Energieeffizienz durch moderne Antriebstechnik · Low voltage converter MICROMASTER, Sinamics...

Seite 1 Stand: Juli 2008 DT LD AR Dr. Peter Zwanziger / DT LD IM PM Eva-Maria Wagner

RD OST Stadtwerketag 2008

Energieeffizienz durch moderne Antriebstechnik

Industry, Sector DT AR Dr. Peter ZwanzigerIndustry, Sector DT LD IM PM Eva-Maria Wagner


Inhalt

Einsparpotentiale

Effiziente Antriebstechnologie

EUP Richtlinie, Konsultationsforum, Systemansatz

Betriebliches Energiemanagement

Anwendungsbeispiele und Referenzen

Kriterien des Siemens Umweltportfolios

Schutzvermerk / Copyright-Vermerk

Einsparpotentiale


Quelle: Tecson, 18.August 2008

16. August 2008:114 USD/Barrel

1981

Steigende Energiekosten

Klimawandel

GesetzgebungEuP-RichtlinieEBPG-Gesetz

Drei Gründe für das wachsende Interesse am Energiesparen

2004

2008

Entwicklung der Rohölpreise: 1960-2008www.tecson.de

US-$/Barrel


Unser Umweltportfolio enthält erneuerbare Energien, energieeffiziente Lösungen und Umwelttechnologien

Energie-verteilung

Erneuerbare Energieerzeugung

Fossile Energieerzeugung

Beleuchtung(Osram)

Lösungen für die Industrie

Gebäudetechnik

Energie-übertragung

Umwelt-technologien

Mobilität

IT-Lösungen und -Dienstleistungen

Gesundheitswesen


Annual Savings Potential in Electricity, based on 2004 consumption data

Source: Siemens A&D LD AR, Jan 2006

Total industrialconsumption and costs

Savings throughreplacement of

conventional drives byvariable speed drives

(EOD) in non-mainstream processes*

Savings throughinstallation of new

energy savingmotors (VA)*

340’€ investments forreplacement of drives

pay back after 2.0 years 150’€ investments fornew motorspay back after 1.8 years

Remaining industrialconsumption

170’ € p.a.85’ € p.a.

214 TWh p.a. 2.2 TWh p.a. (1.0 %)

1.13 TWh p.a. (0.5 %)17’’ € p.a. 170’ € p.a.

85’ € p.a.211 TWh p.a.

Annual savings of 3.3 TWh p.a. (1.5 %)correspond to 1.4 fossilepower generation units

* Only cases with pay-back after 2 years or earlier consideredEOA = Energy Optimization of Drives, VA=Voluntary agreement of European Motor Manufacturers and European Commission

Jährliche Einsparpotentiale in Deutschlandmit Antriebstechnik

94 Mt CO2 p.a.

1 Mt CO2 p.a.

92,5 Mt CO2 p.a.

Brownfieldinstallations

Greenfieldinstallations


Jährliche Energiesparpotentiale in deutschen Industrieanlagen

Energiesparmotoren in Neuanlagen p.a.: 0,5 Mio. tCO2

Optimale Antriebe in Bestandsanlagen p.a.: 1,0 Mio. tCO2

Summe p.a.: 1,5 Mio. tCO2

Vollständige Antriebsoptimierung in Nebenprozessen von Bestandsanlagen und konsequenter Einsatz von Energiesparmotoren in Deutschland sparen:

Einsatz optimaler Antriebstechnik spart p.a. entsprechend:

4 TWh260 Mio. EUR Stromkosten1,4 fossile Kraftwerksblöcke

Investitionsvolumen p.a. 500 Mio. EUR

Pay-back-Zeiten von < 2 Jahren, keine FördermittelEnergiekosten 0,08 EUR / kWh

(Quelle: Siemens)


Antriebssysteme bieten Energieeinsparpotentiale

Ca. 70% des gesamten Stromverbrauchs der Industrie in Deutschland (150 TWh in 2004) werden durch elektrische Antriebe umgesetzt

Optimierter Betrieb teillastbetriebenen Maschinen durch elektronische Drehzahlregelung spart bis zu 70% Energie pro Antrieb.

