Kosten sparen durch Energieeffizienz: Energieeffiziente Antriebstechnik

Welches das beste – effizienteste und ökonomischste – Betriebsmittel ist, hängt nur von der jeweiligen Anwendung und der Betriebsweise ab. Der Anwender kennt seine Applikation am besten und weiß, wo im Betrieb welche Anlage oder Maschine wie genutzt wird. Er kann die Betriebskennzahlen auswerten, die Auslastung festlegen sowie globale wirtschaftliche Einflüsse einschätzen. Genau dort liegt der Ansatz zur Energieeffizienz. Nicht zu verachten: Energieeffiziente Antriebslösungen wirken sich erheblich auf die Rendite von Anlagen-Betreibern aus. Hierzu muss bei jedem Einsatz eines elektrischen Betriebsmittels auch seine energetische und ökonomische Effizienz betrachtet werden – von der Reparatur einer installierten Maschine, die kurzfristig realisiert werden muss, bis zur Neuanschaffung von Anlagen. In der Planung von neuen Anlagen und Investitionen sollten deshalb nicht nur der Anschaffungspreis und die produktiven Faktoren beachtet werden, sondern bei der Auswahl der Lieferanten auch die energetische Umsetzung, d.h. den Gesamtwirkungsgrad der Anlage. Bedeutung energieeffizienter Anlagen für verarbeitende Firmen Anhand folgender praktischer Beispiele wird sichtbar, dass stets die Anwendung im Vordergrund für die Auswahl der Komponenten steht: Bei Anlagen, die nur kurzzeitig in Betrieb sind (Bohrmaschinen, Drehbänke, Förderbänder, usw.), machen Drehstrom-Maschinen mit Kupferläufer o.Ä. aufgrund ihrer technischen Spezifikation wenig Sinn. Denn hier steht ein höheres Trägheitsmoment (=mehr Energieaufwand zum Beschleunigen des schwereren Läufers) und ein kleineres Anzugsmoment (=weniger Kraft zum Beschleunigen der Anlage) einer jeweils nur kurzen Betriebsdauer gegenüber. Bei Anlagen mit einer langen Betriebsdauer (Pumpen, Belüftungsanlagen, Förderanlagen im Schichtbetrieb usw.) werden andere Einflüsse bemerkbar. Bei der Betrachtung der gesamten Kosten, die für den Kauf und den Betrieb von Elektromotoren entstanden sind, fallen nach zehn Jahren die Energiekosten mit über 90% auf. Der Kaufpreis wie auch die Wartungskosten sind dann dagegen gering. Drehzahlgesteuerter Motor sorgt für effiziente Belüftungsanlage Die Bedeutung der Energiekosten zeigt das folgende Praxisbeispiel: Bei dem Bau einer neuen Produktionshalle sollte auch die energetische Betrachtung einbezogen werden. Ursprünglich wurde für die Werkshalle eine Belüftungsanlage mit Drallklappen vorgesehen. Bei diesem Belüftungsprinzip wird ein konstanter Luftstrom über Klappen gesteuert und so die Luftmenge reguliert. Das hat den Effekt, dass der Lüftermotor immer konstant und mit voller Last läuft, während an anderer Stelle die Luftmenge über Drallklappen eingestellt wird. Hier ist der energetisch bessere Ansatz, die Luftmenge über den Verursacher einzustellen, in diesem Fall direkt über die Drehzahl des Motors. Zu den Kennzahlen: Es ist ein 315kW-Lüftermotor, der im Schnitt ca. 4.000 Betriebsstunden pro Jahr läuft. Die durchschnittlich geforderte Luftmenge liegt bei 40% der maximalen Luftmenge. Zu den finanziellen Fakten: Die Kosten der Antriebselektronik inklusive Inbetriebnahme lagen im unteren fünfstelligen Bereich. Die eingesparten Energiekosten liegen dagegen im sechsstelligen Bereich. Hieraus wird klar deutlich, dass die Anwendung die richtige Auslegung des Systems bedingt. Es können je nach Anwendungsfall bis zu 75% der Energiekosten gespart werden. Das heißt jedoch nicht, dass dieses in jedem Anwendungsfall möglich ist. Es muss immer der Prozess gezielt betrachtet werden. Ab Juni 2011 neue Richtlinien für Energieeffiziente Antriebstechnik Ab 16. Juni 2011 wird hier der Gesetzgeber in der Europäischen Union im Rahmen der Ökodesignrichtlinie eingreifen. Von diesem Datum an dürfen Motorenhersteller nur noch Motoren gemäß der Effizienzklasse IE2 in Verkehr bringen (vgl. Kasten). Dieser Schritt war schon lange überfällig, wenn man bedenkt, dass die deutsche Industrie mehr