Nog veel energiewinst te behalen in elektrische aandrijvingen

In 2050 moet de CO2-uitstoot in Nederland 95% lager zijn dan in 1990. Hiervan moet 55% volgens het klimaatakkoord van Parijs al in 2030 gerealiseerd zijn. Dit betekent dat ons elektriciteitsverbruik omlaag moet. Want hoewel we al een derde van onze elektriciteit uit groene bronnen halen, komt de rest nog altijd uit fossiele brandstoffen.

Door de stijgende energieprijzen, aangescherpte regelgeving, klimaatverandering en de oorlog in Oekraïne wordt de industrie zich steeds bewuster van haar rol in deze transitie. Ook machinebouwers hebben hiermee te maken. Hun klanten moeten jaarlijks rapporteren over hun CO2-besparingen en zullen steeds vaker vragen om energie-efficiënte oplossingen. De kop in het zand steken is voor machinebouwers geen werkzame strategie. “Als je niets doet, dreig je je bestaansrecht te verliezen”, zegt Fedor Vendeloo. Huibert Winckers: “Pak dus die koploperrol en ga aan de slag met aandrijftechniek. Zo’n 70% van de elektriciteit binnen industriële bedrijven wordt immers verbruikt door elektrische aandrijfsystemen. Daar is nog volop winst te behalen.”

Fedor en Huibert zijn al jaren werkzaam in de aandrijftechniek. Het vakgebied blijft hen enorm boeien. “De aandrijflijn is vaak het hart van de installatie”, zegt Fedor. “Alles wat beweegt, heeft een aandrijving nodig. In de loop der jaren zijn aandrijvingen steeds efficiënter geworden. Ook is er meer mogelijk geworden met data. Daar gaan we in de toekomst nog veel meer mee doen.” Huibert: “Aandrijvingen zijn een van de weinige zaken binnen de industrie die altijd zullen blijven bestaan. Je kunt nu eenmaal niets maken zonder aandrijftechniek.”

De afgelopen jaren zijn aandrijflijnen steeds meer geïntegreerd in de bovenliggende besturing. Je hebt niet voor alles een apart softwareprogramma nodig, maar werkt met één overkoepelende software. Wel zo eenvoudig. Ook vervangen elektrische aandrijvingen steeds meer brandstofmotoren, hydraulische systemen en andere minder efficiënte aandrijvingsvormen. Dit levert in de industrie een energiebesparing op tot wel 50%.

Maar hoe kun je bestaande aandrijfsystemen verder verduurzamen? De meest voor de hand liggende maatregel is de vervanging van oude IE1- of IE2-motoren door energiezuinige varianten: IE3- of zelfs IE4- of IE5-motoren. Deze worden slim geconstrueerd en kunnen de energie-efficiëntie met 6% verhogen. Fedor: “Vervolgens kun je de efficiëntie van overbrengen controleren. Sommige overbrengingen, zoals wormwielreductoren hebben een hoge mechanische weerstand. Daardoor daalt het rendement. Door slim herontwerp, het elimineren van overbrengingen of het vervangen van wormwielreductoren door kegelwielreductoren kun je tot wel 20% rendementswinst behalen.”

Ook met frequentieregelaars kan men aandrijflijnen efficiënter maken. Veel motoren worden nog direct op het voedingsnet geschakeld met zogenaamde Direct-On-Line starters of softstarters. De motoren draaien dan op een vaste snelheid, ook het koppel kan niet worden geregeld. Huibert: “Dit kan efficiënt zijn voor continue processen, mits de prestaties van de motor goed afgestemd zijn op de toepassing. Maar wanneer machines en processen complexer worden, treden vaker variaties in koppel, snelheid en continuïteit op. In dat geval bieden frequentieregelaars uitkomst. Ze kunnen zowel de snelheid als het koppel van motoren regelen. Hierdoor nemen de functionaliteit én efficiëntie van de machine toe. Ideaal voor onder meer transportbanden, mengers en molens. Bijvoorbeeld in een fabriek die meerdere producten maakt met verschillende productiesnelheden.”

Maar hoe zit het met pompen of ventilatoren? Hierbij kun je het debiet toch eenvoudig regelen met een klep? Daar heb je toch geen frequentieregelaar voor nodig? “In de praktijk wordt het vaak opgelost met een klep”, antwoordt Fedor. “Maar juist daar zit een grote potentiële besparing. Met een klep wordt het debiet namelijk gestuurd door de weerstand te verhogen. Hierdoor moet de pomp of ventilator harder werken dan nodig. Met een frequentieregelaar kun je het debiet van een pomp of ventilator direct regelen en zo weerstandsverliezen omzeilen. Zeker bij centrifugaalpompen- en ventilatoren is het besparingspotentieel enorm, want het koppel neemt daar kwadratisch toe met de snelheid. Een 30% lager debiet levert dan een energiebesparing op van 50%.”

Over weerstand gesproken: bij sommige toepassingen worden mechanische of magnetische remmen gebruikt. Daarbij gaat energie verloren aan warmte en ontstaat slijtage. Huibert: “Het is efficiënter om energie om te zetten in elektriciteit in plaats van warmte. Onze SINAMICS S120 frequentieregelaar kan dit. De generatieve energie kan worden hergebruikt in een ander proces, maar je kunt hem ook teruggeven aan het net of opslaan in een accu. Dit kan een energiebesparing opleveren tot 60%.” 

Om de terugverdientijd van dergelijke investeringen te berekenen en een business case te maken, stelt Siemens de gratis online tool Sinasave beschikbaar. Hiermee kan men concrete besparingen van pomp- en ventilatoraandrijvingen en losse motoren bepalen en op basis van het geldende energietarief en de applicatiegegevens verschillende alternatieven vergelijken. Een handige tool om zowel de CO2- en energiebesparing als de terugverdientijd van de investering te bepalen. Siemens en partners van Siemens kunnen hierbij ondersteunen.