Energieeffiziente Antriebstechnik: Welche Wege führen zum Ziel?

In der elektrischen Antriebstechnik ist Energieeffizienz das Gebot der Stunde: Der drohende globale Klimawandel und die Endlichkeit der fossilen Energieträger zwingen zum Handeln. Welche technischen Maßnahmen sind dabei am wirksamsten?

In der Industrie sind Antriebe der bedeutendste Umsetzer elektrischer Energie: Sie wandeln die elektrische Energie in mechanische um, die dann für die unterschiedlichsten Produktions-, Materialtransport- und Infrastrukturprozesse bereitsteht. Hierzulande verbraucht die Industrie ungefähr die Hälfte des gesamten erzeugten Stroms, und davon entfallen wiederum zwei Drittel auf elektrische Antriebe.

Im Folgenden erläutern sieben Experten aus der Branche, mit welchen technischen Maßnahmen sich der Energieverbrauch elektrischer Antriebe im Einzelnen reduzieren lässt, wie viel die Maßnahmen jeweils bewirken können und wie schnell sich eine konsequent energieeffiziente Gestaltung der Antriebssysteme einer Maschine amortisiert.



Roman Mackert, Produkt-Manager für TCO-Lösungen bei SEW-Eurodrive:

Mechanische Systemoptimierung als Weg


»Nach einer Studie des ZVEI, vorgestellt in einer Broschüre des Verbands vom April 2006, ergibt der sinnvolle Einsatz energiesparender Technik ein Einsparpotential von jährlich 27,5 Mrd. kWh oder 2,2 Mrd. Euro. Die verstärkte Nutzung von Energiesparmotoren erschließt demnach etwa 5,5 Mrd. kWh. Ein deutlich höheres Einsparpotential, etwa 22 Mrd. kWh, ist mittels elektronischer Drehzahlregelung zu erzielen. Außer diesen Optimierungsmöglichkeiten eröffnet die mechanische Systemoptimierung ein weiteres erhebliches Einsparpotential. So lassen sich durch die Auswahl optimaler mechanischer Prozesse und Betriebspunkte bis zu 60 Prozent des gesamten Energiesparpotentials heben.

Das mit Hilfe von Energiesparmotoren erzielbare Einsparpotential ist von mehreren Faktoren abhängig, beispielsweise der Baugröße, der Anzahl an Beschleunigungs- und Abbremsvorgängen sowie der Betriebsdauer. Besonders hoch ist das Einsparpotenzial eines Energiesparmotors (IE2: High Efficiency oder IE3: Premium Efficiency) im Dauerbetrieb. So spart beispielsweise ein Energiesparmotor der Serie DRE von SEW Eurodrive (IE2) im Vergleich zu einem Standardmotor der Baureihe DRS (IE1) mit einer Leistung von 15 kW jährlich etwa 195 Euro und amortisiert sich schon nach 13 Monaten (Annahme: Betriebszeit 6000 h/Jahr, Strompreis 10 Cent/kWh).
Frequenzumrichter ermöglichen durch die stufenlose Regelung von Drehzahl und Drehmoment eine bedarfsgerechte und energieeffiziente Regelung der Prozesse. Je nach Anwendung lassen sich hierbei Energieeinsparungen von bis zu 70 Prozent erzielen.

Darüber hinaus kann durch die Aktivierung der Energiesparfunktion der »Movidrive«- und »Movitrac«-Frequenzumrichter von SEW-Eurodrive der Motor in jedem Betriebspunkt in seinem optimalen Wirkungsgrad betrieben und somit der Energieverbrauch um bis zu 30 Prozent gesenkt werden. Gerade bei Regalbediengeräten und Hubwerken spielt die direkte Nutzung der freiwerdenden generatorischen Energie eine entscheidende Rolle, um die Energiebilanz positiv zu beeinflussen. Mit Hilfe einer Rückspeiseeinheit oder mittels intelligenter Zwischenkreiskopplung der Frequenzumrichter wird die Energie quasi recycelt und der Energiebedarf um bis zu 50 Prozent reduziert.

Bei der mechanischen Systemoptimierung sollte der Fokus neben der Analyse von Einzelkomponenten vor allem auf einer ganzheitlichen Betrachtung der Anlage liegen und somit prozesstechnische Optimierungsmaßnahmen mit einschließen. Welche Einsparpotenziale bereits auf der Komponentenebene erzielbar sind, zeigt die Analyse einer Getriebeeinheit. Der Wechsel von einem Schneckenradgetriebe auf ein wirkungsgradoptimiertes Kegelradgetriebe kann je nach Getriebebaugröße und Untersetzung den Wirkungsgrad um bis zu 30 Prozent erhöhen.
Die Amortisationszeit hängt ebenso wie das mögliche Einsparpotential von der Applikation und ihren Anforderungen an die Antriebstechnik ab.

Zahlreiche Praxisbeispiele zeigen, dass sich die Investition in energieeffiziente Technik schon nach wenigen Monaten amortisieren kann und darüber hinaus, über den gesamten Lebenszyklus der Anlage gesehen, zu dauerhaft niedrigen Betriebskosten führt. Der Einsatz des mechatronischen Antriebssystems »Movigear« von SEW-Eurodrive ermöglicht in der horizontalen Fördertechnik Amortisationszeiten von etwa eineinhalb Jahren. Die vielfach erprobte und realisierte Paketlösung »Intelligente Zwischenkreiskopplung bei Regalbediengeräten« ermöglicht es sogar, den Break-Even-Point sofort zu erreichen.«

Klaus Frank, Leiter Strategie und Innovation bei Bosch Rexroth Electric Drives and Controls:

Systemische Gesamtbetrachtung unentbehrlich

»Energieeffiziente Antriebstechnik umfasst ein breites Spektrum an Techniken, Lösungen und Produkten, die intelligent kombiniert je nach Maschinentyp Einsparungen von mehr als 75 Prozent des Gesamtenergieverbrauchs ermöglichen. Rexroth hat vier entscheidende Hebel zur Verbrauchsreduzierung identifiziert:

  • Energieeffiziente Komponenten, also Produkte und Systeme mit optimiertem Wirkungsgrad
  • Energierückgewinnung, also Rückspeisung und Speicherung überschüssiger Energie
  • Bedarfsgesteuerter Energieeinsatz, Stand-by-Modi
  • Systemische Gesamtbetrachtung, gute Projektierung, Simulation und Beratung