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IE4-Antriebslösung spart 60 % Energie

01  Im Werk Memmingen produziert Gelita Rohstoffe für die Produktion von Kollagenproteinen

01  Im Werk Memmingen produziert Gelita Rohstoffe für die Produktion von Kollagenproteinen

02  Die Antriebspakete mit Synchronreluktanzmotor sind deutlich energieeffizienter als die alte Motorenlösung

02  Die Antriebspakete mit Synchronreluktanzmotor sind deutlich energieeffizienter als die alte Motorenlösung

03  Neben direkter Drehmomentregelung sind bei den Frequenzumrichtern ACS880-1 auch EMV-Filter, Swinging Choke und Brems-Chopper sowie die Sicherheitsfunktion STO standard­mäßig integriert

03  Neben direkter Drehmomentregelung sind bei den Frequenzumrichtern ACS880-1 auch EMV-Filter, Swinging Choke und Brems-Chopper sowie die Sicherheitsfunktion STO standard­mäßig integriert

In seinem Werk in Memmingen hat Gelita bei Gebläsen polumschaltbare Asynchronmotoren durch drehzahlgeregelte 110-kW-Motoren ersetzt. Der weltweit führende Anbieter von Kollagenproteinen spart durch den Einsatz der zwei Antriebspakete von ABB (Frequenzumrichter ACS880 und Synchronreluktanzmotor) rund 60 % an Energie. Die Investition in die energiesparende Technik amortisiert sich für das Werk bereits nach einem Jahr.

Kollagene Proteine sind vielseitig einsetzbar und daher wesentlicher Bestandteil von Produkten des täglichen Bedarfs. Oft fast unsichtbar, finden sie sich in Lebensmitteln wie Süßwaren oder Milchprodukten, in Arzneimitteln und in medizinischen Produkten für die Erste Hilfe. Auch in technischen Anwendungen werden sie eingesetzt, zum Beispiel in fotografischen Edeldruckverfahren. Weltweit führend in der Entwicklung und Herstellung von Gelatine sowie anderen hoch entwickelten kollagenen Proteinen ist die Gelita AG mit Stammsitz in Eberbach (Baden-Württemberg). An mehr als 20 Standorten weltweit produzieren rund 2 500 Beschäftigte jährlich etwa 80 000 t kollagene Proteine. Zu den Kunden zählen Unternehmen aller Branchen, vorrangig aus der Lebensmittel- und Pharmaindustrie, dem Bereich Health & Nutrition sowie der Fotobranche.

Rücksicht auf die Umwelt
Gelita ist stets auf der Suche nach Lösungen, um die Auswirkungen seiner Geschäftsaktivitäten auf die Umwelt zu reduzieren. So sind alle Produktionsstätten in Deutschland nach DIN EN ISO 50001 zertifiziert und mit einem energiesparenden Managementsystem ausgestattet. Um zusätzliche Energieeinsparpotenziale im Werk Memmingen zu nutzen, wurde ABB beauftragt, Energieaudits für die Antriebe von zwei Biofiltern durchzuführen.
In Memmingen (Bild 1) produziert Gelita Rohstoffe für das Stammwerk in Eberbach. Die Abluft, die bei dem Verarbeitungsprozess entsteht, wird durch die Biofilter des Werks so effektiv gereinigt, dass es zu keiner Geruchsbelästigung der Anwohner kommt. Die Biofilter bestehen aus einem Luftverteilungssystem und Holz-Hackschnitzeln als Trägermedium. Auf dem organischen Material siedeln
Mikroorganismen, die den Geruch aus der Luft entfernen. Ein Unterdruckgebläse in jedem Biofilter saugt die Luft aus den Räumen ab und bläst sie in das mit Holz-Hackschnitzeln gefüllte Filterbett.

Energieaudit zeigt Einsparpotenziale auf
Um das mögliche Energieeinsparpotenzial und den verminderten CO 2-Ausstoß durch den Austausch der bestehenden polumschaltbaren Gebläsemotoren durch eine moderne drehzahlgeregelte IE4-Antriebslösung zu bestimmen, führte der Vertrieb Service Drives Germany von ABB ein Energieaudit der Unterdruckgebläse in den Biofiltern 1 und 3 durch. Durch den methodischen Prozess des Audits erhält der Anlagenbetreiber Klarheit über das Energieeinsparpotenzial. Ein Spezialist von ABB identifiziert vor Ort die relevanten Anwendungen und gibt dem Betreiber Informationen an die Hand, wie er maximale Einsparungen erzielen kann. Das Energieaudit bei Gelita in Memmingen umfasste folgende Leistungen:
∙ Aufnahme des Istzustandes,
∙ Klärung der Kundenbedürfnisse,
∙ Vorschläge für Verbesserungen,
∙ Prüfung der Machbarkeit,
∙ Vorher-Nachher-Vergleichsberechnung mit speziellen Tools sowie
∙ Bericht über das Einsparpotenzial (Energie/Schadstoffausstoß).
Um den Energieverbrauch sowie die Energiekosten der polumschaltbaren Motoren mit den drehzahlgeregelten Lüfterantrieben auf der Basis des ABB-Synchronreluktanzmotors (Bild 2) zu vergleichen, wurde die Kalkulationssoftware Fansave genutzt. Mit ihr lassen sich potenzielle Energieeinsparungen vorab berechnen.
Als Ergebnis erhielten die Anlagenbetreiber in Memmingen den geschätzten jährlichen Energieverbrauch für das alte und das alternative Regelungsverfahren sowie die Energieeinsparung, die mit der ABB-Antriebslösung möglich ist. Fansave ermittelte außerdem die Reduzierung der CO 2-Emissionen infolge des niedrigeren Stromverbrauchs sowie die Amortisationszeit der Investition. Die Kalkulation ergab, dass Gelita durch den Einsatz des ABB-Antriebspakets allein beim Biofilter 1 rund 326 MWh Strom pro Jahr einsparen kann. Die Amortisationszeit für die Investition liegt damit unter einem Jahr.

