Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

Aktuality

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Češi v domácnostech více svítí a experimentují se světlem, doma mají přes 48 milionů svítidel Češi začali v domácnostech více svítit a snaží se vytvořit lepší světelné podmínky:…

Více aktualit

Snížení uhlíkových emisí s regulovanými pohony ABB

Analýza environmentální návratnosti
 
Ing. Naděžda Pavelková,
produktová a marketingová manažerka ABB s. r. o.
 
Výrobci zařízení a produktů nebo dodava­telé služeb se v současné době zapojují do procesů, které vedou k environmentálnímu prohlášení o produktu.
 

Co je environmentální prohlášení o produktu (EPD)

Environmentální značka, resp. en­vironmentální prohlášení je tvrze­ní, které poukazuje na environmentální aspek­ty výrobku nebo služby (environmentální znač­ka nebo prohlášení může mít podobu sdělení, symbolu nebo obrazce na výrobku či na obalu výrobku, v dokumentaci k výrobku, v technic­kých bulletinech, v reklamě nebo v propagaci).
 
Cílem environmentálního značenívýrobků je podpora poptávky a nabídky pomocí ově­řitelných, přesných a nezavádějících informa­cí o environmentálních aspektech produktů, které způsobují menší environmentální zá­těž, což vede k stimulaci potenciálu pro stá­lé, trhem řízené zlepšování stavu životního prostředí. Díky environmentálnímu značení získává spotřebitel příležitost udělat si srov­nání, a vybrat si tak produkt na základě větší a kvalitní informovanosti o jeho environmen­tálních aspektech.
 
Environmentální prohlášení o produktu (EPD – Environmental Product Declarati­on) je soubor měřitelných informací o vlivu produktu (výrobku nebo služby) na životní prostředí v průběhu celého životního cyk­lu (např. spotřeba energií a vody, produkce odpadů, vliv na změnu klimatu a eutrofiza­ci, rozrušování ozonové vrstvy apod.). Tyto informace se zjišťují metodou analýzy ži­votního cyklu (LCA – Life Cycle Analysis) podle souboru norem ČSN ISO 14040 až -49 (Environmentální management Posuzová­ní životního cyklu) a mohou být ještě dopl­něny různými dalšími údaji, jež jsou pova­žovány za podstatné. Dokument EPD musí být veřejně přístupný a údaje v něm obsaže­né musí být ověřitelné. V podstatě tedy jde o podrobný průkaz produktu o jeho vlivu na životní prostředí.
 
Hlavními principy environmentálních pro­hlášení o produktu v mezinárodním systému EPD jsou tyto:
  • objektivita
    Systém EPD je založen na požadavku po­užívat mezinárodně uznávané a platné meto­dy analýzy životního cyklu (LCA). Tato pod­mínka umožňuje rozpoznat nejvýznamnější environmentální aspekty produktu „od ko­lébky po hrob“ a zaměřit se na ně při součas­ném vnímání celkového obrazu všech souvis­lostí. To vede k neustálému zlepšování v jed­notlivých fázích životního cyklu produktu a umožňuje snižování negativního vlivu na životní prostředí.
  • důvěryhodnost
    Prohlášení procházejí připomínkováním, schvalovacím procesem a ověřením, které vykonává nezávislá osoba – akreditovaný ověřovatel.
  • neutralita
    Systém EPD si nedělá automatické náro­ky na větší ekologickou šetrnost jím hodnoce­ných produktů a nepředepisuje žádná kritéria ekologické šetrnosti, která je třeba dodržovat. Environmentální profil produktu vyplyne až na základě hodnocení.
  • porovnatelnost
    Je zajištěna prostřednictvím pravidel pro­duktových kategorií pro vybrané výrobky a služby. Tato pravidla popisují harmonizo­vané zásady pro zpracování LCA, konkrétně pro sběr dat, metodologii, výpočty a vyhod­nocení získaných výsledků.
  • otevřenost pro všechny produkty a služby
    Systém EPD je aplikovatelný na jakékoliv výrobky a služby.
  • otevřenost pro všechny zájemce
    Většina činností systému EPD probíhá prostřednictvím snadno přístupných infor­mací na internetu.
  • zaměření na dopad na životní prostředí
    Systém EPD dovoluje zahrnout i hodno­cení potenciálního vlivu na životní prostředí.

