Tehnologija gre zmeraj naprej, a to ne pomeni, da bodo informacijske in komunikacijske tehnologije zamenjale električne motorje. Raziskovalci po svetu namreč vedno znova odkrivajo načine, kako z usklajevanjem posameznih komponent narediti elektromotorje še močnejše, ekonomičnejše in bolj prilagodljive.
MALI VELIKI MOTORJI
Električni motor je bil izumljen pred približno 170 leti in od takrat ga nenehno izboljšujejo. Marsikdo bi pomislil, da se je njegov tehnološki potencial v tem času izčrpal, a sploh ni tako. Strokovnjakom so takšna razmišljanja čudna, saj se jim zdi povsem normalno, da se električni motorji še naprej razvijajo. Inovatorji nenehno izboljšujejo tehnologije pogona, tako da lahko danes na primer podvojijo vrtilni moment motorja brez povečanja njegove velikosti. V podjetju Automation & Drive (A&D) v Bad Neustadtu pojasnjujejo, da so najmanjši motorji veliki kot škatlica vžigalic in se uporabljajo, na primer, za premikanje plošč v računalniški tomografiji. Največje vdelujejo velike ladje ali jih uporabljajo za transport plina z morskih platform na kopno. Moč motorjev se giblje v širokem razponu − od nekaj vatov do 100 megavatov, v elektrarnah pa moč generatorjev celo do 1000 megavatov. Tudi hitrost pokriva širok razpon − od nekaj vrtljajev v minuti pri motorjih za vetrnice do 15 tisoč vrtljajev pri plinskih kompresorjih.
Trg motorjev je velikanski in donosen. Samo v Nemčiji je v letu 2005 prinesel 8,5 milijarde evrov. Posamezni inovativni segmenti trga, kot so na primer sinhroni motorji velike hitrosti, dosegajo rast nad 10 odstotkov letno v svetu. Podjetje A&D, ki ima 60.000 zaposlenih, je vodilno v večini razredov moči. Pred kratkim se je okrepilo z nakupom nemškega proizvajalca menjalnikov in pogonskih sistemov Flender ter ameriškega proizvajalca pretvornikov za velike pogonske sisteme Robicon. Celo enostavnejše motorje je moč izboljševati, kaj šele velike in kompleksne sistemi. Združitvi bosta prinesli vrsto novih rešitev in inovacij, za kar je zdaj še več možnosti. Pri A&D pravijo: »Stranke si pravzaprav ne želijo motorja, ampak hočejo gibanje, moč in zmogljivosti, torej vrtilni moment in hitrost.«
INTEGRIRANA AVTOMATIZACIJA
Načeloma so manjši motorji še bolj prilagodljivi, kar so strokovnjaki ugotovili na področju razvoja, konstrukcij, logistike. Dober zgled uporabe takšnih motorjev je robotska roka, v katero vdelajo šest motorjev, ki krmilijo natančno gibanje roke pri varjenju vozila. V prihodnosti bodo novi sistemi še manjši, porabljali bodo manj energije in zagotavljali več moči. Podjetje A&D vse bolj razvija celovite sisteme, kar pomeni dovod energije, motor, pretvornik, menjalnik in zavore. Logično je, da takšni sistemi delujejo bolj usklajeno. Tipala v enemu delu s svojimi informacijami omogočajo optimiranje delovanja naslednjega. A&D je edino podjetje s tako celovitim pristopom, ki zagotavlja boljše delovanje.
Proizvajati so začeli tudi velike modularne komplete pogonskih sistemov, ki se lahko prilagodijo uporabnikovim potrebam. Prednost tovrstnih rešitev je vidna že pri prvi odpovedi dela v pogonskem sistemu. Odvisno od vnaprej določenega načina dela se lahko sistem samodejno ustavi. Če bi ne bilo »razumevanja« med posameznimi komponentami sistema, bi se težava verjetno stopnjevala, vse dokler se ne bi ustavil celoten sistem. Modularni model vključuje sistem inteligentnega omrežnega povezovanja po načelu »plug and play« v industrijo v obliki popolnoma integrirane avtomatizacije (TIA), ki se sama konfigurira, ker »razume« lastno zasnovo. Koncept »kontinuitete vseh komponent« ima svojo ceno, a so jo mnogi pripravljeni plačati. To velja zlasti za tiste, ki so ločeno nabavljali sistemske komponente in potem ugotavljali, da motor ne deluje s pretvornikom ali da sistema ni mogoče natančno upravljati. Med tovrstnimi izdelki TIA podjetja A&D so tudi menjalniške škatle zobnikov, ki jih je 15.000 vdelano samo na novem letališču v Dubaju v sistem za prenos prtljage, pomične stopnice in dvigala.
