Energierückspeisung. ein Umweltbeitrag der sich bezahlt macht!

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1 Energierückspeisung i ein Umweltbeitrag der sich bezahlt macht! Raul Verdugo-Althöfer Geschäftsführender Gesellschafter isa Industrie-Service Argauer GmbH Aufzugtechnik / lift technology Im Langen Kamp 1 D Extertal Tel.: Fax.: verdugo@isadrive.de

2 Aufwärts mit 2 starken Partnern! Als kompetenter Vertriebspartner der Firma KEB-Antriebstechnik unterhalten wir ein großes Lager von über 600 geregelten und gesteuerten Frequenzumrichtern in den Leistungsklassen von 0, kw. Weiterhin bieten wir - Beratung / Dimensionierung - Inbetriebnahme / Kundendienst - Service / Ersatzteile - Umbau- / Modernisierungslösungen - Erstellung kundenspezifischer Hardware- und Softwarelösungen Pro Jahr werden mehr als Frequenzumrichter und Servosteller, über Elektrokupplungen und Elektrobremsen und mehr als Getriebemotoren produziert und geliefert. Zur Zeit sind mehr als engagierte Personen weltweit für KEB im Einsatz, allein 100 davon in Forschung und Entwicklung.

3 23 Jahre Aufzugtechnik Generation von IGBT-Umrichtern, Typ 58 LSVF-Umrichter für OTIS, Berlin Generation von Lift-Umrichtern Typ F2 mit Vektorregelung Vertrieb in Europa durch SIEMENS 1992 Erstes Planetengetriebe t mit hoch h effizientem i Industriemotor t und KEB-Zweikreissicherheitsbremse i i h it für LM-MünchenMü Generation von Lift-Umrichtern Typ F4 mit feldorientierter Regelung, Entwicklung der Rückspeiseeinheiten, Typ R4 für hocheffiziente Antriebe 1997 Zwei Liftanlagen mit Planetengetriebe mit einer Geschwindigkeit von 3 m/s in der CARLSBERG Brauerei, Dänemark und bei der LVM Versicherung, Münster 1998 Lift-Servo-Parameter für ATB und ALPHA 2000 Entwicklung einer Sondersoftware für den US-Markt. Zwei Liftanlagen in Malaysia mit Asynchron-Gearless- Maschinen mit einer Geschwindigkeit von 3,5 m/s 2001 Erste Aufzüge mit der neuen Umrichtergeneration Typ F5 ohne Geberrückführung 2002 Neue F4 Steuerteil Hardware für Hiperface Encoder Softwareversion V3.0 für high-torque PM-Maschinen 2003 Erste Aufzüge mit einer Geschwindigkeit von 2,5 m/s mit F5-Positioniersteuerung, Direkteinfahrt Generation von Lift-Umrichtern F5-Lift mit Positioniersteuerung, all in one; Entwicklung von THD-Filtern zur Einhaltung der EN Aufzug mit F5-Positioniersteuerung und Direkteinfahrt mit einer Geschwindigkeit von 5 m/s 2. Generation von Rückspeiseeinheiten Typ R6

4 Energierückspeisung i ein Umweltbeitrag der sich bezahlt macht!

5 Spätestens seit der Energiekrise in den Siebziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts ist der Welt klar geworden, dass fossile Brennstoffe für die Versorgung mit elektrischer Energie knapp werden und nicht als alleiniger Rohstofflieferant hergenommen werden dürfen.

6 Mit der Verabschiedung des Kyoto-Protokolls von 12/1997 ist Energiesparen praktisch amtlich festgeschrieben worden. Mit der EU Richtlinie 2002/91/EG vom wurde ressourcen-effizientes Wirtschaften in der Gebäudetechnik eingefordert. Mit der Novellierung der Aufzugsrichtlinie EN12015 vom März 2005 wurde der Blindleistungsbedarf von Aufzügen limitiert. Mit der VDI Richtlinie 4707 vom März 2009 ist es nun möglich Aufzüge, wie von anderen Elektroenergie- Verbrauchern schon bekannt, in Energieeffizienzklassen einzuteilen.

