Enerji, Şalt, Enerji Kalitesi, Pano, Trafo, Kablo, Motor, Kesintisiz Güç Kaynağı, Topraklama, Aydınlatma, Test-Ölçüm, Elektrik Proje-Taahhüt, Elektronik, dergi

Elektrik Motorlarında Verimlilik

Dr. Öğr. Üyesi İsmail BOZKURT (Marmara Üniversitesi)

Ülkemizde sanayi elektrik tüketiminin yaklaşık %70’i, toplam net elektrik tüketiminin %36’sı üç fazlı asenkron elektrik motor sistemlerinden kaynaklanmaktadır. Bu doğrultuda, ülkemi­zin etkin bir motor dönüşüm politikası geliştirmesi ve bunu ulusal boyutta hayata geçirmesi bir gereklilik olarak ortaya çıkmıştır. Elektrik Motoru Elektrik enerjisini mekanik enerjiye çe­viren aygıttır. Her elektrik motoru biri sabit (stator) ve diğeri kendi çevresinde dönen (rotor) iki ana parçadan oluşur. Bu ana parçalar, elektrik akımını ileten (sargılar vb.), manyetik akıyı ileten parçalar ve konstrüksiyon parçaları (yataklar vb.) olmak üzere tekrar kısımlara ayrılır.

Özet

Enerjide arz güvenliğinin sanayide, sanayide sürdürülebilirliğinin ve büyümenin ise kalkın­mada oldukça önem taşıdığı günümüzde saklı enerji kaynağı sayılabilecek olan verimlilik hususu önem arz etmektedir.  Enerji verimliliğinde hedeflenmesi gereken noktaların başında sanayi sektörü gelmektedir. Sanayinin büyümeye ve son yıllardaki ar-ge des­teklerine endeksli olarak gelişmesi, otomasyon sistemleri ile daha teknoloji yoğun olma yolunda ilerlemesi her yıl Türkiye piyasasına 1 milyon adedin üzerinde elektrik motoru arz edilmesine neden olmaktadır.[1,2]

Türkiye’de Ve Dünyada Elektrik Motorları Enerji Tüketimi

Gün geçtikçe azalmakta olan doğal enerji kaynakları ve artan enerji maliyetleri enerji tasarrufunu kritik bir konu yapmaktadır. Basit bir hesapla Türkiye’de elektrik enerjisinin %25’inin sanayide kullanılan 1000 kW altındaki güçteki asenkron motorlar tarafından tüketildiğini söyleyebiliriz. Verimsiz motorların verimlileri ile değiştirilmesi durumunda %15’e varan enerji tasarrufu sağlamanın mümkün olduğunu düşünüldüğünde asenkron motorların verimli motorlarla değiştirilmesinin Türkiye’nin elektrik enerjisi kapasitesi ve enerji ithalatının azaltılması için ne kadar önem taşıdığı anlaşılmaktadır.[3]

Enerji Verimliliği Ve Elektrik Motorlarında Verimlilik Sınıfları

Elektrik motorlarında verim arttıkça kullanılan malzeme arttığından ya da daha pahalı malzeme kullanıldığından motorun maliyeti ve dolayısıyla fiyatı da artar, eğer yatırım maliyeti düşünülmüyorsa her zaman en yüksek verimli motor tercih edilmelidir. Ancak yatırımın kendini amorti etmesi düşünülüyorsa ki en doğru yol budur, o zaman elektrik motorunun günde kaç saat çalışacağı yılda kaç gün çalışacağı elektrik enerjisinin birim fiyatı ve verimli motorun sağlayacağı verim avantajı göz önünde bulundurulmalıdır. Örneğin haftada 1 saat çalışan verim avantajı 1 puan olan bir motorun kendini amorti etmesi çok uzun süreceğinden tercih edilmemelidir.

Elektrik Motorlarında Verim = Motor milinden alınan Güç / Şebekeden çekilen güç, Şebekeden Çekilen Güç = Motor Milinden alınan Güç + Kayıplar olarak tanımlanır.

Elektrik motorlarındaki kayıplar; stator ve rotor sargı kayıpları, demir kayıpları, sürtünme ve vantilasyon kayıplarından oluşur ve tamamen ısıya dönüşürler. Bir sitemin verimliliği için sadece yüksek verimli elektrik motoru kullanmak yeterli değildir, aynı zamanda uygun güçte elektrik motoru seçimi ve motoru en yüksek verim bölgesinde çalıştırmak da gereklidir.

Elektrik motorları nominal gücünde en yüksek verimi sağlamak üzere dizayn edilirler dolayısıyla gerekli güçten daha büyük ya da daha küçük güçte elektrik motoru kullanımı motorun verimsiz çalışmasına sebep olur. Bununla birlikte motorun değişken yüklere göre hız kontrol cihazıyla uygun devir sayısında ve en yüksek verim bölgesinde çalıştırılması da sistem verimliliği açısından gereklidir. Bilindiği üzere asenkron motorlar kalkışta (demeraj) nominal akımın 6-7 katı kadar akım çekerler, bu da sistemde aşırı kayıplara sebep olur. Bu yüzden motora dur kalk yaptırmak yerine motoru hız kontrol cihazıyla sürekli olarak gerekli devir sayısında çalıştırmak sistem verimi açısından daha faydalıdır.[4,5]