KOMBINACIJA JE BOLJŠA
Hibridni motorji imajo nekaj pomembnih prednosti: dokaj nižjo porabo goriva kot klasični avtomobili, veliko manjše oddajanje ogljikovega dioksida in možnost obnavljanja energije, kadar električni motor ne deluje, zato je uporaben kot generator, za obnavljaje in skladiščenje energije. Električni motor zagotavlja tudi dodatni vrtilni moment. Zadnja leta so malokatero tehnologijo tako malo raziskovali kot tehnologijo hibridnih pogonov, ki je sestavljena iz motorjev z notranjim izgorevanjem in električnega pogona. Potem ko so v skupini Volkswagen v devetdesetih odkrili, da je zaradi visoke cene skoraj nemogoče prodati hibridni model Audi 80 Duo, so drugi oklevali z raziskavami; razen Toyote, ki je leta 1997 poslala na trg svoj hibridni model Prius, leta 2003 pa drugo generacijo iste znamke.
Omejene rezerve nafte in drugi razlogi so prepričali vodilne proizvajalce, da razvijajo in na razstavah razkazujejo svoje različice hibridnih avtomobilov, v razponu od mikro do polnih hibridov. Hibridni motorji so bolj ekonomični od motorjev z notranjim izgorevanjem. V počasnejšem prometu se lahko popolnoma preklopijo na električni pogon in tako zmanjšajo izpuščanje škodljivih plinov ter hrup, ki ga proizvajajo. V Evropi je »navdušenje« proizvajalcev nad hibridnimi motorje še zmeraj manjše kot v Aziji in Severni Ameriki in tako bo tudi naslednjih pet do deset let.
HIBRIDI NA POHODU
Razlogi so razumljivi: dizelski motorji so po ekonomičnosti zaenkrat grobo primerljivi s hibridnimi motorji, poleg tega je avtomobil z električnim motorjem težji. Strokovnjaki sodijo, da bo v letu 2012 v svetu prodano 1,5 milijona hibridnih avtomobilov. V primerjavi z drugimi avtomobili je številka še zmeraj skromna, vendar hitro raste. Toyota je v letu 2005 sama prodala 230.000 hibridnih avtomobilov, skoraj dve tretjini več kot v letu 2004. Analitiki v podjetju PricewaterhouseCoopers so napovedali, da se bo do leta 2010 število modelov potrojilo na 74. Devet desetin hibridnih avtomobilov danes prodajo v ZDA, kjer je za takšna vozila do konca lanskega leta veljalo zmanjšanje davka za 3000 dolarjev. Trenutno je na voljo deset modelov, od povsem malih avtomobilov do dostavnih vozil.
Preučevanje razvoja trga električnih pogonov se zmeraj osredotoča na posamezne industrije in regije ali na različne razrede zmogljivosti. Trg električnih pogonov raste s 3- do 10-odstotno stopnjo letno. Povpraševanje je zlasti veliko v Aziji. Samo v Nemčiji na primer letno prodajo za več kot 8,5 milijarde evrov motorjev in pomožne opreme. Študija IMS Research iz decembra 2004 opisuje globalni razvoj na osnovi izmeničnih in istosmernih motorjev, ki delujejo pri nizki napetosti do 700 voltov. Trg je bil v letu 2003 vreden 5,2 milijarde dolarjev, v letu 2008 pa se bo vzpel na 6,9 milijarde. Rast je največja na področju izmeničnih motorjev višjega razreda, na primer za rudarstvo, kemijsko industrijo ter industrijo pulpe in papirja.
ČEDALJE VEČ MOTORJE
V
Isto analitsko podjetje navaja, da se na standardne izmenične pogone moči 25 do 500 kilovatov nanaša več kot 50 odstotkov trga. Najvišjo rast (v povprečju 6,5 %) dosegajo kompaktni izmenični motorji z močjo do 25 kilovatov, katerih trg se bo v letu 2008 povečal na 1,1 milijarde dolarjev. Tovrstne motorje zlasti veliko uporabljajo v industriji predelave hrane, za ogrevanje, prezračevanje, klimatizacijo in v industriji pakiranja. Od vseh regij kaže največjo rast Azija, posebej Kitajska, zaradi visoke stopnje industrializacije, velikih gradbenih projektov in povečevanja števila potencialnih uporabnikov v sektorjih, kot so tehnologije ogrevanja in aklimatizacije. V Evropi visoko rast kaže uporaba generatorjev v vetrnicah. Gradnja turbin na veter se bo nadaljevala s 15-odstotno rastjo do leta 2011, sodi analitsko podjetje Frost & Sullivan.
Po oceni podjetja za tržne raziskave ARC Advisory Group se bo rast povpraševanja po električnih pogonih povečala zaradi uporabniku prijaznih rešitev in energetsko učinkovitih izdelkov. Tudi po mnenju IMS Research bodo tržne možnosti električnih pogonov rasle sorazmerno z njihovim prispevkom k varčevanju z energijo. Hibridna vozila imajo izredno priložnost za rast, vendar ocene o tem variirajo. V svetu so v letu 2005 izdelali približno 300 tisoč hibridnih vozil, v letu 2010 naj bi jih trikrat več. Pricewaterhouse Coopers napoveduje milijon enot, bolj optimistične ocene drugih podjetij pa dosegajo do 2,4 milijona vozil. Dva največja trga bosta tudi v prihodnje Azija in Severna Amerika. Toyota načrtuje prodajo milijon svojih polnih hibridnih vozil. Kot vidimo, se bo tudi število električnih motorjev vsako leto povečevalo.
