نسبة تكلفة الصيانة والتشغيل إلى سعر الشراء في المحرك الكهربائي: حساب حسب ساعات التشغيل

تخيلوا محركًا بقدرة 22 kW يدير مروحة برج تبريد. يعمل صيفًا وشتاءً، ويبلغ بسهولة 6000 ساعة سنويًا. وفي مستودع المصنع نفسه توجد مضخة نقل بقدرة 22 kW تعمل بضع مرات في الأسبوع، وربما تعمل 1000 ساعة سنويًا. على الورق المحركان متماثلان: القدرة نفسها، وعدد الأقطاب نفسه، والسعر نفسه. لكن تكلفتهما على المنشأة طوال عمرهما لا تتشابه إطلاقًا. وأقوى متغير يحدد نسبة تكاليف الصيانة والتشغيل إلى سعر الشراء هو عدد ساعات تشغيل المحرك.

البنود الثلاثة لتكلفة دورة الحياة

تتجمع التكلفة الإجمالية للمحرك على المنشأة في ثلاثة عناوين:

• الاقتناء: سعر الشراء والشحن والتركيب والتشغيل الأولي.
• الطاقة: الكهرباء التي يسحبها المحرك من الشبكة في كل ساعة يعمل فيها.
• الصيانة والأعطال: التزييت، واستبدال المحامل، وقياسات العزل، وإصلاح الملفات عند الحاجة، والتوقف غير المخطط الذي قد يكون الأغلى بينها.

النسبة بين هذه البنود ليست ثابتة. فالمحرك نفسه يرسم ملف تكلفة مختلفًا جدًا حسب ساعات التشغيل ونسبة الحمل والظروف المحيطة. ولهذا فمن الأصح حساب النسبة لمنشأتكم بدلًا من حفظ نسبة مئوية عامة.

تحويل سعر الشراء إلى kWh

من الطرق العملية لرؤية البنود المختلفة بالوحدة نفسها قسمة سعر شراء المحرك على تعرفة الكهرباء لديكم. فالرقم الناتج يبين كم kWh من الكهرباء يعادل ثمن المحرك. ورغم تغير الأسعار والتعرفات فإن هذه النسبة تحافظ على معناها لمدة طويلة.

لتسهيل الشرح لنستخدم قيمة افتراضية: لنفترض أن سعر شراء المحرك بقدرة 22 kW، عند قسمته على التعرفة، يعادل 20,000 kWh. ويجب أن تعيدوا حساب هذه القيمة وفقًا لعرض السعر والتعرفة الخاصين بكم؛ أما منطق الحسابات أدناه فلا يتغير.

جانب الطاقة: حساب السيناريوهين

تُحسب القدرة التي يسحبها المحرك من الشبكة بقسمة القدرة على العمود على الكفاءة. لنفترض أن محرك المروحة يعمل عند 80% من الحمل، أي يعطي العمود نحو 17.6 kW. وحد الكفاءة لمحرك IE3 رباعي الأقطاب بقدرة 22 kW هو 93.0%؛ ولتبسيط الحساب لنستخدم هذه القيمة. فيسحب المحرك نحو 18.9 kW.

• 6000 ساعة سنويًا: نحو 113,500 kWh. فسعر الشراء الافتراضي البالغ 20,000 kWh يزيد قليلًا على استهلاك هذا المحرك للطاقة خلال شهرين. وعلى مدى تشغيل 15 عامًا يتجاوز الاستهلاك الإجمالي 1.7 مليون kWh، ويبقى سعر الشراء في حدود بضعة في المئة من هذا المجموع.
• 1000 ساعة سنويًا: نحو 18,900 kWh. وهنا يعادل سعر الشراء تقريبًا استهلاك الطاقة لعام واحد. وخلال 15 عامًا يبلغ الاستهلاك الإجمالي نحو 280,000 kWh؛ فتكبر حصة سعر الشراء بشكل واضح.

المحرك نفسه يكون في أحد السيناريوهين بندًا صغيرًا بجانب فاتورة الطاقة، وفي الآخر جزءًا ملموسًا من المجموع. ويزداد هذا الحساب وضوحًا إذا كانت نسبة الحمل الفعلية معروفة. وقد تناولنا تأثير نسبة الحمل على الكفاءة بشكل منفصل في مقال: عند أي حمل يجب تشغيل المحرك.

قرار فئة الكفاءة يُتخذ وفق هذه النسبة

في المثال نفسه، عند اختيار IE4 بدلًا من IE3 يرتفع حد الكفاءة إلى 94.5%. فيسحب المحرك هذه المرة نحو 18.6 kW؛ والفرق نحو 0.3 kWh في الساعة.

• في محرك المروحة الذي يعمل 6000 ساعة يبلغ الفرق السنوي نحو 1800 kWh.
• في محرك المضخة الذي يعمل 1000 ساعة يبلغ الفرق السنوي نحو 300 kWh.

لنفترض، افتراضيًا أيضًا، أن التكلفة الإضافية لـ IE4 مقارنة بـ IE3 تعادل 5000 kWh. في محرك المروحة تُسترد هذه التكلفة الإضافية في أقل من ثلاث سنوات. أما في محرك المضخة فيتجاوز الاسترداد خمسة عشر عامًا وقد لا يتحقق خلال عمر المحرك. فالقرار لا ينبع من كون فئة الكفاءة جيدة أو سيئة، بل من ساعات التشغيل. وقد أجرينا هذا الحساب بين فئات IE بالتفصيل في مقال: IE3 أم IE4؟ حساب الاستثمار.

