Energieeffiziente Motoren für die Prozessindustrie Antriebstechnik: Mit unterschiedlichen Motor-Konzepten auf dem Weg zur Energieeffizienz

Energieeffizienz – es war das wohl am häufigsten kommunizierte Thema auf der Achema 2012. Konsequent werden in der Branche auch nach der Messe alle Stellschrauben diskutiert, um die in Chemieanlagen noch verfügbaren Einsparpotenziale zu heben. Bei der Antriebstechnik ist die Suche besonders ergiebig. Wir stellen verschiedene Motor-Konzepte vor.

Anbieter zum Thema

Haus der Technik e.V.

Veolia Water Technologies Deutschland GmbH

CP Pumpen AG

VEM Sachsenwerk GmbH

Grundfos GmbH

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Siemens AG

Danfoss GmbH

KSB SE & Co. KGaA

SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG

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Elektromotoren zum Antrieb von Pumpen, Kompressoren, Zentrifugen, Ventilatoren und Linearachsen sind in Europa für rund zwei Drittel des industriellen Stromverbrauchs verantwortlich – sie sind in jeder Anlage ein zentraler Kostenfaktor. Dabei ist der Kaufpreis des Motors die kleinste Position: Gerade einmal 2,5 Prozent der Kosten über die gesamte Lebensdauer entfallen auf den Kauf, gigantische 96 Prozent der Kosten jedoch auf den Stromverbrauch. Der Spottspruch „geschenkt zu teuer“ kann hier anschaulich belegt werden.

Das hat mittlerweile auch Auswirkungen auf das Design der in Chemieanlagen eingesetzten Motoren. In der Chemie arbeiten üblicherweise Drehstrom-Asynchronmotoren (Normmotor). Daneben haben sich auch Permanentmagnet-Synchronmaschinen etabliert – diese Motoren zeichnen sich gegen über Asynchronmotoren durch eine erheblich höhere Leistungsdichte und massiv verbesserte Wirkungsgrade aus, auch und gerade im Teillastbereich. Sie nutzen im Rotor Magnete mit hoher Leistungsdichte (Permanentmagnete). Eine Alternative ist der Synchron-Reluktanzmotor, wie ihn KSB mit dem Supreme anbietet. Die gleich dreifach prämierte Neuentwicklung kommt ohne Magnete aus (s. Kasten auf S. 52). Eine Hybridlösung (Asynchronanlauf mit anschließendem Synchronbetrieb) präsentiert SEW mit dem Line-Start-Permanent-Magnet-Motor (s. Kasten).

Mit wenig Energie viel bewegen

Ein Schlüsselelement zur Beurteilung eines Motors ist die Effizienzskala für 2-, 4- und 6-polige Niederspannungs-Elektromotoren; sie teilt die Energieeffizienz in drei Klassen ein: IE1, IE2 und IE3 (demnächst kommt IE4 hinzu, auch vom IE5-Motor wird bereits geraunt). Nahezu alle Motoren im Leistungsbereich von 0,75 bis 375 kW fallen unter die Motorenrichtlinie (EG640/2009), die wie folgt aussieht:

• Schritt 1: Seit dem 16. Juni 2011 müssen alle Motoren die IE2-Norm erfüllen.

• Schritt 2: Ab dem 1. Januar 2015 müssen alle Elektromotoren von 7,5 bis 375 kW entweder die IE3-Norm oder die IE2-Norm unter Verwendung eines Frequenzumrichters (FU) erfüllen.

• Schritt 3: Ab 2017 müssen alle Elektromotoren von 0,75 bis 375 kW entweder die IE3-Norm oder die IE2-Norm unter Verwendung eines Frequenzumrichters erfüllen.

Diese Richtlinie gilt nur für den europäischen Markt; doch haben auch Australien, China, Brasilien und Kanada ähnliche Energieeffizienzregelungen eingeführt. In den USA sind die NEMA-Premium-Anforderungen (die Effizienzniveau IE3 entsprechen) bereits seit Ende 2010 in Kraft.

Mancher Anbieter überspringt den Schritt 1, und passt seine Produkte gleich den Anforderungen ab 2015 an, wie Ingo Landwehr von Grundfos erläutert: „IE3-Motoren oder IE2-Motoren mit Frequenzumformer sind bei uns schon heute Standard.“ Er betont Unterschiede bei den Funktionalitäten: „Bei unseren Blueflux-MGE-Motoren bis 22 kW (IE3) sind der Frequenzumformer und der Regler integriert.

Das bedeutet: Geringere Kosten für die Inbetriebnahme – Verkabelung, Abstimmung zwischen Pumpe und Frequenzumformer – und den Betrieb speziell in dynamischen Prozessen.“ Hinzu kommen weitere optionale Features wie die Möglichkeit, die Lagertemperatur zu überwachen oder die Kommunikation mit übergeordneten Leitsystemen.

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