מנועים תעשייתיים מהווים יותר מ-60% מצריכת החשמל התעשייתית במדינה, ויעילותם האנרגטית משפיעה ישירות על עלויות התפעול של מפעלים ועל מימוש יעדי "הפחמן הכפול" הלאומיים. כיום, רוב המפעלים עדיין משתמשים במנועים בעלי יעילות נמוכה, וחלק מהמנועים הישנים אף בעלי יעילות אנרגטית נמוכה מהסטנדרטים המינימליים הלאומיים, מה שגורם לא רק לבזבוז אנרגיה אלא גם מגדיל את עלויות תחזוקת הציוד. הגורמים המשפיעים על יעילות האנרגיה של המנוע הם רב-ממדיים, הכוללים לא רק את סוגיות התכנון והייצור של המנועים עצמם, אלא גם את קישורי הבחירה, הבקרה, התפעול והתחזוקה בתהליך השימוש. כדי להשיג שדרוג יעילות האנרגיה של המנוע, מפעלים צריכים לגבש פתרונות שיטתיים מנקודת מבט של מחזור החיים כולו.
הגורמים המרכזיים המשפיעים על יעילות האנרגיה של מנועים תעשייתיים כוללים בעיקר ארבעה היבטים. ראשית, רמת היעילות של המנוע עצמו נמוכה, וזו הסיבה הבסיסית ביותר. יעילותם של מנועים מסורתיים מסדרת JO2 היא רק 75%-85%, בעוד שהיעילות של מנועים בעלי יעילות גבוהה העומדים בתקן IE3 יכולה להגיע ליותר מ-90%. פער יעילות האנרגיה בין השניים הוא 5%-10%, וההבדל בצריכת האנרגיה משמעותי ביותר בפעולה ארוכת טווח. למנועים בעלי יעילות נמוכה יש אובדן גבוה של ליבת ברזל, אובדן נחושת ואובדן מכני. לדוגמה, אם ליבת הברזל משתמשת ביריעות פלדת סיליקון רגילות במקום יריעות פלדת סיליקון מגולגלות קר באיכות גבוהה, אובדן ההיסטרזיס ואובדן זרם המערבולת יגדלו משמעותית. שנית, הבחירה אינה תואמת את העומס, ותופעת "סוס גדול מושך עגלה קטנה" נפוצה. ארגונים רבים בוחרים במכוון במנועים בעלי הספק גדול יותר כדי למנוע עומס יתר על המנוע, וכתוצאה מכך המנועים פועלים במצב עומס נמוך (נמוך מ-50% מהעומס המדורג) למשך זמן רב. בשלב זה, יעילות המנוע תרד בחדות, ומקדם צריכת האנרגיה יעלה משמעותית. לדוגמה, ההספק המדורג של מנוע משאבת מים במפעל כימי הוא 55 קילוואט, אך העומס בפועל הוא רק 20 קילוואט, ויעילות האנרגיה נמוכה ביותר מ-30% מהערך המתוכנן. שלישית, שיטת הבקרה הפוך, וחסרה בה אמצעי ויסות מהירות יעילים. ציוד הולכת נוזלים כמו מאווררים ומשאבות מים מהווה יותר מ-40% מכלל המנועים התעשייתיים. באופן מסורתי, זרימת ציוד כזה נשלטת על ידי כוונון שסתומים ומחלצים, והמנוע פועל תמיד במהירות המדורגת, וכתוצאה מכך מבוזבזת כמות גדולה של אנרגיה בהפסדי מצערת. רביעית, תפעול ותחזוקה לא נכונים מובילים לירידה בביצועי המנוע. לדוגמה, חוסר שמן ובלאי של מיסבים מגבירים את ההפסד המכני, הצטברות אבק על הסלילים מובילה לפיזור חום לקוי ולאובדן נחושת מוגבר, והזדקנות בידוד גורמת לקצרים מקומיים, שכולם יהפכו את יעילות האנרגיה בפועל של המנוע לנמוכה יותר מהערך המתוכנן.
הדרך העיקרית עבור ארגונים להשיג שדרוג יעילות אנרגטית של מנועים היא לקדם החלפת מנועים בעלי יעילות נמוכה ובחירת מנועים בעלי יעילות גבוהה וחיסכון באנרגיה. יש לפעול לפי עקרון "ההתאמה המדויקת" במהלך ההחלפה, במקום לרדוף בעיוורון אחר מפרטים גבוהים. ראשית, יש לבצע בדיקה מקיפה של מנועים קיימים כדי לבחון את רמת היעילות שלהם, קצב עומס הפעולה ונתוני צריכת האנרגיה שלהם. יש לתת עדיפות להחלפת מנועים בעלי יעילות נמוכה הפועלים יותר מ-10 שנים ובעלי קצב עומס של יותר מ-60%. עבור ציוד הפועל ברציפות, יש לבחור מנועים אסינכרוניים בעלי יעילות גבוהה או מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע העומדים בתקני IE3 או גבוהים יותר; עבור ציוד עומס משתנה, יש להעדיף מנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע, שיכולים לשמור על יעילות גבוהה בטווח עומסים רחב ולחסוך 8%-15% יותר אנרגיה ממנועי IE3 בעלי אותו הספק. לאחר שמפעל טקסטיל החליף 20 מנועים מסדרת JO2 במנועים בעלי מגנט קבוע יעילות גבוהה מדגם IE4, כל מנוע חסך 12,000 קוט"ש חשמל בשנה, ותקופת החזר ההשקעה הייתה 14 חודשים בלבד. במהלך תהליך ההחלפה, יש לשים לב להתאמת גודל התקנת המנוע לציוד המקורי כדי למנוע עלויות טרנספורמציה מוגזמות המשפיעות על היתכנות הפרויקט.
