Die ganzheitliche Sicht ist wichtig

Was hat sich bei all der Diskussion um energieeffiziente Antriebe in den letzten Monaten getan? Werden sie mittlerweile vermehrt eingesetzt, greifen die normativen Vorgaben? Diese und weitere Fragen beantworten im nachfolgenden Trendinterview die Vertreter von ABB, Danfoss, Lenze und Rexroth, die sich schon auf der letztjährigen SPS/IPC/Drives im Rahmen des ZVEI-Messeforums zu diesem Thema als ausgewiesene Experten engagiert hatten.

eA: Wie hoch schätzen Sie in den für Sie relevanten Marktsegmenten das Energiesparpotenzial, den Verbreitungsgrad und die Amortisationszeit geregelter Antriebe ein?

Kiel: Als Energieeinsparpotenzial in der industriellen Antriebstechnik kann durchweg eine Reduzierung um 20 bis 30 % erreicht werden. Einsparpotenziale finden sich in fast allen Applikationen, außer in denen, die sehr energieintensiv sind und bei denen in der Vergangenheit bereits optimiert wurde. Antriebe werden aber in sehr großer Zahl mit kleinen Leistungen eingesetzt. Hier ist in der Regel nicht so sehr auf die Energieeffizienz, sondern mehr auf den Anschaffungspreis geachtet worden. Die Amortisationszeit liegt je nach Anwendung bei ein bis vier Jahren. Sie ist umso kürzer, je länger der Antrieb läuft, je höher die Leistung ist und je stärker der Leistungsbedarf schwankt und damit angepasst werden kann.

Keiger: Frequenzumrichter mit elektronischer Drehzahlregelung erhöhen durch ihr hohes Energieeinsparpotenzial die Wirtschaftlichkeit von Anlagen. Das Energie-sparpotenzial liegt in den uns zugänglichen Märkten allein bei Lüfter- und Pumpenanwendungen bei mindestens 20 %. Die durchschnittlichen Amortisationszeiten liegen je nach Leistung und Betriebsstun-den zwischen 1,5 und 2 Jahren. Durch die steigenden Energiekosten sinken aber die Amortisationszeiten. Bei vielen Anwendungen amortisiert sich ein Frequenzumrichter bereits nach einigen Monaten. Das wird sich auch auf den Verbreitungsgrad der geregelten Antriebe auswirken, der bei den installierten Elektromotoren noch im einstelligen Prozent-Bereich liegt.

Simon: Ungefähr 65 % der elektrischen Energie werden in Industrie und Gewerbe für den Antrieb von Motoren benötigt. Untersuchungen haben ergeben, dass ca. 70 % der für Motoren verwendeten Energie zum Antreiben von Pumpen, Lüftern und Kompressoren (Kälte und Luft) benö-tigt werden. Deshalb ist es wichtig, bei Energieeffizienzmaßnahmen den Schwerpunkt auf diese Anwendungen zu legen. Ein Energieeinsparpotenzial von über 30 % ist durchaus realistisch und nicht selten sind Amortisationszeiten von weniger als zwei Jahren möglich.

Steffan: In der elektrischen Fabrikautomation liegt der Ausrüstungsgrad mit geregelten Antrieben in den Maschinenhauptfunktionen bei 100 %. Lediglich in Nebenfunktionen (z.B. Lüftung/Klimatisierung, Kühlpumpen) finden sich noch ungeregelte Antriebe. Dass genau dort auch die größten Effizienzreserven stecken, zeigt eine Studie des Fraunhofer Instituts für System- und Innovationsforschung (ISI). Demnach verbrauchen die Kernprozesse der produzierenden Industrie nur etwa ein Drittel der Energie. Zwei Drittel des Energiebedarfs entfallen auf die Nebenprozesse. Dies ist ein gewaltiges Potenzial zur Senkung des Verbrauchs und zur Steigerung der Energieproduktivität. Das Einsparpotenzial lässt sich nur für die konkrete Anwendung berechnen. Im Einzelfall lassen sich selbst in den ohnehin energieeffizienten Antriebsanwendungen der elektrischen Fabrikautomation durch anwendungsoptimale Antriebsauslegung, rückspeisefähige Versorgungsmodule oder intelligente Kombi-nation der passenden Technologien Energieeinsparungen von beispielsweise 20 % erzielen. Die Amortisationszeiten für rückspeisefähige Versorgungskonzepte sind je nach Anwendung unterschiedlich, hier hat z.B. die Betriebsart oder die installierte Leistung einen entscheidenden Einfluss. Bei Anwendungen mit häufigem Wechsel zwischen motorischem und generatorischem Betrieb dürfte die Amortisationszeit typischerweise zwischen einem und drei Jahren liegen. Diese Schätzung bezieht sich auf einen Vergleich mit einspeisenden Versorgungen mit Asynchronmotoren und berücksichtigt steigende Energiepreise.

