Energieverbrauch senken mit Frequenzumrichtern

Energieverbrauch senken Spritzgussmaschine Frequenzumrichter

Mit Energiemonitoring Einsparpotenziale erkennen und nutzen
Beispiel Frequenzumrichter

In vielen Unternehmen aus Industrie und Gewerbe sind sie auch heute noch anzutreffen: Motoren ohne geregelten Antrieb, obwohl der Prozess eine Drehzahlregelung ermöglichen würde. Oder anders formuliert: wahre Stromfresser. In fast jeder Produktionshalle sind noch ältere Anlagen, Pumpen oder Kompressoren im Einsatz, die deutlich mehr Energie verbrauchen als eigentlich nötig wäre. Zum effizienteren Betrieb fehlen meist nur zwei Dinge: die Kenntnis, dass es ein großes Einsparpotenzial gibt, und die einfache Nachrüstung mit einem Frequenzumrichter, mit dem sich dieses Potenzial umsetzen lässt.

Erfahren Sie in diesem Blog-Beitrag mehr zu Frequenzumrichtern, welche Einsparpotenziale sie bieten und wie Sie mithilfe von Energiemonitoring alle erforderlichen Informationen für eine schnelle und unkomplizierte Nachrüstung erhalten.

 

Inhalt

 

Was ist ein Frequenzumrichter?
Funktionsweise und Eigenschaften

Ein Frequenzumrichter ist ein elektrisches Bauteil, welches 50 oder 60 Hz Wechselstrom in eine niedrigere oder höhere Frequenz umwandeln kann. Dadurch ist er in der Lage, die Drehzahl eines Elektromotors variabel zu steuern, sodass dieser je nach Anforderung mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten laufen kann. Bei einem direkt am Stromnetz betriebenen Motor ohne Frequenzumrichter ist die Drehzahl des Antriebs nicht variabel und er läuft entweder auf Nenndrehzahl, also der maximal möglichen Drehzahl, oder er wird komplett abgeschaltet – es gibt also nur die Einstellungen “An” und “Aus”.

 

Stromverbrauch, Kosten und Verschleiß senken mit Frequenzumrichtern

Durch die bedarfsgerechte Regelung der Drehzahl auf das in der Maschine oder Anlage benötigte Niveau kann der Frequenzumrichter den Energieverbrauch deutlich senken. Während des aktiven Betriebs der Maschine oder Anlage wird die optimale Leistung erbracht. Diese variable Steuerung steigert die Energieeffizienz spürbar, was sich natürlich auch in den Energiekosten widerspiegelt. So lassen sich je nach Anwendung bis zu 70% der eingesetzten Energie einsparen. Hinzu kommt, dass teure Lastspitzen vermieden werden können und auch der Verschleiß des Motors bzw. der gesamten Maschine wird verringert, indem stets für eine auf die Anforderung passende Geschwindigkeit gesorgt wird.

 

Frequenzumrichter zielgerichtet einsetzen: Energiemonitoring liefert die Ansatzpunkte!

Frequenzumrichter eignen sich branchenunabhängig für die verschiedensten Anwendungen. Zu den häufigsten zählen Lüfter, Pumpen, Kompressoren und Förderanlagen. Generell können Frequenzumrichter aber bei allen Antrieben eingesetzt werden, die mit einer variablen Drehzahl betrieben werden können. Vor allem im industriellen Umfeld sind noch viele ältere und somit ungeregelte Antriebe im Einsatz. Deren Einsparpotenzial ist erheblich und lässt sich mit überschaubarem Aufwand mittels Nachrüstung von Frequenzumrichtern gewinnbringend umsetzen.

Aktuell wird das Einsparpotenzial allerdings noch lange nicht ausgeschöpft. Die Hauptursache dafür ist, dass die Unternehmen die Verbrauchsstellen, bei denen sich eine Nachrüstung lohnt, gar nicht kennen. Denn meist liegt kein ausreichend aufgeschlüsselter Energieverbrauch vor, der die Hinweise auf die Einsparmöglichkeiten offenbart. Mithilfe eines digitalen und automatisierten Energiemonitorings, welches sämtliche Energieflüsse eines Unternehmens erfasst und auswertet, liegen diese Daten in der erforderlichen Qualität vor. Dadurch lässt sich der Energieverbrauch schnell und einfach auf Einsparpotenziale untersuchen. Wie das in der Praxis aussehen kann, verdeutlicht das folgende Beispiel.