In einem typischen Industrieland sind heute ca. 25% der Antriebe Drehzahlveränderbar ausgeführt

Pumpen30 %

Ventilatoren14 %

Kälte Kompressoren14 %

Andere Anwendungen:Mischen, Fördern, etc. 32%

DruckluftKompressoren

10 %

Anwendungen der elektrischen Antriebssysteme und Anteile am industriellen Stromverbrauch


Effiziente Antriebstechnologie


Beispiele für Energieverschwendung durch zeitweise oder ständigen Teillastbetrieb bei Strömungsmaschinen

Stromkosten 24.000 €/a (bei 0,0873 €/kWh)

Klimaanlage / Trocknerunterschiedliche Menge Frischluft

Druckluftversorgung Wasserversorgungunterschiedlicher Verbrauch

Chemie, Prozesstechnikunterschiedlicher Rohstoffunterschiedliche Temperaturunterschiedliche Konzentrationunterschiedliche Endprodukte

Überdimensionierungvorsichtshalber (Planungssicherheit)unerwünschte Sekundäreffekte (Kavitation, Gasförderung, Druckbelastung)

PumpeZusetzen von Filtern und SiebenLaufradverschleiß (Spaltverluste)Ablagerungen in RohrleitungenDurchspülen von Leitungen, Sieben

Wasserversorgunggeplante Erweiterung des Netzes

Zeitweise Verschwendung von elektrischer Energie

Ständige, erhebliche Verschwendung von elektrischer EnergiePN

t

t

t

t

Wartung Wartung

Erweiterung

Spülen Spülen

PN

PN

PN

p


Vergleich mechanische Drossel zu Drehzahlveränderbarer Antrieb

e [kJ/kg]

Q [l/s]

e [kJ/kg]

Q [l/s] η

η

n ∼ Q

mechanischeDrossel

drehzahlveränderbarer Antrieb

η

η

n

n

nn

PumpenkennlinieAnlagenkennlinie

Es gibt nur einen optimalen Betriebspunkt Der Wirkungsgrad bleibt in einem weiten Stellbereich

• einfache und genaue Regelung der Fördermengen• schadlose Überdimensionierung,• verbesserter elektrischer Leistungsfaktor,• Sanfter An- und Auslauf schont den Antriebsstrang,

• Vermeidung von Druckwellen im Rohrleitungssystem, • Vermeidung von Sekundärefekte,• kein zusätzliches Drosselelement in der Rohrleitung,• höhere Lebensdauer aller Komponenten

Vorteile durch Einsatz von drehzahlveränderbareren Antrieben:


Energieeffiziente Komponenten der Antriebstechnik

Wagner Katalog 070412

Frequenzumrichter

Low voltage converterMICROMASTER, Sinamics family

Medium voltage converterSinamics GM/SM, Perfect Harmony

Bis zu 60% Energiekosteneinsparung bei einer Pay-back Zeitvon < 2Jahren

M

~

~

Energiesparmotoren mit 42% weniger Verlustleistung

LV-Transnormmotors HV-motors H-compact, H-compact plus

LV-TorquemotorsHT-direct

SpezielleEnergiesparmotoren

Motoren

Low voltage softstarterSIRIUS 3RW40, 3RW44


Energiesparmotoren nach Voluntary Agreement (EU-Projekt)

EU-Wirkungsgradklassen:

Hocheffizient

Wirkungsgrad-verbessert

Standard

70

75

80

85

90

95

1 10 100

Trend

[%]

[kW]

Einfache Produktauswahl durch einheitliche Wirkungsgradbezeichnung

IE2

IE1

IE3

Internationale IEC NormIEC60034-30 für Motoren bis 370 kW:

=

=


EUP Richtlinie, Konsultationsforum,Systemanansatz


EuP-Richtlinie und nationales Gesetz

Richtlinie 2005/32/EG (EuP-Richtlinie, Ökodesign-Richtlinie)seit 6. Juli 2005

Energiebetriebene-Produkte-Gesetz (EBPG) seit 7. März 2008Nationales Gesetz über die umweltgerechte Gestaltung energiebetriebener Produkte

- Rahmenbedingungen verabschiedet

- Durchführungsmaßnahmen bis Ende 2008?

