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Wann rentiert sich eine Investition in ein neues Antriebssystem? #14

#DRIVOGRAM: Wann rentiert sich eine Investition in ein neues Antriebs-system? #14

Energieeffizienz elektrischer Antriebssysteme

Der Energieverbrauch elektrischer Antriebssysteme nimmt durch die Erneuerung europäischer Normen und den steigenden Energiepreisen einen immer höheren Stellenwert ein. Mit etwa 49% sind Antriebssysteme für einen Grossteil des Energieverbrauchs in der Schweiz verantwortlich. Mehr als die Hälfte davon sind auf industrielle Anwendungen und Gebäudetechnik im Dienstleistungssektor zurückzuführen (einschliesslich Infrastrukturanlagen, gewerbliche Anwendungen, usw.), was rund 37% des Schweizer Elektrizitätsverbrauchs entspricht. Durch Systemoptimierung bzw. Effizienzsteigerung von Antriebssystemen ist ein Energiesparpotential von 20% - 30% möglich (Topmotors Market Report Schweiz 2019, 2020)

 

Grundsätzlich, wie eine Analyse der Investitions- und Betriebskosten in Tabelle 1 zeigt, lohnen sich Investitionen in moderne und effiziente Antriebssysteme sowohl aus ökologischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht. In Tabelle 1 wird die prozentuale Verteilung der Investitions- und Betriebskosten auf unterschiedliche Zeiträume dreier IE4-Asynchronmotoren (3kW, 55kW, 110kW) in Standardausführung der Produktereihe Simotics 1LE1 aufgezeigt. Als Datengrundlage hierfür wird ein Energiepreis in der Industrie von 8Rp/kWh angenommen, sowie ein Lastprofil von einem 12-Stunden-Tag (3 Stunden 50%Pn,Motor, 3 Stunden 75% Pn,Motor und 6 Stunden 100% Pn,Motor ) bei 260 Betriebstagen pro Jahr im S1-Netzbetrieb.

Hierbei fällt auf, dass sich Modernisierungen von Antriebssystemen oder effiziente Antriebssysteme besonders über einen längeren Zeitraum rentieren, wie der Verhältnis-Vergleich von den Investitions- und Betriebskosten in der Grafik darstellt. Während in einem Zeitraum von einem Jahr die Investitionskosten einen Grossteil der Gesamtkosten ausmachen (3kW: 62%, 55kW: 45%, 110kW: 44%), machen diese bereits nach fünf Jahren nur noch einen kleinen Teil der Gesamtkosten aus (3kW: 25%, 55kW: 14%, 110kW: 14%). Bei Betrachtung über einen längeren Zeitraum betragen also die Energiekosten einen prozentual deutlich höheren Anteil an den Gesamtkosten. Dieser Effekt kommt besonders nach 10 bzw. 15 Jahren zum Tragen. Die Investitionskosten tragen lediglich einen kleinen Teil zu den Gesamtkosten des Antriebssystems bei (3kW: 15%, 55kW: 8%, 110kW: 7% bzw. 3kW 10%, 55kW: 5%, 110kW: 5%). Ebenfalls lässt sich aus der Grafik ablesen, dass sich effiziente Antriebssysteme besonders bei höheren Leistungen (55kW und 110kW) rentieren, da diese einen höheren Energieverbrauch aufbringen als Antriebssysteme geringerer Leistungen.

 

Daraus schlussfolgert sich, dass Investitionen in energieeffiziente Antriebssysteme über einen längeren Zeitraum finanzielle Vorteile mit sich bringen. Die Energiekosten werden unmittelbar gesenkt und der grössere Teil der Gesamtsystemkosten wird über längere Zeit optimiert. 

 

Dabei unterstützen wir Sie mit der Integration effizienter Antriebssysteme, sowohl den Energieverbrauch als auch die Energiekosten für Ihr Unternehmen zu senken. Unsere Lösung für die Energieplanung Ihrer Antriebssysteme ist das frei verfügbare Online-Tool „SinaSave“, welches Sie ohne Anmeldung nutzen können (bei einer kostenlosten Registrierung erhalten Sie weitere Zusatzfunktionen). Wir unterstützen Sie mit SinaSave bei der Berechnung des Energieverbrauchs Ihrer Antriebssysteme, bei der Investitionsplanung neuer Anlagen und beim sinnvollen und nachhaltigen Retrofit bestehender Antriebssysteme durch Effizienzsteigerung. SinaSave berechnet einerseits die eingesparte Energie sowie die damit verbundenen CO2-Einsparungen. Anderseits zeigt Ihnen das Tool gleichzeitig den wirtschaftlichen Mehrwert einer modernisierten Anlage auf, wie in Abbildung 1 dargestellt.

