MOTOR SUMMIT 2014

Transcription

MOTOR SUMMIT 2014

Schweizerische Agentur für Energieeffizienz
Swiss Agency for Efficient Energy Use
MOTOR SUMMIT 2014
Rapid market penetration for energy efficient electric motor systems
5th International
Motor Summit
for Energy Efficiency powered by
S.A.F.E.
Electric motors and motor systems in industrial and infrastructure applications together with pumps, fans and compressors in buildings, are responsible for 45 % of the
world’s total electricity consumption. New and existing technologies offer the potential
to reduce the energy demand of motor systems across the global economy by 20 % to
30 % with short payback periods, if market barriers can be overcome.
The Swiss Agency for Efficient Energy Use (S.A.F.E.), in collaboration with the Electric
Motor Systems Annex (EMSA) of the International Energy Agency’s Implementing Agreement Energy Efficient Electrical End-Use Equipment (IEA 4E) and the national SwissEnergy program are pleased to announce the Motor Summit 2014, 5th edition. The
Motor Summit 2014 will bring together selected experts from research, federal and
local governments, utilities, manufacturers of motors, pumps and fans, OEMs, motor
systems users and other interested parties. Participants will debate global strategies
and actions to overcome barriers hindering the widespread use of highly efficient motor
systems with speakers from Europe, Australia, Brazil, Canada, China, Japan, and USA.
Workshops Policy & Technology, Tuesday 7 October ’14
Time
Policy Workshop, Chair: Rita Werle
Speaker
9:00
Policy Guidelines for Efficient Electric
Motor Systems
Konstantin Kulterer, Austrian
Energy Agency, Austria
Dutch Long Term Agreements and the
new Green Deal
Maarten van Werkhoven,
EMSA, Netherlands
Energy efficiency potentials for different
motor system levels
Svetlana Paramonova,
Linköping University, Sweden
New US MEPS for motors and applications Rob Boteler, Nidec/NEMA, USA
12:00
Lunch
Technology workshop, Chair: Conrad U. Brunner
13:30
17:00
Measurements of efficiency for converters
and motors in industry reality
Sinan Altındağ, Gamak, Turkey
The way forward for IEC standards of
converters and motors
Tim Schumann, SEW-Eurodrive,
USA
Recent results of efficiency measurements
of converters and motors
Pierre Angers, Hydro Quebec,
Canada
SEAD motor award ceremony & reception
SEMA
UCME
Titel_e.indd 1
Schweizerischer Verband der
Elektromaschinenbaufirmen
Union Suisse des entreprises
de construction de machines électriques
9/25/2014 9:01:43 AM
Date
Conference venue
From 7 to 9 October 2014
Conference Center Glockenhof, Sihlstr. 33, CH-8001 Zurich
+41 (0)44 225 93 93
Organization
Swiss Agency for Efficient
Energy Use (S.A.F.E.)
www.energieeffizienz.ch
[email protected]
[email protected]
[email protected]
Tel +41 (0)44 226 30 70
Fax +41 (0)44 226 30 79
Host
S.A.F.E. (organization)
Topmotors
4E Electric Motor Systems Annex EMSA
SwissEnergy
Partners
act
EKZ
EnAW
Faktor Verlag AG
NEMA
Öbu
ProKlima
SEMA
swisscleantech
Swissmem
swissT.net
Sponsors
SFOE Swiss Federal Office of Energy
AWEL, Canton Zurich
Building department Canton Zug
EKZ Elektrizitätswerke des Kantons
Zürich
NEMA National Electrical Manufacturers
Association
S.A.F.E.
Exhibitors
ABB Schweiz AG
Control Techniques AG
ebm-papst AG
Conference registration
www.motorsummit.ch
Documentation
A documentation of executive summaries
of all speakers will be handed to the participants at the conference. The presentations and other relevant materials will
be available after the conference to all
participants and the public under:
www.motorsummit.ch
Program overview
Tuesday
7 Oct
EMSA Workshops*
English
Policy
Technology
SEAD award
*Places are limited
Wednesday
8 Oct
MS’14 International Strategy
English
a.m. session
Lunch
p.m. session
Thursday
9 Oct
MS’14 Swiss
Implementation
German
a.m. session
p.m. session
MS’14 Dinner
Hotel accommodation
Make your reservation directly at one of our five recommended
hotels before 1 September 2014. Please mention «Motor Summit» to profit from the discount of the group arrangement.
Hotel Glockenhof, ****, Sihlstrasse 31, CH-8001 Zürich
+41 (0)44 225 91 91, [email protected], www.glockenhof.ch
Hotel Seidenhof, ***, Sihlstrasse 9, CH-8001 Zürich
+41 (0)44 228 75 00, [email protected], www.seidenhof.ch
Leoneck Hotel, ***, Leonhardstrasse 1, CH-8001 Zürich
+41 (0)44 254 22 22, [email protected], www.leoneck.ch
Hotel Limmathof, ***, Limmatquai 142, CH-8001 Zürich
+41 (0)44 267 60 40, [email protected],
www.limmathof.com
Hotel City, ***, Löwenstrasse 34, CH-8001 Zürich
+41 (0)44 217 17 17, [email protected], www.hotelcity.ch
Conference fee (including conference documentation)
Packages (details: www.motorsummit.ch)
CHF EUR
Complete registration: 7 – 8 – 9 October ‘14
950 780
International package: 7 – 8 October ‘14
680 560
Motor Summit 2014 package: 8 – 9 October
720 580
Single Events
EMSA Workshop «Policy»: 7 October
160 135
EMSA Workshop «Technology»: 7 October
160 135
International Strategy day: 8 October
380 320
Swiss Implementation day: 9 October
380 320
MS’14 Dinner: 8 October
85
70
Discount
Participants who pay the registration fee before 30 June
2014 receive a 20 % early bird discount.
Members of 4E, ACT, EMSA, EnAW, NEMA, Öbu, ProKlima,
S.A.F.E., SEMA, swisscleantech, Swissmem or swissT.net
receive a 20 % discount.
Payment: You will receive payment instructions after your
online registration.
Titel_e.indd 2
9/25/2014 9:01:43 AM
Welcome to the Motor Summit 2014!
It has become a rule to have the EEMODS conference (Energy Efficiency in Motor Driven
Systems) and the Motor Summit in a smaller format in Switzerland in alternating years. The
scope of the Motor Summit has remained since the first such event in 2007, but technological
development and new policies for implementation have changed a great deal. We are sure
that the 180 participants from 25 countries will enjoy intensive and useful three days.
We would like to thank all partners, exhibitors and sponsors. We thank the SwissEnergy
program for supporting the Swiss motor implementation program Topmotors and for
contributing to the Motor Summit. We enjoy the global partnership with 4E EMSA which gives
us an excellent occasion to host specific workshops open to an interested public. This year
workshops on "Policy" and "Technology" and the “SEAD Award” ceremony are on the
agenda. The IECEE Global Motor Labeling Program will also hold its meeting in Zurich.
You are all invited to join the Global Motor Systems Network by subscribing to our
newsletter at www.motorsystems.org (English, German, Russian, Japanese and Chinese).
We wish you interesting days in Zurich and hopefully also a view of the city, the lake and the
snow-covered mountains that surround this beautiful place. See you at the next EEMODS in
Helsinki, Finland, on 15 – 17 September 2015!
Willkommen zum Motor Summit 2014!
Es ist schon fast zur Regel geworden, dass in einem Jahr die EEMODS Konferenz (Energy
Efficiency in Motor Driven Systems) und im folgenden Jahr der Motor Summit in Zürich in
einem kleineren Format stattfindet. Seit der ersten Austragung in 2007 hat sich die Aufgabe
zur Einsparung von elektrischer Energie bei Antriebssystemen nicht geändert, aber die
technologische Entwicklung und die Chancen und Möglichkeiten der Umsetzungspolitik
haben sich stark verändert. Wir sind sicher, dass die 180 Teilnehmer aus 25 Ländern drei
interessante Tage in Zürich verbringen werden.
Wir danken allen Partnern, Ausstellern und Sponsoren. Wir danken EnergieSchweiz für die
Unterstützung des Schweizer Umsetzungsprogramms Topmotors und den Motor Summit.
Wir freuen uns über die globale Partnerschaft mit 4E EMSA, das uns eine gute Gelegenheit
gibt, interessante Workshops für ein Fachpublikum anzubieten. Dieses Jahr stehen "Policy",
und "Technology" und die Preisverleihung des „SEAD Awards“ auf der Agenda.
Sie sind alle eingeladen, sich am Global Motor Systems Network zu beteiligen, indem Sie
sich auf www.topmotors.ch (deutsch/französisch) oder www.motorsystems.org (englisch,
russisch, chinesisch und japanisch) für den Newsletter abonnieren.
Wir wünschen Ihnen schöne Tage in Zürich und hoffentlich auch einen Blick in die Stadt, auf
den See oder die schneebedeckten Berge rundherum. Auf Wiedersehen an der nächsten
EEMODS in Helsinki, Finnland, vom 15. bis zum 17. September 2015!
Das Motor Summit Team
Conrad U. Brunner
Rita Werle
Rolf Tieben
Bea Meyer
Silvia Berger
MOTOR SUMMIT 2014
Workshops Policy & Technology, Tuesday 7 October ’14
Time
Policy Workshop, Chair: Rita Werle
Speaker
9:00
Policy Guidelines for Efficient Electric Motor
Systems
Konstantin Kulterer, Austrian Energy
Agency, Austria
Dutch Long Term Agreements and the new
Green Deal
Maarten van Werkhoven, EMSA,
Netherlands
Energy efficiency potentials for different motor
system levels
Svetlana Paramonova, Linköping
University, Sweden
New US MEPS for motors and applications
Rob Boteler, Nidec/NEMA, USA
12:00
Lunch
Technology workshop, Chair: Conrad U. Brunner
13:30
17:00
Measurements of efficiency for converters and
motors in industry reality
Sinan Altındağ, Gamak, Turkey
The way forward for IEC standards of converters
and motors
Tim Schumann, SEW-Eurodrive, USA
Recent results of efficiency measurements of
converters and motors
Pierre Angers, Hydro Quebec,
Canada
SEAD motor award ceremony & reception
MOTOR SUMMIT 2014
International Strategy, Wednesday 8 October 2014
Time
Topic
Speaker
Introduction, Chair: Conrad U. Brunner
09:00
Welcome & introduction
Conrad U. Brunner, 4E EMSA, Switzerland
09:30
Energy Strategy 2050
Walter Steinmann, Swiss Federal Office of
Energy, Switzerland
09:50
Motor market update
Alex Chausovsky, IHS, USA
10:10
IECEE Global Motor Labeling Program
Dan Delaney, Regal Beloit, USA
10:30
Coffee
Policies across the globe, Chair: Maarten van Werkhoven
10:50
European experience in motor and motor Marcos Gonzáles Àlvarez, European
systems MEPS
Commission, Belgium
11:10
Japan starts with mandatory motor
requirements
Takeshi Obata, JEMA/Hitachi, Japan
11:30
Brazil moves ahead with MEPS for
motors
George Alves Soares, Eletrobras, Brazil
11:50
Swiss audit program Easy
Rita Werle, Topmotors, Switzerland
12:10
Improving Motor System Efficiency in
China
Zheng Tan, Topmotors China, China
12:30
Lunch
Testing, Chair: Bill Hoyt
13:50
Ecopliant – first results of check testing
of motors
Sandie B. Nielsen, Danish Institute of
Technology, Denmark
14:10
NVLAP motor energy effciency testing
– experience with accreditation and
performance
Timothy Rasinski, National Voluntary
Laboratory Accreditation Program, USA
14:30
New developments in IEC standards for
motors driven by converters
Martin Doppelbauer, Karlsruhe Institute of
Technology, Germany
14:50
State of the art in efficiency
Andrew Baghurst, CalTest, Australia
measurements of converters and motors
15:10
Coffee
New Technology, Chair: Bill Hoyt
15:30
Total drive train optimization of industrial Steve Dereyne, University of Ghent, Belgium
fans and pumps considering VFD driven
motor, transmission and load
15:50
European Ecodesign Lot 30: new ideas
for advanced MEPS
Anibal de Almeida, University of Coimbra,
Portugal
16:10
Next horizon for efficiency in electric
motors
John Petro, JPEAM, USA
16:30
SEAD Global Efficiency Medal Competition Chad Gallinat, Department of Energy, USA
for Electric Motors
16:50
Introduction to EEMODS 2015 in Finland Jukka Tolvanen, ABB, Finland
Panel, Moderator: Conrad U. Brunner
17:00
Panel discussion
18:00
End
19:00
MS'14 Gala Dinner (for registered guests): University of Zurich, tower
MOTOR SUMMIT 2014
Umsetzung Schweiz, Donnerstag, 9. Oktober 2014
Zeit
Thema
Vortragende
Einführung, Moderator: Conrad U. Brunner
09:00
Begrüssung/Einführung
Conrad U. Brunner, Topmotors, Zürich
09:30
EnergieSchweiz
Daniela Bomatter, Bundesamt für Energie,
Bern
09:50
ACT: ein neuer Player zur Umsetzung
der Energieeffizienz in der Industrie
Marloes Caduff, Agentur Cleantech, Zürich
10:10
Stand der Energieverordnung für
elektrische Antriebssysteme
Richard Phillips, Bundesamt für Energie, Bern
10:30
Kaffeepause
Anwendungen und Systeme, Moderator: Roland Brüniger
10:50
Pumpensysteme: Effizienzoptimierung
Jürg Nipkow, Topmotors, Zürich
11:10
Ventilatoren werden immer besser
Werner Schneeberger, ebmpapst, Oberhasli
11:30
Frequenzumrichter: Chancen und
Risiken beim Energie Sparen
Adrian Omlin, Hochschule Luzern
11:50
Hydraulische Systeme mit weniger
Energie
Johann Lodewyks, Hochschule Luzern
12:10
Effiziente Transmissionssysteme
Heinrich Huber, Fachhochschule
Nordwestschweiz, Muttenz
12:30
Lunch
Praxiserfahrungen, Moderator: Roland Brüniger
13:50
Messungen auswerten mit dem
Standard Test Report (STR)
Rolf Tieben, Topmotors, Zürich
14:10
Expériences de Easy dans la Suisse
Romande
Nicolas Macabrey, Planair, La Sagne
14:30
Praxiserfahrungen mit effizienten
Antriebssystemen
Jan Krückel, ABB, Baden
14:50
Frequenzumrichter in der Praxis
Michael Burghardt, Danfoss, Offenbach,
Deutschland
15:10
Antriebssysteme mit Permanentmagneterregung
Hansjörg Biland, Emerson Industrial
Automation, Birmenstorf
15:30
Kaffeepause
Weiterbildung, Programme, Moderator: Marton Varga
15:50
Formation continue pour des experts
en technologie et management de
l'énergie
Catherine Cooremans, Université de Genève,
Genf
16:10
Easy: vom Finanzprogramm zum
Weiterbildungsprogramm
Rita Werle, Topmotors, Zürich
16:30
Weiterbildung für effiziente
Energienutzung
Christian Wirz-Töndury, Institut für Wissen,
Energie und Rohstoffe Zug, Zug
16:50
Effizienzziele für Energie-Gross
verbraucher im Kanton Zürich
Alexander Herzog, AWEL, Kanton Zürich
Podium, Moderator: Conrad U. Brunner
17:10
Podiumsdiskussion
18:00
Apéro im Zentrum Glockenhaus
19:00
Ende
Motor Summit 2014
List of Participants
Name
First Name
Organization
Country
Email
Aarniovuori
Lassi
Lappeenranta University
Finland
[email protected]
Advani
Ajit Hirasing
Copper Alliance
India
[email protected]
Altindag
Sinan
Gamak
Turkey
[email protected]
Alves Soares
George
Eletrobras
Brazil
[email protected]
Anderson
Kirk
UL
USA
[email protected]
Angers
Pierre
Hydro Quebec
Canada
[email protected]
Atre
Vinayak
Regal Beloit
India
[email protected]
Baghurst
Andrew
CalTest
Australia
[email protected]
Bagianathan
Madhan Raj
ELGI
India
[email protected]
Bailly
Estelle
EDF
France
[email protected]
Baker
Kim C.
Novatorque
USA
[email protected]
Barnbacher
Johannes
Sempact
Germany
[email protected]
Bartos
Frank
Control Engineering
USA
[email protected]
Baskan
Burçak
Gamak
Turkey
[email protected]
Baumgartner
Ron
Ziehl-Abegg
Switzerland
[email protected]
Beghain
Frederic
EASA
Luxembourg
[email protected]
Berge
Gerhard
KSB
Germany
[email protected]
Berger
Silvia
S.A.F.E.
Switzerland
[email protected]
Betschmann
Oskar
Ziehl-Abegg
Switzerland
[email protected]
Bieri
Hans
Bieri Motoren
Switzerland
[email protected]
Biland
Hansjörg
Emerson
Switzerland
[email protected]
Bilgiç
Ece
Gamak
Turkey
[email protected]
Bomatter
Daniela
BFE
Switzerland
[email protected]
Bonn
Peter
Sulzer
Germany
[email protected]
Boteler
Rob
Nidec
USA
[email protected]
Brühwiler
Josef
Bühler + Scherler
Switzerland
[email protected]
Brüniger
Roland
R. Brüniger
Switzerland
[email protected]
Brunner
Conrad U.
S.A.F.E.
Switzerland
[email protected]
Buchter
Florian
Groupe E
Switzerland
[email protected]
Burghardt
Michael
Danfoss
Germany
[email protected]
Burkhalter
Daniel
CSD
Switzerland
[email protected]
Burla
Thomas
Fotograf
Switzerland
[email protected]
Caduff
Marloes
Cleantech
Switzerland
[email protected]
Chang
Su Hahn
KATECH
South Korea
[email protected]
Chausovsky
Alex
IHS
USA
[email protected]
Chen
Celine
China P.R.
[email protected]
Chevailler
Samuel
HES-SO Valais
Switzerland
[email protected]
Christensen
Morten
Grundfos
Denmark
[email protected]
Chun
Yon-Do
KERI
South Korea
[email protected]
Colotti
Alberto
ZHAW
Switzerland
[email protected]
Cooremans
Catherine
Université de Genève
Switzerland
[email protected]
de Almeida
Anibal T.
University of Coimbra
Portugal
[email protected]
De Ridder
Leo
Journalist
The Netherlands [email protected]
Delay
Antoine
Amstein + Walthert
Switzerland
[email protected]
Dereyne
Steve
University Gent
Belgium
[email protected]
Motor Summit 2014
Name
First Name
Organization
Country
Email
Devidas
Mathieu
Emerson
Switzerland
[email protected]
Doppelbauer
Martin
KIT
Germany
[email protected]
Duboc
Wagner
CEPEL
Brazil
[email protected]
Dudli
Philipp
Kanton St. Gallen
Switzerland
[email protected]
Eckervogt
Lionel
SEW
Germany
[email protected]
Eggmann
Hanspeter
ZZ Wancor AG
Switzerland
[email protected]
Eiger
Edmond
IWB
Switzerland
[email protected]
Erb
Fredy
Emerson
Switzerland
[email protected]
Erismann
Manfred
IB Aarau
Switzerland
[email protected]
Esengin
İsmet
Gamak
Turkey
[email protected]
Everaert
Willem
Atlas Copco
Belgium
[email protected]
Falkner
Hugh
Atkins Global
UK
[email protected]
Finley
William R.
Siemens
USA
[email protected]
Forbes Pirie
Mia
The Policy Partners
UK
[email protected]
Franck
Per-Åke
CIT
Sweden
[email protected]
Frei
Christian
Electrosuisse
Switzerland
[email protected]
Gadermann
Michael
Infineon
Germany
[email protected]
Gallinat
Chad S.
DOE
USA
[email protected]
Gonzalez Alvarez Marcos
European Commission
Spain
[email protected]
Graber
Kasimir
ATB Motors
Switzerland
[email protected]
Gründler
Stefanie
Bildungsmanagement
Switzerland
[email protected]
Gut
Peter
Binkert-Medien
Switzerland
[email protected]
Hagemann
Björn
SEW
Germany
[email protected]
Hallberg
Anders
Swedish Energy Agency
Sweden
[email protected]
Haller
Michael
ABB
Switzerland
[email protected]
Hartmann
Stefan
Presseladen
Switzerland
[email protected]
Herzog
Alexander
AWEL
Switzerland
[email protected]
Hesselbach
Wolmer B.
Bühler
Switzerland
[email protected]
Hofer
Peter
UFA
Switzerland
[email protected]
Holzer
Roger
Lonza
Switzerland
[email protected]
Hongler
Roland
Belimo
Switzerland
[email protected]
Hoyt
Bill
NEMA
USA
[email protected]
Huber
Heinrich
FHNW
Switzerland
[email protected]
Hüsser
Daniel
Zitt Elektromotoren
Switzerland
[email protected]
Jan
Spaniol
SEW
Germany
[email protected]
Jenni
Felix
FHNW
Switzerland
[email protected]
Kammermann
Stefan
HTW Chur
Switzerland
[email protected]
Kang
Byung-Guk
KTL
South Korea
[email protected]
Kern
Rolf
EBM
Switzerland
[email protected]
Kim
Dong-Jun
KERI
South Korea
[email protected]
Klein
Roland
Bürge-Fischer
Switzerland
[email protected]
Klompen
Erik
Weir Minerals
Kolb
Bernhard
Antriebe Rüti
Switzerland
[email protected]
Könen
Michael
KSB
Germany
[email protected]
König
Ivan
BFE
Switzerland
[email protected]
Motor Summit 2014
Name
First Name
Organization
Country
Email
Krückel
Jan
ABB
Switzerland
[email protected]
Kulterer
Konstantin
Austrian Energy Agency
Austria
[email protected]
Kummer
Michael
Küffer Elektro-Technik
Switzerland
[email protected]
Laborde
Yannick
Alstom
Switzerland
[email protected]
Langenegger
Fritz
Bühler
Switzerland
[email protected]
Lassal
Said
Rockwell Automation
Switzerland
[email protected]
Lee
Sujin
Hyosung
South Korea
[email protected]
Leumann
Christof
Leumann & Uhlmann
Switzerland
[email protected]
Liang
Daniel
Copper Alliance
China P.R.
[email protected]
Lodewyks
Johann
HSLU
Switzerland
[email protected]
Loeliger
Peter
InterDrive
Switzerland
[email protected]
Macabrey
Nicolas
Planair
Switzerland
[email protected]
Madeira Bein
Klaudia
Alstom
Switzerland
[email protected]
Maik
Albert
DM Energieberatung
Switzerland
[email protected]
Marks
Tim
AEMT
UK
[email protected]
Meyer
Andreas
Rockwell Automation
Switzerland
[email protected]
Meyer
Bea
S.A.F.E.
Switzerland
[email protected]
Minetti
Oliver
Sulzer
Germany
[email protected]
Monney
Lorenzo
Groupe E
Switzerland
[email protected]
Moser
Michael
BFE
Switzerland
[email protected]
Mühlebach
Martin
Lemon Consult
Switzerland
[email protected]
Muller
Frédéric
Danfoss
Switzerland
[email protected]
Nessler
Christoph
Emerson
Switzerland
[email protected]
Niederberger
Patrick
IB Aarau
Switzerland
[email protected]
Nielsen
Sandie B.
DTI
Denmark
[email protected]
Nipkow
Jürg
S.A.F.E.
Switzerland
[email protected]
Nordmann
Thomas
TNC Consulting
Switzerland
[email protected]
Nunez
Miguel
EMZ- Unitec
Switzerland
[email protected]
Obata
Takeshi
Hitachi
Japan
[email protected]
Ogawa
Susumu
Jema
Japan
[email protected]
Oldenhof
Ernst
Alstom
Switzerland
[email protected]
Omlin
Adrian
HSLU
Switzerland
[email protected]
Pagani
Enrico
Electrosuisse
Switzerland
[email protected]
Paramonova
Svetlana
Linköping University
Sweden
[email protected]
Petro
John
Consultant
USA
[email protected]
Phillips
Richard
BFE
Switzerland
[email protected]
Pirovino
Guido
ABB
Switzerland
[email protected]
Protas
Erich
WATT
Austria
[email protected]
Pushpagiri
Salim R.
ELGI
India
[email protected]
Rasinski
Timothy
NVLAP
USA
[email protected]
Rosatzin
Christa
Sprachwerk
Switzerland
[email protected]
Sadouk
Abder
Lafert
UK
[email protected]
Schmidlin
Benno
BSM
Switzerland
[email protected]
Schneeberger
Werner
ebm-papst
Switzerland
[email protected]
Schuch
Dieter
Franklin Electric
Germany
[email protected]
Motor Summit 2014
Name
First Name
Organization
Country
Email
Schuh
Charles
HS Antriebssysteme
Switzerland
[email protected]
Schultheiss
Martin
Elektron
Switzerland
[email protected]
Schumann
Tim
SEW
USA
[email protected]
Schweer
Carsten
Helios AG
Switzerland
[email protected]
Schweizer
Sarah
Polyscope
Switzerland
[email protected]
Scozzafava
Antonio
Motovario
Italy
[email protected]
Siegenthaler
Urs
Fotograf
Switzerland
[email protected]
Sigloch
Uwe
ebm-papst
Germany
[email protected]
Sommer
Peter
SBB
Switzerland
[email protected]
Špaček
Antonin
Rieter
Czech Republic
[email protected]
Spielmann
Grégoire
Küffer Elektro-Technik
Switzerland
[email protected]
Spurgeon
Daniel
ebm-papst
Switzerland
[email protected]
Süselbeck
Reiner
TECO
Germany
[email protected]
Staudacher
Christian
Staudacher
Switzerland
[email protected]
Steinmann
Walter
BFE
Switzerland
[email protected]
Stieger
Leila
SECO
Switzerland
[email protected]
Stockman
Kurt
University Gent
Belgium
[email protected]
Surányi
Andreas
ABB
Switzerland
[email protected]
Tammi
Ari
ABB
Finland
[email protected]
Teepe
Markus
Wilo
Germany
[email protected]
Thöni
Markus
EMWB
Switzerland
[email protected]
Tieben
Rolf
S.A.F.E.
Switzerland
[email protected]
Tolvanen
Jukka
ABB
Finland
[email protected]
Utsuno
Mamoru
Oriental Motor
Japan
[email protected]
Van Acker
Frederic
Atlas Copco
Belgium
[email protected]
van Broekhoven
Rudi
Weir Minerals
van Werkhoven
Maarten
TPA Adviseurs
Varga
Márton
Energie Zukunft Schweiz Switzerland
[email protected]
Waeber
Toni
Steinegger
Switzerland
[email protected]
Walker
Thomas
UL
USA
[email protected]
Wehrli
Ferdinand
Hidrostal
Switzerland
[email protected]
Weibel
Andreas
ZZ Wancor AG
Switzerland
[email protected]
Wenger
Ronald
ABB
Switzerland
[email protected]
Werle
Rita
S.A.F.E.
Switzerland
[email protected]
Wetter
Roland
EPFL-LEI
Switzerland
[email protected]
Weyl
Debbie Karpay
CLASP
USA
[email protected]
Wirz-Töndury
Christian
WERZ
Switzerland
[email protected]
Wunderlich
Mark
Electrosuisse
Switzerland
[email protected]
Yang
Chun Hsiang
ITRI
Taiwan
[email protected]
Zheng
Tan
Top10 China
China P.R.
[email protected]
Ziegler
Manuel
EnAW
Switzerland
[email protected]
7 October 2014
EMSA Workshops
Motor Summit 2014, Zurich, Switzerland
Policy Guidelines for Efficient Electric Motor Systems
Konstantin Kulterer
Austrian Energy Agency
Mariahilfer Str. 136
E-Mail [email protected]
EMSAs Motor Policy Task
EMSA has been engaged in motor policy since its outset in 2008. A first analysis was published in
2009 as "Motor MEPS Guide" profiting mainly from the US experience in setting mandatory standards.
In 2011 a second volume followed: "Motor Policy Guide, Part 1: Assessment of Existing Policies" analyzing motor policy instruments in nine countries/regions.
