• Viele Pumpenantriebe sind überdimensioniert. Sie laufen mit voller Leistung, während die Volumenströme oft über Drosselventile geregelt werden. Dadurch wird viel Energie verschwendet.
  • Mit Frequenzumrichtern lässt sich der Durchfluss über die Drehzahl regeln. Wird die Drehzahl einer Pumpe im Schnitt nur um 20% abgesenkt, verringert sich der Strombedarf um 50%.
  • Mit Hilfe von Frequenzumrichtern können Betreiber aber nicht nur Energiekosten, sondern auch Kosten für Betrieb, Instandhaltung und Reparatur sparen; die Lebenszykluskosten sinken.
  • Mit einem Energiespar- oder Sleep-Modus läuft die Pumpe nur dann, wenn sie tatsächlich benötigt wird.
  • Über eine automatische Energieoptimierung (AEO) lassen sich durch die Absenkung der Motorspannung zusätzlich ca. fünf Prozent Energie einsparen.

In vielen Bereichen der Industrie, in Gewerbe, Wohnhäusern und Landwirtschaft sind Pumpensysteme nicht mehr wegzudenken. Sie pumpen Wasser in Kläranlagen, steuern Dosierpumpen in der Prozesstechnik oder Versorgungspumpen in der Gebäudetechnik. Dabei verbrauchen sie – global betrachtet – etwa 20% des Weltenergiebedarfs an elektrischer Energie. Bei ständig steigenden Energiepreisen – der Strompreis für die Industrie hat sich von 2000 bis 2006 verdoppelt und dieser Trend wird sich auch in Zukunft weiter fortsetzen – bieten sie ein enormes Einsparpotenzial. Allein bei den Pumpenantrieben könnten Anwender pro Jahr ca. 15Mrd.kWh oder 1,2Mrd. Euro einsparen. Denn eine exakt angepasste Drehzahl an den aktuellen Bedarf ermöglicht erhebliche Energieeinsparungen. Wird die Drehzahl einer Pumpe im Durchschnitt um nur 20% abgesenkt, sinkt der Strombedarf um 50%.

Der chemischen Industrie kommt hier eine besondere Verantwortung zu. Am größten deutschen Chemiestandort beispielsweise sorgen derzeit rund 120000 Antriebe für den richtigen Dreh in den Produktionslinien. 80% davon sind Pumpen und Lüfter mit einem Hauptleistungsbereich zwischen 22 und 45kW. Doch nur bei 8000 bis 10000 Motoren handelt es sich um drehzahlgeregelte Antriebe. Das bedeutet: Der Ausrüstungsgrad mit Frequenzumrichtern beträgt nicht einmal 10%! Allerdings haben die steigenden Energiekosten und die Umweltdebatte diese Quote bei den Neuanlagen deutlich ansteigen lassen, so dass sich dieses Verhältnis in den nächsten Jahren zugunsten der geregelten Antriebe verschieben wird.

Gesamte Lebenszykluskostenbetrachten

Wurden bis vor einigen Jahren bei der Auswahl von Pumpensystemen lediglich die Anschaffungs- und Installationskosten berücksichtigt, gewinnt heute die ganzheitliche Betrachtung zunehmend an Bedeutung. Bekannt unter dem Stichwort Lebenszykluskosten (Life Cycle Costs = LCC), werden hierbei die gesamten Kosten betrachtet, welche Pumpensysteme während ihrer Laufzeit verursachen.

In die Berechnung der Lebenszykluskosten fließen neben den Anschaffungs- und Installationskosten auch die Kosten für Energie, Betrieb, Instandhaltung, Ausfall, Umwelt und Entsorgung mit ein. Einen entscheidenden Einfluss auf die Höhe der Lebenszykluskosten haben die beiden Parameter Energie- und Instandhaltungskosten. Um diese zu senken, sind moderne, geregelte Pumpenantriebe gefragt. Mit Frequenzumrichtern, wie beispielsweise dem VLT Aqua Drive, können die Energie- und die Instandhaltungskosten effektiv verringert werden.
Die Energiekosten sind einer der größten Kostenfaktoren bei den Lebenszykluskosten. Vor allem dann, wenn Pumpensysteme mehr als 2000 Stunden im Jahr in Betrieb sind. Gerade in älteren Pumpensystemen schlummern meist erhebliche Potenziale zur Energieeinsparung. Das kommt daher, dass der Großteil aller Pumpenantriebe überdimensioniert ist. Planer und Anwender haben sie auf den sogenannten „worst case“-Fall ausgelegt. Diese überdimensionierten Pumpen verbrauchen unnötig Energie, da sie mit voller Leistung laufen, während die Volumenströme meist über Drosselventile geändert werden. Vergleichbar ist das mit einem Auto, das ständig Vollgas fährt und der Fahrer die Geschwindigkeit nur über das Bremsen anpasst.

