طرح انتقال و توسعه دانش و فناوری الکتروموتورهای سنکرون رلوکتانسی و ابررسانا

براساس جدیدترین گزارش منتشر شده آژانس بین المللی انرژی در سال 2016، تقریبا 53 درصد انرژی الكتریكی از كل مجموع انرژی الكتریكی مصرفی دنیا، مربوط به الكتروموتورها است. طبق پیش بینی های انجام شده این سهم در سال 2040 حداقل به رقم 60 درصد خواهد رسید. در این گزارش كه مشتمل بر 11 فصل است و مبحث انرژی در كشورهای دنیا را تحت پوشش قرار داده است؛ در فصل هفتم آن به صورت خاص بر اهمیت موضوع بهینه سازی مصرف انرژی الکتریکی می پردازد. در این فصل برای بهینه سازی مصرف انرژی، بر روی بحث موتورهای الكتریكی تمرکز کرده است که نشان از اهمیت این تجهیز در صنعت است. در این گزارش، از 4 راهكار برای رسیدن به این هدف نام برده است: استفاده از موتورهای پربازده، نصب درایو بر روی الكتروموتورها، استفاده از تجهیزات متصل به موتور بهینه تر (مانند كمپرسور، پمپ و ..) و سایز بندی و تعمیر و نگهداری مناسب. ‌

از طرف دیگر، افزایش قیمت تمام شده آهنرباهای دائم موجب شده است که کشورها و شرکت‌های مختلف جهت برآورده کردن نیازهای خود در زمینه موتورهای الکتریکی پربازده، به توسعه استفاده از موتورهای رلوکتانسی روی آورند. در این بین، کاربرد موتورهای سنکرون رلوکتانسی به دلیل مزایای فراوان آن، با سرعت بیشتری در حال توسعه است. عموما موتورهای سنکرون رلوکتانسی با موتورهای القایی مقایسه می‌شوند و آن‌ها را به عنوان رقیب و یا جایگزین موتورهای القایی، به‌خصوص در کاربردهای دور متغیر (که درایو دارند) مانند پمپ‌ها و فن‌ها، معرفی می‌نمایند. موتورهای سنکرون رلوکتانسی ساختاری مشابه موتورهای سنکرون سه فاز دارند، با این تفاوت که سیم‌پیچی روتور و میدان تحریک ناشی از آن در این موتورها وجود ندارد. نداشتن این سیم‌پیچی‌ها باعث کمتر شدن 30 تا 40 درصدی تلفات موتورهای سنکرون رلوکتانسی نسبت به موتورهای القایی می‌شود. ‌

همچنین، ماشین‌های الکتریکی ابررسانا، به دلیل نداشتن تلفات مسی در هادی‌های مورد استفاده در آن‌ها، پتانسیل بزرگی برای کاهش شدت استفاده از انرژی الکتریکی در کاربردهای موتوری دارند که این مساله، امروزه توسط شرکت‌های بزرگ مورد توجه قرار گرفته است. به عنوان مثال، نمونه 7.5 کیلوواتی توسط شرکت Baldor و با حمایت وزارت انرژی آمریکا، در سال 2008 برای بررسی و امکان‌سنجی استفاده از موتورهای ابررسانا در کاربردهای صنعتی، مانند پمپ‌ها و فن‌ها ساخته شده است. همچنین، شرکت سومیتومو، یک نمونه 30 کیلووات با هدف استفاده در خودروهای سبک برقی ساخته است که بر روی یک نمونه خودرو نیز به صورت عملی آزمایش شده است. ‌

مطالعات انجام شده در صنایع ایران حکایت از آن دارد که استفاده از موتورهای پربازده در ایران رایج نیست. کاربردهای صنعتی بسیاری می توان یافت که موتورها در بازدهی بسیار کمتر از مقدار نامی قرار دارند. تجهیزات موجود در صنایع کشور و از جمله موتورهای الکتریکی مورد استفاده در این صنایع، غالباً قدیمی و فرسوده هستند و یا از فناوری‌های قدیمی در آنها استفاده می‌گردد و کمتر از فناوری‌های جدید و یا محصولات با کیفیت در آنها استفاده می‌شود؛ این امر موجب می‌گردد که مصرف انرژی الکتریکی به مقدار قابل ملاحظه‌ای بیشتر از صنایع مشابه در کشورهای پیشرفته صنعتی باشد. هدف از اجرای این طرح، کسب دانش فنی طراحی و تولید و به کارگیری موتورهای الکتریکی رلوکتانسی و ابررسانا است. ‌

در ایران با توجه به الزامات اسناد بالادستی و ضرورت ارتقای کارآیی انرژی الکتریکی، مقرر گردیده است برنامه‌های توسعه فناوری لازم، مدون و دنبال گردد. که در این راستا، طرح انتقال و توسعه دانش و فناوری الکتروموتورهای رلوکتانسی و ابررسانا به تأیید شورای آموزش، پژوهش و فناوری وزارت نیرو رسیده است. در واقع اهداف این طرح، افزایش بهره‌وری الکتروموتورهای صنعتی و همچنین ارتقا سطح تولید در کشور است.