This "Policy Guidelines for Electric Motor Systems" builds on these previous publications and showcases best-practice policy examples that have been implemented in various countries around the
globe, now presented as Motor Systems Toolkit consisting of MEPS, labeling, voluntary agreements
with industry, energy management and energy audit programs, company motor policy, financial incentives, awareness raising, and information provision. It is crucial to consider all these elements in order
to increase the efficiency of new motor systems and systems already in use.
To achieve their objectives, policies not only need to be well designed, but they also need to be implemented effectively. Consideration of supporting activities and mechanisms required to implement
policies therefore should be integrated within the policy development process and be included in cost
estimates. For most policy measures, ensuring that products perform as they claim, is vital to achieving expected energy savings. As such, product certification, registration schemes and effective verification regimes provide the necessary conditions to underpin successful policy implementation. The
basis for these activities are international standards.
Furthermore, national policy makers can benefit greatly from the experience and expertise from other
countries and international experts through engagement in the many policy and technical exchanges
available.
For the Policy Guidelines for Electric Motor Systems EMSA has been able to draw from the experience of a number of experts engaged with motor policy implementation within and out-side of EMSA
who have contributed to the publication. With this publication EMSA wishes to help countries, governments, industry as well as standard makers to find a path towards a comprehensive energy efficiency
development for electric motor systems.
Conclusions
The most effective government policies are those that stimulate action amongst key stakeholders within the motor systems market to achieve long term market transformation. A comprehensive range of
policies are therefore required to influence international/national standard makers, industry associations, industrial users and power utilities. Figure 1 illustrates the potential for policy interaction among
these groups.
Figure 1, Influence of National Policy Makers, A+B International, 2014
At least five different stakeholders have to be involved to take the road to high efficient motor systems:
•
Governments can set mandatory energy performance standards (MEPS). MEPS based on
international standards are already applied in several countries, reducing barriers to trade. For
setting MEPS, all relevant motor systems components and their combinations need to be considered, as well as a system for tracking which products enter the market (e.g. registration)
and for enforcing compliance. Governments can choose to complement MEPS with other policy instruments: defining an energy label, setting energy efficiency targets, entering into voluntary agreements with industry, implementing energy management and energy audit programs,
encouraging individual businesses to set up a company motor policy, launching awarenessraising campaigns and giving financial incentives.
•
International standard makers should focus on developing international standards in all relevant areas from motor system components to certification and labeling programs, energy
management and energy audits, measurement, verification and benchmarking.
•
Manufacturers and industrial associations can develop and/or support energy label programs, establish accredited testing laboratories, initiate and support training programs and define procurement guidelines.
•
Industrial users are encouraged to set energy saving targets, define responsibilities and train
personnel for designing new motor systems and retrofitting old systems.
•
Electric power utilities can design and run procurement programs and subsidy programs for
end-users and use innovative financing instruments to benefit from energy savings.
Co-Authors of the Policy Guidelines for Efficient Electric Motor Systems are Rita Werle, Petra Lackner,
Conrad U. Brunner and Mark Ellis. EMSA would like to thank all the experts and reviewers who have
contributed with their valuable comments to the publication.
Dutch Long Term Agreements and the new Green Deal
Maarten van Werkhoven
EMSA - Electric Motor Systems Annex
c/o TPA consultants
Generaal Winkelmanlaan 31 2111 WV Aerdenhout
The Netherlands
[email protected]
Introduction
In industry the electricity use for electric motor systems amounts to 70% of the total electricity use.
The associated economically feasible savings total from 20% up to 30% by applying system
optimization and best available drive technology. Motor systems cover pumps, fans, compressors and
industrial production systems, including motor, drive, transmission and driven application. However,
implementation appears not to be a ‘done case’. Many different aspects play a role in this, in the supply chain itself and in the way industrial organizations work in respect to analyzing and implementing
energy efficiency measures.
In the EU the European Directive (2005/32/EC) forms the basis for defining legally binding requirements on the minimum efficiency of energy using products. For electric motor systems, the Commission Regulation (EC) No 640/2009 implements MEPS on EU-level in 3 stages, starting in 2011, where
motors must meet the IE2 efficiency level. In stage 2 (from 1 January 2015) motors with a rated output
of 7.5 – 375 kW must meet the IE3 efficiency level, or the IE2 level if fitted with a variable speed drive.
And in stage 3 (from 1 January 2017) motors with a rated output of 0.75 – 375 kW must meet the IE3
efficiency level or the IE2 level if fitted with a variable speed drive.
Dutch policy on energy efficiency in industry: Long Term Agreements (LTA)
The Dutch Ministry of Economic Affairs has established Voluntary Agreements on Energy Efficiency
improvement targets with industry partners and institutions. The objective was to reduce the quantity
of energy used per unit of product or service delivered through a 2 per cent per annum improvement in
energy efficiency. The programme is being operated via the Netherlands Enterprise Agency. The participating companies have to implement a three-fold set of activities: (1) making an Energy Efficiency
Plan every four years, (2) yearly monitoring of production levels and energy use and (3) having an up
and running energy management system.
The Energy Efficiency Plan describes the energy saving measures that are to be implemented over a
period of 3 years, an assessment of the expected energy saving and the corresponding time line. With
these measures, the company also creates the basis for the development of the energy paragraph in
the environmental license. The instrument of Voluntary Agreements engages the companies with energy efficiency related activities like thematic workshops, pilot projects, energy audits and technology
roadmaps. Participating companies operate a required energy management system. These systems
can be based on ISO 50001, elements of ISO 14001, or new methods such as the CO2 performance
indicator. Certification of the energy management system is not required.
Market barriers concerning motor systems
The analysis of the market of electric motors supply and maintenance in the Netherlands, and the
practices of the Original Equipment Manufacturer (OEM) and industrial end-users show that for a successful acceptance of efficient motor systems all market parties have to get involved. Each supply
chain party involved encounters different barriers, starting with the suppliers and – via the OEM and
installers coming at the end-users. Some main barriers are 1) the focus on lowest investment cost; the
OEM and the end user’s main interest is to buy the motor at the lowest price possible; 2) the split in
allocation of investment and operational cost with the end user. At the end user the employee that is
responsible for buying the motor is usually not the one that holds the energy budget; 3) focus on motors only, instead of system benefits; 4) low knowledge of opportunities for system efficiencies. The
energy costs associated with the motor’s lifetime operation are estimated to be around 95% of the
total cost, while initial purchase price and maintenance account for the remaining 5%.
Green Deal Efficient Motor Systems
The Green Deal Efficient Motor Systems is initiated by the Federation of suppliers of Electric Motors
(FEDA), the trade association of installation and electromechanical maintenance companies (UnetoVNI) and the Dutch Ministry of Economic Affairs. The aim is to encourage a wider application of efficient electric motor systems by reducing some of the above mentioned issues. Furthermore, to assist
the users of the motor systems in achieving direct energy savings as well as strengthening their competitiveness by developing innovative products and services.
Key aspects of the Green Deal program are three-fold. 1) Defining a standard method for the analysis
of opportunities for efficiency improvements in motor systems. 2) Developing sound business cases
on efficient motor systems, delivering concrete energy savings. 3) Knowledge transfer and communication to end users and the supply chain to create leverage in terms of working methods, capacities
and energy savings. The Green Deal program aims at reducing some of the issues raised in the market, improving the conditions and cooperation in the supply chain, and the realization of a number of
(example) projects by end users. The program runs from 2012 up to 2015. At the moment 20 projects
have been initiated and are in different phases of execution.
Towards efficient motor systems
The EU minimum requirements serve as a good starting point for the involved supplying parties: first
of all the supply chain itself has to act on it, i.e. bring its production up to date, engineering and sales
organization, including its dealers. Secondly, help the end user in making the right choices in implementing the new regulation in its daily practice. The end users are all bound by the LTA’s, and its program, in implementing measures on energy efficient production and use. They are all, in principle,
open for services helping them to identify, analyze and implement energy efficient measure in motor
systems. That is to say: in competition with all other possible energy efficiency measures, investments, possibly feasible at the user’s facilities.
The results in energy savings differ per project (Green Deal program) depending on the project targets, the partners’ and end users’ expertise and available capacity. At the lower end of the savings
spectrum we find projects where the focus was on applying premium motors. Here savings start at 45% up to 10% where older motors are replaced. On the other end of the spectrum some projects show
savings of up to 40% as a result of improving a total motor system, including benefits like increased
level of productivity. The main challenges for the Green Deal partners, the government and the end
users are to focus on efficient motor systems. All parties involved have to make specific efforts in order to make this happen. That is, because of the complexity of motor systems on all levels, the heterogeneous market, the durability of the technologies involved and the continuous competition for the
right capacities, i.e. in terms of mandate, knowledge, time and financing.
The framework of the Dutch LTA’s gives a sound basis for the Dutch government to work with the
industrial end users on concrete energy efficiency measures. By engaging the motor systems industry
in the Green Deal program, a complementary initiative, they can bring more focus and attention towards the implementation of efficient electric motor systems in industry and deliver an effective way to
deal with the complex supply chain (of motor systems). Representatives participate in these activities
to enable effective and efficient means of operation and to utilize the opportunities for synergy.
Energy efficiency potentials for different motor system levels – an
empirical study of PFE implemented energy efficiency measures
Svetlana Paramonova
SE-581 83 Linköping
[email protected]
Patrik Thollander
SE-581 83 Linköping
[email protected]
Introduction
Improved industrial energy efficiency (IEE) is a cornerstone in reducing greenhouse gas emissions.
The implementation of Energy Efficiency Measures (EEMs) is the primary means of improving IEE.
However, EEMs are not always, as many measures in the building sector, stand-alone measures.
Rather, EEMs are intertwined in the production system and various other sub-systems calling for a
systems approach to be applied. In industry, nearly 70 percent of the power use emanates from motor
systems (Waide & Brunner, 2011). Electric motor systems can be categorized into three system levels; motor, core motor system, and whole system, where Waide and Brunner (2011) state the large
energy efficiency potential to be found in the upper system levels. Backlund et al. (2012) state that a
large unexploited potential also lies in measures related to management and operation of the energy
system. However, previous research has been scarce in showing on which system levels that the
highest potential for improved IEE is found. Based on a large dataset of electric motor system
measures from the Swedish energy policy program PFE (Program for improving energy efficiency in
energy-intensive companies) consisting of about 1250 EEMs saving 900 GWh/year, the aim of this
study was to analyze, using an extended version of the system level categorization, on which system
levels the implemented measures were found.
Methodology
The basis for the categorization of the measures was motor system levels defined by Waide and
Brunner (2011). They define three levels of motor system to make energy efficiency improvements:
Level 1 (Electric motor), Level 2 (Core motor system) and Level 3 (Total motor system). In the current
study, an additional category, Level 4 (Extended motor system), was introduced in order to include
measures related to energy management and operative actions, which lie outside the total motor system. The most obvious here would be when a measure clearly involves a person to do something,
demand-based adjustment, switching off, regulation or optimization we define as level 4.
Only measures that are related to motor systems and with estimated energy saving potential were
selected from the PFE data and assigned a respective motor system level. Example of measures
found in PFE and divided by motor systems levels are presented in Table 1.
Table 1. Examples of measures from PFE classified into the motor systems levels.
Motor system level
Level 1: Electric motor
Level 2: Core motor system
Level 3: Total motor systems
Level 4: Extended motor system
Example from PFE
Replace pump motor, Change to more efficient electric motors,
Removal of motor, Change of fan motor in washing machine
Replacement of backwater pump, Replacement of fan, VFD on
green liquor pump, VFD on backwater pump
Replacement of mixer, Replacement of chips’ conveyer, Reduce
consumption of compressed air, New cooling tower
Adjust ventilation, Automatic stop, Change of operative time on
paper machine, More efficient production of compressed air, Decrease specific electricity consumption
Results
In total around 850 measures were categorized from the total 1250 measures as motor related with
the total energy saving potential of approximately 600 GWh/year (compared to all EEMs in the PFE
amounting to savings of 900 GWh/year). Results show that implemented EEMs found in the upper
system levels (Level 3,Total motor system, and Level 4, Extended motor system) present almost half
of the total number of measures (Figure 1).
Figure 1: Number of measures and % of total energy savings for different system levels
The number of measures belonging to Level 2 (Core motor system) is approximately the same as sum
for Level 3 (Total motor systems) and 4 (Extended motor system). However, despite the number of
measures on Level 4 is approximately half of the Level 2, the energy saving potential for Level 4 is
close to the potential for Level 2. Thus, the specific energy saving potential (kWh per measure) increases with higher system levels.
From the preliminary results of categorization, it is clear that the large potential for energy saving is
achievable by not only replacing of existing motors with the most efficient ones (Level 1, Electric motor). The companies participating in the PFE program has found both a greater number of measures
and a greater potential in all the other three levels. It is important to emphasize that these measures
have been detected by the companies which have implemented energy management systems and
thus were actively working on improving energy efficiency in their organizations. One conclusion that
can be drawn from this is that energy efficiency requirements in the whole motor system thus become
more powerful than the mere requirements on energy-efficient motors.
The work on energy efficiency is and will be a critical success factor to increase awareness and
knowledge of system effectiveness and propose the actions that take into account the entire system,
rather than individual components. That so far remains scarcely studied, calling for new and more
innovative approaches to energy end-use policies than for example administrative.
References
Backlund, S., Thollander, P., Ottosson, M., Palm, J., (2012). Extending the Energy efficiency gap.
Energy Policy, (51), 392-396.
Waide P., Brunner C., (2011). Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems. IEA (International Energy Agency). Energy Efficiency, Paris.
American Motor Regulations and Extended Product Labeling Two
stages of motor driven systems energy savings
Rob Boteler
Nidec Motor Corporation [Chairman NEMA Energy Management Committee]
8050 West Florissant Ave, St Louis MO 63136
[email protected]
Stage one- US regulations amended for low voltage AC motors
The United States has been the global leader in motor efficiency regulations since the original enactment of standards in 1997. Since 1997 the US has continued down a path of routinely increasing motor efficiency levels. NEMA has been a constant partner with DOE in evaluating, drafting and promoting these motor regulations. The most previous motor regulation was part of a much larger bill referred
to as the “Energy Independence and Security Act” EISA which addressed many aspects and products
important to the efforts in the US to improve efficiency of industrial and commercial applications.
Since its release the motor manufactures have been aware that EISA required the US Department of
Energy to review and make a recommendation for amending the EISA regulations within two years.
The motor manufacturers reached out to ACEEE [American Council for and Energy Efficient Economy] in an effort to collaborate with ACEEE and a group of energy advocates closely aligned with
ACEEE. The results of this initiative were the formation of a “motor coalition” made up of a cross section of the energy community with a common goal.
The coalition is made up of a wide range of individuals including engineers’, lawyers, utility program
staff and manufacturers. The coalition came to agreement early in our discussions that any revision to
the EISA regulations should deliver three essential things; first it must deliver the greatest potential
energy savings, while having little to zero impact on product utility and last it should be implemented in
two years or less. The group met several times to draft and evaluate how best to achieve our goal.
The results of our efforts were then written into a petition that was submitted to the DOE [US Department of Energy]. Following statutory requirements the DOE held public hearings which gave others
th
the opportunity to review and discuss possible regulatory changes. On May 29 of 2014 the DOE issued a final rule amending the previous regulation. The rule as issued contains the vast majority of the
elements in the motor coalition’s petition and delivers the most energy savings of any regulation ever
issued by the DOE to date.
The scope of motors covered under the amended regulation has been expanded to include virtually all
categories of polyphase continuous duty motors from 1 to 500 HP [0.75 -315 KW]. The level of efficiency was a key element in the motor coalition’s petition. Within the energy community some people
continue to believe that raising the level of a motor’s efficiency beyond what can be provided within
current physical size and performance limits will not have an adverse impact on end-users, OEM and
ultimately energy savings. The US motor coalition reached the conclusion that raising the efficiency
level one or two NEMA bands 0.4 to 0.8%, when tested at full load under laboratory conditions, would
only perpetuate the continued use and repair of the existing lower efficient motors.
The coalition believes that motors, as the most efficient component of the motor driven system is best
left at the NEMA 12-12 [IE3] levels and our efforts should move to the extended product and away
from efficiency to managing kW. To the coalition, it seems obvious that we should use our resources
to figure out how we can move the market to incorporate more extended products that have potential
energy savings of 20% or more than chasing 0.4% - 0.8% motor gains.
Stage two – EMPLI [extended motor product labeling initiative] the move to
managed kW
Members of the motor coalition met in December of 2013 to establish a team that expanded from motors only to include fans, pumps, and compressors trade associations. All of these three “driven loads"
are going through DOE energy regulations rule making. The initiative has been named “EMPLI” Extended motor product labeling initiative.
The motivation and role model for EMPLI is based on the success of the NEMA premium label for
motors meeting or exceeding NEMA table 12-12 nominal efficiency. Since NEMA premium was
trademarked and launched to the world market it has been adopted by thousands of end-users and
OEMs as the gold standard of motor performance. Power utilities were quick to create incentives for
their customers to purchase and install NEMA Premium motors which greatly accelerated the adoption
of NEMA Premium and saved energy. Today there is an estimated $7-9 billion in efficiency incentive
funding available within power utilities in the US. EMPLI will address several issues necessary to position these three products to achieve similar successes as NEMA Premium.
Power utilities and utility program managers face a daunting task. They are charged with producing,
implementing and managing incentive programs that deliver a specific amount of savings [kWh] per
dollar spent for administration and incentives. Program managers have developed three different incentive categories that describe energy savings program methods based on required resources.
1. Prescriptive
a. Utilizes product description and performance to prequalify items to be incentivized
b. Used to reach the most products and applications with the least resource administration required
2. Quasi prescriptive
a. Utilizes a deemed savings measure to evaluate a category of product used in an more
specific applications
b. Requires a higher level of administration resource to evaluate and qualify product
based on performance label
3. Custom
a. Requires before and post installation measurement to verify savings
b. Applicants may invest resources prior to confirmation of energy savings to meet program requirements
The coalition learned that while there can be substantial savings in any of the categories, the custom
programs fit the extended product, sometimes referred to as motor driven systems the best. We also
learned that custom programs typically require before and after measurement and verification with no
guarantee of an incentive being paid. This led us to explore ways to utilize the DOE’s rulemaking in
such a manner that we “fit“ the three products into a quasi-prescriptive program. The goal of EMPLI is
to work within the DOE process to establish test methods, metrics and baseline performance for each
of the three extended product categories. It will then be our task to establish performance level[s]
above the DOE baseline that meet the utility requirements and can be delivered by the manufacturers.
Once this is done, each of the trade associations representing the product will establish a labeling
scheme that identifies their high performance products. Utilities will then have an option they do not
currently have for a relatively low administrative cost incentive program that will cover three products
which incorporate nearly 60% of industrial/commercial polyphase motors sold.
Measurements of efficiency for converters and motors in industry
reality
Sinan ALTINDAĞ
GAMAK MAKİNA SANAYI A.Ş.
R&D Manager
Dudullu Organize Sanayi Bölgesi
Baraj Yolu Caddesi No:2
34776 – Ümraniye / İSTANBUL
[email protected]
-
-
-
-
GAMAK test laboratory in Istanbul – What makes a laboratory high accuracy?
o
Hardware side
o
Software side
Comparison tests of IE2 and IE3 motors
o
Comparison when driven directly from mains under laboratory conditions
o
What happens on the customer’s side?

Low accuracy measurements - reality in industry

Comparison of efficiency achieved under laboratory conditions against low accuracy
measurements in industry reality

Natural load comparison of IE2 – IE3 motors, variable torque applications
Test results – Inverter driven motors
o
Additional losses measured under laboratory conditions – High accuracy
o
Additional losses measured on customer real application – Low accuracy
Analyzes of discrepancies between Low and High accuracy measurements
Gamak Motor Test Laboratory: Data Acquisition
Gamak Motor Test Laboratory: Electric equipment
IEC SC22G Ad-Hoc Group 17 (AHG17)
The way forward for IECstandards
Loss Determination of Power Drive Systems
Tim Schumann
SEW-Eurodrive, Inc.
1295 Old Spartanburg Hwy.
Lyman, SC 29322
[email protected]
Over the past few years CENELEC has been working on the European Mandate M/476 to create EN 50598
that will be completed in the near future. Other National Committees have been receiving pressure from
their respective markets and legislatures to begin considering system efficiency, e.g. pumps, fans and
compres-sors, and IEC has been asked to evaluate the global needs for standards.
Work is underway in IEC TC22 SC22G AHG17 towards the first edition of the IEC 61800-9 series of documents covering Loss Determination and Energy Efficiency Classification of Power Drive Systems.
The “system” may include everything from the input contactor to the motor output shaft.
There are currently three proposed standards under consideration:
 New Work Item Proposal IEC 22G/NP/277



IEC 61800-9-1 Extended Product Approach
IEC 61800-9-2 General Classification (Energy Efficiency Classifications)
IEC 61800-9-3 General Product Determination Methods, Calculation and Testing
IEC SC22G AHG17 (WG18), Work in Progress
IEC SC22G AGH17 is working based on the new work proposal, 22G/NP/277, that has been accepted
in general, by leveraging the work that has been created from CENELEC TC22X (EN 50598-1 and
-2), and expanding the standard to include specific regional needs that have been provided by
participating members. The comments received to the NP/277 revealed three basic needs:
1). There is an immediate need in some countries to have a calculation model, test procedure and
classification in a relatively short period of time. Europe who is well underway, Japan and the US to
name three currently have government regulators working on various rule makings;
2). The general consensus was to merge the new work proposal of IEC 61800-9-2 and -3 together in
order to make the minimal necessary changes to convert EN 50598-2 into an internationally accepted
base document and be published as a CDV in 2015,
3). That there is still more work to be done by working with IEC TC2 WG28 and WG31 to see what, and
if critical information needs to be exchanged, harmonized and included into our respective standards.
This work will take
some time and the information will be considered for Edition 2 of the IEC 61800-9 series. At that time
it will be considered if IEC 61800-9-2 is separated or if one standard can be maintained.
The Challenge of Modeling
One of the unique challenges to evaluating efficiency or losses in a power drive system is that not
every manu-facturer produces all of the parts, not alone just a motor and/or variable speed drive. This
creates nearly an infinite amount of combinations of contactors, variable speed drives, cables and
motors. Taking this into ac-count, some concepts had to be created and values preset. For example,
a base model of motor is used to calculate system losses by a manufacturer who only produces a
variable speed drive.
Classification
Classification of Power Drive Systems will be used in this standard. Currently IE1 and IE2 are included
in EN 50598 and will be mirrored to IEC 61800-9-2. These classes are based on a set of losses of a
base line model, and higher IE classes are achieved by having fewer losses in the system. Higher
classifications are being consid-ered.
Goals
The goal of the standard is to allow component manufacturers be able to place and energy efficiency
to their product that will enable them to consult with equipment manufacturers with respect to their
product offering allowing components to be selected to create a piece of end use equipment such as
a pump, fan or compressor that meets the needs of the local customer based on performance and
an energy efficiency index or performance energy rating.
Recent Results of Efficiency Measurement of Converters and Motors
Pierre Angers, P. Eng.
Hydro-Québec's Research Institute
Shawinigan, Quebec, Canada
[email protected]
Introduction
Manufacturers claim that the energy efficiency of Switched Reluctance (SR), Synchronous Reluctance
(SynR) and AC Permanent Magnet (PM) motors is at least as good as or greater than the best squirrel
cage three-phase asynchronous induction motors (IM) operating at their best efficiency. Motor efficiency measurements point out that the energy efficiency of IM drops dramatically when they operate
at less than 50% load. In contrast, SR, SynR and PM manufacturers argue to have system efficiencies
(including all motor and converter losses) greater than those of their equivalent IM especially at these
low load conditions.
Hydro-Québec Research Institute has compared converter and motor system efficiency combinations
rated 75 kW (100 hp) at different speeds and torque points. It is believed that the results of the proposed tests and this investigation will bring a solid information base that can influence actions in promoting high efficiency and best choices in customer technologies.
Test Procedure, Set-Up and Instrumentation
Test Procedure
Contrary to motor efficiency determination that normally deals with 6 load points (25, 50, 75, 100, 115
and 125 or 150% of load), a converter can vary the motor speed in the full range from 0% to 100% of
rated speed and at an infinite range of torque. This requires a converter system to be characterized by
a family of efficiency curves for torque and speed. To limit the time required to perform the test, the
converter system efficiency is determined based on limited number of test points including typical constant and variable torque loads. Table 1 presents the proposed test points to cover the range specified.
Table 1: Test points
Points
Speed (%)
Torque (%)
Points
Speed (%)
Torque (%)
Points
Speed (%)
Torque (%)
Points
Speed (%)
Torque (%)
1
100
100
6
75
100
11
50
100
16
25
100
2
100
75
7
75
75
12
50
75
17
25
75
3
100
50
8
75
50
13
50
50
18
25
50
4
100
25
9
75
25
14
50
25
19
25
25
5
100
10
10
75
10
15
50
10
20
25
10
Torque-speed efficiency curves were then drawn from the measurements for each component in the
system, i.e. the motor efficiency when driven by a converter, the converter efficiency alone and the
combined converter-motor system efficiency curves. Interpolation technique was also used to build
contour curves.
Converter Systems under Test
Converter systems technologies except HE and PR were supplied as a complete package (converter
+ motor) from the same manufacturer and were identified as:
HE →
PR →
PM →
SR →
SynR →
Converter and High Efficiency induction motor or equivalent IE2
Converter and Premium Efficiency induction motor or equivalent IE3
Converter and Permanent Magnet motor
Converter and Switched Reluctance motor
Converter and Synchronous Reluctance motor
Test Results, Analysis and Discussion
Testing of 75 kW (100 hp) IM, PM, SR and SynR converter technologies from different manufacturers
was performed. When considering system efficiency, PM has the highest combined efficiencies at all
speeds. The differences between the PM system efficiencies and others are minimal: from 4 percentage points at 100 % speed up to 8 - 10 percentage points at 25 % speed. It is also considered that the
system efficiency using a Premium Motor (PR) will be mainly different than the HE system by the difference between the PR and the HE motor efficiency. The system efficiency of the SR was the lowest
at 100 % speed. According to the manufacturer, the reduced efficiency can be explained by an oversized cooling fan in the system tested producing higher than expected losses at high speed (3600
rpm), a different cooling fan design would have given a higher motor efficiency. Also to establish an
apple to apple comparison with this technology, a motor of the same size rated at 1800 rpm might
have given different results but a 3600 rpm motor was the only machine available at the time of testing.
But if one would consider using this SR 3600 rpm motor in its wide speed range of operation, the
comparison is possible when presenting the speed on the x-axis and an extended range of operation
from 450 to 4500 rpm. The performance of this system with other technologies demonstrates a capability to operate at higher speed with relatively high and flat efficiencies in most of its operating range
but tends to be lower than others from 1800 rpm down to 450 rpm.
Comparing results based on power reduction (W) instead of efficiency helps to figure out the amount
of electric energy saving one system can make on others. Here, the comparison is established using
the HE system as reference and on a variable torque (VT) load application. If using the PM system,
the saving would be more than 2500 W at 1800 rpm down to 500 W at 450 rpm. In the case of PR, the
saving would be from 500 W at 1800 rpm to be marginal at low speed. For the SR system, it is not
advantageous to use this specific motor (rated 3600 rpm) in that range of speed compared to an HE
system.
CONCLUSIONS
The efficiency of the converter systems tested is not constant over the intended range of speed operation. Often maximum at 100 % speed and torque, a significant reduction of several percentage points
has to be assumed at reduced load. However, this reduction should be evaluated more in terms of
power (W) losses considering that the output power is greatly reduced at low speed and torque.
The results obtained tend to demonstrate in general an advantage in efficiency of the PM technology
compared to the others The SynR is a net follower with slightly lower efficiency over the range of operation. The gain obtained by using a PR system compared to a HE is directly related to the difference
between a PR and HE motor with 1-2 percentage points for all speeds. The SR system tested has a
capability to be operated up to 4500 rpm but its efficiency at low speed was less than the others.
