Technik, die Zeichen setzt -...
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Technik, die Zeichen setzt
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© Copyright KSB Aktiengesellschaft 2014
Energieeffiziente Förderung flüssiger MedienEfficiency Arena Forum, 10.04.2014Thomas Paulus
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KSB ist ein führender Anbieter von Pumpen, Armaturen, Systemlösungen und Service.
Konzern und Marke KSB
Wir über uns
Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
Geschäftsjahr 2013
Auftragseingang: 2.241,2 Mio. €
Umsatz 2.247,3 Mio. €
Ergebnis (vor Steuern): 119,4 Mio. €
Mitarbeiter: 16.546
Gründungsjahr 1871
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Energieeffiziente Förderung flüssiger Medien
Gliederung
1. Motivation / Energieeffizienz bei Pumpen
2. Von der Analyse bis zur Fahrweise
3. Best-Practice Beispiele
4. Zusammenfassung
Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
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Energieeffiziente Förderung flüssiger Medien
Gliederung
1. Motivation / Energieeffizienz bei Pumpen
2. Von der Analyse bis zur Fahrweise
3. Best-Practice Beispiele
4. Zusammenfassung
Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
Quelle Diagramm: Study for an update of the Ecodesign Working PlanAmended Ecodesign Working Plan for the European Commission,
Brüssel/Delft, 18. Februar 2011
90% Asynchron-Motoren (ASM)*
* EUP Lot 11 Motors Final Report February 2008, Aníbal T. de Almeida, Coimbra, 18. Februar 2008, Seite 19
Motivation: Einsparpotenziale
El. Energieverbrauch EU-27 nach Art der Umwandlung in TWh
Schnitt durch ASM
0
ElektrischeEnergie EU-27nach Art derUmwandlung
2.780 TWh
510
300
280
270
elektro-mechanisch
49%
elektronisch4%
elektrolytisch4%
elektro-thermisch24%
elektro-magnetisch
19%
Kompressoren
Pumpen
Lüfter
Servoantriebe
Summe2.780
Motoren1.360
6 Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
Reduktion der Lebens-zykluskosten bedeutet:
� Ausnutzen der Verfügbarkeitspotenziale der Komponenten
� Bestimmungsgemäßer Betrieb = Verlängerung der Service-Intervalle = Kosteneinsparung
Quelle: Paul Barringer, Barringer & Associates ,Inc.
För
derh
öhe
[%]
Durchfluss [%]
Kennlinie
Gute Praxis: -30%..+15%
Bessere Praxis:-20%..+10%
Bewährte Praxis= -10% ..+5%von Qopt
10
100
AuslassRezirkulation
Einlass-rezirkulation
Laufradverschleiß
Reduktion derLebensdauer Lager & Dichtung
Kavitation
Überhitzung Reduktion der Lebensdauer Lager & Dichtungen
Kavitation
Lebensdauer [%]
Wirkungsgrad-verlauf
Lebenszykluskosten
Motivation: Einsparpotenziale
TCO – Service (Verfügbarkeit)
7 Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
Betriebsstunden
Anzahl der Pumpen
Verhältnis Q/Q opt
Quelle: ReMain research project, 65 pumps, 21 May – 10 June 2009
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
0,250,5
0,751,0
1,251,5 0
10
20
30
40
50
60
70
Motivation: Einsparpotenziale
Betriebspunkt
� Nur wenige Pumpen werden im Optimum betrieben
� Nur wenige Motoren werden im Nennpunkt betrieben
8 Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
Motivation: Einsparpotenziale
Übersicht der möglichen Einsparpotenziale bei Pumpen
System
KomponentenCa. 10%
� Rohrleitungsdimensionierung
� Vermeidung von unnötigen Strömungswiderständen
� Bedarfsabhängige Fahrweise
� Geeignete Regelstrategien
� SES Service bei Bestandsanlagen
� PumpMeter
� Optimierung von Einzelwirkungsgraden(z. B. IE4 SuPremE - Motoren)
Bis zu60%
Modul
� Angepasste Laufrad-Durchmesser
� Vermeidung unnötiger Sicherheitsreserven bei Hydraulik und Motor
� Exakte Abstimmung aller Komponenten
Bis zu20%
9Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
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Energieeffiziente Förderung flüssiger Medien
Gliederung
1. Motivation / Energieeffizienz bei Pumpen
2. Von der Analyse bis zur Fahrweise
3. Best-Practice Beispiele
4. Zusammenfassung
Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
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FluidFuture®
Das Vorgehensmodell
�Energieeffizienz-Konzept für das hydraulisches System mit dem Ziel den Gesamtwirkungsgrad der Anlage zu steigern.
� Fünf Bausteine, mithilfe derer über den gesamten Lebenszyklus hinweg Einsparpotentiale genutzt werden können.
Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
� In einem kontinuierlichen Prozess wird das Gesamtsystem und nicht nur einzelne Komponenten betrachtet
� Das Vorgehen kann optimal in den PDCA-Zyklus gemäß DIN EN 16001/DIN EN ISO 50001 eingebunden werden
FluidFuture®
Zusammenhang zum Energiemanagement
13 Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
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FluidFuture®
Analyse des Systems
Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
Systemgrenze
Analyse des Systems
Systemgrenzen
1. Lastprofil
2. Pumpe
3. Antrieb
4. Rohrleitung
5. Rückschlagklappe
6. Absperrarmaturen
15 Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
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Analyse des Systems
Optimierungspotenziale im System auffinden
� Anlagenbegehungen
� Anlagenkennlinie / Formstücke und Einbauten
� Transparenz herstellen durch Messungen
� Lastprofil ermitteln
� Einbindung ins Energiemanagement
Energieeffizienz I KSB I September 2013 I
KSB PumpMeter KSB System Effizienz Service
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Analyse des Systems
Lastprofil
� Aufzeichnung der Betriebs-punkte und Anlagenkennlinie kummuliert über der Zeit (repräsentativer Zeitraum!)
� Ausgangspunkt zur Bestimmung des Einspar-potenzials
� Aufdecken von unzulässigen Betriebsbereichen
� Basis für die Auslegung und Auswahl (Einzelpumpe, Mehrpumpe, …)
Energieeffizienz I KSB I September 2013 I
KSB PumpMeter
Analyse des Systems
KSB PumpMeter
� Intelligenter Druckaufnehmer
� Vor-Ort-Anzeige von Betriebsdaten der Pumpe
� Analog-/Modbus-Ausgang
� werksseitig montiert oder nachrüstbar
� auf individuelle Pumpe parametriert
� zeichnet das Lastprofil der Pumpe auf
� zeigt Optimierungspotenziale auf, zur Steigerung von Verfügbarkeit und Energieeffizienz
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EFF
Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
Optimierungsempfehlungen :
� Anpassung der Fahrweise� Anpassung des
Laufraddurchmessers� Drehzahlregelung� Modernisierung des� Antriebs� Tausch der Absperr-
Armaturen und/oder Rückflussverhinderer
� Korrektur der Pumpengröße
� Umfangreiche Systemanpassung
� Auswertung eines reprä-sentativen Analysezeitraums
� Inklusive Optimierungs-szenarien und schrittweisen Umsetzungsempfehlungen
� Angabe der Amortisationszeit
Analyse des Systems
Analysebericht
Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I19
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FluidFuture®
Auslegung
Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
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Ungeregelte Einzelpumpe
(Laufradanpassung)
Drehzahlgeregelte Doppelpumpe
DrehzahlgeregelteMehrpumpenanlage
Drehzahlgeregelte Einzelpumpe
DrehzahlgeregelteDoppelpumpe
Drehzahlgeregelte Einzelpumpe
GeodätischeHöhe
Lastprofil
Auslegung
Systemauslegung
100%
Vollastprofil
100%
t/ts
Q/Qopt100%
Mischbetrieb
100%
t/ts
Q/Qopt100%
Teillastbetriebt/ts
Q/Qopt100%
H
Q
niedrig
H
Q
mittel
H
Q
hoch
Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
Auslegung
Systemauslegung*
22 Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 IQuelle: Sachstandsbericht des FVA, FVA-Nr. 673,Auswahl elektrische Antriebe, J. Schützhold, K. Benath, 08.03.2013
*unter bestimmten Randbedingungen
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FluidFuture®
Hocheffiziente Hydraulik
Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
Hocheffiziente Hydraulik
Pumpen und Armaturen� Pumpenwirkungsgrad
� Medium
� Konstruktion von Gehäuse, Laufrad, Lagerung
� Werkstoffe
� Rückschlagklappen und Armaturen
� Bestimmen Höhenverluste
� Thermische Verluste
� Rohrleitungsdimensionierung
g
vHV ⋅
⋅=2
2
ζ HV3
HV2
HV1
Alle Komponenten müssen betrachtet werden:
24 Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
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FluidFuture®
Hocheffiziente Antriebe
Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
26 Energieeffizienz I KSB I September 2013 I
Hocheffiziente Antriebe
Auswahl
7,5kW KSB SuPremE,1500 1/min.
ASM IE3 7,5kW , 1450 1/min.
Hocheffiziente Antriebe
Warum IE3 für Pumpen nicht ausreicht?
