Auch Frequenzumrichter helfen bei einer Entwicklung hin zu einer produktiveren und nachhaltigeren Zukunft. (Bild: ABB Motion)
Elektromotoren verbrauchten im Jahr 2021 in Europa 46 Prozent des gesamten Stroms. 70 Prozent davon entfallen auf die Applikationen Pumpen, Ventilatoren und Kompressoren. Diese arbeiten häufig mit konstanter Drehzahl, was sie unter wechselnder Last weniger effizient macht. Würde man jedoch die Drehzahl bedarfsgerecht anpassen, könnte in der Europäischen Union jährlich rund 140 Terawattstunden elektrische Energie eingespart werden – das entspricht fünf Prozent des gesamten EU-Stromverbrauchs. Zu diesem Ergebnis kommen zwei Studien des Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT im Auftrag des CEMEP.
An den tatsächlichen Bedarf anpassen
Ein Frequenzumrichter regelt die Drehzahl eines Elektromotors und passt diese präzise an den tatsächlichen Bedarf an, was erhebliche Mengen Energie spart. Das Einsparpotenzial beträgt laut einer der beiden Studien des Fraunhofer ICT je nach Gerät und Lastprofil zwischen 10 und 70 Prozent.
Untersucht wurden Elektromotoren für Pumpen, Ventilatoren und Kompressoren in Leistungsklassen gemäß EN 50347 zwischen 0,37 und 1.300 Kilowatt in Umgebungen wie Wasser- und Abwasserpumpen, Heizungen und Klimaanwendungen, Ventilatoren für die Luftzirkulation in Gebäuden und deren Kühlung sowie Kompressoren zur Heizung, Kühlung oder Klimatisierung. Betrachtet wurden die Geräte jeweils in industriellen Anwendungen.
Alexander Schröder (Fraunhofer ICT) und Andreas Schader (ABB Motion) im Gespräch
Enormes Einsparpotenzial
Das Fraunhofer ICT schätzt in den Studien das gesamte Einsparpotenzial innerhalb der EU auf Basis der im Markt aktiven Einheiten wie folgt ab: Rund 50 Prozent der Pumpen und 40 Prozent der Ventilatoren arbeiten mit konstanten Drehzahlen und könnten mit einem installierten Frequenzumrichter ihre Effizienz erhöhen.
Das größte Potenzial liegt demnach bei Frischwasserpumpen, wo sich mit einem Frequenzumrichter 18 bis 24 Prozent elektrische Energie einsparen lassen. Arbeiten Pumpen mit konstanter Last, bietet eine solche Regelelektronik keinen unmittelbaren Vorteil im Energieverbrauch. Beispiele hierfür sind Pumpen in Swimmingpools und zur Abwasserbeförderung.
Das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie
Gelegen in Pfinztal bei Karlsruhe ist es eines von derzeit 75 Fraunhofer-Instituten. In der Kernkompetenz ‚Energie und Antriebe‘ bilden Energiewandler wie Verbrennungsmotoren und Brennstoffzellen, chemische und thermische Energiespeicher wie Batterien und Wärmespeicher, elektrische Antriebsstrangkomponenten und ihre Anwendung in verschiedenen Antriebsstrangtopologien der Energiewirtschaft die Schwerpunkte der Arbeiten.
Weitere, mittelbare Einsparungen
Zusätzlich zu den unmittelbaren Einsparungen durch geringere Energieaufnahme erlaubt ein Frequenzumrichter den Einsatz kleinerer Geräte, die höhere Lasten mittels höherer Drehzahl bedienen. Die zweite Studie des Fraunhofer ICT bestätigt dies: Kleinere Wasserpumpen mit variabler Drehzahl arbeiten um 5 bis 10 Prozent effizienter als größere mit fixer Drehzahl. Auch, wenn es auf den ersten Blick überraschen mag, trifft dies explizit auch auf Konstantlastanwendungen wie die genannten Pumpen für Swimmingpools und zur Abwasserbeförderung zu. Weitere nachgelagerte Spareffekte sind beispielsweise in Systemen denkbar, in denen das zu transportierende Gut Wärmeenergie enthält, wie bei der Versorgung von Gebäuden mit Warmluft: Lässt sich deren Durchsatz flexibel an den Bedarf anpassen, wird insgesamt auch weniger Wärmeenergie benötigt. Die vorliegenden Studien quantifizieren solche Effekte jedoch nicht.
