Merkblatt (PDF) - Topmotors

Argumente für den Chef
Effiziente Antriebe
Elektromotoren verbrauchen in Industriebetrieben
zwei Drittel des Stroms
Motorstrom kostet 100-mal mehr als Motor
Grobanalyse zeigt Schwachstellen
Aus dem Stromverbrauch eines üblichen Elektromotors
resultieren Kosten, die etwa um den Faktor 100 grösser
sind als der Anschaffungspreis des Motors. Relevant
für die ökonomische Bewertung eines Motors sind also
dessen Energiekosten über die gesamte Lebensdauer.
Die Anschaffungskosten bleiben marginal, selbst wenn
der Motor in einem integriertem Gesamtsystems läuft.
Ein erheblicher Teil des Stromverbrauchs ist unnötig:
]] Vielen Motoren fehlt eine Ein-Aus-Steuerung. Dann
sind sie während der ganzen Schicht in Betrieb, auch
wenn ihr Einsatz nur sporadisch erfolgt.
]] Über 90 % der Motoren in der Industrie laufen permanent
mit Nenndrehzahl. Die entsprechende Nennleistung
braucht es aber selten oder gar nie.
]] Eine Grosszahl der Motoren ist überdimensioniert.
Da der Wirkungsgrad bei Teillast geringer ist, resultiert
eine schlechte Stromausnutzung.
]] Viele Motoren sind alt und ineffizient.
]] In typischen Industriebetrieben verbrauchen die
Motoren etwa 70 % der Elektrizität.
Potenzialabschätzung
Mit dem auf Excel basierenden Tool SOTEA lässt sich
anhand von wenigen Kenndaten zum Betrieb und zu
den Stromkosten das Potenzial zur Energieeinsparung
in einem Industrie- oder Gewerbebetrieb ermitteln.
Diese Abschätzung bildet eine einfache und
verlässliche Entscheidungsgrundlage bei der Frage,
ob ein Motor-Check sinnvoll ist. Dieses stufenweise
Vorgehen verhindert unnötigen Aufwand.
Fazit: Motoren sind Kostenfaktoren – ein gezielter Blick
lohnt sich. Denn zumeist lassen sich mit wirtschaftlichen
Massnahmen 20 % bis 30 % Energiekosten einsparen.
Vorgehen
]] Grobanalyse (Seite 2)
]] Feinanalyse (Seite 3)
]] Massnahmenplan (Seite 5)
IE3 (Premium), 11 kW, 15 Jahre
Elektrische Energie
96,7%
Motor Anschaffung
2,3%
Wartung & Unterhalt
1,0%
Lebenszykluskosten eines neuen 11-kW-Premium-Motors
(IE3), der 15 Jahre lang während 4000 Stunden pro Jahr in
Betrieb ist.

Grobanalyse
elektrische Leistung (kW)
60
typischer Lastgang
50
40
30
20
10
0
Mo Di Mi Do Fr Sa So
Aufgrund weniger betrieblicher Daten zu den Motoren
ergibt sich die Dringlichkeit von Verbesserungsmassnahmen.
Ein Vergleich mit Anlagen ähnlicher Auslastung
und Struktur erleichtert die Bewertung des
Motorenparks (Benchmarks). Eine besonders einfache
Analyse bietet der 1-2-3-Test.
Grobanalyse: Basisdaten für die Bewertung von Motoren
Arbeitszeit, Arbeitsplätze
Energieverbrauch
Anzahl Schichten
Anteil Büroarbeitsplätze
Gesamtverbrauch: Jahr und Monat
Tagesgang: Werktag und Feiertag
Der Aufwand für eine Grobanalyse beträgt, je nach Grösse
und Struktur des Maschinenparks, zwischen 2 und 4 Arbeitstagen.
Intelligente Motorenliste
(ILI)
Alter des Motors (Typenschild)
Anwendung: Pumpe, Ventilator, Kompressor,
Förderanlage etc.
Nennleistung (Typenschild)
Laufzeiten (Schätzung)
Mittlere Auslastung (Schätzung)
Vereinfachte Bewertung
Der 1-2-3-Test dient einer groben Analyse eines
Motors. Daraus lassen sich Massnahmen ableiten.
Drei Kriterien stehen bei der Bewertung im Vordergrund:
Das Alter, die Nennleistung und die Laufzeiten
des Motors.
