Die Regierungen sind heute

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ie Regierungen sind heute ernsthaft bemüht, die durch den Energieverbrauch beding- ten Umweltbelastungen zu senken. So ist ein ganzes Paket neuer Gesetze eingebracht worden, mit denen die Energiemengen beschränkt werden sollen, die vom Erzeuger zum Verbrau- cher und damit auch in die Umwelt fließen, ohne dass sie nützliche Arbeit verrichten.

Auch die Kosten dieser Energie geben vielen großen industriellen Energiever- brauchern Anlass zur Sorge. Sie sehen deshalb in der Senkung des Energiever- Noch nie stand die Frage effizienter Energienutzung stärker im Blickpunkt des

Interesses als heute. Als Folge der stetig abnehmenden Vorräte an fossilen Brennstoffen und der zunehmenden Erkenntnis, dass zwischen Energiever- schwendung und Umweltschäden ein Zusammenhang besteht, werden sich immer breitere Schichten der Bevölkerung vor der Notwendigkeit sehen, den Energieverbrauch zu senken. An vorderster Front werden die Politiker stehen, von denen viele ihr Land verpflichtet haben, die auf dem UN-Umweltgipfel von Rio festgelegten und im Protokoll von Kyoto verankerten Grenzwerte einzu- halten. Das Protokoll von Kyoto verpflichtet die Unterzeichnerstaaten, die Emissionen von CO₂und anderer Treibhausgase bis zum Jahr 2000 auf die Werte von 1990 zu senken. Da 30% der zivilisationsbedingten CO₂-Emissionen durch die Stromerzeugung verursacht werden, lässt sich diese Verpflichtung nur einhalten, wenn der Verbrauch an elektrischer Energie reduziert wird.

Große Energieverbraucher, wie die chemische Industrie und Raffinerien, achten auf den effizienten Einsatz von Elektromotoren, damit sie konkurrenzfähig bleiben.

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Ian Rennie

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brauchs zunehmend ein Schlüsselelement, um die Ertragskraft ihres Unternehmens in einer von immer härterem Wettbewerb geprägten Welt zu steigern .

Schätzungsweise 65% der von der Industrie benötigten Energie werden von Elektromotoren verbraucht, und so ist es nicht verwunderlich, dass sie stärker in das Blickfeld des Interesses rücken. Im Wesentlichen gibt es zwei Möglichkeiten, den Energieverbrauch von Elektromoto- ren zu senken – durch eine effizientere Regelung der Drehzahl und durch eine Verbesserung des Wirkungsgrads. Kon- struktion und Fertigung von Motoren und der sie speisenden Stromrichter sind Bereiche, in denen ABB Automation über hohe Fachkompetenz verfügt. Wir werden diese Fachkompetenz gezielt einsetzen, um die Umweltbilanz von unseren Elektromotoren zu verbessern.

Optimale Motordrehzahl bringt höchste Effizienz

Das mit Abstand effektivste Verfahren, die Drehzahl eines Motors zu regeln, ist der

Einsatz eines drehzahlveränderlichen Antriebs . Trotzdem werden noch immer viele Regelungsaufgaben durch Drosselung der Ventile in Pumpensyste- men oder Verstellen der Flügel in Lüfter- anlagen durchgeführt, während dem Regelungsbedarf bei rotierenden Maschi- nen mit Getrieben oder Riemenantrieben Rechnung getragen wird. Die Drehzahl- regelung mit Riemenantrieben, Getriebe- kästen und hydraulischen Kupplungen trägt in unterschiedlichem Maße zur Ineffizienz des Gesamtsystems bei und setzt voraus, dass der Motor stets mit voller Drehzahl läuft. Darüber hinaus können mechanische Antriebe laut und schwierig zu warten sein. Solche Antriebs- lösungen scheinen oft auf den ersten Blick kostengünstig zu sein, sind aber in Wirklichkeit Energieverschwender.

Man stelle sich vor, die Geschwindig- keit eines Autos dadurch regeln zu wollen, dass man einen Fuß auf dem Gashebel und den anderen auf der Bremse hält. Einen Motor bei voller Dreh- zahl zu betreiben und gleichzeitig die

Ausgangsleistung zu drosseln, hat die gleiche Wirkung; ein Teil der erzeugten Leistung wird verschwendet. Von den geschätzten 65% der von Elektromotoren verbrauchten Energie gehen etwa 20%

durch energieverschwendende Drossel- mechanismen verloren.

