gerçekleştirmek isteyen sanayi tesislerine kredi faizlerinde indirim/faiz alınmaması gibi kolaylıklar sağlanması hedeflenmektedir.



Bu kapsamda; genel anlamda motor verimliliğini 3 ana başlık altında incelemek mümkündür;

• Motor seçimi


• Motorun pasif işletimi


• Motorun aktif işletimi

Motor seçimi konusunda dikkat edilmesi gereken en önemli noktalar; yüksek verimli motor seçilmesi, doğru boyutlandırılmış motor seçimi ve uygun yerlerde asenkron motor yerine senkron motor kullanımı olarak sıralanabilir.

Motorun pasif işletimi kısmında ise, gereksiz çalışmaların engellenmesi, motorun işletilmesinin iyi eğitim almış kalifiye personel tarafından yapılması ve motor bakımlarının düzenli olarak yapılması konuları öne çıkmaktadır. Yine motor tüketimlerinin sürekli olarak izlenebiliyor olması da, hem kayıt tutmak anlamında hem herhangi bir sorun olduğunda buna erken müdahele edebilmek anlamında ve hem de verimlilik çalışmalarına altyapı oluşturması anlamında hayati bir konudur.

Motorlarda sağlanabilecek en fazla verimliliğin ise motorun aktif bir şekilde işletilmesi ile sağlanabildiği görülmektedir. Sanayide işletilen motorların çok büyük bir kısmının dur-kalk şeklinde çalıştığı ve yine büyük bir kısmında motordan talep edilen gücün sürekli olarak değişkenlik gösterdiği düşünüldüğünde, yalnızca yüksek verimli motor seçimi yapmanın veya motor bakımlarını düzenli yaptırmanın tek başına yeterli olmadığı, motorun interaktif bir şekilde işletilmesi gerekliliği ortaya çıkmaktadır. Bunu sağlamanın da en etkin yolu, motor yolvericilerin kullanımı, yıldız-üçgen yolverme ve değişken hız sürücüleri kullanmaktır.

Motor Seçimi

Sanayide tüketilen elektrik enerjisinin yaklaşık % 70-80’ini ve toplam elektrik tüketiminin yaklaşık % 35-40’ını oluşturan üç fazlı asenkron elektrik motorlarının verimli olması, kullanım sıklığı ve toplam enerji tüketimindeki payları düşünüldüğünde oldukça hayati bir önem kazanmaktadır. Verimsiz olan bir motorun verimli bir motor ile değiştirilmesi ile % 10’lara varan oranlarda enerji verimliliği sağlamak mümkün olmaktadır.

Ancak burada dikkat edilmesi gereken en kritik nokta, verimli motorların daha yatırım aşamasındayken doğru seçilmesidir. Çünkü, yatırım aşamasındayken bir üst verimlilik sınıfına sahip motor seçilmesi, gelecek ilave maliyeti 4-5 aylar mertebesinde geri öderken, halihazırda çalışmakta olan bir motoru bir üst verimlilik sınıfına çıkarmanın gerektireceği yatırım kendisini ortalama 3-4 yıllar mertebesinde geri ödemektedir.

Yukarıda verilen bilgiyi somutlaştırmak adına, yılda 8.760 saat çalışan 30 kW’lık IE1 verim sınıfına sahip bir motorun değişimi için aşağıdaki analiz yapılmıştır.

Mevcut Motor Bilgileri;

Motorun Yıllık Çalışma Saati	8.760
Mevcut Motorun Verimi (IE1)	89%
Mevcut Motorun Anlık Enerji Tüketimi (kW)	33,7
Mevcut Motorun Yıllık Enerji Tüketimi (kWh/yıl)	295.281
Enerji Birim Fiyatı (TL/kWh)	0,22
Mevcut Motorun Yıllık Enerji Maliyeti (TL)	64.962

Yeni Alınacak Motor Bilgileri;

	Verim	Anlık Enerji Tüketimi (kW)	Yıllık Enerji Tüketimi (kWh/yıl)	Yıllık Enerji Maliyeti Enerji Maliyeti (TL/yıl)	Yaklaşık Yatırım Maliyeti (TL)	Mevcut Motora Göre Yıllık Tasarruf (TL/yıl)	Basit Geri Ödeme Süresi (yıl)
Yeni Alınacak IE2 Motor	93%	32,26	282.581	62.168	3.600	2.794	1,29
Yeni Alınacak IE3 Motor	95%	31,58	276.632	60.859	4.200	4.103	1,02

Görüldüğü üzere, mevcut IE1 motor yerine IE3 motor alınması, IE2 motor alınmasına göre yatırımı daha hızlı ödemektedir. IE2 yerine IE3 verim sınıfına sahip bir motor alınması ise, aradaki yatırım farkını yaklaşık 5,5 ayda karşılamaktadır.

