Das KSB Energieeffizienzkonzept. Automation und Antriebstechnik Daniel Gontermann

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1 Das KSB Energieeffizienzkonzept Automation und Antriebstechnik Daniel Gontermann

2 Konzern und Marke KSB Wir über uns KSB ist ein führender Anbieter von Pumpen, Armaturen, Systemlösungen und Service. Unsere Marke steht für Qualität, Kompetenz, Sicherheit und Internationalität. Gründungsjahr: 1871 Herstellung von Armaturen seit 1872 Pumpen seit I T-AUT I Daniel Gontermann I 2012 I

3 Wir ziehen Bilanz Die aktuellen Konzernzahlen Geschäftsjahr 2012 Auftragseingang: 2.257,4 Mio Umsatz: 2.268,2 Mio Ergebnis (vor Steuern): 132,8 Mio Mitarbeiter: Unternehmenspräsentation I März 2013

4 Energy Efficiency by KSB Energieeffizienz Energieeffizienz betrifft uns alle Ihr Unternehmen, unsere Umwelt und die nächsten Generationen Dr. Manfred Oesterle Leiter Konzernbereich Automation 4 I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

5 Ø 30% Einsparung möglich! Bis zu 60% System Energieeffizienz Übersicht der möglichen Einsparpotenziale Bis zu 10% Modul Nur bei Betrachtung des gesamten hydraulischen Systems kann man maximale Einsparpotenziale heben. Ca. 3,5% Komponente 5 I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

6 Betriebsstunden in h Die Auslegung Nur wenige Pumpen werden im Optimum betrieben Gründe dafür sind: Unnötige Reserven Risikoaufschläge Veränderungen in der Anlagennutzung Quelle: Forschungsprojekt ReMain, 65 Pumpen, I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

7 Analyse des Systems Der System Effizienz Service von KSB Steigerung der Anlagenrentabilität durch umfassende Systemanalyse 7 I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

8 Analyse des Systems Der System Effizienz Service von KSB führt Anlagenbegehungen durch erstellt Analysen schlägt Maßnahmen zur Reduktion von Energie- und Instandhaltungskosten vor führt diese durch und überprüft durch Messung deren Erfolg 8 I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

9 Analyse des Systems KSB PumpMeter Messung Saugdruck Messung Enddruck Berechnung Differenzdruck Berechnung Betriebspunkt Vorortanzeige Analogausgang 9 I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

10 Analyse des Systems KSB PumpMeter Intelligenter Druckaufnehmer schätzt die Wirkleistung Vor-Ort-Anzeige von Betriebsdaten der Pumpe werksseitig montiert auf individuelle Pumpe parametriert zeichnet das Lastprofil der Pumpe auf zeigt Optimierungspotenziale auf, zur Steigerung von Verfügbarkeit und Energieeffizienz EFF 10 I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

11 Analyse des Systems Ansatz gemäß DIN EN bzw. zukünftig ISO Planen Gezielt ausprobieren Ergebnis überprüfen In der Breite umsetzen 11 I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

12 Energy Efficiency by KSB Energieeffizienz Partnerschaft bedeutet für mich, den Kunden zu verstehen, um ihm die beste Lösung bieten zu können. Jürgen Schraff Verkauf Süd-Deutschland 12 I S-E11 I Daniel Gontermann I 2011 I

13 System-Auslegung I (gültig unter Randbedingungen) Quelle: Sachstandsbericht des FVA, FVA-Nr. 673, Auswahl elektrische Antriebe, J. Schützhold, K. Benath, I S-E11 I Daniel Gontermann I 2011 I

14 System-Auslegung II Quelle: Sachstandsbericht des FVA, FVA-Nr. 673, Auswahl elektrische Antriebe, J. Schützhold, K. Benath, I S-E11 I Daniel Gontermann I 2011 I

15 Förderhöhe [%] Überhitzung Kavitation Laufradverschleiß Kürzere Lebensdauer Lager und GLRD Teillastwirbel Austauschwirbel Gut: -20%..+10% Ideal =-10%..+5% vom Optimum Lebensdauer [%] Kürzere Lebensdauer Lager und GLRD Die Auslegung Betrieb im Optimum spart Energie und erhöht die Lebensdauer Kennlinie Typischer Wirkungsgradverlauf Normal: -30%..+15% Kavitation 10 Förderstrom [%] Quelle: nach Judy Hodgson (Du Pont): Predicting Maintenance Costs Accurately, Pumps & Systems, April I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

