Nowe wymagania w zakresie minimalnego poziomu sprawności silników asynchronicznych

Nowe wymagania w zakresie minimalnego poziomu sprawności silników asynchronicznych wprowadzanych na rynek Unii Europejskiej – Rozporządzenie Komisji UE 2019/1781 wraz z nowelizacją 2021/341.

Rozwój szeroko pojętego przemysłu nie może odbywać się kosztem środowiska naturalnego. Liczne ograniczenia dotyczące emisji szkodliwych gazów, będących skutkiem ubocznym procesów wytwarzania energii (np. z węgla) są bodźcem do poszukiwania nowych źródeł energii (m.in. źródła odnawialne) oraz ulepszania aktualnie istniejących urządzeń i procesów przemysłowych w celu ograniczenia zużycia produkowanej energii. Dodatkowym czynnikiem determinującym ww. działania jest znaczący wzrost zapotrzebowania na energię elektryczną w stosunku do możliwości wytwórczych.
Około 50% energii elektrycznej wyprodukowanej w Polsce wykorzystywane jest przez układy napędowe z silnikami elektrycznymi. Z tego względu zastosowanie energooszczędnych układów napędowych z silnikami elektrycznymi o wysokiej sprawności może przynieść znaczące efekty w ograniczaniu ww. negatywnych skutków rozwoju naszego kraju przy jednoczesnym zapewnieniu wymiernych oszczędności dla użytkownika. 

 

Klasy sprawności silników.

Podstawową wielkością określającą przewidywane oszczędności wynikające z zastosowania silnika energooszczędnego jest jego sprawność, która powiązana jest z klasą sprawności.
Na terenie Unii Europejskiej podział silników elektrycznych pod kątem sprawności odbywa się przy wykorzystaniu klasyfikacji IE (International Efficiency) wg normy EN 60034-30-1:2014:

Przyporządkowanie silnika do danej klasy sprawności następuje przez porównanie sprawności silnika wyznaczonej według ustalonej metody pomiaru (wg normy EN 60034-2-1:2007) z wymaganiami minimalnej sprawności dla danej klasy sprawności IE. 

Należy podkreślić, że norma EN 60034-30-1:2014, określająca klasy sprawności silników (IE) i powiązane z nimi minimalne wartości sprawności, jak wszystkie inne normy jest dokumentem do dobrowolnego stosowania – wymagania prawne (obligatoryjne) w zakresie minimalnego poziomu sprawności silników wprowadzanych na rynek UE określone są w Dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady oraz powiązanych z nią Rozporządzeniach.

 

Nowe rozporządzenie KE.

W październiku 2019 roku Komisja Europejska opublikowała nowe Rozporządzenie 2019/1781 (uchylające dotychczasowe Rozporządzenia 640/2009 i 4/2014) a następnie jego nowelizację 2021/341, dotyczące minimalnych sprawności silników elektrycznych oraz przemienników częstotliwości wprowadzanych na rynek UE. Przedmiotowe Rozporządzenie związane z Dyrektywą Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/125/WE, określa nie tylko minimalne wartości sprawności i skojarzone z nimi klasy sprawności (zbieżne z klasami sprawności IE zdefiniowanymi w normie EN 60034-30-1:2014), ale również definiuje cechy silników, które podlegają pod to Rozporządzenie (istnieją pewne wykluczenia).

