Analysis of Efficiency and CO2 Emission for Electric Motors; Example of a Food Factory

Öz

Most of the world energy supply is met by fossil fuels, and the demand for fossil fuels is increasing day by day due to the increasing energy demand in the world. A significant portion of this energy need is used in industry as electricity consumption. In our country, about 2/3 of the electricity used in industry is consumed by electric motors which are indispensable elements of industrial devices and equipments. Therefore, electric motors used in industry are classified and the inefficient engines should be replaced with energy efficient motors. By this way, energy saving could be achieved in terms of reduction of external dependence on Turkey's energy. In this study, the electric motors used in the production line of a food factory are classified by taking into consideration the motor power, power factor, working time, motor efficiency and annual energy consumption. The data obtained were evaluated by considering the operating conditions of the enterprise and the saving amount which could be obtained in case of using more efficient motors instead of the existing electric motors with low efficiency was calculated. According to the results, it was calculated that the simple payback period for this energy efficiency application would be shorter than 1.5 years. In addition, the CO2 emissions of current and recommended electric motors have been analyzed. In the case of the use of high efficiency electric motors, it is determined that CO2 emission will be decreased by 12.15% and the emission of harmful gas to the environment will decrease.

Anahtar Kelimeler

• Energy Efficiency
• Electric Motor
• CO2 Emission

Elektrik Motorlarının Verimlilik ve CO2 Emisyon Analizi; Bir Gıda Fabrikası Örneği

Öz

Dünya enerji arzının büyük bir kısmı fosil kaynaklı yakıtlar ile karşılanmakta ve tüm dünyada artan enerji ihtiyacı nedeniyle fosil kaynaklı yakıt talebi gün geçtikçe artmaktadır. Bu enerji ihtiyacının önemli bir kısmı elektrik tüketimi olarak sanayide kullanılmaktadır. Ülkemizde, sanayide kullanılan elektriğin ise yaklaşık 2/3’ünü endüstriyel cihaz ve ekipmanların vazgeçilmez unsuru olan elektrik motorları tarafından tüketilmektedir. Bu nedenle, sanayide kullanılan elektrik motorlarının sınıflandırılması, yapılan işe göre verimlerinin takibi, verimsiz motorların teknolojik gelişmelere göre enerji verimli motorlar ile değiştirilmesi yoluyla yapılacak enerji tasarrufu Türkiye’nin enerjide dışa bağımlılığının azaltılması açısından büyük önem taşımaktadır. Bu çalışmada, bir gıda fabrikasının üretim hattında kullanılan elektrik motorları motor gücü, güç faktörü, çalışma süresi, motor verimi ve yıllık enerji tüketim miktarları dikkate alınarak sınıflandırılmıştır. Alınan veriler işletmenin çalışma şartları göz önünde bulundurularak değerlendirilmiş ve verimlilikleri düşük olan mevcut elektrik motorları yerine daha verimli motorların kullanılması durumunda elde edilebilecek tasarruf miktarı hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre bu enerji verimliliği uygulaması için basit geri ödeme süresinin 1,5 yıldan daha kısa olacağı hesaplanmıştır. Ayrıca mevcut ve önerilen elektrik motorlarının CO2 emisyon miktarları analiz edilmiştir. Verimlilik sınıfı yüksek elektrik motorlarının kullanılması durumunda %12,15 oranında CO2 salınımının azalacağı ve çevreye olan zararlı gaz salınımının düşeceği belirlenmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Enerji Verimliliği
• Elektrik Motoru
• CO2 salınımı
• Karaman

Teşekkür

Bu çalışma için gereken ölçüm cihazlarını sağlayan Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi’ne teşekkür ederiz. Ayrıca bu çalışmada yapmış oldukları yorum ve katkılarından dolayı Arş. Gör. Seyit Alperen ÇELTEK’e, öğrencim Mücahid Koç’a ve çalışmada kullanılan enerji verilerinin temini ile hesaplamaların yapılması aşamasında verdiği destekten dolayı Karaman’da bulunan gıda firması yetkililerine teşekkür ederiz. Bu çalışmasının yapıldığı gıda işletmesi isim verilerek teşekkür edilmesine ve çalışma kapsamında isminin kullanılmasına müsaade etmemiştir. Ayrıca bu çalışmanın küçük bir bölümü 23-25 Kasım 2018 tarihinde düzenlenen Uluslararası Marmara Fen ve Sosyal Bilimler Kongresi’nde Tam metin bildiri olarak yer almıştır.

