Motor Systeme

Energiesparpotenzial von Industriemotoren: 5 Kernkraftwerke!

03. Februar 2016 von Levis Gandeu

Was sagt man über das Energieeinsparpotenzial von VSD (Variable Speed Drive) in der Industrie?

  • Das Ersetzen von konventionellen Motoren durch solche mit variabler Drehzahl würde etwa 41 Prozent der in der Industrie verbrauchten Energie einsparen.(Quelle)
  • DasEnergieeinsparpotenzial für Motorsysteme in der Europäischen Union wird auf 50 Mrd. kWh/Jahr geschätzt - allein in Deutschland könnten 10 Mrd. kWh/Jahr eingespart werden(Quelle)
  • Im Jahr 2015 würde das Energieeinsparpotenzial durch VSD über alle Industriesektoren hinweg 71 TWh betragen.(Quelle)

Wir werden sehen, was in naher Zukunft passiert, wenn sie Recht hatten.

Neben der Makro-Perspektive sollten wir uns auch die technische und wirtschaftliche Seite genauer ansehen. Es bleibt dabei: VSD wird sich nur dann auf breiter Front durchsetzen, wenn es technisch sinnvoll und wirtschaftlich tragfähig ist!

Wo VSD in der Industrie eingesetzt werden kann...-fast überall!

In der Industrie gibt es eine beträchtliche Anzahl von rotierenden Maschinen verschiedener Art, wie z.B. Elektromotoren einerseits und andererseits Verbraucher, wie Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren..., die mit dem Motor zu einem rotierenden System gekoppelt sind.Gemeinsam ist diesen Maschinen, dass sie meist für eine Rotation mit konstanter Drehzahl ausgelegt sind und somit eine konstante Leistung liefern. Sie rotieren also für kurze Zeit mit 100 Prozent der Drehzahl.

Das heißt, sie nutzen die meiste Zeit die Energie nicht effektiv. Und - "Nebeneffekt" - diese Energieverschwendung erhöht den Kohlenstoffausstoß. Dies hat zu der Idee geführt, drehzahlvariable Maschinenprozesse mit VSD-Motoren einzusetzen.

Viele Akteure der Branche waren sich einig, dass VSD viele Vorteile haben. Und es ist wahr.

In der Tat,...

  • Der Verbrauch von Elektromotoren macht bis zu 75 Prozent des gesamten Energieverbrauchs einer Anlage aus
  • Darüber hinaus müssen zwei Drittel der motorisierten Geräte mit variabler Drehzahl arbeiten, z.B. Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren.

VSD-Systeme können nicht nur 15 bis 40 Prozent der Energie einsparen, sondern verlängern auch die Lebensdauer der Geräte dank ihrer sanften Anlauf- und Abschaltfunktion.

Wie funktionieren sie?

VSD-Systeme bestehen im Wesentlichen aus drei Komponenten: dem Elektromotor, dem Stromrichter und dem Steuerungssystem.

  1. Der Elektromotor ist direkt oder indirekt mit der Last verbunden
  2. Der Stromrichter steuert den Leistungsfluss einer Wechselstromversorgung (oft über einen Netztransformator) zum Motor durch
  3. entsprechende Ansteuerung von Leistungshalbleiterschaltern, die Teil des Stromrichters sind.

VSD sind auch als VFD, ASD... bekannt, die vom Funktionsprinzip her irgendwie ähnlich sind.

Und die wirtschaftliche Seite von VSD?

Es ist immer eine Geschichte von Fall zu Fall. Aber die Geschichte dahinter ist einfach, wie dieses Beispiel zeigt:

  • Betrachten wir ein System mit einem 12-Puls/200Hp-Antrieb mit einem Gesamtwert von 51.000 $, davon 20.000 $ für den 200-Hp-Motor mit konstanter Drehzahl und 31.000 $ für die Kosten des ASD-Systems.
  • Das installierte ASD-System würde jährlich Energiekosten von 17.590 $ einsparen.

Obwohl dies nur ein Anhaltspunkt ist, zeigt es, dass es möglich ist, eine Amortisation nach 15 Monaten zu erreichen, wenn man von Gesamtnettokosten für die Installation von 21.210 $ als Beispiel ausgeht.

Und es gibt noch weitere vorteilhafte Aspekte:

  • das Potenzial, die Lebensdauer der Anlage zu verlängern und
  • die Reduzierung von Treibhausgasen.

Fazit

VSD sind wichtige Werkzeuge für eine Industrie, die stark motorisiert und automatisiert ist. Sie bieten eine Vielzahl von Vorteilen, die von niedrigeren Gesamtbetriebskosten über eine Reduzierung der Energiekosten und eine längere Lebensdauer bis hin zu einer Reduzierung der Treibhausgase reichen.

Und es gibt noch ein riesiges Potenzial!

Dennoch bleiben viele Fragen unbeantwortet...

  • Wie sieht der Zeitplan aus?
  • Wie lange wird es dauern, bis das Energieeinsparungspotenzial von VSDs voll ausgeschöpft ist?
  • Was ist die Auswirkung von "blockierten Investitionen" = der Einsatz von NICHT-VSD-Motoren an Ort und Stelle?
  • Wie hoch ist die jährliche Austauschrate der Elektromotoren in der Industrie und kann diese Rate beschleunigt werden?

Genug Fragen für einen Folgebeitrag über Elektromotoren - bleiben Sie dran.


Über Levis Gandeu

Gandeu

Levis Gandeu ist Funktionsanalytiker bei Wordline Global und schreibt für EEIP als technischer Experte.