Energieffektivisering av hydraulsystem
Diskussionen om hur vårt energisystem ska se ut i såväl nära framtid som på lite längre sikt pågår ständigt. I den diskussionen talas det ofta om hur mycket mer effekt vi kommer att behöva i framtiden, men det är sällan det pratas på allvar om hur vi kan använda den energi vi har på ett bättre sätt. Det menar i alla fall Lennart Strandberg som höll ett mycket uppskattat föredrag på konferensen Pumpdagen i början av oktober.
- Men, de är nog lika giltiga oavsett om elmotorer driver hydraulpumpar, vätskepumpar, fläktar eller något annat, säger Strandberg. För det är om elmotorer detta handlar mest.
- Det är helt enkelt så att vi betraktar elmotorer och deras effektbehov på fel sätt, något som leder till att onödigt stora motorer drar onödigt mycket ström. Det diskuteras hela tiden kring hur elsystemen ska förstärkas med mer energi, men det pratas sällam om vilken utnyttjandegrad vi egentligen har på våra elmotorer.
Från politiskt håll finns det intresse och till och med regelverk gällande hur elmotorer ska vara konstruerade.
- Elmotorer förbrukar 70 % av den elektriska effekten i industrin och 40 % av effekten i hela samhället. Det har man från lagstiftningshåll insett och med det som utgångspunkt satt upp regler för hur elmotorer ska vara konstruerade för att få en bättre verkningsgrad. Till detta finns en standard som säger att motorn ska belastas på ett visst sätt när klassas. Det gäller då sådant som omgivningstemperatur, kontinuerlig drift etc, säger Strandberg och fortsätter:
- Den effektklass som standarden avser är ett effektområde där elmotorn går som allra bäst, det är där den ska vara helt enkelt för att vara energieffektiv. Men, sedan är ju vi tekniker (och här drar jag alla över en kam….) sådana att vi ser effektklassningen som en bortre effektgräns. ”Dit får vi inte nå, för det är max vad motorn klarar av”. Men så är det ju inte, istället är det där motorn fungerar som bäst.
- Lägger vi sedan till ett annat vanligt fenomen, nämligen ”den säkra sidan” så blir det ännu mer ineffektivt. I princip varje inblandad disciplin tar i lite extra. Mekaniksidan gör systemet lite styvare än vad som hade behövts, hydraulikern tar i lite extra för att det verkligen ska räcka till och så vidare. Om var och en lägger på 10 % för säkerhets skull, så har vi ett system som är överdimensionerat med 30 till 40 %. Ofta står dessa system också och går i onödan och allt det här resulterar i en väldigt låg utnyttjandegrad på motorn, konstaterar Lennart Strandberg.
Den vanligaste typen av elmotor är asynkronmotorn.
- Dess funktionssätt med en fasförskjutning mellan ström och spänning innebär att överdimensionerade motorer ger upphov till att det i våra elnät far runt en massa reaktiv effekt, till ingen nytta. En elmotor som bara står och snurrar utan att uträtta något arbete drar typiskt ca 10 % av sin märkeffekt, konstaterar Lennart Strandberg.
Han menar alltså att många, rent av de flesta elmotorer är överdimensionerade.
- Så är det absolut. Rent generellt så skulle man i de flesta hydrauliksystem kunna gå ner en eller två motorstorlekar och på så sätt få motorer som används i det effektområde där de arbetar som allra bäst. När elmotorer klassas så är det baserat på tio olika belastningsfall i en standard. När man sedan ska välja motor till en applikation så ska man hitta ett belastningsfall bland de tio som bäst motsvarar den tänkta applikationen. Om man inte gör det, utan bara går till en leverantör så blir man oftast rekommenderad en motor för det belastningsfall som kallas S1 och som innebär kontinuerlig drift med konstant belastning och temperatur. De motorer som verkligen går på det sättet finns visserligen, men de är väldigt lätt räknade. De flesta motorer ute i verkligheten är istället överdimensionerade.
Hydrauliska system är ofta uppbyggda så att pumparna har permanent drift, men de har inte konstant belastning. De står alltså och pumpar runt vätska utan tryck eller är de variabla pumpar som snurrar med noll deplacement, utan att uträtta något egentligt arbete under en stor del av tiden.
- Oftast varierar ju både tryck och flödesbehov och är motorn då vald utifrån det högsta tryck- och flödesfallet, så ligger man väldigt långt under vad motorn egentligen tål. Med andra ord, vi utnyttjar i stor sett inget av motorns egentliga kapacitet, säger Strandberg.
Energimyndigheten har börjat få upp ögonen för den potential som finns att energieffektivisera elmotoranvändningen i industrin.
- Det är bra, men det återstår mycket att göra. Inte minst när det gäller uppfattningar om var energieffektiviseringar ska göras. Tidigare har det genomförts stora program för att identifiera stora effektförbrukare i energiintensiv industri, smältugnar, raffinörer etc. Effektiviseringsåtgärder där gör stor skillnad för det enskilda företaget, men från samhällssynpunkt är det viktigare att göra något åt de installationer som faktiskt står för 70 % av industrins elföbrukning, det vill säga motorerna, menar Lennart Strandberg.
I sitt föredrag presenterade Lennart Strandberg ett par projekt där Energimyndigheten varit med och tittat på energioptimering av just hydraulsystem.
- Ett av dessa projekt gällde SSAB i Borlänge och en anläggning bestående av fem hydraulpumpar. Det hela var dimensionerat efter en toppförbrukning som kunde uppstå i vissa lägen. Det vi gjorde var att noga ta reda på medelförbrukningen istället, varefter vi kunde dra ner pumpkapaciteten till en pump som motsvarade denna medelförbrukning. Systemet försågs med en stor ackummulatorstation och det intressanta är att i och med dessa åtgärder så kunde vi eliminera fyra av de fem pumparna och bara ha en kvar. Den elmotorn jobbar dock som den ska, utifrån sin märkeffekt och den går inte heller på ”tomgång”, utan matar istället ackummulatorn hela tiden. Det här har alltså inneburit att anläggningen nu har ett jämnare tryck och hydrauliken går därmed bättre, säger Lennart Strandberg och tillägger att återbetalningstiden för projektet blev något mindre än ett och ett halvt år.
Det börjar bli mer och mer känt ute i industrin att det är på det här viset och att det finns mycket att hämta genom energioptimering av elmotorsystem.
- Men, det finns helt klart en stor potential att sprida detta ytterligare. Problemet är väl hur vi ska få industrin att på bred front prioritera det här området och även investera i åtgärder, avslutar Lennart Strandberg.
Peter Olofsson