Kaynakça

1. Brannlund, R., Ghalwash, T., Nordström, J. (2007). Increased Energy Efficiency and The Rebound Effect: Effects on Consumption and Emission. Energy Economics 2007, 29, 1-17.
2. Bodur, F. (2011). http://www.emo.org.tr/ekler/8064e39c9540f7e_ek.pdf (Erişim Tarihi: 11.10.2018)
3. Cagnoa, E., Davide, A., Andrea, T. (2019). A Framework to Characterize Factors Affecting the Adoption of Energy Efficiency Measures Within Electric Motors Systems. Energy Procedia, 158, 3352–3357.
4. Chuang, H.C., Li, G.D., Lee, G.T. (2019). The efficiency improvement of AC induction motor with constantfrequency technology. Energy, 174, 805-8013.
5. Doğan, H., Yılankırkan, N. (2015). Türkiye'nin Enerji Verimliliği Potansiyeli ve Projeksiyonu. Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Dergisi 3, 1, 375-383.
6. Ener Ruşen, S., Koç, M. (2018). Bir Fabrikada Elektrik Motorlarının Verimlilik Sınıflarının İncelenmesi. Uluslararası Marmara Fen ve Sosyal Bilimler Kongresi (IMASCON-2018), Bildiriler Kitabı, Kocaeli, Türkiye, 630-632.
7. Ener Ruşen, S., Topçu, M.A., Karanfil, G., Çeltek, S.,A., Ruşen, A. (2018a). Üniversite Kampüs Binaları için Enerji Etüdü: Örnek Çalışma, Çukurova Mühendislik- Mimarlık Fakültesi Dergisi, 33, 2, 83-92.
8. Ener Ruşen, S., Topçu, M.A., Çeltek, S.A., Karanfil, G., Ruşen, A., (2018b). Investigation of energy saving potentials of a food factory by energy audit, Journal of Engineering Research and Applied Science, 7, 1, 848-860.

9. Esen, G.K. (2015). Türkiye ve Dünyada Elektrik Motorları Enerji Tüketimi ve İlgili Mevzuat. http://www.emo.org.tr/ekler/364734147179187_ek.pdf (Erişim Tarihi: 13.10.2018). Haydaroğlu, C., 2006. Türk Sanayinde Enerji Verimliliği ve Yoğunluğunun Analizi. Yüksek Lisans Tezi, Anadolu Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü, Eskişehir.
10. Herring, H. (2000). Is Energy Efficiency Environmentally Friendly?, Energy & Environment 11, 3, 313-325.
11. IEA. (2016). Energy Policies of IEA Countries: Turkey, Paris: International Energy Agency.
12. Özbudak, A. (2011). Endüstriyel Fırınlarda Enerji Etüdü Çalışması. Türkiye Makine Mühendisleri Odası.
13. Perez-Lombard, L., Ortiz, J., Pout, C. (2007). A Review on Buildings Energy Consumption Information. Energy and Buildings 3, 2008, 40, 394-398.
14. Santos, V.S., Cabello Eras, J.J., Gutierrez, A.S., Cabello Ulloa, M.J. (2019). Assessment of the energy efficiency estimation methods on inductionmotors considering real-time monitoring. Measurement, 136, 237-247.
15. Pabuçcu H., Bayramoğlu, T. (2016). Yapay Sinir Ağları ile CO2 Emisyonu Tahmini: Türkiye Örneği. Gazi Üniversitesi İktisadi ve İdari Bilimler Fakültesi Dergisi, 18(3), 762–778.
16. T.C. Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı 2015. Elektrik Motorlarında Enerji Verimliliği. Ankara: T.C. Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı Verimlilik Genel Müdürlüğü.
17. Triannia, A., Cagnob, E., Accordini, D. (2019). A review of Energy Efficiency Measures Within Electric Motors Systems. Energy Procedia, 158, 3346–335.
18. TMMOB Makina Mühendisleri Odası. (2012). Dünyada ve Türkiye'de Enerji Verimliliği, Ankara. http://www1.mmo.org.tr/resimler/dosya_ekler/fa34c3c2eb9b729_ek.pdf (Erişim Tarihi: 13.10.2018).
19. Waide, P., Brunner, C. (2011). Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems, IEA Energy Papers, No. 2011/07, OECD Publishing, Paris.