Der Umrichter als Kostenkiller

Frequenzumrichter - Der drehzahlgeregelte Betrieb von Pumpen an einem Frequenzumrichter reduziert die Energiekosten und den Wartungsaufwand. Integrierte Funktionen des Umrichters senken zudem die Lebenszykluskosten der gesamten Anwendung.

10. Mai 2007

Zu den bedeutendsten Verbrauchern von elektrischer Energie gehören Pumpensysteme in Industrie, Gewerbe, Haushalten und Landwirtschaft: Gemeinsam verbrauchen sie etwa 20 Prozent des Weltbedarfs an elektrischer Energie. Angesichts steigender Energiepreise sowie nicht zuletzt auch aus Gründen des Umweltschutzes sollten deshalb bei der Auswahl von Pumpensystemen nicht länger nur die Anschaffungs- und Installationskosten berücksichtigt werden, sondern die gesamten Kosten, die ein Pumpensystem während seiner Laufzeit verursacht. Diese Berechnung der Lebenszykluskosten berücksichtigt neben den Anschaffungs- und Installationskosten auch die Kosten für Energie, Betrieb, Instandhaltung, Ausfall, Umwelt und Entsorgung.

Besonders hoch werden die Energiekosten vor allem dann, wenn die Pumpensysteme mehr als 2.000 Stunden im Jahr in Betrieb sind. Ein Grund dafür ist, dass bestehende Pumpensysteme sehr oft überdimensioniert sind, da sie auf den »Worst Case« ausgelegt wurden. Die Pumpen laufen daher ständig mit voller Leistung, und der Volumenstrom wird über Drosselventile geregelt. Vergleichbar ist das mit einem Autofahrer, der ständig mit Vollgas fährt und die Geschwindigkeit über die Bremsen anpasst.

Vorteile durch Umrichter

Wesentlich sinnvoller ist dagegen die Regelung des Volumenstroms über die Motordrehzahl mithilfe von Frequenzumrichtern: Wird die Drehzahl einer Pumpe im Durchschnitt um nur 20 Prozent abgesenkt, sinkt der Strombedarf bereits auf etwa die Hälfte. Die Ursache dafür ist, dass der Wirkungsgrad von Pumpensystemen vom optimalen Betriebspunkt abhängt, der je nach Auslastung schwankt. Durch die stufenlose Regelung bieten Frequenzumrichter die Möglichkeit, diesen Betriebspunkt exakt anzufahren und ermöglichen so eine deutliche Senkung der Energiekosten. Insgesamt amortisiert sich eine Investition in Frequenzumrichter allein durch die Einsparungen bei den Energiekosten innerhalb kurzer Zeit, in der Regel nach einem bis eineinhalb Jahren.

Speziell für den Einsatz in den Bereichen Wasser- und Abwassertechnik sowie in der Pumpenindustrie hat jetzt der dänische Danfoss-Konzern die neue Umrichterserie VLT Aqua Drive vorgestellt, die zahlreiche weitere Möglichkeiten bietet, die Energiekosten zusätzlich zu senken. So besitzen die Umrichter der neuen Baureihe einen Wirkungsgrad von mehr als 98 Prozent und können deshalb gerade bei höheren Leistungen zusätzlich eine aufwendige Kühlung des Schaltraums oder des Schaltschranks überflüssig machen.

Zusätzliches Potenzial eröffnet der Energiesparmodus, der Pumpenverschleiß und Energieaufnahme auf einem absoluten Minimum hält. Dabei stoppt das Pumpensystem automatisch in Situationen mit niedrigem oder keinem Durchfluss. Mittels Drucküberwachung erkennen die Geräte einen Druckabfall sofort und starten dann die Pumpe erneut. Auf diese Weise läuft die Pumpe nur, wenn sie tatsächlich benötigt wird. Eine zusätzliche Energieeinsparung von etwa fünf Prozent bietet die automatische Energieoptimierung, kurz AEO, durch eine Absenkung der Motorspannung im Teillastbetrieb.