שנית, יש לייעל את שיטת בקרת המנוע ולקדם טכנולוגיית ויסות מהירות המרת תדר. ויסות מהירות המרת תדר מתאים את המהירות על ידי שינוי תדר אספקת החשמל של המנוע, כך שהספק המוצא של המנוע יתאים במדויק לדרישת העומס, וזה מתאים במיוחד לציוד בעל עומס משתנה כמו מאווררים, משאבות מים ומדחסים. נתונים מראים שלאחר אימוץ ויסות מהירות המרת תדר, שיעור החיסכון הממוצע באנרגיה של ציוד כזה יכול להגיע ל-20%-40%, ושיעור החיסכון באנרגיה בתרחישים מסוימים של תנודות עומס גבוה אף עולה על 50%. לדוגמה, לאחר טרנספורמציה של המרת התדר של מנוע מאוורר תנור היתוך במפעל פלדה, המהירות מותאמת בהתאם לדרישת לחץ האוויר של תנור היתוך, וחוסכת 8 מיליון קוט"ש חשמל בשנה. עבור מנועים בעלי הספק גבוה (מעל 200 קילוואט), ניתן לאמץ תוכנית משולבת של "המרת תדר + התחלה רכה", אשר לא רק משיגה ויסות מהירות וחיסכון באנרגיה אלא גם מונעת את הנזק לרשת החשמל ולמנוע הנגרם כתוצאה מהשפעת זרם ההתנעה. בנוסף, עבור קווי ייצור עם פעולה מתואמת מרובת מנועים, ניתן לאמץ מערכת בקרה מרכזית כדי להשיג חלוקת עומס מאוזנת בין המנועים ולשפר עוד יותר את יעילות האנרגיה הכוללת.
ניהול תפעול ותחזוקה מדעי הוא הערובה לשמירה על יעילותם של מנועים. יש להקים מערכת ניטור יעילות אנרגטית של מנועים, לאסוף נתונים בזמן אמת כגון מתח מנוע, זרם, גורם הספק וטמפרטורה באמצעות חיישנים חכמים, ולנתח את מגמת השינוי ביעילות האנרגיה בעזרת פלטפורמת האינטרנט התעשייתית כדי לזהות בזמן חריגות ביעילות האנרגיה. לבצע תחזוקה ממוקדת באופן קבוע: לבדוק את שימון מיסבי המנוע מדי חודש, לבחור גריז מתאים לטמפרטורה גבוהה ועמיד בפני שחיקה כדי להפחית אובדן מכני; לנקות את האבק והשמן על סלילי המנוע וצלעות הקירור מדי רבעון כדי לשפר את יעילות פיזור החום ולהפחית אובדן נחושת; לבצע בדיקות יעילות אנרגטית על מנועים מדי שנה, להעריך את הירידה בביצועים ולגבש תוכניות תחזוקה מונעת. לאחר הקמת מערכת תפעול ותחזוקה חכמה, מפעל חלקי רכב הגדיל את יעילות האנרגיה של המנוע ב-12% בהשוואה לעבר, והפחית את זמן ההשבתה של התקלות ב-60%.
בנוסף, ארגונים יכולים גם לאמץ את מודל חוזה ביצועי האנרגיה (EPC) בהתאם לתנאים שלהם. חברות שירות מקצועיות לחיסכון באנרגיה ייקחו על עצמן את ההשקעה, התכנון, השינוי, התפעול והתחזוקה של שדרוג המנועים, וישיגו מצב של win-win על ידי שיתוף יתרונות חיסכון באנרגיה, ובכך יפחיתו את לחץ ההון המוקדם. לסיכום, שדרוג יעילות אנרגטית של מנועים אינו פרויקט החלפת ציוד בודד, אלא פרויקט שיטתי של "החלפת מנוע ביעילות גבוהה + אופטימיזציה של בקרת המרת תדר + אחריות תפעול ותחזוקה חכמה". על ידי יישום פרויקט זה, ארגונים יכולים לא רק להפחית משמעותית את עלויות האנרגיה ולשפר את יציבות פעולת הציוד, אלא גם לתרום למימוש יעדי "פחמן כפול" ולהשיג יתרון תחרותי בפיתוח בר-קיימא.




