Technik, die Zeichen setzt -...

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Technik, die Zeichen setzt

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© Copyright KSB Aktiengesellschaft 2014

Energieeffiziente Förderung flüssiger MedienEfficiency Arena Forum, 10.04.2014Thomas Paulus

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KSB ist ein führender Anbieter von Pumpen, Armaturen, Systemlösungen und Service.

Konzern und Marke KSB

Wir über uns

Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I

Geschäftsjahr 2013

Auftragseingang: 2.241,2 Mio. €

Umsatz 2.247,3 Mio. €

Ergebnis (vor Steuern): 119,4 Mio. €

Mitarbeiter: 16.546

Gründungsjahr 1871

4

Energieeffiziente Förderung flüssiger Medien

Gliederung

1. Motivation / Energieeffizienz bei Pumpen

2. Von der Analyse bis zur Fahrweise

3. Best-Practice Beispiele

4. Zusammenfassung


5


Gliederung




4. Zusammenfassung


Quelle Diagramm: Study for an update of the Ecodesign Working PlanAmended Ecodesign Working Plan for the European Commission,

Brüssel/Delft, 18. Februar 2011

90% Asynchron-Motoren (ASM)*

* EUP Lot 11 Motors Final Report February 2008, Aníbal T. de Almeida, Coimbra, 18. Februar 2008, Seite 19

Motivation: Einsparpotenziale

El. Energieverbrauch EU-27 nach Art der Umwandlung in TWh

Schnitt durch ASM

0

ElektrischeEnergie EU-27nach Art derUmwandlung

2.780 TWh

510

300

280

270

elektro-mechanisch

49%

elektronisch4%

elektrolytisch4%

elektro-thermisch24%

elektro-magnetisch

19%

Kompressoren

Pumpen

Lüfter

Servoantriebe

Summe2.780

Motoren1.360

6 Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I

Reduktion der Lebens-zykluskosten bedeutet:

� Ausnutzen der Verfügbarkeitspotenziale der Komponenten

� Bestimmungsgemäßer Betrieb = Verlängerung der Service-Intervalle = Kosteneinsparung

Quelle: Paul Barringer, Barringer & Associates ,Inc.

För

derh

öhe

[%]

Durchfluss [%]

Kennlinie

Gute Praxis: -30%..+15%

Bessere Praxis:-20%..+10%

Bewährte Praxis= -10% ..+5%von Qopt

10

100

AuslassRezirkulation

Einlass-rezirkulation

Laufradverschleiß

Reduktion derLebensdauer Lager & Dichtung

Kavitation

Überhitzung Reduktion der Lebensdauer Lager & Dichtungen

Kavitation

Lebensdauer [%]

Wirkungsgrad-verlauf

Lebenszykluskosten


TCO – Service (Verfügbarkeit)


Betriebsstunden

Anzahl der Pumpen

Verhältnis Q/Q opt

Quelle: ReMain research project, 65 pumps, 21 May – 10 June 2009

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0,250,5

0,751,0

1,251,5 0

10

20

30

40

50

60

70


Betriebspunkt

� Nur wenige Pumpen werden im Optimum betrieben

� Nur wenige Motoren werden im Nennpunkt betrieben



Übersicht der möglichen Einsparpotenziale bei Pumpen

System

KomponentenCa. 10%

� Rohrleitungsdimensionierung

� Vermeidung von unnötigen Strömungswiderständen

� Bedarfsabhängige Fahrweise

� Geeignete Regelstrategien

� SES Service bei Bestandsanlagen

� PumpMeter

� Optimierung von Einzelwirkungsgraden(z. B. IE4 SuPremE - Motoren)

Bis zu60%

Modul

� Angepasste Laufrad-Durchmesser

� Vermeidung unnötiger Sicherheitsreserven bei Hydraulik und Motor

� Exakte Abstimmung aller Komponenten

Bis zu20%

9Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I

10


Gliederung




4. Zusammenfassung


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FluidFuture®

Das Vorgehensmodell

�Energieeffizienz-Konzept für das hydraulisches System mit dem Ziel den Gesamtwirkungsgrad der Anlage zu steigern.

� Fünf Bausteine, mithilfe derer über den gesamten Lebenszyklus hinweg Einsparpotentiale genutzt werden können.


