Fraunhofer-Studie zu Energieeinsparungen bei Elektromotoren mit einer Einleitung von Franz Hein
Zum unten wiedergegebenen Text gehört die Festansprache von Prof. Dr. Wilfried Hofmann von der TU Dresden, gehalten am 10.04.2015 in Leipzig. Diese außerordentlich interessante Rede vermittelt sehr viel Wissen über die Elektromotoren und über das elektrische Energieversorgungssystem als Ganzes. Sie kann über diesen Link nachgehört werden. Im nachfolgenden Text wird auf diese Ansprache zwar Bezug genommen. Allerdings wird dabei unverständlicherweise das Thema Druckluft so herausgestellt, wie es im Vortrag nicht betont wurde. Anderes fehlt leider.
Die Festansprache endet nach ca. 47 Minuten. Was danach in der Audio-Datei noch in weiteren ca. 9 Minuten vermittelt wird, handelt von beeindruckenden Roboterentwicklungen. Davon ist im untenstehenden Text leider nicht die Rede.
Wohl aber wird auf erhebliche Einsparpotentiale eingegangen und auch darauf, warum bisher diesen Chancen auf höhere Effizienz so wenig Bedeutung beigemessen wurde. Sehr interessant sind einige historische Betrachtungen und systemische Betrachtungen zur Entwicklung der elektrischen Energieversorgung insgesamt.
Hierzu auch zwei Ausschnitte:
Mehrwert durch Denken in Systemen
Einsatz von eh. Kernkraftwerken für die Versorgungssicherheit durch rotierende Massen
Um einige wesentliche Angaben aus der Ansprache nachlesbar zu machen, nun der im Internet gefundene Text über die „Elektromaschinen, die Arbeitspferde der Industriegesellschaft“.
Bis zu 10 Mrd. € jährlich verpulvern Unternehmen in Europa durch ineffiziente Elektromotorensysteme. Viel investiert wurde bisher in die Effizienz der Motoren selbst. Potenziale liegen heute aber vor allem im Gesamtsystem.
Elektromotoren sind die Arbeitspferde der heutigen Industriegesellschaft. Von der Wasch-maschine über den Haarfön bis hin zum Kühlschrank, vom ICE über die S-Bahn bis hin zum Auto mit Hybridantrieb oder in der Industrie vom Antrieb der Förderbänder über die Druck-lufterzeugung bis hin zu Industrierobotern: Elektromotoren werden in fast allen Bereichen eingesetzt. Entsprechend groß ist auch ihr Anteil am weltweiten Stromverbrauch.
In Europa entfallen allein rund 70 % des industriellen Stromverbrauchs oder 620 TWh auf den Antrieb durch Elektromotoren. Davon sind mehr als zwei Drittel vier Antriebssystemen zuzuordnen: Pumpen, Druckluftanlagen, Ventilatoren und Kältekompressoren. Zur Deckung des Stromverbrauchs müssen etwa 118 Kohlekraftwerke mit einer Leistung von jeweils 600 MW rund um die Uhr in Betrieb sein.
Multiplikation der Einzelwirkungsgrade
Analysiert man die Energieeinsparpotenziale der Antriebssysteme, so ist insbesondere zu berücksichtigen, dass ein solches System nicht nur aus einem Elektromotor, sondern aus einer Vielzahl weiterer Komponenten besteht, die zusammen das Gesamtsystem bilden. Der Gesamtwirkungsgrad des Systems ergibt sich dabei aus der Multiplikation der Wirkungsgra-de der Elemente des Teilsystems. Der Gesamtwirkungsgrad kann demnach nie größer als der Wirkungsgrad der schlechtesten Komponente des Systems sein.
Da der Motor selbst meist schon einen hohen Wirkungsgrad aufweist, sind die durch die Sys-temoptimierung zu erzielenden Einsparpotenziale wesentlich größer als die am Motor allein. In der EU entfallen nur etwas über 10 % des Einsparpotenzials auf Hocheffizienz-Motoren der Klasse EFF1.
Sehr detailliert wurden diese Zusammenhänge in Studien für die Europäische Kommission ermittelt und dargestellt. Die wesentlichen Ergebnisse:
– Im Bereich der Motorensysteme in der EU-25 sind Energieeinsparpotenziale von 200 Mrd. kWh vorhanden.
– Durch entsprechende Maßnahmen ließen sich die Treibhausgasemissionen in der EU-25 um 100 Mio. t CO2 vermindern.
– Berücksichtigt man die externen Kosten der Stromerzeugung, so würden die umweltbe-dingten Kosten für die Gesellschaft um 6 Mrd. € reduziert
– Durch die Umsetzung würde eine Kraftwerkskapazität von rund 45 GW überflüssig. Da in den nächsten 30 Jahren in der EU rund 320 GW zugebaut werden müssen, könnten rund 50 Mrd. € vermieden werden.