7 Neben Heizung, Klima, Lüftung, Beleuchtung usw. zählen Aufzüge mit einer typischen Anschlussleistung von 4kW bis 15kW zu den größeren Energieverbrauchern in Gebäuden.

8 Wie hat die Aufzugsindustrie bisher reagiert? Durch getriebelose, permanenterregte Synchronmaschinen wurde die Anschlussleistung auf die Hälfte reduziert. Moderne Aufzugssteuerungen schalten bei längerer Nichtbenutzung in einen Energiesparmodus (auch Sleep Modus) bei dem die Stillstands-Energieaufnahme auf ein Minimum i reduziert wird. Moderne THDI-Filter minimieren den Moderne THDI-Filter minimieren den Blindleistungs-Bedarf auf die geforderten Grenzwerte.

9 Wie kann man noch mehr Energie sparen? Will man darüber hinaus an einem Aufzug Energie einsparen, gibt es die Möglichkeit die gespeicherte Energie, die als potentielle Energie in den Personen und im Gegengewicht enthalten ist, wieder nutzbar zu machen. Die Lösung: RÜCKSPEISESYSTEME R6 F5

10 Wo entsteht generatorische Energie? z.b. Baukräne, Kranbrücken, Punktzuganlagen,,, g g, Regalbediengeräte und Aufzüge

11 Wann entsteht generatorische Energie? Je nach Richtung des Lastmomentes wird der Asynchron-/Synchronmotor motorisch oder generatorisch belastet. Es gilt: - Motorbetrieb: Drehmoment und Drehzahl haben gleiches Vorzeichen (wirken in die gleiche Richtung); der Motor nimmt Leistung aus dem Umrichter auf. - Generatorbetrieb: Drehmoment und Drehzahl haben unterschiedliche Vorzeichen (wirken in entgegengesetzte Richtungen); der Motor speist Leistung in den Umrichter ein.

12 Netz Aufzug motorisch Abwärtsfahrt t Gegengewicht schwerer als die Kabine Energie vom Netz zum Motor Bremswiderstand Umrichter 3

13 Netz Aufzug generatorisch Aufwärtsfahrt f t Gegengewicht schwerer als die Kabine Energie vom Motor zum Bremswiderstand Bremswiderstand Umrichter 3

14 Was passiert mit der generatorischen Energie? Die Energie e wird typischer Weise mittels Bremswiderständen in Verlustwärme umgewandelt. Oftmals müssen deswegen Maschinenräume mit weiterem Energiebedarf klimatisiert werden. Eine Möglichkeit diese Verluste zu verwerten wäre z.b. die Bremswiderstände d in den Heizungskessel oder Brauchwasserkessel zu integrieren.

15 Rückspeisesysteme Eine schon seit Jahren praktizierte Lösung stellt die Energierückspeisung dar. In diesem Fall wird die generatorisch erzeugte Energie allen g g g Verbrauchern im Gebäude zur Verfügung gestellt. Am Einspeisepunkt reduziert sich die gesamte Energiebilanz entsprechend um die rückgespeiste Menge.

16 Vergütung Im Gegensatz zur Energiegewinnung durch Windkraftanlagen, Photovoltaik und Blockheizkraftwerken wird die zurückgewonnene Energie durch Rückspeiseeinheiten an Aufzügen nicht vergütet.

17 Funktionsprinzip Eine Rückspeiseeinheit benutzt das Prinzip des induktiven pumpens ; daher gehört immer eine Induktivität (Vorschaltdrossel oder THDI-Filter) mit zum System. Durch geschicktes Unterbrechen des Stromflusses wird an der Induktivität durch das zusammenbrechende Magnetfeld eine höhere Spannung erzeugt als die Netzspannung, und somit kann der Strom ins Netz zurück fließen. Spannung Strom mit Netzdrossel Strom mit Oberschwingungsfilter

18 Aufbau des Rückspeise-Systems - HF- Filter zur Funkentstörung (EMV- Richtlinien) - Kommutierungsdrossel bzw. Oberschwingungsfilter zur Stromglättung und Netz-Synchronisierung - R6 Ein-/ Rückspeiseeinheit zur Gleich- und Wechselrichtung - F5 Frequenzumrichter als Drehzahlregler HF-FilterFilter Drossel

19 LICOMDRIVE TM Anschlussfertig alles in einem Gehäuse - Frequenzumrichter F5 - Rückspeiseeinheit R6 - Kommutierungsdrossel - HF-Filter -...