Yatırım Farkı (TL)	(4.200-3.600)	600
Tasarruf Farkı (TL/yıl)	(4.103-2.794)	1.309
Basit Geri Ödeme Süresi (yıl)		0,46

Görüldüğü üzere, motor değişimi yapılırken yalnızca ilk yatırım maliyetine bakmamak ve teknik detayları analiz etmek büyük önem taşımaktadır. Daha yatırım aşamasındayken bir üst verim sınıfına sahip motorun seçilmesi, hem yapılacak toplam yatırımı daha hızlı ödemekte hem de iki verim sınıfı arasındaki yatırım farkını aylar mertebesinde kapatmaktadır. Halbuki önce daha düşük verimli motoru seçip sonrasında bir üst verim sınıfına geçilmek istendiğinde bu yatırımın geri ödemesi 3-4 yılları bulmaktadır.

Yukarıda yapılan analizlerde, basit geri ödeme süreleri hesapları yapılmış ve ortalama ekonomik ömrü 10 yıl olan motorlar için enerji birim bedellerinde yıllar içinde herhangi bir değişiklik olmadığı veya 10 yıl sonra elde edilecek tasarrufun mali değerinin bugünkü ile aynı olduğu kabul edilmiştir. Halbuki yapılacak analizlerde enerji birim fiyatlarındaki muhtemel değişiklikler ve yıllar içinde elde edilen tasarrufun değişen mali değerinin hesaplamalara dahil edilmesi gerekmektedir. Aşağıdaki analizde aynı motorun IE2 ve IE3 motorla değiştirilmesi durumundaki yıllara göre elde edilecek kazanımlar bulunmaktadır. Buradaki hesaplamalarda Net Bugünkü Değer Yöntemi kullanılmış olup, iskonto oranı % 10 ve enerji birim fiyatlarındaki yıllık artış % 5 kabul edilmiştir.

	IE2 Motor	IE3 Motor
Yatırım Maliyeti (TL)	3.600,00	4.200,00
1. Yıl Enerji Tasarrufu (TL)	2.794,06	4.102,85
2. Yıl Enerji Tasarrufu (TL)	2.933,76	4.307,99
3. Yıl Enerji Tasarrufu (TL)	3.080,45	4.523,39
4. Yıl Enerji Tasarrufu (TL)	3.234,47	4.749,56
5. Yıl Enerji Tasarrufu (TL)	3.396,19	4.987,04
6. Yıl Enerji Tasarrufu (TL)	3.566,00	5.236,39
7. Yıl Enerji Tasarrufu (TL)	3.744,30	5.498,21
8. Yıl Enerji Tasarrufu (TL)	3.931,52	5.773,12
9. Yıl Enerji Tasarrufu (TL)	4.128,09	6.061,78
10. Yıl Enerji Tasarrufu (TL)	4.334,50	6.364,87
Toplam Tasarruf	24.387 TL	34.724 TL
Tasarruf Farkı	10.337 TL

Görüldüğü gibi yeni alınacak bir motora karar verirken, bir üst verim sınıfına sahip motorun seçilmesi, motor ömrünün sonunda yaklaşık 10.000 TL daha fazla kâr getirmektedir. Diğer taraftan, 10 yıllık süreçte mevcut bir motorun değiştirilmesi sırasında daha verimli bir motor seçiminin yapılması çok daha avantajlı iken, yeni yatırım amaçlı bir motor alınması esnasında da benzer şekilde “Ömür Boyu Maliyet” hesaplamasının yapılması gerekmektedir. Yine aynı koşullar dikkate alınarak (iskonto oranı % 10 ve enerji bedellerindeki yıllık artış % 5) yeni yatırım olarak alınacak IE2 ve IE3 verim sınıfındaki iki motor kıyaslandığında, IE3 motorun ilk yatırım maliyeti daha yüksek olmasına karşın motorların ömürlerinin sonunda IE3 motorun yaklaşık 9.000 TL daha avantajlı olduğu görülmektedir.

	IE2 Motor	IE3 Motor
Yatırım Maliyeti (TL)	3.600,00	4.200,00
1. Yıl Enerji Maliyeti (TL)	62.167,74	60.858,95
2. Yıl Enerji Maliyeti (TL)	65.276,13	63.901,89
3. Yıl Enerji Maliyeti (TL)	68.539,94	67.096,99
4. Yıl Enerji Maliyeti (TL)	71.966,93	70.451,84
5. Yıl Enerji Maliyeti (TL)	75.565,28	73.974,43
6. Yıl Enerji Maliyeti (TL)	79.343,54	77.673,15
7. Yıl Enerji Maliyeti (TL)	83.310,72	81.556,81
8. Yıl Enerji Maliyeti (TL)	87.476,26	85.634,65
9. Yıl Enerji Maliyeti (TL)	91.850,07	89.916,38
10. Yıl Enerji Maliyeti (TL)	96.442,57	94.412,20
Ömür Boyu Toplam Maliyet	466.116 TL	456.979 TL
Maliyet Farkı	-9.137 TL

Yukarıdaki analizlerden görülebileceği üzere, bir motor değişimi/yatırımı sırasında yalnızca ilk yatırım bedeline göre karar vermek, hatalı yönlendirmelere neden olacaktır. Bir motorun genel olarak ömür boyu maliyetlerinin yalnızca % 1-2’si ilk yatırım maliyetini, % 2-3’ünü bakım maliyetini ve kalan % 95-97’sini ise çalıştığı süredeki “enerji maliyetleri” oluşturmaktadır. Ayrıca, güç olarak ortalama büyüklükte bir motorun yaklaşık 40 günlük enerji tüketim maliyetinin, yaklaşık olarak motorun yatırım miktarı kadar olduğu düşünüldüğünde verimli motor seçmenin önemi bir kez daha ortaya çıkmaktadır. Bu nedenle motor alınması esnasında, salt motor bedeline değil, motorun ömür boyu maliyetine bakmak hayati önem taşımaktadır.