بند الصيانة: حصة صغيرة لكن لا يمكن إهمالها

في المحرك الذي يعمل باستمرار تبقى تكلفة الصيانة المخططة غالبًا صغيرة بجانب الطاقة. لكن محتوى هذا البند يحدد العمر المتبقي للمحرك:

• التزييت والمحامل: المحامل هي الأجزاء المتآكلة في المحرك. وكلما زادت ساعات التشغيل قصرت فترات التزييت والاستبدال.
• فحص العزل: يعطي قياس الميغر الدوري إنذارًا قبل حدوث عطل في الملفات.
• مراقبة الحرارة: تلتقط حساسات PTC أو PT100 السخونة الزائدة قبل أن تتحول إلى عطل.
• التنظيف: في البيئة المغبرة يحافظ إبقاء الزعانف وغطاء المروحة نظيفين على التبريد.

أدرجنا بالتفصيل أي فحص يُجرى وبأي فترة في جدول الصيانة الدورية. أما سؤال ما إذا كان الإصلاح أم الشراء الجديد أكثر منطقية عند احتراق الملفات فقد أجبنا عنه في مقال: إعادة لف المحرك أم شراء محرك جديد.

البند الذي لا يدخل الحساب: التوقف غير المخطط

في معظم حسابات تكلفة دورة الحياة لا يظهر أكبر خطر كسطر مستقل. فإذا توقفت مروحة برج التبريد في منتصف الصيف، قد تتجاوز تكلفة الإنتاج المفقود والمنتج التالف والتوريد العاجل في حادثة واحدة ثمن المحرك نفسه. ولهذا يهم سؤالان في المحركات الحرجة: هل يوجد في المخزون محرك مكافئ ليحل محله عند تعطله، وهل تُجرى مراقبة تُظهر العطل مسبقًا؟ ويمكن النظر إلى الاحتفاظ بمحرك احتياطي للخطوط الحرجة كنوع من التأمين لتكلفة دورة الحياة.

كيف تبنون النسبة لمنشأتكم؟

1. حددوا ساعات التشغيل السنوية للمحرك ونسبة الحمل المتوسطة؛ وقيسوها إن أمكن.
2. احسبوا القدرة المسحوبة من الشبكة بقسمة القدرة على العمود على الكفاءة، ثم اضربوها في الساعات لإيجاد kWh السنوية.
3. حوّلوا سعر الشراء المعروض إلى ما يعادله من kWh بقسمته على التعرفة لديكم.
4. أضيفوا تكلفة الصيانة المخططة، وللمحركات الحرجة أثر التوقف المحتمل، كسطر مستقل.
5. احسبوا مدة الاسترداد بقسمة التكلفة الإضافية لفئات الكفاءة المختلفة على فرق kWh السنوي.

الخلاصة

نسبة تكلفة الصيانة والتشغيل إلى سعر الشراء ليست رقمًا ثابتًا؛ فساعات التشغيل والحمل والبيئة هي التي تحدد هذه النسبة. ففي المحرك الذي يعمل ساعات طويلة تكون الطاقة هي العامل الحاسم، ويُسترد قرار فئة الكفاءة بسرعة. أما في المحرك قليل التشغيل فيصبح سعر الشراء وانضباط الصيانة أكثر حسمًا. وللتطبيقات ذات ساعات التشغيل العالية يمكنكم الاطلاع على المحركات عالية الكفاءة IE4، وللمقارنة على أساس ساعات التشغيل لديكم يمكنكم التواصل معنا.

الأسئلة الشائعة

هل تكون حصة سعر الشراء في تكلفة دورة حياة المحرك صغيرة دائمًا؟

لا. ففي المحركات التي تعمل آلاف الساعات سنويًا تكون حصة سعر الشراء صغيرة، لأن استهلاك الطاقة يتجاوز سعر الشراء في وقت قصير. أما في المحركات التي تعمل بضع مئات أو ألف ساعة سنويًا فقد يشكل سعر الشراء جزءًا ملموسًا من المجموع.

أي قيمة كفاءة يجب أن أستخدم في الحساب؟

القيمة الأصح هي الكفاءة المذكورة على لوحة بيانات المحرك أو في كتالوجه عند أقرب نقطة لحمل التشغيل الفعلي. وإذا لم تتوفر هذه المعلومة فيمكن استخدام قيمة حد الفئة في IEC 60034-30-1 للبدء، لكن يجب اعتبار النتيجة تقريبية.

ما الخطوة الأكثر فعالية لخفض تكلفة الصيانة؟

التزييت الصحيح والمراقبة المنتظمة للحرارة والعزل هي الطريقة الأكثر فعالية لاكتشاف الأعطال مبكرًا. وهذه التكاليف الصغيرة تمنع نفقات كبيرة مثل التوقف غير المخطط وأعطال الملفات.

هل فئة الكفاءة العالية غير ضرورية لمحرك قليل التشغيل؟

من حيث توفير الطاقة قد تطول مدة الاسترداد، لكن الالتزام بالحد الأدنى لفئة الكفاءة إلزامي بحكم التشريعات. وفي التطبيقات قليلة التشغيل تكفي عادة الفئة التي تشترطها التشريعات، ومن الأكثر منطقية التركيز على التحجيم الصحيح بدلًا من الاستثمار الإضافي.