Antriebssteuerung
Teil von Lastprofil Antrieb: Drehmomentspitzen, Taktzeiten und Lastkollektive erfassen
Was Lastprofile an Energiekosten sparen und wie sie berechnet werden
Lastprofil Energiekosten: So berechnen Sie Einsparungen im Antriebsstrang mit Strompreis, Betriebsstunden und Wirkungsgrad, inklusive Rechenbeispiel in Euro.
Das Wichtigste auf einen Blick
- Ein Lastprofil ersetzt die Auslegung auf Nennlast und senkt den Verbrauch dort, wo die Maschine selten unter Volllast läuft.
- Die Einsparung entsteht aus eingesparten Kilowattstunden multipliziert mit dem Strompreis, nicht aus dem Wirkungsgrad allein.
- Im Beispiel sinken die Stromkosten um 11.020 Euro netto pro Jahr, das sind 13.113,80 Euro brutto bei 19 Prozent Mehrwertsteuer.
- Bewertet wird der komplette Antriebsstrang: Umrichter, Motor, Getriebe. Grundlage ist IEC 61800-9-2.
- Ohne Betriebsstundenzähler und Leistungsmessung bleibt jede Zahl eine Annahme.
Woher die Differenz zwischen Pauschale und Lastprofil kommt
Die pauschale Auslegung unterstellt Dauerbetrieb bei Nennlast. Der Motor läuft dann mit konstanter Drehzahl, gefördert wird über Drosselklappe oder Ventil. Die aufgenommene Leistung bleibt fast unverändert, obwohl der Prozess nur einen Teil davon braucht.
Die lastprofilgerechte Auslegung richtet die Drehzahl am tatsächlichen Bedarf aus. Bei Kreiselpumpen und Ventilatoren fällt die Leistungsaufnahme mit der dritten Potenz der Drehzahl. Halbe Drehzahl bedeutet ein Achtel der Leistung.
In der Praxis läuft kaum ein Antrieb bei Nennlast. Typische Lastprofile zeigen lange Phasen zwischen 40 und 70 Prozent der Nennleistung und kurze Spitzen. Genau diese Phasen macht die pauschale Auslegung teuer.
Der Unterschied zwischen beiden Rechnungen ist die Einsparung. Sie hängt an drei Größen: Betriebsstunden pro Jahr, Leistungsaufnahme in beiden Fällen und Strompreis in Cent pro Kilowattstunde. Die Preisentwicklung über mehrere Jahre lässt sich mit dem Verbraucherpreisindex des Statistischen Bundesamtes vergleichbar machen (Preisindizes des Statistischen Bundesamtes).
Rechenbeispiel: 45-kW-Pumpe, 4.000 Betriebsstunden
Beispielrechnung. Angenommen wird eine Kreiselpumpe mit 45 Kilowatt Nennleistung, 4.000 Betriebsstunden pro Jahr und ein Strompreis von 19,0 Cent pro Kilowattstunde netto.
Der Wert ist eine Annahme. Die tatsächlichen Preise hängen von Abnahmemenge und Lastprofil ab. Der Monitoringbericht der Bundesnetzagentur weist sie nach Verbrauchsgruppen aus.
| Größe | Pauschale Auslegung | Lastprofilgerechte Auslegung |
|---|---|---|
| Mittlere Aufnahmeleistung | 39,0 kW | 24,5 kW |
| Betriebsstunden pro Jahr | 4.000 h | 4.000 h |
| Stromverbrauch pro Jahr | 156.000 kWh | 98.000 kWh |
| Stromkosten netto bei 19,0 Cent/kWh | 29.640 Euro | 18.620 Euro |
| Stromkosten brutto, 19 Prozent MwSt. | 35.271,60 Euro | 22.157,80 Euro |
Die Differenz beträgt 58.000 Kilowattstunden pro Jahr. Das entspricht 11.020 Euro netto und 13.113,80 Euro brutto, jeweils pro Jahr.
Unternehmen mit Vorsteuerabzug rechnen netto, weil die Mehrwertsteuer ein durchlaufender Posten ist. Betriebe ohne Vorsteuerabzug rechnen mit dem Bruttowert.
Die Mehrkosten für Umrichter und Messung liegen im Beispiel bei 4.800 Euro netto. Bei 11.020 Euro Einsparung pro Jahr ist das nach rund fünf Monaten zurückverdient.
