Energieeffizienz und Nachhaltigkeit dank smarter ABB-Motoren und Frequenzumrichter

„Motoren ohne Frequenzumrichterbetrieb fahren stets auf Vollleistung, dies ist jedoch in einem Großteil der Anlagen nicht notwendig und führt zu unnötig aufgebrachter Energie.“ Ing. Philipp Haipl, BSc, Produktmanagement Niederspannungsfrequenzumrichter bei ABB Österreich

Elektromotoren tragen in einem wesentlichen Ausmaß zum weltweiten Stromverbrauch und somit zum CO₂-Ausstoß bei. In Folge sollten sie in puncto Nachhaltigkeit effizienter sein. Inwiefern können vor allem auch Industriemotoren optimiert werden, um Strom zu sparen und einen nachhaltigen Fußabdruck zu hinterlassen?

Philipp Haipl: Seit der Erfindung von Elektromotoren werden diese stetig weiterentwickelt, um effizienter und kostengünstiger zu arbeiten und zusätzlich gibt es seit 2011 eine Norm, die sogenannte IEC-Klassen für Effizienz festlegt. Durch diesen IE-Standard wird eine Mindesteffizienz von Elektromotoren definiert, die in der EU verpflichtend ist.

Harald Pacher: Begonnen hat diese Norm mit der Wirkungsgradklasse IE2 und über die Jahre hat hier in diesem Bereich eine große Weiterentwicklung stattgefunden. Mittlerweile ist man bei gewissen Motoren bei einer Energieeffizienzklasse von IE4 angelangt. Mitte des vergangenen Jahres wurde diese Klasse etwa für 3-phasige Motoren mit einer Nennleistung von 75 bis 200 kW verpflichtend. Seit Beginn hält sich ABB an diese Standards und kann diese mit einigen Produkten wie etwa den Synchronreluktanzmotoren unterbieten, die sogar die Klasse IE5 erreichen können.

„Die Transparenz des gesamten Produktlebenszyklus sowie Kunden mit nachhaltigen Lösungen unterstützen zu wollen, ist stets ein Ziel von ABB.“ Ing. Harald Pacher, Produktmanagement IEC-Niederspannungsmotoren bei ABB Österreich

Welche Rolle spielen Frequenzumrichter in diesem Zusammenhang bzw. können diese einen Vorteil in Bezug auf Energieeffizienz und Einsparungen generieren?

Haipl: Motoren ohne Frequenzumrichterbetrieb fahren stets auf Vollleistung, dies ist jedoch in einem Großteil der Anlagen nicht notwendig und führt zu unnötig aufgebrachter Energie, was sich in Ineffizienz und höheren Kosten widerspiegelt. In vielen Bereichen ergibt sich hier ein erhebliches Einsparungspotenzial. Hervorzuheben sind hier aufgrund der quadratischen Kennlinie beispielsweise der Betrieb mit Pumpen und Lüftern. Nehmen wir an, die Drehzahl einer Pumpe wird mit Umrichterbetrieb um 50 Prozent reduziert, so kann die aufgebrachte Leistung um bis zu 80 Prozent zurückgehen. Als weiteren Vorteil bietet der Umrichter die Möglichkeit, ein Monitoring des Motors durchzuführen, vergleichbar mit einem Sensor, der permanent Daten sammelt und so Informationen zum Status und zum Energieverbrauch des Antriebs wiedergeben kann.

Im Fokus stehen die Energieeffizienz und das nachhaltige Wirtschaften. ABB bietet eine Palette an smarten Lösungen hierzu an, um den Klimazielen gerecht zu werden.

Sind Frequenzumrichter für alle Motoren geeignet?

Haipl: Grundsätzlich ist ein Frequenzumrichter für alle Normdrehstrommotoren geeignet. Einphasige Motoren können nicht geregelt werden. Die Regelung von Sondermotoren, die speziell an Kunden und deren Wünsche angepasst werden, müssen im Detail geprüft werden.

Mit den innovativen IE5-Synchronreluktanzmotoren kann eine Betriebsoptimierung stattfinden und Kosten werden reduziert.

In einigen (Elektro-)Motoren werden auch Seltene Erden eingesetzt, genauer gesagt bei den Permanentmagneten dieser. Gibt es Ansätze bei ABB, um sich von dieser Ressource (Seltene Erden) zu lösen und ggf. Alternativen anzuwenden?