Tatsächlich wird durch ineffiziente Konstantdrehzahlantriebe und mechanische Regelsysteme so viel Energie verschwendet, dass jede Industrienation rund um die Welt auf mehrere Kraftwerke verzichten könnte, wenn diese Systeme durch drehzahlgeregelte Antriebe ersetzt würden. Bei fachgerechtem Einsatz können drehzahlgeregelte Antriebe beträchtliche Energieeinsparungen bewirken.

Bei Pumpen- und Lüftern können die Energiekosten durch den Einsatz drehzahlgeregelter Antriebe bis zu 60%

gesenkt werden. Eine mit halber Drehzahl laufende Pumpe oder Lüfteranlage verbraucht nur ein Achtel der Energie wie bei Betrieb mit voller Drehzahl – oder anders ausgedrückt: die für den Betrieb

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Regelbare Antriebe bieten die effizienteste Möglichkeit, die Drehzahl eines Motors zu steuern und damit beträchtlich Energie zu sparen.

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Antriebe können in hohem Maße dazu beitragen, Energie zu sparen und damit die Umwelt positiv zu beeinflussen. Dies gilt vor allem für Antriebe von Pumpen und Lüftern, den häufigsten Anwendungen für Motoren.

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einer Pumpe oder eines Lüfters benötigte Energie verhält sich proportional zur dritten Potenz der Drehzahl. Wenn also für 100% Massenstrom die volle Leistung benötigt wird, so erfordert 75% Massen- strom (0,75)³= 42% und 50% Massen- strom (0,5)³= 12,5% der vollen Leistung.

Da sich schon eine kleine Drehzahl- senkung deutlich auf den Energiever- brauch auswirken kann und viele Lüfter- und Pumpensysteme die meiste Zeit unterhalb ihrer vollen Leistung laufen, lassen sich mit einem drehzahlgeregelten Antrieb erhebliche Einsparungen erzielen.

Das gilt besonders im Vergleich zu einem

Motor, der ständig mit voller Drehzahl läuft.

Im Laufe der Jahre ist der Wirkungs- grad von Motoren und Antrieben beträchtlich verbessert worden. Bei Moto-

ren wurde in den letzten zehn Jahren eine Wirkungsgradsteigerung von durch- schnittlich 3% erzielt, und man schätzt, dass die in diesem Zeitraum für die Drehzahlregelung von Pumpen und Lüftern gelieferten ABB-Drehstromantrie- be den Stromverbrauch weltweit um ca.

30 000 GWh pro Jahr senken. Das bedeutet, dass die jetzt im Einsatz befindlichen ABB-Drehstromantriebe die globalen CO₂- Emissionen um über 25 Millionen t pro Jahr reduzieren. Dieser Wert entspricht den Emissionen einer Stadt von der Größe Berlins mit mehr als drei Millionen Ein- wohnern.

Wenn man einen durchschnittlichen Motor mit Frequenzumrichter aus den achtziger Jahren durch einen modernen ABB-Drehstromantrieb des Typs ACS 600 ersetzt, beträgt die Mittelrückflusszeit infolge des niedrigeren Stromverbrauchs zwei bis vier Jahre, je nach Energiepreis und Anzahl der jährlichen Betriebsstun- den. Hier dürfte ein großer Ersatzmarkt entstehen, wenn die Anwender ihren Energieverbrauch reduzieren wollen.

Und beim Austausch eines 11-kW- Antriebs werden die jährlichen CO₂-Emis- sionen um 6 t gesenkt! Daher wird ABB ab Mitte dieses Jahres Normmotoren von 11 kW und darüber nur noch in der besten Wirkungsgradklasse gemäß EU- Definition verkaufen. Mit dieser Entschei- dung werden unsere Konkurrenten nur schwerlich mithalten können.

