Der Energieeffizienz auf der Spur

Der Energieeffizienz auf der Spur Als Kundenmagazin für Antriebs- und Automatisierungstechnik wollten wir das Thema „Ener- gieeffizienz im Maschinenbau“ etwas genauer beleuchten. Hierfür haben wir ein Interview mit Professor Dr.-Ing. Wilfried Hofmann geführt, der im elektrotechnischen Institut der Technischen Uni- versität Dresden den Lehrstuhl „Elektrische Maschinen und Antriebe“ innehat. Professor Dr. Hofmann, wie wichtig ist der Beitrag der allein in elektrischen Antrieben gewandelt worden. Von Industrie zur Energieeffizienz bzw. zum Klimaschutz? den genannten 143 TWh lässt sich mindestens ein Drittel, In einem hochentwickelten Land wie Deutschland ver- also 50 TWh, durch Energieeffizienz-Maßnahmen einspa- braucht die Industrie 50 % der erzeugten Elektroenergie. ren, was einem Energieeinsatz von zehn fossilen Kraft- Durch den gegenwärtigen Energiemix gehen 30 % des werksblöcken entspricht. CO2-Gesamtausstoßes zu Lasten der Stromerzeugung und damit 15 % zu Lasten der Industrie. Angesichts anderer Welche wirtschaftlichen Nachteile bringt die Energie- großer Klimasünder wie Landwirtschaft und Individual- effizienz mit sich? verkehr relativiert sich der industrielle Beitrag. Nur ein Die Herstellung von Industriemotoren mit höherer Effizi- umfassendes Konzept zum Klimaschutz durch Effizienz- enz ist für den Anbieter von Antriebstechnik durch eine steigerung wird deshalb Wirkung zeigen. Da die Industrie ausgefeiltere Technologie und Mehraufwand an Material aber auch Komponenten und Ausrüstungen für die mit Mehrkosten verbunden. Der Kunde wird sich auch in Stromerzeugung und andere Segmente wie Haushalt, Zukunft Energieeffizienz etwas kosten lassen müssen. Verkehr und Handel bereitstellt, steht sie auf beiden Aber gegengerechnet mit den Betriebskosten kommt für Seiten direkt und indirekt in der Verantwortung. ihn ein Plus heraus. Für den Hersteller kann es somit zum Wettbewerbsvorteil werden. Wo liegen hier technisch zurzeit Grenzen? Wenn wir die letzten aktuellen Zahlen vor der Finanz- und Welche zukünftigen Potenziale gibt es im Allgemeinen Wirtschaftskrise vom Jahr 2007 sprechen lassen – erho- und im Speziellen? ben von der AG Energiebilanzen/VDEW und dem IfE TU Die allgemeinen Einsparpotenziale für die Antriebstech- München –, so gingen rund 63 % der erzeugten Strom- nik werden im Moment zu 20 % auf die Prozessoptimie- menge in die Energiewandlung durch elektrische Antriebe, rung, zu 10 % auf den Einsatz drehzahlvariabler Antriebe 26 % in Prozesse, 5 % in Beleuchtung und 4 % in Informa- und zu 3  bis 5 % auf die Wirkungsgradverbesserung in tion und Kommunikation. Das heißt, konkret ist eine Motoren gerechnet. Während man die kleineren Werte Energiemenge von 143 TWh (32 % der Stromerzeugung) ziemlich genau vorhersagen kann, ist das Potenzial der 26 EnErgIEEffIzIEnz Prozessoptimierung immer auch branchen- bzw. maschi- Realistisch gedacht: Welche Entwicklungsmöglichkei- nenspezifisch zu betrachten: Für Kompressoren rechnet ten sehen Sie im Rahmen der Einführung der Mindest- man z. B. mit einem Effizienzgewinn von 15 % durch wirkungsgrade durch die EUP-Richtlinie? drehzahlvariable Antriebe, von 12 % durch optimierte Es ist zu erwarten, dass die Synchrontechnik ihren Vor- Steuerung und Regelung und von 2 % durch verbesserte marsch fortsetzt und zunehmend auch netzbetriebene Motorentechnik. Jenseits der elektrischen Antriebstech- Anlagen mit permanentmagneterregten Synchronma- nik werden aber noch 20 % durch Wärmerückgewinnung schinen ausgerüstet werden, wenn nicht eine Ressour- und 7 % durch optimierte Kompressoren erwartet. Noch cenverknappung bei Seltenerde-Magnetmaterialien