Energieeffiziente Antriebssysteme für die industrielle Anwendungen

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1 Energieeffiziente Antriebssysteme für die industrielle Anwendungen Referent: Dr. Heiko Stichweh, Datum: Referent: Dr. Heiko Stichweh, Innovation, Lenze SE Datum: Energiequalität bekommen von externen Lieferanten und Dienstleistern Halle 20, Stand E4

2 Energieeffizienz: eine Herausforderung für Gegenwart und Zukunft Verknappung der Ressourcen Einsatz erneuerbarer Energiequellen Erhöhung der Energiekosten 0,14 /kwh 0,06 /kwh Strompreis für Industrie, Quelle: Bundesverband für Energie und Wasser ca. 24% der elektrischen Energie (146 von 600 TWh, BRD) werden in industriellen Antriebssystemen umgesetzt Hauptsächliche Anwendung der Antriebssysteme: Pumpen und Lüfter Fördertechnik Durch Energiesparlösungen ist eine Verbrauchsreduktion um 20% möglich (15 Mio. t CO 2 pro Jahr) Aufgrund des hohen Potentials wurden EU-Verordnungen zur Effizienzsteigerung erlassen (Motoren (IE1-IE3), Vorstudien für FU und Systeme in Arbeit) 2 Energieeffiziente Antriebssysteme für industrielle Anwendungen Referent: Dr. Heiko Stichweh

3 Energieeffiziente Lösungen: eine Chance Differenzierung durch energieeffiziente Lösungen im internationalen Wettbewerb Wirtschaftlichkeitsbetrachtung über Amortisationsrechnung (LCC, TCO) Know-how Sie Wir Ideen entwickeln Konzepte erstellen Lösungen erarbeiten Maschinen herstellen Betrieb sichern 3 Energieeffiziente Antriebssysteme für industrielle Anwendungen Referent: Dr. Heiko Stichweh

4 Vorgehen zur Minimierung des Energieverbrauchs in elektrischen Antrieben Lenze BlueGreen Solutions 3 Wege zur Steigerung der Effizienz: 1. intelligente, bedarfsgerechte Dimensionierung / Prozessführung 2. Nutzung von Energiewandlern mit hohem Wirkungsgrad 3. Rückgespeiste Bremsenergie nutzen 4 Energieeffiziente Antriebssysteme für industrielle Anwendungen Referent: Dr. Heiko Stichweh

5 Vorgehen zur Minimierung des Energieverbrauchs in elektrischen Antrieben 5 Energieeffiziente Antriebssysteme für industrielle Anwendungen Referent: Dr. Heiko Stichweh

6 1. intelligente, bedarfsgerechte Dimensionierung und Prozessführung Bedarfsgerechte Dimensionierung: Analyse der individuellen Anwendung Gliederung der Anwendung in separate Antriebsfunktionen (12 Antriebslösungen) Berechnung der Antriebsphysik (Nachbildung des Antriebsstrangs, Kinematik, Drehmoment-Drehzahlbedarf) Förderantriebe Fahrantrieb Hubantriebe Positionierantriebe Hubantriebe Koordinierte Antriebe Gleichlaufantriebe Wickelantriebe Formantriebe Elektronische Kurvenscheibe Werkzeugantriebe Fahrantrieb Pumpen und Lüfter Querschneider und fliegende Säge 6 Energieeffiziente Antriebssysteme für industrielle Anwendungen Referent: Dr. Heiko Stichweh

7 1. intelligente, bedarfsgerechte Dimensionierung und Prozessführung Überdimensionierung = Teillastbetrieb Auswahl eines geeigneten abgestimmten Antriebskonzepts Moment Drehzahl bedarfsgerechte Dimensionierung: Überdimensionierung vermeiden η η [%] η Standard η Eco 0,5 M N 1 M N Nutzung der Drehzahlvarianz durch FU (z.b. geregelte Pumpen) Nutzung einer effizienten Bewegungsführung effiziente Umrichterregelverfahren (z.b. Eco-Regelung für Teillast) 7 Energieeffiziente Antriebssysteme für industrielle Anwendungen Referent: Dr. Heiko Stichweh

8 2. Nutzung energieeffizienter Komponenten effiziente Getriebe (Kegel- statt Schnecke) effizientere Motoren (IE2, IE3 oder Synchron) Nutzung umrichteroptimierter Motoren Nutzung abgestimmter Antriebssysteme (z.b. Drive Package) 8 Energieeffiziente Antriebssysteme für industrielle Anwendungen Referent: Dr. Heiko Stichweh