Motor değişimi yapılırken dikkat edilmesi gereken en önemli noktalardan biri de motorun yıllık çalışma saat sayısı ve motorun kalan yaşam döngüsü maliyetidir. Yıllık 800 saatin altında kullanılan ve büyük güçlü olan motorların değiştirilmesi anlamsız olabilmektedir. Yukarıda örneği verilen IE1 sınıfı bir motor, IE3 sınıfı bir motor ile değiştirilirken, aşağıda görüldüğü üzere motorun yıllık çalışma saatinin dikkate alınması gerekliliğinin önemi ortaya çıkmaktadır;

Motorun Yıllık Çalışma Saati (saat/yıl)	8.760	800
Enerji Birim Fiyatı (TL/kWh)	0,22	0,22
Mevcut Motorun Verimi (IE1)	89%	89%
Mevcut Motorun Anlık Enerji Tüketimi (kW)	33,71	33,71
Mevcut Motorun Yıllık Enerji Tüketimi (kWh/yıl)	295.281	26.966
Mevcut Motorun Yıllık Enerji Maliyeti (TL/yıl)	64.962	5.933
IE3 Motorun Verimi	95%	95%
IE3 Motorun Anlık Enerji Tüketimi (kW)	31,58	31,58
IE3 Motorun Yıllık Enerji Tüketimi (kWh/yıl)	276.632	25.263
IE3 Motorun Yıllık Enerji Maliyeti (TL/yıl)	60.859	5.558
Yıllık Enerji Tasarrufu (TL/yıl)	4.103	375
IE3 Motorun Yatırım Maliyeti (TL)	4.200	4.200
Basit Geri Ödeme Süresi (yıl)	1,02	11,21

Yine bu değişimlere karar verilirken motorun kalan yaşam döngüsü maliyetleri de gözönünde bulundurulmalı ve motorun ekonomik ömrünün hangi aşamasında olduğu değerlendirilmelidir. Motorun kalan tahmini ömründeki enerji maliyetleri hesaplanmalı ve yeni alınacak motorun enerji maliyetleri ile kıyaslanarak bu yatırıma karar verilmelidir.

Motor seçimi yaparken dikkat edilmesi gereken diğer konulardan biri de motorun doğru boyutlandırılmasıdır. “Güvende kalmak” ve “İleride ihtiyaç artabilir” şeklindeki yaklaşımlarla gerçek ihtiyacın çok üzerinde motorlar seçmek, hem yatırım maliyetini artırmakta hem de tüketimi artırmakta veya motoru nominal çalışma eğrisinden kaydırarak verimi düşürmektedir. Motorların % 75’in altındaki yüklenmelerde, motor eğrisinden kaydığı için, verimlerinin oldukça düştüğü bilinmektedir. Özellikle fan-pompa uygulamalarında, gereğinden yüksek motor seçimi yapıp vana/klape ile istenen debinin sağlanması, olması gerekenin 1,5-2 katına varan tüketimlere neden olabilmektedir. Burada yine dikkat çekilmesi gereken en önemli noktalarda biri de, salt motor veriminden ziyade toplam sistem (fan, pompa vb.) verimliliğinin incelenmesi çok önemlidir.

Satınalma aşamasında, alımı yapacak yetkililerin de ihtiyaç ile ilgili bilgilerinin olması çok faydalı olacaktır. Hiç bir teknik özelliği dikkate almadan, yalnızca aynı fiyatta oldukları için bir üst kademe güç değerine ve/veya daha düşük verim sınıfına sahip olan bir motoru satın almak, firmaya aslında fayda sağlamadığı gibi aksine zarar vermektedir.

Yine motor seçimi konusunda önemli bir nokta da, mümkün olan noktalarda asenkron yerine senkron motor kullanımıdır. Bilindiği üzere, asenkron motorlarda sürtünme, hava direnci vb. gibi nedenlerden dolayı bir “kayma” yaşanmaktadır ve motora verilen enerjinin tamamı işe çevrilememektedir. Ancak senkon motorlarda böyle bir problem olmadığı için çok daha verimli çalışma söz konusudur. Bu nedenle, 11 kW’a kadar olan uygulamalarda, asenkron motor yerine senkron motor kullanımı aynı işi % 30’a varan oranlarda daha az enerjiyle yapmaya olanak sağlamaktadır.

Bundan  sonraki yazımızda “Motorun Pasif İşletimi, Motorun Aktif İşletimi “ anlatılacaktır