eA: Woran scheiterte bislang der vermehrte Einsatz in diesen Sparten und ist hier aktuell eine größere Akzeptanz der Anwender zu spüren?

Kiel: Bislang war die Energieeffizienz nicht wichtig. Letztendlich ist Energie zwar teurer geworden, aber immer noch vergleichsweise preiswert. Die Energiekosten der meisten Industriebetriebe liegen bei wenigen Prozent. Energieeffizienz ist allerdings kein Thema, von deren Wichtigkeit die Anwender überzeugt werden müssen. Wir finden eine Win-Win-Situation zwischen Kosten und Umwelt vor. Daher ist es am wichtigsten, konkrete Wege zur Verbesserungen der Energieeffizienz aufzuzeigen. Lenze hat hierzu z.B. eine Broschüre „ Energiesparlösungen" herausgebracht, die ganz konkret für die verschiedenen Antriebsanwendungen zeigt, wie dort der Energieeinsatz optimiert werden kann. Energieeffizienz muss sich von der Überschriftenebene auf die konkrete Handlungsebene bewegen, dann erreichen wir hier etwas.

Keiger: In der Vergangenheit konnten die Hersteller von geregelten Antrieben mit dem Thema Energieeffizienz bei den Industriekunden nicht richtig durchdringen. Ein wichtiger Grund ist sicherlich, dass insbe-sondere Einkäufer vorrangig die Anschaffungskosten im Blick haben und nicht die Life-Cycle-Kosten. Letztere machen aber 90 % und mehr der Gesamtkosten aus. Ein weiterer Grund ist, dass energieintensive Nebenprozesse wie Pumpenapplikationen oft nicht die nötige Aufmerksamkeit bekommen. ABB konnte auf der Hannover Messe 2008 im Energieeffizienz-Tunnel aber gerade an dem Nebenprozess „ Pumpen" eindrucksvoll die Einsparmöglichkeiten aufzeigen. Wir stellen derzeit fest, dass das Interesse stark steigt.

Simon: Energieeinsparung kann nicht einfach durch den Einsatz von wirkungsgradzertifizierten Komponenten wirtschaftlich realisiert werden. Das größte Potenzial liegt in der Optimierung und richtigen Dimen-sionierung von Komponenten und der Abstimmung aufeinander mit intelligenter Steuerung und Regelung. Es ist heute zunehmend möglich, mit Entscheidungsträgern über die Betriebskosten und somit auch über Energiekosten zu sprechen. In der Vergangenheit standen häufig nur die Investitionskosten im Vordergrund. Wir würden uns wünschen, dass mit Energiesparmaßnahmen genauso euphorische Ankündigungen gemacht werden, wie z.B. beim Ausbau von erneuerbaren Energien, wo in Deutschland bis 2020 mehr als 200 Mrd. Euro investiert werden sollen. Energiesparmaßnahmen müssen die höchste Priorität haben, da diese dringend notwendig sind, um auch in Zukunft in Deutschland wirtschaftlich zu produzieren. Die CO2-Reduktionsziele können nur erreicht werden, wenn in den Bestand in Energiesparmaßnahmen investiert wird. Neuanlagen sind heute sehr oft schon äußerst effizient. Diese werden jedoch meist exportiert.