20 Anschlussbeispiel 1 R6 als Ein- und Rückspeisung Einsatzgebiet: Antriebe mit gutem Wirkungsgrad und viel generatorischer Leistung; Neuanlagen da weniger Filtertechnik benötigt wird. R6 F5

21 Anschlussbeispiel 2 Parallelbetrieb Einsatzgebiet: Antriebe mit wenig generatorischer Leistung (Rückspeisung kann kleiner ausgelegt werden); Nachrüstung von Anlagen. F5 R6

22 Anschlussbeispiel 3 Kaskadierung Einsatzgebiet: et Anlagen mit viel generatorischer e e Leistung (wenn eine Rückspeiseeinheit nicht mehr ausreicht) F5 R6 R6 R6

23 Nutzung der Zwischenkreisenergie Je nach Zustand des Antriebs muss dem Gleichstromzwischenkreis des Frequenzumrichters (FU) Energie zugeführt (Motorbetrieb) oder entzogen werden (Generator/Bremsbetrieb). Beim herkömmlichen Betrieb wird jeder Aufzug separat versorgt. Überschüssige Energie wird im Bremswiderstand in Wärme umgewandelt. FU FU FU FU Bremswiderstand M 3~ Bremswiderstand M 3~ Bremswiderstand M 3~ Bremswiderstand M 3~ Aufzug 1 Aufzug 2 Aufzug 3 Aufzug 4

24 Nutzung der Zwischenkreisenergie Kopplung der Antriebe auf Zwischenkreisebene erhöht die Effizienz, da weniger Energie aus dem Netz benötigt wird. Kann oder soll die erzeugte Energie nicht in Widerständen verheizt werden, so ist durch den Einsatz einer Rückspeiseeinheit eine direkte elektrische Verwendung möglich. R6 FU FU FU FU M 3~ M 3~ M 3~ M 3~ Aufzug 1 Aufzug 2 Aufzug 3 Aufzug 4

25 R6 als Ein-/Rückspeisung Reduzierung der verwendeten Komponenten durch zentrale Ein-/Rückspeisung. Wegfall des Bremstransistors (GTR7) und des Eingangsgleichrichters der einzelnen FUs. Rückgespeiste Energie steht weiteren Antrieben innerhalb der Rückgespeiste Energie steht weiteren Antrieben innerhalb der Anlage zur Verfügung. Daraus resultiert eine Senkung der Betriebskosten.

26 R6 als Rückspeisung / Nutzbremsung Bestehende Anlagen können mit geringem Aufwand mit einer R6-Einheit nachgerüstet werden. Die R6-Einheit it muss nur auf Rückspeiseleistung i ausgelegt werden (bei RBGs nur etwa 50-60% der Einspeiseleistung). Einbau von Entkoppeldioden zur Vermeidung von Kreisströmen notwendig. R6 FU FU FU FU M 3~ M 3~ M 3~ M 3~ Aufzug 1 Aufzug 2 Aufzug 3 Aufzug 4

27 Vorteile der R6- Rückspeisesysteme Senkung der Energieverbrauchskosten, besonders bei massereichen und dynamischen Anwendungen sowie Hubwerken mit bis zu 50% generatorischer Energie Kosteneinsparung durch Wegfall von Netzfiltern und Drosseln für einzelne Geräte Bremswiderstände können entfallen, dadurch mehr Sicherheit (Brandgefahr) und geringere Wärmeentwicklung kostengünstige Umrichter mit DC- Einspeisung und ohne GTR7- Bremstransistor möglich vereinfachte Verdrahtung der Frequenzumrichter

