Durch die energetische Optimierung von Pumpensystemen lassen sich Kosteneinsparungen von über 20 % erzielen. Das zeigen Energieberatungen, die im Rahmen der Kampagne „Energieeffiziente Systeme in Industrie und Gewerbe“ der Deutschen Energie-Agentur GmbH (dena) und des VDMA Fachverbands Pumpen und Systeme durchgeführt wurden. Die Kampagne ist Bestandteil der Initiative EnergieEffizienz, einer Aktionsplattform für die effiziente Stromnutzung in allen Verbrauchssektoren, die von der dena und den Unternehmen EnBW, E.ON, RWE und Vattenfall Europe getragen und durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert wird.
Annegret-Cl. Agricola und Tobias Hülsemann
In der Lebensmittelherstellung sind energieintensive Produktionsschritte weit verbreitet. Mechanische Verfahren wie Pressen, Formen, Trennen oder Zerteilen weisen einen signifikant hohen Energiebedarf auf. Ebenso verhält es sich mit den thermischen Prozessen wie dem Eindampfen, Trocknen oder Garen von Produkten. Schließlich verbrauchen auch die thermischen Verfahren zum Haltbarmachen von Lebensmitteln wie Sterilisation oder Pasteurisation jede Menge Energie. Trotz der verschiedenen Prozessabläufe weisen die genannten Verfahrenschritte eine Gemeinsamkeit auf: Ihr Betrieb erfordert in der Regel den Einsatz von Pumpensystemen unterschiedlichster Bauart.
Für den Energieverbrauch eines Pumpensystems ist der Gesamtwirkungsgrad des Systems entscheidend. Grundsätzlich gilt: Um die höchsten Stromeinspareffekte zu erzielen, ist das System im Ganzen zu optimieren. Einzelne Systemkomponenten sind deshalb nicht isoliert zu betrachten.
Eine systematische energetische Optimierung erfolgt immer Schritt für Schritt. Es ist das komplette Pumpensystem zu analysieren und der tatsächliche Förderbedarf zu bestimmen. Am Förderbedarf wird die Dimensionierung der Pumpe ausgerichtet. Hierbei ist die Feinabstimmung aller Komponenten, zu denen neben der Pumpe unter anderem auch der Antrieb und die Rohrleitungen zählen, besonders wichtig.
Im Rahmen der Kampagne „Energieeffiziente Systeme in Industrie und Gewerbe“ wurden auch zahlreiche kleine und mittlere Unternehmen aus der Lebensmittelindustrie hinsichtlich der Energieeffizienzsteigerung ihrer Pumpensysteme beraten. Die Beratungen zielten darauf ab, vorhandene Energiespar- und Kostensenkungspotenziale aufzudecken und zu erschließen.
Häufig sind in der Lebensmittelindustrie große Mengen flüssiger Medien zu fördern. So auch bei der PB Gelatins GmbH. Das Unternehmen stellt Gelatineprodukte her und verbraucht 70 % des Stroms für den Betrieb von Pumpensystemen. Die zur Herstellung der Produkte notwendigen Verfahrensschritte wie die Vorbehandlung des Ausgangsmaterials, die Extraktion der benötigten Inhaltsstoffe oder die Reinigung des Endproduktes führen zu einem beachtlichen Abwasservolumen. Die nahe gelegene kommunale Kläranlage ist durch die Produktionsabwässer des Unternehmens zu etwa 40 % ausgelastet. Die für den Transport der Abwässer eingesetzten Pumpensysteme fanden bei der energetischen Analyse besondere Beachtung.