Nový způsob hodnocení vlivu zařízení na životní prostředí

 
Účelem environmentálních prohlášení o produktu (EPD) je vyjádřit ekologické následky výroby konkrétního zařízení. Problém tohoto přístupu je v tom, že nezohled­ňuje výhody plynoucí z jeho používání. Pro­to firma ABB vyvíjí nový způsob hodno­cení vlivu jednotlivých zařízení na životní prostředí, a to jak během doby jejich život­nosti, tak i po jejím uplynutí. S přihlédnu­tím k výrobním nákladům, k využití zaříze­ní a k možnosti recyklace udává hodnotu ná­vratnosti přírodního kapitálu (RNC – Return on Natural Capital). Výpočtem RNC může zákazník zhodnotit dobu návratnosti daného zařízení. V případě regulovaných pohonů (VSD – Variable Speed Drive) s měniči frek­vence by mohl být použit ukazatel udávající, jak dlouho musí být zařízení v provozu, než vykompenzuje uhlíkové emise vypro­dukované při jeho výrobě. Dosavadní EPD neberou v úvahu úspory elektrické energie dosažené během provozu zařízení. Využití VSD zejména pro regulaci otáček čerpadel a ventilátorů v průmyslových odvětvích při­náší velmi významné úspory.
 

Environmentální návratnost regulovaných pohonů s měniči frekvence

 
Elektrické motory spotřebují odhadem asi 65 % energie v průmyslu; avšak přibližně 20 % této energie se ztratí v důsledku nehos­podárných metod používaných k regulaci je­jich otáček (např. škrtící ventily, naklápění žaluzií a klapek apod.). Zvýšením provozní účinnosti průmyslových pohonů lze dosáh­nout značných úspor, a pomoci tak snížit emi­se CO2 (oxid uhličitý). Jsou dva hlavní způ­soby, jak lze snížit spotřebu energie u elek­trických motorů:
  • použití účinného způsobu regulace otáček,
  • zvýšení účinnosti samotných motorů.
 
Při použití regulovaných pohonů lze u čer­padel a ventilátorů snížit účty za elektrickou energii až o 60 %. Čerpadlo nebo ventilátor spotřebuje při polovičních otáčkách pouze jednu čtvrtinu energie z celkově spotřebova­né energie při jmenovitých otáčkách. Otáčky motoru, a tudíž i poháněného zařízení, lze na­stavit podle externích výrobních parametrů, což je průtok nebo teplota. Regulované poho­ny (VSD) s měniči frekvence umožňují vy­tvořit systém, ve kterém lze měnit a ovládat napětí i frekvenci napájení elektrického mo­toru, a přizpůsobit tak jeho otáčky skutečným potřebám poháněného zařízení.
 
Za poslední desetiletí se účinnost moto­rů zvýšila v průměru o 3 %, další významné úspory lze dosáhnout regulací jejich otáček s měniči frekvence. Odhaduje se, že regulo­vané střídavé (AC) pohony dodané společ­ností ABB pro čerpadla a ventilátory snížily za posledních deset let energetickou spotřebu přibližně o 170 TW·h ročně (obr. 1). Srovna­telné množství elektřiny spotřebuje v průmě­ru více než 42 mil. evropských domácností za rok. Toto odpovídá průměrnému ročnímu snížení emisí CO2 o více než 140 mil. tun.
 
Regulované pohony s měniči frekvence (VSD) jsou určeny k regulaci rychlosti moto­ru takovým způsobem, aby se při jeho provo­zu spotřebovalo co nejmenší množství elek­trické energie. Toto snížení energetické spo­třeby lze vyjádřit počtem dnů environmentální návratnosti. Jde o dobu, kterou VSD potřebu­je ke kompenzaci emisí CO2 vznikajících při jeho výrobě. U větších pohonů může snížená energetická spotřeba motoru vykompenzovat energii potřebnou k výrobě VSD za méně než jeden den provozu. To znamená, že se v násle­dujících dnech provozu budou účinně snižovat emise CO2, které by jinak vznikaly při použití méně hospodárných metod regulace.
 
Environmentální prohlášení o produktu (EPD) se často používá k vyjádření dopadu výroby na životní prostředí. Problém tohoto přístupu je v tom, že se zaměřuje pouze na výrobní postupy a vůbec nezohledňuje eko­logický dopad budoucího používání zařízení (tab. 1). Naproti tomu environmentální ná­vratnost (RNC) je vyjádřena jako délka doby, která je třeba během používání výrobku ke kompenzaci jednorázového zatížení životní­ho prostředí v důsledku jeho výroby.
 
Údaje o emisích z EPD ukazují, že množ­ství uhlíkových emisí při výrobě měniče frek­vence ACS800 250 kW dosahuje 3,65 kg CO2/kW nebo celkem 912,5 kg CO2/měnič ACS800 250 kW. Ze studií uskutečněných Technickou univerzitou v Tampere vyplývá, že environmentální návratnost u téhož po­honu v souvislosti s potenciálem globálního oteplování (GWP – Global Warming Poten­tial) je půl dne. Jinými slovy, za pouhý půl­den provozu pohonu lze plně vykompenzovat uhlíkové emise vyprodukované při jeho vý­robě. Dopad na životní prostředí se pak „pře­póluje“, protože pohon bude po celou dobu své životnosti snižovat emise motoru (tab. 2).
 
