Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Grundfos поддерживает использование высокоэффективных двигателей стандарта IE5 и насосных решений во всем мире

Использование энергоэффективных электродвигателей – это идеальное решение для увеличения энергоэффективности и снижения энергопотребления

По данным исследований, более половины потребляемой сегодня энергии приходится на двигатели. Только в промышленном секторе на системы, работающие на электродвигателях, приходится 64% электроэнергии, на коммерческий сектор 20%, а на жилой сектор — 13%. В мире все больше внимания уделяется повышению эффективности двигателей и снижению энергопотребления для достижения целей по сокращению выброса углерода. Тема электродвигателей очень актуальна, учитывая крупные инвестиции в эту отрасль и готовность правительств крупнейших мировых экономик и лидеров отрасли оказывать содействие разработке и внедрению энергоэффективных двигателей в различные сектора экономики.

Согласно международным стандартам, на сегодняшний день разработаны пять классов энергоэффективности двигателей: от IE1 до IE5. Самый высокий уровень – IE5 «Ultra-Premium Efficiency». Именно эти стандарты используют правительства многих стран, когда устанавливают свои минимальные требования к энергоэффективности двигателей.

На долю насосов приходится большая часть электроэнергии, потребляемой в различных отраслях, особенно в промышленности и коммерческом секторе. Будучи одним из ведущих мировых производителем насосов и насосного оборудования, компания Grundfos выпускает ультрасовременные насосы с электродвигателями собственного производcтва, которые в том числе могут оснащаться встроенными преобразователями частоты и контроллером (т.н. E-pumps), открывающими доступ к бесступенчатому регулированию частоты вращения и «интеллектуальным» функциям насоса. Данные решения используются в бытовых, коммерческих и промышленных насосах.

Фактически, первый в мире насос с регулируемой скоростью и встроенным преобразователем частоты увидел свет в лабораториях компании ещё в конце 1980-х годов, и с тех пор Grundfos активно работает над оптимизацией и ежегодным расширением своей линейки энергоэффективных насосов.

Grundfos стремится быть в авангарде технологического развития, внедряя поистине инновационные решения на благо своих клиентов и окружающей среды. Энергоэффективные насосы Grundfos со встроенным частотным преобразователем разработаны с учётом необходимости полного контроля, удобства использования и экологической устойчивости. Насосы Grundfos с энергоэффективными двигателями MGE превосходят стандарты IE5. Например, для электродвигателей MGE 11,0 кВт 3х380-500 В класс IE5 требует применения двигателя с уровнем КПД 93,2%, между тем электродвигатель Grundfos MGE превосходит этот показатель более чем на 2%, уровень КПД данного двигателя достигает 95,7% при 380V/2600 об/мин. Показатель КПД PDS (система силового привода, включая частотно-регулируемый привод, или VFD) у MGE мощностью 11,0 кВт достигает 93,2 % при 380 В/2900 об/мин. Таким образом, даже с учетом частотно-регулируемого привода двигатель MGE соответствует требованиям стандарта IE5 для собственно двигателя.

Комментируя растущее внимание к электродвигателям и их активное внедрение, Маркус Брандштеттер (Markus Brandstetter), директор по технологиям Grundfos, отмечает: «Цифровая трансформация неизбежно затронет самые разные отрасли, и мы в Grundfos гордимся тем, что являемся пионерами в создании продуктов и цифровых решений будущего. Для нас разработка электродвигателей класса IE5 не просто стратегическое развитие бизнеса, мы считаем, что это критически важное решение, которое будет способствовать снижению остроты вопросов энергопотребления и климатических проблем в мире. Применение электродвигателей не только помогает увеличить эффективность всей системы, но и содействует снижению энергопотребления и может смягчить последствия изменения климата. Именно этого мы и стремимся достигнуть на благо наших клиентов и конечных пользователей, снижая затраты и выбросы CO2.»

Высокоэффективные насосы с частотным преобразователем, оснащенные двигателями класса IE5, вносят существенный вклад в экономию потребления электричества и уменьшения углеродного следа. По оценкам Grundfos, ежегодный объем предотвращенных выбросов CO2 достаточно значительный. Только в 2020 году благодаря применению энергоэффективных насосов Grundfos объём предотвращенных выбросов CO2 составил 270 000 тонн.

Кроме того, встроенный контроллер электродвигателей MGE снижает не только энергопотребление самого насоса, но и оптимизирует производительность и эффективность всей системы.