16 Energy Efficiency by KSB Energieeffizienz Zu präzisen Ergebnissen gehören nicht nur modernste Werkzeuge. Sondern auch Menschen mit höchster Kompetenz. Dr. Jochen Fritz Leiter Forschung Hydraulik und Strukturmechanik 16 I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

17 Hocheffiziente Hydraulik Standard bei KSB Exakt angepasste Laufräder 17 I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

18 Hocheffiziente Hydraulik BOAX -S / -SF Erhöhte Energieeffizienz durch optimale KV-/Zeta- Werte 18 I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

19 Systemgrenze Hocheffiziente Hydraulik Sachgerechte Nahverrohrung 19 I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

20 Energy Efficiency by KSB Energieeffizienz Was mich antreibt? Das Maximum herauszuholen. Was der Kunde davon hat? Maximale Energieeinsparung. Ralf Kurrich Leiter Entwicklung Tauchmotoren 20 I S-E11 I Daniel Gontermann I 2011 I

21 Lastprofil Empfehlung h Q Dauerhafter Betrieb am Optimum Keine Optimierung erforderlich Hocheffiziente Antriebe Die Wahl der besten Technik hängt vom Lastprofil ab. h Q Schwankender Förderstrombedarf Wirtschaftlichkeit einer Drehzahlregelung prüfen h Q Hohe Betriebsstundenzahl bei Teillast Wirtschaftlichkeit einer Drehzahlregelung prüfen h Q Dimensionierung der Pumpe prüfen. Evtl. kleinere Pumpe einsetzen Wirtschaftlichkeit einer Drehzahlregelung prüfen h Q Dauerhafte Überlastung von Pumpe und Motor Optimierungsmaßnahme: Laufraddurchmesser reduzieren 21 I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

22 Elektrische Antriebe Gleichstromantriebe Drehstromantriebe Asynchronmaschine Synchronmaschine Standard (IE2/IE3) Kupferläufer- Technologie (IE3/IE4) PM erregter Synchronantrieb Synchron - reluktanzantrieb Bild: Euro-Group Bild: Kienle & Spiess Bild: TU Kaiserslautern KSB SuPremE Umrichterbetrieb 22 I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

23 Hocheffiziente Antriebe KSB SuPremE-Motor User Award 2012 Synchron-Reluktanzmotor Rotor mit Flusssperrenschnitt Magnetfrei Materialverfügbarkeit Ressourcenschonend entspricht IE4 gem. IEC/CD Ed. 2 Hohe Wirkungsgrad auch bei Teillast Keine zusätzliche Sensorik wie z.b. Rotorlagegeber IEC-kompatibel 23 I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

24 Bauformen B3, B6, B7, B8, V5, V6 V15, (V1), (V3), V35, (B5), B35 IE4 gem. IEC/CD Ed. 2 KSB SuPremE Standard bei KSB 0,55 45 kw Angabe der Teillastwirkungsgrade gem. EG640/ und 3000 Min Min -1 regelbar 40 C Umgebungstemperatur 1,8 Nm 286,5 Nm Made in Germany (>4kW) 24 I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

25 Direction d Direction q Anisotropie des Rotors Niedrige Drehmomentwelligkeit und Geräuschemission dank patentierter Rotor-Geometrie. Gemäß / according to U.S. Patent No , A. Vagati, Turin 25 I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

26 Konstruktion KSB SuPremE-Rotor Beidseitig isoliertes Elektroblech mit Flusssperrenschnitt gem. U.S.-Patent Deckscheibe Welle Passfeder Lüfterrad Blechpaket Deckscheibe 26 I T-AUT15 I 2012 I Daniel Gontermann

27 Drehmoment 100% 75% 50% definiert durch IEC ? auf manchen Datenblättern zu finden SuPremE Warum IE3 nicht ausreicht Die IEC Ed. 2 definiert nur den Wirkungsgrad am Nennpunkt Alle ASM-Hersteller nennen Teillastwirkungsgrade bei voller Drehzahl 25% Pumpen laufen abseits dieser Punkte 0% 25% 50% 75% 100% Drehzahl 27 I T-AUT 15 I 2011 I Daniel Gontermann

28 7,5kW KSB SuPremE,1500 1/min. Hocheffiziente Antriebe Wirkungsgradkennfelder im Vergleich ASM IE3 7,5kW, /min. 28 I T-AUT 15 I 2011 I Daniel Gontermann

