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Für energie- und rohstoffintensive Betriebe ist es heutzutage überlebenswichtig, die extrem schwankenden (volatilen) Marktpreise der Rohstoffe...

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Wie Sie mit energieeffizienten Pumpensystemen Ihren Energieverbrauch deutlich senken können

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Von coupling-media,

Es geht um mehr als den Einsatz effizienter Pumpen, denn das System ist mehr als die Summe seiner Komponenten. Dabei sind mindestens 10 % Energieeinsparung immer möglich. Die Deutsche Energie-Agentur (Dena) hat im Rahmen eines Projekts über 70 Pumpenanlagen bewertet und optimiert.

Bis zu 90 % Einsparung.


Die Einsparungen lagen dabei zwischen 18 und 90 %! Doch wie immer gilt: Jedes Unternehmen ist anders. Und 90 % Energieeinsparung sind sicher nicht repräsentativ, doch auch 20 % Einsparung sind eine Menge und ein guter Grund, sich Ihr System etwas genauer anzusehen.

Eine deutliche Effizienzsteigerung ist unabhängig von Branche und Größe des Unternehmens realisierbar.

Zuerst: Systemcheck


Nur die Betrachtung ganzer Systeme bringt einen erheblichen Einspareffekt. Zu den Komponenten eines Pumpensystems gehören beispielsweise Frequenzumrichter, Elektromotor, Getriebe, Pumpe und Rohrleitung sowie das Mess- und Regelsystem.
Maßnahmen zur energetischen Optimierung müssen für jedes Pumpensystem individuell entwickelt werden. Dabei ist es wichtig, das jeweilige System zunächst im Hinblick auf die Bedarfsparameter (Druck, Volumenstrom, Temperaturniveau etc.), die vorhandenen Betriebsparameter und die Systemkomponenten genau zu analysieren. Teil des Optimierungsplans ist die Feinabstimmung aller Komponenten.

Die Pumpe ist das Herz der Anlage

Der tatsächliche Energieverbrauch der Pumpe wird maßgeblich vom System bestimmt. Denn die Pumpe muss die Verluste beim Transport in den Rohrsystemen und Aggregaten kompensieren. Beim Transport geht also eine Menge Energie verloren. Die „Schwachstellen“ sind die Umwandlungen der Energie in Form von Drehbewegungen oder Veränderungen der Transportgeschwindigkeit des Fördergutes, das mal beschleunigt, abgebremst, umgelenkt
oder in Ventilen von einem höheren Druck auf einen niedrigeren gedrosselt wird.
Die Wechselwirkungen der verschiedenen Komponenten beeinflussen gegenseitig den Wirkungsgrad. Daher muss das System als Ganzes betrachtet werden.

„Flaschenhälse“ weiten

Möglicherweise hat die Rohrleitung zwar einen ausreichend großen Durchmesser für den Auslegungsförderstrom, aber aufgrund von lokalen Verengungen wird trotzdem ein hoher Druckverlust erzeugt.


Solche „Flaschenhälse“ können dort auftreten, wo für Ventile oder Messgeräte ein kleinerer Durchmesser gewählt wurde, um Investitionskosten zu sparen. Oder die Rohrleitung wurde bewusst durch eine Blende verengt, um den Volumenstrom zu drosseln. Solche Einschnürungen führen zu einer rapiden Zunahme der Energieverluste.

Energieverlust ist meist Wärme

 

Die Reibungsverluste in Pumpe und Rohrleitung führen zu einer Erwärmung des Förderguts. Diese Erwärmung hat wiederum einen Einfluss auf die Gesamtenergiebilanz – insbesondere dann, wenn das Fördermedium innerhalb des Prozesses gekühlt werden muss.

„Druckverbraucher“ austauschen

 

Bei Komponenten mit hohen Druckverlusten, wie Filtern und Wärmetauschern, ist zu prüfen, ob diese durch Alternativen mit günstigeren hydraulischen Eigenschaften ersetzt werden können. Das ist insbesondere dann sinnvoll, wenn ohnehin eine Investition notwendig wird.