Die Rechnung gilt für Antriebe mit quadratischer Lastkennlinie, also Pumpen und Ventilatoren. Bei konstanter Last wie Förderbändern sinkt die Leistung nur linear zur Drehzahl, die Einsparung fällt kleiner aus.
Wirkungsgradkette und Effizienzbewertung nach IEC 61800-9-2
Wirkungsgrade multiplizieren sich. Ein Umrichter mit 97,5 Prozent, ein Motor mit 94,2 Prozent und ein Getriebe mit 96,0 Prozent ergeben 0,975 mal 0,942 mal 0,96, also 88,2 Prozent Systemwirkungsgrad.
Wer nur den Motor bewertet, lässt Umrichter- und Getriebeverluste außer Acht. Genau dort entstehen bei kleiner Last die größten Unterschiede.
Der Motorwirkungsgrad hängt von Baugröße, Polzahl und Effizienzklasse ab. Im Teillastbetrieb fällt er ab, beim Umrichterbetrieb kommt die Zusatzbelastung durch Oberschwingungen hinzu.
IEC 61800-9-2 beschreibt, wie die Energieeffizienz von Leistungsantriebssystemen bewertet wird. Das Verfahren nutzt Referenzverluste und ordnet komplette Systeme in die Klassen IES0 bis IES2 ein.
Für Ausschreibungen heißt das: Angebote werden über klassifizierte Verluste vergleichbar, nicht über Datenblattwerte einzelner Komponenten.
Teillastanteile richtig erfassen
Ein Lastprofil ist keine Momentaufnahme, sondern eine Verteilung. Es sagt, welcher Anteil der Betriebsstunden auf welche Laststufe entfällt.
- Leistungsaufnahme in jeder Laststufe messen, mindestens zwei Wochen lang.
- Betriebsstunden je Laststufe aus dem Zähler zuordnen.
- Mittlere Aufnahmeleistung als stundengewichtetes Mittel bilden.
- Ergebnis mit dem Strompreis multiplizieren und, falls kein Vorsteuerabzug besteht, um 19 Prozent Mehrwertsteuer ergänzen.
Betriebsstunden belegen und Förderung ansetzen
Die Genauigkeit steht und fällt mit den Betriebsstunden. Ein Betriebsstundenzähler am Umrichter oder ein Leistungsmessgerät liefert die Daten, die ein Lastprofil braucht.
Auslastungs- und Produktionsdaten des Verarbeitenden Gewerbes beim Statistischen Bundesamt helfen beim Plausibilisieren, ersetzen aber keine Messung vor Ort.
Für die Gegenfinanzierung bündelt das BAFA die Förderprogramme für Energieeffizienzmaßnahmen in Unternehmen, darunter die Bundesförderung für Energieeffizienz in der Wirtschaft.
Wichtig ist der Zeitpunkt: Gefördert wird nur, was vor Beginn des Vorhabens beantragt wurde. Wer den Umrichter zuerst bestellt, verliert den Zuschuss.
Rechnen Sie die Einsparung konservativ. Wer die Betriebsstunden zu hoch ansetzt, verliert die Argumentation beim Controlling, sobald die erste Jahresabrechnung vorliegt.
Häufige Fragen
Rechne ich mit oder ohne Mehrwertsteuer?
Mit Vorsteuerabzug rechnen Sie netto, ohne Vorsteuerabzug brutto. Die Differenz beträgt im Beispiel 2.093,80 Euro pro Jahr.
Wie viele Betriebsstunden setze ich an?
Die gemessenen. Schätzungen über Schichtzahl und Auslastung sind zulässig, müssen aber dokumentiert und nach zwölf Monaten überprüft werden.
Was bewertet IEC 61800-9-2?
Das komplette Leistungsantriebssystem aus Umrichter, Motor und Regelung, nicht den Motor allein. Die Klassen IES0 bis IES2 machen Angebote vergleichbar.
Wie weise ich die Einsparung nach?
Über den gemessenen Jahresverbrauch vor und nach der Umrüstung, bereinigt um die Produktionsmenge. Ein Energiemanagementsystem nach ISO 50001 liefert die Datenbasis.
Wann lohnt sich die Umrüstung nicht?
Wenn die Maschine fast immer unter Volllast läuft und die Betriebsstunden niedrig sind. Dann bleibt die Einsparung klein, und die Mehrkosten amortisieren sich über viele Jahre.