درسال‌های اخیر بهینه سازی مصرف انرژی و به ویژه انرژی الكتریكی اهمیت بیشتری پیدا كرده است و باعث شده است محققان و مهندسین فعالیت‌های بیشتری برای بهینه‌سازی مصرف انرژی انجام دهند. متاسفانه در كشور ما، به دلیل ارزانی انرژی الكتریكی، علی رغم این که یکی از بزرگترین مصرف کنندگان انرژی الکتریکی دربخش صنعت موتورهای الکتریکی است، ولی درزمینه افزایش بازدهی موتورهای الکتریکی اقدامات عملی چندانی صورت نگرفته است. بدیهی است که افزایش بازدهی الكتروموتورهای صنعتی نه تنها از نظر اقتصادی مورد توجه استفاده کنندگان می باشند بلکه در برنامه ریزی انرژی درسطح ملی نیز از اهمیت خاصی برخوردار است.

بر این اساس، با هدف رفع چالش های پیش روی توسعه و کاربرد فن آوری موتورهای الکتریکی پیشرفته (پربازده) و همچنین چالش های استفاده از نسل جدید موتورهای الکتریکی و نهایتا افزایش بهره وری مصرف انرژی الکتریکی در موتورهای الکتریکی مورد استفاده در صنعت , لوازم خانگی و ... , به شورای محترم آموزش , پژوهش و فن آوری وزارت نیرو پیشنهاد گردید نقشه راه توسعه فن آوری انواع موتورهای الکتریکی پیشرفته (پربازده) برای افق زمانی ده ساله ( تا انتهای سال 1404) تدوین گردد تا بر اساس آن فن آوری موتورهای الکتریکی مورد نیاز در قالبی نظام مند و با همکاری سایر ذینفعان و دست اندرکاران کسب گردیده و مورد استفاده واقع گردد. متعاقبا و پس از تایید پیشنهاد مطروحه کمیته راهبری تدوین سند متشکل از جمعی از خبرگان دانشگاه و صنعت و نمایندگان تام الاختیار دستگاه های ذیربط ( وزارت خانه های نفت , صنعت , معدن و تجارت , راه و شهر سازی , سازمان بهره وری انرژی ایران و انجمن سازندگان لوازم خانگی) تشکیل گردید و سند توسعه فن آوری موتورهای پیشرفته (پربازده) بر اساس متدولوژی مصوب شورای محترم علوم , تحقیقات و فن آوری (عتف) و با مشارکت متخصصان و خبرگان صنعت و دانشگاه و همکاری جمعی از سازندگان موتورهای الکتریکی تدوین گردید. این سند نهایتا در تاریخ هفدهم اسفند ماه هزار و سیصد و نود و سه مورد تایید کمیته محترم راهبری تدوین سند و در تاریخ پنجم اردیبهشت ماه هزار و سیصد و نود و چهار مورد تایید شورای محترم آموزش , پژوهش و فن آوری وزارت نیرو قرار گرفت. بر اساس مفاد مندرج در سند مصوب مرکزی با عنوان مرکز توسعه فن آوری موتورهای الکتریکی پیشرفته (پربازده) در محل پژوهشگاه نیرو راه اندازی گردید تا با همراهی و همکاری دستگاه ها و نهادهای دولتی ذیربط , مراکز تحقیقاتی و دانشگاهی , شهرک های علمی و تحقیقاتی , مراکز رشد , شرکت های دانش بنیان , انجمن های صنفی ذیربط و سازندگان موتورهای الکتریکی , چشم انداز ترسیم شده برای صنعت موتورهای الکتریکی تحقق یابد. در راستای اهداف این مركز یكی از طرح‌های پیش بینی شده كه در سند راهبردی مورد تصویب وزارت نیرو قرار گرفت بحث کسب دانش فنی موتورهای رلوکتانسی و ابررسانا و توسعه استفاده از آن‌ها بود.