Lebenszykluskosten

 

Bei der Frage „Was kostet diese Pumpe?“ denken viele Menschen nur an den Einkaufspreis. Doch Pumpen haben im Vergleich zu vielen anderen Maschinen über- durchschnittlich hohe Folgekosten. So sind die Anschaffungskosten gerade für standar- disierte Pumpen recht gering, doch aufgrund der hohen Betriebsstunden spielen die Ener- giekosten eine gravierende Rolle.
Rufen Sie sich zur Verdeutlichung ein bekanntes Bild auf: Sie kaufen einen preiswerten Drucker. Nicht selten sind die Tonerpatronen teurer als das ganze Gerät. Auch hier spielen die Anschaffungskosten bei den Lebenszykluskosten eine untergeordnete Rolle. In der Regel entfallen bei einem wassergeführten Pumpensystem bis zu 80 % der Lebenszykluskosten auf die Energiekosten. Jeweils 10 % machen die Anschaffung des Systems und die Instandhaltung aus.

Kostenoptimierte Neuplanung

Wie immer ist der Gestaltungsspielraum bei der Neuinstallation am größten. Es geht bei der Planung nicht um minimale Anschaffungskosten, sondern um die Planung einer energieeffizienten, zuverlässigen und instandhaltungsgerechten Konstruktion der Anlage.

Die optimale Skalierbarkeit des Systems an Ihre Bedürfnisse ist dabei ein wesentlicher Aspekt.

Optimierung bestehender Anlagen

In den letzten Jahren sind immer effizientere Anlagenkomponenten auf den Markt gekommen. Ein Austausch von Komponenten ist sinnvoll. Viele ältere Pumpen verfügen nicht über drehzahlgeregelte Motoren und können daher nur an- oder ausgeschaltet werden.
Die Anpassung der Förderleistung an den momentanen Bedarf des Systems bringt eine große Energieeinsparung, sofern die Pumpe nicht systembedingt rund um die Uhr zu 100 % gebraucht wird. Denn wird die Leitung der Pumpe nicht komplett benötigt, fördert sie dennoch weiter mit voller Kraft und verbraucht trotz geringer Nutzlast die gleiche Energie.


Ändern lässt sich das durch frequenzgeregelte Pumpenmotoren, mit der die Umdrehungen der Pumpe genau eingestellt werden können.
Durch eine Drehzahlregelung mittels eines Frequenzumrichters kann eine Pumpe von großem bis zu sehr kleinem Bedarf kontinuierlich mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden. Dadurch lassen sich in Prozessen mit wechselnder Nutzungs- intensität Einsparungen von bis zu 50 % realisieren.

Pumpen können bei schlechter Wartung bis zu 15 % an Wirkungsgrad verlieren.
Zum anderen büßen Pumpen, Motoren und Rohrleitungskomponenten durch Alterung an Wirkungsgrad ein. Pumpen können bei schlechter Wartung bis zu 15 % an Wirkungsgrad verlieren. In Rohrleitungen nimmt der Leitungswiderstand durch Korrosion und Ablagerungen zu. Armaturen werden undicht, was zu Druckverlusten im System führen kann.
Hinzu kommt, dass sich eine Anlage durch den Austausch von Komponenten oft vom Auslegungsoptimum entfernt.

Optimierte Rohrleitungssysteme

Länge und Form von Rohrleitungen so- wie anderen Einbauten haben einen großen Einfluss auf den Gesamtstromverbrauch von Pumpensystemen. Bei Rohrleitungen hängen die erzielbaren Einsparpotenziale stark von den örtlichen Gegebenheiten ab, durchschnittliche Einsparungen von 10 % sind jedoch in vielen Fällen möglich.
Planen Sie Ihre Transportwege so kurz wie möglich, und vermeiden Sie Höhenunterschiede.

Regelmechanismen

Jede Regelungsart hat in bestimmten Konstellationen ihre Berechtigung. Man kann daher nicht eine der verschiedenen Varianten grundsätzlich als beste Lösung für alle Anwendungsfälle bezeichnen.
Das bedeutet aber keinesfalls, dass es gleichgültig wäre, welche Regelung eingesetzt wird. Das Gegenteil ist der Fall – die Unterschiede in den Lebenszykluskosten können immens sein. Es wird geschätzt, dass durchschnittlich 35 % des Energieverbrauchs von Pumpensystemen durch eine Optimierung der Regelung eingespart werden könnten.

Durch die steigenden Energiepreise sowie die erhöhte Qualität und die gesunkenen Preise der Leistungselektronik ist heute in vielen Anwendungsfällen der Einsatz einer elektronischen Drehzahlregelung ausgesprochen rentabel.
Wichtig bei der Auswahl einer Regelungsstrategie ist, nicht die Mühe einer fachgerechten Auslegung zu scheuen und sich schon im Vorfeld Gedanken über die jährlichen Betriebsstundenzahlen in Voll- und Teillast zu machen. Die Entscheidung sollte dann für die Alternative mit den geringsten Lebenszykluskosten getroffen werden.

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