Servicekosten reduzieren Moderne Frequenzumrichter helfen jedoch nicht nur Energiekosten zu sparen, sondern reduzieren zudem die Abnutzung der Systemkomponenten und verlängern so die Lebensdauer des gesamten Pumpensystems. Dies gilt nicht nur für Neuanlagen, sondern auch für die Modernisierung bestehender Anlagen. Anders als beim direkt am Versorgungsnetz betriebenen Motor oder bei Stern-Dreieck- Kombinationen starten und stoppen Pumpensysteme an einem Frequenzumrichter sanft und stufenlos, ohne Momentenstöße oder die gefürchteten »Wasserschläge«, sodass der gesamte Antriebsstrang vom Motor bis zum Rohrleitungssystem geschont wird.

Schonender Betrieb

Der VLT Aqua Drive bietet dazu zum Beispiel zweistufige Start- und Stopprampen mit der Möglichkeit, die Pumpen schnell bis zu einer frei wählbaren Drehzahl zu beschleunigen oder abzubremsen und während des normalen Regelbetriebes mit einer anderen Drehzahl zu arbeiten. Drehzahlgeregelte Pumpensysteme benötigen deshalb nicht nur weniger Verschleißteile, sondern erlauben auch deutlich längere Intervalle zwischen den Instandhaltungsarbeiten.

Schutzfunktionen eingebaut

Nützlich ist auch die Funktion der Frequenzenausblendung, mit der sich mögliche Schwingungen oder Resonanzen im Medium oder im Antriebsstrang mindern lassen. Dem Schutz der Anlage vor Überlastung dient auch eine integrierte Trockenlaufsperre, die die Pumpe abschaltet, wenn sich im Zulauf wegen eines Rohrbruches oder wegen eines geschlossenen Ventils kein Wasser befindet. Zusätzlich wird eine Störmeldung an das übergeordnete Leitsystem ausgegeben. Eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet zudem die ständige Systemüberwachung, etwa durch den Ausgleich von Rohrleitungsdruckverlusten. Dabei nutzt der Frequenzumrichter die Tatsache, dass bei reduziertem Durchfluss der Durchflusswiderstand sinkt. Das Absenken des Drucksollwerts durch den Umrichter spart entsprechend Energie ein.

Ein weiterer Vorteil der Drehzahlregelung durch einen Frequenzumrichter ist auch die Reduzierung des Geräuschpegels durch den Betrieb in Teillast. Zudem erlauben Frequenzumrichter auch eine Erweiterung des Regelbereiches oberhalb der normalen Nennfrequenz von 50 Hertz. Die Integration aller erforderlichen Komponenten, wie Funkentstörfilter, Netzrückwirkdrosseln in den Frequenzumrichtern, verringert den Verdrahtungsaufwand zum Anschluss von externen Komponenten.

Lieferbar sind die Umrichter wahlweise für den Schaltschrankeinbau oder im spritzwassergeschützten Gehäuse für die dezentrale Wandmontage. Für besonders raue Umgebungsbedingungen steht zudem ein Gehäuse in Schutzart IP 66 zur Wahl. Die neue Umrichterserie umfasst den Leistungsbereich von 0,37 bis 450 Kilowatt und ist ab Mitte des Jahres 2007 verfügbar.

Andreas Schreitmüller, Danfoss/bt

FAKTEN

¦ Die Umrichter der Reihe VLT Aqua Drive sind speziell auf Wasser- und Abwasseranwendungen angepasst.

¦ Zahlreiche Funktionen senken die Kosten bei Anschaffung und Inbetriebnahme sowie im laufenden Betrieb.

¦ Das grafische Display der Bedieneinheit erleichtert die Bedienung und beschleunigt die Inbetriebnahme.

Erschienen in Ausgabe: 03/2007