A new approach to present the results is proposed by using contour curves for efficiency or losses on
a 2-D graph and there is a necessity to present all efficiency results based on a standard recognized
by all parties.
The Guidelines offer a toolkit with proposed policy measures, EMSA's recommendations for
successful policy implementation and show best practice policy examples from all over the world to
reach market transformation for efficient electric motor systems.
Free Download: http://www.motorsystems.org/policy-publications
8 October 2014
International Strategy
Efficient electric motor systems: global developments
Conrad U. Brunner
Impact Energy Inc.
Gessnerallee 38a, 8001 Zurich, Switzerland
[email protected]
EMSA shifts into third gear: good news!
The Electric Motor Systems Annex (EMSA) of the IEA Implementing Agreement Energy Efficient Enduse Equipment (4E www.iea-4e.org) has been around in the last years 6 years for two program periods. It has adopted a new strategy for EMSA phase III that will with the support of Australia, Austria,
Denmark, Netherlands, Switzerland and USA carry it over 2015 to 2017. For EMSA III, the 4E ExCo
has nominated Marteen van Werkhoven as new Operating Agent, and Rita Werle as EMSA Coordinator and Outreach Manager.
Motor standards
IEC has published in the last 12 months three important new documents on motor efficiency:
Figure 1
Electric motors: 4 pole, 50 Hz
100
95
90
85
Efficiency [%]
IEC/TS 60034-2-3 New testing standard for
converter fed motors; to be
verified with several ongoing
Round Robin programs.
IEC 60034-2-1
Revised testing standard for
motors operated on-line,
including a preferred testing
method for each type and
size motor.
IEC 60034-30-1
Revised efficiency classification for IE1-IE4 motors, operated on-line from 0.12 kW
up to 1000 kW, with 2- 8
poles, 50 and 60 Hz. Previsions for an IE5 class.
80
75
70
IE5 - Ultra Premium Efficiency
65
IE4 - Super Premium Efficiency 50 Hz
60
IE3 - Premium Efficiency 50 Hz
55
IE2 - High Efficiency 50 Hz
50
IE1 - Standard Efficiency 50 Hz
45
0.1
1
10
100
1000
Output power [kW] log scale
Motor efficiencies (IEC 60034-30-1, 2014)
Two new IEC projects, involving Variable Frequency Driven applications, are in the making:
New:
IEC 60034-30-2
New:
IEC 61800-9
Efficiency classification for
motors operated with variable
speed.
Testing method and efficiency
classification for converters and
motor plus converters.
In both these new standards the challenge is on how to
deal with motors and converters under varying load. If
the motor and the converter are both available on the
test bench, it is easy. But, because motors and converters are often manufactured by different companies, a test
standard has to deal with a reference converter and a
reference motor.
SEAD leads the way
In 2014, the SEAD Global Efficiency Medal Competition for Electric Motors has made headlights and
has attracted high efficient motors of various technologies from around the globe. Among well-known
industry names, also newcomers have shown interesting advanced products. SEAD may consider
repeating the award later and also including variable speed applications.
MEPS are moving
Turkey and Japan have joined the group of MEPS-countries. More and countries will be in the IE3
class by 2015. This changes the market situation. It is predictable, that non-MEPS countries in Latin
America, Africa, and Asia will suffer from receiving only below standard motors. Countries like China
are coming up on the horizon, referring to IE4 as target level.
Efficiency Classes
IEC 60034-30-1
Global classes IE-Code 2014 *
Efficiency Levels
3-phase induction motors
Super Premium Efficiency
IE4
Premium Efficiency
IE3
High Efficiency
IE2
Standard Efficiency
IE1
05. Sep 14
Impact Energy Inc.
© EMSA 2014
*) Output power: 0.12 kW - 1000 kW,
50 and 60 Hz, line operated
2-, 4-, 6- and 8-poles
Figure 2
Testing Standard
IEC 60034-2-1
incl. stray load losses; rev.
2014 **
Preferred Method
Summation of losses with
load test:
PLL determined from residual
loss
**) for 3-phase machines,
rated output power < 1000 kW
****) Minimum Energy Performance Standard
Performance Standard
Mandatory MEPS ****
National Policy Requirement
Canada (< 150 kW)
Mexico (< 150 kW)
USA (< 150 kW)
South Korea 2015
Switzerland 2015
Japan 2015 Toprunner
EU 28*** 2015 / 2017
Australia
Brazil
Canada (> 150 kW)
China
European Union (EU 28)
Mexico (> 150 kW)
South Korea
New Zealand
Switzerland
Turkey
USA (> 150 kW)
Costa Rica
Israel
Taiwan
"bold" means in effect
***) European Union (2015: below 7.5 kW),
2017: IE3 or IE2 + Variable Speed Drive
Minimum Energy Performance Standards (MEPS) for motors
Motor systems: complexity is increasing
The higher integration adds complexity and thus requires better training for engineers in the planning
and operation field. The large energy efficiency savings come from systems improvement, not from
only changing and old motor with a new one. This means that the variable frequency drive (VFD) and
the IE3 motor, as well as the mechanical equipment (gear and transmission) will need to be closely
fitted with the application (pump, fan, compressor) to be operated in the best load point and integrated
also into higher level controls with parallel operated production machines.
Variable Frequency Drives are becoming standard
Converter efficiency (%)
Converter efficiency
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
S/T (90;100)
S/T (50;100)
S/T (90;50)
S/T (50;50)
S/T (50;25)
0.1
Figure 3
1
10
100
Motor output (kW) log scale
1000
More applications today require
VFDs for their load management and
for the integration into higher level
control systems. An oversized motor
with a VFD cannot operate with high
efficiency. Therefore, proper sizing is
becoming even more important than
before.
A global attempt is made in IEC
61800-9 to standardize test methods
and efficiencies for converters and
the combination of motors and converters.
VFD efficiency at different speed (S) and torque (T) (NP IEC 61800-9-2, 2014)
Possibilities of international and national initiatives in the area of
energy efficiency: the case of Switzerland
Walter Steinmann
Director
Swiss Federal Office of Energy SFOE
3003 Bern
[email protected]
Energy Strategy 2050
In 2011, the Federal Council and Parliament decided that Switzerland is to withdraw from the use of
nuclear energy on a step-by-step basis. In view of this, the Federal Council has developed a long-term
energy policy (“Energy Strategy 2050”) based on the revised energy perspectives. And at the same
time, it has produced an initial package of measures aimed at securing the country’s energy supply
over the long term. In the initial stage, the Federal Council’s new strategy is to focus on the consistent
exploitation of the existing energy efficiency potentials and on the balanced utilisation of the potentials
of hydropower and new renewable energy sources. Then at a later stage, the Federal Council wants
to replace the existing promotion system with an incentive system for climate and energy policy.
Energy efficiency in the industry and services sectors
The energy efficiency potential in the trade, industry and services sectors is considerable. Electric
motors account for 48 percent of overall electricity consumption in Switzerland. The efficiency potential
of electric drives in the industry sector is estimated at around 20 to 30 percent. In order to realise this
potential, measures need to be implemented at the systems level, i.e. operation has to be brought into
line with demand, and entire processes and systems need to be optimised.
With “Energy Strategy 2050”, one of the objectives is to exploit the efficiency potentials in companies
in the industry and services sectors to the greatest possible extent. Already existing central
instruments, including target agreements with companies in combination with exemption from the CO2
tax, and financial promotion instruments (above all, competitive tenders), are to be further developed.
Target agreements with companies:
In Switzerland, energy-intensive companies can be exempted from the CO2 tax and grid surcharge
(the latter primarily finances feed-in tariffs) if they conclude an agreement to increase their energy
efficiency and reduce their CO2 emissions. Companies whose energy bill exceeds 5 percent of their
operating costs qualify for partial exemption, while those whose energy bill exceeds 10 percent of their
operating costs qualify for total exemption as long as they invest 20 percent of the exemption in
efficiency measures.
Efficiency project tenders:
Calls for tenders (“ProKilowatt” scheme) are an existing competition-based promotion instrument that
is used for supporting programmes and projects aimed at reducing electricity consumption. They are
addressed to companies in the industry and services sectors, as well as households. Project funding
for the existing bidding scheme for efficiency projects is to be gradually increased in the framework of
Energy Strategy 2050 from the current level of 19 million Swiss francs (15 million euros) per annum to
50 million Swiss francs (40 million euros) by 2020. The scheme supports efficiency projects with
commercially unviable, lengthy pay-back periods. Projects are judged on the basis of the amount
saved per unit of energy (in Swiss francs), and financing is effected via the same grid surcharge that is
used for feed-in tariffs.
Coordinated Energy Research action plan
Already in March 2013, Parliament approved an additional 202 million Swiss francs (166 million euros)
for public research and development expenditure in the period from 2013 to 2016. A portion of this
funding is to be used for the development of the seven Swiss Competence Centres for Energy
Research (SCCER). Two energy efficiency networks are being developed, namely Future Energy
Efficient Buildings and Districts, and Efficiency of Industrial Processes.
The Coordinated Energy Research action plan is an important instrument for strengthening
Switzerland as a research centre and thus enhancing the innovative capacity of domestic companies
in the energy sector.
International initiatives: Switzerland as a developer and manufacturer of
electric drives
Switzerland has a lengthy history of industrial production, and has repeatedly succeeded in developing
innovative, highly specialised equipment. The “Varspeed” frequency converter that was installed at the
Grimsel 2 pump storage power plant in March 2014 is a prime example: “Varspeed” is the most
powerful frequency converter that has ever been installed in a hydropower plant anywhere in the
world, and was developed by Swiss-Swedish group, ABB. It is as powerful as a thousand motor cars,
and its installation has enormously increased the operating efficiency and flexibility of Grimsel 2 pump
storage plant.
Fig. 1: “Varspeed”, KWO
There are many other renowned manufacturers of electric motors and drives, who supply unique
technologies and customised solutions and innovations.
The measures within the scope of Energy Strategy 2050 and the Coordinated Energy Research action
plan form a political framework that provides an ideal basis for the development of innovative electric
drives and motors in Switzerland. With the target agreements, energy-intensive companies have a
financial incentive for becoming more energy-efficient, which in turn creates a market for efficient
drives. The “ProKilowatt” scheme supports programmes and projects aimed at reducing electricity
consumption in companies, which promotes investment in energy efficiency. And the Coordinated
Energy Research action plan supports research and cooperation between companies and research
institutions, which will facilitate the development of more energy-efficient technologies.
Motor Market Update
Alex Chausovsky
IHS Technology – Industrial Automation
3301 Northland Drive, Suite 400
Austin, TX, USA
[email protected]
The global motors market continues its slow grind towards higher efficiency
The world market for low voltage integral horsepower (LVIHP) motors is estimated to have been worth
approximately $15.5 billion in 2013, with nearly 50 million units shipped during the year. After witnessing robust growth in 2011, the market slowed sharply in both 2012 and 2013, with unit shipments increasing an average of about 3% per year. This slowdown corresponded to a recession in Europe and
stong economic headwinds in developing markets like Brazil, China, India and Russia. North America
was one of the bright spots for the global motors market due to the robust growth in the oil and gas
sector as well as the resulting boom in the chemicals industry that is benefitting from low- cost natural
gas feedstock supplies. In the first half of 2014, the motors market has seen a slight improvement,
with a timid but marginally positive economic picture emerging in the Eurozone, a surprisingly strong
performance in the United Kingdom, and a stabilization of demand in China and India. With the picture
largely unchanged in North America, the market is expected to perform better in 2014 than it did in
2013, with unit growth expected to surpass 4%.
The suppressed economic environment is one of several factors that continue to contribute to a slow
market transformation to more efficient motors. The existence of many exceptions within the various
pieces of regional minimum efficiency performance standards (MEPS), a lack of enforcement of these
standards and a significant disconnect between the individuals purchasing the motors and those responsible for using, maintaining, and paying for the operational costs of these machines, continue to
limit the effectiveness of the well-intentioned regulations. In 2013, IE1 motors remained the largest
market segment in terms of both revenues and units. With more than 31 million IE1 motors shipped
worldwide in 2013, with an associated market value of nearly $7 billion, these machines accounted for
more than 60% of total unit shipments globally.
The majority of the IE1 market is concentrated in Asia, Eastern Europe, Middle East, Africa and Russia, where no energy efficiency regulations for LVIHP motors exist. Even China, which officially began
its transition to higher efficiency IE2 motors in late 2012, continues to remain a largely IE1 market to
this day. Because customers of all types, including OEMs and end-users, continue to take advantage
of the exclusion of certain product categories from the current regional regulations, low efficiency motors are still sold in significant quantities in the regulated markets of North America, Western Europe,
Brazil, and South Korea, well beyond their intended phase-out dates.
Although the efficiency transitions are not occurring nearly as fast as desired, the good news is that
change is happening. Slowly but surely the proportion of the global LVIHP motors market that comprises IE2 and IE3 motors continues to rise. According the annual research studies conducted by IHS
on the market since 2008, the peak of the transitions usually occurs in year three or four, with the full
market transformation to the next efficiency level nearly complete within five to seven years. With this
in mind, IHS predicts that revenues for IE3 (NEMA Premium) motors are on course to almost double
by 2018 to more than $8 billion globally, at which point they will exceed the revenues of IE1 motors for
the first time ever. Similarly, the IE2 motor category is also projected to surpass $8 billion by 2018,
which means that the combined value of IE2 and IE3 motors sold worldwide that year will account for
nearly two-thirds of total revenues. It will take longer for the unit volume to catch up, as the IE2/IE3
shipments are expected to comprise a 55% share of the global market that year, while IE1 machines
still account for nearly 44% of total unit shipments (please see Figure 1).
A revised approach to driving market transitions will be partly responsible for the above results. Updates to existing regulations in the United States were finalized in early 2014 by the U.S. Department
of Energy (DoE). Similarly, the European Commission updated its ErP Directive (Article 1 of the EU
MEPS) in late 2013. Both of these policy updates are expected to address the lingering persistence of
exempted lower-efficiency class motors in the respective markets.
Discussions were held in both regions over the last two years focusing on the best way to amend the
existing regulations and eliminate the exceptions that made it possible for low efficiency motor types to
continue being sold legally. Initially, the focus of the discussions was centered on only increasing the
efficiency of currently covered motors to IE4 or beyond, or upping the power range scope above the
current ceiling of 500 HP or 375 kW. However, the final outcome of these discussions has been quite
different and much more progressive in its approach. The DoE’s solution involves the inclusion of
more motor types, such as gear motors used in elevators and escalators, and vertical shaft pump motors used in water and wastewater and irrigation applications. The European Commission’s solution
involves setting higher levels for ambient air temperature and operating elevation, and lower temperature ranges for water-cooled motors.
IHS believes that the newly updated regulations will increase market penetration of both the IE2 and
IE3 motor categories by requiring previously unregulated motor types to achieve higher efficiency levels. This approach will create fewer opportunities for motor users to take advantage of exceptions to
the legislation, and ultimately, accelerate the transformation of the market to higher efficiency motors.
Figure 1
The World Market for Low Voltage Motors
IE1
IE2
IE3
IE1 v. IE2 v. IE3 Unit Shipments: 2009-2018
40,000
Brazil starts
IE2 shift
EU starts IE2
shift
35,000
Units (k)
30,000
China starts
IE2 shift
25,000
EU (Ф2) &
Japan start
IE3 shift
20,000
15,000
10,000
US starts
IE3/NEMA
Premium™ shift
EU (Ф3) &
China start
IE3 shift
Canada starts
IE3/NEMA
Premium™ shift
5,000
0
2009
Source: IHS
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
Oct-14
NEMA and IECEE GMEE “Global Motor Energy Efficiency” Program
Dan Delaney
Regal Beloit
Fort Wayne, IN USA
[email protected]
Over the past twenty years the motor industry has made significant efforts to improve electric motor
energy performance. Arguably the most effective stimulus for this improvement has been MEPS
(Minimum Energy Performance Standards) and national energy efficiency regulations. However, one
of the obstacles limiting the global growth of energy efficient motors is navigating the various MEPS
rules and regulations at the various national and regional levels. While many of these global motor
regulations have similar registration processes, each one varies from the next. Below are important
considerations in the typical motor energy efficiency regulation process.
•
•
•
•
Motor Efficiency Test Standard
Product Definition (Scope of Regulated Motors)
Test Laboratory Qualification
Registration and Certification
o Minimum number of test samples
o Labeling or Product Marking (Nominal Efficiency Definition – National
Differences)
o MEPS (Minimum Energy Performance Standard)
Enforcement and Compliance Testing Differences in the various national regulation processes can be
as simple as a different label to as complex as having to coordinate dozens of motor samples to be
tested in the local country. These inconsistencies in global regulations have resulted in limiting the
customer’s choices for compliant high efficiency motors. Lastly, most of these regulations lack a
robust enforcement or verification policy to ensure compliant motors stay compliant and restrict nonregistered motors from entering the marketplace.
Global Motor Energy Efficiency Program
NEMA attempted to address this lack of enforcement issue with the development and subsequent
release of the NEMA Premium License program. This voluntary motor efficiency program provides a
certification program based upon the US DOE (Department of Energy) motor energy efficiency
regulation codified in the Code of Federal Regulations (CFR) at 10 CFR Part 431. This program has
been a global success with 18 global motor manufacturers participating. In the effort to continue the
benefits of the program’s success NEMA and the IECEE have partnered to expand the global reach
of the NEMA Premium License. The IECEE is the conformity assessment wing of the IEC and
currently operates the globally recognized CB (Certification Body) Scheme in addition to other
associated programs such as IECEx. The CB Scheme is the only globally recognized conformity
assessment scheme and is widely accepted in all parts of the world for electrical and electronics
products with over 50 countries participating. NEMA and IECEE have focused their efforts on
addressing the following key issues.
•
•
•
•
•
Lack of common certification process (registration, sample selection, test laboratory
requirements, test standards, efficiency levels and efficiency marking)
Lack of globally recognized label or mark for motor efficiency
Lack of enforcement policy (verification testing and border enforcement)
Global certification program that can be adopted by developing nations and regions
Benefits to existing national and regional regulations to alternatively accept a globally
recognized efficiency program
IECEE WG2D Working Group
IECEE Working Group 2D is a global team of motor manufacturers, certifying bodies and other
interested participants organized into two separate task forces with WG2Da “Strategic” focused on the
planning and marketing of the program while WG2Db is concentrated on the technical and
certification details of the program. WG2D actions and completed items are as follows.
WG2Da – Strategic Actions
• Approved GMEE/GMLP Business Plan
• IECEE GMEE Operational Document drafted
• US DOE approval of IEC 60034-2-1
• GMEE Marketing Plan to engage National/Regional Regulatory and Conformity Assessment
Bodies
• Member attendance from IECEE Ex Scheme and UNECE
WG2Db – Technical Actions
• Completed Motor Efficiency Test Standard Comparison (IEC vs. IEEE vs. CSA)
• Released IEC Efficiency Test Report Form in latest IEC 60034-2-1 edition
• Certification process instructions (number of samples, number of tests, lab qualifications,
AEDM / math models, etc.)
• National Differences (Country Specific variations regarding test procedure, lab qualification,
regulations, marking, certification, verification, etc.)
It was determined that the best approach to launch this program would be a two phase approach.
Phase 1 titled GMEE (Global Motor Energy Efficiency) would provide an IECEE CBTC (Certification
Body Test Certificate) but would delay the label program. The GMEE program can be launched
quickly and not require global regulatory approvals. Phase 2 titled GMLP (Global Motor Labeling
Program) would incorporate the full labeling program and include global regulatory participation.
Figure 1 below provides a summary of the proposed two phases.
Figure 1 – GMEE Two Phase Approach
It is the goal of WG2D to have Phase 1 of the GMEE program launched by midyear 2015. Phase 2 GMLP currently does not have a completion date, but WG2D has already begun efforts to engage the
various national regulatory contacts and introduce our efforts to them. In order to develop and launch
a successful global motor efficiency program it will take effective collaboration between motor
manufacturers, national/regional regulators, certification bodies and customers.
The IECEE WG2D is committed to developing this program to provide a consistent scheme that helps
existing and new MEPS-based programs address the key elements of a successful motors initiative.
Participation in this program is welcome from all parties interested in improving the final product.
2
European experience in motor and motor system MEPS
Marcos González Álvarez
European Commission – Directorate General for Energy
Rue de Mot 24, B-1040, Brussels
[email protected]
Background
The Ecodesign Directive 2009/125/EC establishes a framework for the setting of ecodesign requirements for energy-related products. It is a key instrument of the European Union policy for improving
the energy and other environmental aspects of products placed on the market or put into service in the
European Economic Area (EEA). It is an important instrument for achieving the objective of 20 % energy savings by 2020, and its implementation is one of the priorities in the Commission's Communication on Energy 2020 and Energy Efficiency Plan 2011.
Electric motor systems were already identified as relevant from an energy efficiency point of view in
2005 and they were listed in Article 16 of the previous ecodesign Directive (2005/32/EC). Therefore,
since the beginning of the Ecodesign activities, motor systems, which are widely used in the European
Union, have been a priority product group to be considered for implementing measures.
In 2009, with the aim of improving the penetration of high-efficiency electric motors in the European
market, Regulation 640/2009 with regard to ecodesign requirements for electric motors was published.
This Regulation sets minimum energy efficiency requirements for induction motors with a rated output
between 750 W and 375 kW.
However, the scope of the existing Regulation only covers part of the electric motors placed on the
market. In order to evaluate the adequacy of covering motors in a different power range or using other
technologies, a preparatory study (Lot 30) was launched in 2012. The main results of this preparatory
study are summarized below.
Environmental significance
With a total estimated energy use of 1300 TWh/a and energy losses of 146 TWh/a, the environmental
significance of electric motors and variable speed drives (VSD) in terms of energy use is obvious.
Table 1. Breakdown of energy use and losses, by product.
Description
Power Range
Small induction motor - 1 phase
Small induction motor - 3 phase
Medium induction motor (Small)
Medium induction motor (Medium)
Medium induction motor (Large)
Large induction motor – Low Voltage
Large induction motor – Medium Voltage
VSD - Very Small
VSD - Small
VSD - Medium
VSD - Large
VSD - Very Large
Total
0.12 - 0.75 kW
0.12 - 0.75 kW
0.75 - 7.5 kW
7.5 – 75 kW
75 – 375 kW
375 - 1,000 kW
375 - 1,000 kW
0.15 - 0.75 kW
0.15 - 7.5 kW
7.5 – 75 kW
75 – 375 kW
375 – 750 kW
Energy Use
[TWh/a]
Energy Losses
[TWh/a]
110
71
71
173
372
369
135
35
23
14
18
21
18
5
7.5
6.2
3.2
2.2
12
146
400
1300
The table above provides a breakdown of the energy use and energy losses of electric motors and
VSDs in the European market per year. Medium size motors are already covered by Regulation
640/2009 and represent 48% of the total market in terms of energy use.
Nevertheless, 60% of the losses on electric motors between 120 W and 1 MW have not yet been addressed.
Proposed measures
The preparatory study has shown that significant energy savings can be achieved by implementing a
number of policy options, including:
•
•
•
•
•
•
•
•
Small single phase motors (120 W – 750 W) to be at least IE2 efficient from 2018. The energy
savings for this option are estimated at 4.6 TWh/a in 2030. It is estimated that 70% of these motors are integrated into products already covered by another Regulation. Nevertheless, it is proposed to cover also motors integrated into other products in order to avoid loopholes in the implementation of the legislation.
Small three phase motors (120 W – 750 W) to be at least IE2 efficient from 2018. The energy savings for this option are estimated at 9.96 TWh/a in 2030.
Large low voltage (below 1000 V) motors (375 kW – 1000 kW) to be at least IE3 efficient from
2018. The energy savings for this option are estimated at 3.1 TWh/year in 2030.
Large medium voltage (1000 V – 6600 V) motors (375 kW – 1000 kW) to be at least IE3 efficient
from 2018. The energy savings for this option are estimated at 1.1 TWh/a in 2030. The main barrier for the implementation of this measure is the absence of an international efficiency classification
for motors with a rated voltage above 1000 V. It is to be considered that other major economies
have already regulated these motors.
Removal of option of using an IE2 motor when a VSD is used from 2020. The energy savings of
this option are estimated at 2.7 TWh/a in 2030. From January 2015 the minimum requirements in
the EU will allow the use of a less efficient motor if combined with a VSD. The Regulation could be
simplified by making IE3 the minimum requirement in Europe.
Including explosion proof and brake motors in the scope of the Regulation from 2018. The energy
savings of this option are estimated at 0.9 TWh/a in 2030. Certain types of motors are excluded
from the application of Regulation 640/2009, the scope of the Regulation could be extended, leading to additional energy savings.
Medium and large motors (750 W – 1000 kW) to be at least IE4 efficient. The energy savings of
this option are estimated at 5.6 TWh/a in 2030. The sensitivity analysis presented in the preparatory study should be reviewed in order to understand the cost effectiveness of this measure under
a range of operating conditions. IE4 induction motors are already available over a wide power
range, although so far with limited manufacturer availability and very low sales. In addition there
are practical considerations that will need to be taken into account, including the need to use nonstandard frame sizes. So while it is true that it is technically challenging, especially in the small
sizes, it is clearly possible to overcome these problems and produce commercial products. If the
IE4 market develops well in the next years IE4 could become the most adequate minimum requirement, the savings derived from such measure could be important, but its applicability should
be re-evaluated in the future.
Minimum requirements for VSDs (IE1). The energy savings from this option are limited. The VSD
market is dominated by models with IE1 performance (as defined in prEN 50598-2 standard) or
above this level. It would be beneficial to remove from the market VSDs with performance below
IE1 in order to ensure that the worst performing models are removed from the market.
These proposals will be discussed with stakeholders and Member States on the 29 September 2014.
Following this consultation the Commission services will need to carry out the relevant Impact Assessment and Inter Service Consultation with the aim of discussing the measures on the Ecodesign
Regulatory Committee electric motors with Member States during 2015.
Japan starts with mandatory motor requirements
Takeshi Obata
Chairman of JEMA High-efficiency motors Promotion Committee
Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd.
1-1, Higashinarashino 7-Chome, Narashino-shi, Chiba-ken, JAPAN
e-mail [email protected]
Introduction
The Top runner scheme will be applied to industrial induction motors from Fiscal Year 2015 in Japan,
as one of the operation of The Energy Conservation Law (hereinafter referred as “ECL”). The purpose
of this law is efficient energy use. This paper shows the obligation that Top runner motors should have
their estimated effect for energy saving.
The obligation of Top runner motor (for manufacturer and importer)
The obligation of Top runner motor is different from that of MEPS (Minimum Energy Performance
Standards). Every motor manufacturer (importer) must report the average efficiency value that they
sell during one fiscal year on each category to METI (Ministry of Economy, Trade and Industry). The
regulated efficiency of each category is defined on IE3 4 pole motor efficiency (Figure 1 and Table 1).
The time average of the efficiency defined multiplier used for 2 pole and 6 pole motors. Every report is
checked by METI. If, the manufacture could not fulfill regulated efficiency, legal action would be imposed on them.
ECL requires a standard for each top runner product. JIS C 4213 is published for Top runner motors.
This standard prescribes IE3 efficiency, test method based on IEC 60034-2-1 with Low Uncertainty,
and so on. The application of rated output power and frame sizes is listed only for reference to match
up with conventional motor installations (Table 2).
The obligation of Energy Users based on the ECL
Energy users are requested to make reasonable efforts to reduce, energy consumption intensity of
their company as a whole or each factory etc. by 1% or more on an annual average in medium- and
long- term.
In addition, Major energy users specified by ECL are obliged to submit medium-to-long term plans
such as replacement to highly energy-efficient facilities. For preparation of such plans, Government
provides a guideline in which presenting practical names of such highly energy-efficient facilities.
Next step
The rule for Top runner products have to be revised every 3 to 4 years, they could improve efficiency
or expand coverage. Top runner motor also will be studies again after 2015.
Conclusions
st
The regulation of Top runner motor is on schedule to start April 1 2015. It has a potential to reduce
15.5 TWh/a electricity. It saves 5.3 Mton/a CO2 or more greenhouse gas.
Japan makes a new commitment to reduce greenhouse gas by 3.8% from 2005 until 2020. The reduction amount would be 51 Mton-CO2. Top runner motor is an excellent way to achieve this commitment.