28 Prinzipielle Leistungsverteilung Filterverluste Drosselverluste Umrichterverluste FU Getriebeverluste Motorverluste mechanische Verluste (Reibung...) = 0,99 typ1 typ2= 0,99 = 0,98 typ3 typ4 = 0,8 bei Nenndrehzahl hl =0,8...0,5 (Schnecke) typ5 0,9 (Planeten) verschieden typ6 P ZU = U Netz * I Netz * 3 * motorischer Bertieb N E T Z 3 Filter F-Umrichter Drossel (DC) Motor M 3 Getriebe Mechanik generatorischer Bertieb PAB = P ZU * ges typ1 = 0,99 Drossel Filterverluste Rückspeiseeinheit R4 = 0,8 typ4 bei Nenndrehzahl Getriebeverluste Motorverluste =0,8...0,5 (Schnecke) typ5 0,9 (Planeten) verschieden typ6 mechanische Verluste (Reibung...) typ2 = 0,99 typ7 = 0,98 Umrichterverluste R4 = 0,98 typ3 Drosselverluste Umrichterverluste FU Formeln: P AB = P ZU * ges= typ1 * ges... typ2 * typx P = 0,86 S

29 Beispiel 1 Gebäudeart Krankenhaus Nennlast 1800kg Nenngeschwindigkeit 1,6m Antrieb Getriebelos Fahrtenzahl pro Jahr

30 Beispiel 1 Energie-Ersparnis Ersparnis mittels R6 Projektname Referenz Nummer 27 Tragkraft 1800 kg Beladung (Personenanzahl je 80kg) 4 Personen Seil 90 kg Anzahl Fahrten pro Stunde 134 F/h Unterseil 0 kg Anzahl Stunden pro Tag 14 h/d Geschwindigkeit 1,6 m/s Anzahl Tage pro Jahr 365 d/a Wirkungsgrad g Asynchron-/Servo-Motor 0,9 Arbeitspreis für Energie 0,12 /kwh Wirkungsgrad Schacht 0,85 Durchschnittliche Fahrzeit 12 s Wirkungsgrad Getriebe 1 Wirkungsgrad FU und R6 0,94 Standby-Leistung R6 18 W Gesamtwirkungsgrad 0,72 Ausgabe für Standby 7,88 /a Hubleistung Rückspeiseleistung in Konstantfahrt 21,58 kw 7,57 kw Rückspeiseleistung maximal 15,66 kw Energieeinsparung g pro Jahr 10112,3 kwh R6 Einheit 19.R6.S3E-900A Ersparnis pro Jahr mit R6 1213,47 Amortisationsdauer bei Nachrüstung 1,48 Jahre (Preis Energierückspeisung ca ) Amortisationsdauer bei Neuanlage 0,74 Jahre (Aufpreis Energierückspeisung ca. 900 )

31 Beispiel 2 Gebäudeart Krankenhaus Nennlast 2000kg Nenngeschwindigkeit 1,6m Antrieb Schneckengetriebe Fahrtenzahl pro Jahr

32 Beispiel 2 Energie-Ersparnis Ersparnis mittels R6 Projektname Referenz Nummer 28 Tragkraft 2000 kg Beladung (Personenanzahl je 80kg) 4Personen Seil 100 kg Anzahl Fahrten pro Stunde 72 F/h Unterseil 0 kg Anzahl Stunden pro Tag 12 h/d Geschwindigkeit 1,6 m/s Anzahl Tage pro Jahr 365 d/a Wirkungsgrad Asynchron-/Servo-Motor 0,9 Arbeitspreis für Energie 0,12 /kwh Wirkungsgrad Schacht 0,85 Durchschnittliche Fahrzeit 12 s Wirkungsgrad Getriebe 0,7 Wirkungsgrad FU und R6 0,94 Standby-Leistung R6 18 W Gesamtwirkungsgrad 0,5 Ausgabe für Standby 9,46 /a Hubleistung Rückspeiseleistung in Konstantfahrt 34,53 kw 6,12 kw Rückspeiseleistung maximal 12,09 kw Energieeinsparung pro Jahr 3660,8 kwh R6 Einheit 19.R6.S3E-900A Ersparnis pro Jahr mit R6 439,30 Amortisationsdauer bei Nachrüstung 4,09 Jahre (Preis Energierückspeisung ca ) Amortisationsdauer bei Neuanlage 2,05 Jahre (Aufpreis Energierückspeisung ca. 900 )