Die Regelung der Motordrehzahl bietet den zusätzlichen Vorteil, dass Produk- tionssteigerungen ohne zusätzliche Inves- titionen möglich sind, weil eine Drehzahl- erhöhung von 5 bis 20% bei einem drehzahlgeregelten Drehstromantrieb keinerlei Problem darstellt. Durch Abstimmung der Motorleistung auf die Erfordernisse des Prozesses können mit drehzahlgeregelten Antrieben – im Vergleich zur verschwen- derischen Praxis, den Motor mit voller Drehzahl zu fahren und die Ausgangsleis- tung zu drosseln – beträchtliche Einspa- rungen erzielt werden. In einer idealen Welt würden wir uns dem Punkt nähern,

an dem die Energie, wann und wo sie auch immer benötigt wird, mit hoher Präzision eingesetzt wird, ohne sie zu verschwenden.

Trotz dieses offensichtlichen Energie- einsparungspotentials verfügen 97% aller Motoren mit Leistungen unter 2,2 kW über keinerlei Möglichkeit zur Drehzahl- regelung, was etwa 37 Millionen weltweit verkaufter Elektromotoren pro Jahr entspricht.

In der Vergangenheit war dies viel- leicht verständlich, weil der Preis eines kleinen Antriebs in der Größenordnung von 500 US$ pro kW lag. Aber in den letzten Jahren sind die Antriebe fast alle kleiner und billiger geworden, sodass der Preis jetzt bei rund 150 US$ pro kW liegt. Daher kann sich eine Investition in einen drehzahlgeregelten Antrieb schon allein wegen der Energieeinsparung loh- nen.

Die neue Generation von Antrieben ist kleiner, und so können sie jetzt auch dort aufgestellt werden, wo dies aus Platz- gründen bisher nicht möglich war. Sie sind auch wirtschaftlicher als ihre Vorgän- ger. Ein Beispiel für diese kleineren und billigeren Antriebe sind die ABB-Motoren der Baureihe Comp-AC. Diese werden heute in Betriebsstätten eingesetzt, bei denen früher niemand an drehzahlgeregelte Antriebe gedacht hat: hierzu zählen Töpfereien, Heilbäder usw.

Nach Schätzungen werden bis zum Jahr 2002 wertmäßig 40% (und zahlen- mäßig 90 %) aller gelieferten Antriebe für Leistungen unter 40 kW ausgelegt sein.

ABB ist bei der Entwicklung der Antriebstechnik mit grundlegend neuen Regelungsverfahren wie der direkten Drehmomentregelung (DTC) führend . Ein Merkmal von DTC, das direkt zu einer effizienteren Energienutzung beiträgt, ist die Optimierung des Statorflusses. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft beim Betrieb von Lüftern aus.

Die Antriebe werden zudem kleiner und können auch energiesparender hergestellt werden - mit kleineren Leiterplat-

4 Die direkte Drehmomentregelung

ist ein neues Antriebsregelverfahren, mit dem gegenüber herkömmlichen Verfahren beachtliche Energie- einsparungen erzielt werden können.

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ten und einem Gehäuse aus recycelbarem Kunststoff.

ABB-Antriebe im Einsatz

Ein typisches Beispiel sind die Stadtwerke Strausberg, die das Fernheiznetz der Stadt Strausberg, etwa 30 km östlich von Berlin, betreiben. Das 86-MW-Kraftwerk erzeugt 190 000 MWh Wärmeenergie, die über ein 32 km langes Verteilnetz mit sieben Unter- stationen an die meisten öffentlichen Gebäude und 50% der privaten Haushalte in der Stadt verteilt wird. Die Stadtwerke beschlossen, ihr Regelsystem, das mit Drosselventilen arbeitete, zu modernisie- ren und auf drehzahlgeregelte Antriebe umzustellen.

Die Verwendung der Drosselventile zur Verringerung des Wasserflusses führte zu einem Druckanstieg, durch den das System an Effizienz einbüßte, weil die Pumpen zum Überwinden des zusätz- lichen Drucks mehr arbeiten mussten. Die Temperaturschwankungen waren zu groß und zu rasch, und der hohe Druck durch die Regelventile verursachte Verluste und Geräusche.

Nun ist das Fernheiznetz mit drehzahlgeregelten Antrieben ausgestattet und darauf ausgelegt, den Druck im Netz konstant zu halten. Bei Temperaturabfall öffnen sich die thermostatisch geregelten Ventile und bewirken, dass der Druck fällt und das Ausgangssignal des Druckgebers zurückgeht. Dadurch wird die Pumpen- drehzahl angehoben und die Durchfluss- geschwindigkeit erhöht, bis der Wasser- druck wieder den Sollwert erreicht hat.