Kriterium 1: Alter des Motors – aus der Motorenliste
oder vom Typenschild
Kriterium 2: Nennleistung – aus der Motorenliste
oder vom Typenschild
Kriterium 3: Laufzeiten – Betriebsstundenzähler
oder Schätzung des technischen Dienstes
1-2-3-Test
Alter
(Jahre)
Nennleistung
(kW)
Laufzeiten
(h pro Jahr)
bis 5 bis 10 bis 15 bis 20 über
20
über
1500
bis
2000
bis
1500
bis
3000
bis 500 bis 150 bis 50
bis
4000
bis
5000
über
5000
Bewertungspunkte
Summe
Entscheidend ist die Summe der drei Werte.
Über 10 Punkte: Motor rasch ersetzen
6 bis 10 Punkte: Motor genauer überprüfen
Bis 5 Punkte: keine Vorkehrungen nötig
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Feinanalyse
Die Feinalyse basiert auf der intelligenten Motorenliste
(ILI) mit Angaben zur Dringlichkeit von Massnahmen,
zum Beispiel:
]]
Motor rasch ersetzen
]]
Motor genauer überprüfen
]]
keine Vorkehrungen nötig
An Motoren der Kategorie «genauer überprüfen»
sollten mittels Diagnose-Tools oder Einzelmessungen
detaillierte Daten erhoben werden (Tabelle). Die Auswertung
der Daten erlaubt, insbesondere mit Blick auf
die Anwendung und die Anforderung des Antriebes,
eine zuverlässige Bewertung des Motors.
Aus der Feinanalyse ergibt sich ein Investitionsplan, in
dem Massnahmen mit Realisierungstermin und Kosten
aufgelistet sind, sowie ein Pflichtenheft für den prä-
ventiven Unterhalt. Beide Dokumente sind in der Regel
Teil der Berichterstattung an die Geschäftsleitung des
Unternehmens.
Wirkungsgrad von Elektromotoren mit 4 Polen (%)
100
95
90
85
80
75
70
65
60
0.75
1.1
1.5
2.2
3
4
5.5
7.5
11
15
18.5
22
30
37
45
55
75
90
110
132
160
200
220
260
315
330
370
Motorengrösse (Nennleistung in kW)
IE3 2010
IE2 2000
IE1 1990
Eff3 1980
Feinanalyse: Erhebung von Daten
Elektrische Messungen Spannung
Strom
Leistung
Cosinus phi
Drehzahl
Frequenzanalyse
Mechanische Messungen Geräusch
Vibrationen
Thermische Messungen Temperaturen
Wärmebild
Schmiermittel
Verunreinigungen
Ölstand
Motoren-Effizienzklassen
neu 2008
IEC 60034-30
Premium Effizienz IE3 –
Hohe Effizienz IE2 Eff1
Standard Effizienz IE1 Eff2
Unterhalb Standard Effizienz – Eff3
Angabe auf Typenschild z. B. IE2 88,3% Eff1
Der Aufwand für die Feinanalyse beträgt zwischen
5 und 15 Arbeitstagen.
alt 1999
CEMEP/EC
Diagnose-Tools
Strom
Netzstrom-Analy satoren
zeigen die Motorleistung,
die Phasenbelastung,
Wicklungsschäden, aber
auch die Span nungsqualität
im Netz.
Unwucht Ausrichtung
Lager Getriebe
Vibration
Geräuschanalysen
lassen Lager- und
Getriebeschäden,
Unwucht, Fluchtungsfehler,
streifende Lüfter,
etc. erkennen.
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Präventiver Unterhalt
Die im Zuge des präventiven Unterhalts notwendigen
Arbeiten sind in der Motorenliste dokumentiert, sinnvollerweise
in Form von Prioritäten mit Codes:
rasch ersetzen
genauer prüfen
keine Vorkehrungen
Für jeden einzelnen (grösseren) Motor sind die notwendigen
Unterhaltsmassnahmen sowie die Form der
Intervention bei einem Ausfall vermerkt.
Interventionen
1. Ersatzmotor bereithalten (eigenes Lager oder beim
Hersteller)
2. Bei Ausfall Premium-Motor einbauen
3. Bei Ersatz auf 75 % der Leistung dimensionieren
4. Einbau von Frequenz-Umrichter vorsehen
5. Verbesserung von Pumpe/Ventilator/Kompressor
vorsehen
Der Umfang des präventiven Unterhalts ist weitgehend
von der Qualität des Motors, seiner Grösse, seines
Alters sowie dem Effizienzpotenzial beim Ersatz
abhängig.