33 Beispiel 3 Gebäudeart Wohnhaus Nennlast 750kg Nenngeschwindigkeit 1,6m/s Antrieb Planetengetriebe Fahrtenzahl pro Jahr

34 Beispiel 3 Energie-Ersparnis Ersparnis mittels R6 Projektname Referenz Nummer 16 Tragkraft 750 kg Beladung (Personenanzahl je 80kg) 2 Personen Seil 37 kg Anzahl Fahrten pro Stunde 37 F/h Unterseil 0 kg Anzahl Stunden pro Tag 12 h/d Geschwindigkeit 1,6 m/s Anzahl Tage pro Jahr 365 d/a Wirkungsgrad Asynchron-/Servo-Motor 0,9 Arbeitspreis für Energie 0,2 /kwh Wirkungsgrad Schacht 0,9 Durchschnittliche Fahrzeit 12 s Wirkungsgrad Getriebe 0,93 Wirkungsgrad FU und R6 0,94 Standby-Leistung R6 18 W Gesamtwirkungsgrad 0,71 Ausgabe für Standby 15,77 /a Hubleistung Rückspeiseleistung in Konstantfahrt 9,11 kw 2,81 kw Rückspeiseleistung maximal 6,43 kw Energieeinsparung pro Jahr 843,1 kwh R6 Einheit 15.R6.S3E-900A Ersparnis pro Jahr mit R6 168,62 Amortisationsdauer bei Nachrüstung 8,89 Jahre (Preis Energierückspeisung ca ) Amortisationsdauer bei Neuanlage 6,52 Jahre (Aufpreis Energierückspeisung ca )

35 Beispiel 4 Gebäudeart Wohnhaus Nennlast 630kg Nenngeschwindigkeit 1m/s Antrieb Schneckengetriebe Fahrtenzahl pro Jahr

36 Beispiel 4 Energie-Ersparnis Ersparnis mittels R6 Projektname Referenz Nummer 13 Tragkraft 630 kg Beladung (Personenanzahl je 80kg) 2 Personen Seil 32 kg Anzahl Fahrten pro Stunde 12 F/h Unterseil 0 kg Anzahl Stunden pro Tag 8 h/d Geschwindigkeit 1 m/s Anzahl Tage pro Jahr 365 d/a Wirkungsgrad Asynchron-/Servo-Motor 0,9 Arbeitspreis für Energie 0,2 /kwh Wirkungsgrad Schacht 0,9 Durchschnittliche Fahrzeit 8 s Wirkungsgrad Getriebe 0,65 Wirkungsgrad FU und R6 0,94 Standby-Leistung R6 18 W Gesamtwirkungsgrad 0,49 Ausgabe für Standby 21,02 /a Hubleistung Rückspeiseleistung in Konstantfahrt 6,95 kw 0,9 kw Rückspeiseleistung maximal 2,34 kw Energieeinsparung pro Jahr -56,1 kwh R6 Einheit 15.R6.S3E-900A Ersparnis pro Jahr mit R6-11,21

37 Beispiel 5 Gebäudeart Krankenhaus Nennlast 2100kg Nenngeschwindigkeit 1,5m/s Antrieb Planetengetriebe Fahrtenzahl pro Jahr

