İçindekiler
Dergi Arşivi

Elektrik Motorları ve Enerji Verimliliği

Hakan OLCAY / Siemens San. ve Tic. A.Ş. Enerji Verimliliği Koordinatörü

 

Gün geçtikçe azalmakta olan doğal enerji kaynakları ve artan enerji maliyetleri enerji tasarrufunu kritik bir konu yapmaktadır. Türkiye’de tüketilen elektrik enerjisinin %47,1’i sanayide, bunun %67’si elektrik motorlarında, bunun %91’i 1000 kW’a kadar güce sahip motorlarda, bunun da %87’si asenkron motorlarda tüketilmektedir. 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.

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.


Şekil 1. IE1, IE2, IE3 ve IE4 Motor Verimlilik Sınıfları.

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.
Standart bir asenkron motorun içerisinde oluşan kayıplar ve motor verimi şu şekilde gösterilebilir:
Verim = Mil Gücü / Şebekeden Çekilen Güç
Mil Gücü = Şebekeden Çekilen Güç – Motor Kayıpları
Motor Kayıpları = Bakır Kayıpları + Demir Kayıpları + Sürtünme Kayıpları

Motor kayıplarını azaltabilmek için kabaca motor sargı direncinin, motor manyetik devre (demir) ve sürtünme kayıplarının düşürülmesi gerekmektedir. Bu iyileştirilmeler de ancak daha kaliteli malzemelerin kullanılması ile mümkündür. Örneğin sürtünme kayıplarının azaltılması daha kaliteli rulman ve yatak malzemelerinin kullanılmasıyla sağlanabilir. Yüksek verimli motorlarda tüm bu malzeme kalitesi artırılarak motor kayıpları minimize edilmiştir.

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.

Siemens Verimli Motor Dönüşümü programları kapsamında binlerce motorun değişimi gerçekleştirilmiştir. Bu projeler hayata geçirilirken bazı konuların göz önünde bulundurulması gerekmektedir.

Motor Verimlilik Değeri: Motor verimliliklerinin saha koşullarında pratik olarak ölçülmesi mümkün değildir. Ancak kayma veya akım metodu gibi %7 hata oranlarına sahip yöntemlerle hesaplama yapılabilir fakat %5’e kadar dar bir bantta enerji verimliliği hedeflenirken %7 hata payı bu tür metotları kullanışsız kılmaktadır. Diğer bir motor verimlilik tespiti motor etiketini kullanmaktır. Motorlar üretimleri esnasında belirli verimlilik sınıflarında üretilmelerine rağmen özellikle eski motorların etiketlerinde verimlilik sınıfı veya verimlilik yüzdesi bulunmamaktadır. Bu durumda eski motorun verimlilik sınıfı üretim yılından yola çıkarak, üretildiği yıllardaki en verimli motor verimlilik sınıfında olduğu öngörülmektedir.

Anlık Güç Değişimi: Motor güç ölçümü yapıldığında bazı uygulamalarda sabit güç çektiği görüldüğü gibi bazen çok büyük bir bantta salınımlar görülebilir. Bu durumda güç değerinin belli bir süre ortalaması alınmalıdır veya diğer bir çözüm ise belli bir süre için tüketilen enerji ölçülmelidir.

Anlık güç ölçümü ile ilgili diğer bir konu fan gibi hava sıcaklığı ile anlık çektiği güç değişiklik gösteren sistemlerdir. Verimsiz motor güç ölçümünün sıcak yaz aylarında yapılmasının ardından verimli motor değişimi yapıldıktan sonra tasarruf teyit ölçümü kış aylarında yapılması durumunda soğuk havadan dolayı yoğunluğu artan havanın yaratacağı ekstra fan yükü eski motor ile yeni motor arasındaki verimlilik farkından daha fazla olabilir. Aslında uygulama başarılı olmasına rağmen önce ve sonra ölçümlerin aynı koşullarda yapılmamasından dolayı yanıltıcı sonuçlar elde edilebilir. Verimlilik ile azalan güç değerini doğru ölçmek için uygulama öncesinde yapılan ölçüm koşulları uygulama sonrasında da aynı şekilde sağlanarak ölçüm alınmalıdır. Bunun mümkün olmadığı durumda uzun süreli ölçüm ile tüketilen enerji kıyaslanabileceği gibi eski ve yeni motorların verimlilik sınıfları verimlilik artışının kanıtı kabul edilebilir.

Kayma Faktörü: Asenkron motorlar yapıları gereği yük arttıkça devir sayılarında azalma olur. Motor etiketlerinde yazan devir motorun tam yükte gerçekleşecek devir sayısıdır. Verimli motorlar içinde bu durum aynıdır fakat verimli motorlar adlarında belirtildiği gibi daha verimlidir ve verimliliklerini sadece şebekeden daha az enerji çekerek değil aynı zamanda daha fazla enerjiyi motor miline aktararak da sağlarlar. Bu durumda motor mili tam yükte verimsiz motora göre daha az kayarak daha yüksek devirde dönebilmektedir. Fazla mil devri motorun milinin bağlı olduğu ekipmana daha fazla iş yaptırmaktır. Bu eğer bir konveyör veya pres ise işi daha hızlı bitirecektir. Verimli motorun artan mil devrinden faydalanılmak istenmiyorsa varsa değişken hız sürücüsü veya kayış kasnak çaplarında değişiklik yapılarak tam yükte değiştirilen motorun devir sayısına ayarlanabilir, bu sayede kazanılan verimin tamamı şebekeden çekilen enerji olarak ölçümlenebilir. Değişim sonrasında şebekeden çekilecek güç uygulama gerçekleştirilmeden önce eski motor ve yeni motorun tam yük devir bilgisi kullanılarak hesaplanabilmektedir.

Reaktif Enerji: Verimli motorlar aynı güçteki verimsiz motorlara göre daha fazla reaktif enerji tüketmektedirler. Bu enerji kompanzasyon sistemi vasıtasıyla şebekeye iletilmediğinden herhangi bir ek enerji maliyeti oluşturmamaktadır, fakat artan reaktif güç motor kontrol ekipmanlarının gözden geçirilmesini gerektirebilir. Motor değişim uygulaması yapıldıktan sonra reaktif ve etkin güç ayrımı yapmayan bir ölçüm aleti ile yapılan ölçümde görünür güç değeri ölçümlenecektir. Azalan etkin güce rağmen artan reaktif güç sebebiyle görünür güç uygulama öncesiyle aynı hatta daha fazla gözükerek yanıltıcı sonuçlar verebilir. Değişim sonrasında mutlaka etkin gücü doğru şekilde ölçebilen bir analizör ile ölçüm alınmalıdır.

Siemens’in destek verdiği http://dr.energy web sitesinde eski verimsiz motorun verimlisi ile değiştirilmesi durumunda ne kadar tasarruf edilebileceği ve geri ödeme süresi kolay bir şekilde hesaplanıp rapor formatında çıktı alınabilmektedir.