M o t o r C h e c k. Topmotors - EnAW

Transkript

1 1 M o t o r C h e c k

2 2 Motor-Check Energieeffizienz bei elektrischen Antriebssystemen in der Industrie 12. November 2009, Congress Center Basel Conrad U. Brunner, S.A.F.E., Zürich

3 Schlagzeilen % des Schweizer Stromverbrauchs sind elektrische Motoren 2. In der Industrie sind 70% des Stromverbrauchs elektrische Motoren 3. Strom wird teurer besonders für Grossverbraucher 4. Viele Antriebe sind überaltert, überdimensioniert und nicht lastgeregelt 5. Neue internationale Standards sind da: IE3 6. Zwingende Vorschriften sind im Anzug: Europa & Schweiz 7. Neue bessere Technologien sind vorhanden und erprobt 8. Motor Check: Schritt für Schritt effizienter

4 Globaler Stromverbrauch 4 Haushaltgeräte U- und Büroelektronik Wärme RH & WW Fahrzeuge (Schien) Elektrochemie Verschiedenes Licht 19% Motoren 40%

5 Industrie Stromverbrauch 5 Industry Electricity (global 2006) Light 8% Electronics 3% Electrolysis 8% Heat 12% Motors 67% Standby 2%

6 Topmotors Partner Netzwerk 6 energieschweiz EKZ BKW Awel Kanton Zürich EnAW ÖbU Swissmem Swiss Technology Network Proklima SEMA

7 7 Defekte Rotoren

8 Topmotors 8 Effizienzpotenzial 10% bis 30% Neue Technologien: Premium Effizienz Motoren Permanent Magnet Motoren Variable Drehzahl Frequenzumformer Neue Tools: ILI und Sotea Europa ist gegenüber USA im Rückstand

9 Roh-Ölpreis 9 VOLATIL

10 Strompreis SWEP 10 KLARE TENDENZ SWEP Mittelwert ( ) Mittelwert (nominal) % Zunahme pro Jahr CHF Rp/kWh Linear (Mittelwert (nominal)) y = 1,171x ,3 R 2 = 0,

11 Anwendungsgebiete für Motoren 11 Industrie: 70% des Stroms sind Motoren Transport, Verarbeiten, Maschinen, etc. Infrastrukturanlagen: 90% sind Motoren Wasser, Abwasser, Kehrichtverbrennung, Fernwärme und kälte, Pipelines Grosse Gebäude (öffentlich/privat): 40% sind Motoren Gebäudetechnik für Wasser, Heizung, Ventilation

12 12 Und läuft und läuft und läuft und läuft und läuft

13 Wo klemmt s? Überdimensionierung: 2- bis 10-fach - früher Angst vor Brand 2. Wechselnde Lasten Motor ächzt und stöhnt! 3. Lecks es zischt und dampft (Leckagen)! 4. Unnötig grosse Volumenströme unklare Nutzeranforderung 5. Zu hohe Mediengeschwindigkeit (3. Potenz) Rohr/Kanal zu klein 6. Zu hohe Widerstände Luft und Wasser Schieber, WRG, Bögen 7. Betrieb ohne Nutzen (BoN) keiner da! 8. Uralte Antriebssysteme er läuft ja, wieso ändern! 9. Niemand im Betrieb interessiert/zuständig/kompetent Lebenszyklus Kosten ein Fremdwort

14 Was ist ein effizienter IE3 Motor? 7) Dickere Wicklungsdrähte im Stator reduzieren den ohmschen Widerstand und damit die Strom-Wärmeverluste. Dies ist die wichtigste Massnahme für hohe Effizienz 1) Dünnere Bleche reduzieren die Wirbelstromverluste 14 2) Längerer Stator ermöglicht eine geringe magnetische Flussdichte und somit geringe Wärmeverluste im Eisen. Zusätzlich kann mehr Wärme ans Gehäuse abgeführt werden 6) Dickere Rotorstäbe und Kurzschlussringe reduzieren den ohmschen Widerstand und damit die Stromwärmeverluste im Rotor 5) Optimierte Blechschnittgeometrie reduziert die magnetischen Streuverluste und bietet mehr Platz für die Stator- Wicklung 3) Optimierte Flügelform des Lüfterrades fördert mehr Kühlluft und braucht weniger Antriebsleistung 4) Hochwertiges Blechmaterial reduziert die Hysterese-Verluste Quelle: NYSERDA 2006, Übersetzung: R. Gloor

15 Energiekosten: Anteil von LCC 15 Energy cost of total life cycle cost 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% LCC = Life Cycle Cost 96,6% 63,6% 23,0% 8,7% 1,7% 3,9% Handy Notebook TV LCD Refrigerator CFL 21 W Motor 11 kw