38 Beispiel 5 Energie-Ersparnis Ersparnis mittels R6 Projektname Bettenaufzug Tragkraft 2100 kg Beladung (Personenanzahl je 80kg) 4 Personen Seil 100 kg Anzahl Fahrten pro Stunde 37 F/h Unterseil 0 kg Anzahl Stunden pro Tag 12 h/d Geschwindigkeit 1,5 m/s Anzahl Tage pro Jahr 365 d/a Wirkungsgrad Asynchron-/Servo-Motor 0,9 Arbeitspreis für Energie 0,12 /kwh Wirkungsgrad Schacht 0,85 Durchschnittliche Fahrzeit 9 s Wirkungsgrad Getriebe 0,93 Wirkungsgrad FU und R6 0,94 Standby-Leistung R6 18 W Gesamtwirkungsgrad 0,67 Ausgabe für Standby 9,46 /a Hubleistung Rückspeiseleistung in Konstantfahrt 25,26 kw 8,18 kw Energieeinsparung pro Jahr gemessen 2035 kwh Rückspeiseleistung maximal 15,87 kw Energieeinsparung pro Jahr 1924,4 kwh Ersparnis pro Jahr mit R6 244,20 R6 Einheit 19.R6.S3E-900A Ersparnis pro Jahr mit R6 230,93 Amortisationsdauer bei Nachrüstung 7,79 Jahre (Preis Energierückspeisung ca ) Amortisationsdauer bei Neuanlage 3,89 Jahre (Aufpreis Energierückspeisung ca. 900 ) 7,37 Jahre 3,68 Jahre

39 Wann und warum lohnt sich eine Rückspeiseeinheit? Aufzüge mit hoher Fahrtenhäufigkeit, langen Fahrstrecken und gutem Wirkungsgrad. Hochleistungsaufzüge erhalten eine bessere Energieeffizienzklasse. Maschinenräumen müssen nicht mehr mit zusätzlicher Energie klimatisiert werden. Geringer Aufpreis bei Neuanlagen da beim Frequenzumrichter auf Netzdrossel/OS-Filter, HF-Filter und Bremswiderstand verzichtet werden kann (DC-Anbindung an die Rückspeiseeinheit). Energie wird nicht günstiger.

40 Alternativen Energiespeicherung über Kondensatoren z.b. Gold-Caps Förderung In Indien steuerliche Förderung In den USA teilweise i Zuschüsse bei der Anschaffung von Energiespartechnik

41 Weitere Anwendungsbeispiele Hebe- und Fördersysteme / Lagertechnik Anschluß der Antriebe im DC-Verbund mit Energieausgleich und Rückführung der Lastspitzen in das Versorgungsnetz keine Wärmequelle auf der Verfahreinheit Theatertechnik t h keine Erwärmung durch Widerstände Energieoptimierung des Systems geräuscharmer Bremsbetrieb Prüfstand und Testsysteme dauernde d Energierückspeisung i kaskadierbar für große Leistungen Netzeinspeisung Internationale Standards (z.b.: IEEE-519 / THDI < 8%) werden im Betrieb mit Oberschwingungsfilter erfüllt

42 Lohn sich Energierückspeisung wirklich? Im Jahre 1980 brachte Philips mit der SL 18 Lampe den ersten Vorläufer der heutigen Energiesparlampe auf den Markt. Mit einer Gesamtlänge von 17 Zentimeter, einem Durchmesser von 7 Zentimeter und einem Gewicht von mehr als 500 Gramm war deren Einsatzgebiet jedoch sehr begrenzt. In den vergangenen rund 30 Jahren ist jedoch viel passiert. Beispiele von Aufzügen mit Energierückspeiseeinheiten - Otis ReGen - Kone EcoDisc - Schindler ThyssenKrupp Evolution -...

43 R6 Rückspeisesysteme die clevere Alternative Wirtschaftlichkeit durch Energieeinsparung Wettbewerbsvorteile durch bessere Energiebilanz Kosteneinsparungen bei Material und Installation Keine zusätzliche Klimatisierung der Maschinenräume Amortisation teilweise schon nach wenigen Monaten (Amortisation Bremswiderstände: nie!) ISA Rückspeisesysteme - ein Umweltbeitrag der sich bezahlt macht!

44 Vielen Dank!