Los 11 Elektromotoren und Wasserpumpen, gewerblich Lüfter Final Report February 2008


Evolution of electricity consumption in industry and tertiary sectors

0

200

400

600

800

1000

1200

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

TWh

BAUScenario a.Scenario b.Scenario c.Scenario d.Without VA

2011 2015

Scenario a. IE2 -Scenario b. IE2 IE3 (P>7,5kW)Scenario c. IE2 IE3Scenario d. extended approach

Without Voluntary Agreement (VA)

Comparison of different scenarios of HEM with success of the Voluntary Agreement and optimizinginstallations by Scenario d.

System-verbesserung(+ 200 TWh)

Komponenten alleine

Quelle: Prof. Almeida, Studie zu Lot 11


Betriebliches Energiemanagement


Energiemanagement eines Industrieunternehmens

EnergieZufuhr

eigeneEnergie

Erzeugung

EnergieVerteilung

GebäudeProduktionsProzesse

Energiefluss

Verluste

Verluste

Verluste

Verluste

Verluste Rohmaterial

produ

zierte

Produk

te

CO2-Ausstoß, verminderte Produktivität und EffektivitätZu vermeiden..

Energie

Darstellen und Erkennen – (Energiebedarf und –flüsse, aktuelle Situation, Veränderungen)Auswerten, Bewerten – (Prozesse analysieren, Potenziale aufdecken)Entscheidung – (Lebenszykluskosten verbessern, Maßnahmen planen)Umsetzen – (Systemintegration der passenden Komponenten in die Anlage)

Verbesserung leben – (Monitoring, Dokumentation, Schulung, Ziele, Monitoring…)


Transparenz der Energieflüsse und der Betriebskosten durch Powermanagement & Control

SoftwareSIMATIC PCS 7 powerrate (AddOn)SIMATIC WinCC powerrate (AddOn)

archivierenverwaltenauswertenüberwachenweiterverarbeiten

grafische Darstellung der EnergiedatenVerbraucheranalyseKostenzuordnungAufspürung von EinsparpotenzialenBetriebskostenoptimierung (z.B. effizienter

Energiebezug, Energiekostensenkung)

Dokumentierung und Archivierung

HardwareSENTRON PAC3200Elektrische Messwerte

erfassenanzeigenübertragenüberwachen

einfache Einbindung in jedes Leitsystem oder jede SIMATIC S7 Umgebung über Standard Profibus DP SchnittstelleVoll integrierbar in Power Management System, wie z.B. SIMATIC WinCC powerrate oder SIMATIC PCS 7 powerrate

Von der Prozess und Feldebene bis zum Unternehmensmanagement


Segmentierung des mittleren elektrischen Energie-verbrauches nach Haupt- Nebenprozess (Beispiele)

Quelle: RD NRH I&S IS SCN, dena (Berlin) zu Binding Henninger Brauerei, Siemens

Mittlerer Anteil elektrischer Energie in Hauptprozessen (inklusive Beleuchtung)

Mittlerer Anteil elektrischer Energie in Nebenprozessen

Papierherstellung:

Nahrungs- und Genussmittel:

Brauerei:

Kunststoffherstellung:

Textilherstellung (Weben):

Siemens:

70%

70%

70%

30%

30%

30%

80%20%

35% 65%

60% 40%


Energieoptimierte industrielle AntriebstechnikSiemenslösung

KundennutzenProdukte /Systeme

Effiziente elektrische Antriebein der Industrie

Beispiele:

TechnischeDienstleistung

+ =

Tool

SinaSave®

Energy Optimation of Drive Systems

Identifizierung/Bewertung von Einsparpotenzialen(kostenlos)OptimierungskonzeptRealisierung

Geringerer StromverbrauchReduzierung der BetriebskostenKleinere UmweltbelastungEinhaltunggesetzlicher VorgabenProzess- und Qualitätsverbesserung

Software-based power management durch Einsatz von Frequenzumrichter bis zu 60% geringere Energiekosten42% geringere Verlustleistung durch Energiesparmotoren


