Wie können Industrieunternehmen den Stromverbrauch ohne revolutionäre Umwandlungen minimieren?

Heutzutage, wenn die Optimierung des Stromverbrauchs von besonderer Bedeutung ist, ist es für die Unternehmen sinnvoll, alle Möglichkeiten zu kennen, die ihnen für eine intelligente Nutzung der Energieressourcen zur Verfügung stehen. Einer der möglichen Wege besteht darin, die in einem Unternehmen verwendeten Elektromotoren umzubauen oder aufzurüsten. Diese Möglichkeit ist besonders attraktiv, weil sie keine wesentlichen Veränderungen in den Unternehmensprozessen erfordert.

Elektromotoren sind in der Industrie weitgehend eingesetzt: Überall dort, wo Anlagen etwas heben, drehen, transportieren oder sich anderweitig bewegen. Motoren werden auch in Lüftungsanlagen (Lüfter, Klimaanlagen), Wasser- und Heizungsanlagen (Pumpen) und z. B. in Aufzügen eingesetzt.

„Ein Motor wandelt elektrische Energie in mechanische Energie, und zwar eine Bewegung, um. Je sparsamer der Motor ist, desto weniger Strom verbraucht er, um diese Bewegung zu erzeugen. Und weniger Stromverbrauch bedeutet auch eine effizientere Produktion und niedrigere Produktionskosten. Daher ist die Modernisierung von Elektromotoren oder die effizientere Steuerung dieser Motoren ein Stromsparpotenzial für Unternehmen“, so behauptet Herr Eimantas Daunoras, der Leiter der Abteilung für Getriebe und Automatisierung von UAB PakMarkas.

Den Motor aufrüsten oder einen Frequenzumrichter verwenden?

Da die Motoren eine der Komponenten des Systems sind, gibt es mehrere Möglichkeiten, den Stromverbrauch einer Anlage zu optimieren. Am effizientesten ist es natürlich, das gesamte System aufzurüsten, wodurch die Kosten um bis zu 60 % gesenkt werden können. Erhebliche Einsparungen lassen sich jedoch auch durch den Austausch des Motors allein festlegen, und noch größere Einsparungen können durch den Einbau (oder die Aufrüstung) eines Frequenzumrichters erzielt werden, der die Motorsteuerung optimiert. Das ist nicht schwer zu bewerkstelligen.

PakMarkas, das Unternehmen für Verpackungs-, Robotik- und Engineering-Lösungen, rechnet vor, dass sich die Investitionen nach dem Austausch eines Standardmotors (IE1) gegen einen Motor mit einer Super-Premium-Effizienz (Klasse IE4) innerhalb eines Jahres amortisieren würden. Die Investition für ein Gerät mit einer Leistung von 7,5 kW würde sich auf etwa 1.000 EUR belaufen. Über einen Zeitraum von zehn Jahren würde diese Aufrüstung durchschnittlich 9.320 EUR (6,3 %) einsparen.

Durch Einsatz von Frequenzumrichtern können wesentliche Einsparungen von bis zu 30 % erzielt werden. Frequenzumrichter erhöhen die Effizienz von Elektromotoren, weil sie eine lastabhängige Leistungsregelung eines Motors ermöglichen und die Bremsenergie nutzen, die ohne Umrichter in Form von Wärme verdampft. Frequenzumrichter ermöglichen auch ein sanftes Starten und Stoppen des Motors (dadurch wird nicht nur der Energieverbrauch gesenkt, sondern auch die Betriebsdauer des Motors und des Systems verlängert) und eine Fernsteuerung, man kann die Betriebsdauer und den Stromverbrauch des Motors zu überwachen.

„An den Frequenzumrichter können Sensoren angeschlossen werden, die Prozessparameter messen, und der Motor kann entsprechend gesteuert werden. Wenn der Motor ohne Umrichter an das Netz angeschlossen ist, läuft er immer in der gleichen Betriebsart. Eine im Wasserversorgungssystem befindliche Pumpe mit einer Leistung von 100 kW, die Wasser in das System pumpt, läuft beispielsweise ohne Umrichter mit maximaler Leistung. Und mit einem Frequenzumrichter und einem Sensor, der den Wasserverbrauch und den Druck im System misst, läuft die Pumpe jedoch nur zu Spitzenlastzeiten mit voller Leistung, wenn alle Menschen Wasser benötigen. Wenn der Verbrauch sinkt, beginnt der Motor seine Leistung zu reduzieren und kann sich nachts sogar komplett abschalten“, erklärt Herr E. Daunoras.