 

Investition auf lange Zeit

Folgende Möglichkeiten bietet SinaSave generell für einen Vergleich:

 

Dateneingabe

 

o   Netzarten 3AC 400V/500V/690V, 3,3kV, 6kV und 10kV verfügbar

 

o   Eingabe eines Lastprofils möglich

      >  Betriebstage und -stunden im Jahr

      > Tägliche Betriebsstunden des Antriebssystems

      > Definition der Belastung (Angabe der prozentualen Belastung abhängig von der Zeit (z.B. 3 Stunden bei 40%                              Nennleistung)

      > CO2-Verbrauch pro kWh

      > Strompreis 

 

Anwendung

 

o   Direkter Motorenvergleich im Netzbetrieb

o   Antriebssystemvergleich einer Pumpen-Antriebslösung (Eingabe der Pumpenparameter)

o   Antriebsystemvergleich einer Lüfter-Antriebslösung (Eingabe der Lüfterparameter)

 

 

Motoren

 

o   Siemens Asynchronmotoren der Effizienzklassen IE1 – IE4

o   Synchron-Reluktanzmotoren

o   Fremdmotoren (Berechnung über die Eingabe der Teillast/Volllastwirkungsgrade)

 

 

Regelungsmöglichkeiten

 

o   Direktvergleich von Motoren im S1-Betrieb am Netz

o   Drosselregelung mit Motorstarter/Softstarter/Stern-Dreieck (SIRIUS oder Fremdschaltgerät)

o   Bypassregelung mit Motorstarter/Softstarter/Stern-Dreieck (SIRIUS oder Fremdschaltgerät)

o   Drehzahlregelung über Frequenzumrichter (auch Fremdumrichter möglich)

Bei der Berechnung wird ein Betrieb der Anlage von 365 Tagen, 24 Betriebsstunden pro Tag mit folgender Lastverteilung angenommen:

Anhand dieser Daten erstellt SinaSave direkt eine Effizienzberechnung des Energieverbrauchs pro Jahr des Referenzsystems (orangene Kurve in Abbildung 2 54.8MWh/a) und des Alternativsystems (Lila Kurve in Abbildung 2, 30,4MWh/a). Somit wird deutlich, dass mit der Modernisierung der Anlage ein Einsparungspotential von jährlich 24,4MWh und 15,4t/CO2 besteht.  

Wann zahlt sich die Investition aus?

SinaSave ermittelt ebenfalls die Amortisationszeit, also den Zeitpunkt nach der Investition, ab dem Sie durch die Umrüstung auf das effizientere Antriebssystem eine positive wirtschaftliche Bilanz gegenüber dem Referenzsystems (Abbildung 2) aufgrund des geringeren Energieverbrauchs erzielen. Durch die vorherige Eingabe des Strompreises, von angenommen 8 Rp/kWh, ermittelt SinaSave die Amortisationszeit und darüberhinausgehend die Energiekosten, die Sie mit dem modernisierten Antriebssystem über einen längeren Zeitraum einsparen. In dem Beispiel in Abbildung 3 wird die Amortisationszeit nach 9 Monaten bzw. nach 6604 Betriebsstunden errechnet. Zu diesem Zeitpunkt wurde die Investition trotz der Anschaffungskosten durch geringere Betriebskosten des modernisierten Antriebssystems amortisiert und Sie profitieren ab diesem Zeitpunkt von dem optimierten Antriebssystem (Nach 12 Monaten bereits 1470,- CHF).

Hat Sie dieser Artikel zum Nachdenken angeregt oder denken Sie bereits über eine Modernisierung bzw. Neugestaltung ihrer Antriebssysteme nach?

Sprechen Sie uns an!

Unser Team in Zürich unterstützt Sie jederzeit gerne dabei, ihre Energieziele zu erreichen und darüber hinaus langfristig wettbewerbsfähig am Markt zu bleiben. Gerne stellen wir Ihnen unsere energieeffiziente Lösung für Ihr Unternehmen oder Ihre Projekte vor.

Kontakt

Siemens Schweiz AG
Digital Industries
Freilagerstrasse 40
8047 Zürich

Telefon: +41 848 822 844
E-Mail: industry.ch@siemens.com

Literaturverzeichnis

Rita Werle, Impact Energy, & Petar Klingel, Impact Energy. (2020). Topmotors Market Report Schweiz 2019. Bern: Bundesamt für Energie BFE.