Grzegorz Zając

Obszar działań energooszczędnych w napędach jest szeroki. Poniżej dzielę się opiniami i przykładami rozwiązań, z którymi spotykamy się u naszych zagranicznych partnerów – bez wchodzenia w pełne szczegóły techniczne. Celem jest wskazanie, gdzie w praktyce powstają oszczędności (kWh), jakie są typowe kompromisy oraz jak podejść do kalkulacji zwrotu z inwestycji. W razie pytań do konkretnych aplikacji – deklaruję gotowość do doprecyzowania.

1. Od czego zacząć: silnik, sterowanie, utrzymanie ruchu

Przykłady w tym tekście dotyczą: silników elektrycznych, ich sterowania oraz utrzymania ruchu (maintenance/serwisowania) – czyli obszarów, na które mamy wpływ. Na wyniki ekonomiczne wpływają też czynniki zewnętrzne: koszty energii (w tym ceny giełdowe dla większych odbiorców), dostępność napraw i części zamiennych oraz czas pozyskania oryginalnych zamienników lub odpowiedników, na które nie zawsze mamy już realny wpływ.

Normy i wytyczne dotyczące klas sprawności (np. IE4, IE5) oraz terminy ich wejścia w życie są dostępne w internecie i producenci muszą się do nich dostosować. Warto uważać na określenia marketingowe typu IE6 w sytuacji, gdy formalne wytyczne dla danej klasy nie są jeszcze zdefiniowane.

2. Przykład modernizacji: Dyneo i wymiana silników DC

Jednym z pierwszych efektywnych energetycznie silników oferowanych przez nas było Dyneo (www.dyneo.pl): silniki synchroniczne reluktancyjne marki Leroy-Somer (www.Nidec.pl), za które otrzymaliśmy medal w 2020 w NiS, jako produkt roku. Są to energooszczędne jednostki o bardzo dobrej sprawności nawet przy 50% obrotów znamionowych. Istotną zaletą jest możliwość dopasowania do obecnych rozwiązań: silników AC (prądu przemiennego) sprawności IE1 oraz silników DC (prądu stałego).

W jednej z aplikacji klient wymieniał silniki DC (aplikacja wytłaczarki) na Dyneo 1500 LSHRM 250ME 55kW/95kW B3 400VY/460VY/400VD IC416A z chłodzeniem wymuszonym, enkoderem i przetwornicą M701. Wcześniej przedstawiliśmy wyliczenia odnośnie czasu zwrotu z inwestycji. Klient zadowolony ostatecznie wymienił 4 szt. silników DC, oszczędzając blisko 73 000 kWh/rok na 1 szt. Zwrot z inwestycji około 2 lat. Projekt od wymiany przez dostawę po uruchomienie zrobiliśmy w ABI Serwis (www.abi-serwis.pl).

Wiem, że trwają prace nad jednostkami IE5, które docelowo mają być „wpinane” bez przemiennika w sieć, choć na dzień dzisiejszy nie miałem z nimi jeszcze do czynienia, a o dalszych klasach IE6- IE8 można poczytać więcej w różnych publikacjach.

W tym momencie warto wspomnieć o rozwiązaniach typu „łożyska lewitujące”, na przykład łożyska powietrzne (aerostatyczne i aerodynamiczne), których celem jest utrzymanie wału poprzez stałe ciśnienie atmosferyczne w pierścieniu zastępującym łożysko – i tym samym redukcja strat związanych ze stosowaniem standardowych łożysk. Tuleja łożyska powietrznego to bezkontaktowa praca bez tarcia dzięki cienkiej warstwie sprężonego gazu, zamiast smaru. Precyzja, dynamika i płynne przemieszczanie dla konstrukcji z okrągłymi prowadnicami wału stalowego. W ich konstrukcji można zastosować także tytan i inne materiały specjalne, aby zmaksymalizować sztywność i nośność.

3. Nie tylko silnik: przemienniki częstotliwości i jakość zasilania

Oprócz silników warto rozważyć inne opcje, choćby przemienniki. Poniżej zacytuję Simona Leblond, CEO (Chief Executive Officer – dyrektor generalny) kanadyjskiej firmy SmartD (www.smartd.tech), która oferuje przemienniki o współczynniku mocy bliskiej jedności, z brakiem ukrytych harmonicznych i czystym wyjściem sinusoidalnym, pozwalając na stosowanie „nieograniczonej” długości przewodu:

„Rewolucja w sterowaniu silnikami, jakim jest nasz przemiennik częstotliwości Clean Power firmy SmartD na nowo definiuje wydajność i niezawodność. W przemyśle napędy o zmiennej częstotliwości (VFD) są standardem w zakresie efektywności energetycznej, jednak historycznie wiązały się z kosztownymi kompromisami. Standardowe napędy często wprowadzają zniekształcenia harmoniczne, niszczą łożyska silników, mają problemy z długimi odcinkami kabli i generują zakłócenia. SmartD Technologies odwraca ten trend dzięki przemiennikowi częstotliwości Clean Power, szerokopasmowemu napędowi (WBG), który zapewnia czysty sinusoidalny sygnał wyjściowy. Analizując rzeczywiste zastosowania, możemy zobaczyć, jak ta technologia rozwiązuje cztery kluczowe problemy, priorytetyzując najpierw korzyści, a następnie dowody.

Eliminacja harmonicznych bez filtrów zewnętrznych

Zniekształcenia harmoniczne to cichy zabójca w przemysłowych sieciach energetycznych, zdolny do przegrzewania transformatorów i zakłócania pracy wrażliwej elektroniki. Tradycyjnie zakłady musiały instalować nieporęczne, drogie aktywne jednostki front-end lub zewnętrzne filtry harmonicznych, aby ograniczyć to zanieczyszczenie. Idealnym rozwiązaniem jest napęd, który z natury koryguje te problemy u źródła.

→ Przykład: Z takim właśnie wyzwaniem zmierzyła się firma Finkl Steel, lider w branży metalurgicznej i górniczej. Działając w środowisku o wysokiej temperaturze, zapyleniu i ciągłym, całodobowym zapotrzebowaniu na produkcję, potrzebowali rozwiązania, które zapewniłoby wysoką jakość zasilania bez zaśmiecania ograniczonej przestrzeni dodatkowym sprzętem. Przetwornica częstotliwości Clean Power działała, jako aktywny filtr harmonicznych, skutecznie minimalizując problemy z jakością zasilania i eliminując potrzebę stosowania zewnętrznego sprzętu.

Niezrównana oszczędność i niezawodność silnika

Standardowe przetwornice częstotliwości sterują prędkością za pomocą modulacji szerokości impulsu (PWM), która wysyła impulsy wysokiego napięcia (dv/dt) wzdłuż linii. Te impulsy mogą powodować iskrzenie w łożyskach (EDM) i przebicie izolacji uzwojeń, co prowadzi do przedwczesnej awarii silnika. Czysty sinusoidalny sygnał wyjściowy eliminuje te naprężenia elektryczne, chroniąc integralność fizyczną silnika.

→ Przykład: Energir CCU (District Energy) dotkliwie odczuło ten problem, cierpiąc z powodu nawracających awarii łożysk, które zagrażały niezawodności systemu. Modernizując je za pomocą technologii SmartD, firma zidentyfikowała przyczynę zużycia. Rezultatem była radykalna redukcja przyspieszenia drgań o 94,8%, a co najważniejsze, całkowite wyeliminowanie awarii łożysk od momentu instalacji. Napęd skutecznie wydłużył żywotność infrastruktury, dostarczając czyste zasilanie klasy energetycznej.

Pokonywanie długich kabli

Podłączenie silnika do napędu na duże odległości (zwykle ponad 90 metrów) powoduje zjawisko „fali odbicia”. W standardowych konfiguracjach to podwojenie napięcia może zniszczyć izolację silnika w ciągu kilku minut, zmuszając inżynierów do stosowania przewymiarowanych napędów lub dodawania drogich filtrów.

→ Przykład: Projekt pompy do czystej wody Stratford stanowi ostateczny przykład pokonania tego ograniczenia. W tym zastosowaniu zastosowano pompę zanurzeniową o mocy 50 KM, umieszczoną na końcu ogromnego kabla o długości 425 metrów. Zamiast skomplikowanych strategii ograniczania ryzyka, miasto wykorzystało przemiennik częstotliwości Clean Power VFD, aby zapewnić stabilne połączenie. Technologia ta wyeliminowała usterki przemienników częstotliwości i wyeliminowała potrzebę stosowania filtrów wyjściowych, dowodząc, że sterowanie silnikami na duże odległości może być zarówno proste, jak i niezawodne.

Wyciszanie hałasu

W obiektach komunalnych i komercyjnych, przełączanie standardowych napędów o wysokiej częstotliwości powoduje wibracje płyt silnika, co generuje wysoki pisk, który może być uciążliwy zarówno dla pracowników, jak i mieszkańców. Czysta fala sinusoidalna eliminuje te drgania harmoniczne, zapewniając niemal bezgłośną pracę.