� In einem kontinuierlichen Prozess wird das Gesamtsystem und nicht nur einzelne Komponenten betrachtet

� Das Vorgehen kann optimal in den PDCA-Zyklus gemäß DIN EN 16001/DIN EN ISO 50001 eingebunden werden

FluidFuture®

Zusammenhang zum Energiemanagement


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FluidFuture®

Analyse des Systems


Systemgrenze

Analyse des Systems

Systemgrenzen

1. Lastprofil

2. Pumpe

3. Antrieb

4. Rohrleitung

5. Rückschlagklappe

6. Absperrarmaturen


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Analyse des Systems

Optimierungspotenziale im System auffinden

� Anlagenbegehungen

� Anlagenkennlinie / Formstücke und Einbauten

� Transparenz herstellen durch Messungen

� Lastprofil ermitteln

� Einbindung ins Energiemanagement

Energieeffizienz I KSB I September 2013 I

KSB PumpMeter KSB System Effizienz Service

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Analyse des Systems

Lastprofil

� Aufzeichnung der Betriebs-punkte und Anlagenkennlinie kummuliert über der Zeit (repräsentativer Zeitraum!)

� Ausgangspunkt zur Bestimmung des Einspar-potenzials

� Aufdecken von unzulässigen Betriebsbereichen

� Basis für die Auslegung und Auswahl (Einzelpumpe, Mehrpumpe, …)

Energieeffizienz I KSB I September 2013 I

KSB PumpMeter

Analyse des Systems

KSB PumpMeter

� Intelligenter Druckaufnehmer

� Vor-Ort-Anzeige von Betriebsdaten der Pumpe

� Analog-/Modbus-Ausgang

� werksseitig montiert oder nachrüstbar

� auf individuelle Pumpe parametriert

� zeichnet das Lastprofil der Pumpe auf

� zeigt Optimierungspotenziale auf, zur Steigerung von Verfügbarkeit und Energieeffizienz

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EFF


Optimierungsempfehlungen :

� Anpassung der Fahrweise� Anpassung des

Laufraddurchmessers� Drehzahlregelung� Modernisierung des� Antriebs� Tausch der Absperr-

Armaturen und/oder Rückflussverhinderer

� Korrektur der Pumpengröße

� Umfangreiche Systemanpassung

� Auswertung eines reprä-sentativen Analysezeitraums

� Inklusive Optimierungs-szenarien und schrittweisen Umsetzungsempfehlungen

� Angabe der Amortisationszeit

Analyse des Systems

Analysebericht

Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I19

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FluidFuture®

Auslegung


21

Ungeregelte Einzelpumpe

(Laufradanpassung)

Drehzahlgeregelte Doppelpumpe

DrehzahlgeregelteMehrpumpenanlage

Drehzahlgeregelte Einzelpumpe

DrehzahlgeregelteDoppelpumpe

Drehzahlgeregelte Einzelpumpe

GeodätischeHöhe

Lastprofil

Auslegung

Systemauslegung

100%

Vollastprofil

100%

t/ts

Q/Qopt100%

Mischbetrieb

100%

t/ts

Q/Qopt100%

Teillastbetriebt/ts

Q/Qopt100%

H

Q

niedrig

H

Q

mittel

H

Q

hoch


Auslegung

Systemauslegung*

22 Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 IQuelle: Sachstandsbericht des FVA, FVA-Nr. 673,Auswahl elektrische Antriebe, J. Schützhold, K. Benath, 08.03.2013

*unter bestimmten Randbedingungen

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FluidFuture®

Hocheffiziente Hydraulik


Hocheffiziente Hydraulik

Pumpen und Armaturen� Pumpenwirkungsgrad

� Medium

� Konstruktion von Gehäuse, Laufrad, Lagerung

� Werkstoffe

� Rückschlagklappen und Armaturen

� Bestimmen Höhenverluste

� Thermische Verluste

� Rohrleitungsdimensionierung

g

vHV ⋅

⋅=2

2

ζ HV3

HV2

HV1

Alle Komponenten müssen betrachtet werden:


25

FluidFuture®

Hocheffiziente Antriebe


26 Energieeffizienz I KSB I September 2013 I


Auswahl

7,5kW KSB SuPremE,1500 1/min.

ASM IE3 7,5kW , 1450 1/min.


Warum IE3 für Pumpen nicht ausreicht?

� Der Vorteil von Synchronmotortechnik liegt vor allem Teillastbereich

� Dort wo fast alle Pumpen betrieben werden

� Der Antrieb muss der Fahrweise und der Lastmaschine gerecht werden



KSB SuPremE-Motor

� Synchron-Reluktanzmotor

� Rotor mit Flusssperrenschnitt

� Magnetfrei– Materialverfügbarkeit– Ressourcenschonend

� entspricht IE4 gem. IEC/CD 60034-30 Ed. 2

� Hohe Wirkungsgrad auch bei Teillast

� Keine zusätzliche Sensorikwie z.B. Rotorlagegeber

� IEC-kompatibel

��

�

��

�

User Award 2012 28 Energieeffizienz I KSB I 8. Mai 2014 I

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FluidFuture®

Bedarfsgerechte Fahrweise


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Aufgaben

� Sicherstellung der Prozessgüte

� Ausschöpfen des Energieeinsparpotenzials im Vergleich zur konventionellen Installation