als 25% ihres Energieverbrauchs in mechanische Energie umwandelt. Für Anlagenbetreiber ändert sich dadurch im ersten Schritt erst einmal nichts. Denn bei Qualitätsmotoren bleiben die Baulängen und Baugrößen im Bezug auf die Normleistungswerte identisch. Langfristig werden sie jedoch den positiven Effekt von energieeffizienten Antrieben in Ihrer Energiekostenabrechnung deutlich spüren. Veränderte Rahmenbedingungen durch neue Wirkungsgradklassen Des Weiteren werden durch die neue Norm IEC60034-30 die Rahmenbedingungen für energieeffizienten Motoren geändert. Sie definiert und harmonisiert weltweit die Wirkungsgradklassen IE1, IE2 und IE3 für Niederspannungs-Drehstrommotoren. Die neuen Bezeichnungen lauten nun: – IE1 = Standard Efficiency (entspricht ca. Eff2) – IE2 = High Efficiency (entspricht ca. Eff1) – IE3 = Premium Efficiency (entspricht NEMA Premium in USA) – IE4 = Super-Premium Efficiency (noch ohne Werte) Mit der neuen Norm IEC60034-2-1 wurden ebenfalls neue Verfahren zur Messung des Wirkungsgrades von Niederspannungs-Drehstrommotoren eingeführt. Diese Norm führt zu einer erhöhten Genauigkeit unter definierten Laborbedingungen. Die Zusatzverluste werden nun gemessen und nicht mehr pauschal mit 0,5% addiert. Sie löst die bisherige Norm EN60034-2:1996 ab. Je besser die Wirkungsgradklasse ist, umso aufwändiger wird auch die Produktion der Motoren. Die Produktionskosten für Motoren erhöhen sich entsprechend. Bezogen auf die Motorlebensdauer betragen die Anschaffungskosten jedoch nur wenige Prozentpunkte und amortisieren sich in kurzer Zeit über die eingesparten Energiekosten. Wirkungsgrad der Elektromotoren besser gekennzeichnet In Zukunft muss der Wirkungsgrad der Elektromotoren auf dem Typenschild des Herstellers vermerkt sein. Der Wirkungsgrad wird also eine exakte Kenngröße der technischen Daten eines jeden Motors. Dieser Wert wird auch in Zukunft in regelmäßigen Abständen von einer unabhängigen Kommission überprüft. Der Anwender hat dadurch direkt die Möglichkeit, bei der Anschaffung die effizientesten Antriebe auszuwählen und sich so einen Vorsprung vor den Mitbewerbern am Markt zu verschaffen. Nächster logischer Schritt: Einsatz von IE3-Motoren Küenle Antriebssysteme hat die nötigen Entwicklungen, um für die Produktreihen die IE3-Richtlinien zu übertreffen, abgeschlossen. Größere Stückzahlen sind jedoch von Anwenderseite noch nicht gefordert, da hier noch große Unsicherheiten im Bezug auf die neuen normativen Rahmenbedingungen herrschen. Aber für die exportierenden Anlagenhersteller gibt es hier großen Handlungsbedarf, denn ab Dezember 2010 dürfen in den USA nur noch IE3-Motoren in Betrieb genommen werden. Kasten: Gesetzliche Vorgaben der Mindestwirkungsgrade In Europa befindet sich die seit einigen Jahren diskutierte Ökodesign-Richtlinie in der Umsetzungsphase. Damit wird es in Europa erstmals verbindliche Regelungen für Motoren und den Einsatz von Frequenzumrichtern geben. Am 22. Juli 2005 wurde die Richtlinie 2005/32/EG im Amtblatt der Europäischen Union veröffentlicht. Mit Wirkung vom 3. November 2009 wurde sie durch die Neufassung 2009/125/EG ersetzt. Mit dieser Neufassung gelten die Vorschriften nun nicht nur für \’ernergiebetriebenen Produkten\‘ (Energy-using-Products: EuP), sondern für \’energieverbrauchsrelevante Produkte\‘ (Energy-related-Products: ErP) allgemein. Sie schreibt folgendes vor: – Ab 16. Juni 2011 dürfen Motoren mit einer Leistung von 0,75 bis 375kW nur noch in Verkehr gebracht werden, wenn sie mindestens dem international genormten Wirkungsgrad IE2 entsprechen. – Ab 1. Januar 2015 müssen Motoren mit einer Leistung von 7,5 bis 375 kW, die in den Verkehr gebracht werden, mindestens dem Wirkungsgrad IE3 – oder IE2 mit elektronischer Drehzahlregelung – entsprechen. – Ab 1. Januar 2017 dürfen Motoren mit einer Leistung von 0,75 bis 375 kW nur noch in den Verkehr gebracht werden, wenn sie mindestens dem Wirkungsgrad IE3 – oder IE2 mit Frequenzumrichter – entsprechen.