Stromeffizienzsteigerung bei ölhydraulischen Systemen durch Frequenzumformung

 Ölhydraulisches System© Fotolia.com - Nataliya Hora

Ölhydraulische Systeme werden in produzierenden Unternehmen u. a. für den Antrieb von Umform- und Fertigungsmaschinen wie Pressen oder Stanzen eingesetzt. Damit finden sie in vielen verschiedenen Branchen Anwendung, z. B. in der Keramikindustrie (Formen von Fliesen vor dem Brennen), der Gießereiindustrie (Pressen von Gußformen) oder in der Metallindustrie (Stanzen von Blechen). In diesen vor- oder nebengelagerten Prozessen schlummern oftmals bedeutende Effizienzpotenziale. So verringern bspw. ein zu hoch eingestellter Druck, drosselnde Querschnitte in den Anschlussleitungen, die mangelnde Beachtung des Volumenstrombedarfs oder der Einschaltdauer, sowie eine ungünstige Verbraucherregelung die Effizienz des gesamten Systems.

Optimierungspotentiale und mögliche Effizienzmaßnahmen

Bei zyklisch arbeitenden Ölhydrauliksystemen wie z. B. Pressen stellt der Einsatz von Frequenzumformern eine mögliche Effizienzmaßnahme dar. Pro Zyklus wechseln sich bei Pressen eine Lastphase, in der das Werkstück gepresst wird, und eine Entlastungsphase, in der das Werkstück entnommen und das Werkzeug für den nächsten Pressvorgang vorbereitet wird, ab. In der Entlastungsphase zirkuliert das Hydrauliköl über ein Ventil im Bypass am Ölhydraulikzylinder der Presse vorbei, die Pumpe läuft weiter. Die Stromaufnahme des Motors der Pumpe reduziert sich in dieser Phase auf rund 30 % des Nennstrombedarfs, da sich der Druck im System durch die Bypass-Schaltung verringert. Durch den Einsatz von Frequenzumformern kann der Strombedarf des Motors in der Entlastungsphase auf bis zu 10 % des Nennbetriebs gesenkt werden. Hierdurch könnten jährlich rund 18 % des Strombedarfs für den hydraulischen Antrieb der Presse eingespart werden.

Projektbeispiel

Ein Unternehmen betreibt 25 Pressen mit einer elektrischen Anschlussleistung von insgesamt 800 kW und einem jährlichen Stromverbrauch von rund 1.500 MWh. Die Motoren des Ölhydrauliksystems der Pressen sollen mit Frequenzumformern ausgerüstet werden.

Dadurch entstehen:

  • Investitionskosten für die Effizienzsteigerung des Ölhydrauliksystems (Frequenzumformer, Ergänzungen Regelkreis Ölhydraulik) von rund 140.000 €,
  • Investitionsnebenkosten (für Installation, Messtechnik und Inbetriebnahme) in Höhe von 60.000 €,
  • und damit in Summe Investitionsgesamtkosten in Höhe von 200.000 €.

Von diesen Kosten können bei STEP up! maximal 30 %, d.h. max. 60.000 €, gefördert werden. Die tatsächliche Höhe der jeweils förderfähigen Kosten hängt letztlich davon ab, ob es sich bei der Maßnahme um eine vorgezogene Ersatzinvestition, eine Zusatzinvestition oder eine Erneuerungsinvestition handelt. Beim vorliegenden Projektbeispiel handelt es sich um eine Zusatzinvestition, da die Effizienz des bestehenden Systems durch die Installation zusätzlicher Komponenten gesteigert wird. Somit können tatsächlich 60.000 € gefördert werden. Ausführliche Hinweise zu den Investitionstypen befinden sich im Merkblatt „Allgemeine Hinweise zur Antragstellung in STEP up!“, welches unter "Teilnehmen" und "Ausschreibungsrunden" auf der STEP up!-Webseite abrufbar ist.

Grundlegende Kriterien für eine Förderung durch STEP up! sind, dass das Projekt sich erst nach mehr als drei Jahren durch die eingesparten Stromkosten amortisiert und der sogenannte „Kosten-Nutzen-Wert“ von maximal 0,10 €/kWh nicht überschritten wird.

Durch die im vorliegenden Projektbeispiel dargestellte Investition können rund 270 MWh Strom jährlich eingespart werden. Bei einer Lebensdauer von zehn Jahren ergibt sich somit eine Stromeinsparung von 2.700 MWh. Bei einem Strompreis von 0,15 €/kWh amortisiert sich die Effizienzmaßnahme ohne Förderung nach knapp fünf Jahren, mit maximaler Förderung bereits nach dreieinhalb Jahren.

Der Kosten-Nutzen-Wert errechnet sich aus dem Quotienten der beantragten Fördersumme (Kosten) und der Stromeinsparung über die gesamte Nutzungsdauer der Technik (Nutzen). Wird die maximale Förderung von 30 % beantragt, liegt der Kosten-Nutzen-Wert im betrachteten Beispiel bei 0,022 €/kWh und damit unterhalb des bei STEP up! zugelassenen Maximalwertes von max. 0,1 €/kWh.