Elektrik Mühendisliği Penceresinden

Enerji Verimliliği

Yazı Dizisi-2

Motorlarda Enerji Verimliliği

Cihan Karamık

İçinde motor barındıran sistemler enerji verimliliği sağlanabilecek alanların başında gelir. Çünkü endüstride kullanılan enerjinin %80 ini motorlar tüketmektedir.

Motorlarda verimlilik sağlamak için başvurulan üç yöntem vardır. Bunlar birbirinin alternatifi değil, birbirini tamamlayan uygulamalardır. Birincisi aşırı ölçülendirilmiş ve ömrünün sonuna yaklaşmış eski motorların yüksek verimli olanlarla değiştirilmesi. İkincisi motorun işletmede doğru kullanımı. Üçüncüsü uygun bir motor kontrol sisteminin seçimi ve uygulanması.

Pasif enerji verimliliği yapmak istiyorsak yaşlı ve sarıma gitmiş motorlarımızı yüksek verimli olanlarla değiştirebiliriz. IEC60034-30 Standardının üç etkinlik sınıfının tanımına (IE1, IE2, IE3) göre, birçok ülke IE1 ve IE2 motor satışlarını zorlamak için bir plan oluşturdu. Örneğin, AB'de 375 kW'den daha düşük motorların IE3 ile uyumlu olması için bir zorunluluk getirilmişti.

Ülkemizde de buna yönelik olarak, Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı tarafından yürütülen ve içerisinde teşvik mekanizmasını da barındıran bir proje mevcut.

Aslında mevcut motoru değiştirmek için iki neden var: Birincisi yüksek verimli yeni motorun enerji verimliliğine katkısı. Anma gücüne bağlı olarak bu katkı %10 a kadar çıkabilir. Bu arada sarıma giden motorun verimi orijinal motora göre ortalama %3-%4 düşer.

İkincisi yanlış hesaptan dönmek: Geçmişte olduğu gibi halen de motor seçimi yapan kişiler bir güvenlik marjı koymak ve yanlış yapma riskini önleme adına motorları aşırı ölçülendiriyorlar. Çalışmalar gösteriyor ki seçilen motorların üçte bir aşırı ölçülendiriliyor ve bu motorlar %50 yükün altında çalışıyorlar işletmelerde. Bununla birlikte yüksek güç daha fazla yatırım maliyeti demek, aynı zamanda daha fazla işletme maliyeti demektir. Biliyoruz ki motorlar için çoğunlukla %30-%100 arası efektif çalışma aralığı, %120 ye kadar da kısa süreli aşırı yükleme toleransına sahipler. Yüklenme oranı %30 un altına düştüğünde motorun verimi de ciddi oranda düşer. Ayrıca motor tam yükte kullanılmadığında güç faktörü de düşer. Bu da ilave kompanzasyon yükü demektir.

Diğer bilinen bir gerçeklik te; motorların yaşam döngüsü boyunca toplam maliyetinin %97 sini enerji maliyeti oluşturur. O yüzden yeni bir motor alacakken yaşam döngüsü maliyeti hesabı yaparak yüksek verimli motor almak çok avantajlı olabilir. Bununla birlikte eski bir motoru değiştirirken, motorun kalan ömrü, motorun yılda kaç saat kullanıldığı (yılda 800 saatin altında kullanılıyorsa  fizibıl olmayabilir) ve gücü (küçük güçler yatırım maliyetinin geri dönüşünü çok uzatabilir.) dikkate alınmalıdır.

Motorların enerji verimliliğini artırmak için işletme sürecinde başka yaklaşımlar da mevcuttur: motoru sadece ihtiyaç durumunda kullanmak, ihtiyaç bittiğinde durdurmak. Bunun için motor kontrol çözümleri, izleme, operatör eğitimi ve teşviği önemlidir. Unutulmamalıdır ki enerji tüketiminden sorumlu olmayan bir operatör motorun ihtiyaç dışında durdurulmasıyla ilgilenmeyecektir.

Bunun dışında motorun dahil olduğu sistemin bütünün izlenmesi ve gerektiğinde iyileştirmelerin yapılması da son derece önemlidir. Örneğin, şaft ve kuplajın hizada olması. 0,6mm lik bir kaçıklık %8 lik bir güç kaybına neden olabilir.

Motorlarda toplam bir verimlilikten bahsetmek istiyorsak doğru bir kontrol sistemi seçmeliyiz. Uygulama şekline göre çözüm değişecektir. Sabit hız uygulamaları için, motor yolvericiler uygun maliyet ve düşük enerji tüketimi sağlayacaktır. Sistemin kısıtlarına göre bu yolverici bir direkt yolverici (kontaktör) olabilir. Kalkış anı akımını sınırlandırmak için yıldız-üçgen yolverici kullanabiliriz ya da yumuşak kalkış ihtiyacı olan durumlarda yumuşak yolverici kullanabiliriz. Yumuşak yolvericiler genelde havalandırma, su pompalarında, sabit hızlı konveyör sistemlerinde kullanılır.

Değişken hız uygulamalarında ise hız kontrol cihazları (VSD, VFD veya sürücü , frekans konvertörü) kullanılır. Hız kontrol cihazları motorun hızını dinamik olarak ihtiyaca göre sınırlandırarak yüksek oranda enerji verimliliği sağlar. Hız kontrol cihazları aslında geleneksel olarak kullanılan vana, damper gibi elemanların yerini alır. Geleneksel yöntemlerde vana, damper ile yapılan özellikle fan, pompa uygulamalarında havayı veya sıvıyı ihtiyaça göre sınırlandırmaktır. Ancak motor hala tam devirde veya belli kademelerde dönmeye devam eder. Hız kontrol uygulamasında ise motor hızı tam olarak ihtiyaca göre ayarlanarak %40 -%60 oranında verimlilik sağlanır. Hız kontrol cihazları bunun yanında gürültüyü, vibrasyonu, transient etkileri de azaltır.

Ancak bu cihazlar yüksek maliyetli cihazlardır. O yüzden kullanılacak yer mutlaka iyi analiz edilerek değişken hız uygulamaları hedeflenmelidir.

Bundan sonraki yazımızda  “Aydınlatma Sistemlerinde Enerji Verimliliği”  anlatılacaktır.