Energie besparen - Alleen de elektromotor vervangen is niet genoeg!

Wereldwijd komt ongeveer 40% van het elektriciteitsverbruik voor rekening van motoren, pompen, compressoren en ventilatoren. Trekken we het iets breder, dan kun je zeggen dat de totale aandrijfketen zelfs uitkomt op 90% van de stroomconsumptie waar we met zijn allen verantwoordelijk voor zijn.

Door steeds betere technieken kunnen over de hele linie 5 tot wel 50% aan verbruik én kosten worden bespaard. Het is echter niet zo dat je dat kunt bereiken door alleen je oude elektromotoren te vervangen door nieuwe. Om energie en geld te besparen, moet je kijken naar het totale aandrijfsysteem van elektromotoren. En hóeveel bespaard kan worden, hangt sterk af van de toepassing. Maar de méérkosten van een energiezuinige elektromotor laten zich doorgaans binnen 2 tot 5 jaar terugverdienen. Uiteindelijk gaat het om het beperken van uitstoot van CO2 en het besparen van geld.

Rendement elektromotoren

Sinds jaar en dag worden er in Europa vier rendementsklassen van elektromotoren gehanteerd, die zijn vastgelegd in de European Minimum Energy Performance Standards (EU MEPS), om precies te zijn in norm EG640/2009. EU MEPS stelt eisen aan het rendement van laagspannings- elektromotoren (Norm: IEC60034-30-1:2014).

De vier rendementsklassen lopen van IE1 (laagste rendement -  het betreft hier elektromotoren met rotorstaven gemaakt uit aluminium), via klasse IE2 en klasse IE3 (waarbij de rotorstaven zijn gemaakt uit aluminium en/of koper) tot IE4. De laatste heeft een hoog rendement (waarbij de rotor onder meer uit magneten bestaat of zelfs ‘leeg’ is). De IE-klasse en het rendement staan altijd op het gegevensplaatje van de elektromotor. Vanwege het lage rendement en de bijkomende vervuiling mogen elektromotoren van de klasse IE1 sinds juli 2011 niet meer in Europa worden verkocht.

Energieverbruik elektromotoren terugdringen

Elektromotoren hebben altijd al een goed rendement gehad (75 – 80 %). Dat betekent dus dat de mogelijkheden om het energieverbruik nóg verder terug te dringen, beperkt is. Om enkele voorbeelden te noemen: elektromotoren van klasse IE3 kennen een rendement van 82-95%, die van IE4: 85-96%. Met motoren van de klasse IE5 (nog in ontwerp) streeft men naar 88-97%. Het betreft hier driefase elektromotoren tot 1.000 Volt, van 0,12 t/m 1.000 kW op basis van continu bedrijf (S1) met een constant toerental, met toerentallen van 750, 1.000, 1.500 en 3.000 toeren per minuut.

Richtlijnen elektromotoren

Sinds januari 2015 moeten nieuwe motoren (van 7,5 t/m 375 kW) minimaal klasse IE3 hebben; klasse IE2 mag ook, maar alleen in combinatie met een frequentie-omvormer. Als motoren worden gevoed door een frequentie-omvormer, dan neemt hun rendement af. Maar ondanks dat mag een IE2-motor die wordt gevoed met een frequentieomvormer als alternatief worden toegepast. Dat komt doordat toerenregeling in veel toepassingen méér energiebesparing oplevert dan een overstap van IE2 naar een efficiëntere IE3 motor.

Vanaf 1 januari 2017 wordt de norm nog meer verscherpt en gaat dit gelden voor alle motoren vanaf 0,75 t/m 375 kW. Hoewel deze range maar 10% van de wereldwijd geïnstalleerde motoren beslaat, verbruikt deze wel 75% van de totale hoeveelheid elektriciteit!

Besparing door elektromotoren

Door hoge eisen te stellen aan deze elektromotoren gaan de IE3- en IE4-motoren ook veel langer mee in vergelijking met oudere, vaak spilzieke motoren. Aangezien de elektriciteitskosten meer dan 90% van de levensduur (uitgedrukt in Total Cost of Ownership, ofwel TCO) uitmaken, kan de besparing al snel oplopen tot duizenden of zelfs tienduizenden euro’s over de totale levensduur.

Maar, zoals gezegd, zal het in de praktijk niet alleen aankomen op uitsluitend de elektromotor vervangen. Ook moeten magneetschakelaars, beveiligingen en voedingskabels worden aangepast, omdat de aanloopstroom van deze motoren hoger is. En vergeet ook de vertragingskasten niet: alleen al het optimaliseren hiervan kan leiden tot een rendementsverbetering van wel 40%.

Welk type elektromotor?

Op dit moment kan men een keuze maken uit drie verschillende motortechnologieën. Dit zijn:

1. Inductiemotor.
   Deze motor is al sinds 1889 het werkpaard van de industrie en immens populair vanwege zijn robuustheid, bedrijfszekerheid en eenvoudige werking. Soft starters verlagen de aanloopstroom. Nauwkeurige frequentieregelaars maken procesoptimalisatie en energiebesparing mogelijk. Een nadeel van de inductiemotor is dat door de rotor-stromen veel warmte wordt opgewekt (warmte leidt tot energieverlies). Ook omdat een deel van de benodigde energie gebruikt moet worden om de rotor te magnetiseren, is een duidelijk minpunt.
2. Permanent Magneten motor (PM-motor).
   Doordat deze motor permanent magneten op de rotor heeft, kan deze motor vaak vele malen kleiner worden uitgevoerd dan een inductiemotor. Ze wegen ook minder, omdat ze minder actief materiaal bevatten. Omdat er in de rotor geen warmte wordt opgewekt en er geen magnetiseringstroom nodig is, vindt er nauwelijks energieverlies plaats. Het rendement van deze motor is dus hoger dan dat van een inductiemotor. De aanschafkosten zijn echter hoger, omdat de grondstof voor de magneten zeldzaam is en daardoor duur.
3. Synchroon Reluctantie motor.
   Deze motor onderscheidt zich van de andere twee doordat de rotor geen rotorstaven heeft en ook geen magneten. Deze motor moet altijd aangestuurd worden met een speciale frequentieregelaar. De rotor zorgt wel voor meer blind-stromen waardoor de frequentieregelaar vaak over-gedimensioneerd is.

Welke keuze maak je?

De keuze voor het toepassen van een van deze technologieën, hangt af van een groot aantal factoren. Denk aan efficiency, kostprijs, afmeting, bedrijfszekerheid, snelheidsbereik, geluids- en trillingsniveaus, onderhoudsvriendelijkheid en toerenregeling. Er zijn op de markt meerdere tools en rekenprogramma’s beschikbaar om vast te kunnen stellen welke aandrijvingsketen voor welke toepassing het beste rendement behaalt; dat kan al na het invullen van een aantal kentallen.

Kijk om te beginnen eens naar de pagina’s van het Kennisnetwerk Efficiënte Elektrische Aandrijfsystemen op de website van de Rijksdienst voor Ondernemend Nederland (RVO). Daar kun je de Efficiënte Elektrische Aandrijfsystemen - Quickscan voor verbetering of vervanging van bestaande aandrijfsystemen downloaden.
Op de internationale website van kun je het programma Motor Systems Tool downloaden.

Heb je meer behoefte aan instructie en uitleg? Stuur ons dan even een mail en je krijgt oefen- c.q. invulopdrachten toegestuurd. De oefenopdrachten hebben alleen betrekking op “motor systems tool”.