Tool zur Potenzialermittlung und Errechnung der Amortisationszeit

Ermittlung der Energieeinsparungleicht gemacht mitS i n a S a v e™Auswahl des Umrichters

Wirkungsgradvergleichvon Motoren

Berechnung der Stromkosteneinsparung

Berechnung derAmortisationszeit

www.siemens.com/energysaving


Die Energiekostenverschwendung einer auf 50% gedrosselten Festdrehzahlpumpe (200 kW) ergibt nach ca. 1,6 Jahren den Anschaffungspreis eines PKW

200 kW Motor

88.000 € - Energiekosten p.a.Randbedingungen: fest Drehzahl bei ¾ Volllast, 8000 Betriebstunden im Jahr, Strompreis 0,07 €/KWh

20% bis 70% der Energiekosten von gedrosselten Festdrehzahlpumpen sind unnötig

Die Stromkosten durch Vermeidung von unsachgemäßer Anwendung könnten auch Spaß machen

69.900 € - PreisQuelle für Auto-Preis und technische Angaben: die BMW Internet Web Seite

190KW / 258PS


Anwendungsbeispiele / Referenzen


Reduzierung des Energieverbrauches von Antrieben-Ventilatoren und Pumpen

Die LösungEnergietechnische Optimierung von Antriebssystemen

Stufe 1: Stochastische Potentialanalyse aller installierten Pumpen, Ventilatoren mit einer Leistung von 5 KW oder mehr

Stufe 2: Detail-Analyse vor Ort hinsichtlich Energiesparpotential von 22 Antrieben

Stufe 3: Angebot zur Optimierung von 12 Antrieben

Zusätzlich: Untersuchung des Subventionspotentials

Das Ergebnis kalk. Einsparpotential pro Jahr: 19.870 €

Investition (Gesamt): 25.806 €

Subventions-Potential: 3.750 €

ROI < 1,5 Jahre (ohne Subventionspotential)

Die Aufgabe

Reduzierung des Energieverbrauches von Pumpen, Ventilatoren für eine Lackieranlage von Automobilteilen in Belgien.


Energietechnische Optimierung von Antriebs-Systemen bei SÜTAŞ / KARACABEY – TURKEY

Die Lösung

Energietechnische Optimierung von Antriebssystemen

Phase 1: Grobabschätzung des Energiespar-Potentials von 2 installierten Pumpen

Phase 2: Analyse der Pumpen Charakteristik zur genauen Kalkulation der möglichen Energieeinsparungen, basierend auf den Empfehlungen des Maschinenbauers.

Phase 3: Angebot, zur Optimierung eines 500kW-und eines 630kW Antrieb zusammen mit einer S7-300PLC und einem Tele-Servicesystem

Die Aufgabe

Energietechnische Optimierung von 2 Antrieben in einer Molkerei

Das Ergebnis

Investition (Gesamt): € 120.000,-

Einsparpotential/Jahr: € 80.000,- (€0,06/KWh)

ROI < 2 Jahre


Modernisierung von Antrieben bei den Wasserwerken Berlin Tegel

Umrüstung einer Pumpe mit 3500 m³/h Nennförderstrom und 8,5 bar maximalem Druck bei Nenndrehzahl

Die Aufnahmeleistung vom Netz beträgt 950kW.

Die Pumpe ist 8000 Stunden im Jahr im Betrieb. Die Mengenregelung des Förderstroms zwischen 2000 und 3200 m³/h

Beim einem Energiepreis von 0,08 €/kWh amortisieren sich die Investitionskosten im Wert von ca. 150.000 € für die Drehzahlregelung bereits im ersten Jahr.Betriebskosteneinsparung beträgt jährlich 175.040 €


Tai Cang Environmental protection Power Plant

20 sets ROBICON Perfect Harmony converters are

implemented in 4 set of 300 MW unit, 5 converters

are used in each unit.