Эксперты Grundfos отмечают устойчивую тенденцию, когда все больше насосов на рынке оснащаются частотно-регулируемым приводом (ЧРП) и блоками управления. Прогнозируемое ежегодное увеличение рынка ЧРП, в том числе применяемых в насосах, в ближайшие годы составит около 6% в связи с растущей урбанизацией, индустриализацией и повышением государственных требований к энергоэффективности3. Еще одним фактором роста является потребность производителей в оптимизации производственных процессов и сокращении операционных затрат, при этом даже незначительное снижение скорости и расходов приводит к значительной экономии энергопотребления.

Почему стоит выбрать электродвигатель?

Электродвигатели обладают повышенной функциональностью, что открывает широкие возможности для их применения в различных сложных условиях. По сравнению со стандартными двигателями данные электромоторы обеспечивают ряд преимуществ. Среди них можно отметить следующие:

• Электродвигатели MGE обеспечивают превосходную энергоэффективность даже выше стандарта IE5.
• Потери эффективности двигателя класса IE5 минимум на 30% ниже, чем потери двигателя класса IE3. Одно это снижает потребление энергии на 10% при стандартном профиле нагрузки насоса.
• Насос, двигатель и частотный преобразователь идеально подобраны для оптимизации эффективности насоса.
• Выбор правильного режима управления MGE, подходящего для конкретного применения, может обеспечить ещё большую экономию энергии всей системы – до 75% по сравнению с неуправляемыми насосами.

Экономия энергии и затрат благодаря оптимизации эффективности 

На данный момент электродвигатели Grundfos MGE E являются самыми энергоэффективными в своём классе.

Эти регулируемые синхронные электродвигатели на постоянных магнитах (PMSM) разработаны специально для работы с преобразователями частоты и оптимизированы для применения в насосах с высоким КПД при частичной нагрузке. Двигатель PMSM также имеет встроенный преобразователь частоты, который обеспечивает работу с переменной скоростью, что дает такие преимущества при использовании насосов, как экономия энергии, управление процессом, дополнительные функции, встроенная защита двигателя, более высокая производительность и более компактный размер насосов, снижение гидроудара благодаря увеличенному времени разгона и низким пусковым токам.

Это приводит к снижению затрат на электроэнергию и сокращению расходов в период срока эксплуатации. Настройка скорости насоса в зависимости от потребности, а не регулирование потока в системе с помощью клапана, также приводит к отсутствию избыточного давления, вызывающего напряжение в системе, и шума в клапане из-за кавитации, а также к снижению энергопотребления из-за более низкой скорости вращения насоса.

В настоящее время электродвигатели Grundfos MGE применяются в различных областях. Они используются в широком ассортименте насосов Grundfos, включая многоступенчатые насосы серий CRE, CME, MTRE, одноступенчатые насосы серий TPE, NBE, NKE и бустерные системы.

Увидеть за отдельными насосами систему в целом

Концепция Grundfos iSOLUTIONS открывает новую эру интеллектуального управления насосными системами и технологиями обработки воды, подразумевая решения, которые выходят за рамки отдельных компонентов и оптимизируют работу системы в целом. Концепция, основанная на глубоких познаниях компании в области водных ресурсов, подразумевает использование интеллектуальных насосов, облачного подключения и цифровых услуг. Эти решения обеспечивают мониторинг в режиме реального времени, дистанционное управление, прогнозирование неисправностей и оптимизацию системы, помогая достичь нового уровня эффективности.

Grundfos iSOLUTIONS – это умные решения, представляющие собой оптимальное сочетание насосов, приводов и вспомогательных компонентов для конкретного применения, включая специальные функции и возможности на основании опыта применения и глубокого знания процессов. iSOLUTIONS обеспечивает легкую интеграцию насосов, приводов, средств измерения, управления, защиты и связи, экономя ценное время на проектирование, установку и ввод в эксплуатацию.

Примеры и результаты применения

Компания Grundfos успешно внедряет свои технологии по всему миру и может привести много примеров того, как электродвигатели и умные решения iSOLUTIONS помогают клиентам концерна решать проблемы управления водными ресурсами, а также позволяют им преобразовывать воду и энергию, тем самым снижая затраты и выбросы углекислого газа.