Target
Time Frame
Regulation
2016.4
2015.4.1
Nominal efficiency
2017.4
Tolelace
M
E
P
S
Efficiency
distribution of the
motor producted.
Every motor must meet regulation.
MOTOR
Products
cannnot be sold.
Average efficiency
2016.4
2015.4.1
T
O
P
Efficiency
distribution of the
motor producted
in category.
MOTOR
Manufacturer
&
MOTOR
Inporter
R
U
N
N
E
R
Regulated efficiency
2017.4
Report to METI.
Report to
METI.
Average efficiency in Category
during one fiscal year.
Average efficiency
Figure 1, The obligation of Top runner motors
60Hz
50Hz
from
to
Regulated
efficiency
［%］
1
0.75kW
≤ 0.925kW
85.5
14
0.75kW
82.5
27
37kW
93.9
2
> 0.925kW
≤ 1.85kW
86.5
15
1.1kW
84.1
28
45kW
94.2
3
> 1.85kW
≤ 4.6kW
89.5
16
1.5kW
85.3
29
55kW
94.6
4
> 4.6kW
≤ 9.25kW
91.7
17
2.2kW
86.7
30
75kW
95.0
5
> 9.25kW
≤ 13kW
92.4
18
3kW
87.7
31
90kW
95.2
6
> 13kW
≤ 16.75kW
93.0
19
4kW
88.6
32
110kW
95.4
7
> 16.75kW
≤ 26kW
93.6
20
5.5kW
89.6
33
132kW
95.6
8
> 26kW
≤ 33.5kW
94.1
21
7.5kW
90.4
34
160kW
95.8
9
> 33.5kW
≤ 41kW
94.5
22
11kW
91.4
35
200～375kW
96.0
10
> 41kW
≤ 50kW
95.0
23
15kW
92.1
11
> 50kW
≤ 100kW
95.4
24
18.5kW
92.6
Others
Defined
by eguation
12
> 100kW
≤ 130kW
95.8
25
22kW
93.0
13
> 130kW
≤ 375kW
96.2
26
30kW
93.6
Rated output power
Category
Category
Rated output
power
Regulated
efficiency
［%］
Category
Rated output
power
Regulated
efficiency
［%］
36
Regulated efficiency : IE3
Table 1, Categories of Top runner motors
Rated Output Power
（kW）
2P
0.2
0.4
0.75
1.5
2.2
―
3.7
5.5
7.5
―
11
15
―
Frame
No.
4P
0.2
0.4
0.75
1.5
6P
―
―
0.4
0.75
2.2
3.7
5.5
1.5
2.2
3.7
100L
112M
132S
7.5
―
5.5
―
132M
160M
11
7.5
63M
71M
80M
90L
Rated Output Power
（kW）
2P
18.5
―
22
―
30
―
37
45
―
55
―
4P
―
15
6P
―
11
18.5
22
―
30
15
Frame
No.
160L
180M
―
―
18.5
22
―
37
45
―
55
30
37
―
45
180L
200L
Rated Output Power
（kW）
2P
75
―
90
―
110
―
132
―
160
―
4P
―
75
―
90
―
110
―
132
―
160
6P
―
55
―
75
―
90
―
110
―
132
up to 375
225S
Table 2, Rated Output Power and frame number of Top runner motors
Frame
No.
250S
250M
280S
280M
315S
Not
defined
Status of implementation of IE3 Efficiency Class as Industrial Motor’s MEPS in Brazil
George Alves Soares
Centrais Elétricas Brasileiras - ELETROBRAS
Av. Rio Branco, 53 - 13o andar
20090-004 Centro Rio de Janeiro - RJ
Brasil
e-mail: [email protected]
Summary
Brazil has a huge industrial motor market. There are two causes impelling this fact. The first is Brazil is
one of the tenth biggest economies with a strong industrial sector and the other is the well-established
machine manufacturer sector. Figure 1 shows the participation of motor electric energy consumption
in the industrial electric energy consumption. The last national production estimation was about 1.8
millions of units per year.
Electricity use in Industry
Motor
18%
6%
Other
3%
10%
62%
Electrochemical
Lighting
Refrigeration
1%
Direct heating
Figure 1: Consumption of electric energy by end-use in the Brazilian industrial sector
(Source: End-use Energetic Balance – BEU 2005)
This importance led the Brazilian government to promote energy efficiency in this equipment since
1986 . In terms of minimum efficiency levels the first tables were proposed in voluntary basis in 1998
coming from the efforts of PBE, coordinated by the Instituto de Metrologia Nacional - INMETRO (Brazilian regulatory institute for weights and measures) and PROCEL run by Centrais Elétricas Brasileiras
- ELETROBRAS. During the 2001 energy crisis, the Act 10295 of October 2001 made the Executive
Power responsible for implementing specific requirements regarding maximum levels of energy consumption or minimum levels of energy efficiency for equipment. This regulation for all energy consuming equipment was established by the Executive Order 4059 of December 2001, which instituted the
Comitê Gestor de Indicadores e Níveis de Eficiência Energética – CGIEE (governmental energy efficiency indicators regulation and management office), who is responsible for designing specific regulations for specific types of equipment through technical committees.
In 2002, CGIEE selected industrial induction motor to be the first equipment to have mandatory efficiency level. The Specific Motors Regulation became a reality through Presidential Order (PO) 4508 of
December 11, 2002.
That regulation included three-phase induction motors from 1 to 250 hp, 2, 4, 6 and 8 poles, continuous operation, 600 V maximum, establishing two minimum efficiency levels, one for standard motors
(similar to IE1 values) and other for high efficiency motors (similar to IE2 values), separated or as part
of end-use machinery, imported or manufactured in the country. The wide scope of this regulation
encompassed approximately 70% of the market, and also the innovative aspect of setting up the Target Program that shall indicate the next step of minimum energy efficiency levels evolution so it became a process of efficiency improvement.
The Target Program focused to eliminate the table for standard motors and the new minimum efficiency level table was that one of the high efficiency motors. After studies and surveys, the Target Program became real through the Joint Ministerial Order 553 of December 8, 2005, executed by the Minister of Mines and Energy; the Minister of Science and Technology; and the Minister of Development,
Industry, and Foreign Trade. This ordinance confirmed the proposed table and established 4 years to
enter in force for separated motors and an additional 6 months for the inventory to be sold and 4 years
in a half for end-use machine and an additional 6 months for the inventory of these machines to be
sold.
INMETRO published the order 243/2009 and 488/2010 which made mandatory the labeling program
for motors and extend the labeling program for open drip proof motor in order to complete the legal
infrastructure of regulation. Responding the demand from the OEM sector, INMETRO postponed the
regulation for more 6 months for motors inside the machines.
Since December of 2009 for separated motors and December of 2010 for motor parts of other machines, the regulation is in place. After some years running these efficiency levels is time to analyze
the next step.
This paper presents the status of MEPS implementation in Brazil and the studies and activities are
taking place in order to implement an IE3 efficiency class table as minimum mandatory efficiency levels for induction motors, including an analysis which indicates the saving obtanied from the introduction of a new class of Premium Motors are significant and can account for about 4% of the national
energy saving target for 2030.
It is preliminarily estimated that the impacts on the steel market and on motor prices for motor users
shall not pose constraints since the industry is prepared to meet the future demand of silicon steels
and the motor users will have economic benefits from the higher efficiencies. Even though, these issues will be object of a detailed analysis. The crucial question is related to the OEM sector in which
motors are part of other machines and the price rises reflect directly on prices of these machines. This
sector is highly sensitive to foreign competition, both due to imported equipment and the importation of
finished products. Some experts connect the activity level of this sector with the industrialization level
of a country. The final conclusion is that even with all mentioned difficulties we do believed IE3 Class
as MEPS in Brazil is feasible.
Swiss audit program Easy
Rita Werle
S.A.F.E. - Swiss Agency for Efficient Energy Use
Gessnerallee 38a, CH 8001 Zürich
+41 (0)44 226 30 70,
[email protected]
www.topmotors.ch/Easy
Background
The Swiss audit program Easy (Effizienz für Antriebssysteme / efficiency for motor systems:
www.topmotors.ch/easy) was launched on 1 November 2010 by the Swiss Agency for Efficient Energy
Use (S.A.F.E.). The goal of the program is to retrofit existing motor systems, coupled with financial
incentives, in Swiss mid-size industrial and infrastructure plants and large buildings, with an annual
electricity consumption above 10 GWh. The program has a budget of CHF 1 million from public funds
and runs until 31 October 2014.
Motor-Check
The program follows the Swiss four-step methodology Motor-Check, developed by Topmotors 1, to
systematically analyze and find motor systems with the highest energy savings potential within one
facility (typically one industrial plant).
Figure 1
The fours steps of the Motor-Check methodology and the Easy subsidy
structure. Source: S.A.F.E., 2014
The idea behind the subsidy structure is to help overcome barriers. Industry needs to invest resources
(time, manpower, know-how, financial resources, etc.) and carry out preliminary analyses (Steps 1 - 3
in Figure 1), before actually being able to implement efficiency measures. The rate of the subsidy is
higher for the preliminary analyses, to encourage program participants in executing them.
Results
After four years of operation and assessing 4142 motor systems in 18 industrial and infrastructure
facilities in detail, the results of the program show:
• 56% of motors are older than their operating life expectancy; these older motors are 99% too
old (see Figure 2).
1
Topmotors is a Swiss training and awareness raising program run by S.A.F.E.. Topmotors was launched in 2007 and supported by the Swiss Federal Office of Energy. More information: www.topmotors.ch
motor actual age [years]
60
n=4142
50
40
30
20
10
operating life expectancy
0
0.01
Figure 2
0.1
1
10
100
1000
motor output power [kW] logarithmic scale
Motors are too old. Source: S.A.F.E., 2014
•
•
The average savings potential across all participating facilities and measures is 28%.
There is no systematic monitoring and no continuous improvement practice in place at the facilities to replace / revise old motor systems.
• Facilities lack sufficient internal know-how, time and further resources for the complex and
challenging analysis of the efficiency of motor systems and the elaboration of improvement
options.
Further results are described in detail in [1] and lessons learned in [2].
Way forward
Based on the lessons of the Easy program, S.A.F.E. together with the University of Geneva is building
up a new continued education program "Energy Technology and Management in Industry"( ET&M see Figure 3), in order to enable technical people working in industry to:
•
•
•
•
•
•
assess the efficiency potential of motor systems,
formulate project proposals,
negotiate with original equipment manufacturers, service companies, motor manufacturers
and distributors,
convince upper management to implement efficiency projects,
lead a team of people responsible for energy and energy efficiency within the organization,
evaluate potential costs and savings, taking also into account the life cycle of equipment.
Figure 3
Content of the planned training program ET&M. Source: S.A.F.E., 2014
References
[1]
[2]
Rita Werle, Conrad U. Brunner, Rolf Tieben: "Easy" program for electric motor systems efficiency
th
in Switzerland. In: proceedings of the 8 International Conference on Energy Efficiency in Motor
Driven systems, 28 - 30 October 2014, Rio de Janeiro, Brazil.
Rita Werle, Conrad U. Brunner, Catherine Cooremans: Financial Incentive Program for Efficient
Motors in Switzerland: Lessons Learned. In: proceedings of the Eceee Industrial Summer Study,
2 - 5 June 2014, Arnhem, Netherlands.
Improving Motor System Efficiency in China
ZHENG, Tan
Top10 China
Room 2705, Building No.6 Wanda Plaza, No. 93 Jianguo Road,
Chaoyang District, Beijing, China, 100022
E-mail: [email protected]
Background
Motors are the driving devices of fans, pumps, compressors and other industrial appliances; widely
applied in energy-intensive industries such as metallurgy, petrochemical, building materials and etc. In
China, electrical motors account for 72% of the industrial electricity consumption and 54% of the total
electricity usage of the whole society (A+B International, 2012). The average energy efficiency of
electrical motors in China is 3% to 5% below the international level and the average energy efficiency
of motor system is 10% to 20% lower than that of the countries with advanced technology (MIIT,
2013). The energy-saving potential for China’s electrical motor systems is enormous.
On 10th June 2013, the Ministry of Industry and Information Technology (MIIT) and the General
Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine (AQISQ) have released the National
Motor Energy Efficiency Improvement Plan (2013-2015) to improve policy, technology and industrial
development model on efficiency of motors and motor systems. Also, Chinese central government
initiated financial incentive programs such as “Jienenghuimin” to promote energy-efficient products
and allocated 1.6 billion RMB in 2012 to promote high efficient motors. But as a system, the energy
savings brought by only replacing inefficient motors with efficient ones are limited.
According to Topmotors, an industrial energy efficiency program initiated in Switzerland, motor system
efficiency is determined by every step in the process of transferring electricity into mechanical power
(see Figure 1).
Figure 1, Motor System Efficiency, source: Topmotors Switzerland
Topmotors has developed the ‘Motor-Check’ methodology and tool kit. Through system analysis and
on-site test, it can maximize the overall system efficiency.
Topmotors China Pilot Project
Top10 China has built cooperative relations with MIIT, Zhenjiang city, Jiangsu province where
international best practices are expected to be transformed into effective actions in the China context.
Under this framework of cooperation, Topmotors China Pilot Program was set up in Zhenjiang New
Area. It will provide motor system check, capacity building and system optimization to main energyusing factories in Zhenjiang, and in cooperation with energy service companies (ESCOs), a new
verifiable, replicable and sustainable model of diagnoses and optimization of the motor system will be
established.
In this pilot program, all participating parties are to share liabilities of financial and technological input.
Government will be responsible for organization and coordination, as well as providing financial and
policy support to push and pull main energy-using factories to change. As an independent third party,
Top10 China will introduce international best practices in technology and management to explore
energy saving potential of motor systems in pilot companies and train energy management personnel
of pilot companies. ESCOs will provide financial support and equipment for motor system modification
where pilot companies decide to optimize existing system to achieve a valuable energy savings.
In this presentation, the preliminary findings of this pilot project in Zhenjiang are introduced, the
barriers of improving motor system energy efficiency in China are defined, and the case studies during
the pilot are shown.
Ecopliant – First results of check testing
Sandie B. Nielsen
Danish Technological Institute
Kongsvang Allé 29
DK 8000 - Aarhus
[email protected]
Check testing of motors, circulators and water pumps
The Danish Technological Institute has been conducting compliance check testing on numerous products covered by European Ecodesign requirements for energy using products.
Danish authorities requested the first assignment in the fall of 2011 following the introduction of the
first step of Ecodesign regulations for electric motors (Commission Regulation (EC) No 640/2009),
which went into force on June 16, 2011. In this first step, the requirement for the minimum energy
performance standard (MEPS) was an efficiency level of not less than IE2 for motors in the power
range 0.75 kW – 375 kW (1 hp – 500 hp). On January 1 2015, the next step of this regulation will
come into force, with increased MEPS for European motors of IE3 or use of IE2 motor with a variable
speed drive.
Since the first step of European MEPS, also Swedish and British authorities
have been contracting the Danish Technological Institute to perform both
motor tests and also tests of circulators and water pumps under the European Ecopliant project.
As of September 2014, the Danish Technological Institute has performed accredited tests in terms of
compliance with the Ecodesign regulation for motors, circulators and pumps on the following products:
•
75 Electric motors (0.75 kW – 18.5 kW)
o 44 ≥ IE2 class
o 28 = IE1 class but pass on allowed tolerance
o 3 failed but subsequently passed on three apparatus test
•
23 Circulators (6 non-regulated)
o 13 Passes own EEI declaration (4 using tolerance)
 11 of these would pass next EEI level
o 4 failed, 2 of these now in three apparatus test
o 6 non-regulated all failed
•
5 Water pumps (separate motor test included)
o 100% pass – With good distance!
 All would pass next MEI level
Of the 75 motors only 59% pass without having to take advantage of the allowed tolerance in the Ecodesign regulation, but this number increases from year to year indicating an improved overall tendency
toward better motors.
European minimum efficiency performance index (MEPS) on circulators (641/2009) states both an
upper limit for the energy efficiency index (EEI ≤ 0.27), but also a relation to the declaration made by
the manufacturer of the circulator.
Of the 23 circulators 6 were of the non-regulated type (fixed speed pump) and therefore without a
realistic chance of passing the European MEPS level for circulators. Of the remaining 17 circulators 13
pass by their own declaration fine and 11 of these would even pass the next level of MEPS. Two of
the four failed circulators are now in a three apparatus test.
The European MEPS on circulators goes to the next level (EEI ≤ 0.23) by August 1 2015.
The five water pumps all passed the European MEPS on water pumps (547/2012) and would even
pass the next level of MEPS for water pumps. This goes to the next level by January 1 2015.
The presentation will show the methods used and results of the tests performed including the tendency of the involved products, but also raise questions in terms of actual laboratory testing vs. document
control and on-site testing.
There will also be a short introduction to an ongoing measuring series on several drive types assigned
by the Swedish authorities. This includes performance measurements on 15 kW machines of both
“IE0”, IE2 & IE3 level, Synchronous Reluctance Drive and a Permanent Magnet Drive.
Motor test facility, M-Lab - Danish Technological Institute, Taastrup
NVLAP motor energy efficiency testing – experience with
accreditation and performance
Timothy Rasinski
National Voluntary Laboratory Accreditation Program (NVLAP)
100 Bureau Drive Stop 2140
Gaithersburg, MD 20899-2140
USA
[email protected]
Summary
The National Voluntary Laboratory Accreditation Program (NVLAP) has been accrediting motor efficiency testing labs since 1992. The program was started at the request of the National Electrical
Manufacturers Association (NEMA) to assist motor manufacturers in meeting the requirements of US
federal regulation. Labs are currently accredited to IEEE 112 Test Procedure for Polyphase Induction
Motors and Generators and/or IEEE 114 Test Procedure for Single-Phase Induction Motors (CSA
C747) since 2013. NVLAP currently accredits 13 laboratories in five countries.
The federal regulation allows two methods for motor acceptance, a recognized testing laboratory or
certification body (CB). Testing laboratories are recognized through accreditation by NVLAP. NVLAP
is a signatory of the International Laboratory Accreditation Cooperation (ILAC). ILAC is the international oversight body for testing laboratory accrediting bodies (AB). It uses a regional structure to administer the accrediting bodies. Most countries have a single accrediting body but the US has about
eight.
ILAC
EA
ARAC
AFRAC
Figure 1
APLAC
IAAC
SADCA
Global structure of testing laboratory accreditation bodies
Abbreviations: AFRAC: African Accreditation Cooperation, APLAC: Asia Pacific Laboratory Accreditation Cooperation, ARAC: Arab Accreditation, EA: European co-operation for Accreditation, IAAC: Inter
American Accreditation Cooperation, ILAC: International Laboratory Accreditation Cooperation, SADCA: Southern African Development Community Cooperation in Accreditation.
International oversight of accreditation bodies for certification bodies is performed by the International
Accreditation Forum (IAF) although US motor recognition is not based upon IAF recognition.
NVLAP has conducted two round of motor proficiency testing, Round 1 from 2001 to 2002 and Round
2 from 2005 to 2011. Variation from the group mean is within about 0.5 %. A third round was initiated
in 2013 for small motors, under 1 horsepower, but was cost prohibitive. Considering the cost and
timeliness of reporting the results, future rounds are doubtful.
MOTORS - Data for Each Laboratory
Each point includes two readings
Standard Deviation of Within Lab
Replicates
0.30
200
0.25
1 5
0.20
0.15
50
1
5
1
5
5
200
0.10
50
50-OL
0.05
200
0.00
200
-0.05
-0.75
-0.50
1
50
1
200 50200
50
50200 50
200
50 1
50 5
1 50
-0.25
0.00
0.25
5
200
0.50
0.75
Percent Deviation from Group Mean
Figure 2
Result of motor proficiency testing
Remark: The numbers represent the size (hp) of the tested motors.
Each proficiency testing round consisted of four motors, 1, 5, 50, and 200 horsepower. Approximately
17 laboratories participated in each round, in the first round testing two of the four motors and testing
the remaining two in the second round. The outlier (OL) was flagged based on evaluation per ASTM
E178 Standard Practice For Dealing With Outlying Observations.
New developments in IEC standards for motors driven by converters
Martin Doppelbauer
Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Institute of Electrical Engineering (ETI)
Kaiserstrasse 12, 76128 Karlsruhe, Germany
[email protected]
The revision of the energy efficiency standards
In the last couple of years the landscape of international Energy Efficiency standards has greatly
evolved from the early beginnings, whish included just a limited group of induction motors for grid-fed
operation.
Not all of these standards are finalized and there are still open questions. However, there is now a
generally agreed master plan that is progressively carried out.
There will be four product groups: motors as a component (grid-operated), motors as a component
(fed by frequency converters), frequency converters as a component and motor systems (motor +
converter + auxiliaries).
The determination of losses of grid-operated motors as a component is described in IEC 60034-2-1.
This standard has just been released as a new edition (IEC 60034-2-1 ed 2.0 2014-06).
The determination of losses of frequency converter fed motors is described in IEC 60034-2-3. The first
edition of this document has also been published recently as a technical specification (IEC/TS 600342-3 ed 1.0 2013-11).
The determination of losses of frequency converters as a component and of complete drive systems is
currently described in an European project (EN 50598-2) that is due to be finished in the next months.
This project has now been brought to an international IEC level and will be handled by IEC SC22G
working group 18 (the former ad-hoc working group 17). The task has been started as a new work
item proposal (22G/277/NP), which was accepted in September 2014. The project is now registered
as IEC 61800-9-3.
The energy efficiency classification of grid-operated motors is described in the newly released IEC
60034-30-1 ed. 1.0 (2014-03).
Energy efficiency classification of converter-fed motors will be the topic of IEC 60034-30-2. This project is currently underway in working group IEC TC2 WG31. A first CD has already been published
and the next CD is expected early 2015.
Energy efficiency classification of frequency converters as a component and of motor systems will be
the topic of the new IEC 61800-9-2 project. It is handled together with the other parts of IEC 61800-9,
namely part 1 (extended product approach) and later part 4 (special products).
The future of the IE-Code
The IE-Code is regarded as a universal code for all kinds of components in a drive system like motors,
frequency converters, gearboxes etc. This view of TC2 was already established at the plenary meeting
in Kyoto and has been harmonized with CENELEC SC 22G. Consequently, SC22G will use the IEcode for their new component standards for frequency converters as well.
IE classes IE1 to IE4 for all kinds of 50 Hz and 60 Hz grid-fed motors have already been published in
IEC 60034-30-1. Converter fed motors (including machines that can only be operated on variable voltage and variable frequency like permanent-magnet synchronous-motors) will be included in part 2.
Likewise, IEC 61800-9-2 will contain IE-codes for frequency converters and IES-codes for motor systems.
Energy usage in real-world applications
Real-world applications (pumps, fans, conveyors, hoist drives etc.) differ greatly in their performance
requirements and operating points. However, in order to classify energy efficiency performance of
variable-speed motors a generally accepted procedure must be found. For that reason IEC TC2 working group 31 has decided to define an arbitrary load-cycle that will consist of several (five or six) load
points. A weighted average of the performance in these load points will then lead to the efficiency
classification of the motor, much like the driving cycle gas consumption of cars.
In order to calculate the actual energy usage in a particular application the user must be able to determine the performance of the components and/or the complete motor system in the specific load
points of the application.
For that purpose, an interpolation procedure is under development that will be included in IEC 6003430-2. This procedure is based on the performance in six defined load points (torque / speed). By using
a set of provided formulas the interpolation will then allow the user to calculate the losses (and efficiency) at any other load point according to his requirements.
The state of the art in efficiency measurements on converters and
motors
Andrew H. Baghurst
CalTest
PO Box 546, Port Elliot, South Australia 5212
[email protected]
Introduction
With the question of loss and efficiency measurements in stand-alone motors essentially resolved with
the recent publication of IEC 60034-2-1 Edition 2: 2014, international attention is now focused on both
the performance of motors when converter fed, and on the measurement of losses and efficiency in
converters.
IEC 60034-2-3 – Edition 1 – 2014: As yet, far from the state of the art
Published as a Technical Specification (TS), this document sets out to specify means by which the
effects of converter-feed on motors may be evaluated by the use of a ‘standard’ or ‘reference’ converter.
By far the most significant effect on a motor when converter-fed is an increase in iron losses, a fact
recognised by IEC TS 60034-31 as follows: (from Clause 5.2): ‘Harmonics of voltage and current in a
2
cage induction motor supplied from a frequency-converter cause additional iron and I R winding losses in the stator and the rotor. The total value of these additional losses does not depend on load, and
decreases with increasing switching frequency’.
It thus follows that the increased losses suffered by a converter-fed motor can be identified by a simple no-load test (or at any other non-zero load), by comparing the losses of a given motor when
switched between a nominally sinusoidal supply and a ‘reference converter’-derived supply producing
exactly the same effective voltage at the motor terminals.
Motors represent particularly unstable and unpredictable test objects, however, since their characteristics are strongly dependent on both temperature and recent history. It is for this reason that an A-B
comparison, with measurements made within a very short time of each other, is vital if agreement is to
be arrived at as to the percentage by which a motor’s losses are augmented by converter feed. This
problem is not yet recognised by IEC 60034-2-3.
Nor is there yet any agreement as to how a ‘reference’ converter might be specified, and indeed there
are those who would deny that such a converter might exist. Recent tests have confirmed, however,
that most commonly available converters may be adjusted to operate under ‘reference’ conditions, and
that motors experience very nearly equal increments in losses, regardless of the actual converter used
for the measurements.
Another aspect of IEC 60034-2-3 which renders it unworkable at present is the lack of a definition of
motor voltage under different supply conditions. This has led to considerable confusion, and even
claims that some motors exhibit losses when converter-supplied which are either equal to or less than
those experienced when fed with sinusoidal voltages.
The nature of electrical machines is that their performance is dictated by the peak value of the magnetic flux which is established in their magnetic circuits, and thus if the performance of a given machine is to be studied under different supply voltage waveform conditions, then it is critical that those
supplies be adjusted to produce the same peak magnetic fluxes.
The solution to this problem is the development of a measuring system which allows motor terminal
voltages under different supply waveform conditions to be equivalent. This consideration has led to the
development of a ‘flux voltmeter’ which may be implemented either as a simply ‘stand-alone’ analogue
device or as software in a digital power analysis system.
IEC 61800-9: Measurement of converter losses: What is the state-of-the-art?
The recently mooted IEC 61800-9 series of standards will complement IEC (TS) 60034-2-3; the former
relating to converters without reference to the motors they supply, and the latter dealing with motors in
the absence of a specific converter.
Previous work carried out by CENELEC on this subject has concentrated on ‘semi-analytical models’
of converters in order to estimate, by calculation, the losses which they incur under different operating
conditions. Such calculations will not generally be acceptable as a substitute for actual measurements,
however. Two crucial elements of such a measurement process will be both specification of the
means by which a converter under test is loaded, and the way in which its losses are then to be
measured.
Total converter losses include both those which are load independent and those which are directly
related to load (current magnitude and the number of power switching transitions per unit time). Calculations based on the semi-analytical model proposed by the CENELEC group suggest that the power
factor of the load presented to a converter has little effect on losses, and it follows therefore that motors themselves will represent the best ‘reference loads’ for making converter measurements, providing those motors can draw load currents over a sufficiently wide range (e.g. from about 50% to 100%
of a given converter’s rated current).
Because it is generally not possible to identify the individual power loss components in converters,
there are only two techniques by which to measure losses, and therefore overall efficiency: inputoutput (output/input) methods, in which efficiency is the simple quotient of input and output electrical
power, and calorimetric methods, in which the total losses are measured directly by the total amount
of heat which they produce.
The question thus arises as to which method is best, and whether or not a ‘preferred’ method should
be stipulated. At this stage, the answer is not clear: In the case of (stand-alone) motors, a preferred
method is essential, since the various measurement methods available all need to make somewhat
different assumptions. In the case of converters, however, neither the direct output/input method nor
calorimetric methods need to make different assumptions, and both methods are therefore theoretically capable of producing the same loss and efficiency figures for a given artifact.
