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Os motores industriais representam mais de 60% do consumo de eletricidade industrial do país, e sua eficiência energética afeta diretamente os custos operacionais das empresas e a realização dos objetivos nacionais de “duplo carbono”. Atualmente, a maioria das empresas ainda usa motores de baixa eficiência, e alguns motores antigos até têm eficiência energética inferior aos padrões mínimos nacionais, o que não só causa desperdício de energia, mas também aumenta os custos de manutenção de equipamentos. Os fatores que afetam a eficiência energética do motor são multidimensionais, incluindo não apenas as questões de projeto e fabricação dos próprios motores, mas também a seleção, o controle e os links de operação e manutenção no processo de uso. Para alcançar a atualização da eficiência energética do motor, as empresas precisam formular soluções sistemáticas da perspectiva de todo o ciclo de vida.
Os principais fatores que afetam a eficiência energética dos motores industriais incluem principalmente quatro aspectos. Primeiro, o nível de eficiência do próprio motor é baixo, o que é a razão mais fundamental. A eficiência dos motores tradicionais da série JO2 é de apenas 75%-85%, enquanto a eficiência dos motores de alta eficiência que atendem ao padrão IE3 pode atingir mais de 90%. A diferença de eficiência energética entre os dois é de 5%-10%, e a diferença de consumo de energia é extremamente significativa na operação de longo prazo. Os motores de baixa eficiência têm alta perda de núcleo de ferro, perda de cobre e perda mecânica. Por exemplo, se o núcleo de ferro usa chapas de aço de silício ordinárias em vez de chapas de aço de silício laminadas a frio de alta qualidade, a perda de histérese e a perda de corrente de remorso aumentarão significativamente. Em segundo lugar, a seleção é incompatível com a carga, e o fenômeno de “cavalo grande puxando um carrinho pequeno” é comum. Muitas empresas escolhem deliberadamente motores com maior potência para evitar a sobrecarga do motor, resultando em que os motores operem em um estado de baixa carga (inferior a 50% da carga nominal) por um longo tempo. Neste momento, a eficiência do motor cairá bruscamente e o coeficiente de consumo de energia aumentará significativamente. Por exemplo, a potência nominal de um motor de bomba de água em uma planta química é de 55 kW, mas a carga real é de apenas 20 kW, e a eficiência energética é mais de 30% menor do que o valor projetado. Terceiro, o método de controle é atrasado, sem meios eficazes de regulação de velocidade. Equipamentos de transporte de fluidos, como ventiladores e bombas de água, representam mais de 40% do total de motores industriais. Tradicionalmente, o fluxo de tais equipamentos é controlado pelo ajuste de válvulas e deflectores, e o motor sempre funciona à velocidade nominal, resultando em uma grande quantidade de energia sendo desperdiçada em perdas de estrangulamento. Quarto, operação e manutenção inadequadas levam à atenuação do desempenho do motor. Por exemplo, a falta de óleo e o desgaste dos rolamentos aumentam a perda mecânica, o acúmulo de poeira nos enrolamentos leva a uma má dissipação de calor e aumento da perda de cobre, e o envelhecimento do isolamento causa curto-circuitos locais, tudo o que tornará a eficiência energética real do motor menor do que o valor projetado.
O principal caminho para as empresas alcançar a atualização da eficiência energética do motor é promover a substituição de motores de baixa eficiência e selecionar motores de alta eficiência e poupança de energia. O princípio de "correspondência precisa" deve ser seguido durante a substituição, em vez de perseguir cegamente altas especificações. Em primeiro lugar, deve ser realizada uma inspeção abrangente dos motores existentes para testar seu nível de eficiência, taxa de carga operacional e dados de consumo de energia. Deve-se dar prioridade à substituição de motores de baixa eficiência que estejam em funcionamento há mais de 10 anos e tenham uma taxa de carga superior a 60%. Para equipamentos que funcionam continuamente, devem ser selecionados motores assíncronos de alta eficiência ou motores sincrónicos de ímãs permanentes que cumpram normas IE3 ou superiores; para equipamentos de carga variável, os motores sincrônicos de ímãs permanentes devem ser preferidos, que podem manter alta eficiência em uma ampla gama de carga e economizar 8% -15% mais energia do que os motores IE3 da mesma potência. Depois que uma fábrica têxtil substituiu 20 motores da série JO2 por motores de ímã permanente IE4 de alta eficiência, cada motor poupou 12.000 kWh de eletricidade por ano e o período de retorno do investimento foi de apenas 14 meses. Durante o processo de substituição, deve-se prestar atenção à correspondência do tamanho da instalação do motor com o equipamento original para evitar custos excessivos de transformação que afetem a viabilidade do projeto.