9 3. Rückgespeiste Energie nutzen Nutzung der generatorischen Bremsenergie (wenn nennenswert vorhanden): 1. Rückspeisen der Bremsenergie 2. Energieaustausch zwischen mehreren Antrieben, insbesondere bei Mehrachsanwendungen 3. Zwischenspeichern der Bremsenergie 9 Energieeffiziente Antriebssysteme für industrielle Anwendungen Referent: Dr. Heiko Stichweh

10 I. Nutzung drehzahlvariabler Antriebe mit FU am Beispiel einer Pumpe Ist-Situation / aktueller Stand: Betrieb von Pumpen direkt am Netz Durchflussregelung durch Drosselungen / Bypass-Lösungen / Ein-Aus-Betrieb Zukunft: Nutzung von Umrichtern: Durchflussregelung über Drehzahlregelung optimale Energiestellung durch FU (Eco- Regelung) Amortisationsrechner in DSD Amortisationszeiten teilweise < 1..2 Jahr Auch in der Fördertechnik können durch drehzahlveränderliche Antriebe Kosten reduziert werden 10 Energieeffiziente Antriebssysteme für industrielle Anwendungen Referent: Dr. Heiko Stichweh

11 Toolgestützte Generierung effizienter Antriebslösungen Schritte zur Generierung optimierter, effizienter Lösungen: 1. Festlegen der durch Antriebe gelösten Funktionen 2. Antriebs- und Automatisierungskonzept: Aufgaben der Antriebe Optimierung der Mechanik Optimierung der Bewegung Effiziente Komponenten 3. Ableitung grundsätzlicher Leistungsdaten und Anforderungen (Dynamik, Genauigkeit, Stellbereiche,... ) 4. Berechnung und Optimierung der Antriebsphysik 5. Auswahl und Auslegung der effizienten Antriebskomponenten 6. Zwischenkreisverbund / Auswirkung koordinierter Bewegungen 7. Vergleich unterschiedlicher Lösungen zur Ermittlung des Optimums Zwischenkreisverbund Koordinierung Drive Solution Designer Vereinfachte Antriebsauslegung, Optimierung der Energiebilanz. Drive Solution Catalogue Die einfache Auswahl von Lenze-Produkten. 11 Energieeffiziente Antriebssysteme für industrielle Anwendungen Referent: Dr. Heiko Stichweh

12 Toolgestützte Generierung effizienter Antriebslösungen mit DSD Optimierung der Mechanik Technologie- und Anwendungswissen Optimierung der Bewegung Abbildung der Kinematik Effiziente Komponenten Zwischenkreisverbund Produktdatenbank Kombinierbarkeit Wissen über Systemverhalten Koordinierung 12 Energieeffiziente Antriebssysteme für industrielle Anwendungen Referent: Dr. Heiko Stichweh

13 Dokumentation und Energiepass: Vergleich unterschiedlicher Lösungen Übersicht über komponentenspezifische Verluste Investitionskosten Energiekosten Lösungsvergleich 13 Energieeffiziente Antriebssysteme für industrielle Anwendungen Referent: Dr. Heiko Stichweh

14 Energieeffizienz mechatronische/ energetische Optimierung Neuplanung Umrüstung Optimierung Kunde Anwendung Antriebskomponenten Antriebssystem Energieberatung DSD Mehrwert schaffen durch Kompetenz und effiziente Tools Lenze Energiepass-Antriebslösung 14 Energieeffiziente Antriebssysteme für industrielle Anwendungen Referent: Dr. Heiko Stichweh

15 Zusammenfassung Drei Wege zur wirtschaftlichen Steigerung der Energieeffizienz: 1. intelligente, bedarfsgerechte Dimensionierung 2. Energiewandlung mit hohem Wirkungsgrad 3. Rückspeisung nutzen effiziente und wirtschaftliche Antriebslösungen sind durch partnerschaftliche Lösungsfindung und Analyse des individuellen Bedarfs zu erkennen Lösungen sind Systemlösungen (kein einfacher Komponentenaustausch) SW-Tools zur Systemoptimierung sowie Energiepass ermöglichen den Vergleich unterschiedlicher Ansätze bezüglich Effizienz und Wirtschaftlichkeit Analyse + Konzeption + Implementierung + Validierung = 15 Energieeffiziente Antriebssysteme für industrielle Anwendungen Referent: Dr. Heiko Stichweh

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. 16 Energieeffiziente Antriebssysteme für industrielle Anwendungen Referent: Dr. Heiko Stichweh

17 So einfach ist das. 17 Energieeffiziente Antriebssysteme für industrielle Anwendungen Referent: Dr. Heiko Stichweh

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