Mai 2014
| von Peter Hubert Vertriebsdirektor Food-Beverage-Pharma, Grundfos
  • Das Beispiel der Großbrauerei zeigt, dass der Energiebedarf der installierten Pumpen oft unterschätzt wird. Die Energieeffizienz solcher Pumpen sollte daher von Zeit zu Zeit überprüft werden.
  • Den Jahresbedarf an Energie der untersuchten 93 Pumpen konnte der Betreiber um 20 % reduzieren. Die Gesamtinvestitionen amortisieren sich nach 20 Monaten.
  • Durch den Wechsel verringerte der Betreiber zudem die eingesetzte Pumpenvielfalt, was den Serviceaufwand und den Ersatzteillagerbedarf reduziert.

Beispiele dazu finden sich in der gesamten Prozessindustrie; in der Chemie ebenso wie in der Pharmazie und in den Produktionsanlagen der Lebensmittelindustrie. Dabei ist es aber entscheidend zu wissen, dass eine zu kurze Amortisationszeit zu kurz gedacht ist – wer, wie in vielen Industrieunternehmen üblich, ROI von zwölf Monaten fordert, konterkariert Investitionen in langfristig kostensparende Effizienzmaßnahmen. Stichwort Kapitalrendite: Bezieht man alle Einsparungen über die Gesamtlaufzeit einer Pumpe von zehn oder 15 Jahren in die Betrachtung mit ein, sieht man, dass Effizienzprojekte sehr wohl wirtschaftlich attraktiv sind.

Energiereserven identifizieren
Vielerorts arbeiten mehr oder weniger betagte Pumpen in ähnlicher Weise: Bei voller Drehzahl, also unter Volllast – unabhängig davon, wie viel Förderleistung die Produktion gerade tatsächlich benötigt. Regulierend wirkt dann eine Drosselarmatur oder ein Bypass. Beide wandeln wertvolle mechanische Energie in nutzlose Wärme. Dabei geht es der Prozessindustrie sicher nicht so gut, dass sie Geld zu verschenken hätte. Betreibern fehlt es oft an der Einschätzung dessen, was an Sparpotenzial brach liegt. Die Werkzeuge dazu sind aber vorhanden: Energiemanagement-Systeme, im Besonderen auch Pump-Audits zur Identifikation von ineffizienten Pumpsystemen. Beim Audit geht es grundsätzlich nicht allein darum, betagte Aggregate zu ersetzen. Bei komplexeren Anlagen spielen weitere Aspekte und Komponenten eine entscheidende Rolle, beispielsweise extern montierte Frequenzumrichter, moderne Überwachungstechnik und Integration in die Leitsysteme. Interessant ist ein Audit auch hinsichtlich der Anlagenoptimierung: Eine veränderte Verschaltung und Steuerung von Pumpen kann – bei gleicher Leistungserfüllung – den Energiebedarf deutlich senken, in manchen Fällen reduziert sich sogar die Zahl der benötigten Pumpen. Auf Basis der Analyse relevanter Systemparameter wie Fördermenge, Förderhöhe und Energieverbrauch (bei Heiz- beziehungsweise Kühlanlagen zusätzlich noch die Differenztemperatur zwischen Vor- und Rücklauf) können Fachleute genaue Aussagen über die Wirtschaftlichkeit der Anlagen treffen. Damit ist der direkte Vergleich mit einem neuen Pumpensystem möglich. Im Anschluss können Betreiber und Anbieter das – entsprechend der individuellen Systemanforderungen – effizienteste System auswählen.

Praxisbeispiel Großbrauerei
In Brauereien installierte Pumpen hatten schon immer besonderen Maßstäben zu genügen: Sie dürfen keinen Sauerstoff in den Prozess einbringen und müssen hohe hygienische Anforderungen erfüllen. Heute kommen allerdings noch weitere Forderungen hinzu: Sie sollen kostensparend arbeiten und sich für Automationsaufgaben in die zentrale Leittechnik integrieren lassen. Beides ist zumeist nur mit drehzahlverstellbaren Aggregaten zu realisieren. Zwar ist es möglich, Pumpen in ihrer Druck- und Förderleistung auch über ein Drosselventil beziehungsweise eine Bypass-Schaltung einzustellen (wie es bei einem Großteil der vor Jahren installierten Aggregate auch noch immer der Fall ist). Doch ist das nicht nur aus energetischen Gründen überholt; auch hygienische und reinigungstechnische Gründe sprechen gegen diese Art der Leistungsanpassung. Zudem kann unter Umständen das zu fördernde Produkt durch zu hohe Scherbeanspruchungen Schaden nehmen. Last, but not least, führt das System schlicht und ergreifend mehr Energie zu, als erforderlich ist.