Der jährliche Energieverbrauch der Pumpen betrug bei Verwendung der Drosselventile ungefähr 550 MWh. Er sank durch Einsatz von drehzahlgeregelten Antrieben auf 230 MWh. Die Amorti- sationszeit für die drehzahlgeregelten Antriebe betrug 12 Monate.

Der nächste Schritt – der Motorwirkungsgrad

Eine weitere Strategie zur wirkungsvolle- ren Energienutzung besteht darin, die

Motoren selbst effizienter zu gestalten und Unternehmen zu ermutigen, diese einzusetzen.

Die Dänische Energieagentur ist eine der führenden Organisationen auf diesem Gebiet. Sie hat eine Liste von Motoren mit hohem Wirkungsgrad veröffentlicht und bietet finanzielle Unterstützung an, wenn Motoren nach dieser Liste gekauft werden: 100 dänische Kronen pro kW, und zwar sowohl für Neuanlagen als auch für Ersatzkäufe. Die Agentur fördert dieses Projekt durch direkte Zahlungen an die 4000 größten Betreiber von Motoren.

USA und Kanada haben den «Energy Policy and Conservation Act (EPAct)» ein- geführt. Neben anderen Gesetzen zur Ent- lastung der Umwelt zielt dieses Gesetz speziell auf Motoren im Leistungsbereich von 0,75 bis 150 kW als Hauptkandidaten für Verbesserungsmaßnahmen. Ähnlich wie in Dänemark wurde eine Liste von Motoren mit hohem Wirkungsgrad ver- öffentlicht, und die Anwender dieser Motoren profitieren von niedrigeren Stromtarifen.

Das US-Energieministerium verlangt auch, dass die Wirkungsgradklasse auf dem Leistungsschild des Motors angege- ben und dass in der gesamten Dokumen- tation und in den Prospekten deutlich

auf die effiziente Energienutzung hin- gewiesen wird. Zudem sind andere Kennzeichnungen vorzusehen, die eine Durchsetzung der entsprechenden Vor- schriften vereinfachen. Bei Nichtbeach- tung dieser Vorschriften drohen drastische Strafen.

Auch die Europäische Union hat mit ihren SAVE- und PACE-Initiativen ein neues Aktionsprogramm zur effizienteren Energienutzung gestartet. Dieses Aktions- programm besteht aus einer Mischung von Gesetzen und freiwilligen Vereinba- rungen und umfasst verbindliche Mindest- werte für die Effizienz, freiwillige Verein- barungen der Hersteller, Gütezeichen und entsprechende Anreize.

Die EU arbeitet auch mit CEMEP, dem europäischen Komitee der Hersteller von elektrischen Maschinen und Leistungs- elektronik, zusammen, um den Wirkungs- grad von Motoren zu verbessern. Im Jahr 1996 veröffentlichte die EU-Kommission ihre Pläne, den breiteren Einsatz von Motoren mit hohem Wirkungsgrad zu för- dern. Die CEMEP wurde angewiesen, darauf hinzuwirken, dass diese Motoren als Normmotoren eingeführt werden. Im Jahr 1999 einigten sich die EU und CEMEP auf Wirkungsgradklassen für Motoren. Insge- samt gibt es drei Wirkungsgradklassen mit Die EU hat drei Wirkungsgradklassen für Elektromotoren festgelegt, und zwar Eff1, Eff2und Eff3. Sie gelten für zwei- und vierpolige Maschinen mit Leistungen von 1,1 bis 90 kW. Ziel ist es dabei, die Produktion von Motoren mit niedrigem Wirkungsgrad allmählich einzustellen.

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100 95 90 85 80 75

1.1 2.2 4.0 7.5 15 22 37 55 90

[%]

P[ k W ] η

E ff 1

E ff 2

E ff 3

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den Bezeichnungen Eff1, Eff2 und Eff3, die für zwei- und vierpolige Niederspan- nungsmotoren mit Nennleistungen zwischen 1,1 und 90 kW gelten .

Seit 1. Januar 2000 schreibt das Pro- gramm vor, dass die Motorenhersteller in ihren Unterlagen die Wirkungsgradklasse bei 75% und bei Volllast angeben müssen.

Auch auf dem Motor-Leistungsschild muss die Wirkungsgradklasse bestätigt werden.