Temperatur
Thermobilder zeigen
Heiss läufer (Lager,
schlecht fluchtende
Kupplungen) und
auch asymmetrische
Wicklungsüberlastungen.
Schmiermittel
Verschmutzung zeigt
mechanische Schäden
an Lagern respektive
mangelhaften Unterhalt
an.
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Investitionsplan
Der Investitionsplan vermittelt den Verantwortlichen
einen Überblick über die folgenden 5 bis 10 Jahre und
schafft Planungssicherheit in der Budgetierung des
Unterhaltes. Die einzelnen Massnahmen sind im Investitionsplan
nach ihrer Wirtschaftlichkeit (Payback-
Fristen) geordnet: Sofortmassnahmen, kurzfristige
Massnahmen und langfristige Massnahmen.
Der Investitionsplan basiert auf einer Kosten- und
Nutzenanalyse für die Nutzungsdauer der Anlagen
(Lebenszyklus-Analyse). Berücksichtigt werden, neben
den Stromkosten, Investitions-, Montage- und Unterhaltskosten.
Resultat ist der Payback der wertvermehrenden
Investition ohne Kapitalverzinsung.
Payback für Motorenersatz: Beispiel 11 kW Motor
3200 h Vollbetrieb pro Jahr
15 Jahre im Betrieb
0,15 Fr./kWh
alter Motor wird durch einen neuen Premium-Motor (IE3) ersetzt
alter Motor Eff3
alter Motor Eff2 (IE1)
alter Motor Eff1 (IE2)
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5
Payback (Jahre)
]]
Sofortmassnahmen sind zumeist einfache Massnahmen
ohne Eingriffe in den Produktionsprozess, z. B.
Vermeiden von Leerlauf.
]]
Kurzfristige Massnahmen: Ersatz oder Nachrüstung
von Motoren z. B. mit Frequenzumrichtern, in der Regel
in Kombination mit anderen Optimierungsmassnahmen
wie Verbesserungen der Prozesssteuerung.
]]
Langfristige Massnahmen sind erst in Verbindung
mit einem Umbau, Ausbau oder Ersatz einer Produktionsanlage
angezeigt und umfassen das gesamte
Antriebssystem.
Es ist zu berücksichtigen, dass der Ersatzmotor meist
kleiner dimensioniert werden kann und damit entsprechend
kostengünstiger ist. Diese Einsparung kann in
eine höhere Qualität des Ersatzmotors investiert werden.
grosse
Einsparung
erhebliche Einsparung
Netz
gesamtes Antriebssystem
mit Übertragung, Getriebe, Motor
Kern-
Motorensystem
Elektro-Motor
Motor + Pumpe
+Umrichter
Ganzes Heizungssystem
mit Leitungen, Pumpe, Motor, Umrichter
geringe Einsparung
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InfoPlus
Zum Programm
]] Programmleitung: S.A.F.E.
]] Sponsoren: EnergieSchweiz
]] Partner: EnAW, ÖBU, AWEL Kanton Zürich, EKZ,
Swissmem, Swiss Technology Network, ProKlima
]]
Kontakt: info@topmotors.ch oder
Telefon 044 226 30 70
]]
Aktuelle Infos: www.topmotors.ch
Vorgehen
In der Pilotphase werden geeignete Objekte aus der
Industrie, Infrastrukturanlagen oder grosse Dienstleistungsanlagen
untersucht. Die Eckdaten:
]] über 2 GWh pro Jahr Elektrizitätsverbrauch
]] über 500 kW elektrische Spitzenleistung
]] über 300 000 Fr. pro Jahr Kosten für Elektrizität
Unterlagen und Tools
]] Merkblatt Motor-Check (pdf)
]] Intelligente Motorenliste (ILI) für Bestandesaufnahme
(Excel)
]] Potenzialabschätzung (SOTEA) für Initialberatung
(Excel)
]] Investitionsplan (Muster Word)
]] 1-2-3-Test (pdf)
]] Lebenszyklus-Analyse (Excel)
]] Wirkungsgrade von Motoren (Excel)
Kostenlos herunterladen auf www.topmotors.ch
Impressum
]] Text: Topmotors
]] Grafik und Lektorat: Oerlikon Journalisten
Links
www.seeem.org
www.motorchallenge.ch
www.energieeffizienz.ch
www.energieschweiz.ch
www.faktor.ch
www.topten.ch
3. Auflage Juni 2008
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