Nowe Rozporządzenie UE 2019/1781 i 2021/341 dotyczące minimalnej sprawności silników elektrycznych - zakres obowiązywania
Rodzaje silników	ogólnego przeznaczenia z przekładnią wyposażone w zewnętrzny hamulec przeciwwybuchowe
Napięcie znamionowe	50V ÷ 1000V
Częstotliwość znamionowa	50Hz, 60Hz lub 50Hz/60Hz
Zakres mocy	0,12kW ÷ 1000kW
Rodzaj pracy	S1, S3≥80 %, S6≥80 %
Liczba biegunów	2p=2, 4, 6, 8
Klasy sprawności	IE2 (wysoka) IE3 (premium) IE4 (super premium)
Temperatura otoczenia	-30°C ÷ +60°C
Temperatura wody chłodzącej (dla silników o chłodzeniu wodnym)	0°C ÷ +32°C
Wysokość zainstalowania	do 4000 m n.p.m.
Silniki wyłączone z nowego Rozporządzenia
wielobiegowe, pierścieniowe i z mechanicznymi komutatorami stanowiące integralną część produktu/urządzenia pod warunkiem, że sprawność silnika nie może być wyznaczona po wymontowaniu silnika z produktu/urządzenia z zabudowanym przemiennikiem częstotliwości pod warunkiem, że sprawność silnika nie może być wyznaczona z pominięciem przemiennika częstotliwości z zabudowanym hamulcem pod warunkiem, że hamulec stanowi integralną część konstrukcji silnika (jeżeli hamulec nie może być zdemontowany z silnika na czas badania jego sprawności) zatapialne (zaprojektowane i przeznaczone do pracy przy pełnym zanurzeniu w cieczy) spełniające szczególne warunki dotyczące bezpieczeństwa obiektów jądrowych zdefiniowane w art. 3 dyrektywy Rady 2009/71/EURATOM przeciwwybuchowe zaprojektowane i certyfikowane na potrzeby przemysłu górniczego w urządzeniach bezprzewodowych lub zasilanych za pomocą akumulatorów oraz w przenośnych urządzeniach sterowanych ręcznie, przenoszonych podczas działania w urządzeniach przystosowanych do obsługi ręcznej, których ciężar podczas działania jest podtrzymywany ręką w pełni zabudowane  niewentylowane wprowadzone do obrotu przed dniem 2029-07-01 jako zamienniki identycznych silników stanowiących nieodłączną część produktów wprowadzonych do obrotu przed dniem 2021-07-01/2023-07-01, wprowadzane do obrotu specjalnie w tym celu zaprojektowane specjalnie na potrzeby elektrycznych pojazdów trakcyjnych

 

Nowe Rozporządzenie Komisji Europejskiej 2019/1781 wraz z nowelizacją 2021/341 wprowadza szereg zmian i nowych wyzwań przed producentami silników elektrycznych oraz ich użytkownikami. Najważniejsze z nich to wymaganie sprawności w klasie IE3 dla silników przeciwwybuchowych (z wyłączeniem silników przeznaczonych dla przemysłu górniczego), określenie minimalnej klasy sprawności IE4 dla silników o mocy od 75kW do 200kW oraz wprowadzenie poziomu IE3 również dla silników zasilanych z przemienników częstotliwości (wykluczenia możliwości wprowadzania na rynek silników w klasie sprawności IE2 do zasilania z przemienników częstotliwości) – szczegóły wymagań wraz z datami obowiązywania podano w poniższej tabeli.

Typ silnika	Wymagana klasa sprawności	Silniki ogólnego przeznaczenia	Silniki przeciwwybuchowe z wyłączeniem silników dla przemysłu górniczego
			Budowy wzmocnionej (Ex eb)	Pozostałe
3-fazowy	IE2	2p = 2, 4, 6, 8 & 0,12kW ÷ <0,75kW	2p = 2, 4, 6, 8 & 0,12kW ÷ 1000kW	2p = 2, 4, 6, 8 & 0,12kW ÷ <0,75kW
		od 2021-07-01	od 2023-07-01	od 2021-07-01
	IE3	2p = 2, 4, 6, 8 & 0,75kW ÷ 1000kW	nie dotyczy	2p = 2, 4, 6, 8 & 0,75kW ÷ 1000kW
		od 2021-07-01		od 2021-07-01
	IE4	2p = 2, 4, 6 & 75kW ÷ 200kW	nie dotyczy	nie dotyczy
		od 2023-07-01
1-fazowy	IE2	≥0,12kW
		od 2023-07-01

 

Przedmiotowe Rozporządzenie UE 2019/1781 i 2021/341 w zakresie minimalnego poziomu sprawności definiuje również wymagania dla Państw członkowskich odnośnie weryfikacji efektywności energetycznej silników dostępnych na rynku oraz wytyczne dla producentów w kwestii dokumentacji technicznej dołączanej do silników.
Pełny tekst przedmiotowej Regulacji  oraz nowelizacji dostępny jest na stronie Komisji Europejskiej.

Na podstawie analiz przeprowadzonych przez Komisję Europejską, szacuje się, że przedmiotowe nowe wymagania w zakresie sprawności silników (określone w nowym Rozporządzeniu) przyczynią się do ograniczenia rocznego zużycia energii elektrycznej o około 10TWh oraz do zmniejszenia rocznej emisji gazów cieplarnianych o 3Mt ekwiwalentu dwutlenku węgla  do roku 2030.

 

Opracował: mgr. inż. Adam Owczarzy