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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 3

Energieeffiziente Antriebstechnik: Welche Wege führen zum Ziel?

Besonders bei dynamischen Prozessen hat der Zwischenkreisverbund zwischen den einzelnen Umrichtern einen großen Einfluss auf die Energieeffizienz, denn die Bremsenergie des einen Umrichters ist als Beschleunigungsenergie des anderen nutzbar, so dass keine Bremsenergie über den Bremswiderstand verschwendet wird. Die Folge ist eine deutliche Senkung des Energiebedarfs aus dem Netz.

Die Frage, wie viel die einzelnen Maßnahmen bewirken, ist nicht pauschal zu beantworten - im Wesentlichen hängt dies von der Art der Maschine ab. In hochdynamischen Prozessen wie etwa in der Verpackungsindustrie hat ein Zwischenkreisverbund einen wesentlich größeren Einfluss auf die Energieeffizienz als beispielsweise in der Kunststoffindustrie bei Extrudern. Hier steigert die Nutzung der Direktantriebstechnik die Energieeffizienz deutlich, weil die Verluste durch den Wegfall des Getriebes eliminiert werden. Es lässt sich also festhalten, dass für den Erfolg der Energieverbrauchsminimierung die gesamte Topologie einer Maschine zu betrachten ist.

Die Amortisationszeit des Mehraufwands, der durch konsequent energieeffiziente Gestaltung von Maschinen entsteht, ist kürzer als gemeinhin angenommen. Baumüller hat dies an verschiedenen Rechenbeispielen dargelegt, und die Praxis hat es bestätigt. Die Amortisationszeit liegt fast immer in der Größenordnung eines Jahres, in manchen Fällen ist sie sogar deutlich kürzer – abhängig von den Betriebsstunden der Maschine. Gerade bei der Energierückspeisung ins Netz trifft dies besonders stark zu. Die in Zukunft steigenden Energiepreise werden die Verkürzung der Amortisationszeiten noch beschleunigen.

Nur als Beispiel: Bei einem Motor mit 15 kW Leistung und angenommenen 6000 Betriebsstunden pro Jahr beläuft sich der Anteil der Investitionskosten an den Lebenszykluskosten auf 1,1 Prozent, wohingegen die Energiekosten 98,7 Prozent betragen. Das bedeutet, dass die Mehrkosten eines effizienteren Systems verschwindend gering sind, selbst im Vergleich zu einer Energieeinsparung von nur drei bis vier Prozent. In vielen Fällen sind jedoch wesentlich höhere Energieeinsparungen möglich.«

Friedrich Müller, Leiter Management Center Technik bei Stöber Antriebstechnik:

Synchron- statt Asynchronmotoren nutzen

»Um die Energieeffizienz elektrischer Antriebe zu erhöhen, bieten sich die folgenden fünf Maßnahmen an:

Asynchronmotoren lassen sich am Frequenzumrichter unter Nutzung hoher Frequenzen betreiben, was die Energieeffizienz um etwa 4 bis 5 Prozent erhöht.
Die Verwendung von Asynchronmotoren in High- oder Premium-Efficiency-Ausführung (IE2 oder IE3) steigert die Energieeffizienz je nach Ausführungsgrad um 2 bis 10 Prozent.
Der Einsatz von Synchron- statt Asynchronmotoren vergrößert die Energieeffizienz um etwa 10 bis 15 Prozent.
Die Nutzung von Kegelradgetrieben statt eingängigen Schneckengetrieben erhöht die Energieeffizienz um bis zu 20 Prozent.
Durch bedarfsgerechte Dimensionierung der Systemkomponenten lässt sich eine Effizienzsteigerung um bis zu 20 Prozent erreichen.
Die genannten Maßnahmen amortisieren sich oft schon nach zwei bis drei Jahren.«

Michael Burghardt, Produktmanager VLT Aqua Drive und VLT HVAC Drive bei Danfoss VLT Antriebstechnik:

Anwendungsspezifische Effizienzkonzepte erforderlich

»Für die Senkung des Stromverbrauchs elektrischer Antriebe gibt es nicht das eine Patentrezept, das in jedem Fall die Energieeffizienz steigert und den Verbrauch optimiert. In der Praxis muss der Anwender für jede Applikation ein entsprechend angepasstes Konzept erstellen. Denn nur so kann er das Maximum an Einsparungen realisieren.

Für bestimmte Anwendungsfälle gibt es allerdings typische Vorgehensweisen, die die Anwendung einzelner Maßnahmen oder eine Kombination daraus nahelegen. So bieten sich Pumpen und Lüfter mit quadratischen Kennlinien geradezu an, durch elektronische Drehzahlregelung energetisch optimal zu arbeiten. Denn durch eine Reduzierung der Drehzahl nimmt die benötigte Energie kubisch ab. Zudem sorgt die Drehzahlregelung im Vergleich zu einer Regelung mittels Drosselklappen dafür, dass die Pumpe im (nahezu) optimalen Betriebspunkt läuft. Allerdings lohnt sich eine Drehzahlregelung nur dann, wenn der Antrieb auch häufig im Teillastbetrieb arbeiten muss, was bei Pumpen und Lüftern wegen der Auslegung auf den »worst case« meist gegeben ist.