29 100 % Wirkungsgrad Vergleich Wirkungsgrad SuPremE vs. ASM (IE3) Auch bei Teillast stabil. Der Wirkungsgrad des SuPremE-Motors KSB SuPremE 7,5kW 1500 Min -1 * IE3 Asynchronmotor 7,5kW 1450 Min * Messung: Dipl.-Ing. M. Wiele, Prof. Prof. h. c. mult. Dr.-Ing. Peter F. Brosch, Hochschule Hannover, University of Applied Sciences and Arts, Fakultät I, Antriebe und Automatisierungstechnik % Belastung 29 I S-E11 I Daniel Gontermann I 2011 I

30 SuPremE Pilotphase Referenz bei IKS IKS der Energiesparprofi Das Unternehmen IKS - Industrielle Kühlsysteme - ist einer der führenden Hersteller von kältetechnischen Anlagen. Seit über einem Jahrzehnt entwickelt, plant, fertigt und installiert IKS weltweit innovative und energiesparende Kühlanlagen inklusive Verrohrungssysteme für die Industrie wie z.b. Spritzund Druckgussanlagen, Kunststoff- Spritzgussanlagen, Kunststoffblasanlagen, Maschinenbau, Verkehrs- und Medizintechnik sowie Automotivezulieferer. 30 I S-E11 I Daniel Gontermann I 2011 I

31 30% Einsparung SuPremE Pilotphase Referenz IKS Unser Kunde IKS zeigt die Vorteile des KSB SuPremE-Motors auf der Messe Fakuma I S-E11 I Daniel Gontermann I 2011 I

32 Einsparung durch Einsatz des PumpDrives mit Synchronmotor Eigenschaften der KSB-Kreiselpumpe 18,5 kw Antriebsleistung optimierten Regelkonzept PumpDrive Hocheffizienter SuPremE-Synchronmotor DFS-Druckregelung Δ p-variabel Wasserverbrauch/Tag ~ 54 m³ Stromverbrauch/Tag vorher 500 kwh nachher 129 kwh Strom- Einsparung ca. 371 kwh/d Reduktion von 1900 t CO 2 /a -74,7% ~ /a Autor: Naike Bennefeld, ContiTech AG

33 Einsparung durch Einsatz des PumpDrives mit Synchronmotor [W] VORHER Ausgangssituation nach Drosselung NACHHER DFS-Betrieb 1,6 bar DFS-Betrieb 1,4 bar [t] Autor: Naike Bennefeld, ContiTech AG

34 Optimization: Replacement of Module and System Controlled by Variable Speed Drive VSD Variable Speed Drive PumpDrive by KSB Serving about 30 different customers Supply of 8.5 Mio. m³ of water in different qualities (without cooling water) More than 100 km of water-carrying pipes Synchronous RM SuPremE-Motor by KSB Chemical Process Pump MegaCPK by KSB Storage Tank VSD M PI F F Customer 1 Customer 2 9/20/2013 Haferland / FC Wasseraufbereitung 34

35 Result: Total Savings of 68 MWh/a Reduction of Energy Consumption by 73%! 9/20/2013 Haferland / FC Wasseraufbereitung 35

36 Synchronous Reluctance Motor Efficiency 13% above Asynchronous Motor Savings 3763 kwh/a 9/20/2013 Haferland / FC Wasseraufbereitung 36

37 Anlagenoptimierung Heidelberger Druckmaschinen AG Was vorher 3 Pumpen mit 45 KW Motoren kaum schafften, erledigt heute meist eine Maschine mit 18,5 KW SuPremE-Motor im Regelbetrieb. erklärt Uwe Ricker. So konnte der Energieverbrauch der Gesamtanlage um insgesamt 92% gesenkt werden. Optimierte Mehrpumpenanlage in der Heidelberger Druckmaschinen AG Foto: Heidelberger Druckmaschinen AG 37 I S-E11 I Daniel Gontermann I 2011 I

38 Wasserwerk Lützen des ZWA Bad Dürrenberg 38 I S-E11 I Daniel Gontermann I 2011 I

39 Kontakt und Copyright KSB Aktiengesellschaft Abteilung T-AUT15 Daniel Gontermann Johann-Klein-Straße Frankenthal Tel daniel.gontermann@ksb.com Herausgeber KSB Aktiengesellschaft vertreten durch den Vorstand: Dr. Wolfgang Schmitt, Dr.-Ing. Peter Buthmann, Prof. Dr.-Ing. Dieter-Heinz Hellmann Copyright 2012 KSB Aktiengesellschaft V1 39 I S-E11 I Daniel Gontermann I 2011 I