Steffan: Je höher die Energiekosten klettern, desto größer wird auch das Interesse an der Verbesserung der Energieprodukti- vität (das Verhältnis zwischen Energieverbrauch und Produktion). Der Energieverbrauch beeinflusst schon heute zu über 50 % die Lebenszykluskosten von Maschinen und Anlagen. Für den Anwender gewinnt damit die Energieproduktivität einer Maschine eine entscheidende Bedeutung für die Investitionsentscheidungen. Maschinenhersteller reagieren auf diese Anforderung, für sie wird eine hohe Energieproduktivität zu einem entscheidenden Verkaufsargument. Dabei können sie durch intelligente Lösungen auf Basis bereits heute verfügbarer Komponenten sehr schnell Erfolge erzielen. Die Wirtschaft in Deutschland hat hier bereits gute Fortschritte gemacht: Zwischen 1990 und 2006 ist der Primärenergieverbrauch um 3 % gesunken, während die Wirtschaftsleistung (BIP) gleichzeitig um 27 % stieg. Durch effizientere Verfahren wurde deutlich mehr produziert, ohne mehr Energie zu verbrauchen.

eA: Die neue Norm IEC 60034 teilt die Motoren nach IE-Klassen ein. Wie schätzen Sie diese Klassifizierung und insbesondere deren Gültigkeit auch für Getriebemotoren ein?

Kiel: Wir gehen davon aus, dass diese Norm für alle Standard-Drehstrommotoren angewendet wird – und damit auch für die Motoren, die mit Getrieben kombiniert werden. Daher bereiten wir uns darauf vor, unsere Motoren nach dieser neuen Norm zu kennzeichnen.

Keiger: ABB begrüßt die neue internationale IEC-Prüfnorm für Niederspannungsmotoren. Sie wird der weitere logische Schritt sein, um den Wirkungsgrad von Motoren zu erhöhen. Die Norm IEC 60034 wird in Zukunft den Anwendern die Auswahl von Motoren mit hohem Wirkungsgrad wesentlich erleichtern.

Simon: Zunächst zur Historie: Die treiben-de Kraft zur forcierten Einführung von EFF1- und EFF2-Motoren waren die Mitglieder des ZVEI. Das Ergebnis ist, dass mittlerweile der Marktanteil von EFF1-Motoren bei ca. 12 % liegt. Dies ist sicherlich noch steigerungsfähig und wird auch von den Motorenherstellern unterstützt. Die bisherige Selbstverpflichtung der Hersteller zur Einführung von Effizienzmotoren war auf Normmotoren ohne Getriebe beschränkt. Deutsche Hersteller haben federführend bei der internationalen Standardisierung mitgearbeitet, um so die Voraussetzung für eine globale Anwendung zu ermöglichen. Deshalb wird sich die neue Norm an die existierenden europäischen Standards anlehnen und auch zukünftig für Getriebemotoren gültig sein. So entspricht z.B. der heutige EFF2-Motor zukünftig einem IE1-Motor oder der heutige EFF1-Motor dem zukünftigen IE2-Motor. Mit der Einführung dieser neuen Norm können sich lokale Vorschriften darauf beziehen, sodass dies in Zukunft die weltweite Standardisierung wesentlich erleichtern wird.

eA: Wie hoch ist der Entwicklungsaufwand, um der neuen Norm entsprechende Motoren in allen Bereichen anbieten zu können?

Kiel: Der Entwicklungsaufwand ist nicht unbeträchtlich, da eine ganze Motorenreihe mit ihren verschiedenen Leistungen entwi-ckelt, qualifiziert und in die Produktion gebracht werden muss.

Keiger: ABB erfüllt bereits heute bei den meisten Elektromotoren die neue Norm. Insofern hält sich der Aufwand für uns in Grenzen. Wir haben auf der diesjährigen Hannover Messe neue Motorenreihen mit verbesserter Energieeffizienz und gesteigerten Life-Cycle-Werten vorgestellt, die schon nach der neuen Norm entwickelt und geprüft sind.

