Hannover Messe 2011 Efficiency Arena Der intelligente elektrische Antrieb - der Energiesparer mit vielen Vorteilen

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1 Hannover Messe 2011 Efficiency Arena Der intelligente elektrische Antrieb - der Energiesparer mit vielen Vorteilen April 19, 2011 Slide 1

2 Inhalt ABB Antriebstechnik Warum Energie sparen? Einsparpotenziale wo, wie und wieviel? Hohe Effizienz mit Elektromotoren Einsparpotenziale von elektronisch geregelten Antrieben Beispiele aus der Praxis Zusammenfassung April 19, 2011 Slide 2

3 Der ABB-Konzern Globaler Markt- und Technologieführer in der Energie- und Automatisierungstechnik Konzernsitz: Zürich, Schweiz Mitarbeiter/innen weltweit Mitarbeiter/innen in Deutschland April 19, 2011 Slide 3

4 Der ABB-Antrieb für Ihren Erfolg Frequenzumrichter 0,18 bis 5600 kw 200 V bis 690 V AC-Niederspannungsmotoren 0,09 bis 1000 kw Alu, Grauguss, Stahl IEC Achshöhen 56 bis 450 Schiffsmotoren mit Zertifizierungen Ex-Motoren mit ATEX-Zulassung Mittelspannungsantriebe Synchron- und Asynchronmaschinen DC-Stromrichter DC-Motoren April 19, 2011 Slide 4

5 Anwendungsbereich elektrische Antriebe Gebäudeautomation Industrielle Anwendungen / Energieerzeugung Maschinenbau ABB Group Automation Products GmbH April 11. August 19, Slide Folie 5 17

6 Ziel: Senkung des Energieverbrauchs - Klimaschutz 1) Düsseldorfer Erklärung vom ) G8-Gipfel 2008 in Japan Klimawandel zwingt zum Handeln Verminderung der globalen Erwärmung Ziel bis 2020: -30% CO 2 in Europa 1) Ziel bis 2050: -50% CO 2 weltweit 2) April 19, 2011 Slide 6

7 Energieeffizienz Einsparpotenziale identifizieren Verbrauch Beschaffung Energieeffizienz Energieausnutzung Energieversorgung Anlagenoptimierung Prozessoptimierung Optimierung Energiewirtschaft April 19, 2011 Slide 7

8 Großes Einsparpotenzial durch elektrische Antriebe Quelle: ZVEI, Energiesparen Mit elektrischen Antrieben ,3% 26,5% Einsparpotenzial Drehzahlregelung: 9% Einsparpotenzial Motorwirkungsgrad: 2,2% sonst. mechanische Energie Wärme 5% Beleuchtung 2,2% 9% April 19, 2011 Slide 8

9 Großes Einsparpotenzial durch elektrische Antriebe Quelle: ZVEI Energieeinsparung: 38 Milliarden kwh / a Kosteneinsparung: 3,8 Mrd Euro / a bei 0,1 / kwh CO 2 -Reduktion: 19 Mio t / a April 19, 2011 Slide 9

10 Energiesparen mit Elektromotoren Typische Life-Cycle-Kosten eines Elektromotors 97% Energiekosten Neuwicklung Anschaffung 2% 1% Anschaffungskosten eines Motors meist weniger als 2% der gesamten Life-Cycle-Kosten Größtes Einsparpotenzial beim Energieverbrauch und weniger bei den Anschaffungskosten April 19, 2011 Slide 10

11 Gesetzgebung: Verordnung (EG) Nr. 640/2009 ErP-Richtlinie IE-Wirkungsgradklassen für 4-polige Motoren mit 50 Hz Bestimmungen gelten für Motoren dreiphasig, 50 Hz und 50/60 Hz Eintourig, 2-, 4-, 6-polig Nennleistung 0,75 bis 375 kw Nennspannung bis 1000 V Für Dauerbetrieb ausgelegt April 19, 2011 Slide 11

12 Gesetzgebung: Verordnung (EG) Nr. 640/2009 ErP-Richtlinie Phase 1: ab 16. Juni 2011 Motoren müssen die Wirkungsgradklasse IE2 erfüllen Phase 2: ab 1. Januar 2015 Nennleistung 7,5 375 kw müssen folgendes erfüllen - Wirkungsgradklasse IE3 oder - IE2 mit drehzahlgeregeltem Antrieb Phase 3: ab 1. Januar 2017 Nennleistung von 0, kw müssen folgendes erfüllen - Wirkungsgradklasse IE3 oder - IE2 mit drehzahlgeregelten Antrieb ndex.php?id=4799 April 19, 2011 Slide 13

13 Direct Torque Control Motorregelung Nr. 1 Kleine Gesamtverluste Energy-Optimierer DTC-Regelung für reduzierten Energieverbrauch MTPA-Methode Bis 10% geringerer Strom als klassische Methode Bis 20% weniger Motorverluste (Näherung P VMotor I Motor2 ) geringerer Motorstrom, geringere Umrichterverluste Andere Regelmethoden z.b. mit eingeprägtem Strom können beim Hochlauf noch zusätzliche Verluste verursachen Entscheidend sind die Gesamtverluste Umrichter + Motor! April 19, 2011 Slide 17