Preizkušanje superprevodnosti
Ko sta Georg Bednorz in Alex Miller 1986 odkrila visokotemperaturno prevodnost (HTS) keramike iz redkih zemelj (lantanoidov), so v tem mnogi videli velike možnosti uporabe. Upali so namreč, da bo na koncu superprevodnost mogoča celo pri sobni temperaturi. Seveda ni bilo tako, ker so »visoke temperature«, okoli -196°, res visoko nad absolutno ničlo (-273°), a še zmeraj globoko pod »našo« ničlo. Dvajset let pozneje so znanstveniki iz podjetja A&D razvili komercialen HTS-generator velikosti manjšega avtomobila, ki zagotavlja hitrost 3600 vrtljajev v minuti. V HTS-generatorju, ki je namenjen za ladje, so navitja izdelana iz HTS-keramike. Navitja, ohlajena na -196°, zmorejo prenašati bistveno večji tok od klasičnega bakra. Rezultat je dejstvo, da je poskusni HTS-generator s 4 MVA (megavolt-amperi) vsaj za 30 odstotkov manjši od klasičnega dizelskega motorja z generatorjem in ima za polovico manjše izgube. Analitiki pričakujejo, da bo komercialni HTS-generator primeren za jahte, a šele čez pet do deset let, ko bodo razvili ustrezne sisteme zaščite pred posledicami delovanja morske vode, sposobnost delovanja v pri nagibanju in odpornost na tresljaje.
Krotenje energije sonca
V scenariju za leto 2016 vidimo skupino vodilnih strokovnjakov za energijo iz različnih držav na obisku v fuzijskem reaktorju ITER v mestecu Codarache na jugu Francije, ki bi dograjen čez nekaj mesecev. Glavni direktor centra dr. Günter Obermeyer pojasnjuje, da se bo v manj kot pol leta v reaktorju prvič vžgala plazma – »sončni ogenj na Zemlji«. Direktor je povedal, da je izgradnja reaktorja in celotnega kompleksa stala več kot pet milijard evrov, a bodo letni operativni stroški centra samo 270 milijonov evrov. Zaradi skromnih stroškov obratovanja reaktorja, ki bo pomagal človeštvu rešiti problem pridobivanja praktično neomejenih količin poceni energije, je to prispevek k celovitemu konceptu varčevanja z energijo. V reaktorju bo v močnem magnetnem polju ujeta električno prevodna plazma s temperaturo več milijonov stopinj, ki bo omogočila zbliževanje atomov vodikovih izotopov devterija in tritija z namenom njihove fuzije. Poraba energije v daljšem času bo precejšnja, zato so razvili načine njenega varčevanja. Dele za reaktor so pripeljali v center z ladjo, ki jo poganja visokotemperaturni superprevodni (HTS) generator. Praktično vsi avtomobili osebja centra so hibridni in porabijo le liter do dva na 100 kilometrov vožnje. Dvigalno platformo v reaktorski stavbi s kupolo, visoko 30 metrov, poganjajo majhni piezomotorji z izredno visokim vrtilnim momentom, ki ne rabijo električne energije, ko ne delujejo. Osnovni razlog gradnje reaktorja je poglabljanje znanja o fuziji, ne pa proizvodnja energije. V centru zato niso nameščene parne turbine za proizvodnjo poceni električne energije, kar pomeni, da je treba energijo pridobiti iz drugih virov, seveda s čim manjšimi stroški. V ta namen so v okolici zgradili najnaprednejše turbine na veter. Vsaka zagotavlja več kot 5 megavatov moči za hlajenje superprevodnih navitij kot tudi za pogon na tisoče motorjev v vakuumskih črpalkah in drugih sistemov reaktorja ITER. Ker je prostor okoli reaktorja zelo omejen, so uporabili posebne motorje, ki so upravljani decentralizirano oz. porazdeljeno in lahko zagotavljajo izjemno velik vrtilni moment v minimumu prostora. V motorje so vdelani frekvenčni pretvorniki, ki lahko spreminjajo hitrost odvisno od potrebe. Tudi na tisoče drugih prefinjenih sistemov v reaktorju skrbi za varčevanje z energijo. V našem scenariju so tako v bodočem raziskovalnem reaktorju, ki bo pozneje omogočil gradnjo resničnih fuzijskih reaktorjev in pridobivanje poceni energije, in v njegovi okolici uporabili na tisoče naprednih motorjev različnih velikosti in funkcij.
Esad Jakupović
