Pumpen sind bekanntlich die Arbeitspferde der Industrie. Die Kehrseite der Medaille: Elektrische Pumpensysteme verbrauchen über 10 % des in Europa produzierten Stroms – über 300 TWh, was etwa der Stromerzeugung von 30 großen Kohlekraftwerken entspricht. Im industriellen Umfeld sind weltweit über 100 Mio. von ihnen im Einsatz. Energieeffizient arbeiten die wenigsten. Aber Achtung: Pumpen verbrauchen per se keine Energie. Es geht immer um das Gesamtsystem, in dem sie arbeiten.
Ambitionierte Ziele
So kann es kaum erstaunen, dass Pumpen im Zuge des „European Green Deal“, der den „alten“ Kontinent bis 2050 klimaneutral machen soll, schnell ins Blickfeld der EU-Kommission gerieten. Anders als viele andere Branchen, haben Verbände wie VDMA und Europump eine sinnvolle Regulierung von Anfang an begrüßt. Allein Wasserpumpen hätten, nach Berechnungen von Europump, das Potenzial, jährlich 35 TWh Strom einzusparen (Gesamtverbrauch 137 TWh). Dafür könnten annähernd vier Kohlekraftwerke vom Netz gehen.
Volle Kraft voraus! Sogar unter Teillast
Pumpenmotoren laufen in der Regel immer am Anschlag, bei einer festen Drehzahl. Bei Bedarf wird gedrosselt. Ungeregelte Pumpen verbrauchen vor allem bei variablen Förderströmen viel zu viel Energie. Durch die Drosselung wird die Anlagenkennlinie steiler. Dementsprechend wandert der Betriebspunkt nach oben. Eine noch stärkere Drosselung erzeugt eine größere Förderhöhe usw., was wiederum den Energieverbrauch erhöht. Zudem können daraus massive Funktionsstörungen resultieren, wie zum Beispiel ein zu hoher Druckabfall an den Ventilen.
Um die Energieeffizienz zu verbessern, gilt es deshalb Verluste zu reduzieren und ihre Leistung an den tatsächlichen Bedarf anzupassen. Klingt einfach, ist es aber nicht. Auch, wenn man es kaum glauben mag, es geschieht viel seltener als gedacht.
Darf’s ein bisschen mehr sein?
Oft wird bereits bei der Dimensionierung der Grundstein für einen ineffizienten Betrieb gelegt. Um auf Nummer sicher zu gehen, werden Pumpen gerne zu groß projektiert. Dass Anlagenplaner großzügige Leistungsreserven vorsehen, ist gängige Praxis. Auf den zunächst korrekt berechneten Wert wird ein Sicherheitszuschlag aufgeschlagen. Dann legt man die Maschine eben etwas größer aus. Zudem wird auf die nächste Baugröße aufgerundet und schon ist ein viel zu leistungsstarkes Aggregat bestellt. Die ohnehin zu große Maschine fährt noch dazu immer auf Vollgas. Eine riesige Energieverschwendung. Und das über die gesamte Lebenszeit der Anlage. Eine Überdimensionierung wirkt sich nicht nur dramatisch auf die Energie-, sondern auch auf die Investitionskosten aus.
Produktansatz ist nicht mehr Up-To-Date
Die 2009 verabschiedete Ökodesign-Richtlinie der Europäischen Kommission verfolgt einen engen Produktansatz. Was für Verbraucherprodukte wie Kühlschränke, Fernseher oder Glühlampen gelten mag, lässt sich jedoch nicht 1:1 übertragen. Denn eine Pumpe ist nie autark, sie ist immer in ein System eingebettet, dessen Gesamtenergieeffizienz von den Betriebsparametern abhängt.
Energieeffizientes Design reicht allein nicht aus
Würde man Wasserpumpen isoliert auf Stromsparen trimmen, so ließen sich laut Europump beispielsweise maximal 5 TWh statt 35 TWh einsparen. Die europäischen Hersteller setzen sich seit vielen Jahren für einen erweiterten Produktansatz (EPA) ein, der das Aggregat Pumpe plus notwendigem Motor und Steuerung betrachtet. Den Beweis, dass dies funktionieren kann, haben die Heizungspumpen angetreten. Der Verband hofft, dass sich dieser Ansatz bei der laufenden Revision der Ökodesign-Richtlinie für Wasserpumpen durchsetzen kann.
Energiesparpotenziale nutzen
Intelligente Frequenzumrichter sind heutzutage ein probates Mittel, die Drehzahl des Antriebs und damit die Leistung der Pumpe zu optimieren. Durch ein harmonisches Zusammenspiel von Motor, Frequenzumrichter und Hydraulik lassen sich enorme Einsparungen erzielen. Neben der ökologischen Verantwortung muss Energieeffizienz aber eines: sich lohnen. Nach wie vor geben leider oftmals die reinen Anschaffungskosten den Ausschlag. Im besten Fall macht sich eine Investition in weniger als 24 Monaten bezahlt. Und eine Pumpe mit Frequenzumrichter ist nun einmal deutlich teurer. Der Systemansatz, der die gesamten Lebenszykluskosten (für Anschaffung, Installation und Betrieb) mit einbezieht, bringt die Schwächen dieser „Milchmädchenrechnung“ schnell ans Tageslicht.
Sich fit für die Zukunft machen
Was Anwender nicht vergessen sollten: Eine Drehzahlregelung ist zugleich eine Eintrittskarte in die digitale Welt. Industrie 4.0 & Co lassen grüßen. Ausgeklügelte Algorithmen und Cloud-basierte Lösungen erlauben heute schon eine optimale Anpassung von Pumpen an die Anforderungen der jeweiligen Applikation, versprechen maximale Energieeinsparungen und tragen dazu bei, klimaschädliche CO2-Emissionen zu reduzieren.