При эксплуатации зданий простая замена насосов может сэкономить до 80% энергии: Компания Taka Solutions (консалтинговая компания в области энергетики) совместно с Grundfos выявила проблемы в насосных установках систем ОВКВ (отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха) в трех зданиях, принадлежащих компании H&H Property Management and Development в Дубае: Indigo Towers (жилой комплекс), Green Tower (коммерческий комплекс) и Falcon Tower (жилой комплекс). Счета за электричество были огромные. При проверке энергопотребления специалисты Grundfos установили, что здания были оборудованы насосами неоправданно высокой производительности, а также выявили проблему неэффективной работы и плохой наладки постоянно действующих основных систем охлаждения. Насосы работали с фиксированной частотой вращения. Компания Grundfos порекомендовала перейти на интеллектуальные консольно-моноблочные насосы NBE с односторонним всасыванием и частотно-регулируемым приводом. Они могли обеспечить необходимый расход воды на системы охлаждения без лишних потерь и повысить значение дельты T до 5 градусов по Цельсию. Это оказалось очень простым, но эффективным решением. В H&H сразу увидели результаты. В башне Indigo Tower прежние насосы потребляли 36 кВт каждый час. После модернизации они начали потреблять 7–10 кВт. Сейчас, после двух лет работы, они потребляют на 81% меньше электроэнергии, чем раньше. Повысилась не только эффективность работы насосов, но и всех систем ОВКВ. Фактически, инвестиции окупились всего за восемь месяцев. Цифры, полученные за 2018 год по двум другим зданиям после их переоборудования, свидетельствуют о том же. На башне Falcon Tower удалось сократить энергопотребление насосов на 46%, а на башне Green Tower — на 57%. В совокупности зданиям удалось сэкономить 20–25% электроэнергии с учётом систем охлаждения, вентиляции и освещения.

Эффективный мониторинг помогает решить проблемы эксплуатации – экономия воды и затрат при росте производства. Используя данные, полученные в результате мониторинга системы, компания CPKelco, расположенная в Кеге (Дания), установила два новых насоса CRNE3-23 с электродвигателем Grundfos MGE мощностью до 11 кВт. Это решение не только помогло решить проблемы, с которыми столкнулась CPKelco, но также оказало положительный эффект на капитальные и операционные затраты компании в долгосрочной перспективе. На CAPEX повлияло то, что предложенное решение было дешевле используемой системы: а на OPEX – экономия энергопотребления и сокращение потребления водных ресурсов на 50%, а также экономия на обслуживании и увеличение производительности. Это прекрасный пример того, как Grundfos помогает своим клиентам контролировать работу не только используемых насосов, но и всей системы, в которой они установлены.

Grundfos заменила насосное оборудование на винокурнях William Grants and Sons в Великобритании. Вместо насосов CR с фиксированной скоростью для питания котлов на четырех паровых котлах паропроизводительностью от 12,5 до 30 тонн с давлением пара 10 бар были установлены насосы Grundfos CRIE15-8 с электродвигателями MGE. Также с котла был снят моделирующий клапан. Насос CRIE контролирует уровень давления в паровых котлах, повышая и понижая скорость в зависимости от потребностей системы. Кроме того, в насосах Grundfos используется встроенный функционал электродвигателя – датчик предела и сигнальное реле для управления перепускным клапаном, чтобы обеспечить движение потока через экономайзер при работающей горелке, когда котел не требует воды.

Все управление осуществляется приводом точно в нужный момент, что позволяет обеспечить безопасную и эффективную работу котла и снизить сложность эксплуатации. В результате экономия энергопотреблении только на одном насосе составила 40%, что соответствует около 5000 фунтов стерлингов (6 тысяч евро в год) в год. Кроме того, в результате более надежного контроля потребление газа на котле сократилось на 6%

Электродвигатели Grundfos MGE можно описать шестью словами: надёжные, энергоэффективные, полностью отвечающие требованиям заказчика. С момента своего появления в 1990-е эти двигатели установили стандарты отрасли. В сочетании с внедрением цифровых технологий новое насосное оборудование меняет правила игры для большинства отраслей промышленности, открывая недоступные раньше возможности, а также нарушая привычный порядок вещей. Глубокое понимание эффективной работы насоса в оптимальном режиме позволило специалистам Grundfos создать передовой продукт – электродвигатель MGE, в сочетании с надежностью электродвигателей это сокращает время их окупаемости. Важность этого достижения сложно переоценить. В сочетании с насосами Grundfos эти электродвигатели могут обеспечить нашим клиентам непревзойденный уровень эффективности.