Drosselregelung: Durchfluss sinkt, Energiebedarf steigt

Die Gründe, warum die Drehzahlregelung mittels Frequenzumrichter Energie einspart, liegt in den Grundgesetzen von Strömungsmaschinen begründet. Alle Kreiselpumpen zählen zu dieser Kategorie. Den Unterschied zwischen Drosselregelung und Drehzahlregelung ist im Diagramm (siehe rechts) grafisch dargestellt: Um den Durchfluss bei der Drosselregelung zu reduzieren, wird ein Schieber oder ein Absperrventil in der Anlage zugefahren. Im Diagramm verschiebt sich dabei der Betriebspunkt auf der Pumpenkennlinie nach links oben: Der Durchfluss sinkt, der Energiebedarf steigt dagegen an. Anders bei der Drehzahlregelung. Hier verschiebt sich der Betriebspunkt auf der Anlagenkennlinie nach links unten. Dabei sinkt nicht nur der Durchfluss sondern vor allem auch der Energiebedarf. Der etwas dunklere orangefarbene Kasten zeigt den zusätzlichen Energiebedarf, der bei Einsatz einer Drosselregelung aufgebracht werden muss.

Moderne Frequenzumrichter, setzen genau dort an und fahren die Pumpen drehzahlgeregelt stets im optimalen Betriebspunkt. Von diesem hängt der Wirkungsgrad von Pumpensystemen ab. Der Betriebspunkt ändert sich je nach Auslastung. Je genauer allerdings der optimale Betriebspunkt getroffen wird, desto effizienter arbeitet das System und desto höher ist folglich auch der Wirkungsgrad. Durch die stufenlose Regelung über die Frequenzumrichter lässt sich dieser optimale Betriebspunkt exakt anfahren. Das ermöglicht eine deutliche Senkung der Energiekosten. Durch diese Einsparungen amortisiert sich die Investition für Frequenzumrichter innerhalb kurzer Zeit. Erfahrungswerte gehen von ein- bis eineinhalb Jahren aus.

Zusatzfunktionen bringen noch mehr Einsparpotenzial

Frequenzumrichter haben häufig noch weitere Funktionen, welche die Energiekosten zusätzlich zu senken. Eine dieser Möglichkeiten ist eine automatische Energieoptimierung, kurz AEO. Damit lassen sich durch Absenkung der Motorspannung im Teillastbetrieb zusätzlich ca. fünf Prozent Energie einsparen, was sich über die gesamte Lebenszeit deutlich bemerkbar macht. Eine weitere Möglichkeit ist ein Energiesparmodus oder Sleep-Modus. Durch diese Ausstattung lässt sich ein Pumpensystem stoppen, das bei minimaler Drehzahl arbeitet und nahezu keine Last aufnimmt. Steigt die Leistungsnachfrage im System wieder an, erkennt ein entsprechend ausgestatteter Frequenzumrichter dies automatisch und regelt auf den erforderlichen Durchfluss. So läuft die Pumpe nur, wenn sie tatsächlich benötigt wird. Die Energiekosten werden weiter gesenkt und als positiver Nebeneffekt der Verschleiß reduziert, wodurch Wartungs- und Servicekosten sinken.

Doch auch der Frequenzumrichter selbst benötigt Energie zum Regeln und Steuern. Dieser Bedarf sollte möglichst gering sein. Der VLT Aqua Drive hat einen hohen Wirkungsgrad von mehr als 98% und benötigt damit weniger Energie als seine Vorgängermodelle. Netzdrossel und EMV-Filter sind dabei schon mit berücksichtigt.

Fazit:Mit Hilfe moderner Frequenzumrichter können Betreiber von Pumpensystemen ihre Kosten für Investition, Energie, Betrieb, Instandhaltung und Reparatur senken. Diese Technik wirkt sich damit positiv auf die Lebenszykluskosten aus. Das gilt nicht nur für Neuanlagen, sondern auch für die Modernisierung bestehender Anlagen.Geregelte Pumpenantriebe sind weiter auf dem Vormarsch. Moderne Frequenzumrichter treiben Pumpen schonend an und schützen diese gleichzeitig. Zusätzlich wird die Betriebssicherheit durch eine ausgeklügelte Systemkontrolle und -überwachung erhöht. Neben der Komfortsteigerung im laufenden Betrieb, sinken die Instandhaltungskosten aufgrund längerer Wartungsintervalle und die Energiekosten aufgrund des geringeren Verbrauchs.

 

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