Moderne energieeffiziente Elektroantriebe – Trends und Perspektiven
Moderne Elektroantriebe bieten zahlreiche Möglichkeiten für deutliche Einsparungen im Betrieb. Mit effizienten Motoren, geeigneten Wechselrichtern und fortschrittlichen IIoT-Anwendungen (Industrial Internet of Things) können Ressourcen effizienter genutzt und Lebenszykluskosten gesenkt werden.
Ungefähr 80 % des gesamten Energieverbrauchs aktueller Elektroantriebe stammt von mittelgroßen Elektromotoren, die nach aktuellen Standards im Allgemeinen nicht energieeffizient sind und für die Anwendung typischerweise überdimensioniert sind.
Die Energiekosten, die ein Motor im Laufe seiner Lebensdauer verbraucht, betragen bis zu 97 % der Gesamtbetriebskosten. Daher ist es sowohl wirtschaftlich als auch umweltfreundlich, eine Lösung zu finden, die den Wirkungsgrad von Elektromotoren maximiert.
Heute treffen wir uns elektrische Antriebe in fast allen Phasen, insbesondere in der Industrie und im Baugewerbe, beispielsweise in Pumpen, Kompressoren und Klimaanlagen, Kränen, Aufzügen und Förderbändern.
Gleichzeitig ist die Industrie für mehr als ein Drittel des weltweiten Stromverbrauchs verantwortlich, wovon fast 70 % auf Elektromotoren entfallen. Weitere 30 % des weltweiten Stromverbrauchs entfallen auf Gebäude, wobei 38 % dieses Anteils auf Elektromotoren entfallen.
Und die Nachfrage steigt: Bis 2050 soll sich die derzeitige globale Wirtschaftsleistung verdoppeln. Gleichzeitig wird die Nachfrage nach Elektroantrieben steigen. Gleichzeitig eröffnet es Raum für Einsparungen durch intelligente Systemlösungen. Aktuelle Studien zeigen, dass sich durch den Kauf eines neuen Elektroantriebs durchschnittlich bis zu 30 % der Energiekosten einsparen lassen.
Im Pariser Klimaabkommen von 2015 haben sich 196 Länder verpflichtet, die globale Erwärmung zu verlangsamen. Dem stehen jedoch Megatrends wie Urbanisierung, Mobilität und Automatisierung gegenüber, die den täglichen Energieverbrauch zwangsläufig erhöhen.
Daher sind Bemühungen zur Verbesserung der Energieeffizienz mittlerweile zum Hauptschwerpunkt der praktischen Umsetzung des Pariser Abkommens geworden. Überall auf der Welt werden neue Richtlinien zum wirtschaftlichen Betrieb von Elektromotoren eingeführt – beispielsweise in der Europäischen Union, den USA und China.
Die neuen europäischen Richtlinien geben insbesondere das Ziel vor, den CO2-Ausstoß bis 2030 um 40 Millionen Tonnen zu reduzieren. Das Mittel zur Erreichung dieses Ziels muss die verpflichtende Einführung kostengünstiger Technologien sein. China will bis 2025 den Energieverbrauch um 13,5 % des BIP und die CO22-Emissionen um 18 % senken.
Netzwerklösungen und eine sorgfältige Analyse der Systemdaten sind die besten Lösungen, um die Energieeffizienz auf ein wirklich nachhaltiges Niveau zu bringen.
Doch nicht in jeder Situation ist es notwendig, sofort neue Systeme zu kaufen. Oftmals lassen sich auch alte Geräte mit dem richtigen Zubehör energieeffizient umrüsten.
Modern Wechselrichter (Frequenzumrichter) und hocheffiziente Motoren können in typischen Industrieanwendungen wie Pumpen, Lüftern oder Kompressoren im Vergleich zu herkömmlichen ungeregelten Systemen bis zu 30 % Energie einsparen.
Fallstudien zeigen, dass diese Einsparungen durch den Einsatz einer optimierten Antriebslösung, in diesem Fall einer Pumpe, auf bis zu 45 % gesteigert werden können.
Das System beinhaltet einen Wechselrichter, der dafür sorgt, dass der Antrieb auch im Teillastbereich energieeffizient ist, indem er Drehzahl und Drehmoment an den aktuellen Lastbedarf anpasst. Das bedeutet, dass jede Anwendung immer auf die Leistung abgestimmt ist, die sie benötigt.
Je spezifischer und vielfältiger die Anwendungen und Komponenten, desto komplexer kann das Gesamtsystem sein. Daher ist es gerade im industriellen Umfeld notwendig, Ansätze zu wählen, die das System mit all seinen Wechselwirkungen und Synergieeffekten detailliert berücksichtigen und optimal harmonieren können.
Es ist gegründet von intelligenten Sensoren und Analysetools, die alle Arbeitsabläufe verfolgen, ausrichten und verbessern und Teil eines übergeordneten Systemansatzes sind.
Intelligente Sensoren ermöglichen die Analyse vernetzter Motoren auf Motorebene.Moderne Wechselrichter benötigen in der Regel überhaupt keine zusätzlichen externen Sensoren, da sie entweder direkt damit ausgestattet sind oder bestimmte Anlagenparameter direkt auswerten und übermitteln können.
Bereits im Planungsstadium können Auswahl- und Dimensionierungsfehler durch virtuelle Simulation der einzelnen Antriebskomponenten erkannt werden. Die Datenerfassung und -analyse unterwegs wird durch die Konnektivität zu Cloud- und End-to-End-Industrieanwendungen ermöglicht. In der Fertigung helfen digitale Antriebslösungen, potenzielle Probleme frühzeitig zu erkennen und so Störungen vorzubeugen.
Durch die Erhebung von Daten einzelner Antriebskomponenten können auch indirekte, antriebsunabhängige Effekte aufgedeckt werden. Auf diese Weise ist es möglich, den gesamten Betrieb eines Verbundsystems kontinuierlich zu optimieren – einfach und ohne Spezialkenntnisse.
Basierend auf Erfahrungen direkt in der Produktion lässt sich sagen, dass durch den Einsatz intelligenter Sensoren und Datenanalyseanwendungen aus komplexen Prozessen bis zu 10 % Energie eingespart werden können. Dank spezieller Präventionsdienste auf Basis des IIoT-Netzwerks kann die Lebensdauer von Komponenten um bis zu 30 % und ihre Leistung um 8–12 % gesteigert werden.