� Sicherstellung des bestimmungsgemäßen Betriebs aller Komponenten und Ausschöpfen des Verfügbarkeitspotenzials der Komponenten

Typische Regelgrößen:• Druck / Differenzdruck• Durchfluss• Temperatur


31

Drosselregelung mit Laufradanpassung

Doppelpumpen-regelung,

DFS/Schlechtpunkt

Mehrpumpen-regelung,

DFS/Schlechtpunkt

Einzelpumpen-regelung,

DFS/Schlechtpunkt

Doppelpumpen-regelung,

DFS/SchlechtpunktEinzelpumpen-regelung,

DFS/Schlechtpunkt

GeodätischeHöhe

Lastprofil


Wahl der bedarfsgerechten Fahrweise*

100%

Vollastprofil

100%

t/tges

Q/Qopt100%

Teillastbetriebt/tges

Q/Qopt100%

H

Q

niedrig

H

Q

mittel

H

Q

hoch


Mischbetrieb

100%

Q/Qopt100%

t/tges

*unter bestimmten Randbedingungen


KSB PumpDrive

� Motormontierte Lösung bis 55 kW

� Durchgängiges Konzept

� Unabhängigkeit vom Motorfabrikat

� IE2, IE3, IE4, KSB SuPreme

� Integrierte Mehrpumpenfunktionalität bis zu 6 Pumpen

� Werkseitig optimal auf die Pumpe paramteriert

� Einfache Nachrüstung von Pumpenaggregaten (Retrofit)

� Maximale Energie-Einsparung durch DFS-Funktion

� Kennfeldüberwachung und Betriebspunktschätzung

� PumpMeter kann direkt angebunden werden

� Feldbusse zur Einbindung in Leitsysteme


Übersicht: Drehzahlregelung @ KSB

50 W bis 1.4 kW 370 W bis 55 kW *

* Ab 45 kW nur mit Asynchronmaschine / ** Ab 45 kW nur mit Asynchronmaschine , Ab 110 kW auf Anfrage

bis 1.4 MW **Permamentmagnet erregter

Synchronmotor Synchron Reluktanz Motor (IE4) oder Asynchronmaschine (IE2/IE3)

Integrierter FU

Multipump-Operation

Schaltschrank (CM)

Plug & Pump PumpDrive R

Motor-Montiert(MM) Wand-Montage(WM)


34


Gliederung




4. Zusammenfassung


Eigenschaften der Kreiselpumpe

18,5 kW Antriebsleistung

IE4-Synchron-Reluktanzmotor

optimiertes Regelkonzept

DFS-Druckregelung ∆ p-variabel

Anwendungsbeispiel: KreislaufkühlanlageEinsatz eines Frequenzumrichters mit Synchron-Reluktanzmotor

Autor, © ContiTech AG

Reduktion von

1900 t CO2/a

-74,7%Strom-

Einsparungca. 371 MWh/a

~ 15.700 €/a

Wasserverbrauch/Tag ~ 54 m³

Stromverbrauch/Tag vorher 500 kWhnachher 129 kWh

14-05-0836 Autor, © ContiTech AG

VORHER

NACHHER

Ausgangs-situation

nach Drosselung

[W]

DFS-Betrieb1,6 bar

DFS-Betrieb1,4 bar

[t]

Anwendungsbeispiel: KreislaufkühlanlageEinsatz eines Frequenzumrichters mit Synchron-Reluktanzmotor

37


Gliederung




4. Zusammenfassung


38


Zusammenfassung

� Erhebliche Einsparpotenziale beim Betrieb von Kreiselpumpen bis zu 60%

� Betrachtung des Nennpunktes nicht ausreichend

� Systembetrachtung notwendig (Analyse -> Umsetzung)

� Alle Komponenten (Pumpe, Armatur, Rohrleitungs-dimensionierung, Einbauten, Formstücke, Motor und Fahrweise) müssen untereinander und auf den Prozess abgestimmt sein


Wir geben all unsere Energie.Damit Sie Energie sparen.

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Besuchen Sie uns in Halle 15, F 41

40 I S-E11 I Daniel Gontermann I 2011 I 40

KSB AktiengesellschaftAbteilung SL-GS6

Dr. Thomas Paulus

Johann-Klein-Straße 967227 Frankenthal

Tel. +49 6233 86-2482E-Mail: [email protected]

HerausgeberKSB Aktiengesellschaftvertreten durch den Vorstand: Dr. Wolfgang Schmitt, Dr.-Ing. Peter Buthmann, Werner Stegmüller

© Copyright 2014 KSB Aktiengesellschaft

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