Beispiel: Der Austausch einer Pumpe mit einem alten Motor mit einer Standard-Effizienz IE1 und einem Sanftstarter gegen einen neuen Motor mit einer Leistung von 7,5 kW mit einem Frequenzumrichter G120 würde 2.150 EUR kosten. Die Investition würde sich innerhalb von vier Monaten amortisieren und über einen längeren Zeitraum (von zehn Jahren) zu Einsparungen in Höhe von 68.170 EUR oder 49 % der Energiekosten führen.

Tatsächlich beruhen die Berechnungen auf der Annahme, dass die Motoren 24 Stunden am Tag unter Volllast laufen, was bei einer Anlage in der Praxis nicht der Fall ist. Die tatsächlichen Einsparungen dürften daher etwas geringer ausfallen: Bei der Modernisierung von Pumpen sind reale Einsparungen von 25 bis zu 35 % möglich.

Womit sollte man anfangen?

Laut Herrn Arūnas Olšauskas, einem Vertreter des Motorenherstellers Siemens in Litauen, besteht für die Industrieunternehmen, die eine große Anzahl von Elektromotoren verfügen, der einfachste Weg zur Senkung des Stromverbrauchs darin, ihre alten Motoren durch neue Motoren der Effizienzklasse IE4 zu ersetzen. Wenn es Bereiche im Unternehmen gibt, in denen die Motoren ständig mit voller Leistung laufen, empfiehlt er, die Motordrehzahlsteuerung mit Frequenzumrichtern zu optimieren.

„Selbstverständlich ist jeder Fall individuell, aber wenn es um die Aufrüstung von Motoren geht, würde ich auf jeden Fall empfehlen, die bereits reparierten (neu gewickelten) Motoren, Motoren der Klasse IE1 oder diejenigen Motoren, die überhaupt keine Effizienzkennzeichnung auf den Motorschildern haben, auszutauschen“, so rät Herr A. Olšauskas.

Die Richtlinie für Elektromotoren, die ab dem Juli 2023 in der Europäischen Union in Kraft tritt, wird die Motorenhersteller zur Lieferung von Motoren einer hoher Effizienzklasse verpflichten, und die Hersteller, die Motoren in die von ihnen gefertigten Anlagen einbauen, werden ebenfalls verpflichtet, effizientere Motoren einzusetzen.

PakMarkas verfügt über eine sehr breite Palette von Motoren (Drehstrom-Asynchronmotoren, Motoren mit einem niedrigen Schwerpunkt, Trommelmotoren usw.) und Frequenzumrichtern, die von weltbekannten Herstellern geliefert werden. Sie sind in unterschiedlichen Spezifikationen erhältlich, abhängig von der Art des Betriebs der Maschine und dem Tätigkeitsbereich des Kunden, und zur Bequemlichkeit der Kunden hat das Unternehmen auch eine Reihe von Getrieben verschiedener Größen und Übersetzungsgrade auf dem Lager, die schnell an dem ausgewählten Motor angebaut werden können.

„Manche Unternehmen kaufen einen effizienteren Motor erst dann, wenn der alte ausfällt. Aber es gibt auch solche Unternehmen, die alle Motoren auf einmal austauschen. Man muss einschätzen, denn wenn der Motor in eine niedrigere Effizienzklasse fällt, aber noch nicht alt ist und nur im begrenzten Umfang betrieben wird, lohnt sich der Austausch wahrscheinlich nicht: Die Amortisation wird sehr lange dauern. Für die Unternehmen, die eine große Anzahl von Motoren „einsetzen“, vor allem wenn diese einer älteren Generation angehören und intensiv laufen, ist dies jedoch ein wirklich schneller und relativ einfacher Weg, den Stromverbrauch zu senken“, so sagt E. Daunoras, der Experte von PakMarkas.