Experiments with a very simple, inexpensive calorimeter system suggest that losses in a converter
may be determined with about the same uncertainty as that associated with the best electrical output/input power measurements, but with almost no requirement for calibration, and at very low cost.
Such calorimeters may well represent the ‘state-of-the-art’ for converter loss and efficiency measurements.
The new standards will need to stipulate the load currents and output frequencies (and not speed or
torque in a fictitious motor) at which loss measurements are made. It has been suggested that converter loss measurements be made at points carefully chosen (by the standards writers) to facilitate
the generation of a mathematical surface in the efficiency/load current/output frequency space, in order that the performance of a given converter can then be estimated for as large a number of practical
operating conditions as possible.
Total drive train optimization of industrial fans and pumps considering VFD driven motor, transmission and load
S. Dereyne, P. Defreyne, E. Algoet, K. Stockman
Ghent University Campus Kortrijk
Graaf Karel de Goedelaan 5
B-8500 KORTRIJK
BELGIUM
[email protected]
Introduction
Standards and mandatory legislations concerning minimum efficiencies of electric motors have entered our world of electromechanical drive trains over the last years. It was a logical step to consider
these elements as they account for the largest amount of energy consumption in the European industry. The European ecodesign measures count for 40% of total estimated savings in electric motors by
2020. However, not only the driving motor has to be considered when it comes to optimizing the drive
train efficiency. This paper shows the saving potential in other drive train components based on
measurement campaigns during several research projects at Ghent University Campus Kortrijk.
Drive train components efficiency
Due to legislations on motor efficiency, manufacturers have pushed themselves to construct “IE4”levelled motors which are often based on other principles than the well-known induction machine.
When it comes to further raising this motor efficiency in the future, it seems that technological limits
are almost being reached.
A lot of energy saving potential can be found in the other components following the motor. Gearboxes
or belts and the efficiency of the load itself often carry more saving potential than the electric motor
and often at lower investment costs. For a long time, it seemed legislation on drive train efficiency had
forgotten these components. MEPS for transmissions such as gears for instance simply don’t exist.
Catalogs sometimes give a single efficiency value, but information on the measurement methods is
not available. Research during past projects at UGhent Campus Kortrijk reveals that the reliability of
these catalog numbers is often very low [1]. Figure 1 shows the differences between catalog efficiency
and measured efficiency at UGhent Campus Kortrijk for different kind of gearboxes. As figure 1 shows,
differences up to 25% have been found during this campaign [2] [3].
Figure 1, Catalog versus measured nominal efficiency gearboxes 0.34-5.6 kW / i=11-90, UGhent
Campus Kortrijk
Extended Product Approach
Recent evolutions in standardization are slowly shifting towards an Extended Product Approach. This
methodology takes into account the overall efficiency and hence requires information on the efficiency
of all components including transmissions. Examples of this total system approach are the latest EU
directives on circulator pumps [4] [5], air conditioning systems [6], domestic comfort fans [6] and indus-
trial fans [7]. The European Regulation 327/2011 for industrial fans for example considers as minimum
efficiency level the overall system efficiency. This is defined as the electrical input power versus output
airflow/pressure. This system approach demands a thorough analysis of all the different parts of the
drive system in order to make a sound technical and economical choice on which part to invest to rise
the overall system efficiency.
An industrial fan case study
A case of a speed regulated, belt driven industrial fan for cooling animal food pellets during production
is used to illustrate the possibilities of optimizing the different drive train components. Both the motor,
transmission and the fan are considered.
The original motor is a 22 kW, 4 pole induction motor (IM), with an efficiency level below IE1. Electrical
measurements show an electric input power of 11 kW which indicates the oversizing of the motor.
Taking into account the load profile (40% full load, 40% @ 70% speed, 20% @ 50% speed), the efficiency of the original motor drive system is estimated at 87,6%. An 11kW IE3 IM alternative and (according to IM levels) IE4 Synchronous Reluctance Motor are evaluated based on test bench results at
UGhent. The IE3 alternative results in an efficiency rise of 3.4% (-2.9% in kWh), the SynRM alternative in a rise of 9.25% (-7.3% in kWh). This last result indicates the potential of “IE4”-alternatives coming on the market with other technology than IM. Most of these technologies have the advantage of
keeping higher efficiency in partial load compared to IM (figure 2).
Efficiency map total drive system / 11kW / SynRM / 1500rpm / vector control
100
100
120
80
60
85
76
60
40
81
40
79
20
0
0
65
42
20
40
88
87
83
86
87
86
20
70
60
120
100
80
Speed (% rated)
140
160
180
200
0
100
Torque (% rated)
82
Efficiency (%)
Torque (% rated)
80
88
86
100
89
90
87
86
80
91
80
60
84
81
60
64
91
40
91
40
20
0
0
75
61
42
20
80
40
83
60
86
88
90
89
80
100
120
Speed (% rated)
86
140
20
88
83 79
160
180
200
0
Figure 2, Evaluating speed controlled IE3 IM versus SynRM for a typical fan characteristic, UGhent
Campus Kortrijk
Using the direct drive principal by eliminating the (often oversized) belts in the system has proven in
the past to result in a efficiency gain of 2-4%.
At last the fan itself is considered. Based on airflow and pressure measurement in the system the fan
efficiency is estimated at 30% which again indicates an incorrect dimensioning of the fan in this case.
By downsizing the fan, the fan efficiency can rise up to 55% for the given load profile.
Conclusion
Due to a lack of information on efficiency of all drive train components on the market it is often difficult
to find a technical and economical energy efficient optimum. Therefore not only electric motors have to
be included in measurement standards. Also information on components such as gearboxes and belts
need to be made available by manufacturers, both in nominal conditions and partial load conditions.
References
[1] P. Defreyne, S. Dereyne, K. Stockman, E. Algoet; “An energy efficiency measurement test bench for gearboxes”, EEMODS, 2013
[2] S. Dereyne, P. Defreyne, E. Algoet, K. Stockman; “Energy efficiency optimization of a dust extractor: An industrial case study”, EEMODS, 2013
[3] S. Derammelaere, S. Dereyne, P. Defreyne, E. Algoet, F.Verbelen, K. Stockman; “Energy-efficiency measurement procedure for gearboxes in
their entire operating range”, IAS, 2014
[4] EU, Commission Regulation (EC) No 641/2009 of 22 July 2009 implementing Directive 2005/32/EC of the European Parliament and of the
Council with regard to ecodesign requirements for glandless standalone circulators and glandless circulators integrated in produ, EU, 2009.
[5] EU, Commission Regulation (EU) No 622/2012 amending Regulation (EC) No 641/2009 with regard to ecodesign requirements for glandless
standalone circulators and glandless circulators integrated in products, EU, 2012.
[6] EU, Commission regulation (EU) No 206/2012 of 25 June 2012 implementing Directive 2009/125/EC of the European Parliament and of the
Council with regard to ecodesign requirements for air conditioners and comfort fans, EU, 2009.
[7] EU, Commission Regulation (EU) N°327/2011 of 30 March 2011 implementing Directive 2009/125/EC of the European Parliament and of the
Council with regard to ecodesign requirements for fans driven by motors with an electric input power between 125 W and 500 kW, EU, 2011.
Efficiency (%)
Efficiency map total drive system / 11kW / IE3 / IM / 4p / vector control
120
ISR – University of Coimbra
European Ecodesign Lot 30: new ideas for advanced MEPS
Anibal De Almeida
ISR – University of Coimbra
Dep. Electrical Engineering , Polo II
3030 Coimbra, Portugal
[email protected]
Background
In Europe, the recognition of motors as a major electricity consumer has led to a series of successful
projects and studies showing the very large energy saving potential for these products.
On 22 July 2009 Commission Regulation 640/2009 was adopted, which specifies requirements regarding Ecodesign of electrical motors and the use of electronic speed control (VSD), following the
first Energy-using-Products (EuP) study on motors (Lot 11: Electric motors 2008) which highlighted the
importance of introducing Minimum Efficiency Performance Standards (MEPS) relating to these products in Europe. More recently Regulation 640/2009 was amended by Commission Regulation 4/2014
mainly to avoid loopholes created by the definition of operating conditions.
The Lot 30 Preparatory Study
A new preparatory study (Lot 30) has since then been carried out to evaluate the possibility of extending the scope of the Regulation 640 to motors outside the current power range and to technologies
other than three-phase induction motors. Electronic controllers, such as VSDs and soft-starters were
also subject of the study.
The study is based on a Methodology for the Ecodesign of Energy-using Products (MEEuP,) developed for the European Commission, which is common to all the EuP preparatory studies and identified:
•
•
•
•
•
•
Existing relevant standards and legislation;
Market characteristics for the products under consideration;
Relevant environmental aspects of the products and their technical/economical potential for
improvement;
Technical analysis of the Best Available Technologies (BAT) and of the Best Not Available
Technologies (BNAT);
Life Cycle Cost assessment;
Scenario, policy, impact and sensitivity analysis.
Lot 30 identified a series of policy options that will lead to the reduction of environmental impacts taking into consideration the Life Cycle Cost and the best available technologies in the market. An overview of recent developments will be presented. Scenario analysis projected the energy and economic
savings for the period of 2013-2030 from each of these options. Only in some cases is the 2030 time
horizon sufficient for the total stock to be changed, and hence the 2030 total energy saving is less
than the ultimate energy saving potential. Six policy options (PO) were identified, as well as their possible implementation timelines. Those PO are:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
PO 1a. Single Phase Motors to have a MEPS of IE2 (4.6 TWh/a)
PO 1b. Small (<0.75 kW) Three Phase Motors to have a MEPS of IE2 (9.9 TWh/a)
PO 1c. Large motors (375 kW – 1,000 kW) Low Voltage and Medium Voltage - Extension of existing regulation to introduce Mandatory MEPS at IE3. (4.2 TWh/a)
PO 2. Removal of Option to use an IE2 motor where a VSD is used – all motors 0.75 kW – 375
kW to be IE3 (2.7 TWh/a)
PO 3. Expanding the types of motor included in existing regulation– Explosion proof and brake
motors (0.75 kW – 375 kW) (0.95 TWh/a)
PO 4. Mandatory Information Requirements for motors and VSDs (e.g. standby energy losses)
PO 5. Mandatory Measures for VSDs to meet IE1 (Class 1) performance as MEPS
PO 6a. Raising of MEPS for medium (0.75 kW – 375 kW) induction motors from IE3 to IE4
(7.9 TWh/a)
PO 6b. Raising of MEPS for large induction motors from IE3 to IE4 (375 kW – 1,000 kW)
(1.4 TWh/a)
Figure 1 - Cumulative Energy Savings for all energy saving policy options considered, EuP Lot 30
The considered policy options would achieve environmental and economic improvements at EU level
with potential cost-effective savings of up to 31.2 TWh/a, of which 26 TWh/a is achievable by 2030.
The policy options proposed, while reducing the environmental impact of motor systems, will begin to
prepare the path for the introduction of system oriented policy options, based on the Extended Product
Approach and the standardisation work being carried out by CENELEC with the EN 50598 series of
standards.
Next Horizon for Efficiency in Electric Motors
John Petro
JPEAM
1305 McKenzie Ave.
Los Altos CA, 94024 U.S.A.
1 650 526 8129
[email protected]
The need for energy efficiency in electric motors has never been clearer. Both power costs and
environmental concerns are increasing. In addition, pressure on profit margins has become a bigger
issue for most industrial manufacturing companies. This has brought more attention to reducing
energy consumption as one means of lowering operating costs and a greater awareness of product
life cycle costs. Corporate financial personnel are also starting to take into consideration operating
costs when purchasing or replacing capital equipment, such as when large retail stores replace
Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) systems.
The good news is that the motor industry is responding rapidly to the need for higher motor efficiency
and the lower life cycle costs this efficiency provides. In fact, the industry is moving much faster than
the governing regulations that are designed to promote high efficiency motors in the marketplace.
The last few years have brought a number of changes to the motor industry. One of these changes is
that the industry, which has always been perceived as a slowly changing industry, has increased the
pace of innovation. This is more likely due to marketplace demand, rather than policy requirements.
Currently only the U.S. and Canada require motors to meet the IE3 efficiency standard. While IE3 is
planned to be introduced in other regions in the coming years, no country even has a target date for
implementation of IE4.
In spite of this, the motor industry has made significant advances towards motors operating at IE4
efficiencies and higher. All of the major motor manufacturers have developed and are already selling
motors that meet the IE4 level of efficiency, and this has been accomplished with all three of the major
motor technologies: induction, permanent magnet (PM) and synchronous reluctance (SR). In addition,
ABB recently announced a line of motors with ferrite magnets that is likely to meet IE5 levels of
efficiency, and NovaTorque is selling ferrite PM motors that exceed the proposed IE5 efficiency levels.
These motors are commercially available today, even though this IE5 standard is only in the
discussion phase of development by the international standard bodies. Hitachi also has developed
prototypes of an IE5 11 kW motor using ferrite magnets and amorphous metal laminations. In
addition, there is significant work being conducted in Japan, the U.S., Europe and likely China on
making motors that meet or exceed the IE5 standard. While these super-efficient motors are not
widely utilized yet, they are selling to certain market segments and, as sales volume increases, the
price premium will decrease.
As one looks to the future, this trend towards increased levels of efficiency will likely continue. There
are a number of reasons for this.
•
•
•
The most significant change is likely to be the use of amorphous and nano-crystalline
lamination materials in commercial motors. This has already started in Japan and other parts of
Asia and is likely to spread to the industrial motor market.
Second is that motor drives are becoming less costly and more efficient, making them more
attractive to larger markets.
Third is that engineers are making a number of improvements in the thermal design of motors,
which results in better efficiency and longer life. These thermal improvements result from both
new materials and design changes.
•
In addition, there are possible motor design improvements that may further reduce losses. The
changes listed above -- along with numerous other smaller improvements -- will result in motors
with higher and higher efficiencies. In the longer term, better permanent magnet materials and
more stable pricing for magnets will result in an expanding role for high efficiency PM motors in
all segments of the market.
While the motor industry gets very high marks for their recent developments, the policy side needs to
make faster progress and lead rather than lag. One pressing need is to define higher efficiency levels,
IE6, IE7 and IE8. Clearly this could be done quickly by just reducing losses between each level by 20
percent. Having these levels gives manufacturers targets to aim for and allows leading manufacturers
to differentiate their products in the marketplace. Without these higher levels, it is hard to illustrate to
the customer just how much better a newly introduced motor is, as compared to the competition.
Another need is a standard for measuring system efficiency of a motor and drive combination. This is
actually a very simple task, since it involves only measuring AC line power into the drive and
mechanical power out the motor shaft. Both of these measurements are well understood, and
excellent measurement equipment is available. The complexity of this measurement is deciding what
speeds, torques and temperatures are to be used for this measurement and all the various
programmable settings for the motor drive. It also creates concerns over the amount of time required
to obtain this data.
This task is ideal for an open source testing protocol. Let anyone and everyone test any motor they
want with the stipulation that all measurement equipment, equipment setup (cable types, lengths,
programmable values, etc.), test procedures and collected data must be openly published. This allows
for review and confirmation by any other interested party. Ideally, all data would be stored in a shared
cloud location for anyone’s access at any time. Guidelines would be published as to the required test
protocols, data results and storage formats.
There is also a need for a simplified way for users to be able to evaluate efficiency over speed and
torque range. I proposed a scheme for doing this in 2005 which involves some simple loss versus
speed and torque measurements, along with a mathematical 3D correction scheme for handling the
losses that are dependent on both speed and torque. Some sort of method like this could be very
useful if adopted by industry.
One other policy change that may be advisable is to look at different efficiency classes for different
motor power ranges. There is a move in the industry to replace a single large motor with multiple
smaller motors. For example, fan arrays and pump arrays are being adopted by many customers to
provide both energy savings and additional reliability for their systems. Also, PM motors are clearly
the efficiency leaders in the under 15 kW (20 HP) power range, but may not be the motor of choice
above 100 kW. Therefore, requiring under 15 kW motors to meet IE4 or IE5 levels while keeping
motors above this power at IE3 or IE4 could make sense.
With the technological improvements that the motor industry is making and some additional clear
policy inducements, I see a bright future for greater energy savings from electric motor systems.
SEAD Global Efficiency Medal Competition for Electric Motors
Chad Gallinat
U.S. Department of Energy
1000 Independence Avenue SW, Washington, DC 20585
[email protected]
Introduction
The Global Efficiency Medal competition, a cornerstone activity of the Super-efficient Equipment and
Appliance Deployment (SEAD) Initiative, is an awards program that encourages the production and
sale of super-efficient products. SEAD is a voluntary multinational government collaboration of the
Clean Energy Ministerial (CEM), and the awards are purely recognition prizes that do not involve a
financial component.
On 3 June 2013, the SEAD Initiative launched its third Global Efficiency Medal competition. After focusing on consumer electronics in the first two competitions, this third competition recognizes and
awards highly energy-efficient electric motors.
Electric motor-driven systems account for 44%-46% of electricity end-use globally. The operating cost
of medium and large size motors over the life of the motor can dwarf the initial purchase price. In
North America alone, cost-effective efficiency technologies and practices can reduce the industrial
motor-system electricity demand by 11%-18% (62 TWh to 104 TWh) and save US$3 billion to $5 billion a year. (Waide & Brunner, 2011).
The winner-takes-all SEAD Global Efficiency Medal competition aims to advance efficiency improvements by:
•
Recognizing highly energy-efficient products
•
Guiding buyers who want to purchase highly energy-efficient drop-in replacement motors
•
Demonstrating the levels of efficiency that are achievable with induction and new technology
motors
Competition Entry
The competition identifies the most efficient products based on manufacturers’ nominations, requiring
active participation by the manufacturers, rather than awarding products based on publicly available
data. This active approach was adopted to expose interest from manufacturers in producing more
efficient products and spur innovation to compete in and win the competition.
Manufacturers entered the competition by submitting nomination forms with details about their products, including their efficiencies at various rated loads. The Awards Administrator then identified presumptive winning products based on manufacturers’ energy efficiency performance claims, and randomly selected 2 sample products for verification testing.
The tested products were required to demonstrate an energy efficiency performance meeting or exceeding the manufacturer’s claims. Testing costs were borne by the SEAD governments of each
Awards region while manufacturers were responsible for paying the shipping costs to send test samples to the laboratories.
Award Categories, Regions and Requirements
The competition set out to recognize the 15 most energy-efficient IEC and NEMA induction motors in
various size categories across four regions: Australia, Europe, India, and North America. Size categories were selected to maximize energy savings — as medium size motors between 0.75 kW (1 HP)
and 375 kW (500 HP) account for 68% of global motor electricity consumption — and vary across the
four regions to target motor sizes that present significant energy savings potential and a large market
share.
Regional
Awards
Australia
IEC Induction Motor
3.7 kW
4 kW
11 kW
●
●
Europe
India
North America
Global Awards
●
●
●
●
●
●
●
●
NEMA Induction Motor
5 HP
15 HP
●
●
New Technology Motor
< 75 kW
< 100 HP
●
●
●
●
●
●
Figure 1, Award Categories and Regions
Since many motor applications require motors to run at partial load, the competition evaluated the
energy efficiency performance of nominated IEC and NEMA induction motors at a variety of partialload operating conditions (25%, 50%, 75% and 100% load).
The SEAD competition established minimum sales requirements as a condition of entry to ensure
market access of winning products. The sales threshold was intended to ensure that award-winning
electric motors have a significant footprint in terms of market share, in order to maximize potential
energy savings. The shipment thresholds also ensure that nominated products are not custom-made
over-priced products.
Lessons Learned
The last few years have seen the commercial introduction of new technology motors with efficiencies
beyond those possible with AC induction motor technology. However, these new technologies still
have a significant price premium and/or require a variable frequency drive (VFD) for their operation. In
addition, there are not yet internationally accepted test methods for these new technologies, making it
difficult to compare them to each other; therefore, it was not possible to include these in the SEAD
competition.
A number of manufacturers nominated, or expressed interest in nominating, products that require a
VFD for operation — and many of these products have that drive integrated into the motor system. In
fact, all products nominated for the New Technology category of the SEAD competition were ultimately
declared ineligible because they could not be tested by the test methods defined in the competition
rules.
The inability to compare the efficiencies of these emerging technologies of motor systems to the efficiencies of a stand-alone motor is detrimental for driving the efficiency of the motors market. It is
therefore extremely important for national and international standards bodies to accelerate the development of test protocols for measuring the energy consumption of variable frequency drives and variable frequency driven motors.
Introduction to EEMODS 2015 in Finland
Jukka Tolvanen
ABB Finland
Hiomotie 13
FIN-00381 HELSINKI
[email protected]
EEMODS in brief
Following the success of the EEMODS Conferences in Lisbon (1996), London (1999), Treviso (2002),
Heidelberg (2005), Beijing (2007), Nantes (2009), Washington D.C (2011) and Rio (2013), Motiva and
ABB Finland with the scientific and technical support of the European Commission Joint Research
Centre, Institute for Energy and Transport, are organizing the 9th International Conference on Energy
Efficiency in Motor Driven Systems (EEMODS). The Conference will be held in Helsinki, Finland on
September 15 - 17, 2015.
th
th
Table 1, EEMODS’15 preliminary program overview, 15 -18 September, 2015
The three-day conference will include plenary sessions where key representatives of governments
and international organizations, manufacturers, program managers and experts will present their
views and programs to advance energy efficiency in motor systems, for example, through international
co-operation on efficiency requirements. Parallel sessions on specific themes and topics will allow indepth discussions among participants.
Previous EEMODS events have been very successful in attracting distinguished and international
presenters and attendees. The wide variety of stakeholders has included professionals involved in
manufacturing, marketing, and promotion of energy efficient motors and motor driven systems, policy
making and research. Segments represented come from manufacturing, academia, research, and
public policy.
Pictures from EEMODS’13, 28 - 30 October 2013, Rio de Janeiro, Brazil
EEMODS'15 will provide a forum to discuss and debate the latest developments in the impacts of
electrical motor systems on energy and the environment, the energy efficiency policies, standards and
programs adopted and planned, and the technical and commercial advances made in the dissemination and penetration of energy-efficient motor systems.
The conference is very international by nature, and aims to attract high quality and innovative papers
and participants from every corner of the world.
To contribute to the success of the conference and to facilitate the development of new policies and
strategies to increase energy efficiency, we invite you to participate in the conference and the debates
and to submit abstracts. All papers shall address new and original developments, in particular on the
session on technologies only papers focusing on new advanced solutions will be considered, in addition papers shall not be of commercial nature.
For further information, please visit: www.eemods15.info
Topmotors Merkblatt 25: Frequenzumrichter
Gratis Download: http://www.topmotors.ch/Download/
9. Oktober 2014
Umsetzung in der Schweiz
Effiziente Antriebssysteme
Conrad U. Brunner
S.A.F.E.
Gessnerallee 38a, 8001 Zürich
[email protected]
Topmotors geht in die Fläche
1
Das Ergebnis der unabhängigen Evaluation der Arbeit von Topmotors in den letzten sieben Jahren ist
eindeutig: Der Erfolg der bisherigen Arbeit ist anerkannt, jetzt muss aber die Ausdehnung der Wirkung
effizienter Antriebssysteme in die Fläche gesucht werden. Neben der bisherigen Arbeit zur Unterstützung der Industriebetriebe für den Motor-Check mit Merkblättern und Softwaretools folgen jetzt zwei
wichtige neue Elemente:
VELANIE
(Machbarkeitsstudie für die „Verbesserung der elektrischen Antriebssysteme in der Industrie“)
Im Auftrag des BFE wird eine Strategie entwickelt, wie elektrische Antriebsysteme in der Industrie der
ganzen Schweiz erfolgreich eingesetzt werden können und ihren vollen Beitrag zur Energiestrategie
2050 des Bundesrates leisten können. Das bedeutet, dass alte Anlagen systematisch zeitgerecht
erneuert und neue Anlagen vom Start her optimal konfiguriert werden. Neben dem Motor-Check AuditVerfahren für mittlere und grössere Industriebetriebe soll ein neues Tool auch für kleinere Betriebe
eingesetzt werden. Die schrittweise Verschärfung der gesetzlichen Mindestanforderungen für Motoren, Pumpen, Ventilatoren synchron mit den Ecodesign-Vorschriften der EU wird diese Entwicklung
unterstützen. Mit den wettbewerblichen Ausschreibungen werden künftig grössere Mittel für Fördermassnahmen in diesem Bereich zur Verfügung stehen.
ET&M
(Machbarkeitsstudie für ein Weiterbildungsprogramm für „Energietechnik und –management für die
Industrie“)
Wir sind zusammen mit dem BFE und einer Reihe von Hochschulen an der Vorbereitung des Aufbaus
eines Schweizweiten Weiterbildungsprogrammes für Fachleute aus der Industrie, die bei ET&M lernen
können, wie die effiziente elektrische Energienutzung systematisch und erfolgreich umgesetzt werden
kann. An 2015 läuft ein mehrtägiges Pilotprogramm, das ab 2016 als Certificate of Advanced Studies
(CAS) mit drei Modulen umgesetzt werden soll:
•
•
•
1
Modul 1 Einführung in die Industrieeffizienz,
Modul 2: Energietechnik und
Modul 3: Energiemanagement
BFE/Egger und Partner, Evaluation Topmotors, Bern 2014
Antriebssysteme: Die Komplexität steigt
Die grossen energetischen Effizienzgewinne kommen von der Optimierung des gesamten Antriebssystems (siehe Abbildung 1) und nicht vom reinen Motorenersatz. Die bedeutet, dass FU, IE3-Motor,
die Anwendung (Pumpe, Ventilator, Kompressor, etc.) und die allfällig nötigen mechanische Elemente
(Transmission, Getriebe) optimal aufeinander abgestimmt und richtig mit parallelen Motoren und
übergeordneten Maschinen geregelt werden müssen.
Abbildung 1
Antriebssystem
Frequenzumrichter werden alltäglich
Viele Anwendungen in elektrischen Antriebssystemen
laufen mit wechselnder Belastung, d.h. es ist erwünscht,
dass die elektrische Leistung nur die tatsächlich gebrauchte mechanische Leistung erbringt.
Das ist besonders bei Pumpen und Luftförderungsanlagen sehr wichtig und energetisch attraktiv, weil das
Drehmoment im Quadrat, die elektrische Leistung mit
der dritten Potenz mit der Drehzahl zunimmt. Eine genaue Dimensionierung auf die erforderlichen Leistungen
und den Betrieb nahe dem optimalen Betriebspunkt sind
entscheidend für den erfolgreichen Einsatz eines FU.
Bei alten und überdimensionierten Anlagen ist der Einsatz eines FU als Nachrüstung selten angebracht. Der
Einsatz eines FU nur als Starthilfe ist in wenigen Fällen
sinnvoll und wirtschaftlich.
Bei gewissen Anwendungen mit Start und Stopp-Betrieb
ist allenfalls eine elektrische Bremsung möglich, d.h. der
Bremsstrom kann rückgespeist werden.
Abbildung 2
Topmotors Merkblatt 25: Frequenzumrichter (2014)
Daniela Bomatter
EnergieSchweiz
Mühlestrasse 4
6063 Ittigen
EnergieSchweiz – ein Überblick
Unter seinem Dach vereint EnergieSchweiz alle freiwilligen Massnahmen zur Umsetzung der Energiestrategie
2050, die nicht Teil der grossen Subventionsprogramme sind. Damit ergänzt das Programm die gesetzlich verankerten regulativen, Lenkungs- und Anreizinstrumente wie zum Beispiel die Effizienzvorschriften von Gebäuden
und Geräten, die CO2-Abgabe auf Brennstoffe, die kostendeckende Einspeisevergütung für Strom aus erneuerbaren Energien und die wettbewerblichen Ausschreibungen (ProKilowatt). Seine Rolle ist es, insbesondere mit
Information und Beratung, Aus- und Weiterbildung sowie Massnahmen zur Qualitätssicherung die Wirkung der
anderen Instrumente zu verstärken.