Simon: Danfoss wird im Getriebemotoren-Bereich neue Energieeffizienzmotoren einführen, wobei dies ohnehin geplant war und nicht in Zusammenhang mit der neuen Norm IEC 60034 steht. Für die Weiterentwicklung unserer Motorenbaureihe wer-den wir sowohl Hocheffizienzmotoren auf Basis der Permanentmagnettechnologie als auch unsere Asynchronmotoren weiterentwickeln, um den neuen Standards gerecht zu werden. Diese neuen Entwicklungsprojekte werden auch in den kommenden Jahren noch erhebliche Ressourcen beanspruchen.

eA: Einfach einen Umrichter einsetzen und/oder die richtige Effizienzklasse beachten – reicht dies für einen wirklich energieeffizienten Betrieb aus oder steckt auch in der Applikationserstellung selbst noch ein deutliches Energiesparpotenzial?

Kiel: Der wichtigste Punkt ist die Analyse, wie viel Energie tatsächlich benötigt wird. Gerade im Vermeiden von Überdimensionierungen steckt ein enormes Potenzial. Vor allem Antriebe im kleinen Leistungsbereich werden häufig deutlich unter ihrer Nennleistung betrieben. Dieses führt zu sehr niedrigen Wirkungsgraden und damit zu sehr hohen Verlusten. Durch eine exakte Analyse und die Auswahl der richtigen Größen (ohne die berühmten „Angstfaktoren") können Verluste auf ein Drittel reduziert und damit der Energieeinsatz um über 30 % gesenkt werden. Diese Maßnahme spart dann Kosten vom ersten Tag an, weil ein kleinerer Antrieb in der Regel auch preiswerter ist. Dieses Beispiel zeigt, dass das Wissen, wie viel Energie tatsächlich benötigt wird, und die passende Auswahl der Komponenten, aber auch die Optimierung der Antriebsregelung und der Bewegungsführung ganz entscheidend sind. Wenn wir Energie sparen wollen, müssen wir wissen, wie viel Energie wir benötigen.

Keiger: Weder das eine noch das andere reicht aus. Das Einsparpotenzial hängt ganz entscheidend von der jeweiligen Applikation ab. Die Energieeinsparpotenziale teilen sich nach Angaben des ZVEI bei den industriellen Anwendungen wie folgt auf: 60 % durch eine mechanische Systemoptimierung, 30 % durch elektronische Drehzahlregelung und 10 % durch den vermehrten Einsatz von Energiesparmotoren. Bei der ganzen Diskussion darf man nicht außer Acht lassen, dass auch die richtige Dimensionierung der Anlage ein weiterer wesentlicher Faktor ist. ABB bietet deshalb Anlagenplanern und Ingenieuren mit intelligenten Softwaretools wichtige Unterstützung bei der Dimensionierung.

Simon: Nur die Optimierung der Gesamtapplikation ergibt am Ende eine energiesparende und kostengünstige Lösung. Einen Antrieb, der nur mit ganz geringen Betriebsstunden am Tag eingeschaltet ist, wird man anders optimieren, als einen Pumpenan-trieb, der 24 h in Betrieb ist. Insofern ist eine Gesamtbetrachtung erforderlich, um ein deutliches Energieeinsparpotenzial zu erzielen. Wir gehen davon aus, dass rund 10 % der Energieeinsparung durch Energiesparmotoren, ca. 30 % durch Einsatz eines Frequenzumrichters und 60 % des Einsparpotenzials durch Systemoptimierung erzielt werden können. Um dem Anwender den Einsatz von drehzahlveränderbaren Antrieben zu vereinfachen, hat Danfoss für die wichtigsten Applikationen eigene Frequenz-umrichterreihen entwickelt. Somit wird die Einstellung des Frequenzumrichters wesentlich vereinfacht.

