Energiesparen: Pumpensysteme effizient betreiben

Der Teufel steckt im System

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Investitionen in Maßnahmen, die die Energieeffizienz steigern, lohnen sich in der industriellen und gewerblichen Produktion. Viele Unternehmen sind sich der Potenziale jedoch nicht bewusst und kennen die mögliche Kostenersparnis nicht.

Der Energieverbrauch ist für Unternehmen zu einem beachtlichen Kostenfaktor geworden. Investitionen in Effizienz steigernde Maßnahmen lohnen sich gerade in der industriellen und gewerblichen Produktion.

Um die Potenziale auszuschöpfen, hat die Deutsche Energie-Agentur GmbH (Dena) gemeinsam mit den Fachverbänden Pumpen und Systeme sowie Kompressoren, Druckluft und Vakuumtechnik des VDMA die Kampagne „Energieeffiziente Systeme in Industrie und Gewerbe“ ins Leben gerufen. Im Fokus stehen zunächst Pumpensysteme, da Maßnahmen in dieser Querschnittstechnologie gut übertragbar und in vielen Unternehmen anwendbar sind. Ziel ist es, Endanwender und Entscheidungsträger zur Umsetzung von Energieeffizienzmaßnahmen zu motivieren und so den Energieverbrauch in Industrie und Gewerbe zu reduzieren.
Kernbestandteil der Kampagne ist ein praxisorientiertes, kostenloses Energieberatungsangebot für Unternehmen. Die Benoac Fertigteile GmbH aus Peine hat diese Dienstleistung in Anspruch genommen. Das Kunststoff verarbeitende Unternehmen ist auf die Herstellung von Formhäuten für den Automobilinnenraum spezialisiert. „Die Energiekosten zu senken, ist ein Schritt, um unsere Wettbewerbsfähigkeit zu verbessern“, sagt Geschäftsführer Dr. Heribert Decher.
Bei der Herstellung der Formhäute wird ein Kunststoffpulver in einem ölbeheizten Werkzeug aufgeschmolzen. Dabei übernimmt das Pulver die Oberflächenstruktur des Werkzeugs und kann nach dem Abkühlen als Formhaut mit einem Oberflächendekor entnommen werden. Das Aufschmelzen und Abkühlen geschieht mit Hilfe von Öl, das zu diesem Zweck durch das Werkzeug gepumpt werden muss. Um die dafür benötigten Pumpensysteme zu betreiben, wurden im Jahr 2005 rund 3,6 Mio. kWh Strom benötigt. Das sind über zwei Drittel des Gesamtstromverbrauchs bei Benoac.
Alle Pumpen der betrachteten Heiz- und Kühlkreisläufe sind Dauerläufer, die ursprünglich nicht prozessabhängig betrieben wurden. Obwohl die Pumpen phasenweise nicht benötigt werden, liefen sie während der Produktionszeit mit voller Leistung. Der dadurch erzeugte, aber nicht benötigte Druck wurde über Ventile gedrosselt und die überschüssige Energie ungenutzt in Wärme umgewandelt. Die Vor-Ort-Beratung ergab, dass sich der Energieverbrauch dort durch eine prozessabhängige Drehzahlregelung der Pumpenaggregate minimieren lässt. Im Kesselkreislauf, in dem das Heißöl aufgeheizt wird, war das Pumpenaggregat darüber hinaus um ein Drittel zu groß dimensioniert. Dort empfahlen die Berater das Abdrehen des Laufraddurchmessers, um die Pumpe dem tatsächlichen Bedarf anzupassen. Durch das Verkürzen der Schaufeln des Laufrades lässt sich die Pumpe auf einen geringeren Volumenstrom einstellen. Zusätzlich kann Benoac bei allen Systemen druckverlustärmere Ventile verwenden, die den Energieverlust weiter begrenzen.
Das Einsparpotenzial liegt bei etwa 740 000 kWh pro Jahr – das sind gut 20 % des Energieverbrauchs der Pumpensysteme. Bei einem angenommenen Strompreis von 9 Cent entspräche das einer Kostensenkung von etwa 66 000 Euro. Werden die empfohlenen druckverlustärmeren Ventile berücksichtigt, lassen sich noch einmal 10 bis 13 % sparen. „Allein die nach der ersten Beratung kurzfristig vorgeschlagenen Maßnahmen haben ein Umdenken in Bezug auf Energieeffizienz bewirkt“, erklärt Dr. Decher.