Mit diesem Programm wird beabsichtigt, die Herstellung von Motoren mit der nied- rigsten Wirkungsgradklasse, nämlich Eff3, innerhalb von drei Jahren um 50% und bald danach auf Null zu senken und gleichzeitig die Anzahl der Motoren mit den Wirkungsgradklassen Eff1 und Eff2 zu steigern. Das Programm soll auch die Anwender ermutigen, ausschließlich Motoren mit hohem Wirkungsgrad einzusetzen.

Darüber hinaus gibt es verschiedene, nicht gesetzlich verankerte Initiativen zur Förderung der Entwicklung und des Ein- satzes von Motoren mit hohem Wirkungs- grad. Ein Beispiel ist der Hi-Motor-Wett- bewerb, der von MOTIVA, dem Energie- informationszentrum in Finnland, in

Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Lappeenranta veranstaltet wird. Ziel des Wettbewerbs ist es, markt- fähige vierpolige Motoren herzustellen,

deren Verluste 25–50% unter den durchschnittlichen Verlusten liegen .

ABB beteiligte sich an diesem Wett- bewerb und reichte den M2AA132 mit einer Leistung von 5,5 kW in einer Kategorie ein, in der ein Wirkungsgrad von 90,4 % vorgeschrieben war.

Der ABB-Motor erzielte einen Wirkungs- grad von 91,0 %. Darüber hinaus reichte ABB den M2BA280 mit einer Leistung von 75 kW ein, der mit einem Wirkungsgrad von 96,3 % den geforderten Wert von 95,8 überbot.

Neuwicklung von Motoren – am falschen Ende gespart

Viele Anwender entscheiden sich bei Aus- fall eines Motors eher für eine Neuwick- lung als für den Kauf eines neuen Motors, weil sie der Meinung sind, dass dies die preisgünstigere Alternative ist. Zwar trifft dies bei einem direkten Vergleich der Kosten für Neuwicklung und Neuanschaf- fung zu, doch wird der anfängliche Kostenvorteil durch den schlechteren Wirkungsgrad bei Neuwicklung zunichte gemacht.

Diese Feststellung wurde in einem von Ontario Hydro durchgeführten Experi- ment bestätigt. Ontario Hydro kaufte zehn neue 15-kW-Motoren, die zunächst ein- zeln geprüft wurden. Dann hat man die Motoren absichtlich beschädigt und zur Neuwicklung an neun verschiedene Repa- raturwerkstätten geschickt. Nach der Neu- wicklung wurden sie erneut geprüft, Tabelle 1zeigt die Ergebnisse.

Ontario Hydro kam zum Schluss, dass defekte Motoren mit normalem Wirkungs- grad in der Regel verschrottet und durch Motoren mit hohem Wirkungsgrad ersetzt werden sollten.

Bei der Neuwicklung kommt es aus mehreren Gründen zu Wirkungsgradein- bußen. Infolge der hohen Temperaturen, die während des Fehlers auftreten, erhö- hen sich die Eisenverluste. Beim Ausbau der alten Wicklungen werden z.T. die Kernbleche beschädigt. Durch die übliche Praxis, Leiter mit kleinerem Querschnitt

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Tabelle 1

Wirkungsgradänderungen bei Neuwicklung:

Ergebnisse der Prüfungen, die an 15-kW-Motoren durchgeführt wurden, nachdem sie in neun ver- schiedenen Reparatur- werkstätten neu gewickelt worden waren

Motor Wirkungsgradänderung

%

1 – 3, 4

2 – 0, 9

3 – 0, 6

4 – 0, 3

5 – 1, 0

6 – 0, 7

7 – 0, 4

8 – 0, 9

9 – 1, 5

Durchschnitt – 1,1

ABB hat für die Entwicklung von Elektromotoren mit hohem Wirkungsgrad verschiedene Preise von MOTIVA, dem Energieinformationszentrum in Finnland, erhalten.

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zu verwenden, steigen die Kupferverluste und damit auch die Stromwärmeverluste.

Schließlich führt der Einbau eines nicht speziell angepassten Universallüfters u.U.

zu einer Erhöhung der Luftreibungsver- luste.

Durch diesen Wirkungsgradverlust und die sich ergebenden höheren Betriebskosten ist die Neuwicklung von Motoren doch nicht so interessant, wie es auf den ersten Blick erscheinen mag (Tabelle 2).

