Antriebstechnik So helfen Synchronreluktanzmotor und Frequenzumrichter mehr als 50 % Energie zu sparen

Autor / Redakteur: Silvano Böni / Sariana Kunze

Dank dem Einsatz neuer Technik und einer hervorragenden Zusammenarbeit der Spezialisten von der UFA, Bühler und ABB ist eine beeindruckende Lösung entstanden. Gemeinsam ist es gelungen, den Energiebedarf von elektrischen Antriebssystemen in einer Futtermittelanlage um mehr als 50 % zu reduzieren.

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Peter Hofer, UFA (links), Viktor Borner, Bühler (im Hintergrund), und Patrik Herburger-Rauter vor der Neuinstallation.
Peter Hofer, UFA (links), Viktor Borner, Bühler (im Hintergrund), und Patrik Herburger-Rauter vor der Neuinstallation.
(Bild: ABB)

Die UFA ist das führende Schweizer Unternehmen für Tierernährung und ist mit seinen vier über das ganze Land verteilten Standorten ein wichtiger Anbieter der Futtermittelbranche. Um die gesamthaft über eine halbe Million Tonnen Futtermittel jährlich zu produzieren, sind leistungsfähige Mühlen, Gebläse, Walzen, Pressen und viele weitere elektrifizierte Großanlagen installiert.

Für die Produktion der UFA zeichnet Peter Hofer verantwortlich, Mitglied der Geschäftsleitung und diplomierter Maschineningenieur. Der möglichst effiziente Einsatz der notwendigen Energie für dieses große Produktionsvolumen ist ihm und der UFA wichtig – aus Kostengründen und aus Prinzip: „Man kann sehr viel für die effizientere Nutzung von Energie machen, wenn man die Prozesse genau analysiert“, betont Hofer.

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Prozessoptimierung durch Energieeinsparung schnell amortisiert

Ein besonders gelungenes Beispiel einer Prozessoptimierung, die sich durch die Energieeinsparung in wenigen Jahren amortisiert, hat die UFA gemeinsam mit dem Technologiekonzern Bühler in der Futtermittelanlage Sursee umgesetzt. Hier war bis Anfang 2015 ein Aspirationsventilator mit einem konventionellen 75-kW-Asynchronmotor installiert. Dieser Ventilator dient der Entfeuchtung und der Auskühlung des dampfbehandelten, pelletierten Futtermittels, um es danach verpacken zu können. Dafür saugt er die Luft über dem zu trocknenden Gut zu sich in die zehnte Etage des Produktionsturms hoch. Die Ventilation wurde schlicht über eine Klappe geregelt; der direkt ans Netz gekoppelte Motor lief stets mit seiner Festdrehzahl.

Der Ersatz dieses in den 1980er-Jahren nach Stand der Technik installierten Ventilationssystems stand an. „Durch einen Fachartikel habe ich von einer Lüftungsanlage des Universitätsspitals Zürich erfahren, in der bei einer Renovation ein neuer, hocheffizienter Synchronreluktanzmotor von ABB mit Frequenzumrichter eingesetzt wurde, und vor allem die Messergebnisse gesehen, die zeigen, um wie viel der Energieverbrauch damit tatsächlich reduziert werden konnte“, erinnert sich Hofer. Im Vergleich zu einem Asynchronmotor entfallen bei einem Synchronreluktanzmotor die Rotorverluste fast gänzlich, was in einem entsprechend höheren Wirkungsgrad resultiert.

Exakte Motorauslegung spart Platz und Kosten

Peter Hofer setzte sich daraufhin mit den Experten von Bühler zusammen, um das gesamte Effizienzsteigerungspotenzial auszuloten, das sich durch die Erneuerung des Ventilationssystems mit dem ABB-Antriebspaket ergeben könnte. Gemeinsam nahm man für die Leistungsbemessung des Motors zuerst den Prozess genau unter die Lupe. „Welchen Luftdurchsatz braucht es, um welche Menge von Futter in der gewünschten Zeit zu trocknen und zu kühlen? Wie sind die Parameter an einem extremen Sommertag, wenn die Luft selbst warm und feucht ist?“, erläutert Viktor Borner, Area Sales Manager Feed bei Bühler, die Herangehensweise der Analyse.