Em segundo lugar, otimizar o método de controle do motor e promover a tecnologia de regulação da velocidade de conversão de frequência. A regulação da velocidade de conversão de frequência ajusta a velocidade alterando a frequência da fonte de alimentação do motor, de modo que a potência de saída do motor corresponda com precisão à demanda de carga, que é especialmente adequada para equipamentos de carga variável, como ventiladores, bombas de água e compressores. Os dados mostram que após a adoção da regulação da velocidade de conversão de frequência, a taxa média de poupança de energia desses equipamentos pode atingir 20% -40%, e a taxa de poupança de energia em alguns cenários de flutuação de alta carga até excede 50%. Por exemplo, após a transformação de conversão de frequência do motor do ventilador do alto forno em uma fábrica de aço, a velocidade é ajustada de acordo com a demanda de pressão do ar do alto forno, economizando 8 milhões de kWh de eletricidade por ano. Para motores de alta potência (acima de 200kW), pode ser adotado um esquema combinado de “conversão de frequência + arranque suave”, que não só alcança a regulação da velocidade e a poupança de energia, mas também evita os danos à rede elétrica e ao motor causados pelo impacto da corrente de arranque. Além disso, para linhas de produção com operação coordenada multi-motor, um sistema de controle centralizado pode ser adotado para realizar uma distribuição equilibrada de carga entre os motores e melhorar ainda mais a eficiência energética geral.
A gestão científica da operação e manutenção é a garantia para manter o funcionamento eficiente dos motores. Estabelecer um sistema de monitoramento da eficiência energética do motor, coletar dados em tempo real, como tensão do motor, corrente, fator de potência e temperatura através de sensores inteligentes e analisar a tendência de mudança da eficiência energética com a ajuda da plataforma de Internet industrial para detectar oportunamente anormalidades de eficiência energética. Realizar manutenção direcionada regularmente: verificar a lubrificação dos rolamentos do motor todos os meses, selecionar a graxa adequada de alta temperatura e resistente ao desgaste para reduzir a perda mecânica; limpar a poeira e o óleo nos enrolamentos do motor e dissipadores de calor a cada trimestre para melhorar a eficiência da dissipação de calor e reduzir a perda de cobre; realizar testes de eficiência energética em motores todos os anos, avaliar a atenuação do desempenho e formular planos de manutenção preventiva. Depois de estabelecer um sistema de operação e manutenção inteligente, uma empresa de peças de automóveis aumentou a eficiência energética do motor em 12% em comparação com antes e reduziu o tempo de inatividade de falha em 60%.
Além disso, as empresas também podem adotar o modelo de contratação de desempenho energético (EPC) de acordo com suas próprias condições. Empresas profissionais de serviços de poupança de energia empreenderão o investimento, o projeto, a transformação, a operação e a manutenção da atualização do motor e alcançarão uma situação ganha-ganha compartilhando benefícios de poupança de energia, reduzindo assim a pressão de capital inicial. Para resumir, a atualização da eficiência energética do motor não é um único projeto de substituição de equipamentos, mas um projeto sistemático de "substituição de motor de alta eficiência + otimização do controle de conversão de frequência + garantia de operação e manutenção inteligentes". Ao implementar este projeto, as empresas podem não só reduzir significativamente os custos energéticos e melhorar a estabilidade da operação dos equipamentos, mas também contribuir para a realização dos objetivos do “duplo carbono” e obter uma vantagem competitiva no desenvolvimento sustentável.
