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Energieeffiziente Antriebstechnik: Welche Wege führen zum Ziel?

18. September 2009, 9:00 Uhr | Andreas Knoll, Markt&Technik

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Energieeffiziente Antriebstechnik: Welche Wege führen zum Ziel?

Darüber hinaus kann es sich lohnen, den Wirkungsgrad einzelner Komponenten zu erhöhen. Um Einheiten zu konstruieren, die auch die neue IEC-Effizienzklasse IE3 erfüllen, setzt Nord daher im Rotorkurzschlusskäfig statt Aluminium bevorzugt Kupfer ein. Dank seines geringeren ohmschen Widerstands sind mit Kupfer bei gleicher Baugröße sparsamere Motoren realisierbar. Eine noch deutlichere Steigerung der Leistungsdichte bei gleichzeitig sehr hoher Effizienz lässt sich mit einem optimierten Synchronmotor mit hochwertigen Permanentmagneten auf der Läuferseite erreichen. Nord stellt auch solche Systeme sowie die dafür erforderlichen besonderen Regelungsverfahren bereit.

Die Amortisationszeit derartiger Maßnahmen lassen sich natürlich nur dann genau bestimmen, wenn alle Größen bekannt sind – in der Regel machen sich die Einsparungen aber schnell bemerkbar. Die höheren Einkaufspreise für energieeffiziente Antriebslösungen im Vergleich zu herkömmlichen Systemen amortisieren sich meist innerhalb weniger Monate, weil der Energieverbrauch im Lebenszyklus fast aller Elektromotoren rund 98 Prozent der Gesamtbetriebskosten ausmacht.«

Dr. Edwin Kiel, Leiter Innovation von Lenze
Antriebskomponenten bedarfsgerecht dimensionieren

»Die Maßnahmen zur Erhöhung der Energieeffizienz elektrischer Antriebe lassen sich in drei Gruppen zusammenfassen:

Intelligenter Einsatz der Energie. Hierzu gehört einerseits die bedarfsgerechte Dimensionierung, die genaue Kenntnis und umfassendes Verständnis der Anwendung voraussetzt. Andererseits ist damit der Einsatz einer geregelten Antriebstechnik gemeint, also eines Umrichters, der sicherstellt, dass immer genau die nötige Energie zur Verfügung steht - und nicht mehr. Mit diesen Maßnahmen zusammen sind 75 Prozent des gesamten Einsparpotenzials realisierbar.
Einsatz von Komponenten mit hohem Wirkungsgrad. Hierzu zählen Drehstrommotoren mit einer höheren Effizienzklasse (z.B. IE2 statt IE1), Synchron- statt Asynchronmotoren und Kegel- statt Schneckengetriebe. Damit lassen sich weitere 15 Prozent des gesamten Einsparpotenzials realisieren.
Rückspeisen von Bremsenergie, wenn sie in nennenswertem Maße anfällt. Beispiele hierfür sind das häufige Beschleunigen und Bremsen großer Massen (z.B. Regalbediengeräte), Aufzüge und Hubantriebe (hier wird beim Senken Energie zurückgespeist) und Antriebe, die generatorisch arbeiten (z.B. Abwickler, Belastungsantriebe in Prüfständen, Bremsantriebe). Möglich sind der Energieaustausch mit einem motorisch arbeitenden Antrieb (z.B. über den DC-Zwischenkreis), die Rückspeisung ins Netz und manchmal auch die Zwischenspeicherung der rückgespeisten Energie (z.B. bei schnellen und großen Querschneidern). Das Einsparpotenzial durch Rückspeisen liegt bei 10 Prozent.

Die genannten Maßnahmen amortisieren sich oft in wenigen Monaten bis wenigen Jahren, wobei es sehr auf den Einzelfall ankommt. Vor allem bei stark schwankendem Energieeinsatz (z.B. Pumpen) ist die Amortisationszeit sehr kurz.«

Karlheinz Wirsching, Product Manager Systems bei Baumüller:

Zwischenkreisverbund der Frequenzumrichter erhöht Energieeffizienz

»Um den Energieverbrauch elektrischer Antriebe zu verringern, gibt es eine Vielzahl technischer Möglichkeiten, angefangen mit der richtigen Auslegung der Antriebssysteme. Überdimensionierungen sind weitestgehend zu vermeiden, weil sie den späteren Energiebedarf erhöhen. Hierzu kann der Anwender Dimensionierungs-Software nutzen, etwa das Programm »sizemaXX« von Baumüller, das kostenlos auf der Unternehmens-Homepage zum Download bereitsteht.

Eine weitere Möglichkeit ist der Weg vom Netzbetrieb hin zum geregelten Betrieb von Motoren. Aber auch der Umstieg von Normmotoren zu wesentlich energieeffizienteren Servomotoren ist denkbar. So erreichen beispielsweise die permanent-erregten Drehstrommotoren von Baumüller einen Wirkungsgrad von bis zu 96 Prozent. Darüber hinaus lässt sich die Energieeffizienz durch die Nutzung der Direktantriebstechnik (und damit durch die Vermeidung von Getrieben) steigern.