Bei 14 beratenen Unternehmen haben die Berater der Kampagne ein durchschnittliches Kostensenkungspotenzial von rund 22 % aufgedeckt. Das entspricht im Schnitt 260 MWh pro Unternehmen und Jahr. Auch dem Klimaschutz kommt ein nennenswerter Beitrag zugute: Durch die eingeleiteten Maßnahmen stoßen die Firmen durchschnittlich 143 t weniger CO2 aus.
„Viele Unternehmen waren von der Höhe ihrer möglichen Kostensenkungen überrascht“, berichtet Stephan Kohler, Vorsitzender der Geschäftsführung der Dena. „In Einzelfällen haben wir sogar Einsparpotenziale von bis zu 50 Prozent ermittelt.“ Beraten wurden beispielsweise Unternehmen aus der Chemie-, Pharma-, Papier-, Elektro-, Kunststoff- oder Metall verarbeitenden Industrie. Die hohen Potenziale sind sowohl bei kleinen und mittleren als auch bei großen Unternehmen vorhanden.
Die im Rahmen der Kampagne vorgeschlagenen Maßnahmen weisen überwiegend kurze Amortisationszeiten von etwa zwei Jahren auf, was sie für Unternehmen wirtschaftlich sehr attraktiv macht: Schon bei einer Nutzungsdauer der Pumpensysteme von zehn Jahren ergibt sich daraus eine Kapitalverzinsung von rund 48 %.
Eine genaue Bewertung der Wirtschaftlichkeit der Investitionen in Effizienzmaßnahmen und -technologien muss die verschiedenen Kosten eines Pumpensystems über den gesamten Lebenszyklus betrachten. Diese werden in erster Linie durch Energie- (45 bis zu 90 %) und Instandhaltungskosten beeinflusst. Die Anschaffungskosten machen dabei in der Regel nur etwa 10 % aus. Dies verdeutlicht die Bedeutung der Energie- im Vergleich zu den Investitionskosten.
Grundsätzlich gilt für alle Pumpensysteme: Die höchsten Stromspareffekte lassen sich erzielen, wenn das System im Ganzen optimiert wird. Die Unternehmen sollten dafür bei jedem Pumpensystem individuell und vor allem Schritt für Schritt vorgehen. Zunächst ist unter Berücksichtigung der Vorgaben aus der Produktion und der gegebenenfalls notwendigen Anforderungen an Dynamik oder Redundanz der tatsächliche Förderbedarf zu bestimmen. Daran sind die Pumpe und die weiteren Systemkomponenten anzupassen. Dazu gehören Rohrleitungssystem, Getriebe, Elektromotor und gegebenenfalls Frequenzumrichter. Wichtig bei der Erarbeitung eines Optimierungsplans ist die Feinabstimmung aller Komponenten und deren Zusammenspiel. So lässt sich iterativ der bestmögliche Gesamtwirkungsgrad des Systems bestimmen. Werden nur einzelne Komponenten des Systems optimiert oder ausgetauscht, sind die hohen Einsparungen nicht möglich.
Annegret-Claudine Agricola und Jörg Köhl Deutsche Energie-Agentur

Serie Energiesparen
Wie neue Konzepte die Kosten reduzieren, zeigt die Industrieanzeiger-Serie Energiesparen:
  • Heft 1/2: Laut ZVEI-Experten ist Sparen technisch kein Problem
  • Heft 5/6: Sparpotenziale in der Fördertechnik
  • Heft 12: Eff1-Motor armortisiert sich nach kurzer Zeit
  • Heft 14: Energiesparen aus Sicht der Maschinenbauer

  • Check: Pumpensysteme
    Mögliche Maßnahmen, um Pumpensysteme zu optimieren:
    • Dimensionieren und Optimieren des Rohrnetzes
    • Anpassen der Pumpe an den technologisch benötigten Bedarf
    • Optimieren der Strömungsverhältnisse der Pumpe
    • Anpassen des Getriebes und des Motors an die Pumpe
    • Bei variierender Fördermenge: Einsatz eines Antriebs mit kontinuierlicher Drehzahlregelung
    • Auswahl der optimalen Aggregate, beispielsweise Einsatz von Pumpen mit hohem Wirkungsgrad
    • Optimierte Vorgaben für Wartung und Instandhaltung
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