→ Przykład: Miasto Saint-Sauveur nadało tej korzyści priorytet podczas modernizacji stacji pomp. Oprócz 35% redukcji zużycia energii, zakład odnotował natychmiastową poprawę warunków pracy. Przejście na przemiennik częstotliwości Clean Power VFD zmniejszyło hałas o 15 dBA, przekształcając hałaśliwą strefę przemysłową w cichą, zgodną z normami przestrzeń bez utraty wydajności.

Wnioski

Te przypadki ilustrują wyraźną zmianę w możliwościach sterowania silnikami. Niezależnie od tego, czy chodzi o zapewnienie ciągłości pracy huty stali, oszczędzanie łożysk w ciepłowni, zasilanie na odcinku ponad ćwierć mili w Stratford, czy wyciszenie miejskiej stacji pomp, przemiennik częstotliwości Clean Power firmy SmartD dowodzi, że wydajność nie wymaga już kompromisów.”

Skróty użyte w cytacie:

• VFD – Variable Frequency Drive (napęd o zmiennej częstotliwości/przemiennik częstotliwości)
• WBG – Wide Bandgap (technologia półprzewodników szerokoprzerwowych)
• PWM – Pulse Width Modulation (modulacja szerokości impulsu)
• dv/dt – szybkość narastania napięcia
• EDM – Electrical Discharge Machining. W normalnych warunkach EDM to technika obróbki metalu wykorzystują elektroerozję. W kontekście artykułu: wyładowania elektryczne powodujące erozję łożysk i mające podobne skutki jak EDB, czyli Electrical Discharge in Bearings.
• dBA – decybel A (ważony charakterystyką A, odczuwalną dla ucha)

4. Magnesy, materiały i ryzyka łańcucha dostaw

Rozwiązania dla silników wysokosprawnych opartych o magnesy ferrytowe czy neodymowe mają też swoje wady – w tym ryzyka materiałowe i geopolityczne. Ostatni kwartał 2025 pokazał, jak blokada eksportu magnesów z Azji wstrzymała dostawy i produkcję silników, co z kolei nakłania do prac naukowych nad alternatywą. (https://www.vbw.com/int/News/China-expands-export-controls-on-rare-earths.jsp)

Warto wspomnieć również o polskim producencie Wamel, który ma już i testuje w tym zakresie własne rozwiązania zastępujące import magnesów (www.wamel.com.pl).

5. Monitoring i konserwacja predykcyjna: mniej przestojów, więcej stabilności

Istotnym elementem są też możliwości nadzoru nad silnikami, które w pośredni sposób przyczyniają się do zwiększenia efektywności ekonomicznej przedsiębiorstw: mniej przestojów produkcyjnych, mniej nagłych i kosztownych remontów oraz inny sposób dbania o cykl życia silników.

Przykładem jest Doctor. 4.0 (www.fermai.it). Jest to stworzony przez Giorgio Bosio (Dyrektora firmy) produkt, który w formie skrzynki przyłączeniowej zapewnia analizę danych w czasie rzeczywistym, zapewniając monitorowanie maszyn. Nie są to czujniki na baterię ani rozwiązanie podające ekstremalne dane, gdy ktoś w pobliżu użyje młotka. Analizy nie są oparte tylko na tolerancji przyjmowanych wartości, ale na stałym systemie „Uniwersalnego rozszerzalnego wykrywania”, składającym się z bramki sieciowej + platformy + powiadomień push, otwartego, automatycznego dostrajania, IoT (Internet of Things – Internet Rzeczy), uczącego się zestawu urządzeń. Opatentowany w oparciu o sztuczną inteligencję system konserwacji predykcyjnej odbiera dane i wysyła polecenia z aplikacji, np.: zwolnij, zatrzymaj napęd.

6. Co liczyć przed decyzją: koszt, ROI i serwis

Ciągły wzrost efektywności napędów – zarówno w oparciu o normy, jak i poprzez autorskie rozwiązania dostawców silników i przekładni – wymusza analizę wielu aspektów:

• cena zakupowa (CAPEX) vs. koszty eksploatacji (OPEX),
• spodziewane oszczędności energii (kWh/rok) i zwrot z inwestycji (ROI),
• dostępność serwisu oraz alternatyw w przypadku długich terminów dostaw,
• kompatybilność z wykorzystywanym w zakładzie oprogramowaniem i standardami (np. w obszarze serwonapędów).

Do tego dochodzą czynniki zewnętrzne: środowisko polityczne, cła, tendencje rynkowe, skoki cen miedzi i laminatów oraz ogólne zapotrzebowanie produkcyjne na silniki – co realnie wpływa na decyzje inwestycyjne.