Gemeinsam mit den Spezialisten von ABB und Bühler wurde die neue Anlage schließlich exakt ausgelegt. Die Berechnungen ergaben, dass ein 37-kW-Motor den Anforderungen genügt. „Es hätte wohl auch ein 30-kW-Motor gereicht, aber ein bisschen Sicherheitsreserve wollten wir dann doch einbauen“, erklärt Hofer mit einem Lächeln.

Zusätzliche Sensoren messen Temperatur und Feucht der Abluft

So wurde für den Antrieb des neuen Aspirationsventilators ein 37-kW-Synchronreluktanzmotor von ABB eingebaut, geregelt durch einen ABB-Frequenzumrichter vom Typ ACS880. „Zusätzlich haben wir im System Sensoren beispielsweise für Messung von Temperatur und Feuchte der Abluft eingesetzt, damit der Operateur den idealen Luftdurchsatz über Umrichter nachjustieren kann“, erklärt Borner.

Durch die optimale Zusammenarbeit von der UFA, Bühler und ABB wurde die vorliegende Lösung erst möglich. „Die Zusammenarbeit war sehr konstruktiv und hat von Anfang an reibungslos funktioniert“, führt Patrik Herburger-Rauter aus, Teamleiter Account Management für Motoren und Antriebe bei ABB. „Wenn drei ausgewiesene Spezialisten gleichermaßen zur Lösung beitragen und ihr Fachwissen einbringen, werden beeindruckende Einsparungen möglich.“

Im Vergleich zum Vorgängersystem 50 % Energieeinsparung

Die Inbetriebsetzung erfolgte zusammen mit einem ABB-Techniker und einem Bühler-Prozessspezialisten im April 2015. Das Ventilationssystem bewährt sich vollauf. Es läuft an fünf bis sechs Tagen die Woche rund um die Uhr, das ganze Jahr. Die gemessenen Resultate überzeugen auf der ganzen Linie: Im Durchschnitt bezieht der Motor vom Umrichter noch eine elektrische Leistung von 14 kW. „Das rechnet sich!“, betont Peter Hofer. „Im Vergleich zum Vorgängersystem sparen wir rund 50 % Energie ein. Bei diesem System sind dies rund 300 MWh. Bei einem ungefähren Preis für Industriestrom von 120 Franken pro MWh macht das 36.000 Franken jährlich. Da amortisiert sich das Antriebspaket schnell. Und die Reduktion der Emission von CO2-Äquivalenten ist beträchtlich.“ Zusätzliche positive Nebeneffekte wie ein reduzierter Kühlbedarf im Steuerschrank, verringerter Platzbedarf und Einsparungen durch die kleinere Größe des Motors sind in dieser Betrachtung noch nicht berücksichtigt.

Trendsetter für Energieeffizienz

Eine weitere Umrüstung auf Synchronreluktanzmotoren erfolgte bereits im UFA-Werk St. Margrethen, zwei weitere werden im Werk in Herzogenbuchsee installiert. „Die UFA kann als Trendsetter für die Energieeffizienz ihrer Anlagen und die energetische Optimierung der Prozesse gelten“, erklärt Viktor Borner. „Ich denke, diese effizienten Systeme werden vom Markt zunehmend nachgefragt, wenn die Investitionskosten mit den gesamten Lebenszykluskosten sauber verrechnet werden. Die Einsparungen sprechen für sich – auch jene der Reduktion des CO2-Ausstoßes eines Betriebs.“

Der Beitrag erschien zuerst auf dem Portal unserer Schwestermarke MM Maschinenmarkt.

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