16 Lebenszykluskosten Kauf / Montage + Betrieb / Energie + Demontage / Entsorgung 16 50' kw Motor Lebenszykluskosten (CHF) 49'000 48'000 47'000 46'000 45'000 44'000 43'000 42'000 41'000 40'000 CHF 2124 IE 1 / Eff 2 IE 2 / Eff1 IE 3 / Premium Basis EuP Lot 11

17 17 Alte Motoren im Betrieb

18 Neue IEC Effizienz Klassen 18 IEC (publiziert: Oktober 2008) Premium Effizienz IE3 - NEMA Premium High Effizienz IE2 Eff 1 EPAct Standard Effizienz IE1 Eff 2 - Unterhalb Standard Effizienz - Eff 3 - Typenschild neu! IE3 93.4% Messmethode neu! Geringe Unsicherheit

19 2009: IE3 Premium Effizienz 19

20 IEC Energie Effizienzklassen 20 Electric motors 4-pole 50 Hz kw to 375 kw 95 2% Nominal efficiency (%) IE3 IE2 IE % IEC (Ed. 1.0) , Motor output (kw)

21 Ecodesign Direktive EUROPA 21 Mindestvorschriften für Motoren Motoren ( kw m ) 2011 IE IE3 (ab 7.5 kw 375 kw) oder IE2+FU 2017 IE3 (ab 0.75) oder IE2+FU Umwälzpumpen ( W hyd ) 2013 EEI EEI 0.23 Schweizer Gesetz ab 2010: IE1; ab Mitte 2011: IE2

22 Pumpensystem 22

23 Antriebssystem 23

24 Gesamt-Wirkungsgrad 24 elektrisch mechanisch Elt.- Netz Trafo Cos Phi USV FU Motor Kupplung Getriebe Transmission Pumpe Drossel Nutzer Gesamtwirkungsgrad ist das Produkt der Wirkungsgrade jeder einzelnen Komponente. KEIN QUICK FIX!

25 Motor-Check 25 Zielgruppe: industrielle Motorenanwender Ziel: rascher Überblick, fundierte Empfehlung Ablauf 1. Zuerst zum Chef 2. Dann zum Technikleiter 3. Dann in den Betrieb Resultat Investitionsplan Präventiver Unterhalt

26 Ablauf Motor-Check Vorbereitung: Lastgang und Gesamtverbrauch vom EW: Grobe Verbrauchsanteile 2. Top Down: Potenzialschätzung: SOTEA im Dialog 3. Bottom-up: Grobanalyse mit intelligenter Motorenliste: ILI 4. Plausibilitäts-Check: Alles drin? Gesamtlast OK? Ersatz Motor/System? Potenzial? 5. Feinanalyse: Messung der wichtigen Antriebe 6. Investitionsplan: Vorschlag Ersatz mit Dringlichkeit, Payback 7. Präventiver Unterhalt: Vorbereiten für künftigen Ersatz

27 Motor-Check Tools 27 SOTEA Software Tool zur Potenzialabschätzung ILI Intelligente Motorenliste Fachlicher Dialog mit Betriebleitung Input: Gesamtverbrauch Elektrizität Betriebskenndaten: Schichten, Alter Liste aller (wichtiger) elektrischer Motoren Input: Alter, Leistung, Funktion, Betriebsstunden, FU Output: Motorenverbrauch, Ersatzpotenzial, Payback Output: Drei Dringlichkeitsklassen

28 SOTEA Potenzial 28 Berechungen Effektiver Elektrizitätsverbrauch der Antriebe 9'975'300 [kwh/a] Anteil effektiver Elektrizitätsverbrauch der Antriebe 99,8 [%] Anteil zu erneuernde Motoren 89,0 [%] Anteil Motoren mit FU 60,0 [%] Verbesserter Elektrizitätsverbrauch der Antriebe 7'467'981 [kwh/a] Effizienzpotential (Energie) 2'507'320 [kwh/a] Effizienzpotential (in Franken) 225'659 [CHF/a] Effizienzpotential (in Prozent) 25,1 [%] Ersatzinvestition zur Realisierung des Effizienzpotentials 458'275 [CHF] Payback-Zeit zur Realisierung des Effizienzpotentials 2,0 [a] Topmotors SOTEA [kwh/a] 12'000'000 10'000'000 8'000'000 6'000'000 4'000'000 9'975'300 7'467'981 2'507'320 Effektiver Elektrizitätsverbrauch der Antriebe Verbesserter Elektrizitätsverbrauch der Antriebe Effizienzpotential (Energie) 2'000'000 0 Summen pro Jahr 0,