auffälliger ist der Energiespardruck bei Lüftern und Ven- dazwischenkommt. tilatoren, wo 90 % der Gesamtkosten auf die Energie entfallen. Auch hier sind 30 % Ersparnis möglich. Für die Idealistisch gedacht: Wie sieht für Sie die perfekte Branche Werkzeugmaschinen und Fertigungsmittel sind Antriebs- und Automatisierungstechnik aus? bisher keine zuverlässigen Zahlen bekannt, aber allein an Nichts ist perfekt! Aber man kann ja versuchen, dem Stellantrieben kann man durch eine optimale Bewe- Ideal nahezukommen. Dann würde ich eine hochkompak- gungssteuerung kombiniert mit Downsizing bis zu 40 % te und effiziente Umrichtertechnik gänzlich aus Leis- der Verlustenergie reduzieren. tungshalbleitern aufgebaut sehen, die bis in den Hoch- temperaturbereich hinein funktionsfähig bleiben. Die Welche Einsparpotenziale können durch den vermehr- Motoren würden mindestens permanentmagneterregt ten Einsatz von Umrichtern wirklich erzielt werden? ausgeführt sein und eine intelligentere Kühlung besitzen, Für den Frequenzumrichter spricht die damit mögliche vielleicht sogar unter Verwendung von HTSL-Werkstoffen Drehzahlvariabilität von Antrieben, mit der hochgerech- den Teillastbereich besser meistern, als das bisher der Fall net eine Energieeinsparung von 15 TWh erreichbar wäre. ist. Die Regelung würde durchgängig sensorlos, d. h. ohne Bezieht man allgemein prognostizierte Einsparpotenzia- Drehgeber funktionieren, und sie würde sich selbstler- le in Prozessoptimierungen von nochmal 30 TWh in die nend an die energieoptimalste Betriebsweise herantas- Rechnung (Zahlenbasis 2007) ein, was in der Mehrzahl ten. der Fälle den Einsatz drehzahlvariabler Antriebe bedingt, Quellen: kommt man auf den Energieeinsatz von neun fossilen VDE-Studie: Effizienz- und Einsparpotentiale elektrischer Energie in Deutschland, Kraftwerksblöcken. Frankfurt 2007 ECPE-Studie: Verbesserung der Energieeffizienz – Einsparpotentiale durch Leistungselektronik, Nürnberg 2008 Welche Bedeutung werden Rückspeisemodule in Zukunft haben? Wenn man viele Anwendungen konsequenter durchrech- net, denke ich, werden Rückspeisemodule an Bedeutung zunehmen. In Hebezeugen, Aufzügen, Walzwerksantrie- Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wilfried Hofmann ben, Prüfständen und Zentrifugen sollten sie selbstver- ständlich werden, hier gibt es auch bezifferbare Einspar- Jahrgang 1954, 1978 Graduierung zum potenziale von ca. 3 %. Die Rückspeisung bringt aber dem Diplom-Ingenieur an der TU Dresden, Kunden nur etwas, wenn er sie vergütet bekommt (Smart 1984 Promotion zum Dr.-Ing. an der TU Metering) oder die rückgespeiste Energie selbst wieder Dresden, 1982 – 1989 Industrietätigkeit verwenden kann. beim Antriebshersteller Elektroprojekt- und Anlagenbau Berlin, 1990 – 1992 Bringt das sogenannte „Downsizing“ überhaupt etwas? Oberassistent an der TU Dresden, Was passiert, wenn „downgesizte“Architekturen mehr 1992 – 2007 C4-Professor für Elektri- als geplant leisten müssen? sche Maschinen und Antriebe an der Ich halte Downsizing für eine sehr intelligente Methode TU Chemnitz, seit 2007 W3-Professor der Energieeinsparung, weil sie den Entwurf und die für Elektrische Maschinen und Antrie- Steuerung der Maschinen und Anlagen aufs engste ver- be an der TU Dresden, VDE/ETG-Fachbereichsleiter Elektrische knüpft und die bisher „stille Reserve“ herausholt. Aller- Maschinen und Antriebe, Mechatronik, Ordentliches Mitglied der dings erfordert das eine größere Transparenz und Treff- Sächsischen Akademie der Wissenschaften zu Leipzig und der sicherheit bei der Planung, was nur erreichbar ist, wenn Deutschen Akademie der Technikwissenschaften Hersteller und Kunde eng zusammenarbeiten. 27