Neben der Forderung nach niedrigeren CO2-Emissionen erhöhen gestiegene Strompreise den Druck auf die Unternehmen, den Energieverbrauch zu reduzieren. Möglich wird dies durch eine effizientere Nutzung von Energie. Rund 47 Prozent des gesamten Stromverbrauchs entfallen auf die Industrie, gut 70 Prozent davon werden von elektrischen Antrieben verbraucht. Die höheren Anschaffungskosten eines hocheffizienten Motors und Frequenzumrichters betragen nur wenige Prozent verglichen mit den Energiekosten für den Betrieb der Einrichtung über die gesamte Lebensdauer. Die Anschaffung eines modernen Antriebssystems amortisiert sich durch die erzielten Energieeinsparungen üblicherweise innerhalb von ein bis drei Jahren. In manchen Fällen rentieren sich Frequenzumrichter bereits innerhalb weniger Monate.
Drehzahlgeregelte Antriebe optimieren mit einer geeigneten Motorregelung die Produktionsprozesse. Wer in diese Technologie investieren will, muss einige Faktoren berücksichtigen und kann dann von vielen Vorteilen profitieren. Am Ende aber wird die Entscheidung auf die Frage hinauslaufen: Wie viel Energie wird durch ihren Einsatz eingespart? Um eine fundierte Entscheidung über die kürzeste Amortisation und beste Wirtschaftlichkeit zu treffen, müssen neben den kurzfristigen Kosten auch die langfristigen Gesamtbetriebskosten betrachtet werden. Wie jedoch lässt sich feststellen, welchen Wertbeitrag Antriebe durch die Energieeinsparung liefern können? ABB bietet hierzu verschiedene Tools.
Wirkungsgrade und Verluste vergleichen
Nicht nur Unternehmen, auch der Gesetzgeber hat das Ziel, den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen zu senken. Daher legt die Verordnung (EU) 2019/1781 der EU-Kommission verbindliche Mindestwerte für die Energieeffizienz von 2-, 4-, 6- und 8-poligen Drehstrom-Asynchronmotoren und Frequenzumrichter fest. Die sogenannte Ökodesign-Verordnung ist seit dem 1. Juli 2021 in Kraft und wurde in zwei Stufen umgesetzt. Zur Berechnung der Energieeffizienz nach IEC61800-9-2 (für Frequenzumrichter und Systemeffizienz) und der Ökodesign-Verordnung (EU) 2019/1781 (für Motoren) bietet ABB das EcoDesign-Tool an. Damit lassen sich für Frequenzumrichter, Motoren und Motor-Frequenzumrichter-Kombinationen der Wirkungsgrad und die Verlustleistung an verschiedenen Betriebspunkten ausrechnen. Wer die Produktinformation für die Dateneingabe nicht bei der Hand hat, kann mithilfe des digitalen Services ABB Access den QR-Code der Geräte abscannen und so zu den EcoDesign-Daten gelangen. Das EcoDesign-Tool eignet sich besonders gut zum Vergleich von Antriebskomponenten.
Betriebskosten von Motoren bestimmen
Ein hilfreiches Online-Tool zur Berechnung der Energieeinsparung von Motoren im direkten Netzbetrieb (DOL) ist der Optimizer. Er kann zum Vergleich zweier Motoren verwendet werden, etwa wenn es um einen Austausch geht. Die Motoren können hinsichtlich Betriebskosten, Amortisationszeiten, Einsparungen über den gesamten Lebenszyklus und Reduzierung der Treibhausgasemissionen verglichen werden. Das benutzerfreundliche Tool schlägt außerdem automatisch einen Motor mit höherem Wirkungsgrad vor, falls ein solcher verfügbar ist, und zeigt die zusätzlichen Einsparungen auf, die durch eine Aufrüstung erzielt werden können. Zulassungen, Zeichnungen, Datenblätter und andere Dokumente können für die ausgewählten Motoren schnell und einfach abgerufen werden.
Energieeinsparpotenzial mit Frequenzumrichtern
Je effizienter Motoren sind, desto weniger Energie verbrauchen sie und tragen zur Senkung der Energiekosten bei. Immer mehr Unternehmen nutzen daher das Einsparpotenzial hocheffizienter Motoren. Weitaus mehr Energie lässt sich aber mithilfe einer Drehzahlregelung mit Frequenzumrichter einsparen.
Jeder zweite Motor in der Industrie treibt eine Pumpe, einen Kompressor oder einen Lüfter an. Weltweit sind heute jedoch nur circa 23 Prozent der Industriemotoren mit einem Frequenzumrichter ausgestattet. Bei einem Großteil wird der Volumenstrom noch mechanisch geregelt und die Motoren laufen bei voller Drehzahl. Wird diese Lösung durch eine Drehzahlregelung mit Frequenzumrichtern ersetzt, lässt sich sehr viel Energie einsparen, da der Motor nicht mehr mit voller Drehzahl gegen ein geschlossenes oder teilweise geschlossenes Ventil arbeiten muss. Frequenzumrichter regeln die Drehzahl von Pumpen- und Lüftermotoren und können in vielen Anwendungen den Energieverbrauch um 30 bis 50 Prozent und in Extremfällen sogar um 90 Prozent senken.
Einsparungen berechnen
Mit dem Tool EnergySave bietet ABB einen Energiesparrechner für Pumpen-, Lüfter- und Kompressorenanwendungen, mit dem sich die möglichen Einsparungen beim Energieverbrauch und den Energiekosten durch den Einsatz von Motor-Frequenzumrichter-Kombinationen berechnen lassen. EnergySave vergleicht die Frequenzumrichterregelung mit herkömmlichen Durchflussregelungsverfahren, wie zum Beispiel einem Drosselventil oder einer hydraulischen Regelung bei Pumpenanwendungen oder der Ausgangsklappe, Eintrittslamellen oder Rutschkupplung bei Lüfteranwendungen.
EnergySave besitzt die beiden Betriebsarten „Standard“ und „Erweitert“. Im Modus „Standard“ lässt sich das Einsparpotenzial schnell erkennen und es sind keine umfangreichen technischen Angaben notwendig. Im Modus „Erweitert“ kann der Anwender für eine präzisere Berechnung die einzelnen Belastungspunkte selbst definieren, wenn die Pumpen- oder Lüfterdaten bekannt sind.
Durch die Energieeinsparung amortisiert sich die Investition in einen drehzahlvariablen Antrieb oft schon nach kurzer Zeit. Wie sehr sich eine Umrüstung auf eine Frequenzumrichterregelung und hocheffiziente IE4- und IE5-Motoren rechnen kann, zeigt ihr Einsatz in der Karton- und Zellstofffabrik von Metsä Board im schwedischen Husum, an der Papiermaschine des schweizerischen Verpackungsherstellers Model Group und im Zentralklärwerk Mussum der Stadt Bocholt. Bei diesen Beispielen können hohe Energieeinsparungen erzielt werden. So kann beispielsweise Model Group den Energieverbrauch seiner Papiermaschine mithilfe von Frequenzumrichtern und IE4-Elektromotoren jährlich um 900.000 Kilowattstunden senken. Das entspricht dem Verbrauch von 200 Einfamilienhäusern.