14 Energiesparen mit Frequenzumrichtern Der intelligente Umrichter Intelligente Pumpenregelung im Umrichter Betrieb von Pumpen im optimalen Betriebspunkt Schlaffunktion Erhöhung der Ruhezeit der Pumpen Lüfter-Bedarfssteuerung oder Lüfterregelung Vermeidung von unnötigem Energieverbrauch Reduzierung der Geräusche Energiesparrechner Elektronische Regelung mit Frequenzumrichter statt konventionelle mechanische Regelung April 19, 2011 Slide 18

15 Energiesparen mit Frequenzumrichtern Fördermengenregelung mit Pumpen Drosselregelung Ein/Aus-Regelung Fühler Fühler Sollwertsteller Regler Sollwertsteller Regler Bypassregelung Frequenzumrichter mit PI-Regler Fühler Fühler Sollwertsteller Regler Sollwertsteller April 19, 2011 Slide 19

16 Leistungsbedarf von Kreiselpumpen Vergleich verschiedener Regelmethoden Leistungsaufnahme von 100% entspricht Motor-Wellenleistung bei 100% Fördermenge Netz- Leistungsaufnahme % Bypassregelung Drosselregelung Ein-Aus-Betrieb 80 Drehzahlregelung Frequenzumrichter Fördermenge % April 19, 2011 Slide 20

17 Leistungsbedarf von Kreiselpumpen Elektronische Drehzahlregelung - weniger Energie Leistungsaufnahme von 100% entspricht Motor-Wellenleistung bei 100% Fördermenge Netz- Leistungsaufnahme % Bypassregelung Drosselregelung Ein-Aus-Betrieb Energieeinsparung Drossel vs. Drehzahlregelung Drehzahlregelung Frequenzumrichter Fördermenge % April 19, 2011 Slide 21

18 Einfache Berechnung der Einsparung PumpSave roduct/ge/9aac aspx?co untry=de April 19, 2011 Slide 22

19 Beispiel KühlmittelK hlmittel-pumpstation, Umrüstung auf FU Entfernung aller Drosselungen im Rohrsystem April 19, 2011 Slide 23

20 Beispiel KühlmittelK hlmittel-pumpstation, Umrüstung auf FU 60% Energieeinsparung P [kw] A Bmt/1.06 : Apparent Power Total ---Zeitpunkt Einbau Frequenzumrichter Leistungsaufnahme deutlich niedriger Jul 2003 Tue 22 Aug 1 Fri 8 Fri 15 Fri 22 Sep 1 Mon 8 Mon 15 Mon 22 Oct 1 Date/Time Datum April 19, 2011 Slide 24

21 Sparen mit getriebelosen Antriebssystemen Beispiel: Einsparung kwh / a, 8800 / a PM-Motor = Permanentmagnet- Motor * 0,1 / kwh, 8000 h/a Direktantrieb mit PM-Motor ASM mit Getriebe Motor FU Getr ges P mech. P elekt. PM-Direktantrieb 96,0% 98% - 94,1% 250 kw 266 kw Asynchronmotor + Getriebe 95,9% 98% 96% 90,2% 250 kw 277 kw Differenz 11 kw April 19, 2011 Slide 25

22 Energierückspeisung ins Netz Rückspeisefähiger Frequenzumrichter spart Energie Beispiel: Senkbetrieb eines Kran-Hubwerks, P = M x P = Motor-Leistung M = Motor Drehmoment = Winkelgeschwindigkeit April 19, 2011 Slide 26

23 Energierückspeisung ins Netz Rückspeisefähiger Frequenzumrichter spart Energie Beispiel: Senkbetrieb eines Kran-Hubwerks, P = M x P = Motor-Leistung M = Motor Drehmoment = Winkelgeschwindigkeit Eingesparte Energie bei Netzrückspeisung (schematische Darstellung) Leistung April 19, 2011 Slide 27

24 Energierückspeisung ins Netz Rückspeisefähiger Frequenzumrichter spart Energie Energie Ausnutzung von Höhenunterschieden bei Pumpensystemen Anwendung bei Wasserversorgern und in der Industrie H M April 19, 2011 Slide 28

25 Energieausgleich bei Mehrmotorenantrieben Multidrive die effektive Lösung Höherer Wirkungsgrad dank direktem Energieausgleich Bremsbetrieb ohne Widerstandsbremsung Geringere Installationsaufwand April 19, 2011 Slide 29

26 Energieausgleich bei Mehrmotorenantrieben Beispiel Auf- und Abwickler Papier, Plastik und Metallindustrie Energieaustausch ohne Umwege über den DC-Zwischenkreis Beispiel: 100kW Antrieb mit 8000 h/a Einsparung: kwh / a CO 2 -Reduktion: kg / a Weitere Vorteile Reduzierte Energieaufnahme aus dem Netz Geringe Wartungskosten Blindleistung minimiert April 19, 2011 Slide 30

27 Sparen mit elektrischen Antrieben Zusammenfassung Klimawandel und hohe Energiekosten zwingen uns zum Handeln Beträchtliches Energie- Einsparpotenzial: 38 TWh / a Potenzial Kosteneinsparungen von 3,8 Mrd Euro / a Hohe Betriebskosten im Vergleich zu Anschaffungskosten Rasche Amortisierung, oft < 1 Jahr Schonung der Mechanik Verbesserung der Prozessführung Schonung von elektrischen und hydraulischen Netzen April 19, 2011 Slide 31

28 Energiesparen kann jeder - fangen Sie jetzt damit an! - Besuchen Sie uns in Halle 11, Stand A35 April 19, 2011 Slide 32

29 April 19, 2011 Slide 33