Häufig werden diese rentablen Stromsparmaßnahmen nicht umgesetzt, da Unternehmen den elektrischen Antriebssystemen als Stromverbraucher nicht genügend Aufmerksamkeit widmen. Die Gründe hierfür sind meist organisatorisch oder strukturell bedingt. Vielen Fir-men fehlt das nötige Knowhow zur rechten Zeit, Stromverbrauch und Stromkosten von elektrischen Antriebssystemen sind häufig nicht transparent und verursachergerecht zuzu-ordnen sondern verschwinden in Gemeinkostenpositionen. Nur selten sind regelrechte Mo-tor-Inventare mit den für die Höhe der Stromkosten entscheidenden Informationen vorhan-den. Innerhalb der Industrieunternehmen ist die Verantwortlichkeit für Entscheidungen, die den Energieverbrauch betreffen, häufig nicht eindeutig geregelt.
Stromkosten häufig von geringer Priorität
Sie ist meistens aufgeteilt zwischen den Verantwortlichen aus den Bereichen Produktion, Wartung, Einkauf und Finanzen. Insgesamt hat das Thema Stromkosten in vielen Unterneh-men keine hohe Priorität, so dass auch die Höhe der Einsparpotenziale oft nicht bekannt ist.
Bei Investitionsentscheidungen zu elektrischen Antriebssystemen werden die so genannten Lebenszykluskosten- gemeint ist die Summe der während der gesamten Anlagenlebensdauer anfallenden Kosten – noch zu selten einbezogen. Besonders bei motorgetriebenen Systemen werden diese von den Stromkosten dominiert. Noch zu häufig wird versucht, die Anfangsin-vestitionen zu minimieren, auch wenn die damit verbundenen Einsparungen im Laufe der Zeit von den höheren Stromkosten zunichte gemacht werden.
Somit stellt sich die Frage, was zu tun ist, um diese Hemmnisse zu überwinden. Aufgrund der Wirtschaftlichkeit der Maßnahmen zum Energiesparen bei Antriebssystemen sollte eigent-lich eine breite Akzeptanz für entsprechende Maßnahmen vorhanden sein.
Trotzdem hakt es derzeit noch bei der Umsetzung. Zu viele Hemmnisse behindern noch die Umsetzung auf breiter Front, weshalb eine konzertierte Aktion von Regierungen und den System- und Komponentenanbietern erforderlich wäre. So schlägt die kürzlich erschienene Studie, die gemeinsam von Fraunhofer ISI mit Partnern aus der EU durchgeführt wurde, ein EU-weites Aktionsprogramm mit einem Gesamtvolumen von 400 Mio. € vor. Dass entspre-chende Programme erfolgreich sind, zeigt sich unter anderem am polnischen Programm für effiziente Elektromotoren und an der Kampagne & pos; Druckluft Effizient& pos; in Deutsch-land.
Diese Initiative (www.druckluft-effizient.de) unterstützt die Druckluftanwendenden Unter-nehmen mit kostenfreien Informationen und Beratungsangeboten. Die gemeinsame Aktion von Deutscher Energie Agentur, VDMA und Fraunhofer ISI in Kooperation mit 18 Industrie-partnern bietet unter anderem ein kostenfreies Druckluft-Benchmarking. Nach Eingabe der Angaben zum Unternehmen und der Druckluftanlage erhält der Nutzer eine automatisierte Auswertung mit Optimierungsvorschlägen. Anhand des Kennzahlenvergleichs mit anderen Unternehmen der gleichen Branche lassen sich schnell vorhandene Schwachstellen der eige-nen Anlage identifizieren.
Im Rahmen der durchgeführten kostenfreien Messkampagne wurde den Druckluftanwen-dern zudem am praktischen Beispiel verdeutlicht, dass wirtschaftliche Einsparpotenziale von mehr als 20 % keine Seltenheit sind. Allein die Auswertung der Leckagen in den untersuchten Druckluftanlagen zeigte ein erschreckendes, aber nicht unerwartetes Bild. Je nach Sektor lagen die Leckagen zwischen 15 und 62 % der erzeugten Luftmenge. Die Bandbreite zeigt dabei deutlich, dass hohe Leckageanteile nicht unvermeidlich sind.
Kompressoren-Anwender-Forum in Karlsruhe
Um die Aufmerksamkeit verstärkt auf die Druckluft zu richten, hat die Kampagne Druckluft effizient zudem bereits zum zweiten Mal den Druckluft effizient Preis ausgeschrieben. Ge-sucht wird ein Unternehmen, das in vorbildhafter Art sein Druckluftsystem optimiert hat. Verliehen wird der Preis im Rahmen des vom VDMA veranstalteten Internationalen Kom-pressor-Anwender-Forums, das am 29. und 30. September in Karlsruhe stattfindet.
Durch gemeinsame Anstrengung aller Akteure aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft kann im Bereich der Motorensysteme eine Gewinnstrategie für alle entwickelt werden. Bereits heute gibt es eine Vielzahl von Angeboten die sich gewinnbringend durch die Betreiber nut-zen lassen.