Über das CEMEP
CEMEP ist das Europäische Komitee der Hersteller von elektrischen Maschinen und Leistungselektronik. Das Gremium vertritt eine Branche mit einem Marktwert von mehr als 22 Milliarden Euro und rund 200.000 Beschäftigten. Zu den Hauptaufgaben zählen die Wahrnehmung der Interessen der entsprechenden Industrie sowie die Erarbeitung und Kommentierung von Gesetzen und Normen. ABB ist Corporate Member des CEMEP.
Praxisorientierte Forschung
Anwendungsorientierte Forschung ist ein gemeinsames Grundprinzip aller Fraunhofer-Institute. Vor diesem Hintergrund sind die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen des Fraunhofer ICT zuversichtlich, die Ergebnisse der Studien schon bald in die Praxis umgesetzt zu sehen und die Bemühungen zum schonenden Umgang mit Ressourcen damit einen guten Schritt voranzubringen.
Das Ziel ist lohnend: Eine Einsparung von 140 Terawattstunden elektrischer Energie in Europa würde den CO2-Ausstoß um etwa 38 Millionen Tonnen pro Jahr verringern – so viel, wie beim Verbrennen von 14,2 Milliarden Litern Dieselkraftstoff frei werden.
Quelle: Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT
FAQ – Fragen zur Studie Energieeinsparungen mit Frequenzumrichter
Was ist ein Frequenzumrichter?
Ein Frequenzumrichter (VSD – Variable Speed Drive) ist ein elektronisches Gerät, das die Drehzahl eines Elektromotors stufenlos an die tatsächlichen Leistungsanforderungen anpasst. Dadurch lässt sich Energie sparen und die Lebensdauer von Maschinen verlängern.
Welche Geräte profitieren besonders vom Einsatz eines Frequenzumrichters?
Vor allem Pumpen, Ventilatoren und Kompressoren in industriellen Anwendungen zeigen großes Einsparpotenzial – insbesondere dann, wenn sie oft in Teillast betrieben werden oder sich der Lastbedarf häufig ändert.
Wie viel Energie kann durch den Einsatz eingespart werden?
Laut Fraunhofer-Studien beträgt das Einsparpotenzial zwischen 10 und 70 Prozent, je nach Anwendung und Lastprofil. In der gesamten EU wären jährlich bis zu 140 Terawattstunden Strom einzusparen.
Gibt es auch CO₂-Einsparungen?
Ja. Die Reduktion von 140 TWh würde etwa 38 Millionen. Tonnen CO₂ jährlich einsparen – das entspricht den Emissionen aus dem Verbrennen von 14,2 Milliarden Litern Diesel.
Wann lohnt sich der Einsatz nicht?
Bei Maschinen mit konstant hoher Last (z. B. Pumpen in Swimmingpools oder Abwasserförderung) bringt eine Drehzahlregelung in der Regel keinen energetischen Vorteil.
Wie schnell amortisiert sich die Investition?
Das hängt vom Anwendungsfall ab. In vielen industriellen Anwendungen kann sich ein Frequenzumrichter bereits nach 1 bis 3 Jahren durch eingesparte Energiekosten amortisieren.
Gibt es Förderprogramme?
Ja. In vielen Ländern existieren Förderungen für Investitionen in energieeffiziente Technologien wie Frequenzumrichter, etwa im Rahmen nationaler Energieeffizienzprogramme oder Klimaschutz-Initiativen.
Kann ein Frequenzumrichter auch nachgerüstet werden?
In vielen Fällen ja – vorausgesetzt, der Elektromotor ist für den Betrieb mit Frequenzumrichter geeignet. Die Nachrüstung erfordert zusätzlich passende Sensorik und ggf. Anpassungen an der Steuerung.
Gibt es weitere Vorteile neben der Energieeinsparung?
Ja. Frequenzumrichter verbessern häufig auch die Prozessqualität, reduzieren mechanischen Verschleiß, senken Wartungskosten und ermöglichen eine präzisere Steuerung.
Was muss bei der Auswahl beachtet werden?
Wichtig sind die passende Leistungsklasse, Regelstrategien, Kompatibilität zum Motor, Umweltbedingungen, sowie mögliche Oberschwingungen. Eine sorgfältige Auslegung durch Fachpersonal ist empfehlenswert.