Standart bir AC motorun toplam çalışma süresi boyunca hesaplanan masraflarının %97’si enerji giderleridir. İlk alım maliyeti ise %2’den az bir oranı oluşturmaktadır. Burada görülmektedir ki motor seçiminde asıl önem verilmesi gereken konu motorun verim değeridir. Bu konuda yol gösterecek olan verim sınıfları yetkili kurumlar tarafından tanımlanmıştır. CEMEP’in (Avrupa Elektrik Makineleri ve Güç Elektroniği İmalatçıları Komitesi) tanımına göre IE1, IE2, IE3 ve IE4 motor verimlilik sınıflarını ifade etmektedir.[5]

Elektrik Motorlarında Verim Sınıfları Ve Tasarruf Potansiyeli

Elektrik Motorları 1998 Yılında CEMEP (Avrupa Elektrik Makineleri ve Elektroniği İmalatçıları Komitesi) tarafından hazırlanan dokümana göre 1.1 kW ile 90 kW arasında 3 temel verimlilik sınıfında üretilmekte ve değerlendirilmekteydi. EFF1 sınıfı = En verimli EFF2 sınıfı = Orta verimli EFF3 sınıfı = En verimsiz

Yeni hazırlanan IEC 60034-30:2008 standardına göre elektrik motorları için verimlilik sınıfları 0.75 kW ile 375 kW arasına genişletilmiş olup tanımlamaları şöyle olmuştur. IE1 Sınıfı = Standart Motorlar IE2 Sınıfı = Yüksek Verimli Motorlar IE3 Sınıfı = Premium Verimli Motorlar IE4 Sınıfı = Süper Premium Verimli Motorlar

22 kW/1500d/dk. lık bir AC Motoru hem IE2/ IE3 hem de IE1 sınıfları için verim açısından kıyaslayacak olursak; IE1 %89,9 IE 2 %91,6 IE 3 %93,0 değerlerini görürüz.

Ülkeler piyasada satışı yapılan motorların asgari verimlilik sınıfını kademeli olarak yükseltmektedir. Türkiye’de Avrupa Birliği’ne paralel olarak IE1 sınıfı motorların satışı 2012 yılından yasaklanmıştır.

2015 yılında ise değişken hız sürücüsü ile çalışmayan IE2 motorların satışı durdurulmuştur. Günümüzde şebekeden beslenerek çalıştırılacak motorlardan IE3 ve IE4 verimlilik sınıfı motorların satışı serbesttir. Yüksek verimli motorların kullanımı dünyada birçok ülkede çeşitli teşviklerle desteklenmektedir. Türkiye’de de bu konuda teşvik programları bulunmaktadır. Bunlardan en öne çıkanlar Enerji ve Tabii Kaynaklar Bakanlığının Verimlilik Artırıcı Proje programı ve Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığının yürüttüğü verimli motor değişim programıdır.

Motorun iç tasarımı dışında motorun verimini etkileyen diğer faktörler ve sağlayacağı verimlilik yüzdeleri şu şekilde özetlenebilir: Motor gücünün uygulamaya uygun seçilmesi: %1-3 Motor tamiri: %0,5-4 Değişken hız sürücüsü ile uygulamanın ihtiyacına göre motor hızının ayarlanması: %10-50 Mekanik aktarım ekipmanları (kayış ve redüktör gibi): %2-15 Enerji kalitesi: %0,5-3 Motor bakımı ve ayarların doğru yapılması: %1-5. [4]

Sonuç

Yapılan değerlendirme neticesinde Türkiye elektrik enerjisinin yaklaşık %25’inin tüketildiği elektrik motorlarının, verimlilik ve denetim açısından oldukça önem arz ettiği düşünülmektedir.

Bu noktada 0,75- 1000 kW güç aralığında düşük verimli IE1 asenkron motorların yerine yüksek verimli IE4 asenkron motorların kullanımı ile yaklaşık %5’lik bir kazanç sağlanacağı söylenebilir. Bu sayede 2013 yılı verilerine göre yaklaşık yılda 2500 GWh’lik enerji tasarrufu sağlanabilecektir. 2500 GWh’lik enerji, Birecik Barajının yıllık ürettiği enerji ile ya da bir başka deyişle Keban Barajının yıllık ürettiği enerjinin yarısı kadar bir enerji ile özdeştir.[13,14] Ayrıca elektrik motorlarında yapılabilecek verimlilik çalışmaları sadece verimli motorların verimsiz olanlarla değiştirilmesi değil; bunun dışında doğru motor seçimi, değişken hız sürücüsü ile tahrik etme, zamanında bakım yapılması gibi hususlarla desteklendiği takdirde tüm dünyada %10’a yakın bir tasarruf potansiyeli öngörülmektedir.

Kaynaklar

  1. Güvenir Kaan ESEN Türk Standartları Enstitüsü Elektroteknik Laboratuvarı Gebze Müdürlüğü Gebze / KOCAELİ
  2. T.C. BILIM, SANAYI VE TEKNOLOJI BAKANLIGI Verimlilik Genel Müdürlügü, Elektrik Motorlarında Enerji Verimliliği
  3. http://www.elkmotor.com.tr/elkmotor-enerji-verimliligi.aspx
  4. http://anahtar.sanayi.gov.tr/tr/news/elektrik-motorlari-ve-enerji-verimliligi/7381
  5. Policy, E.E. & Pricing, C., 2011. Walkıng The Torque Proposed work plan for energyefficiency policy opportunities for electric motor-driven systems. Internationale energy agency, Energy Eff