EnergieSchweiz fördert das Wissen und die Kompetenz in Energiefragen der breiten Bevölkerung und wichtiger
Zielgruppen und sorgt dafür, dass die Schweiz für den Strukturwandel auf den Energiemärkten mit den richtigen
Fachkräften gewappnet ist.
Gleichzeitig bietet EnergieSchweiz ein Gefäss zur Markterprobung von innovativen Ideen. Erfolgsversprechende
Konzepte zur Förderung eines sparsamen Energiekonsums oder von erneuerbaren Energien unterstützt und
begleitet EnergieSchweiz bis zu ihrer Marktreife.
Für die Umsetzung all dieser Massnahmen hat EnergieSchweiz 2014 ein Budget von 44 Mio. CHF.
EnergieSchweiz – die Schwerpunkte
Die «Elektrogeräte und Stromeffizienz» fördern den Wandel im Verkaufsregal hin zu mehr energieeffizienten Geräten – insbesondere in den Bereichen Haushalt, Informatik und Kommunikation sowie Home Entertainment –
und sorgen für eine transparentere Kundeninformation und eine Professionalisierung der Verkaufsberatung hinsichtlich des Energieverbrauchs der
Produkte. Zudem helfen sie u.a. mit, die Etablierung der LED-Technologie
und von Steuerungssystemen auf dem Beleuchtungsmarkt zu beschleunigen. Ein Teil des Schwerpunkts Elektrogeräte ist es, die Umstellung auf
energieeffiziente Antriebsmotoren im gewerblichen Bereich voranzutreiben
(siehe nächster Punkt).
EnergieSchweiz beteiligt sich an verschiedenen Projekten zu Information
und Beratung sowie Aus- und Weiterbildung für effiziente elektrische Antriebe, besonders bekannt sind der Motor Summit sowie die „Motor Challenge Schweiz“ (2004-2008) bzw. das Nachfolgeprojekt „Topmotors“ (seit 2007)
als Informationsplattformen für elektrische Antriebe und die dazugehörenden
Komponenten wie Pumpen, Kompressoren, Frequenzumrichter, etc. Ergebnisse aus diesen und anderen Projekten fliessen in Massnahmen anderer
Schwerpunkte des Programms ein, etwa für Beratung von Unternehmen mit
freiwilligen Zielvereinbarungen oder für Weiterbildungen für effiziente Energienutzung. Mit dem Detailkonzept EnergieSchweiz 2013-2020 ist skizziert,
dass EnergieSchweiz für die elektrischen Antriebe noch bedeutend mehr
machen will und kann. Erstens soll der Schritt von den wertvollen Grundlagen zur Umsetzung vor Ort noch stärker forciert und unterstützt werden.
Zweitens sollen weitere Komponenten und spezielle Anwendungen – von
Transformatoren über Wasserpumpen, Ventilatoren bis zu Förderanlagen –
gezielt bearbeitet werden. Drittens soll auch das Systemdenken weiter gefördert werden, so wird etwa mit Vorprojekten geprüft, wie aktuell die Lastganganalyse für Stromeffizienzmassnahmen genutzt werden kann.
Die «Mobilität» engagiert sich für energieeffiziente Fahrzeuge einschliesslich ihrer Komponenten wie zum Beispiel Reifen oder Beleuchtung und für
klimaschonendes Fahrverhalten. In der aktuellen Programmetappe soll vermehrt anstelle des Fahrzeugs das Mobilitätsverhalten der Verkehrsteilnehmenden in den Fokus rücken und die intelligent kombinierte Nutzung von
verschiedenen Verkehrsmitteln sowie das aktive Mobilitätsmanagement von
Unternehmen und der öffentlichen Verwaltung gefördert werden.
Der Schwerpunkt «Industrie & Dienstleistungen» berät und begleitet grosse und energieintensive Unternehmen bei der Erfüllung ihrer Energie- und
CO2-Ziele. Zudem erarbeitet er für Gewerbebetriebe aus energierelevanten
Branchen zugeschnittene Lösungen für ein aktives Energiemanagement.
Beraten werden auch die Energieversorgungsunternehmen, für die ein
Benchmarking für Energieeffizienz und erneuerbare Energien aufgebaut
wurde.
Die «Gebäude»-Profis sorgen in enger Zusammenarbeit mit den Kantonen
für die Weiterentwicklung der bestehenden Standards für energieeffizientes
Bauen und Erneuern und entwickeln neue Standards, die alle Aspekte der
nachhaltigen Bauweise berücksichtigen. Ebenso gehören die Information
und Beratung der privaten Hausbesitzer und professionellen Liegenschaftsbetreibern in Fragen der Gebäudeerneuerung und -wartung sowie die fachliche Begleitung von energetischen Betriebsoptimierungen in grossen komplexen Gebäuden zum Portfolio des Schwerpunkts «Gebäude».
Die «Erneuerbaren Energien» fokussieren ganz auf die neuen erneuerbaren Energiequellen und fördern die Solar-, Wind- und Kleinwasserkraft, die
Geothermie sowie die Energiegewinnung aus Biomasse und Umgebungswärme. Sie sorgen dafür, dass ausgereifte Technologien auf den Schweizer
Markt kommen und Energieanlagen fachmännisch geplant, errichtet und
betrieben werden, sodass sie ihre erwartete Leistungsfähigkeit und Lebensdauer erreichen. Zudem fördern sie die Akzeptanz von solchen Energieanlagen in der Bevölkerung und unterstützen die Kantone und Gemeinden bei
ihren Massnahmen zur Minimierung der Investitionsrisiken.
Der Querschnittsbereich «Städte/Gemeinden/Regionen» unterstützt die
Städte und Gemeinden sowie die Raumplanungsregionen bei der Energieplanung und der Umsetzung von Massnahmen. Die Themenpalette dabei ist
breit und zieht sich von den öffentlichen Gebäuden und der Strassenbeleuchtung über den Bau von Energieanlagen und Wärmenetzen bis zum
Mobilitätsmanagement in Zusammenarbeit mit den ansässigen Industrieund Dienstleistungsunternehmen.
Die «Aus- und Weiterbildung» sorgt dafür, dass die Schweiz heute und
morgen über genügend gut qualifizierte Fachkräfte verfügt, die den neuen
Herausforderungen auf den stark im Wandel begriffenen Energiemärkten
gewachsen sind. Sie tut dies in enger Zusammenarbeit mit den schweizerischen Bildungsinstitutionen und Berufsverbänden und auf allen Bildungsstufen von der Volksschule über die Berufsbildung bis zur höheren Aus- und
Weiterbildung an den Hochschulen. Im Januar 2014 wurde dazu durch Bundesrätin Doris Leuthard eine Bildungsinitiative gestartet.
Die «Kommunikation» plant und koordiniert die Informationskampagnen zu
aktuellen Themen aus den verschiedenen Programmschwerpunkten. Zudem
ist es ihre Aufgabe, die Marke EnergieSchweiz auf allen energierelevanten
Märkten zu stärken und das Programm mit seinen Inhalten stärker im Bewusstsein der breiten Bevölkerung zu verankern.
act: ein neuer Player zur Umsetzung der Energieeffizienz in der
Industrie
Dr. Marloes Caduff
act – Cleantech Agentur Schweiz
Reitergasse 11
CH-8004 Zürich
[email protected]
+41 58 750 05 00
Umfassendes Angebot
act ist eine vom Bund beauftragte Agentur zur professionellen Begleitung von Unternehmen bei der
Verbesserung ihrer Energieeffizienz. Unsere Dienstleistungen umfassen die Energieberatung und das
Erarbeiten von Zielvereinbarungen mit Unternehmen als Grundlage für die Rückerstattung der CO₂Abgabe und des Netzzuschlags. Wir unterstützen Betriebe bei Zielvereinbarungen mit Energieeffizienzziel oder mit Massnahmenziel.
Ausserdem begleiten wir Unternehmen bei der Durchführung von Effizienzmassnahmen und können
Emissionsreduktionen bescheinigen. act bietet von der Erstberatung bis zum Abschluss der Umsetzung eine komplette und effiziente Energieoptimierung aus einer Hand.
Effizienzmassnahmen lohnen sich für die meisten Unternehmen: Sie könnten Sparpotenziale von bis
zu 30 Prozent ihrer Energiekosten erschliessen. Mancher Betrieb könnte zudem von einer Rückerstattung von Energie- und CO2-Abgaben profitieren.
act - die Cleantech Agentur Schweiz - ist eine kompetente Partnerin, um Effizienzgewinne zu realisieren.
Nutzen für die Unternehmen:
 Erfüllung Grossverbraucherartikel
 Gesenkte Energiekosten
 Gesteigerte Wettbewerbsfähigkeit
 Zugang zu Vergünstigungen und Förderbeiträgen
 Rückerstattung von CO₂-Abgabe oder Netzzuschlag (optional)
Act-Leistungen:
 Systematische Ermittlung von Effizienzpotenzialen
 Massnahmenplan mit Payback-Zeiten
 Gesetzeskonformitätsprüfung in den Bereichen Energie und CO₂-Emissionen
 Erarbeitung von Zielvereinbarungen mit Bund und Kantonen
 Massgeschneidertes Monitoring
act Energiespezialisten
Wir sind in der Lage, sämtliche Organisationen kompetent durch den gesetzlichen Vollzug zu begleiten. Unser Ansatz geht weiter als bisherige Angebote. So bleiben unsere Energiespezialistinnen und
Energiespezialisten nicht bei der Beratung stehen: Sie helfen den Betriebsverantwortlichen auch dabei, Massnahmen vor Ort konkret umzusetzen. Unsere Ingenieure sind gestandene Energieprofis.
Energieberater verschiedener Unternehmen (Ingenieurbüros, Energieversorgungsunternehmen etc.)
engagieren sich als act Energiespezialisten, unter anderem:
o
o
o
o
o
o
o
AEK Energie AG
BKW
CSD Ingenieure
EBL
Energys Sàrl
IBAarau
Sinovis AG
o
o
o
o
o
o
Alpiq EcoServices AG
Cofely Schweiz
Elektrizitätswerk des Bezirks Schwyz AG
electrosuisse
Herzog Kull Group Schweiz
KEEST
Über act
act ist ein Verein mit breiter Trägerschaft, der die Wirtschaft bei der effizienten Verwendung von Ressourcen unterstützt. act stellt erfahrene Energieprofis, die den Unternehmen bei der Planung und Umsetzung von Effizienzmassnahmen zur Seite stehen. Hinter act stehen swisscleantech, die Stiftung
myclimate, Energie Zukunft Schweiz, die Schweizerische Agentur für Energieeffizienz (S.A.F.E.) und
WWF Schweiz.
Der Bund hat act beauftragt, den Vollzug der Klima- und Energiegesetzgebung zu unterstützen. Wir
sind damit in der Lage, sämtliche Organisationen bei der Umsetzung der kantonalen und eidgenössischen Vollzugsinstrumente kompetent zu beraten und zu begleiten.
act zeichnet sich dadurch aus, dass wir sowohl den administrativen Vollzug als auch die technische
Umsetzung unterstützen. Wir helfen Unternehmen dabei, die gesetzlichen Bestimmungen zu erfüllen,
indem wir die Effizienzpotenziale in ihrem Betrieb finden, gemeinsam wirtschaftliche Massnahmen und
Ziele definieren sowie das Monitoring organisieren.
Unser Ansatz geht deutlich weiter als bisherige Angebote. Unsere Energiespezialisten bleiben nicht
bei der Beratung und dem Ausarbeiten einer Zielvereinbarung stehen: Sie können den Betriebsverantwortlichen auch dabei helfen, Massnahmen vor Ort konkret umzusetzen. Unsere Ingenieure sind
gestandene Energieprofis, sie sind auch dann zur Stelle, wenn es darum geht, in der Praxis auftauchende Hürden zu überwinden.
Wir wollen, dass Unternehmen Energie sparen. In jeder Hinsicht. Durch den Einsatz von effektiven
Softwaretools garantieren wir schlanke und effiziente Beratungsleistungen. Und bei der Umsetzung
stehen wir mit Rat und Tat zur Seite, damit Unternehmen sich weiterhin mit voller Energie auf ihr
Kerngeschäft konzentrieren können.
Weitere Informationen auf: www.act-schweiz.ch.
Situation de l’ordonnance sur l’énergie pour les entraînements
électriques
Richard Phillips
Section appareils et appels d’offres publiques
3003 Bern
[email protected]
L’ordonnance sur l’énergie est un des éléments du cadre législatif suisse, dont l’échelon supérieur est
la constitution fédérale avec l’article 89 (politique énergétique) suivi de la loi sur l’énergie. La
constitution et la loi définissent les compétences et les missions au niveau fédéral. A cet effet, il est
définit dans la constitution que la Confédération fixe les principes applicables à l'utilisation des
énergies indigènes et des énergies renouvelables et à la consommation économe et rationnelle de
l'énergie. Quant à la loi, elle détaille encore davantage le rôle de la Confédération où il est notamment
stipulé que le Conseil fédéral à la compétence d’édicter des prescriptions en ce qui concerne
l’utilisation économe et rationnelle de l’énergie (Loi sur l’énergie, art. 8). Finalement, les exigences
applicables à l’efficacité énergétique sont définies d’une part par l’article 10 de l’ordonnance sur
l’énergie et ses appendices 2.1 à 2.21 qui correspondent aux prescriptions d’efficacité où sont définis:
le champ d’application, les exigences applicables à la mise en circulation, la procédure d’expertise
énergétique, la déclaration de conformité, les documents techniques, indication de la consommation
d’énergie et marquage et les dispositions transitoires.
Avant d’entrer plus en détail, il est tout d’abord important de définir ce que l’on entend par
entraînement électrique. Il faut en fait le voir comme un système (voir figure 1) constitué des éléments
principaux suivants: une source d’alimentation, un moteur avec ou sans variateur de fréquence, un
élément de couplage ou de transmission, l’unité fonctionnelle (élément de pompage, élément de
ventilation, élément de compression, etc.), élément de régulation mécanique (optionnel) et le procédé
(distribution d’air, production de froid, l’approvisionnement en fluide, etc.). Il est clair que le cadre légal
ne peut pas régler le système dans son ensemble à cause de sa complexité. Cependant, il est
possible d’édité des prescriptions soit uniquement sur les composants ou sur un agrégat (ensemble
de compostant assemblés en un sous-système). La Suisse, tout comme l’Union Européenne, ont
choisi les deux variantes.
Figure 1. Représentation schématique des composants d’un système d’entraînement électrique.
Les prescriptions d’efficacité suisses se
basent en grande partie sur la législation
européenne. Dans le cadre de la
direction
« Energy-using
Products,
EuP » (ou directive 2005/32/EC) dont
l’objectif est de réduire la consommation
des
appareils
électriques
et
électroniques grâce à une meilleure
conception, l’UE a défini 54 groupes de produits, dont seulement 26 sont régulés au travers d’une
prescription. Une grande partie des prescriptions européennes ont été reprises telles quelles par la
Suisse. Les principales modifications de la révision de l’Ordonnance sur l’énergie, qui sont soit une
remise à niveau ou l’introduction des nouvelles prescriptions, concernent les entraînements
électriques suivants:
•
•
•
•
Moteur électrique standard de 0.75 kW à 375 kW (appendice 2.10)
Pompes à eau (appendice 2.17)
Climatiseurs et ventilateur de confort (appendice 2.18)
Ventilateurs avec une puissance entre 0.125 kW à 500 kW (appendice 2.19)
Le tableau 1 résume les prescriptions actuellement en vigueur depuis le 1
quatre groupe de produits.
er
août 2014 pour ces
Tableau 1. Résumé des prescriptions en vigueur depuis le 1er août 2014 pour les moteurs électrique, les pompes à eau, les
climatiseurs et les ventilateurs.
L’exécution des modifications de l’ordonnance se déroule généralement en deux étapes sur une
période de 2 ans, telle que par exemple les pompes à eau:
•
•
Tout d’abord, il est encore possible d’importer et de vendre des pompes à eau selon les
anciennes prescriptions jusqu’au 31 décembre 2014;
ème
Puis dans un 2
temps, seuls les pompes conformes aux nouvelles prescriptions peuvent être
importées, tandis que celles se trouvant dans les stocks et ne remplissant que les anciennes
prescriptions peuvent encore être mises en circulation jusqu’au 31 juillet 2016;
er
A partir du 1 août 2016, seules les pompes à eau qui remplissent les prescriptions actuelles de
l’ordonnance peuvent être mises en circulation.
La révision de l’ordonnance devrait permettre d’économiser 380 GWh par an d’ici 2020.
Actuellement, tous les entrainements électriques ne sont pas encore couverts dans le cadre de
l’ordonnance sur l’énergie, notamment les compresseurs, les pompes à chaleur et les moteurs avec
variateur de fréquence. Il sera donc intéressant et important de suivre les travaux de l’Union
Européenne pour ces groupes de produits.
Pumpensysteme: Effizienzoptimierung
Jürg Nipkow
Schweizerische Agentur für Energieeffizienz S.A.F.E., CH-8006 Zürich
[email protected]
Wozu dienen Pumpensysteme?
Die wichtigsten Anwendungskategorien von industriellen und gebäudetechnischen Pumpen sind:
•
•
•
•
Heben: Medien auf ein höheres geodätisches Niveau transportieren, z.B. in kommunalen
Wasserversorgungen oder in Abwasserreinigungsanlagen (Zulauf in Becken heben).
Zirkulation: Umwälzung in geschlossenen Kreisläufen, z.B. für Heizung, Kühlung.
Druckerhöhung: Versorgung von Verbrauchern auf höherem Druckniveau, z.B. Trinkwasserversorgung in Hochhäusern.
Transport: Verschieben von Medien, hauptsächlich horizontal (sonst: Heben), z.B. in der Nahrungsmittelindustrie, zum nächsten Prozess oder Speicher.
In der Schweiz teilt sich der Elektrizitätsverbrauch für Pumpen gemäss Abbildung 1 auf. Rund 34%
entfallen auf Umwälzpumpen in der Gebäudetechnik, wovon über 80% (des Verbrauchs) von Nassläufern beansprucht wird. Für die nahezu 50% Pumpen-Elektrizitätsverbrauch in Industrie und verarbeitendem Gewerbe sind keine Daten für eine weitere Aufteilung nach Anwendung bekannt. Hingegen ist
klar, dass es sich fast ausschliesslich um Kreiselpumpen handelt und dass die unten diskutierten Effizienzpotenziale praktisch auf alle diese Pumpen angewandt werden können.
Abbildung 1:
Elektrizitätsverbrauch
von Pumpen in der
Schweiz (ohne Speicherpumpen von Elektrizitätswerken) [1].
Wo liegen bei Pumpensystemen die Effizienzpotenziale?
Eine erste Kategorisierung der Effizienzpotenziale lässt sich so charakterisieren:
1. Betriebsoptimierung: bei bestehenden Anlagen sind meist mit einer Optimierung der Anlagensteuerung beträchtliche Energieeinsparungen fast ohne Investitionen realisierbaren möglich.
In erster Linie sind dies Anpassungen der Betriebszeiten und oft auch der Leistung (Drehzahl-
regelung) an den effektiven Bedarf. Um diese Potenziale zu erkennen, sind oft Messungen
bzw. Registrierungen der Betriebsweise notwendig. Eine genaue Analyse zeigt dann die Potenziale.
2. Förderleistung der Pumpen möglichst genau an den effektiven Bedarf anpassen, vorzugsweise mittels Drehzahlregelung (Frequenzumrichter). Drossel- oder Bypassregelungen bedeuten
Energieverschwendung. Das Prinzip der Drehzahlregelung in geschlossenen Kreisläufen ist
im Topmotors Pumpenmerkblatt beschrieben.
3. Effizienteste Komponenten wählen bzw. nach Möglichkeit beim Ersatz berücksichtigen: Motoren (IE3, neu auch IE4), Pumpen (insbesondere Nassläufer).
Ein grosses Effizienzpotenzial wird oft vergessen oder nicht erkannt, nämlich den Bedarf an Pumpleistung zu reduzieren bzw. zu hinterfragen: Wird die der Planung zugrunde liegende Pumpleistung (Volumenstrom, Förderhöhe) tatsächlich benötigt? Eine sorgfältige Prozessanalyse zeigt oft beträchtlichen Spielraum bei den geforderten Leistungen. Überdimensionierte Pumpen (auch wenn nachträglich durch Drehzahlregelung und/oder kleinere Laufräder angepasst) bedeuten immer eine schlechtere
Effizienz. Bei Nassläuferpumpen in der Gebäudetechnik sind diese Verluste mit der neuen Pumpengeneration immerhin viel kleiner als mit den früheren, bestenfalls durch Spannungsregelung gesteuerten Pumpen mit Asynchronmotor.
Effizienz-orientierte Planung neuer Pumpensysteme:
Selbstverständlich sollen die oben aufgelisteten Effizienz-Massnahmen und Aspekte bei der Planung
zum vornherein berücksichtigt werden. Das Potenzial des benötigten Pumpleistungs-Bedarfs verdient
vertiefte Aufmerksamkeit: Bei der Auslegung des gesamten Systems oder Prozesses kann durch geeignete Massnahmen der Bedarf optimiert werden. Beispiele:
•
•
•
Bauliche Anlagenoptimierung: z.B. notwendige Hebehöhen, Transportdistanzen oder auch die
Ausdehnung von Kreisläufen durch geeignete räumliche Disposition klein halten.
Druckverluste vermindern durch grosszügige Auslegung aller verlustbehafteten Komponenten:
Rohrweiten etwas grösser wählen, druckverlustarme Armaturen, Wärmetauscher etc. wählen.
Kreislaufsysteme so auslegen, dass keine Drosselorgane zum Abgleich nötig sind (z.B. optimale Stufung der Rohrweiten, Ventilautoritäten etc.).
Vorschriften: Energieverordnung, Ecodesign
Erfahrungen haben gezeigt, dass sich neue, effizientere Komponenten oft nur sehr langsam durchsetzen. Durch Vorschriften kann die Verbreitung beschleunigt werden. Die europäische Kommission hat
hierzu ein umfassendes Programm am Laufen: Ecodesign (of Energy using Products EuP bzw. of
Energy related Products ErP). Die Ecodesign-Vorschriften werden grundsätzlich in die Schweizer
Energieverordnung übernommen. Im Bereich Pumpen wurden die Mindesteffizienzvorschriften für
Nassläufer bis 2500 W von 2009 sowie aktuell (2014) jene für Wasserpumpen übernommen. Diese
Vorschriften betreffen die "Inverkehrbringung" der Pumpen; d.h. in erster Linie sind die Hersteller,
Importeure und Händler betroffen. Selbstverständlich sollten auch Planer und Installateure diese Vorschriften kennen und nur noch konforme Pumpen vorsehen bzw. installieren.
Bei Nassläufer-Pumpen (vgl. "Umwälzpumpen" in Fig. 1) greift inzwischen die Ecodesign-Regulierung
von 2009 (auch in die Schweizer Energieverordnung übernommen), wonach nur noch elektronisch
geregelte Pumpen mit Magnetmotor und demzufolge sehr gutem Wirkungsgrad zugelassen sind.
Beim Ersatz aller dieser Pumpen (bis ca. 2030) ist mit weit über 50% Verbrauchsreduktion zu rechnen. Bei den Wasserpumpen gemäss Verordnung (EU) Nr. 547/2012 dürfte das Effizienzpotenzial
durch die Verordnung allein kleiner als 10% sein, wenn jedoch die ganzen Prozesse oder Anlagen
betrachtet werden, in der Grössenordnung von 20 bis 30 Prozent.
[1] Topmotors-Merkblatt 23: Pumpen, Nov. 2012
Werner Schneeberger
ebm-papst AG
Rütisbergstrasse 1
8156 Oberhasli
[email protected]
Ventilatoren werden immer besser!
Bei der Auswahl des richtigen Ventilators müssen verschiedenen Kriterien berücksichtigt werden.
Diese Kriterien können sich durchaus gegenseitig beeinflussen. Also ist es wichtig sich genauer damit
auseinanderzusetzen. Folgende Punkte müssen Beachtung finden:
Geforderte Luftmenge und erforderliche Druckerhöhung
Passende Ventilatorgattung: Axial, Radial, Querstrom
Vorhandenen Platzverhältnisse und Strömungsweg
Erlaubte Geräuschemission
Anforderungen an die Betriebskosten sprich: Effizienz
Gestehungskosten
Steigende Energiekosten, enge Bebauung und Wohnen in Mischgebieten bestimmen die Auswahl und
Konstruktion von lüftungs- und klimatechnischen Geräten. Energieeffizienz und Geräuscharmut sind
deshalb wichtige Kriterien bei der Auswahl des richtigen Ventilators für die jeweiligen Aufgaben der
Luftbewegung.
Ventilatoren bestehen aus den Komponenten Laufrad, Antriebsmotor und beinhalten immer häufiger
auch eine entsprechende Steuerung zur Drehzahlanpassung des Ventilators. Soll dieses Ventilatorsystem optimal funktionieren müssen zum Einen die Einzelkomponenten einen guten Wirkungsgrad
aufweisen und zum Anderen auch optimal aufeinander abgestimmt sein.
Damit ist aber noch kein optimaler Betrieb in der entsprechenden Einbausituation garantiert. Um das
zu erreichen muss der richtige Ventilator ausgewählt werden und zudem muss auch darauf geachtet
werden, dass das Umfeld des Ventilators so gestaltet ist, dass so wenig als möglich Einbauverluste
auftreten. Darum ist es wichtig im Vorfeld bereits Informationen über die Verwendung (Betriebspunkt)
und Einbausituation (Geometrie) des Ventilators zu erhalten.
Die Wirkungsgrade hocheffizienter EC Motoren inklusive Steuereinheit liegen bereits heute über 90%.
Dies lässt relativ wenig Spielraum für weitere Verbesserungen… Die Laufräder hingegen liegen bei 50
– 80% und bieten somit ein weit größeres Verbesserungspotential als die Motoren. Also wird auch
dort angesetzt. Man kann mit Zusatzmaßnahmen am Ventilatoraustritt und/oder am Ventilatoreintritt
die Geräuschemissionen reduzieren und die Effizienz steigern.
Mit einem Vorleitgitter (FlowGrid) kann die Anströmung eines eingebauten Ventilators verbessert werden. Ein Axialventilator kann mittels eines Diffusors ( AxiTop) am Ausblas auf Effizienz getrimmt werden.
Abbildung 1:Reduzierung des Schalldruckpegels mittels FlowGrid, ebmpapst
Die Ausblas- oder Druckseite eines Axialventilators kann mit einem Diffusor optimiert werden. Dieser
sorgt für eine deutliche Verbesserung des Wirkungsgrades und reduziert dabei gleichzeitig das Arbeitsgeräusch.
Abbildung 2:Geräuschreduzierung mittels AxiTop, ebmpapst
Im Vortrag wird aufgezeigt, dass durch einfache Maßnahmen am Ventilatorein- und -austritt die Effizienz und die Geräuschemissionen deutlich verbessert werden können. Optimierte Laufradgeometrien
sowohl bei Axial- als auch Radialventilatoren tragen ebenfalls zur Verbesserung der Leistungswerte
bei.
Messungen an realen Geräten unterstützen diese Behauptungen und demonstrieren zum Teil dramatische Verbesserungen.
Frequenzumrichter, Chancen und Risiken beim Energie Sparen
Adrian Omlin
Hochschule Luzern
Technikumstrasse 21
CH-6048 Horw
[email protected]
Einleitung
Frequenzumrichter (FU) erzeugen aus der Wechselspannung des Netzes, die eine konstante Frequenz hat, eine Ausgangsspannung mit veränderlicher, einstellbarer Frequenz und Amplitude. So
lassen sich elektrische Motoren drehzahlvariabel betreiben. Bei vielen Anwendungen kann durch ein
bedarfsgerechtes Einstellen der Drehzahl Energie eingespart werden. Trotzdem ist nicht für jede Anwendung ein FU sinnvoll. Im Vortrag wird auf verschiedene Umrichter-Bauformen und ihre Eigenschaften eingegangen. Anhand der Vor- und Nachteile, die der Einsatz eines FU mit sich bringt, soll
aufgezeigt werden, wo ein FU sinnvoll eingesetzt wird und wo es Alternativen gibt.