� Der Vorteil von Synchronmotortechnik liegt vor allem Teillastbereich
� Dort wo fast alle Pumpen betrieben werden
� Der Antrieb muss der Fahrweise und der Lastmaschine gerecht werden
27 Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
Hocheffiziente Antriebe
KSB SuPremE-Motor
� Synchron-Reluktanzmotor
� Rotor mit Flusssperrenschnitt
� Magnetfrei– Materialverfügbarkeit– Ressourcenschonend
� entspricht IE4 gem. IEC/CD 60034-30 Ed. 2
� Hohe Wirkungsgrad auch bei Teillast
� Keine zusätzliche Sensorikwie z.B. Rotorlagegeber
� IEC-kompatibel
��
�
��
�
User Award 2012 28 Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
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FluidFuture®
Bedarfsgerechte Fahrweise
Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
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Bedarfsgerechte Fahrweise
Aufgaben
� Sicherstellung der Prozessgüte
� Ausschöpfen des Energieeinsparpotenzials im Vergleich zur konventionellen Installation
� Sicherstellung des bestimmungsgemäßen Betriebs aller Komponenten und Ausschöpfen des Verfügbarkeitspotenzials der Komponenten
Typische Regelgrößen:• Druck / Differenzdruck• Durchfluss• Temperatur
Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
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Drosselregelung mit Laufradanpassung
Doppelpumpen-regelung,
DFS/Schlechtpunkt
Mehrpumpen-regelung,
DFS/Schlechtpunkt
Einzelpumpen-regelung,
DFS/Schlechtpunkt
Doppelpumpen-regelung,
DFS/SchlechtpunktEinzelpumpen-regelung,
DFS/Schlechtpunkt
GeodätischeHöhe
Lastprofil
Bedarfsgerechte Fahrweise
Wahl der bedarfsgerechten Fahrweise*
100%
Vollastprofil
100%
t/tges
Q/Qopt100%
Teillastbetriebt/tges
Q/Qopt100%
H
Q
niedrig
H
Q
mittel
H
Q
hoch
Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
Mischbetrieb
100%
Q/Qopt100%
t/tges
*unter bestimmten Randbedingungen
Bedarfsgerechte Fahrweise
KSB PumpDrive
� Motormontierte Lösung bis 55 kW
� Durchgängiges Konzept
� Unabhängigkeit vom Motorfabrikat
� IE2, IE3, IE4, KSB SuPreme
� Integrierte Mehrpumpenfunktionalität bis zu 6 Pumpen
� Werkseitig optimal auf die Pumpe paramteriert
� Einfache Nachrüstung von Pumpenaggregaten (Retrofit)
� Maximale Energie-Einsparung durch DFS-Funktion
� Kennfeldüberwachung und Betriebspunktschätzung
� PumpMeter kann direkt angebunden werden
� Feldbusse zur Einbindung in Leitsysteme
32 Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
Übersicht: Drehzahlregelung @ KSB
50 W bis 1.4 kW 370 W bis 55 kW *
* Ab 45 kW nur mit Asynchronmaschine / ** Ab 45 kW nur mit Asynchronmaschine , Ab 110 kW auf Anfrage
bis 1.4 MW **Permamentmagnet erregter
Synchronmotor Synchron Reluktanz Motor (IE4) oder Asynchronmaschine (IE2/IE3)
Integrierter FU
Multipump-Operation
Schaltschrank (CM)
Plug & Pump PumpDrive R
Motor-Montiert(MM) Wand-Montage(WM)
33 Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
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Energieeffiziente Förderung flüssiger Medien
Gliederung
1. Motivation / Energieeffizienz bei Pumpen
2. Von der Analyse bis zur Fahrweise
3. Best-Practice Beispiele
4. Zusammenfassung
Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
Eigenschaften der Kreiselpumpe
18,5 kW Antriebsleistung
IE4-Synchron-Reluktanzmotor
optimiertes Regelkonzept
DFS-Druckregelung ∆ p-variabel
Anwendungsbeispiel: KreislaufkühlanlageEinsatz eines Frequenzumrichters mit Synchron-Reluktanzmotor
Autor, © ContiTech AG
Reduktion von
1900 t CO2/a
-74,7%Strom-
Einsparungca. 371 MWh/a
~ 15.700 €/a
Wasserverbrauch/Tag ~ 54 m³
Stromverbrauch/Tag vorher 500 kWhnachher 129 kWh
14-05-0836 Autor, © ContiTech AG
VORHER
NACHHER
Ausgangs-situation
nach Drosselung
[W]
DFS-Betrieb1,6 bar
DFS-Betrieb1,4 bar
[t]
Anwendungsbeispiel: KreislaufkühlanlageEinsatz eines Frequenzumrichters mit Synchron-Reluktanzmotor
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Energieeffiziente Förderung flüssiger Medien
Gliederung
1. Motivation / Energieeffizienz bei Pumpen
2. Von der Analyse bis zur Fahrweise
3. Best-Practice Beispiele
4. Zusammenfassung
Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
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Energieeffiziente Förderung flüssiger Medien
Zusammenfassung
� Erhebliche Einsparpotenziale beim Betrieb von Kreiselpumpen bis zu 60%
� Betrachtung des Nennpunktes nicht ausreichend
� Systembetrachtung notwendig (Analyse -> Umsetzung)
� Alle Komponenten (Pumpe, Armatur, Rohrleitungs-dimensionierung, Einbauten, Formstücke, Motor und Fahrweise) müssen untereinander und auf den Prozess abgestimmt sein
Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I
Wir geben all unsere Energie.Damit Sie Energie sparen.
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40 I S-E11 I Daniel Gontermann I 2011 I 40
KSB AktiengesellschaftAbteilung SL-GS6
Dr. Thomas Paulus
Johann-Klein-Straße 967227 Frankenthal
Tel. +49 6233 86-2482E-Mail: [email protected]
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