Bestandsaufnahme vor Ort
Diese Fakten vor Augen, beauftragte eine deutsche Großbrauerei Service-Spezialisten von Grundfos mit folgender Aufgabenstellung:

  • komplette Aufnahme der installierten Pumpensysteme
  • Durchführung eines Pump Audits, um eine Life Cycle Cost-Analyse (LCC) durchzuführen.

Im Rahmen der Gesamtbetrachtung nahmen die Ingenieure mehrere Hundert Pumpen auf und beurteilten sie. Für jede einzelne Pumpe erfassten sie die hierfür relevanten Daten: Fördermenge, Förderhöhe, Motorleistung, Wirkungsgrad, Baujahr der Pumpe, Betriebsstunden pro Jahr. Von den rund 800 installierten Pumpen schlug der Kunde 204 zur vertieften Überprüfung vor, letztlich wurden 93 Pumpen mit einem durchschnittlichen Alter von knapp 20 Jahren einer kompletten LCC-Analyse unterworfen (38 Pumpen aus der Wasseraufbereitung, 38 Pumpen aus dem Bereich Druckluft/Abwasser, 17 Pumpen aus der Wärmeerzeugung). Deren durchschnittliche Betriebszeit lag bei jährlich 6.000 h. Wie werden solche Daten ermittelt? Drei grundlegende Messungen gibt es:

  • zählbare Messwerte, wie Förderleistung und Energieverbrauch
  • analoge Messwerte wie Druck, Temperatur, Niveau
  • Ereignisse wie Pumpe ein/aus oder Ventil auf/zu.

Die Durchflussmessung mittels Ultraschall ist ein berührungsfreies, genaues und wartungsfreies Verfahren. Beim Messen schickt ein Transducer (Sensor und Empfänger) eine Schallwelle durch das Rohr und an einen zweiten Transducer. Dies ergibt eine gewisse Laufzeit des Ultraschallsignals. In der Gegenrichtung ist die Laufzeit auf Grund der Fließgeschwindigkeit größer; sie schwimmt sozusagen gegen den Strom. Diese Differenz ist proportional zur Durchflussmenge, was einen direkten Rückschluss auf die Fließgeschwindigkeit zulässt. Mit dem Innendurchmesser der Rohrleitung lässt sich in weiterer Folge die Fördermenge ermitteln. Da bei diesem Messprinzip die Sensoren außen an der Rohrleitung angebracht sind, ist kein größerer Installationsaufwand erforderlich. Den Energieverbrauch stellt ein Energiemessgerät direkt am Pumpensteuerschrank fest. Die Fördermenge und der Energieverbrauch werden mittels Zählimpulsen innerhalb vordefinierter Zeitzyklen von 1 bis 10 min erfasst und die aufsummierten Messwerte nach jedem Zeitzyklus in einem Datenspeicher (Datalogger) laufend gespeichert.

Investieren und sparen
Bei allen 93 Pumpen ergab sich erwartungsgemäß eine Austauschempfehlung. Das Ergebnis: Den Gesamtenergieverbrauch von 14.251.310 kWh/a kann der Betreiber durch den Austausch gegen energieeffiziente Systeme auf 10.987.502 kWh/a reduzieren – das sind Jahr für Jahr 3.263.808 kWh weniger Energie als zuvor (eine Einsparung von 1.405 t CO?/a). Insgesamt reduzierte sich der Strombedarf aller untersuchten Pumpen durch das Audit um 20 %, wobei die Spanne der Einsparungen von 11 bis 82 % reichte. Die Amortisationsdauer der Investitionskosten in Höhe von 681.895 € liegt bei einem kalkulierten Strompreis von 12,5 ct/kWh bei 1,67 Jahren.

Ifat 2014 Hallen A6 – 229/328, B3 – 421/520

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