Frequenzumrichter nachgerüstet
In einer Abwasserpumpstation sind drei parallel geschaltete, ungeregelte 15-kW-Pumpen im Einsatz. Sie fördern das in einem Pufferbehälter gesammelte Abwasser in die 1 km entfernte Kläranlage. Je nach Füllstand des Pufferbehälters laufen bis zu zwei Pumpen gleichzeitig. Die dritte Pumpe ist redundant installiert. Mithilfe von speziellen Messungen konnten volumenspezifische Stromverbrauchswerte ermittelt werden. Auf Basis dieser Daten und unter Berücksichtigung von rohrleitungsbedingten Mindestströmungsgeschwindigkeiten und Kennlinien wurden Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz erarbeitet. So ließ sich durch Nachrüsten von Frequenz-umrichtern der Förderstrom reduzieren und die Pumpentaktung optimieren. Die Reduzierung des Stromverbrauchs um 4100 kWh pro Jahr ist die Folge. Ergänzend wurde auch der Austausch der 30 Jahre alten Pumpen durch moderne hoch effiziente Strömungspumpen empfohlen. Diese Pumpen weisen im Vergleich zu den vorhandenen eine Wirkungsgradsteigerung von bis zu 20 % auf. Unter Beachtung der gleichen Randbedingungen können so Einsparungen von 8820 kWh pro Jahr realisiert werden. Insgesamt kann PB Gelatins durch die Energieeffizienzsteigerung die von den Pumpensystemen verursachten Stromkosten um 20 % senken. Einen Frequenzumrichter hat das Unternehmen bereits installiert und konnte mit dieser Maßnahme eine Kapitalrendite von 63 % erwirtschaften.
Stand-by-Modus abgeschaltet
Der positive Effekt von Steuerungs- und Regelungstechniken auf die Energiekosten zeigte sich auch am Beispiel eines Produzenten von Schokolade. Im Rahmen der in einem Werk durchgeführten Beratung wurde die Kaltwasseranlage untersucht. Eine 15-kW-Pumpe fördert dort in Abhängigkeit vom Solldruck Kaltwasser für den Produktionsprozess. Ein Frequenzumrichter erlaubt bereits den Betrieb bei verschiedenen Drehzahlen und ermöglicht so eine optimale Fahrweise der Kaltwasseranlage. Sie ist 8640 h im Jahr in Betrieb. Um ein Hochfahren der Produktion auch kurzfristig zu ermöglichen, läuft die Pumpe an den Wochenenden im Stand-by-Modus. Die im Rahmen der Beratung durchgeführte Analyse ergab, dass dies nicht notwendig ist, denn für das Hochfahren der Pumpe braucht man lediglich eine Vorlaufzeit von einer Stunde. Dies erlaubt die Einführung eines zusätzlichen Regelkreises, der die Temperatur in bestimmten Produktionssystemen erfasst. Abhängig von diesen Temperaturen wird die Pumpe dann bedarfsgerecht zugeschaltet. Die Implementierung des zusätzlichen Regelungskreises kann durch die Einbindung der Steuersignale in den Frequenzumrichter vergleichsweise einfach erfolgen.
Diese Maßnahme führt zu einer Energieeinsparung in Höhe von 30 600 kWh pro Jahr. Eine Investition von zirka 4000 Euro amortisiert sich dank der erzielbaren jährlichen Kosteneinsparung von 3500 Euro unter der Berücksichtigung der Bereiche Wartung und Instandhaltung in weniger als zwei Jahren bei einer Kapitalrendite von 61 %. Die Kosteneinsparung bei den Pumpensystemen beläuft sich für das Unternehmen auf insgesamt 33 %.
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Deutsche Energie-Agentur
VDMA Fachverband Pumpen und Systeme
Informationen zum Nulltarif
Die bundesweite Kampagne „Energieeffiziente Systeme in Industrie und Gewerbe“ wurde unter dem Dach der Initiative EnergieEffizienz von der Deutschen Energie-Agentur GmbH (dena) in enger Zusammenarbeit mit dem Fachverband Pumpen und Systeme des VDMA und den Industriepartnern AGO AG Energie + Anlagen, Danfoss GmbH, Grundfos GmbH, KSB AG, Sulzer Pumpen (Deutschland) GmbH, Wilo AG und Deutsches Kupferinstitut e.V. durchgeführt und durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie gefördert. Im Rahmen der Kampagne wurde ein umfangreiches Informationsangebot zur Steigerung der Energieeffizienz von Pumpensystemen erarbeitet, das Unternehmen kostenlos zur Verfügung steht. Es beinhaltet Internettools, wie zum Beispiel einen Lebenszykluskosten-Rechner für Pumpensysteme, Informationsblätter mit Experten-Know-how zu allen Bereichen eines Pumpensystems, Hinweise zu Fördermöglichkeiten, Datenblätter mit Best-Practise-Beispielen und weitere Praxishilfen. Weitere Informationen finden Sie unter: www.system-energieeffizienz.de.
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