Pictures of the Future    Frühjahr 2006

Sparsame Motoren

Weltweit laufen etwa 20 Millionen Industriemotoren – ein enormes Potenzial für Energiesparmaßnahmen. Siemens entwickelt Lösungen zum Schutz der Umwelt und zur Senkung der Kosten.

Sie bewegen Rolltreppen und Ventilatoren, Züge oder Papiermaschinen: Ohne Elektromotoren stünde unsere High-tech-Welt still. Doch das kostet viel Strom: 2004 betrug der industrielle Stromverbrauch in Europa etwa 950 TWh – das ist etwa die Produktion von 400 fossil befeuerten Kraftwerksblöcken mit einem CO₂-Ausstoß von 418 Mio. t. Antriebstechnik hat daran einen Anteil von etwa zwei Drittel.

Steigende Energiepreise zwingen die Industrie, ihre Prozesse zunehmend auch ökologisch zu optimieren. Hinzu kommen die Verpflichtungen des Kyoto-Protokolls. Die EU will zwischen 2008 und 2012 die CO₂-Emissionen um 8 % (bezogen auf 1990) senken. Bei der elektrischen Antriebstechnik sollen sie von 270 Mio. t (Stand: 2000) auf 240 Mio. t bis 2010 reduziert werden. Die EU-Mitgliedsländer müssen diese EU-Richtlinie bis 2007 in nationales Recht umsetzen.

Potenzial ist vorhanden. "Vor allem bei Nebenprozessen, die nicht direkt der Produktion dienen", erklärt Dr. Peter Zwanziger, der sich bei Siemens Automation and Drives (A&D) mit dem Thema Energiesparen befasst. "Dazu gehören etwa die Aufbereitung und der Transport von Hilfsstoffen, die Klimatisierung oder auch die Entfernung von Abfällen." Die größten industriellen Verbraucher sind Kompressoren, Verdichter, Förderbänder oder Rühr- und Mahlwerke, aber auch Pumpen für Heizung, Lüftung und Klimatisierung. In der Papierindustrie beispielsweise drehen sich bei einer mittleren Betriebsgröße über 3 000 Motoren rund um die Uhr.

Rasche Amortisation. Die Technik zum Sparen gibt es schon: Allein Frequenzumrichter können laut ZVEI (Zentralverband Elektrotechnik- und Elektroindustrie) 90 % des Energiesparpotenzials abschöpfen. Der Rest lässt sich mit Energiesparmotoren abdecken, aber die höheren Anschaffungskosten verschrecken viele Manager – was paradox ist: Denn der Kaufpreis macht bei einer Nutzungsdauer von zehn Jahren und jährlich 2 000 Betriebsstunden weniger als 3 % der Gesamtkosten aus, die Stromkosten dagegen mehr als 95 %.

Die Verantwortlichen im Volkswagen-Motorenwerk in Salzgitter haben genau dies erkannt. Sie ersetzen seit mehr als zwei Jahren defekte Standardmotoren konsequent durch Siemens-Motoren der höchsten Effizienzklasse (EFF1). "Die über die Betriebsdauer akkumulierten Energiekosten überwiegen den Preis des Motors bei weitem", berichtet André Prätzel vom VW-Anlagenservice. Selbst bei industrieüblich niedrigen Energiepreisen haben sich die Mehrkosten bereits nach 12 bis 18 Monaten amortisiert (siehe Kasten). Inzwischen setzt VW auch bei der Neuinstallation von Anlagen nur noch EFF1-Motoren ein.

Die jüngste Generation der Energiesparmotoren von A&D kann die Verlustleistung, also die in Wärme umgesetzte, ungenutzte Leistung, im Vergleich zu konventionellen Elektromotoren um bis zu 45 % verringern, was bei einem 1,1-kW-Motor den Wirkungsgrad von 77 auf 84 % erhöht. A&D schafft das mit ausgeklügelter Feinarbeit bei Lüftung, Gehäuse und Motorwicklung. Dazu gehört etwa ein höherer Anteil der Aktivmaterialien Aluminium, Kupfer und Elektroblech.

"Wir arbeiten daran, das Wicklungssystem mit einem modifizierten Herstellungsverfahren zu optimieren", erklärt A&D-Produktmanager Fred Hochbrückner. "Auch der Läufer, also der rotierende Teil des Motors, bietet Einsparpotenzial. Hier ist Kupfer statt Aluminium ein viel versprechendes Material, weil es einen geringeren Verlustwiderstand hat. Damit können wir Motoren bei gleicher Leistung kompakter bauen. Die Serienreife steht unmittelbar bevor." Zudem führt ein verbessertes Belüftungssystem mehr Wärme ab. Die geringere thermische Belastung erhöht die Lebensdauer des Motors, und das Schmiermittel hält länger. Ein für Kunden wichtiger Aspekt: weniger Wartung, die Anlage steht länger zur Verfügung.

"Der Austausch von Antriebskomponenten oder der Einsatz von Frequenzumrichtern sind wichtig. Ein noch besseres Ergebnis bringt jedoch eine systematische Energieoptimierung", sagt Michael Schweinle von Siemens Industrial Solutions and Services (I&S). I&S bietet als Dienstleistung ein dreistufiges Konzept für die Optimierung bestehender Anlagen an. Der Service reicht von der Berechnung des theoretischen Einsparpotenzials und der energietechnischen Analyse bis zum konkreten Optimierungskonzept und dessen Umsetzung. "Die Kosten inklusive Motoren und Frequenzumrichtern amortisieren sich durch die Energieeinsparung nach spätestens 24 Monaten", erklärt Schweinle und verweist auf ein Pilotprojekt bei einem Kartonhersteller.

Nicht immer stehen jedoch nur die Kosten im Vordergrund. "Für Siemens ist die CO₂-Reduktion Teil der gesellschaftlichen Verantwortung", sagt A&D-Experte Zwanziger. Der Konzern ist daher Partner des freiwilligen Motor Challenge Programms der EU. Die teilnehmenden Firmen verpflichteten sich, Energie zu sparen oder als Unterstützer für mehr Energiebewusstsein einzutreten und hocheffiziente Technologien voranzutreiben. A&D und I&S haben einen Aktionsplan für Energiesparlösungen festgeschrieben und mit der EU-Kommission vereinbart. Davon profitieren alle: die Anlagenbetreiber, die Antriebstechnikhersteller und schließlich die Umwelt und damit die Menschen.
                                                                                                      Evdoxia Tsakiridou