Haipl: Genau in diese Kerbe schlägt unser Angebot an Synchronreluktanzmotoren, die bereits vorher angesprochen wurden. In den letzten rund zwölf Jahren verlief der technische Fortschritt bei den Elektromotoren außergewöhnlich schnell, da zusehends die Energieeffizienz und Ressourcenknappheit in den Fokus gerückt sind. ABB brachte damals den ersten SynRM (Anm.: Kurzform) auf den Markt und gilt somit als Vorreiter, was höchste Energieffizienz betrifft und zählt zu einem der wenigen Anbieter, die eine Leistung bis 315 kW liefern können. Die Innovation von sogenannten SynRM liegt im Rotor. Dieser richtet sich durch seine spezielle Form an dem von den Statorspulen erzeugten Magnetfluss aus und folgt somit synchron der Magnetreluktanz innerhalb des Motors. Aufgrund dessen enthält der gesamte Motor keine Magnete oder Komponenten aus Seltenen Erden, ist geräuschärmer und weist deutlich geringere Energieverluste auf.

Neben den obligatorischen Produkten wie Messtechnik und Energieverteilungsprodukten bietet ABB auch passende Frequenzumrichter, speziell für den HLK-Bereich an.

Nachhaltigkeit ist bei ABB ein wesentlicher Kern der Unternehmensstrategie. Heutzutage spricht man in Bezug auf Wirtschaftsmodelle auch oft von einem zirkulären Ansatz, den es zu betrachten gilt. In diesem Zusammenhang wird oft der gesamte Produktlebenszyklus genauer unter die Lupe genommen, sprich die sogenannte Ökobilanz eines Produktes. Wie wird diese bei ABB und den Industriemotoren verbessert bzw. welche Schritte sind dabei nötig?

Pacher: Die Transparenz des gesamten Produktlebenszyklus sowie Kunden mit nachhaltigen Lösungen unterstützen zu wollen, ist stets ein Ziel von ABB. Aus diesem Grund hat man sich entschlossen, die Produktpalette mit sogenannten EPDs (Enviromental Product Declarations) zu zertifizieren. Hersteller veröffentlichen durch diese EPDs objektive und von Dritten überprüfte Daten zur Ökobilanz eines Produkts und schlüsseln Daten auf wie etwa Rohmaterialien, den Produktionsprozess, den Transport sowohl ins Werk als auch zum Kunden und weitere relevante Kennzahlen.

Haipl: Begonnen wurde bei ABB mit der Zertifizierung höherwertiger Motoren wie etwa dem SynRm sowie einigen Frequenzumrichtern. Geplant ist eine Abdeckung der gesamten Produktreihe. Diese Zertifizierung ist zum jetzigen Stand noch freiwillig, vorzustellen ist jedoch, dass die Darlegung des Produktlebenszyklus zumindest im EU-Raum verpflichtend wird, zumal dieses Thema stets an Bedeutung gewinnt und von Endkunden immer mehr gefragt wird.

Jetzt PDF downloaden: Eine zirkuläre Zukunft – Nachhaltigkeit im Leben eines Elektromotors.

Bereich HLK: Bei HLK-Anlagen ist ein effizienter und sicherer Umgang mit Energie zur Erzeugung eines komfortablen Raumklimas und zur optimalen Wärmeversorgung essenziell. Welche Lösungen bietet ABB in diesem Bereich?

Haipl: Schätzungen zufolge wird rund die Hälfte der Energie in gewerblichen Gebäuden durch HLK-Anlagen verbraucht und so bietet sich auch hier ein enormes Einsparungspotenzial. Neben den obligatorischen Produkten wie Messtechnik und Energieverteilungsprodukten bietet ABB auch passende Frequenzumrichter, speziell für den HLK-Bereich an. Diese unterstützen die spezielle quadratische Kennlinie für Pumpen und Lüfter und bieten zusätzlich Anbindungen an die gängigen HLK-Bussysteme und können auch schon gewisse Steuerungsaufgaben übernehmen, sodass eine SPS eventuell obsolet werden kann.

In die Glaskugel geschaut: Würde man auf einen Schlag alle sich im Einsatz befindenden Elektromotoren sofort tauschen und effizientere Modelle einsetzen, um wie viel Prozent könnte der Stromverbrauch reduziert werden?

Haipl: Die Beantwortung dieser Frage ist nicht ganz einfach, da jeder Antrieb und jede Anlage differenziert zu betrachten sind, doch ABB bietet hier eine Reihe an Tools und Lösungen an, um für oder gemeinsam mit den Kunden eine Energieeffizienzberechnung durchzuführen und Energieeinsparungspotenziale aufzuzeigen. Es gibt Schätzungen, die durch den Einsatz von effizienteren Motoren eine Verringerung des weltweiten Stromverbrauchs von zehn Prozent voraussagen. Diese Zahl wurde sich noch einmal deutlich verbessern durch eine Aufrüstung auf einen drehzahlvariablen Antrieb, sprich ein Paket aus Elektromotor und Frequenzumrichter. Für eine Analyse für ihren Betrieb können sich Kunden gerne auf unserer Website erkundigen oder für eine genauere Betrachtung ABB jederzeit direkt kontaktieren.

Vielen Dank für das Gespräch.