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Drehzahlregelung Öko-Design für Frequenzumrichter

| Redakteur: Reinhard Kluger

Umweltschutz muss nicht zwangsläufig teuer sein, in vielen Fällen zahlt sich der Umstieg auf umweltfreundliche Produktion sogar in kürzester Zeit in Form von Energieeinsparungen aus. Typisches Beispiel sind Lüfter oder Pumpen. Hier kann sich der Einsatz von Frequenzumrichtern für die Umwelt und den Geldbeutel des Anlagenbetreibers gleichermaßen auszahlen.

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Die Pumpstation zur Wasserversorgung von La Rochelle spart dank Einsatz von Frequenzumrichtern nun 20 bis 25% Energie ein.
Die Pumpstation zur Wasserversorgung von La Rochelle spart dank Einsatz von Frequenzumrichtern nun 20 bis 25% Energie ein.
( Archiv: Vogel Business Media )

Spätestens seit Beschluss des Kyoto-Protokolls im Jahre 1997 sind die Themen Emissionen, Treibhausgase und effiziente Nutzung von Energien immer stärker ins Bewusstsein der Öffentlichkeit getreten. Bei alledem trägt die Industrie wesentlich zur Treibhausgasemission bei, knapp gefolgt von Verkehr und Energieversorgung. Trotzdem schrecken viele Unternehmen vor einem Umstieg auf ressourcenschonende Produktion und Einsatz umweltfreundlicher Produkte zurück, aus Angst dadurch unrentabel zu werden. Dabei muss Umweltschutz nicht zwangsläufig teuer sein, in vielen Fällen zahlt sich der Umstieg auf umweltfreundliche Produktion sogar nach kürzester Zeit in Form von Energieeinsparungen aus. Ein Beispiel sind die im Folgenden beschriebenen Frequenzumrichter.

Industrielles Wachstum auf der einen und Einsparung von Energie und Emissionen auf der anderen Seite, ist das nicht ein Widerspruch in sich? Die Automatisierungsspezialisten von Schneider-Electric, Ratingen, meinen, nein. Denn ein Großteil an Energie wird immer noch nicht sinnvoll eingesetzt. Typisches Beispiel sind Lüfter oder Pumpen.

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Energieschlucker: Fehlende Motorenregelung

Motoren sorgen in unterschiedlichsten Anwendungen für Bewegung und sind so das „Herz“ heutiger Automatisierungstechnik. Insgesamt werden in der Industrie laut einer ZVEI-Studie jährlich 275 Mrd. kWh Energie verbraucht. Ein Großteil dieser Energie wird für den Betrieb von Motoren benötigt. Durchfluss-Anwendungen beispielsweise also Lüfter, Pumpen oder Kompressoren verbrauchen knapp zwei Drittel der gesamten in der Industrie eingesetzten Energie. Diese Zahlen mögen auf den ersten Blick imposant wirken, wirklich spannend wird es aber, wenn man bedenkt, wie die meisten dieser Durchflüsse heute geregelt werden. In konventionell aufgebauten Anwendungen werden Motoren gewöhnlich direkt vom Netz gespeist. Das bedeutet die Motordrehzahl ist direkt abhängig von der Netzfrequenz. Will man nun den Durchfluss reduzieren, gibt es verschiedene mechanische Maßnahmen: Der Druck oder Durchfluss wird durch Regelventile, Drosselklappen oder Bypassregelungen herabgesetzt. Was im Auto keiner tun würde, nämlich mit permanent durchgetretenem Gaspedal zu fahren und per Bremse die Geschwindigkeit zu regeln, ist bei Lüftern oder Pumpen heute noch gang und gäbe. Tatsächlich wird durch die Drallregelung des Durchflusses der Motor etwas weniger belastet, die daraus resultierenden Energieeinsparungen sind jedoch relativ gering: Senkt man beispielsweise bei einem Lüfter den Nennvolumenstrom um 20 %, sinkt die Energieaufnahme lediglich um ca. 10%.

Der Umwelt zuliebe

Mit der Frequenzumrichter-Serie Altivar hat Schneider-Electric für jedes Antriebsproblem die richtige Lösung im Programm. Die Familien Altivar 11, 21 und 31 für die Leistungsbereiche von 0,18 ... 75 kW helfen nicht nur Energie sparen, sondern werden bereits seit einiger Zeit konform der RoHS-Richtlinie (Restriction of Hazardous Substances) gebaut. Die Richtlinie beschränkt deutlich den Einsatz von giftigen Substanzen wie z.B. Blei, Quecksilber oder Cadmium in elektrischen oder elektronischen Geräten. Ortsfeste Maschinen und Anlagen sind von der RoHS-Richtlinie dagegen nicht betroffen. Gleiches gilt für die WEEE-Richtlinie (Waste from Electrical and Electronic Equipment). Diese bezieht die Hersteller von Elektro- und Elektronikgeräten in die Deckung der Kosten für Sammlung, Behandlung und Verwertung von Altgeräten mit ein und schafft so einen Anreiz, die Recycling-Quote dieser Geräte zu erhöhen.

Die Frequenzumrichterfamilien Altivar 61 und 71 für Leistungsbereiche von 0,37 bis 500 kW sind für den Einbau in ortsfeste Anlagen gedacht. Obwohl daher auf diese Familien beide Richtlinien nicht zutreffen, haben sich die Automatisierungsspezialisten entschlossen, auch diese gemäß deren Vorgaben zu entwickeln und so einen weiteren Beitrag zum Umweltschutz zu leisten. Dabei übertreffen die Frequenzumrichter die Vorgaben sogar. Während die WEEE fordert, dass 70 % der Gerätekomponenten recyclebar sind, lassen sich bei den Frequenzumrichtern für Großanlagen sogar 88 % der Komponenten wieder verwerten.

Neben all dem wird auch das Gehör von Mitarbeitern geschont, die im näheren Umfeld der Anlage arbeiten. Die Frequenzumrichter arbeiten nämlich standardmäßig bei einer Frequenz von 12 kHz, sind damit deutlich vom Punkt der höchsten Wahrnehmungsempfindlichkeit entfernt. Der Geräuschpegel von Motor und Frequenzumrichter wird somit von Menschen als relativ leise wahrgenommen.

Im Einsatz bewährt

Doch die Frequenzumrichter werden nicht nur umweltgerecht hergestellt. In verschiedenen Anwendungsbeispielen haben sie auch bewiesen, dass man mit ihnen richtig Energie sparen kann. So werden beispielsweise in der Pumpstation zur Wasserversorgung von La Rochelle durch Einsatz von Frequenzumrichtern 20...25 % Energie eingespart. Bei der TEMIC Semiconducters in Nantes, Frankreich wiederum haben die Automatisierungsexperten die zentrale Belüftung der Produktionshalle mit ihren Frequenzumrichtern ausgestattet. Hierfür war eine Investition von 35.670 € nötig, eine Summe, die viele von einem solchen Projekt abhalten würden. Allerdings bringt die Umrüstung eine Energieeinsparung von jährlich 127 000 kWh. Somit stellt sich bereits nach 13 Monaten der Return of Investment ein, oder anders ausgedrückt: Ab dem 14. Monat wird hier bares Geld gespart. Maßnahmen zum Umweltschutz sind also nicht zwangsläufig teuer, sondern mit den richtigen Lösungen wird neben der Umwelt auch der Geldbeutel geschont.

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