Der Frequenzumrichter: Bauarten, Vor- und Nachteile
Nebst dem grossen Vorteil, dass mit einem FU die Drehzahl eingestellt werden kann, hat er auch
Nachteile: Der FU Geld kostet, macht Verluste und erzeugt Oberschwingungen. Die Oberschwingungen machen im Motor, in den Leitungen und Transformatoren zusätzliche Verluste. Und sie können
elektromagnetische Störungen verursachen. Der Wirkungsgrad eines FU liegt bei Nennbetrieb typischerweise im Bereich von 96% bis 98%. Bei Teillast ist er aber deutlich tiefer.
Der weitaus am häufigsten eingesetzte Umrichter ist der Umrichter mit Spannungszwischenkreis. (Abbildung 1). Der netzseitige Teil speist aus der Wechselspannung des Netzes den GleichspannungsZwischenkreis. Dieser besteht im Wesentlichen aus einem grossen Kondensator, der die Spannung
glättet. Der motorseitige Wechselrichter macht aus der Gleichspannung eine Wechselspannung einstellbarer Frequenz.
UN :
Frequenzumrichter
UN, fN
Netz
UM, fM
netzseitiger
Teil
WR
ZK
UM :
Motor
WR:
ZK:
Netzspannung mit
konstanter Frequenz fN
Maschinenspannung mit
einstellbarer Frequenz fM
Wechselrichter
Zwischenkreis
Abbildung 1: Hauptkomponenten eines Frequenzumrichters
Der netzseitige Teil kann mit einem Diodengleichrichter, einem Umkehrgleichrichter oder mit einem
Wechselrichter (Acitve Front End) realisiert werden, was natürlich seine Möglichkeiten (z.B. Bremsbetrieb mit Rückspeisen) und die Netzrückwirkungen (Oberschwingungen, Leistungsfaktor) beeinflusst.
Die folgende Tabelle zeigt einen Vergleich.
Netzseitiger Teil des FU
realisiert mit:
Elektrisches Bremsen
Diodengleichrichter
Nein
Sehr gut
Alle Ungeraden. Wenn
dreiphasig, fehlen die
Harmonischen der Vielfachen von drei
Diodengleichrichter mit
Brems-Chopper
Ja, Bremsenergie wird im
Bremswiderstand des
Brems-Choppers verheizt
Sehr gut
Wie Diodengleichrichter
ohne Brems-Chopper
Umkehrgleichrichter
Ja, mit Rückspeisen der
Bremsenergie ins Netz
Gut
Ähnlich wie Diodengleichrichter, etwas kleiner
Wechselrichter
Ja, mit Rückspeisen der
Bremsenergie ins Netz
Sehr gut,
Je höher die Taktfrequenz, desto kleiner
(Active Front End)
cosϕ
Harmonische
im Netzstrom
einstallbar, sogar
Kompensation möglich
Tabelle 1: Vergleich der FU Bauarten mit ihren Eigenschaften
Alternativen zum FU
Ein Motor kann direkt am Netz betrieben werden, was auch oft gemacht wird. Die Netzfrequenz bestimmt die Drehzahl, welche somit fest ist. Sie kann nicht bedarfsgerecht eingestellt werden und so
wird oft mehr Leistung als nötig vom Netz bezogen. Das Anlaufen erfolgt brüsk und erzeugt im Motor
grössere Verluste als ein sanftes Erhöhen der Drehzahl. Der Wirkungsgrad bei Betrieb direkt am Netz
ist im Nennarbeitspunkt besser als wenn ein FU eingesetzt wird, da dieser Verluste macht.
Soll nur das Anfahren effizienter und schonender erfolgen, kann ein so genannter Sanftanlasser eingesetzt werden. Er ist kostengünstiger als ein Frequenzumrichter und macht weniger Verluste. Die
Betriebsdrehzahl ist aber weiterhin fest. Mit Regler ausgerüstete Geräte können insbesondere bei
längerer Betriebszeit mit sehr kleinem Drehmoment eine Energieeinsparung bringen.
Ist die ideale Drehzahl fest aber kleiner (oder grösser) als die durch die Netzfrequenz gegebene, ist
ein Getriebe oder eine Transmission mit fixer Übersetzung oft die kostengünstigere und energieeffizientere Variante.
Fazit
Der Einsatz eines FU ist überall da angezeigt, wo über längere Zeitabschnitte durch reduzierte Drehzahl der Leistungsbezug verringert werden kann und die Bedürfnisse des Prozesses dennoch abgedeckt werden. Das ist beispielsweise bei einer Lüftungsanlage der Fall, die ohne FU dauernd mit Maximaldrehzahl läuft, auch wenn oft weniger Kühlung erforderlich wäre. Oder bei Pumpen, bei denen
zur Regulierung ein Drosselventil eingesetzt wird. Natürlich muss die Energieeinsparung durch die
bedarfsgerechte Drehzahl die Verluste des Frequenzumrichters mehr als aufwiegen.
Ist der Einsatz eines FU sinnvoll, muss weiter abgeklärt werden, ob elektrisches Bremsen nötig und
ein Rückspeisen der Bremsenergie ins Netz sinnvoll ist. Das bestimmt die einzusetzende UmrichterBauart. Bei Altanlagen ist es oft nicht sinnvoll, den alten Motor weiterzuverwenden insbesondere wegen der Gefahr von Isolationsdefekten. Der Einsatz eines neuen, energieeffizienten Motors ist in punkto Energieverbrauch, Kosten und Zuverlässigkeit meist die bessere Variante. Schliesslich muss der
FU wie das ganze Antriebssystem richtig dimensioniert werden, da bei einem Betrieb deutlich unter
Nenndrehzahl und Nennmoment der Wirkungsgrad sowohl vom Umrichter als auch vom Motor abnimmt.
Hydraulische Systeme mit weniger Energie
Dr.-Ing. Johann Lodewyks
HSLU Hochschule Luzern Technik & Architektur
Technikumstr. 21, 6048 Horw
[email protected]
Einleitung
Hydraulische Antriebe sind auf Grund ihrer Kraftdichte und Robustheit, bis heute in zahlreichen Applikationen nicht ersetzbar. In vielen Schaltungen werden jedoch nur schlechte Wirkungsgrade erreicht.
Dies kann durch eine bessere Auslegung und energiesparende Schaltungen vermieden werden.
Abbildung 1 Antriebstechnik im Vergleich, Autor
Anwendungsbeispiele
Sowohl im Mobil- wie im Stationärbereich werden leichte, kostengünstige Hydraulikantriebe eingesetzt. Baumaschinen, Pressen und Flugsimulatoren sind nur einige der typischen Beispiele.
In Kombination mit dynamischen Hydraulikspeichern, ist es möglich ein optimales Energiemanagement, mit Zwischenspeicherung und Regeneration aufzubauen. Gleichzeitig steht für wichtige Notsituationen, eine netzunabhängige Energiereserve zur Verfügung.
Aufbau und Wirkungsgrad hydraulischer Antriebe
Der einfachste Aufbau einer Druckversorgung liefert einen konstanten Volumenstrom mit konstantem
Druck. Im gesamten Teillastbereich des Antriebes wird dann einfach, nicht benötigte Energie in Wärme umgesetzt. Die bedarfsgerechte Erzeugung hydraulischer Leistung ist somit ein wichtiger Schritt
zu einem besseren Wirkungsgrad. Die Kombination von Hydraulikpumpen mit FU geregelten Elektromotoren ist hier eine Möglichkeit.
Die schnellste und einfachste Regelung und Steuerung hydraulischer Energie erfolgt über verstellbare
Widerstände, wie z.B. Proportionalventilsteuerkanten. Eine grosse Energieeinsparung kann durch den
Einsatz von Verdrängersteuerungen, oder die Dosierung mit schnellschaltenden Digitalventilen erreicht werden.
ω
M
Probleme
Drosselung treibender Lasten
VM
Drosselverluste der Steuerkanten
F
Konstante Hydraulikleistung
AZ
v
Lösungen
Energierückgewinnung
s
p0
Drosselfreie Steuerung
Bedarfsgerechte Leistung
Abbildung 2 Ansätze zur Energieeinsparung, Autor
Energierückgewinnung und -speicherung
Jeder Prozess mit dynamisch bewegter Last oder grossen Potentialunterschieden, bietet die Möglichkeit zur Energierückgewinnung. Mit dem Hydraulikspeicher steht heute ein sehr guter und effektiver
Energiespeicher zur Verfügung, mit dem Rekuperationsschaltungen aufgebaut werden können.
Abbildung 3 Vergleich von Energiespeichertechnologie, Autor
Zusammenfassung und Ausblick
Die hydraulische Antriebstechnik ist gefordert alle Potentiale der Wirkungsgradverbesserung auszuschöpfen, um auch in Zukunft den heutigen Stellenwert zu behalten. Es muss dabei immer der Gesamtprozess betrachtet werden und die technische Antriebslösung auf die Gegebenheiten und Anforderungen des Prozesses abgestimmt werden. Zu diesem Zweck stehen heute bereits zahlreiche Ansätze und Komponenten zur Verfügung.
Effiziente Transmissionssysteme
Prof. Heinrich Huber
Fachhochschule Nordwestschweiz, Institut Energie am Bau
St. Jakob-Strasse 84, CH-4132 Muttenz
[email protected]
Der Beitrag gibt einen Überblick über mechanische Transmissionssysteme. Der Schwerpunkt liegt
hierbei auf Riemenantrieben.
Riemenantriebe
Tabelle 1 zeigt einen qualitativen Vergleich der gängigen Riemenantriebe.
Bauart
Wirkungsgrad Nennlast
Teillast 20%
Montage
Keilriemen
a)
85 % … 98 %
a)
75 % … 96 %
einfach
Nachspannen
Spannkraft
Einkaufspreis Riemen
Laufruhe
Lebensdauer
Riemengeschwindigkeit
Dehnschlupf
Abrieb/Verschmutzung
diverses
notwendig / nicht notwendig
mittel
kostengünstig
unruhig
c)
kurz / lang
tiefer als Flachriemen
c)
hoch / gering
c)
hoch / gering
mehrrillige Pulleys:
Wirkungsgradabnahme von
ca. 0,2 bis 1 % pro Riemen
c)
Flachriemen
a)
95 % … 99%
a)
90 % … 99%
anspruchsvoll , endverbindbar auf der Anlage
nicht notwendig
hoch
mittel
sehr ruhiger Lauf
lang
hoch
sehr gering
sehr gering
Breite und Länge frei wählbar
Zahnriemen
b)
97 % … 99,5 %
mittel
nicht notwendig
tief
hoch
Geräuschbildung
lang
tiefer als Flachriemen
kein Schlupf
gering
Tabelle 1 Qualitativer Vergleich von Riemenantrieben
Legende zu Tabelle 1:
a) Die Werte von Keilriemen gelten für einrillige Pulleys. Mehrrillige Pulleys s. letzte Zeile
gemäss
[1],
unterer
Wert:
Wirkungsgrad
bei
einer
Wellenleistung
von
ca.
0,5 kW
oberer Wert: Wirkungsgrad bei einer Wellenleistung von 2 bis 30 kW gemäss Prüfstandmessungen [2]
b) Schätzung aufgrund diverser Quellen, für Teillast keine Quellen gefunden
c) bessere Werte gemäss Angaben eines Herstellers von ummantelten Keilriemen mit Polyesterzugstrang [3]
Verluste von Riemen entstehen vorwiegend durch Dehnschlupf und Walkarbeit, sowie durch Vibrationen, die beim Anpressen und Ablösen an den Übertragungsflächen entstehen. Zahnriemen schneiden
dank der formschlüssigen Verbindung energetisch sehr gut ab. Sie haben aber einen beschränkten
Einsatzbereich.
Im Vergleich stellen Keilriemen die energetisch ungünstigste Variante dar. Bei Nennlast liegt die Wirkungsgrad-Differenz zwischen energetisch guten Keil- und Flachriemen im Bereich von einem Prozentpunkt. Bei Teillast nehmen die Unterschiede aber zu. Gemäss Vergleichsmessungen [2] weisen
Flachriemen einen sehr flachen Wirkungsgradverlauf auf. Das Maximum liegt typischerweise bei einer
Teillast von ca. 60% und hat im untersuchten Leistungsbereich von 2 kW bis 50 kW einen Wert von
rund 99,5% erreicht.
Bei Flachriemen wird oft genannt, dass die hohe Spannkraft die Lager stark beansprucht, resp. die
Anwendung einschränkt. Ein exemplarischer Vergleich von handelsüblichen Produkten [4] zeigt, dass
bei korrekter Auslegung die Spannkraft bei Flachriemen maximal 20% höher ist als bei Keilriemen.
Damit ist die notwendige Auflegedehnung gemeint, damit bei höchster Belastung (üblicherweise beim
Anlauf) kein Reibschlupf auftritt. Beim Flachriemen ist dies eine zwingende Voraussetzung, beim Keilriemen nicht. Dieser vordergründige Vorteil für den Keilriemen wird durch eine Verminderung der Lebensdauer der Keilriemen und Pulley relativiert. Zudem dürfte bei einer Abnutzung durch Reibschlupf
der Wirkungsgrad leiden.
In den experimentellen Arbeiten [2] und [5] wurde dokumentiert, dass sich die Wellen und Wellenlager
bei Keilriemen stärker erwärmen als bei Flachriemen. Die Ursache dürfte bei Vibrationen liegen, die
durch das Anpressen und Ablösen des Keils entstehen. Bild 1 zeigt Thermografieaufnahmen aus [5].
Dabei wurde bei einer Klimaanlage mit einem Keilriemenantrieb eine ca. 10K höhere Temperatur an
der Motorwelle gemessen als mit einem Flachriemen. In [2] wurden gar rund 15 K höhere Temperaturen festgestellt. Eine höhere Temperatur bedeutet eine höhere Lagerbelastung und eine kürzere Lebensdauer.
Abbildung 2 Temperuren an der Motorwelle bei einem Keilriemenantrieb (links) und einem
Flachriemenantrieb [4]
Getriebe
Neue und gut gewartete Stirnrad-, Flach- und Kegelrad-Getriebe erreichen typischerweise Wirkungsgrade von 96 bis 98%. Bei Schneckenradgetrieben kann der Wirkungsgrad allenfalls deutlich tiefer
liegen. In [6] wurde angenommen, dass beim Ersatz bestehender Schneckenradgetriebe durch Direktantriebe eine durchschnittliche Wirkungsgradverbesserung von 10% erreicht werden könnte. Daraus wurde ein gesamtschweizerisches Stromsparpotential von 78 GWh/a abgeschätzt.
Schlussbemerkungen
Bei neuen Fördereinrichtungen wird die mechanische Transmission zunehmend durch den Direktantrieb ersetzt. Im Retrofitbereich haben effiziente Transmissionssysteme aber weiterhin ihre Berechtigung. Bei neuen ein- und zweistufigen Anlagen mit Normmotoren kann der Gesamtwirkungsgrad mit
einer effizienten Transmission höher sein als bei einer Fixeinstellung mit Frequenzumformer.
Quellenangaben
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
topmotors.ch Merkblatt 24: Luftförderung. Zürich, Dez. 2012 www.topmotors.ch
Interne Messungen Habasit AG, Reinach BL, 2012
Technische Unterlagen Optibelt GmbH, Höxter (D), 2014
Seiler R.: Effiziente Antriebssysteme. Referat am Topmotors Workshop "Transmissioneneffiziente Riemen und Getriebe". Zürich, 25. Nov. 2013
Projektarbeit «Wirkungsgrad von Riemenantrieben», FHNW, Studiengang EUT, Windisch, 2013
Tanner R., Riesen H.-J.: Energiesparpotential bei Ersatz von Getriebemotoren durch
FU-Antriebe. Semafor AG, Basel, 2007. Studie im Auftrag des Bundesamt für Energie
Messungen auswerten mit dem Standard Test Report (STR)
Rolf Tieben
S.A.F.E.
Gessnerallee 38a
8001 Zürich
[email protected]
Neues Tool: Standard Test Report
Der Standard-Test-Report dient der standardisierten Dokumentation des Ist- und des Soll-Zustandes,
also der relevanten Anlagewerte vor und nach der Umsetzung von Verbesserungsmassnahmen. Damit bildet der STR ein einfaches Controlling des Projektes.
Fünf wichtige Punkte zum Standard-Test-Report:
•
•
•
•
•
Die Analyse des bisherigen Zustandes bildet die Grundlage eines Projektes zur Effizienzsteigerung.
Aus Messungen der minimalen, der maximalen und der mittleren elektrischen Leistungen resultiert der Lastfaktor.
In Verbindung mit dem Leistungsbedarf beim Anlauf liefert der mittlere Lastfaktor Angaben zur
Qualität der Dimensionierung.
Mit der Konfiguration besserer Komponenten lassen sich die zu erwartenden Wirkungsgrade
respektive Energiebedarfswerte berechnen.
Die präzise Berechnung oder die approximative Abschätzung der Kosten von Massnahmen
ergibt das Kosten-Nutzen-Verhältnis
Massnahmen zur Energieeinsparung
Eine Massnahme zur Energieeinsparung bei industriellen Antriebssystemen bedingt eine Analyse
respektive eine Messung der bestehenden Anlage. Danach erfolgt die Planung der neuen Anlage, die
Demontage der alten und die Auswahl der neuen Maschine, deren Montage sowie die Einregulierung
inkl. der Systemintegration. Für die Kontrolle des Lastzustandes werden elektrische Leistungsmessungen durchgeführt (Merkblatt 8: Messkonzepte). Die Messergebnisse werden, zusammen mit
den Beobachtungen während des Betriebs und
weiteren anlagespezifischen Infos, im StandardTest-Report (STR) zusammengetragen. Diese
Daten bilden die Grundlage für systematische
Verbesserungen des Antriebssystems. Als Bezugssystem gilt immer das ganze Antriebssystem, d. h. Motor, FU, Transmission, Anwendung
und Nutzung.
Die STR-Vorlage kann als Excel unter
Abbildung 1:Beispiel Antriebssystem, Topmotors
www.topmotors.ch heruntergeladen werden.
Standard Test Report (STR)
Abbildung 2: STR Vorderseite, Topmotors
Abbildung 3: STR Rückseite, Topmotors
Auswertung Verbrauch
Die gemessenen und ermittelten Daten ergeben den IST Zustand des Systems mit jährlichem Energieverbrauch und Energiekosten. Diese Werte werden mit der technischen Lebensdauer (10-20 Jahre,
abhängig von der Nennleistung des Motors) automatisch interpoliert und ergeben die Lebenszyklus
Kosten des Antriebssystems.
Anhand der neuen Daten und Wirkungsgrade für einen möglichen Sollzustand mit besseren und
(ggf.) neu dimensionierten Komponenten, werden vom STR die neuen, möglichen Jahreswerte bezüglich Kosten und Energieverbrauch berechnet und direkt gegenübergestellt. Die erwartet Einsparungen
in kWh und CHF werden explizit aufgeführt. Auf diese Art können verschiedene Optimierungsvarianten mit unterschiedlichen Massnahmen und Komponenten durchgerechnet und ihre Wirksamkeit verglichen werden.
Kosten und Payback
Die anfallenden Kosten für eine Optimierung werden ebenfalls voll im STR berücksichtigt. Es bietet
Platz für 10 einzelne und frei editierbare Kostenpositionen von der Planung bis zur Einregulierung.
Somit können Offerten oder Schätzungen detailliert dokumentiert und bei Bedarf jederzeit angepasst
werden. Die resultierenden Vollkosten ergeben zusammen mit den erwarteten Einsparungen, die
Payback Dauer der Massnahme sowie die Kostenwirksamkeit (Rp./kWh). Steigende Energiekosten
werden bewusst vernachlässigt und die Berechnungen basieren auf den aktuellen Totalkosten je kWh.
Beobachtungen
Abschliessen bietet STR Raum für Bemerkungen, Beobachtungen, Notizen oder ergänzende Informationen. Alle Vorkommnisse, Bedingungen, Zustände, Erkenntnisse und/oder Probleme können hier
dokumentiert werden. Sie dienen zum Verständnis der Anlage und für eine bestmögliche Reproduzierbarkeit der Messungen.
Optimisation des entraînements électriques en Suisse occidentale :
retour d’expérience du Programme EASY
Nicolas Macabrey
Planair SA
Crêt 108A, 2314 La Sagne
[email protected]
Introduction et contexte
En Suisse occidentale, le Programme EASY (www.topmotors.ch/f/Easy) a permis l’analyse et la mise
en œuvre d’un nombre conséquent d’optimisations d’entraînements électriques dans l’industrie.
L’approche systémique appliquée a apporté des réductions de consommation jusqu’à 70%. Les gains
typiques conduisant à des mises en œuvre sont de l’ordre de 25%. Dans cette présentation, nous
proposons d’illustrer des situations pour lesquelles les exploitants ne croyaient pas aux potentiels
d’optimisations. Nous introduirons également quelques règles issues de l’expérience qui permettent
de cibler les situations susceptibles d’offrir des gains appréciables. Au final, nous évoquerons le programme SPEED qui fait suite à EASY en bénéficiant de l’important retour d’expérience de ce premier
programme.
Quelques exemples
Dans le premier exemple, l’exploitant estimait que, comme son installation n’avait pas évoluée, elle
était certainement bien dimensionnée. Dans le second, comme l’entraînement fonctionnait déjà sur
variateur de fréquence, il n’y avait pas, pour l’exploitant, d’économies possibles.
Exemple 1 : Gros ventilateurs d’air primaire d’alimentation de procédés
Le double ventilateur d’air primaire, suivi par un réchauffeur d’air, alimente plusieurs consommateurs
en air chaud (fig.1 schéma de principe).
2 Ventilateurs //
Chauffage d’air
Chacun des 2 ventilateurs (132 kW) est entraîné individuellement par un moteur via une courroie trapézoïdale. Il n’y a pas de
variateur de vitesse.
Les fig. 2 et 3 montrent que la consommation varie relativement
peu et que le rendement global est de quelque 48%. Le rendement moyen du ventilateur est quand à lui de 54%. La puissance
électrique mesurée est de 70 kW alors qu’elle pourrait être de
150 kW en fonctionnement nominal.
Dans cette situation, où les données du ventilateur ne sont pas
disponibles (l’entreprise n’existe plus), nous sommes partis des
besoins effectifs mesurés pour redimensionner l’installation.
figure 1, Schéma de principe du double ventilateur
250
3
Δ Druck [mbar]
delta Druck [mbar]
Luftmenge [m3/s]
200
Luftmenge [m3/s]
2.5
2
150
1.5
100
1
50
0
03.10.2013 00:00
0.5
04.10.2013 00:00
05.10.2013 00:00
06.10.2013 00:00
07.10.2013 00:00
08.10.2013 00:00
09.10.2013 00:00
10.10.2013 00:00
0
11.10.2013 00:00
Lufterhitzer
figure 2, Evolution du ∆p et du débit
Leistung [W]
120000
0.60
Luftleistung [W]
100000
Total Wirkungsgrad
80000
0.40
60000
0.30
40000
0.20
20000
0.10
0
03.10.2013 00:00
04.10.2013 00:00
05.10.2013 00:00
06.10.2013 00:00
Gesamtwirkungsgrad
0.50
Elektr. Leistung [W]
07.10.2013 00:00
08.10.2013 00:00
09.10.2013 00:00
10.10.2013 00:00
0.00
11.10.2013 00:00
figure 3, Evolution des puissances et du rendement
Les données effectives d’un nouveau ventilateur permettent d’estimer le gain énergétique et les valeurs économiques. On obtient ainsi une baisse de 40% de la consommation (315 MWh/a) et un payback inférieur à un an.
Exemple 2 : Circulation d’eau glacée
Dans cet exemple, une pompe de 90 kW / 320 m3/h, sur variateur, fait circuler de l’eau glacée vers
différents consommateurs. Le besoin est très variable et la vitesse (débit) couvre une large plage avec
3
une part prépondérante des besoins entre 100 et 150 m /h et une part très faible au-dessus de 250
3
m /h.
rendement
1
η pompe 90 kW
0.9
0.8
η moteur 90 kW
0.7
η global 90 kW
0.6
0.5
η pompe(s) 18 kW
0.4
η moteur(s) IE4 18 kW
0.3
0.2
η global x 18 kW
0.1
0
0
100
200
300
400
débit [m 3 /h]
Comme le montre la fig. 4, le rendement
global pour la gamme principale de débit
est de 40-50% (courbe verte trait plein).
On observe qu’a débit réduit le rendement
de la pompe et du moteur baissent fortement (courbes en trait plein fin).
La proposition d’optimisation réside dans la
mise en parallèle de pompes plus petites
fonctionnant selon les besoins. Cette solution permet des gains de l’ordre de 20%.
Elle n’est cependant possible que lorsque
les variations de débits ne sont pas trop
rapides (pompes).
figure 4, Evolution des puissances et des rendements
Enseignements : premières règles
Au travers de programmes comme EASY puis SPEED, les entreprises peuvent identifier rapidement
les meilleurs candidats aux optimisations mais également connaître de façon claire ce que les optimisations vont leur coûter et leur rapporter. Ces informations précises sont possibles grâce aux mesurages et analyses de détail. A terme, l’idée serait de parvenir à des résultats probants sans passer
systématiquement par des mesurages qui restent coûteux pour les entreprises. Quelques pistes seront proposées dans cette présentation.
Jan Krückel,
Leiter Produktmanagement und Applikationen
Automation, Motors & Drives
Industrieautomation, ABB Schweiz AG
Brown Boveri Platz 3, CH-5400 Baden
[email protected]
Praxiserfahrungen mit effizienten Antriebssystemen
Im Referat „Praxiserfahrungen mit effizienten Antriebssystemen“ werden an Hand verschiedener Applikationen in der Praxis Beispiele dargelegt, wie auf unterschiedlichen Arten Energieeinsparung und
Effizienzsteigerung möglich ist
Die ersten Beispiele thematisieren realisierte Retrofitprojekte im Lüfter-Applikationsbereich, bei denen
der Fokus während der Durchführung auf Energieeinsparung und Zuverlässigkeit lag. Mit hocheffizienten Synchronreluktanzmotoren auf IE4-Niveau und der neuen Serie der all-kompatible ABB-Drives
wurden dabei die erwarteten Ziele übertroffen. Zugleich erhöhte die Reluktanztechnologie die Zuverlässigkeit der Anlagen, da die reduzierten Verluste die Motortemperatur wertbar niedriger hält. Das
schont unter anderem Lager und Isolierung und erhöht die Lebenszeit. Herstellererklärungen zum
Antriebspaket aus Motor und Frequenzumrichter erhöhen dabei die Investitionssicherheit.
Bilder ABB: Ausfallgründe bei Motoren (links) und Herstellererklärung über den Systemwirkungsgrad
eines Antriebssystems aus Motor und Frequenzumrichter (rechts)
Der Aufgabenbereich von Frequenzumrichtern zur Regelung von Motoren wird heute von Zusatzfunktionen in unterschiedlichen Bereichen gewinnbringend erweitert. Energieoptimierung z.B. zur Reduzierung des Magnetflusses im geregelten Teillastbereich, Unterstützung von besonderen Applikationen,
wie z.B. Kran oder Wickler, CoDeSys basierte Programmierung, bis hin zu integrierten Sicherheitsfunktionen nach dem Standard der Maschinenrichtlinien.
In einer realisierten Applikation über Architektur auf der Zentralschweizer
Frühlingsmesse LUGA, konnte die Flexibilität und Modularität des allcompatible ABB-Drives (ACS800) ausgenutzt werden.
