Besparing elektrische energie door ketenoptimalisatie. 26-4-2012 Kennisdag voor technici.
Besparing elektrische energie door ketenoptimalisatie. Agenda: 1) Lezing door Jo Huppertz 2) Vragen / discussie
ca. 45 minuten
Uiteraard is er altijd, buiten deze lezing om, ruimte om specifieke vragen te stellen en om met elkaar van gedachten te wisselen.
Doel van deze presentatie?
Duidelijk maken wat er bedoeld wordt met ketenoptimalisatie. (waarom noemen we het optimalisatie van de keten ?) Nieuwsgierig maken naar alle mogelijkheden tot besparing van elektrische energie en dus reductie van CO2 uitstoot. Breder kijken in een bedrijf. Niet alleen naar één onderdeel. Energiebeleid moet door een breed platform gedragen worden. Iedereen moet hieraan meedoen.
Ketenoptimalisatie, waar gaat het om ?
Energieverbruik is de som van netto gebruikte energie en energie die verloren gaat. Besparen kan door energieverliezen te beperken EN door benodigde energie te reduceren.
Ketenoptimalisatie, enkele voorbeelden ? Verminderen benodigde energie EN verminderen verliezen. Beperken kabelverliezen / cos φ verbetering minder verlies Inzetten frequentieregelaars waar mogelijk minder nodig Juist gebruik frequentieregelaars (energy saving) minder verlies Energie-efficiënte motoren minder verlies Tandwielkast in plaats van wormwielkast minder verlies Vervangen riemaandrijving door vaste koppeling minder verlies Band op rollen in plaats van glijband minder verlies Stoppen van de installatie als deze niet nodig is minder nodig Toepassen daglichtregeling op verlichting minder nodig
Ketenoptimalisatie, welke keten?
Verminderen kabelverliezen Formule P = U * I = I² * R (R = weerstand van de kabel)
Verminderen weerstand door toepassen dikkere kabel Verminderen blindstroom door cos φ verbetering (niet alleen bij de trafo, maar ook in het veld, waardoor verminderen kabelopwarming in het veld. Vermijden hogere harmonische stromen door juiste filtering.
Juiste kabeldimensionering (een voorbeeld) Formule P = I² * R -> weerstand verminderen is energiebesparing Stel er is een motor van 55 kW aangesloten (Inom= 100 A), kabellengte 100 meter 5 dagen per week, 24 uur per dag, 48 weken per jaar Kabel 35 mm² Kabel 50 mm² Kabelverlies 848 Watt Kabelverlies 588 Watt Besparing per jaar: 1500 kWh is ca. € 150,- (prijsverschil kabel € 700,-)
Cos φ verbetering Formule P = I² * R -> beperken blindstroom is energiebesparing Door compensatie ‘in het veld’ dalen de kabelverliezen (al gauw ca. 3 %.) Produktie
transformator
Produktie
Einsparung MET compensatie
-Stroom naar motor is WERKSTROOM+BLINDSTROOM. -Blindstroom gaat heen en weer en wordt niet betaald. -Blindstroom moet wel vervoerd worden, dus transportcapaciteit. -Energieleverancier legt aanslag op voor blindstroomgebruik. -Afnemer kan aanslag beïnvloeden door condensatoren bij trafo. -Altijd nog blindstroom binnen eigen bedrijf kabelverliezen -Beter is compensatie bij de motor geen kabelverlies.
Verminder energiebehoefte door gebruik frequentieomvormers Formule P = M * ω (vermogen is koppel * toerental) Verminderen energiebehoefte door reductie van toerental. Verminderen toerental door druk- en flowregeling op basis van toerentalregeling in plaats van smoorkleppen. Elektronisch geregelde aanloop bij veelvuldig starten / stoppen. (Zie volgende grafieken)
Verminder energiebehoefte door gebruik frequentieomvormers Grafisch uitgedrukt:
Draaiveldtoerental (elektrisch toerental) VERLIES
werktuigtoerental
Verminder energiebehoefte door gebruik frequentieomvormers Grafisch uitgedrukt: Opgenomen met klepregeling
Opgenomen met toerenregeling
Netto nodig
Verminderen verliezen in frequentieomvormers
Verminderen schakelverliezen door gebruiken lagere schakelfrequentie. Hierdoor wordt minder verliesvermogen in de frequentieregelaar gegenereerd. Er is dus ook minder kastkoeling nodig ! Goed parametreren (instellen) van de frequentieregelaar dus.
Verminderen verliezen achter de frequentieregelaar Formule P = U * I = I² * R Vooral bij HVAC (pompen/ventilatoren vaak koppel over. In dat geval dus mogelijk om spanning aan motorklemmen te verlagen waardoor minder magnetiserings- /blindstroom. Bij moderne frequentieregelaars kan dit eenvoudig worden ingesteld. (Energy saving software activeren).