Scope converters for each unit：

condensate pump（1 set）

primary air fan（2 sets）

induced draft（2 sets）

Energy saving investment Payback time：

19 months


Kriterien des Siemens Umweltportfolios

Seite 30 Juni 2008 © Siemens AG / 2008. All rights reserved

Produkte und Lösungen mit außergewöhnlicher Energieeffizienz

Beispiele:Gas- und Dampfturbinen (GuD)-Kraftwerke Hochspannungsgleichstrom-übertragung (HGÜ)Effiziente Beleuchtung

Alle Umwelttechnologien

Beispiele:Technologien zur Wasser-behandlungTechnologien zur Luft-reinhaltung

Erneuerbare Energien Umwelttechnologien Energieeffizienz

Die drei Kriterien unseres Umweltportfolios

Drei Arten von Produkten/Lösungen qualifizieren sich für das Umweltportfolio

Alle Technologien für erneuer-bare Energien

Beispiele:WindkraftNetzzugang für WindkraftDampfturbine für Solarenergie

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Wir erwarten, dass unser Umweltportfolio um 10% pro Jahr wächst

16,9 Mrd. €

25 Mrd. €

Umsatz Umweltportfolio

2011e2007

Unser Ziel: Wachstum

Im Jahr 2007 entfielen auf unser Umweltportfolio rund 17 Mrd. €(23%) unserer Gesamtein-nahmen

Wir erwarten, dass dieEinnahmen des Umweltportfolios bis 2011 auf 25 Mrd. € steigen. Dies entspricht einem Jahres-wachstum von 10%

In einer unabhängigen Prüfung durch PricewaterhouseCoopers wurden die Siemens-Daten bestätigt.

+ 10%


Das CO2-Einsparpotenzial bei unseren Kundenist heute 20 mal höher als unser eigener CO2-Ausstoß

2007 2011e

5,1 Mio t

Siemens Treibhausgas-emissionen (in Millionen Tonnen)

114 Mio t

275 Mio t

CO2 Einsparpotenzialbei unseren Kunden (in Millionen Tonnen)

2007

CO2-Einsparung durch imlaufenden Jahr verkaufteSiemens Produkte und Lösungen

Jährliche Einsparungdurch Produkte undLösungen der Vorjahre

Tokio

New York City

London

Singapur

Hong Kong

Rom

~60 Mio t

~60 Mio t

~50 Mio t

~50 Mio t

~40 Mio t

~15 Mio t

Tokio

New York City

London

Singapur

Hong Kong

Rom

~60 Mio t

~60 Mio t

~50 Mio t

~50 Mio t

~40 Mio t

~15 Mio t

Emissionsbeispiele von Metropolen


Zusammenfassung

Unsere umweltfreundlichen und energieeffizienten Technologien leisten heute bereits einen entscheidenden Beitrag zum Umwelt- und Klimaschutz.

Konsequenter Einsatz von energieeffizienter Antriebstechnik kann ab sofort dazu beitragen, die klimapolitischen Ziele zu erreichen

Effiziente Antriebstechnik ist wirtschaftlich und umweltfreundlich zugleich, hilft das ökologisches Ansehen (Vorbildfunktion) zu steigern und Energie mit hohem Imagegewinn einzusparen

Kurze Paybackzeiten auf Anwenderseite führen zu einer Win-Win Situation

Von der Entwicklung und Herstellung bis hin zur Entsorgung unserer Produkte erfüllen wir strengste Umweltstandards. Wir haben uns zum Ziel gesetzt, die CO2-Emissionen unserer Produktion relativ zum Umsatz bis 2011 um 20% zu verringern und dem Umsatz des Umweltportfolios auf 25 Milliarden EUR zu steigern.

Politische Unterstützung durch Einführung eines Betrieblichen Energiemanagementsystems, regelmäßiges Systemaudit zur Effizienz, Förderung der wirtschaftlich sinnvollen Verbesserungen, auf Basis einer einheitlichen LCCA Analyse

AnsprechpartnerName: Dr. Peter Zwanziger

Department: DT LD ARAdress: Vogelweiherstr. 1-15,

90441 NürnbergPhone: Tel. +49 (911) 433-9575,

Mail: [email protected]

Name: Eva-Maria WagnerDepartment: DT LD I M PM

Adress: Vogelweiherstr. 1-15, 90441 Nürnberg

Phone: Tel. +49 (911) 433-9574Mail: [email protected]

www.siemens.de/energiesparen

Energieeffizienz durch moderne Antriebstechnik

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