Energiehunger von Pumpen senken Pumpen-Dompteure sagen den Energiefressern den Kampf an

Sie verschlingen Strom als gäbe es kein Morgen und sind doch in jeder Produktion zu Hause: Pumpen laufen oft rund um die Uhr und können Energieverbrauch und Kosten in die Höhe treiben. Doch was steckt hinter dem Energiehunger der unersättlichen Strömungsmaschinen? Planen wir Pumpen falsch und ginge es auch besser? Ein Verbundprojekt will Abhilfe schaffen und Millionen Tonnen CO₂ einzusparen...

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Ruhr-Universität Bochum

Pumpen sind unermüdlich im Einsatz, ob sie nun Wasser, Kraftstoffe oder Öle befördern. Der ständige Betrieb ohne Rücksicht auf ihre tatsächliche Auslastung steigert oft den Energieverbrauch und treibt die Betriebskosten in die Höhe. In einem neuen Verbundprojekt untersuchen Forschende, wie sich die Energieeffizienz der vielseitigen strömungsmaschinen verbessern lässt.

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Dafür arbeiten Prof. Dr. Constantinos Sourkounis und Prof. Dr. Volker Staudt mit ihrem Team der Ruhr-Universität Bochum (RUB) zusammen mit Gruppen der Fachhochschule Münster und des Dortmunder Technologieunternehmens Wilo: Das Projekt „Holistische Optimierung von elektrischen Antriebssträngen für Pumpenapplikationen“, kurz HEAP, läuft über drei Jahre und wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

Warum die traditionelle Optimierung am Bedarf vorbei geht

Das Ziel von HEAP ist es, ein Simulationswerkzeug zu entwickeln, das es ermöglicht, das gesamte Pumpensystem zu optimieren. So will das Projektteam den höchsten Wirkungsgrad bei bestmöglicher Energieeffizienz und den geringsten Kosten erzielen. „Bisher werden die vielen einzelnen Komponenten von Pumpen oft noch getrennt optimiert – vielfach mit Bezug auf einen Nenn-Arbeitspunkt, welcher in der Praxis nur selten benötigt wird“, erklärt Constantinos Sourkounis.

„Diese Auslegung enthält meist unnötige Reserven – und ist deshalb meist nicht optimal im Sinne von Gesamtwirkungsgrad, Materialeinsatz und Kosten.“ Sein Team des Instituts für Energiesystemtechnik und Leistungsmechatronik (Enesys) der RUB beschäftigt sich insbesondere mit der systemübergreifenden Modellbildung und Optimierung.

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Im Projekt werden auch innovative Halbleiter aus Siliziumcarbid beziehungsweise Galliumnitrid untersucht. Sie werden in den Stromrichtern eingesetzt, die den an die Aufgabe angepassten Betrieb der Pumpen ermöglichen. Durch ihre besonderen Eigenschaften lässt sich der Gesamtwirkungsgrad wahrscheinlich steigern. Viele Nebenbedingungen sind dabei zu beachten: „Aufwand und Kosten spielen gerade bei Massenprodukten eine wichtige Rolle“, erklärt Sourkounis. Dieser Aspekt ist für den Industriepartner Wilo von großer Bedeutung, denn die Pumpen sollen gleichzeitig effizient und kostengünstig sein.

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Die Münsteraner Gruppe konzentriert sich vor allem auf den Stromrichterentwurf, Wilo arbeitet intensiv an einer geeigneten Modellbildung und Optimierung der Pumpe selbst sowie an der Entwicklung des Simulationstools, welches Modelle und Optimierungsverfahren bündeln wird. Von den neuen optimierten Pumpensystemen sollen sowohl die Umwelt als auch Nutzende und Herstellerfirmen profitieren.

Denn Pumpen - insbesondere ungeregelte - sind extrem energiehungrig: Experten gehen davon aus, dass 20 bis 25 Prozent des globalen Stromverbrauchs auf das Konto der Pumpenantriebe gehen. „Wir können mittelfristig mehr als siebeneinhalb Terawattstunden Energie sowie vier Millionen Tonnen CO₂ einsparen. Damit kommen wir den klima- und energiepolitischen Zielen in Deutschland ein kleines Stück näher“, hofft Constantinos Sourkounis.

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