ABB Energy Efficiency: Hausaufgaben erledigt, Ökodesign-Vorgaben übererfüllt

Paul Dworschak, Leiter Antriebstechnik Drives bei ABB

Paul Dworschak
Leiter Antriebstechnik Drives bei ABB

„Die Investition in eine höhere Energieeffizienzklasse rechnet sich meist nach spätestens eineinhalb Jahren, da der Energieverbrauch bei Motoren und Antrieben den größten Teil der Lebenszykluskosten ausmacht. “

Was verändert sich mit dem Inkrafttreten der neuen Ökodesign-Verordnung (EU) 2019/1781?

Harald Pacher: Die wichtigsten Veränderungen lassen sich folgendermaßen zusammenfassen: Bis jetzt war es im Leistungsbereich 0,75 bis 375 kW erlaubt, einen IE2-Motor mit einem Frequenzumrichter zu kombinieren. Mit 1. Juli 2021 wird nun für alle Motoren mit einer Nennleistung von 0,75 bis 1.000 kW ein IE3-Motor vorgeschrieben und die kleineren Motoren von 0,12 bis 0,55 kW müssen zumindest den Anforderungen der Energieeffizienzklasse IE2 entsprechen. Achtpolige Motoren sind mittlerweile auch betroffen von der Ökodesign-Verordnung – früher fielen nur zwei-, vier- und sechspolige Motoren darunter. Ab dem 1. Juli 2023 wird dann die Energieeffizienz-Kategorie IE4 für zwei- bis sechspolige Dreiphasenmotoren mit einer Leistung zwischen 75 und 200 kW obligatorisch, sofern es sich dabei nicht um Brems- oder Ex-Motoren handelt.

Die neuen Regelungen für Frequenzumrichter sind weniger kompliziert: Hier gilt es ab 1. Juli 2021 die Kategorie IE2 einzuhalten.

Bestens gerüstet für die Zukunft: ABB bietet bereits jetzt ein umfassendes Motoren- und Frequenzumrichter-Portfolio, das den künftigen Anforderungen der EU entspricht.

Harald Pacher
Produktverantwortlicher für Niederspannungsmotoren bei ABB

„In den letzten zehn Jahren ist zwar sehr viel passiert in puncto Ökodesign, aber es befinden sich noch immer sehr viele von Elektromotoren angetriebene Systeme im Einsatz, die deutlich mehr Elektrizität aufnehmen als unbedingt notwendig wäre. “

Inwieweit entsprechen die Antriebskomponenten aus dem Hause ABB bereits diesen neuen Regulativen?

Paul Dworschak: Wir sind den Vorgaben um einige Jahre voraus. Wir bieten bereits jetzt ein umfassendes Portfolio, das den künftigen Anforderungen entspricht. Die IE2-Konformität unserer wichtigsten Frequenzumrichterfamilien – ACS880, ACS580, ACH580, ACQ580, ACS480, ACH480 – wurde schon bestätigt.

Harald Pacher: Bei den Motoren ist es ähnlich. Wir bieten sogar höhere Energieeffizienzklassen für jene Motoren, die von der neuen Verordnung noch ausgenommen sind.

Bei Motoren gibt es fünf wesentliche Bereiche, wo man ansetzen kann, um Wirkungsgradverluste in einem möglichst kleinen Rahmen zu halten.

Müssen aufgrund der neuen Verordnung alte Motoren ausgetauscht werden?

Harald Pacher: Nein, die Ökodesign-Verordnung (EU) 2019/1781 zielt auf die Antriebshersteller ab. Das bedeutet: Ab 1. Juli 2021 bzw. 2023 dürfen in der EU bestimmte Motorentypen nicht mehr in Verkehr gebracht werden.

ABB verfügt über ein breites Angebot an Niederspannungsmotoren mit verbesserter Energieeffizienz, die für alle Branchen und Anwendungen geeignet sind.

Zahlt es sich aus, freiwillig auf eine höhere Energieeffizienzklasse umzusteigen?

Paul Dworschak: Ein Umstieg auf die nächsthöhere Energieeffizienzklasse ist zwar mit zusätzlichen Anschaffungskosten von rund 15 % verbunden, bringt langfristig aber eine enorme Ersparnis. Die meisten Investitionen rechnen sich unserer Erfahrung nach bereits nach spätestens eineinhalb Jahren, da der Energieverbrauch bei Motoren und Antrieben den größten Teil der Lebenszykluskosten ausmacht.

Harald Pacher: Auf unserer Website gibt es ein für die Allgemeinheit frei zugängliches Tool, mit dem sich sehr gut darstellen lässt, wie es sich auf den Energieverbrauch auswirken würde, wenn man beispielsweise statt eines IE2- einen IE3-Motor einsetzt. Dieser „Optimizer“ unterstützt nicht nur bei der Auswahl von passenden MEPS-konformen Motoren, sondern er rechnet nach Eingabe der entsprechenden Daten auch vor, mit welchen Stillstand-, Betriebs- bzw. Gesamtkosten beim Einsatz eines bestimmten Motortyps zu kalkulieren wäre. Somit ist mit wenigen Mausklicks eine aussagekräftige Wirtschaftlichkeitsberechnung durchführbar. Diese Berechnung zeigt u. a. auch die zu erwartende Amortisationsdauer an.