Menších VSD s měniči frekvence samo­zřejmě produkují méně emisí CO2 než větší typy. Naproti tomu však je doba environmen­tální návratnosti u větších typů kratší. Důvo­dem je to, že měniče větších výkonů ušetří podstatně větší množství energie, a tudíž mají větší vliv na snížení emisí CO2.
Dobu environmentální návratnosti VSD ovliv­ňuje pět hlavních faktorů:
  • energetická spotřeba,
  • výroba obvodových desek,
  • konečná montáž,
  • opláštění,
  • kondenzátory.
Nejdůležitějším faktorem ovlivňujícím dobu environmentální návratnosti VSD je energie spotřebovaná při provozu pohonu. Tuto spotřebu lze snížit nejen optimalizací regulace a účinnosti měniče frekvence, ale také optimalizací účinnosti všech zařízení v systému, tj. motoru, čerpadla, ventilátoru apod. Dalších úspor lze dosáhnout optimali­zací použití pohonu.
 
Významným faktorem ovlivňujícím dobu environmentální návratnosti pohonů VSD je výroba elektronických komponent, při níž vzniká více než 50 % emisí CO2. Výroba ob­vodových desek představuje v této fázi nej­větší ekologickou zátěž. Méně významná je jejich přeprava, nejde-li o přepravu leteckou. Za účelem snížení emisí lze optimalizovat také samotný výrobní postup – např. využitím modulárních součástek a dílů, které usnadňu­jí montáž a pomohou optimalizovat montážní postup při současném zvýšení efektivity vý­roby a snížení zásob, zvláště v případě, kdy je stejná součástka použita k výrobě různých typů zařízení. Snadná montáž může rovněž zjednodušit demontážní postupy, což zname­ná, že součástky bude možné snadněji roztří­dit pro jejich další možné využití.
 
Pro výrobu bude mít také stále větší vý­znam výběr surovin. Využití ekologických produktů a systémů přispívá ke snížení eko­logické zátěže. Recyklace VSD na konci životního cyklu pomůže snížit jeho dopad na prostředí. Hliníkové součástky lze např. znovu přetavit, a odpadají tak ekologické dopady v důsledku získávání hliníku z hli­níkových rud. Pro hodnocení ekologické zá­těže produktu lze shrnout faktory z různých výrobních fází do tzv. tabulky MET (materi­ály, energie, toxicita) – na ukázku je uveden jeden řádek s údaji pro výrobu v tab. 3. Ta­bulka MET obvykle obsahuje řádky uvádě­jící suroviny, výrobu surovin a komponent, jejich používání a jejich využití na kon­ci životního cyklu (tuto tabulku lze využít k hodnocení různých složek ekologické zá­těže produktu). Z výpočtů této environmen­tální návratnosti vyplývá, že ekologická zá­těž výroby VSD se splatí do několika dnů podle velikosti a použití VSD. I přes zřej­mé výhody ve snížení energetické spotřeby nemá 97 % všech motorů v zařízeních do 2,2 kW vůbec žádný druh regulace otáček. Jde tedy asi o 37 mil. každoročně prodáva­ných průmyslových motorů po celém svě­tě. Doba návratnosti investice u VSD vy­chází často šest měsíců až dva roky (pře­devším pro čerpadla a ventilátory). To jistě stojí za úvahu.
 
 
Již tradičním vystavovatelem na veletrhu Amper 2011 bude ve stánku v hale P společnost ABB a její divize Produkty a Systémy pro energetiku, Automatizace výroby a pohony a divize Procesní automatizace. ABB opět představí své novinky z oblasti produktů a systémů a účastní se soutěže o prestižní ocenění Zlatý Amper. Velkou pozornost věnuje ABB také projektům e-mobility a plně podporuje rozšiřování této čisté technologie v oblasti osobní i veřejné dopravy. Odborná veřejnost proto právem na letošním Amperu očekává od ABB prezentaci unikátních novinek v oblasti nabíjecích stanic pro elektromobily.
 
Obr. 1 Sortiment nízkonapěťových pohonů instalovaných firmou ABB uspořilo v roce 2008 asi 170 TW·h – toto číslo představuje roční spotřebu více než 42 mil. domácností
 
Tab. 1. Údaje z EPD pro měnič frekvence ABB typu ACS800, 250 kW – emise
Tab. 2. Ekologická návratnost pro tři typy měničů frekvence ABB (předpoklady: pohon umožňuje dosáhnout 50 % snížení energetické spotřeby čerpadla nebo ventilátoru)
Tab. 3. Výtah z tabulky MET