7. Głos rynku: perspektywa niemieckiego dostawcy

Odnośnie oceny tego środowiska poprosiłem Pana Waldemara Salzer, Dyrektora sprzedaży niemieckiej firmy Rehfuss (www.Rehfuss.com) zajmującej się produkcją silników i przekładni ze stali nierdzewnej, by przedstawił krótko z perspektywy niemieckiego managera obecny obraz niemieckiego rynku:

„Nastroje w niemieckim przemyśle są obecnie raczej stonowane lub ostrożne i pesymistyczne. Indeks Klimatu Koniunkturalnego Ifo, ważny wskaźnik wyprzedzający dla niemieckiej gospodarki, wskazuje na dalsze pogorszenie oczekiwań biznesowych w grudniu 2025 r. – firmy są bardziej sceptyczne, szczególnie w odniesieniu do pierwszych miesięcy 2026 r.

→ Instytut Ifo: Indeks Klimatu Koniunkturalnego w sektorze motoryzacyjnym, będącym znaczącą bazą klientów technologii napędowych, gwałtownie spadł w listopadzie 2025 r. do wartości ujemnych. Oczekiwania firm znacznie spadły, a perspektywy eksportowe wydają się słabe. Instytut Ifo zrewidował w dół swoją prognozę wzrostu. Obecnie przewiduje wzrost na poziomie 0,8% w 2026 r.

– Niemiecka gospodarka dostosowuje się do zmian strukturalnych poprzez innowacje i nowe modele biznesowe jedynie powoli i po znacznych kosztach – mówi Timo Wollmershäuser, Dyrektor ds. Prognoz Ekonomicznych w Ifo.

Jednocześnie raporty wskazują na wzrost liczby niewypłacalności przedsiębiorstw – najwyższy od ponad dekady.

Prognoza dla Rehfuss Drive Solutions GmbH (na kolejne 12 miesięcy)

Wyzwania krótkoterminowe: W ciągu najbliższych 6–12 miesięcy spodziewana jest dalsza ostrożność w otoczeniu rynkowym. Popyt w segmencie tradycyjnych technologii napędowych może pozostać słabszy, zwłaszcza jeśli klienci z branży motoryzacyjnej i inżynierii mechanicznej wstrzymają się z inwestycjami. Presja cenowa i konkurencja, w tym ze strony tańszych dostawców zagranicznych, mogą wywierać presję na marże. Niepewność gospodarcza w Niemczech może prowadzić do wahań w planowaniu inwestycji wśród klientów.

Szanse i strategia

Jednocześnie pojawiają się czynniki pozytywne. Elektryfikacja i digitalizacja systemów napędowych. W dłuższej perspektywie rośnie popyt na energooszczędne, sieciowe i cyfrowe rozwiązania napędowe – to silny rynek przyszłości.

Zróżnicowanie technologiczne

Rehfuss specjalizuje się w niestandardowych rozwiązaniach napędowych. Szerokie portfolio produktów pozwala nam obsługiwać aplikacje w szerokim zakresie branż, od rolnictwa i przemysłu spożywczego po technologię medyczną. Na rok 2026 przewidujemy wzrost przychodów nieznacznie dodatni lub stagnacyjny. Rentowność: stabilna, dzięki dyscyplinie kosztowej i wdrażaniu programów efektywnościowych. Pozycja rynkowa: potencjał do wzmocnienia poprzez inwestycje w technologie przyszłości

Wnioski

Pomimo ogólnie trudnego otoczenia gospodarczego, Rehfuss Drive Solutions jest przygotowane na solidny rok 2026 dzięki dalszym strategicznym inwestycjom w innowacje i zróżnicowanie rynkowe – przy jednoczesnym utrzymaniu koncentracji na efektywności i bliskości z klientem.”

8. Podsumowanie: gdzie najczęściej „leżą” oszczędności

Jeśli szukać wspólnego mianownika, to w praktyce oszczędności w napędach najczęściej wynikają z trzech dźwigni:

• dobór silnika o wyższej sprawności (oraz jego dopasowanie do profilu obciążenia),
• dobór i konfiguracja przemiennika częstotliwości z uwzględnieniem jakości zasilania i ograniczeń aplikacji,
• monitoring i konserwacja predykcyjna, które ograniczają przestoje i degradację komponentów.

Grzegorz Zając

ELEKTRONAPĘDY Grzegorz Zając
ul. Kościelna 5, 56-504 Dziadowa Kłoda
www.elektronapedy.pl