Steffan: Das größte Potenzial zum Energiesparen bieten Elektromotoren, aber es genügt nicht, einzelne energieeffiziente Komponenten einzusetzen. Wir wissen, dass beispielsweise eine lastabhängige Antriebsregelung selbst mit einem Motor geringer Wirkungsgradklasse den Stromverbrauch mehr senkt als ein ungeregelter Elektromotor, der die höchste Energieeffizienz- Stufe EFF1 erreicht. Gerade Rexroth hat als Hersteller aller Antriebs- und Steuerungstechnologien den Vorteil, dass wir schon bei der Konzeption von Automatisierungslösungen die Potenziale in allen Bereichen kennen und sie ab Werk miteinander kombinieren.

eA: Welche Forderungen stellen Sie an die Politik, um energieeffiziente Antriebe stärker durchzusetzen?

Kiel: Die Politik hat uns im letzten Jahr geholfen, dieses Thema stärker in das öffentliche Bewusstsein zu bringen. Vor drei bis vier Jahren war das Thema deutlich weniger präsent. Von daher hat sich hier schon einiges bewegt. Die Politik muss an dem The-ma dran bleiben, es darf nicht Spielball von Tagesopportunitäten werden. Natürlich wünscht man sich immer finanzielle Anreize, z.B. über entsprechende Abschreibungsmöglichkeiten, weil diese teilweise schwebende Entscheidungsprozesse beschleunigen. Auch in der öffentlichen Auftragsvergabe sollte eine Gesamtkostenrechnung viel stärker etabliert werden. Da Energieeffizienz auch letztendlich Geld spart, müssen aber die meisten Entscheidungen aus den Unternehmen kommen.

Keiger: Aufgrund der extrem unterschiedlichen Applikationen macht es keinen Sinn, Forderungen speziell zu Frequenzumrichtern an die Politik zu stellen. Wünschenswert wäre es natürlich schon, wenn die Politik hier zumindest unterstützend tätig werden könnte. Die ABB ist im politischen Umfeld nicht zuletzt aufgrund ihrer aktuellen bundesweiten Klimaschutz-Kampagne als Kompetenzführer in Sachen Klimaschutz und Energieeffizienz exzellent positioniert und ein geschätzter Gesprächspartner. 90 % unserer Produkte helfen, CO2 zu reduzieren. Wir gehen davon aus, dass der Markt das Ganze regelt. Durch die steigenden Strompreise werden unsere energieeffizienten Umrichter für die Industrie hoch interessant.

Simon: Wir würden uns wünschen, dass Energieeffizienzlösungen ebenso unterstützt werden wie heute der Einsatz von erneuerbaren Energien. Allein die Solartechnik wird indirekt mit enormen Summen subventioniert, was in Zukunft letztendlich von der Allgemeinheit bezahlt werden muss. Zudem erhöhen diese indirekten Subventionen zusätzlich den Energiepreis. Deshalb ist die Politik gefordert, für Industrie und Gewerbe entsprechende Rahmenbedingungen zu schaffen, die Investitionen für die Erhöhung der Energieeffizienz fördern. Wir sind nicht dafür, hierfür entsprechende Gesetze zu verfassen, sondern vielmehr sollen Anreize geschaffen werden, wie verbesserte Abschreibungsbedingungen. Jede eingesparte kWh braucht erst gar nicht produziert zu werden. Deshalb sollte dies Priorität haben. Die McKinsey & Company hat in der Klimastudie „Kosten und Potenziale zur Vermeidung von Treibhausemissionen in Deutschland" Möglichkeiten aufgezeigt. Das Erfreuliche an dem Ergebnis dieser Studie liegt darin, dass sich bis zum Jahr 2020 wirtschaftlich vertretbar jährlich 130 Mt Treibhausgasemissionen reduzieren lassen.

Steffan: Neben wirtschaftlichen Argumenten sprechen auch zunehmend staatliche Vorgaben für Investitionen in die Energieproduktivität. Hier sind die ersten Weichen bereits gestellt. Die EU-Richtlinie für „Energy using Products" (EuP) ist nur ein Vorzeichen für künftige Effizienzregeln. Ähnlich wie bei den Abgasnormen für Verbrennungsmotoren sorgen sicherlich in den kommenden Jahren Grenzwerte dafür, dass neue Komponenten und Maschinen effizienter mit der eingesetzten Energie umgehen werden.

zg

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