Laatste nieuws:

, 30 augustus 2015 13:26

Grote stappen door ‘ketenefficiëntie'

De huidige belangstelling voor elektrisch besturen en aandrijven op plekken die al jaren het domein van verbrandings- en hydromotoren zijn, heeft een hoog ‘back to the future'- gehalte. Eind negentiende eeuw had de elektromotor een veel hogere ontwikkelingsgraad en vermogenspotentieel dan de toen net opkomende inwendige verbrandingsmotor. Zo was tussen 1898 en 1902 het wereldsnelheidsrecord in handen van elektrische auto's, en in Amsterdam behoorden elektrische taxi's tussen 1909 en het midden van de jaren twintig (net zoals nu) tot het normale straatbeeld.

Back to the future- eind negentiende/begin twintigste eeuw was de elektrische auto's de norm. '
Back to the future- eind negentiende/begin twintigste eeuw was de elektrische auto's de norm.
1/1

Tegenwoordig is vooral het veel hogere besparingspotentieel van elektrische aandrijvingen de belangrijkste drijfveer achter de opmars van hybride en geavanceerde elektromechanische aandrijvingen. Veel van de regeneratie, aandrijf en besturingstechnieken die gebruikt worden in moderne elektrische auto's, waar energie- management en energieverbruik eigenlijk het centrale kunstje is, zien wij terugvloeien in grondverzet-en agromachines, maar vooral ook in de algemene machinebouw.

De "industrie" slokt 40% van de wereldwijd opgewekte elektrische energie op, en in Europa is dit zelfs 60%. Twee derde van dit percentage wordt gebruikt door elektromotoren dus bij het terug dringen van het industriële energiegebruik spelen elektromotoren (en alles wat daar aan vast zit) een belangrijke rol.

Op motorniveau

Alleen echte diehards twijfelen nog aan het nut van het terugdringen van de CO2 -uitstoot en wereldwijd leggen overheden dwingende maatregelen op om dit te bereiken. Met de invoering van IE3 motoren werd een verdere stap gezet in het terugdringen van het industriële energiegebruik (tabel 1), waarvan in onderstaande tabel de effecten ten opzichte van de uitgangssituatie worden getoond. Elektromotoren hebben altijd al een goed rendement gehad, dus de mogelijkheid om op motorniveau het verbruik verder terug te dringen zijn beperkt, zoals te zien in tabel 2. De cursief vermelde percentages onder IE5 zijn afgeleid uit de annex A bij IEC/EN60034-30-1 die - informatief - stelt dat voor een IE5-classificatie de verliezen 20% lager moeten uitpakken dan voor een IE4-classificatie.

Geschat EU-verbruik in TW/h in 2020

Verbruik

Besparing

Percentage

Zonder efficientieverbetering

1252

0

0

IE3

1188

65

5,2

Bron: EU Comission staff working document SEC (2009)1013

Tabel 1 Geschatte vermindering van het toekomstig elektriciteitsverbruik bij inzet van IE3-motoren.

 

4 polige 50 Hz motor

IE3

IE4

IE5

0,75 kW

82,5%

85,7%

88%

7,5 kW

90,4%

92,6%

94%

75 kW

95,0%

96,0%

97%

 

Tabel 2 Minimaal motorrendement volgens IEC/EN 60034-30-1. De IE5-rendementen zijn informatief en gebaseerd op Annex A met 20% lagere verliezen voor IE5 in vergelijking met IE5.

Hele aandrijflijn

Op het moment dat we naar de hele aandrijflijn kijken, is er een veel groter besparingspotentieel beschikbaar. Bijvoorbeeld het inzetten van frequentieregelaars in combinatie met IE3 motoren levert al een grotere besparing op dan het invoeren van de IE3 motoren zelf (tabel 3). Behalve het inzetten van regelaars, biedt het optimaliseren van de aandrijflijn waar de motor deel van uitmaakt veel mogelijkheden. Het vervangen van een wat onhandig gekozen wormkast door een goed gedimensioneerde tandwielreductor kan zo maar 40% rendementsverbetering opleveren. Bij een centrale aandrijving met veel aftakassen en haakse overbrengingen kan, door montage van individueel aangestuurde elektromotoren op ieder aandrijfpunt, niet alleen energie worden bespaard, maar ook een grotere procesflexibiliteit worden verkregen die op zichzelf al tot inverdien effecten kan leiden.