Wie aus der Tabelle zu ersehen ist, bringt der Kauf eines neuen ABB-Motors bereits im ersten Jahr eine Einsparung von US$ 690.

Motorwirkungsgrad verbessern

Was kann man tun, um den Motorwir- kungsgrad zu verbessern? Die Konstruk- teure können die Verluste auf ein Mini- mum senken, indem sie diejenigen Kon- struktionsmerkmale verbessern, die für die Hauptverluste im Motor verantwortlich sind. Die größten Verluste sind die Eisenverluste, die im Läufer und Ständer entstehen und 50% der Gesamtverluste ausmachen. Hier sind Verbesserungen möglich, indem verlustarmer Stahl und dünnere Kernbleche verwendet werden.

Die Kupferverluste machen 20% aus. Sie lassen sich durch eine optimale «Nutfül- lung» und Leiter mit größerem Querschnitt verringern. Die Lager- und Luftreibungs- verluste betragen insgesamt 23% und können durch Verwendung eines kleineren Lüfters gesenkt werden. Die Zusatz- verluste, die bei 7% der Gesamtverluste liegen, lassen sich durch eine Verbesse- rung der Nutgeometrie senken .

Managen Sie Ihre Motoren Auch die Anwender können viel dazu beitragen, dass ihre Motoren mit maxima- lem Wirkungsgrad arbeiten. So muss ein klar definiertes Motormanagementpro- gramm implementiert werden. Ein Pro- grammpunkt sollte auch die Vorgabe sein, beim Kauf neuer Anlagen Motoren mit

hohem Wirkungsgrad zu wählen. Die Anwender sollten Mindestwerte für den Wirkungsgrad festlegen. Eine Entschei- dung für den Austausch oder die Neu- wicklung kann lange vor dem Auftreten eines Fehlers getroffen werden – es müs- sen jedoch klare Richtlinien für alle Ver- antwortlichen bestehen.

Ein hoher Wirkungsgrad bedeutet auch höhere Zuverlässigkeit, weniger Still- standszeiten und geringere Wartungs- kosten. Niedrige Verluste bedeuten:

■ höhere Toleranzen bei thermischen Beanspruchungen durch Abbremsvor- gänge oder durch häufiges Anlaufen

■ bessere Überlastbarkeit

■ höhere Elastizität bei anormalen Betriebsbedingungen, wie z.B. Unter- und Überspannung oder Schieflast

■ höhere Toleranzen bei schlechter Stromversorgungsqualität

Ein Motormanagementprogramm führt die Investitions-, Instandhaltungs- und Ein- nahmenbudgets zusammen und zeigt die

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Der Motorwirkungsgrad kann durch hochwertigere Kernbleche,

bessere Nutgeometrie und -füllung sowie durch Verwendung kleinerer Lüfter und von Wicklungsdrähten mit größerem Querschnitt erhöht werden.

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Tabelle 2

Kostenvergleich zwischen Neuwicklung eines Motors und Kauf eines neuen Motors

Beispiel: vierpoliger 75-kW-Motor; Dauerbetrieb; 0,063 US$/kWh Neuwicklung des Originalmotors Neuer ABB-Motor

Kosten der Neuwicklung: ABB-Motor mit hohem Wirkungsgrad

2226 US$ Typische Investitionskosten: 3585 US$

Höhere jährliche Kosten bei 1,1% Jährliche Energieeinsparung bei 3%

Wirkungsgradeinbuße: 613 US$ höherem Wirkungsgrad:1435 US$

Tatsächliche Kosten im 1. Jahr: Tatsächliche Kosten im 1. Jahr:

2840 US$ 2150 US$

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Wechselwirkungen auf, wenn verschiedene Motortypen gewählt werden.

Die Anwender profitieren von einem solchen Programm durch niedrigere Ener- giekosten, indem sie zum kostenwirk- samsten Zeitpunkt auf Motoren mit höhe- rem Wirkungsgrad umsteigen. Dank der durch das Programm ermöglichten Vor- ausplanung werden die Stillstandszeiten reduziert, und auch die Lagerhaltung kann durch entsprechende Lieferverein- barungen, die eine rasche Lieferung sicherstellt, vereinfacht werden.

So macht es ABB

Was unternimmt ABB, um die negativen Auswirkungen ihrer Motoren und Antriebe auf die Umwelt zu reduzieren?