Verminderen verliezen in motoren
Verplichte IE2 klasse motoren vanaf 16-6-2011 Met name interessant bij ‘kleinere’ motoren. IE3 klasse al verplicht in 2017 ECOiPM (permanent magneet) voldoet al aan IE4 level
Verminderen verliezen in motoren Verplichte IE2 klasse motoren per 16-6-2011
IE4
Verminderen verliezen in reductoren
Verminderen verliezen door toepassen tandwielreductor in plaats van wormwielreductor. (afrollen in plaats van wrijven) Verminderen woelingverliezen door lager ingaand toerental en juiste bouwvorm (minder olie). Juiste selectie van tandwielkast dus.
Verminderen verliezen in reductoren
Verminderen verliezen door toepassen tandwielreductor in plaats van wormwielreductor.
Verminderen verliezen in overbrenging motor / machine
Verminderen wrijvingsverliezen / slip in riemen etc. Toepassen koppeling / direct drive. Let ook op onnodige V-snaar aandrijvingen (bijvoorbeeld bij ventilatoren vaak toegepast om ooit juiste toerental te zoeken).
Verminderen verliezen in overbrenging motor / machine
Verminderen wrijvingsverliezen / slip in riemen etc. Toepassen koppeling / direct drive. Let ook op onnodige V-snaar aandrijvingen (bijvoorbeeld bij ventilatoren vaak toegepast om ooit juiste toerental te zoeken).
Verminderen verliezen in de toepassing
Toepassen rollende wrijving in plaats van glijdende wrijving. Voorkomen onnodig draaien van motoren. Zet de motor stil als die niet nodig is. (Energie = Vermogen x Tijd) Geldt niet alleen voor motoren maar bijvoorbeeld ook voor verlichting. (100 armaturen is al gauw meer dan 14 kW)
Voorbeeld berekening 1 Transportband: Voorwerp: Pallet, massa 2000 kg Snelheid: 20 meter / minuut (0,33 meter/sec) Tijd: 16 uur per dag, 240 dagen per jaar Optie 1: Glijband, Optie 2: Rollenbaan, wormwielreductor wormwielreductor
Voorbeeld berekening 1 Transportband; benodigd asvermogen: Fhorizontaal = m x µ Vermogen P = F x v (W) µ = 0,5 µ = 0,06 P = 1000 x 0,33 = 330 W P = 120 x 0,33 = 40 W ηreductor = 0,5 ηreductor = 0,5 Pmotor = 750 W Pmotor = 120 W Besparing / jaar: 2420 kWh = ca. € 250,- / jaar ca. € 2500,- /10 jaar
Voorbeeld berekening 2 10 x Transportbaan; benodigd berekend asvermogen: 100 Watt Tijd: 24 uur per dag, 240 dagen per jaar Optie 1, wormwielreductor Optie 2, kegelwielreductor ηreductor = 0,55 ηreductor = 0,85 Pmotor = 182 W Pmotor = 118 W Besparing / 10 jaar: 37000 kWh = ca. € 3700,meerkosten € 2000,-
Let dus op de ‘Total cost of ownership’
Voorbeeld berekening 3 Ventilator proceslucht, 75 kW, drukregeling Tijd: 16 uur per dag, 240 dagen per jaar Optie 1, met smoorklep, 110 A Optie 2, met FO, 47 Hz, 85 A Cos φ gemiddeld = 0,65 Cos φ gemiddeld = 0,9 Peff = 75 kW Peff = 49 kW Besparing / jaar:
Besparing per jaar: 100.000 kWh (ca. € 10.000,-) (investering ca € 12.000,-)
Voorbeeld berekening 4 Bedrijf heeft 850 armaturen (2x58 Watt; opgenomen 150 Watt) Tijd: 24 uur per dag, 240 dagen per jaar Actueel: Met daglichtregeling/slim schakelen: (helft gedurende 6 uur/dag uitdoen) 734.000 kWh / jaar 642.600 kWh / jaar Besparing per jaar: 91.400 kWh (ca. € 9.500,-) (terugbetaaltijd ca. 1 jaar)
Samenvatting; wat is mogelijk ? Natuurlijk niet rijk rekenen, elke applicatie apart bekijken Sommige items gelden algemeen, andere specifiek aan één machine Bij kabelselectie niet te krap gaan zitten Verbeteren cos φ lokaal ->minder verliezen in de kabel Inzetten frequentieregelaars bij flow- en drukregelingen Optimaliseren bestaande FO’s bij m.n. HVAC (energy-saving) Optimaliseren schakelfrequentie bij bestaande freq. regelingen Inzetten kleine motoren met hogere efficiency klasse of ECOiPM Keuze reductiekast (tandwiel in plaats van wormwiel) Optimaliseren overbrenging (direct drive waar mogelijk) Mechanische systeemoptimalisatie /uitzetten als niet nodig Daglichtregeling / licht schakelen op beweging
2 % 1,5 % 30 % 2,5 % 1,5 % 10-20 % 25 % 5 % 40 % ? 12,5 %
Vragen ?
Bron gegevens: ZVEI (Zentralverband Elektrotechnik und Elektronikindustrie e.V.) ‘Energiesparen mit elektrischen Antrieben’