Geschat EU verbruik in TW/h in 2020

Verbruik

Besparing

Percentage

IE3

1188

0

0

IE3 in combinatie met een regelaar

1114

74

6,2

Bron: EU Comission staff working document SEC (2009)1013

Tabel 3 frequentieregelaars in combinatie met IE3 motoren

Energieterugwinning

Frequentieregelaars zorgen er niet alleen voor dat er minder energie wordt opgenomen, door het gecontroleerd starten en stoppen kan in veel gevallen niet alleen een kleinere motor, maar ook een kleinere reductor worden volstaan met alle voordelen van dien. Ook maken regelaars het mogelijk de uit het proces terugvloeiende kinetische energie relatief eenvoudig weer om te zetten in opnieuw bruikbare elektrische energie, die kan worden teruggevoerd in het openbare net, worden opgeslagen in super caps of accu's, maar ook direct hergebruik door andere machines in de keten is mogelijk. Afhankelijk van de in het proces aanwezige dynamiek zijn besparingen tot 40% mogelijk.

Niet alleen het besparen van energie is een belangrijk pluspunt van regelaar gestuurde aandrijvingen. Ook door het met CAN-bussystemen vernetten van regelaars, (servo) motoren, sensoren en slimme bedieningspanelen - zoals de Bonfiglioli Human Machine Interface - kunnen zowel de energieprestaties, de effectiviteit als de ergonomie van machines en installaties enorm worden verbeterd.

Serieuze besparing

Niet alleen in de machine- of installatiebouw zijn op deze manier serieuze besparingen te realiseren, ook voor grondverzet-, agromachines of vaartuigen bieden elektrisch aandrijven enorme voordelen. Zeker bij de veelgebruikte diesel-hydraulische aandrijvingen is het besparingspotentieel op verbruik en uitstoot indrukwekkend. Om die reden hebben alle belangrijke fabrikanten van grondverzetmachines tegenwoordig diesel/elektrische machines met energieterugwinning in het programma, enerzijds om de emissienormen te halen, maar zeker ook voor de achterliggende brandstofbesparingen.

In de onderstaande Sankey-diagrammen is boven te zien hoe en waar de energie verdwijnt, en onder hoe het er uit zou zien met een elektrische aandrijving met hydraulische componenten. Rond 30% energie kan al worden bespaard door eenvoudigweg de pomp niet vaker en niet harder dan nodig te laten draaien; voor de gemiddelde CV ketelbouwer is dit inmiddels de gewoonste zaak van de wereld. Door dit direct op de plek te doen waar de druk nodig is (bijvoorbeeld direct aan de hefcilinders) in plaats van centraal, kunnen ook de 10-12% leiding- en klepverliezen worden geïncasseerd.

Met het op de markt komen van compacte watergekoelde elektromotoren, wordt het nadeel van de vermogensdichtheid en de geschiktheid voor extreme omstandigheden ook aangepakt. De huidige generatie watergekoelde motoren heeft nog steeds een lagere vermogensdichtheid, maar zijn wel dermate klein geworden dat een praktisch gebruik op plaatsen die voor kort waren voorbehouden aan hydromotoren goed mogelijk is.

Conclusie

Efficiëntere (elektro)motoren helpen, maar echte stappen voorwaarts kunnen slechts gezet worden door de keten als geheel te bekijken inclusief de terugwinmogelijkheden. Elsto Drives en Controls is een ervaren totaalleverancier van aandrijvingen en besturingen en bij uitstek in staat om door optimale integratie van motoren, besturingen en transmissies geavanceerde aandrijfsystemen met een hoge ‘ketenefficiëntie' realiseren. Aandrijfsystemen die niet alleen zuinig omspringen met energie, maar ook geavanceerde gebruiksmogelijkheden bieden. Niet alleen voor machines of productielijnen, maar ook voor voer- en vaartuigen.

pdf1

Bron: Energy efficiency of a diesel- electric mobile working machine, ir. Paula Immonen, 2013

pdf2

Bron: Besparings potentieel vol-elektrische graafmachine, Elstoaandrijvingen, 2015

Vanwege het besparingspotentieel maken alle belangrijke fabrikanten van grondverzetmachines tegenwoordig ook diesel/elektrische machines met energieterugwinning

Rob Bosma & Ron Vink, Elsto Drives and Controls

http://www.elsto.eu/

 

Van onze partners meer (0)...

ab op Twitter

TwitterlogoVolg ab nu ook op Twitter!

Onze accountnaam is: @aenb

Agenda meer (1)

17 november 2021 -
Engineering Event Safety

Geen nieuws meer missen?

Meldt u dan direct aan voor de gratis ab nieuwsbrief.

 

Knop nieuwsbriefMet de gratis ab nieuwsbrief wordt u wekelijks op de hoogte gehouden over het aandrijven en besturen nieuws. U ontvangt wekelijks het laatste nieuws en elke maand een themanieuwsbrief.

 

Direct aanmelden