Das Unternehmen entwickelt und fördert nicht nur den Einsatz von Motoren mit hohem Wirkungsgrad und drehzahlgeregelten Antrieben, sondern beobach- tet auch die Umweltbilanz seiner Pro- dukte sehr genau. Eines der nützlichsten Management-Tools in diesem Bereich ist LCA (Life Cycle Assessment), dass die Umweltbelastung von Produkten während ihrer gesamten Lebensdauer – also von der Herstellung und Lieferung über den Einsatz bei den Kunden bis

zur Entsorgung – bewertet und quanti- fiziert.

Das ABB Corporate Research Center in Västerås/Schweden arbeitet seit mehreren Jahren an der Entwicklung von Verfahren und Funktionen auf dem Gebiet des LCA.

ABB unterstützt, zusammen mit mehreren anderen Firmen, Bemühungen, objektive LCA-Verfahren zu entwickeln, indem sie am CPM (Center for Environmental Assessment of Product and Material Systems) in Göteborg beteiligt ist. Ziel des CPM ist es, der Industrie objektive LCA- Verfahren zur Verfügung zu stellen und die Integration des Umweltschutzes in allen Aspekten der Produkte und Dienst- leistungen zu unterstützen.

Das CPM bestätigt nun die von ABB ermittelten Lebenszyklusbewertungsdaten und untermauert damit die Zuverlässigkeit unseres LCA-Verfahrens. Dies ist sehr wichtig, da der größte Teil der von ABB zu verantwortenden Umweltbelastungen durch den Einsatz ihrer Produkte verursacht wird. Das LCA hilft ABB sicherzu- stellen, dass die Herstellung, Verwendung und Entsorgung ihrer Produkte möglichst geringe negative Auswirkungen auf die Umwelt hat.

Ein typisches Produkt, das unter diesem Gesichtspunkt untersucht wurde, ist der ACS 400, der zur Reihe der drehzahlgeregelten Antriebe Comp-AC gehört.

Die Auswirkungen dieses Produkts auf die Umwelt wurden mit LCA unter Verwendung des EPS-Verfahrens (Envi- ronmental Priority Strategies in product design) überprüft. Dabei wurde eine Lebensdauer von 10 Jahren und eine Betriebszeit von 4000 h/a als Antrieb einer 4-kW-Pumpe in Mitteleuropa angenommen. Alle untersuchten Umweltbelas- tungskategorien, wie globale Erwärmung, Übersäuerung und Toxizität des Wassers, ergaben negative Werte für die zur Belas- tung beitragenden Emissionen. Damit ist bewiesen, dass durch den Einsatz des ACS 400 die Umweltbelastung im Vergleich zu älteren Antrieben reduziert wird (Tabelle 3).

Tabelle 3

Umweltbelastung durch einen 4-kW-Antrieb des Typs ACS 400 bei einer angenommenen Lebensdauer von 10 Jahren und 4000 Betriebsstunden pro Jahr

Umweltbelastung Eingesparter Betrag, Aquivalenteinheit einschließlich Energie

Globale Erwärmung –7310,33 Kohlendioxid, kg

Übersäuerung –45,70 Schwefeldioxid, kg

Abiotische Verarmung –25,18 Einheit abgeleitet von Ressourcenverbrauch/

unbekannte Ressourcen auf der Erde, Verhältniszahl

Nutrification –1,97 Phosphatemission

Ozonabbau liegt nicht vor FCKW-11, kg

Photochemische Bildung –1,62 Äthylen, kg von Oxidationsmitteln

Ökotoxizität –0,16 Verschmutztes Wasser,

das einem toxikologisch akzeptablen Grenzwert ausgesetzt ist, m³ Humantoxizität in Luft –64,30 Menschlicher Körper,

der einem toxikologisch akzeptablen Grenzwert ausgesetzt ist, kg Humantoxizität in Wasser –0,07 Menschlicher Körper,

der einem toxikologisch akzeptablen Grenzwert ausgesetzt ist, kg

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Tabelle 4zeigt eine LCA-Bewertung am Beispiel von zwei 15-kW-Normmotoren unterschiedlicher Ausführung, die mit 12 kW betrieben werden. Motor A wurde von ABB Motors in Schweden hergestellt;

Motor B stammt von einem Wettbewerber.