29 22 Atlet-Deichselstapler PSD/ 125 THN 209 Atlet AB Batterieladegerät nein keine Angabe keine Vorkehrungen nötig ILI: Prioritäten Intelligente Motorenliste (ILI) 29 Untersuchte Anlage: Hefe Schweiz AG BearbeiterIn: P. Fotsch, R. Keller Bearbeitungsdatum: Markers ein/aus Details ein/aus Beispielzeile ein/aus Basisinformationen Nr Anlagenbezeichnung Motorbezeichnung Hersteller 1 Eiswasserpumpe 1 K Rührwerk Eiswasser K Rührwerk 3 Heferahmlager K5 Rührwerk 4 F100 L4 Identnummer Baujahr Alter Betriebsstunden Anwendung* FU vorhanden* mech. Nennleistung Lastfaktor [a] [h/a] [kw] [%] Polzahl* Effizienzklasse* Ausgabeteil Dringlichkeitskategorien Maschinen fabrik Oerlikon Pumpe nein 0, keine Angabe unbedingt überprüfen Maschinen fabrik Oerlikon Rührwerk nein 0, keine Angabe unbedingt überprüfen Elektromot orenwerk Brienz Rührwerk nein 2, keine Angabe genauer überprüfen Ansäuerungsbottich 6DDS 1106 C Rührwerk nein 2, keine Angabe keine Vorkehrungen nötig 5 Heferahmpumpe SPA K1 1R 132 M4 KR HW VEM Pumpe nein 7, keine Angabe keine Vorkehrungen nötig 6 Heferahmpumpe SPA K1 1R 132 M4 KR HW VEM Pumpe nein 7, keine Angabe keine Vorkehrungen nötig Heferahmpumpe 7 Allweiler FDR132M/4 Q Dietz Pumpe nein 7, keine Angabe genauer überprüfen Nachspeisepumpe Pendelanlage 8 Dampfzentrale MG 80B2-19FT100-D1 Grundfos Pumpe nein 1, Eff1 genauer überprüfen 9 P1 (Pumpenhaus) MB 65-2 Sulzer Pumpe nein 8, keine Angabe keine Vorkehrungen nötig 10 P2 (Pumpenhaus) HCP Sulzer Pumpe nein 11, keine Angabe genauer überprüfen 11 Notversorgungsp. BA 114/ stufig Sulzer Pumpe nein 5, keine Angabe keine Vorkehrungen nötig 12 Ozonator BONa 1D RS1 80g/h ProMinent nein 6, keine Angabe keine Vorkehrungen nötig 13 P1 (Ozonstation) Pumpe nein 5, keine Angabe keine Vorkehrungen nötig 14 P2 (Ozonstation) Pumpe nein 5, keine Angabe keine Vorkehrungen nötig 15 P3 (Ozonstation) Pumpe nein keine Angabe keine Vorkehrungen nötig W. Kuster 16 Kühlraum 3 SAMT G AG 2713/ Kompressor nein 6, keine Angabe keine Vorkehrungen nötig 17 Kühlraum 5 ZB 75 - KCE R G Copeland Kompressor nein 21, keine Angabe keine Vorkehrungen nötig 18 Elektrorolli Caterp. NPP 16 K Caterpillar Batterieladegerät nein 0, keine Angabe keine Vorkehrungen nötig 19 Elektrorolli Stöcklin EDP 1300 mini Stöcklin Batterieladegerät nein keine Angabe keine Vorkehrungen nötig 20 Caterpiller EP 18 NT Caterpiller Batterieladegerät nein 6, keine Angabe keine Vorkehrungen nötig 21 Dixi DM Sichelsch mid GmbH Batterieladegerät nein keine Angabe keine Vorkehrungen nötig

30 30 Motorenlager

31 Merkblätter 31 1 Vorgehensplan 2 Potenzialabschätzung 3 Grobanalyse 4 Ausschreibung 5 Investitionsplan 6 Präventiver Unterhalt 7 Lastgang Messung 8 Antriebe messen 9 Teillastfaktor 10 Motorpreise 11 FU-Preise 12 Payback 13 Wirkungsgrade 14 Typenschilder 15 Motorenhersteller

32 Kosten - Nutzen SOTEA: 11 Industrien y = 3,1317x + 6,2299 R 2 = 0, Einsparung Elektrizität (%) Mittelwert 12.7% Einsparung 1.7 Jahre Pay Back 0 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 Pay Back (Jahre) Quelle: EnAW Pilotstudien 2009

33 Erfahrung Pilot Studien 33 Es braucht mehr Zeit: Grob- und Feinanalyse bis Investitionsentscheid Engpass: Eigenleistung Industrie für Erhebung ILI Daten Messtechnische Überprüfung nötig vor Entscheid Einbezug Maschinenbauer, Servicefirmen, Motorenhersteller: Liefergrenze, Garantie

34 34 KNOW HOW ONLINE Newsletter bestellen

35 ... et maintenant: aussi en Français! 35

36 Participants in 4E EMSA Electric Motor Systems Annex 36 Australia Austria Denmark Netherlands Switzerland UK South Africa Brazil Canada China P.R. France India Japan USA Sweden Korea S.

37 Vielen Dank Conrad U. Brunner, S.A.F.E., Zürich