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Die höheren Anschaffungskosten eines hocheffizienten Motors und Frequenzumrichters betragen nur wenige Prozent verglichen mit den Energiekosten für den Betrieb der Einrichtung über die gesamte Lebensdauer. Die Anschaffung eines modernen Antriebssystems amortisiert sich durch die erzielten Energieeinsparungen üblicherweise innerhalb von ein bis drei Jahren. In manchen Fällen rentieren sich Frequenzumrichter bereits innerhalb weniger Monate. Besonders Pumpen und Lüfter, die in Chemieanlagen in großer Anzahl betrieben werden, bieten ein sehr hohes Einsparpotenzial von bis zu 70 %, in Extremfällen sogar 90 %. Das senkt die Kosten und trägt zum Klimaschutz bei.
Drehzahlgeregelte Antriebe optimieren mit einer geeigneten Motorregelung die Produktionsprozesse und erhöhen die Produktqualität. Wer in diese Technologie investieren will, muss einige Faktoren berücksichtigen und kann dann von vielen Vorteilen profitieren. Am Ende aber wird die Entscheidung auf die Frage hinauslaufen: Wie viel Energie wird durch ihren Einsatz eingespart? Um eine fundierte Entscheidung über die kürzeste Amortisation und beste Wirtschaftlichkeit zu treffen, müssen neben den kurzfristigen Kosten auch die langfristigen Gesamtbetriebskosten betrachtet werden. Wie jedoch lässt sich feststellen, welchen Wertbeitrag Antriebe durch die Energieeinsparung liefern können? ABB bietet hierzu verschiedene Tools.
Vergleich von Wirkungsgraden und Verlusten
Nicht nur Unternehmen, auch der Gesetzgeber hat das Ziel, den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen zu senken. Daher legt die Verordnung (EU) 2019/1781 der EU-Kommission verbindliche Mindestwerte für die Energieeffizienz von 2-, 4-, 6– und 8-poligen Drehstrom-Asynchronmotoren und Frequenzumrichter fest. Die sogenannte Ökodesign-Verordnung ist seit dem 1. Juli 2021 in Kraft und wird in zwei Stufen umgesetzt.
Zur Berechnung der Energieeffizienz nach IEC61800–9–2 (für Frequenzumrichter und Systemeffizienz) und nach der Ökodesign-Verordnung (EU) 2019/1781 (für Motoren) bietet ABB das Ecodesign-Tool an. Damit lassen sich für Frequenzumrichter, Motoren und Motor-Frequenzumrichter-Kombinationen der Wirkungsgrad und die Verlustleistung an verschiedenen Betriebspunkten ausrechnen. Wer die Produktinformation für die Dateneingabe nicht bei der Hand hat, kann mithilfe des digitalen Services ABB Access den QR-Code der Geräte abscannen und so zu den Ecodesign-Daten gelangen. Das Ecodesign-Tool eignet sich besonders gut zum Vergleich von Antriebskomponenten.
Betriebskosten von Motoren bestimmen
Ein hilfreiches Online-Tool zur Berechnung der Energieeinsparung von Motoren im direkten Netzbetrieb (DOL) ist der Optimizer. Er kann zum Vergleich zweier Motoren verwendet werden, etwa wenn es um einen Austausch geht. Die Motoren können hinsichtlich Betriebskosten, Amortisationszeiten, Einsparungen über den gesamten Lebenszyklus und Reduzierung der Treibhausgasemissionen verglichen werden. Das benutzerfreundliche Tool schlägt außerdem automatisch einen Motor mit höherem Wirkungsgrad vor, falls ein solcher verfügbar ist, und zeigt die zusätzlichen Einsparungen auf, die durch eine Aufrüstung erzielt werden können. Zulassungen, Zeichnungen, Datenblätter und andere Dokumente können für die ausgewählten Motoren schnell und einfach abgerufen werden.
Energieeinsparpotenzial mit Frequenzumrichtern
Hocheffiziente Motoren sorgen für die Senkung des Stromverbrauchs. Weitaus mehr Energie lässt sich aber mithilfe einer Drehzahlregelung mit Frequenzumrichter einsparen. Jeder zweite Motor in der Industrie treibt eine Pumpe, einen Kompressor oder einen Lüfter an. Weltweit sind heute jedoch nur circa 23 % der Industriemotoren mit einem Frequenzumrichter ausgestattet. Bei einem Großteil wird der Volumenstrom noch mechanisch geregelt und die Motoren laufen bei voller Drehzahl direkt am Netz. Wird diese Lösung durch eine Drehzahlregelung mit Frequenzumrichtern ersetzt, lässt sich sehr viel Energie einsparen, da der Motor nicht mehr mit voller Drehzahl gegen ein geschlossenes oder teilweise geschlossenes Ventil oder eine Klappe arbeiten muss. Frequenzumrichter regeln die Drehzahl von Pumpen- und Lüftermotoren und können in vielen Anwendungen den Energieverbrauch um 30 bis 70 % senken, in Extremfällen sogar um 90 %.
Mit dem Tool Energysave bietet ABB einen Energiesparrechner für Pumpen-, Lüfter- und Kompressorenanwendungen, mit dem sich die möglichen Einsparungen beim Energieverbrauch und den Energiekosten durch den Einsatz von Motor-Frequenzumrichter-Kombinationen berechnen lassen. Energysave vergleicht die Frequenzumrichterregelung mit herkömmlichen Durchflussregelungsverfahren wie zum Beispiel einem Drosselventil, oder einer hydraulischen Regelung bei Pumpenanwendungen oder der Ausgangsklappe, Eintrittslamellen oder Rutschkupplung bei Lüfteranwendungen.
Der Energiesparrechner besitzt die beiden Betriebsarten „Standard“ und „Erweitert“. Im Modus „Standard“ lässt sich das Einsparpotenzial schnell erkennen und es sind keine umfangreichen technischen Angaben notwendig. Im Modus „Erweitert“ kann der Anwender für eine präzisere Berechnung die einzelnen Belastungspunkte selbst definieren, wenn die Pumpen- oder Lüfterdaten bekannt sind.
Wie sehr sich eine Umrüstung auf eine Frequenzumrichterregelung und hocheffiziente IE4– und IE5-Motoren rechnen kann, zeigt ihr Einsatz in der Karton- und Zellstofffabrik von Metsä Board im schwedischen Husum oder an einer Papiermaschine des schweizerischen Verpackungsherstellers Model Group. Im Rahmen einer Modernisierung konnten hier dank energieeffizienter Motoren und Umrichter jährlich fast 900 000 kWh Energie eingespart werden, was etwa dem Verbrauch von 200 Einfamilienhäusern entspricht.
ABB Motion Deutschland, Ladenburg
SPS 2023: Halle 4, Stand 420
Autor: Fred Donabauer
Head of Product Management LV Drives & PLC,
ABB Motion Deutschland