Obwohl im Motor A mehr Kupfer und Eisen verarbeitet wurde als im Motor B, hat Motor A einen höheren Wirkungsgrad, d. h. er braucht während seiner Lebens- dauer weniger Strom als Motor B. Unter Zugrundelegung einer Betriebszeit von 8000 Stunden pro Jahr und einer Lebens- dauer von 15 Jahren für beide Motoren, ergaben sich folgende Werte: bei Motor A mit einem Wirkungsgrad von 91,1% betragen die Verluste 140 681 kWh, während sich bei Motor B mit einem Wirkungsgrad von 89% Verluste von 177 978 kWh erge- ben.

Tabelle 4zeigt die Umweltaspekte dieser beiden Motoren unter Berücksichti- gung ihrer Verluste, ihrer Herstellung und einer Recycelbarkeit von 98%. Es wurde angenommen, dass die Motoren mit einem durchschnittlichen europäischen Strommix betrieben werden. Die Umwelt- belastung von Motor B ist höher als die von Motor A. Bei Bewertung nach dem EPS-Verfahren liegt die Umweltbelastung von Motor A 21% unter der von Motor B.

Elektromotoren aller Leistungsklassen werden überall in großen Stückzahlen eingesetzt. Somit verbrauchen sie auch einen großen Teil der erzeugten elektrischen Energie, d.h. sie sind indirekt auch für die bei der thermischen Energie- erzeugung entstehende Umweltbelastung verantwortlich. Diese Umweltbelastung kann erheblich gesenkt werden, indem die Energieverschwendung in den Motoren verringert wird. Dies lässt sich durch Einsatz drehzahlgeregelter Antrie- be, mit denen die Motoren mit der für die jeweilige Last optimalen Drehzahl betrieben werden können, sowie durch eine Erhöhung des Motorwirkungsgrads errei- chen.

Unternehmen wie ABB mit ihrem umfangreichen Fachwissen können hier

einen wertvollen Beitrag leisten. ABB hat es sich zur Aufgabe gemacht, die Umwelt- belastung durch ihre Produkte mit allen Mitteln zu senken. Dies wird durch die Einführung der Umweltschutznorm ISO 14001 belegt. Die Umweltabteilung des Schwedischen Normungsinstituts hat bestätigt, dass ABB beim Einsatz von Umweltmanagementsystemen führend ist.

Natürlich ist die effiziente Energienut- zung für unsere Kunden nicht nur eine Umweltfrage. Sie hat ganz konkrete Aus- wirkungen auf ihre Kosten und damit auf ihre Ertragskraft und Wettbewerbsfähig- keit. Zwänge durch den Umweltschutz und ein gesundes betriebswirtschaftliches

Denken treiben die Entwicklung von Motoren und Antrieben voran und verbessern diese Technik zum Nutzen aller.

Tabelle 4

Umweltbelastung durch zwei 12-kW-Normmotoren unter- schiedlicher Ausführung. Der Motor A wurde von ABB geliefert.

Umweltaspekte während Motor A: 12 kW Motor B: 12 kW der gesamten Lebensdauer 91,1% Wirkungsgrad 89% Wirkungsgrad

Verbrauch von Ressourcen

Kohle (kg) 16 370 20 690

Gas (kg) 2070 2620

Öl (kg) 3240 4090

Stahl (kg) 27 24

Kupfer (kg) 0,9 0,8

Aluminium (kg) 4 4

Silizium (kg) 1,1 1,0

Andere (kg) 0,09 0,09

Emissionen

Kohlendioxid (kg) 62 940 79 560

Schwefeldioxid (kg) 495 626

Stickstoffdioxid (kg) 136 172

Chlorwasserstoffe (g) 8,8 11,1

Weitere Metalle (g) 538 538

Schwermetalle (g) 1,1 1,1

Feststoffabfälle (kg) 117 106

Partikel (kg) 30,4 38,4

Andere Stoffe (kg) 12 15

EPS-Indizes insgesamt 8260 ELU, davon 10 430 ELU, davon 99,4% durch Betrieb 99,5% durch Betrieb

Adresse des Autors

Ian Rennie

ABB Automation Group Ltd Binzmühlestrasse 93 CH-8050 Zürich Schweiz

E-mail: ian.rennie@ch.abb.com Telefax: +41 1 310 1190