Patentrezept gegen hohe Stromkosten

In der Diskussion über den Energieverbrauch, zukünftige Wege für eine zuverlässige und nachhaltige Energieversorgung und die Emission von Treibhausgasen kommt oft eine Alternative zu kurz: Energieeffizienz. Der konsequente Einsatz neuer Technologien kann einen signifikanten Beitrag dazu leisten, Energiesparpotenziale im Bereich der Industrie zu realisieren.

In vielen Bereichen ist das Einsparpotenzial gering und die Steigerungen der Energieeffizienz um wenige Prozent müssen hart erarbeitet werden. Innerhalb der Industrie sind Motoren die Hauptenergieverbraucher. Ungefähr 64 % der im industriellen Bereich verwendeten elektrischen Energie wird für den Betrieb von Motoren aufgewendet. Der Einsatz von Motoren mit hohem Wirkungsgrad und von drehzahlgeregelten Frequenzumrichtern stellt hier eine äußerst effiziente Maßnahme dar, Energiekosten in diesem Bereich nachhaltig zu senken. Schätzungen von ABB-Forschern haben ergeben, dass moderne leistungselektronische Umrichter in allen geeigneten Anlagen weltweit Einsparungen ergeben könnten, die dem Stromverbrauch eines Landes wie Spanien entsprechen. Das Einsparpotenzial setzt sich dabei zu einem Fünftel aus dem Einsatz von Energiesparmotoren und zu vier Fünfteln aus dem Einsatz von elektronisch drehzahlgeregelten Antrieben zusammen.

Der konsequente Einsatz von Motoren mit hohem Wirkungsgrad eff1 und eff2 im elektrischen Antriebssystem bietet bereits ein erhebliches Einsparpotenzial. Ein hoher Wirkungsgrad bedeutet neben geringeren Betriebskosten zusätzlich noch eine längere Lebensdauer, eine höhere Zuverlässigkeit und einen geringeren Wartungsaufwand. Die Investition in einen energiesparenden Motor amortisiert sich dadurch nach kurzer Zeit. Das jährliche Einsparpotenzial in der Industrie weltweit liegt allein hier bei 5,5 TWh oder 440 Mio. Euro.

ABB führt eine Motorenreihe, die die in der höchsten Stufe des EU-Abkommens über Niederspannungsmotoren angegebenen Wirkungsgrade erreicht. Ein Hochwirkungsgradmotor eff1 mit einer Leistung von 45 kW besitzt gegenüber einem Motor der Wirkungsgradklasse eff2 bei einer Laufzeit von jährlich 6000 h und einer Betriebsdauer von 15 Jahren eine Amortisationszeit von rund 1,5 Jahren. In anderen Zahlen ausgedrückt: Man spart mit einem solchen Motor 4830 Euro über die gesamte Betriebsdauer und vermeidet die Emission von 24,5 t Treibhausgasen.

Noch mehr jedoch bietet die elektronische Drehzahlregelung Möglichkeiten zum erfolgreichen Energiesparen. Frequenzumrichter mit elektronischer Drehzahlregelung entnehmen dem Netz nur die tatsächlich benötigte Energie mit einem sehr hohen Wirkungsgrad. Bis zu 70 % der Energiekosten lassen sich dadurch einsparen. Der höhere Einkaufspreis gegenüber der konventionellen Lösung amortisiert sich aufgrund deutlich geringerer Stromkosten dadurch rasch.

Frequenzumrichter von ABB kommen für Steuerungs- bzw. Regelungsaufgaben unter unterschiedlichsten Umgebungsbedingungen zum Einsatz. Die umfangreichen Produktserien decken dabei die vielfältigsten Anforderungen ab. Welches Einsparpotenzial diese Umrichter bieten, zeigt das Beispiel der Drehzahlregelung einer durchschnittlichen Pumpenanlage. 100 % Pumpenleistung erfordert bei der Drosselregelung bis zu 285 % Einspeiseleistung. Eine elektronische Drehzahlregelung verlangt hingegen nur bis zu 160 %. Die Verluste der Pumpenanlage können also auf ein Drittel reduziert werden.

Ein konkretes Anwendungsbeispiel veranschaulicht eindrucksvoll die Einsparpotenziale, die sich durch den Einsatz moderner Drehzahlregelung einer Pumpe mit elektronischen Frequenzumrichtern im Vergleich zur konventionellen Drosselregelung realisieren lassen. Als Vergleichsgrundlage dient eine Pumpe mit einer Nenn-Fördermenge von 550 m³, einer Nennleistung des Motors von 75 kW und einer jährlichen Betriebszeit von 6000 h. Ein Frequenzumrichter mit Drehzahlregelung bewirkt in diesem Fall eine Reduzierung der jährlichen Energiekosten von 53 % sowie eine CO2-Einsparung von 53 t im Jahr. Bei einer jährlichen Kosteneinsparung von rund 8600 Euro haben sich die Anschaffungskosten des Gerätes in nur sieben Monaten amortisiert.

Gegenüber einer mechanischen oder hydraulischen Regelung haben drehzahlgeregelte Antriebe bei Pumpenapplikationen also deutliche Vorteile. Wie hoch diese Einsparpotenziale bei einzelnen Motorapplikationen sind, lässt sich heute mit modernen Software-Tools einfach und recht genau bestimmen.

Die beiden Software-Tools PumpSave und FanSave B erlauben den Vergleich des Energie- und CO2-Verbrauchs sowie der Energiekosten verschiedener gängiger direkter Durchflussregelungsverfahren bei Pumpen und Lüftern und ermöglichen es dem Anwender, die potenziellen Energieeinsparungen vorab zu berechnen. Mit der Kalkulationssoftware PumpSave kann man beispielsweise die möglichen Energieeinsparungen berechnen, die sich durch den Einsatz eines drehzahlgeregelten Frequenzumrichters im Vergleich zu anderen Pumpenregelungsverfahren ergeben. Der Anwender wählt das Regelungsverfahren, das mit einem drehzahlgeregelten Antrieb verglichen werden soll, über ein Drop-down-Menü am Kopf der Eingabemaske aus. Die Eingabedaten beinhalten verschiedene physikalische Konstanten sowie andere Daten, die für die jeweilige Pumpenapplikation von Bedeutung sind.

Als Ergebnisse der Berechnungen erhält der Benutzer den geschätzten jährlichen Energieverbrauch für den elektronisch drehzahlgeregelten Antrieb und für das gewählte konventionelle Durchflussregelungsverfahren ebenso wie die jährliche Energieeinsparung, die mit einem drehzahlgeregelten Antrieb erzielt werden kann. PumpSave ermittelt außerdem die Minderung der CO2-Emissionen infolge des niedrigeren Stromverbrauchs und gibt Auskunft über die Amortisationsdauer für den Kauf eines Frequenzumrichters im Vergleich zum alternativen Durchflussregelungsverfahren.

cav 429

Produktpalette von ABB

Hannover Messe 2008