Wo liegt das meiste Energieeinsparpotenzial brach?

Paul Dworschak: ABB hat vor Kurzem mit „Achieving the Paris Agreement: The vital role of high-efficiency motors and drives in reducing energy consumption” ein Whitepaper veröffentlicht, in welchem aufgezeigt wird, dass hocheffiziente Motoren und Antriebe einen erheblichen Beitrag zum Klimaschutz leisten. Die größte Energieeinsparung lässt sich bei einem quadratischen Gegenmoment, z. B. bei Pumpen oder Lüftern erzielen, aber auch bei einem konstanten Gegenmoment ist mit einer intelligenten Drehzahlregelung „einiges“ möglich. Im Durchschnitt führt der Einsatz eines Frequenzumrichters zu einer Energieersparnis um zwischen 30 und 50 %. Im Extremfall ist damit sogar ein Minus von 90 % realisierbar. Natürlich ist dies alles u. a. davon abhängig, in welchen Betriebsarten die Antriebe eingesetzt werden und ob diese rund um die Uhr oder nur temporär laufen.

Harald Pacher: In den letzten zehn Jahren ist zwar sehr viel passiert in puncto Ökodesign, aber es befinden sich allein in der Industrie immer noch rund 300 Millionen von Elektromotoren angetriebene Systeme im Einsatz, die deutlich mehr Elektrizität aufnehmen als dank moderner Technik eigentlich nötig wäre. Unabhängigen Forschungsergebnissen zufolge ließe sich der weltweite Strombedarf durch einen Umstieg auf optimierte, hocheffiziente Systeme um bis zu 10 % senken. ABB behält die Nettoauswirkungen der eigenen Hochleistungsmotoren und -antriebe auf die globale Energieeffizienz regelmäßig im Auge und da stellten wir fest, dass wir 2020 helfen konnten rund 198 Terrawattstunden Strom einzusparen – das entspricht mehr als der Hälfte des Jahresbedarfs von Großbritannien.

Sind in Österreich auch noch viele alte Motoren im Einsatz?

Paul Dworschak: Ja, weil Motoren im Grunde genommen „ewig“ halten.

Harald Pacher: Ich hatte erst kürzlich mit einem alten BBC-Motor Baujahr 1955 zu tun. Solche Modelle sind natürlich nicht so leicht durch ein modernes Exemplar zu ersetzen, weil es damals noch keine IEC-Abmessungen gab, an denen sich die Hersteller zu orientieren hatten. Mit der Einführung der IEC-Baugrößen wurde die Basis für einen problemlosen Umstieg auf höhere Energieeffizienzklassen geschaffen, da die Baugrößen normiert wurden.

An welchen Schrauben kann man drehen, um Motoren und Frequenzumrichter noch effizienter zu gestalten?

Paul Dworschak: Bei den Frequenzumrichtern sind es die Lüfter, die die meisten Verluste mit sich bringen. ABB setzt in seinen Produkten bereits seit vielen Jahren sehr erfolgreich auf hocheffiziente Lüfter.

Harald Pacher: Bei den Motoren gibt es fünf wesentliche Bereiche, wo man ansetzen kann, um die Wirkungsgradverluste in einem möglichst kleinen Rahmen zu halten. Der größte Optimierungshebel findet sich beim Eisenpaket mit der Wicklung, denn hier kann es zu Verlusten in der Ständerwicklung, der Läuferwicklung und beim Eisen kommen. Dann gibt es noch Reibungs- und Luftwiderstandsverluste sowie lastabhängige Zusatzverluste, die durch Streufluss, mechanische Unebenheiten im Luftspalt und Unregelmäßigkeiten der Flussdichte im Luftspalt verursacht werden.

Schmiedet die EU schon Pläne in Richtung IE5?

Harald Pacher: Es gibt schon erste Ansätze in diese Richtung, aber noch kein Datum, wann dies zum Tragen kommen wird. Momentan sind wir noch damit beschäftigt, die letzten Weichen für die ab 1. Juli 2021 bzw. 1. Juli 2023 wirksame Verordnung zu stellen. Denn entsprechende Motoren und Frequenzumrichter herzustellen ist das eine – diese „Hausaufgaben“ sind längst erledigt, aber im Zuge dessen gilt es auch etliche andere Tasks abzuarbeiten – z. B neue Zeichnungen anfertigen, Ersatzteillisten abändern und einiges andere mehr. Dieser organisatorische Aufwand rundherum ist nicht zu unterschätzen.

ABB ist auf jeden Fall bestens gerüstet für die Zukunft. Wir haben jetzt schon ein IE4-Produktprogramm von 2,2 bis 500 kW, obwohl dies von der EU noch gar nicht verlangt wird. Und mit unseren Synchronreluktanzmotoren (SynRM) führen wir sogar Motoren im Portfolio, die die Kriterien der Ultra-Premium-Energieeffizienzklasse IE5 der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) erfüllen. Im Vergleich zu IE2-Motoren senken diese die Energieverluste um bis zu 50 %.

Vielen Dank für das Gespräch!