 

Praxisbeispiel: Lastgang und Energieverbrauch einer Spritzgussmaschine mit und ohne Frequenzumrichter

Die Analyse des Energieverbrauchs (Lastganganalyse und Verbrauchsdiagramm) aus der Energiemonitoring-Software Energy Monitor zeigt eine Spritzgussmaschine im Jahr 2022 (blau) verglichen mit 2023 (violett; bis Mitte August). Die Spritzgussmaschine wurde zum Jahreswechsel von 2022 auf 2023 mit einem Frequenzumrichter ausgestattet, was auch deutlich im Lastprofil erkennbar ist: Die maximalen Lasten fallen viel gleichmäßiger, und vor allem viel geringer aus. Trotz eines mehrwöchigen Produktionsstillstandes von Mitte Juni bis Juli in 2022 ist der durchschnittliche Energieverbrauch in 2023 (Stand: Mitte August 2023) durch den Frequenzumrichter um gut 13% geringer; auf das gesamte Jahr hochgerechnet wird die Einsparung deutlich größer ausfallen.

 

Einfache Erfolgskontrolle mit Energiemonitoring

Das Unternehmen aus dem Praxisbeispiel kann dank des softwarebasierten Energiemonitorings genau nachverfolgen, welche Energieeinsparung durch den Frequenzumrichter erzielt wurden. Das ist einerseits entscheidend, um eventuelle Versprechungen über möglichen Einsparungen von Anbietern kontrollieren zu können. Andererseits ist der Nachweis von Einsparungen wichtig für die objektive Bewertung der Energieeffizienz des Unternehmens. Daher ist dies auch ein wichtiger und erforderlicher Bestandteil eines nach DIN EN ISO 50001 zertifizierten Energiemanagement-Systems.

 

Was kostet ein Frequenzumrichter?

Ob sich die Nachrüstung mit einem Frequenzumrichter lohnt, sind neben den möglichen Einsparungen natürlich auch die Anschaffungskosten relevant. Diese hängen von der Größe und dem Typ des eingesetzten Motors sowie von den erforderlichen Eigenschaften und Funktionen ab. Frequenzumrichter gibt es in der Regel in allen gängigen Größen und Spannungsbereichen der Niederspannung bis  1 kV, aber auch für Mittelspanungsanwendungen. Auf dem Markt sind günstige und einfach Modelle mit den notwendigsten Grundfunktionen und sehr gut ausgestattete Modelle mit verschiedenster Kommunikationstechnologien, aber auch aufwendigen Spezialanwendungen verfügbar. Industrielle Frequenzumrichter gibt es für Anwendungen mit wenigen 100 Watt bzw. Ampere bis hin zu wassergekühlten Modellen mit mehreren Megawatt bzw. Ampere.

Daneben bieten Frequenzumrichter auch verschiedene Merkmale und Funktionen wie einen Überlastungsschutz oder schonendes Hochfahren der Drehzahl („Soft Start“). Je nach Anwendungsfall verfügen die Geräte über weitere sinnvolle Funktionen. Zum Beispiel kann ein Frequenzumrichter an einem Pumpenmotor durch eine Pumpenreinigungsfunktion verhindern, dass das Pumpenrad mit Fremdkörpern blockiert wird. Mehr Informationen zu Modellen und Spezifikationen erhalten Sie bei unseren Partnern von der IWIK GmbH.

 

Staatliche Förderungen nutzen

Unabhängig vom Modell lässt sich aber sagen, dass Frequenzumrichter eine lohnenswerte Investition sind, welche sich meist schon innerhalb von ein bis zwei Jahren rentiert hat. Außerdem gibt es im Rahmen der „Bundesförderung für Energie- und Ressourceneffizienz in der Wirtschaft“ des BAFA staatliche Unterstützung für eine Investition, und zwar sowohl für Frequenzumrichter (Modul 1: Querschnittstechnologien) als für ein Energiemonitoring-System (Modul 3: Mess-, Steuer- und Regelungstechnik, Sensorik und Energiemanagement-Software). Die Förderung kann in beiden Fällen für Unternehmen jeweils bis zu 30% der Investitionssumme betragen, bei kleinen und mittelständischen Unternehmen sogar bis zu 40%. Weitere Informationen hierzu erhalten Sie auch in unserem Blog-Beitrag zur BAFA-Förderung.

 

Nachhaltige Steigerung der Energieeffizienz

Einmal identifiziert ist es ein leichtes, einen bisher ungeregelten Antrieb mit einem Frequenzumrichter nachzurüsten und so von den schnellen und spürbaren Energieeinsparungen zu profitieren. Wie bei allen Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz bietet auch bei Frequenzumrichtern eine Energiemonitoring-Software viele Vorteile, angefangen bei der Identifikation des Einsparpotenzials bis hin zur Erfolgskontrolle der Maßnahme.

Sind auch Sie auf der Suche nach Einsparpotenzialen in Ihrem Unternehmen? Die Experten aus unserem Team sowie unsere Partner unterstützen Sie dabei jederzeit gerne. Kommen Sie einfach auf uns zu!

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