Energieeinsparung auf zwei Wegen
Die Antriebslösung aus Synchronreluktanzmotor und Frequenzumrichter spart bei dem Unterdruckgebläse zweifach Energie ein. Zum einen durch die Drehzahlregelung und zum anderen durch den effizienten Synchronreluktanzmotor. Vorher wurden die Unterdruckgebläse von polumschaltbaren 110-kW-Asynchronmotoren angetrieben, für die nur zwei Drehzahlen zur Verfügung stehen. Der drehzahlgeregelte Antrieb spart Energie, da er eine stufenlose Regulierung des Luftförderstroms durch eine Veränderung der Motordrehzahl ermöglicht.
Der Synchronreluktanzmotor von ABB hat einen neuartigen Rotor, der mit einem konventionellen Stator kombiniert ist. Der Rotor hat weder einen Kurzschlusskäfig wie beim Asynchronmotor noch Permanentmagnete oder eine Felderregerwicklung. Stattdessen wird das Prinzip des magnetischen Widerstandes verwendet. Durch die überarbeitete Rotorkonstruktion entfallen die durch Induktionsströme im Läuferkäfig verursachten Verluste, was die Effizienz deutlich steigert. Neben der Energieeinsparung bietet der Synchronreluktanzmotor den Vorteil reduzierter Temperaturverluste.

Energieeffizientes Antriebspaket
Die beiden IE4-Antriebspakete für die Biofilter 1 und 3 ­bestehen aus einem Synchronreluktanzmotor mit einer Leistung von 110 kW (400 V) bei einer Nenndrehzahl von 1 500 min -1 sowie einem Industrial Single Drive ACS880-01 (Bild 3) von ABB mit DTC (direkte Drehmomentregelung) und spezieller Software. Mit seiner Rotortechnik bietet der magnetlose Synchronreluktanzmotor eine ähnliche Leistung wie ein Permanentmagnetmotor, ist aber so wartungsfreundlich wie ein Asynchronmotor.
Die Performance des ACS880-01 basiert auf der direkten Drehmomentregelung (Direct Torque Control, DTC), ­einem optimierten Verfahren zur Motorregelung. Die DTC-Technologie verleiht dem Antriebssystem eine kurze Drehmoment-Reaktionszeit, die typisch im Bereich von wenigen Millisekunden liegt. Im Zyklus von 25 ms berechnet das System über das Motormodell den aktuellen Zustand des Motors und sucht die optimale Schaltstellung der Leistungshalbleiter, um direkt den Sollwert des Drehmoments und des Motorflusses zu erreichen.
Der Austausch des Motors bei den Biofiltern 1 und 3 dauerte jeweils gut drei Tage. Ein Serviceingenieur von ABB nahm den ersten Frequenzumrichter in rund 1,5 Stunden in Betrieb. Aufgrund der Bedienerfreundlichkeit des ACS880-01 hat Gelita die Inbetriebnahme des zweiten Frequenzumrichters selbst durchgeführt – nach Aussage des Kunden war die Inbetriebnahme sehr einfach und unkompliziert.

Return on invest in einem Jahr
Messungen des Kunden vor und nach dem Umbau bestätigen die hohe Energieeffizienz der neuen Antriebslösung. Demnach werden bemerkenswerte Energieeinsparungen erzielt: beim Biofilter 1 von 61,2 %, was einem Return on Invest von 0,94 Jahren entspricht und beim Biofilter 3 von 58,8 % (Return on Invest: 1,19 Jahre). Der Einsatz der IE4-Antriebspakete erlaubt es Gelita also nicht nur, die Umweltperformance seines Werks in Memmingen weiter zu verbessern, sondern spart dem Standort auch viel Geld. (no)

Hans-Jörg Holzmann ist Serviceingenieur bei der ABB ­Automa­tion Products GmbH In Ladenburg. hans-joerg.holzmann@de.abb.com