Energieeffizienz mit Ökodesign

Die zweite Phase der EU-Ökodesign-Verordnung legt die Messlatte für die Energieeffizienz von Elektromotoren höher – und der Rest der Welt wird sicherlich folgen.

Energieeffizienz spielt eine entscheidende Rolle bei der Erreichung von Netto-Null. Während einige der Technologien auf dem Weg zur Dekarbonisierung – wie grüner Wasserstoff und Kohlenstoffabscheidung – noch nicht ausgereift sind, sind energieeffiziente Geräte bereits heute verfügbar. Aus diesem Grund bezeichnet die Internationale Energieagentur (IEA) Effizienz als „den ersten Treibstoff – den Treibstoff, den man nicht nutzen muss.“

Elektromotoren sind ein logischer Schwerpunkt der Energieeffizienzbemühungen. Sie sind in fast jeder Branche unverzichtbar und verbrauchen zusammen mehr als 45 % des weltweit erzeugten Stroms. Dies liegt zum Teil daran, dass es sich bei vielen heute verwendeten Motoren um ältere, weniger energieeffiziente Modelle handelt.

Um sicherzustellen, dass Anlagen moderne, energieeffiziente Motoren einbauen, hat die Europäische Union (EU) das veröffentlichtÖkodesign-Verordnung . Diese Gesetzgebung legt Mindeststandards für die Energieeffizienz für Neuinstallationen und Modernisierungen bestehender Motoren fest, mit dem Ziel, „die Zirkularität, die Energieeffizienz und andere ökologische Nachhaltigkeitsaspekte von EU-Produkten“ zu verbessern. Hier erfahren Sie, was Ingenieure darüber wissen müssen.

Die EU verwendet zur Beschreibung der Motoreffizienz Standards der International Efficiency (IE), wobei jede Erhöhung der Anzahl etwa 20 % geringere Verluste als die vorherige widerspiegelt. Die Anwendung der Ökodesign-Verordnung erfolgt in zwei Phasen. Die erste Phase trat im Juli 2021 in Kraft. Sie erfordert Motoren mit einer Nennleistung unter 0,75 kW, um den Wirkungsgrad IE2 zu erreichen, und Motoren über 0,75 kW, um den Wirkungsgrad IE3 zu erreichen. Diese Anforderung umfasst Bremsmotoren mit externen Bremsen und Motoren, die für explosionsgefährdete Bereiche ausgelegt sind.

Phase eins war ein Erfolg und Phase zwei tritt am 1. Juli 2023 in Kraft. Diese Phase baut auf den in Phase eins festgelegten Anforderungen auf. In Phase zwei wird IE4 zur Mindesteffizienzklasse für dreiphasige, ein-, vier- und sechspolige, einstufige Motoren für den sicheren Bereich mit einer Nennleistung zwischen 75 und 200 kW. Phase zwei erfordert außerdem Motoren mit „Ex be“-Schutz sowie Einphasenmotoren mit einer Nennleistung von über 0,12 kW, um mindestens den Wirkungsgrad IE2 zu erreichen. Phase zwei schließt jedoch Bremsmotoren aus.

Diese in großem Maßstab umgesetzten Änderungen werden bis 2023 enorme Auswirkungen haben. Die Ökodesign-Verordnung wird voraussichtlich zu jährlichen Stromeinsparungen von 110 TWh führen – das entspricht dem Gesamtenergieverbrauch der Niederlande.

Die neuen Mindeststandards der Ökodesign-Verordnung sind zu begrüßen und werden einen wesentlichen Beitrag zur Dekarbonisierung der europäischen Industrie leisten. Für Unternehmen, die eine noch höhere Energieeffizienz anstreben, besteht Potenzial, noch weiter zu gehen. Die neueste Generation von Motorantriebspaketen nutzt die Synchronreluktanztechnologie (SynRM), um einen IE5-Wirkungsgrad zu erreichen. Unternehmen könnten daran interessiert sein, auf die effizientesten Motoren umzurüsten, um Emissionen zu minimieren oder weil überzeugende finanzielle Argumente für Effizienz vorliegen.

Die Anschaffungskosten eines Motors machen nur 2 % seiner Gesamtbetriebskosten (TCO) aus. Etwa 1 % fließt in die lebenslange Wartung und die restlichen 97 % werden für Strom ausgegeben. Im Vergleich zu einem weniger effizienten Motor, der kontinuierlich mit maximaler Drehzahl läuft, kann ein SynRM-Motor- und Antriebspaket die Energiekosten um bis zu 60 % senken. Daher hat die Motoreffizienz einen erheblichen Einfluss auf die Gesamtbetriebskosten eines Motors, insbesondere wenn die Energiepreise hoch sind.

Als beispielsweise der australische Lebensmittelhersteller Campbell's vier Motoren in Kühlkompressoren auf 55-kW-IE5-SynRM-Modelle umstellte, erzielte er erhebliche Einsparungen. Die Motoren vermeiden über 130 Tonnen CO2-Emissionen. Durch die neuen Motoren spart der Hersteller außerdem jedes Jahr 9.750 US-Dollar an Energiekosten.

Während die EU die erste Region ist, die die IE4-Effizienzanforderungen anwendet, wird allgemein erwartet, dass andere Regionen folgen werden. Es ist auch wahrscheinlich, dass die Gesetzgebung weiterhin eine noch höhere Energieeffizienz in der Industrie fordern wird – angetrieben durch Netto-Null-Ziele und ermöglicht durch kontinuierliche Fortschritte in der Technologie.

Die Ökodesign-Verordnung legt klare, vernünftige Standards für Industriemotoren fest, und das ist eine gute Nachricht für alle: Anlagen sparen Geld und effizientere Geräte bringen die Gesellschaft dem Netto-Nullpunkt näher.

Daniel Eberli ist beiDie IEC LV-Motoren-Division von ABB