•
•
•
•
•
•
•
•
Sichere Sicherer
Funktion
Drehzahl Feldbus
Profisafe
geberlos /
mit Geber
FSO-21
FSO-12
geberlos
Varianten
„Safe Torque Off“ standardmäßig integriert
viele zusätzliche Sicherheitsfunktionen mit Sicherheitsmodul
FSO-12 integrierbar
Erhöht die Sicherheit der Anlage
Einfache Erfüllung der Maschinen-richtlinie
Spart Kosten für Zusatz-komponenten
Ermöglicht Platzeinsparung
Geberlose Sicherheitsfunktionen sparen Hardware
Hohe Sicherheitslevel: Pl e und SIL3
Details
STO
Safe Torque Off (Stopp-Kat. 0)
Verbindung zu STO auf FU
SBC
Safe Brake Control
Ausgang für Bremsenansteuerung
SS1
Safe Stop 1 (Stopp-Kat. 1)
Zeitverzögert / Rampenüberwachung
SSE
Safe Stop Emergency
SS1 mit Notstopprampe
SMS
Safe Maximum Speed
Funktion permanent ein oder aus
SLS
Safe Limited Speed *
* Nur ohne Geberrückführung
SS2
Safe Stop 2 (Stopp-Kat. 2)
Nur mit Geberrückführung
SOS
Safe Operating Stop (Stillstand)
SLS
Safe Limited Speed *
* Auch mit Geberrückführung
SSM
Safe Speed Monitor
Sicherer Ausgang
SAR
Safe Acceleration Range
Auch ohne Geberrückführung
SDI
Safe Direction
Bild: Unterstützte Sicherheitsfunktionen des ABB Drives
Im letzten Teil des Referats werden Antriebsapplikationen dargelegt, welche generatorisch erzeugte
Energie im Zwischenkreisverbund mehrerer Antriebe nutzt oder mit Rückspeisefähigen Frequenzumrichter zurückspeist.
Frequenzumrichter in der Praxis
Michael Burghardt
Danfoss GmbH
Carl-Legien-Str. 8, 63073 Offenbach, Deutschland
[email protected]
Einfaches Grundwissen ermöglicht richtige Auswahl und effizienten Betrieb
Frequenzumrichter kommen weltweit in immer mehr Anwendungen zum Einsatz. Die Gründe hierfür
sind vielfältig. Ursprünglich ermöglichten Frequenzumrichter nur die unkomplizierte stufenlose
Drehzahlregelung von Elektromotoren. Bis zu diesem Zeitpunkt wurde dies oft durch
Gleichstrommaschinen mit wartungsintensiver Kommutierungseinrichtung oder mittels rotierender
Umformer (Ward-Lenard-Umformer) realisiert. Das änderte sich mit der Entwicklung der statischen
Frequenzumrichter
und
deren
elektronischen
Ansteuerung
des
verschleißarmen
Drehstromasynchronmotors. Er bot in immer mehr Anwendungen die Möglichkeit, Prozesse zu
optimieren oder den Komfort für Anwender zu erhöhen, wie z.B. durch das ruckfreie Anfahren von
Aufzügen. Diese führte in Europa dazu, dass bereits zur Jahrtausendwende circa jeder sechste neue
Motor mit einem Frequenzumrichter betrieben wurde.
In den letzten Jahren kam ein weiteres Argument für die Nutzung von Frequenzumrichtern hinzu:
Energieeffizienz. So führt die Reduzierung der Drehzahl in den verschieden Anwendungen nicht nur
zu einer Optimierung des Prozesses, sondern auch zu einer Verringerung des Energiebedarfs im
Prozess selbst. Prominentes Beispiel sind Pumpen mit quadratischem Lastverhalten, bei denen der
Energiebedarf kubisch mit der Drehzahl zurückgeht. Weiterhin ist die Nutzung verschiedener
energieeffizienter Motortechnologien nur mit Frequenzumrichtern möglich. Der ZVEI geht davon aus,
dass bis zum Jahr 2020 bis zu 50 % aller neu ausgelieferten Motoren mit Frequenzumrichter
betrieben werden.
Abbildung 1: Erwarteter Anstieg bei der Nutzung von Drive Controllern (Frequenzumrichtern).
Quelle: ZVEI
Der vermehrte Einsatz der Geräte hat sich über die Jahre auch drastisch im Preis bemerkbar
gemacht. Lag der Listenpreis im Jahr 1970 für Leistungen um die 7,5 kW noch auf dem Niveau eines
Kleinwagens, sind Geräte heute für wenige 100 € zu bekommen. Durch die technische Entwicklung
gestalten sich die Geräte dabei immer kompakter, effizienter und anwenderfreundlicher. War die
Auswahl, Installation und Wartung vor 25-30 Jahren noch etwas für wenige Experten, kann
Fachpersonal heute viele Anwendungen mit geeignetem Grundwissen entwerfen und in Betrieb
nehmen. Allerdings müssen sie damals wie heute einige grundlegende Faktoren bei der Auswahl,
Installation und Inbetriebnahme beachten.
Zu den offensichtlichen Kriterien bei der Auslegung eines Frequenzumrichters, wie die Eignung für die
Netzspannung, benötigte Motordynamik und Unterstützung der verwendeten Motortechnologie, gehört
auch das Wissen um die Zuordnung „Umrichter zu Motorleistung“. Ursache für Probleme in der
Anlage liegen häufig in der gängigen Praxis, die Geräte nach der Leistung des Motors in Kilowatt
auszuwählen. Frequenzumrichter sind aber nach dem benötigten Strom auszulegen. Diese Ströme
können sich aber bei Motoren gleicher Leistung stark unterscheiden. So sind die Nennströme bei
einem 2-poligen Motor oft niedriger, als bei einem 6-poligen Motor. Hinzu kommen unterschiedliche
IE-Wirkungsgradklassen und Motortechnologien, die unterschiedliche Ströme bei gleicher Leistung
haben. So ist beispielsweise der Motorstrom eines Synchronrelkutanzmotors trotz sehr guten
Wirkungsgrads höher, als der eines Drehstromasynchronmotors mit schlechterem Wirkungsgrad.
Abbildung 2: Motornennströme von 1,5 kW Motoren mit unterschiedlichen Drehfelddrehzahlen
und Motortechnologien (IM = Induktionsmotor, PM = Permanentmagnetmotor, SynRM =
Synchronrelutanzmotor)
Die
Leistungsangaben
der
Hersteller
beziehen
sich
üblicherweise
auf
4-polige
Drehstromasynchronmotoren und dienen hauptsächlich der groben Zuordnung. Dies ist aber ebenso
wenig zwischen den Herstellern standardisiert, wie die zugrunde liegenden Wirkungsgradklassen und
Umgebungstemperaturen.
Ähnlich verhält es sich bei anderen Bereichen rund um den Frequenzumrichter, die in der Praxis oft
Fragen aufwerfen. Hierzu gehören:
-
Eignung des Motor für Umrichterbetrieb
Kabelauswahl und Installation
EMV
FI-Schutzschalter
Grundlegende Programmierung
Analog zur Auslegung der Geräte lassen sich auch hier Schwierigkeiten schon durch die Beachtung
einfacher Regeln vermeiden. Im Gegensatz zu Fehlern bei der Auslegung sind aber Probleme in
diesen Bereichen oft auch nachträglich mit verhältnismäßig geringem Aufwand zu beheben. Generell
gilt aber, dass eine vorrauschauende Planung und Installation immer die kostengünstigere und
schneller zu realisierende Lösung ist.
Antriebssysteme mit Permanentmagneterregung
Hansjörg Biland
Emerson Industrial Automation
Control Techniques AG,
Lindächerstrasse 1,
5413 Birmenstorf
[email protected]
Energieeinsparung dank innovativen Technologien
Angesichts der Vorgaben zur Verringerung der CO₂Emissionen und zur Erfüllung der Energiestrategie
2050 des Bundes, laufen die Trends und Neuentwicklungen in Richtung energieeffizientere Antriebe.
Rund 70 Prozent der in der Industrie benötigten elektrischen Energie werden im Einsatz von Elektromotoren benötigt. Drehzahlveränderbare Antriebe und die Optimierung der gesamten Prozessabläufe
sind die wichtigsten Ansätze für energieeffiziente Lösungen.
Als Spitzenprodukt für drehzahlvariable Antriebe steht der Dyneo® Permanentmagnetmotor. Die von
Leroy-Somer entwickelten Permanentmagnetlösungen mit Umrichtern und Synchronmotoren garantieren ein optimales Drehmoment über den gesamten Drehzahlbereich. Beim Dyneo® Permanentmagnetmotor, wird der magnetische Fluss im Rotor von den Permanentmagneten erzeugt und die Rotorverluste sind, im Vergleich zu den Kurzschlussläufern, zu vernachlässigen.
Energieeinsparung
Wirkungsgrad
Synchron IE4
Asynchron IE3
Abbildung 1 Energieeinsparung und Wirkungsgradvergleich, Quelle Leroy Somer Produktkatalog
Energieeinsparung in der Praxis
Der Zürcher Stadtrat beschloss die Energiezentrale Hardau für das gleichnamige Wohnquartier mit
rund 1000 Wohnungen und diversen öffentlichen Bauten zu erneuern. Ziel war es, die bestehende
Heizungsanlage für fossile Brennstoffe bei laufendem Betrieb durch eine neue, umweltfreundliche
Energieerzeugungsanlage zu ersetzen. Kernstück der neuen Anlage ist eine Wärmepumpe, die
Grundwasser als Energiequelle nutzt und mit dem natürlichen Kältemittel Ammoniak betrieben wird.
Beim aktuellen Projekt dient das Grundwasser mit rund 7500 l/min als Basis für die Wärmepumpe. Die
Spitzenlasten können bei Bedarf mit fossiler Energie (Gas) abgedeckt werden. Als Antriebseinheit für
die neuen wartungsarmen und effizienten Verdichter in „TwinScrew“-Technologie aus Kanada wurden
zwischen ewz und dem Vertragspartner Walter Wettstein AG die neuen Permanentmagnetmotoren
Dyneo® von Emerson Industrial Automation / Leroy Somer evaluiert.
Mit den eingesetzten, zweistufigen „TwinScrew“-Verdichtern werden die Heiztemperaturen durch das
verdichtete Ammoniak in einer ersten Stufe auf rund 46°C gebracht. Hier kommen Permanentmagnetmotoren mit 315 kW Leistung zum Zug. Für die zweite Verdichterstufe werden Permanentmagnetmotoren mit 450 kW eingesetzt. Zum Ausschlag, dass die ewz sich für den Permanentmagnetmotor entschied wurde begründet: «Die hohe Effizienz dieser Permanentmagnetmotoren war für unsere
Zielerreichung der Wirkungsgraderhöhung ein wesentliches Merkmal»
Abbildung 2 Projekt Hardau II, Quelle Emerson Industrial Automation / applied ewz
Dr. Catherine Cooremans
Université de Genève (Institute for Environmental Studies)
7, Route de Drize
1227 Genève
[email protected]
Eco’Diagnostic
24, Rue de l’Athénée
1206 Genève
[email protected]
Formation continue pour des experts en technologie & management de
l’énergie
Les recherches ont montré que plusieurs barrières humaines et organisationnelles bloquent ou ralentissent l’amélioration de la performance énergétique dans les entreprises.
Du côté humain (the « human side of energy use »), on constate que:
•
•
•
les personnes en charge de l’énergie dans les entreprises, de même que les experts externes
qui conseillent celles-ci, ont le plus souvent une formation « technique ».
Les compétences techniques forment le socle commun des responsables des questions
énergétiques, mais avec des profils très variés, tels que : ingénieurs électriciens, électroniciens, en micromécanique ou métallurgie ; CFC (certificat fédéral de capacité) en électricité,
mécanique, mécanique de précision. Les responsables des questions énergétiques dans les
entreprises ne maîtrisent donc pas tous les aspects de l’usage de l’énergie (électricité, énergie thermique, production de froid, etc.).
Ces personnes manquent en général des compétences managériales et des langages (stratégie, finance) qui leur permettraient de mieux « vendre » leurs projets aux directions générale
et financière, mais aussi de mieux gérer ces projets.
Du côté organisationnel, on constate que :
•
•
•
•
•
Les investissements en efficacité énergétique (en technologies efficaces en énergie) sont perçus comme non stratégiques et, par conséquent, ne sont pas décidés.
Les départements en charge des questions énergétiques (en général les départements de facility management, maintenance, services généraux, services techniques) ont beaucoup
moins de pouvoir décisionnel que les puissants départements « core business » (production,
finance, marketing & ventes).
L’énergie n’est pas visible. Elle n’est pas visible physiquement dans les bâtiments et installations (c’est le service énergétique qui est visible, ou perceptible); elle n’est généralement pas
visible non plus dans les systèmes de management des entreprises.
Le management de l’énergie induit des améliorations significatives de la performance énergétique.
Le niveau de management de l’énergie dans les organisations est souvent médiocre.
Qu'est-ce qu'un management de l'énergie ? Contrairement à ce qui est souvent considéré par les
praticiens de l'efficacité énergétique, gérer n'est pas synonyme de mesurer (même s'il ne saurait y
avoir de gestion sans mesure). Gérer consiste, pour une activité ou un processus donné, à prévoir,
organiser, choisir, (ré-)agir, en fonction de différents horizons temporels (pluriannuel, annuel, mensuel, quotidien, etc.) et en fonction de différents objectifs. Le management de l'énergie dans les organisations (entreprises et administrations publiques), englobe des actions organisationnelles, techniques et économiques qui permettent d'utiliser les différentes formes d'énergie de façon plus efficace
et, en général, de minimiser la consommation d'énergie de façon rentable. Le management de l'énergie est un processus d'amélioration continue puisque, à la fin de chaque cycle, les résultats sont mesurés et évalués et le plan d'action est ajusté, ou redéfini.
Les constats ci-dessus déterminent les principes et orientations à suivre pour concevoir des programmes de formation continue qui soient adaptés aux besoins des experts en technologie & management de l’énergie, mais aussi aux besoins des organisations qui les emploient.
Un premier principe général à appliquer est celui d’une prise en compte équilibrée des dimensions
humaines, techniques et organisationnelles de l’usage de l’énergie dans les entreprises:
Figure 1, Cooremans, C., Les trois dimensions du Management de l’énergie
Une formation continue en « Energy Technologie & Management » doit permettre aux participants
d’acquérir des compétences dans les domaines suivants:
•
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•
•
•
•
•
•
Maîtriser les notions techniques transversales du domaine de l’énergie (dans les bâtiments
et/ou processus industriels)
Elargir la dimension technique de l’énergie aux facteurs humains et organisationnels
Pouvoir concevoir et mettre en œuvre un projet impliquant une conduite du changement
Etre capable de communiquer et négocier à différents niveaux et avec différents acteurs
Maîtriser les outils de base de l’analyse stratégique (business model, chaîne de valeurs, ressources et avantage concurrentiel), et de la théorie financière des choix d’investissement
Concevoir et mettre en œuvre un plan d’action ou un projet
Etre capable d’assurer la promotion d’un projet dans son entreprise
Appliquer à un cas concret, de façon intégrée, les outils et connaissances acquis durant la
formation
Pour atteindre les objectifs définis ci-dessus, tout en profitant de la richesse des expériences et des
échanges entre participants, et entre ceux-ci et les enseignants, l’enseignement doit appliquer les
méthodes pédagogiques suivantes :
•
•
•
•
•
Une intégration entre le monde des énergéticiens et celui des professionnels du management
Une approche pluridisciplinaire
Un enseignement orienté vers l’action, basé sur des exemples concrets et des situations réelles
Le travail de groupe
L’articulation et l’appropriation des acquis de formation à travers un travail individuel de fin
d’études.
Easy: vom Finanzprogramm zum Weiterbildungsprogramm
Rita Werle
S.A.F.E.
Schweizerische Agentur für Energieeffizienz
Gessnerallee 38a, CH 8001 Zürich
+41 (0)44 226 30 70, [email protected]
www.topmotors.ch/Easy
Hintergrund
Die Schweizerische Agentur für Energieeffizienz (S.A.F.E) hat am 1. November 2010 das Förderprogramm Effizienz für Antriebssysteme (Easy www.topmotors.ch/Easy) im Rahmen der wettbewerblichen Ausschreibungen lanciert. Das Programm fördert energetische Verbesserungen bei Antriebssystemen in industriellen Betrieben, bei Infrastrukturanlagen und grossen Gebäuden, mit einem elektrischen Energieverbrauch mehr als 10 GWh/a. Das Programmbudget beträgt 1 Mio. CHF und es läuft
bis Ende Oktober 2014.
Motor-Check
Das Programm folgt die Motor-Check Methode von Topmotors1, die in vier Schritten mit einem systematischen Vorgehen elektrische Antriebssysteme mit dem grössten Einsparpotential innerhalb eines
Betriebs identifiziert und erfasst.
Abbildung 1
Die vier Schritte des Motor-Check und das Fördermodell von Easy. Quelle:
S.A.F.E., 2014
Die Förderung soll der Industrie helfen, Barrieren zu überwinden. Bevor effektive Verbesserungsmassnahmen umgesetzt werden können, müssen Voruntersuchungen (siehe Abbildung 1, Schritte 1 3) durchgeführt werden. Für die Voruntersuchungen stellen die Betriebe Personal, Know-how, Zeit
und finanzielle Ressourcen zur Verfügung. Das Programm motiviert Betriebe zur Durchführung der
Voruntersuchungen mit einer höheren Förderquote bei den ersten drei Schritten.
Ergebnisse
Nach vier Jahren Programmlaufzeit und der detaillierten Analyse von 4'142 elektrischen Antriebssystemen in 18 Industriebetrieben und Infrastrukturanlagen wurden folgende Erkenntnisse gewonnen:
•
•
•
1
56% der Motoren sind bereits älter, als ihre technische Lebensdauer (siehe Abbildung 2). Im
Durchschnitt sind diese Motoren doppelt so lang im Betrieb, wie ihre technische Lebensdauer.
Das durchschnittliche Einsparpotenzial bei allen Massnahmen und Betrieben liegt bei 28%.
Es gibt kein systematisches Monitoring und kein kontinuierlicher Verbesserungsprozess in
Topmotors ist ein Informations- und Ausbildungsprogramm, das seit 2007 unter der Leitung von S.A.F.E. und mit der Unterstützung von EnergieSchweiz läuft. Weitere Informationen: www.topmotors.ch.
•
den Betrieben um alte Antriebssysteme zu ersetzen / zu revidieren.
In den Betrieben besteht ein Mangel an internem Know-how, an Zeit und an weiteren Ressourcen, die für die komplexe und anspruchsvolle Analyse der Effizienz von Antriebssystemen, sowie für die Formulierung von Verbesserungsmassnahmen nötig sind.
Abbildung 2
Motoren sind zu alt. Quelle: S.A.F.E., 2014
Weitere Resultate, sowie Erkenntnisse aus dem Programm sind in [1] und [2] beschrieben.
Der nächste Schritt
Aufgrund den Erkenntnissen von Easy lanciert S.A.F.E. zusammen mit der Universität Genf ein neues, Schweizweites Weiterbildungsprogramm "Energietechnik und -management in der Industrie"
(ET&M - siehe Abbildung 3), das Fachleute in den Betrieben befähigen soll:
•
•
•
•
•
•
Das Effizienzpotential von elektrischen Antriebssystemen zu untersuchen,
Projekte mit Verbesserungsmassnahmen vorzulegen,
Mit Lieferanten (Motorenhersteller, Maschinenbauer, Servicefirmen) zu verhandeln,
Das Management für Investitionen in Energieeffizienz zu überzeugen,
Ein Team von Energiefachleuten innerhalb der Organisation zu leiten,
Kosten & Einsparungen unter Berücksichtigung der Lebensdauer der Anlagen zu beurteilen.
Abbildung 3
Inhaltsstruktur ET&M. Quelle: S.A.F.E., 2014
Referenzen
[1]
[2]
Rita Werle, Conrad U. Brunner, Rolf Tieben: "Easy" program for electric motor systems efficiency
th
in Switzerland. In: proceedings of the 8 International Conference on Energy Efficiency in Motor
Driven systems, 28 - 30 October 2014, Rio de Janeiro, Brazil.
Rita Werle, Conrad U. Brunner, Catherine Cooremans: Financial Incentive Program for Efficient
Motors in Switzerland: Lessons Learned. In: proceedings of the Eceee Industrial Summer Study,
2 - 5 June 2014, Arnhem, Netherlands.
Referent: Christian Wirz-Töndury
WERZ Institut für Wissen, Energie und Rohstoffe Zug
Grafenauweg 4
Postfach 4132
CH-6304 Zug
T: +41 (0)55 222 41 71
werz(at)hsr.ch
http://www.werz.hsr.ch
Weiterbildung für effiziente Energienutzung
Schweizer Unternehmen sind Vorgaben der internationalen Märkte, wachsenden Anforderungen der
Kunden und steigendem Preisdruck ausgesetzt. Eine mögliche Antwort auf diese Entwicklung ist Effizienz. Effizienzsteigerungen bedeuten Optimierung und Zielerreichung mit dem geringsten Einsatz
von Ressourcen bei gleichbleibender Qualität. Speziell die Effizienz der Energienutzung rückt immer
stärker in den Fokus von Unternehmen. Sie bedeutet, das Produkt oder den Prozess mit dem geringsten Einsatz von Energie herzustellen bzw. zu betreiben. Somit sparen Unternehmen und Kunden Geld
und können einen Vorsprung am Markt gewinnen.
Dass effiziente Motoren einen wichtigen Stellenwert innerhalb der Energieeffizienz bei verschiedenen
Produkten und Branchen einnehmen, zeigen die Referate der Motor Summit eindrücklich. Doch die
Steigerung der Effizienz von Antriebssystemen hängt nicht nur vom Motor selbst ab, sondern wird
massgeblich durch den gesamten Prozess bestimmt. Um realistische Einsparungen zu generieren,
müssen sämtliche den Prozess betreffende Systeme analysiert und ggbfs. optimiert werden. Diese
Optimierung findet im besten Fall bereits in der Designphase statt, oft jedoch erst in einer Betriebsbzw. Prozessoptimierung. Für die Optimierung von Motoren und Antrieben müssen darum ein grundlegendes Verständnis von Systemen und Prozessen und die Kenntnis über die Analyse und Optimierung des Energieverbrauchs vorhanden sein.
Damit Sie mit Ihrem Unternehmen selbständig und unabhängig die Energieeffizienz steigern und auf
die sich ändernden Bedingungen und Anforderungen reagieren können, ist es wichtig, interne Kompetenzen aufzubauen und in die wichtigste Ressource Ihres Unternehmens zu investieren: die Mitarbeitenden. Am Weiterbildungsmarkt existiert dafür ein umfangreiches Angebot an Seminaren und Kursen
und die Wahl ist nicht immer einfach. Die richtige Wahl für eine Weiterbildung im Bereich Energieeffizienz, bei der Sie und Ihre Mitarbeitenden am meisten profitieren, ist abhängig vom bereits vorhandenen Wissen, der Zielsetzung und der zur Verfügung stehenden Zeit. Je nach Ausbildungsgrad und
Wissensstand kann man sich in der Schweiz zum Thema Energieeffizienz in unterschiedlich umfangreichen Weiterbildungskursen und –lehrgängen weiterbilden:
•
•
Tagesseminare und Tagungen zum Fachthema richten sich an SpezialistInnen, die ihr
Fachwissen auf den neuesten Stand bringen wollen. Die Leitenden von Seminaren setzen
meistens sehr gute technische Grundkenntnisse und solides Vorwissen zum Fachthema voraus. Diese Seminare werden von Unternehmen (u.a. Vereon AG, Jenni Energietechnik AG),
Verbänden (u.a. energo, VSE, Energie-Cluster) oder Lehrinstitutionen (u.a. HSR, HSLU) angeboten.
Weiterbildungslehrgänge schulen die Teilnehmenden grundlegend und umfassend zum
Fachthema. In den meisten Lehrgängen werden zuerst Grundlagen zu Physik, Betriebswirtschaft und Energiemarkt vermittelt. Des Weiteren lernen die Teilnehmenden, den aktuellen
Energieverbrauch in einem Betrieb zu analysieren und Optimierungsmöglichkeiten zu erkennen. Diese Zertifikats- Lehrgänge werden von Hochschulen und Universitäten angeboten.
Eine umfassende Übersicht zu dem bestehenden Kursangebot in der Schweiz
zum Thema Weiterbildung im Energiebereich steht auf der Webseite von EnergieSchweiz
zum
Download
bereit:
www.energieschweiz.ch/bildung
Das Institut WERZ der HSR Hochschule für Technik Rapperswil bietet Weiterbildungen zur Effizienz in
Betrieben an, die verschiedenen Kundenbedürfnissen gerecht werden. Interessierte können Fachseminare besuchen, einen CAS Weiterbildungslehrgang oder einzelne Module aus einem Lehrgang
absolvieren. Die folgende Grafik bildet das Weiterbildungsangebot vom WERZ im Bereich Energieund Ressourceneffizienz ab.
Wir beraten Sie gerne, die richtige Weiterbildung im Bereich Energieeffizienz zu finden. Kontaktieren
Sie uns – wir freuen uns auf Sie! www.werz.hsr.ch
Effizienzziele für Energie-Grossverbraucher im Kanton Zürich
Alexander Herzog
Baudirektion
AWEL, Abt. Energie
Postfach, 8090 Zürich
[email protected]
Schwerpunkte der kantonalen Energiepolitik sind eine sichere und wirtschaftliche Stromversorgung.
Dazu ist die Energieeffizienz zu steigern und eine verstärkte Nutzung erneuerbarer Energien und Abwärme zu erreichen. Parallel soll der CO2-Ausstoss bis ins Jahr 2050 auf 2.2 Tonnen pro Kopf und
Jahr vermindert werden.
Mit Einzelvorschriften zur Gebäudehülle und zur Gebäudetechnik wird das Ziel einer sparsamen und
rationellen Energienutzung in Neubauten und bestehenden Bauten verfolgt. Bei den sogenannten
Energie-Grossverbrauchern stösst man mit der Wirksamkeit der Einzelvorschriften an seine Grenzen.
Viele Grossverbraucher sind ein energietechnischer Sonderfall, indem der Energieeinsatz in erster
Linie für (Produktions-) Prozesse erfolgt. Wärme- und Kälteschutz von Bauten und Gebäudetechnik im
engeren Sinne sind hier von eher untergeordneter Bedeutung. Die allgemeinen energetischen Bauvorschriften sind meist nicht zweckmässig anwendbar, weshalb Einzellösungen mit Systemzielen gefragt sind.
Als Grossverbraucher zählen Unternehmen und Betriebe mit einem Wärmeverbrauch von mehr als
fünf GWh/a (das entspricht 500'000 Litern Heizöl) oder einem Elektrizitätsverbrauch von mehr als
einer 0.5 GWh/a. Im Kanton Zürich können Energie-Grossverbraucher bereits seit 1998 sogenannte
Zielvereinbarungen mit der Baudirektion eingehen. In einer ersten Phase wurde mit dem Grossverbraucher Modell, im Rahmen von Pilotprojekten, Erfahrung gesammelt. Ab 2005 startete dann der
flächendeckende Vollzug der Grossverbraucher-Bestimmung. Im Kanton Zürich wurden bisher über
200 Zielvereinbarungen, mit rund 700 Grossverbrauchern abgeschlossen. Dadurch verpflichten sich
die Unternehmen, die Energieeffizienz über eine Dauer von üblicherweise 10 Jahren kontinuierlich zu
steigern. Im Gegenzug sind die Grossverbraucher von diversen Detailvorschriften des kantonalen
Energiegesetzes befreit und erhalten mehr Spielraum für die Prioritätensetzung bei ihren Investitionen. Sie setzen in eigener Kompetenz die Massnahmen mit dem besten Aufwand-/Ertrags-Verhältnis
zur Steigerung der Energieeffizienz um. Werden die Ziele verfehlt, müssen die Energieverbraucher
eine Energieverbrauchsanalyse durchführen und der Staat kann vertretbare Anforderungen zwingend
anordnen.
Zur Erfüllung des kantonalen Gesetzes stehen Grossverbrauchern drei Wege offen: 1) kantonale Zielvereinbarung, 2) Universalzielvereinbarung mit dem Bund, die modular mit den Möglichkeiten zur
CO2-Abgabebefreiung ergänzt werden kann und 3) Energieverbrauchsanalyse. Beim Abschluss ihrer
Zielvereinbarungen holen sich Grossverbraucher in der Regel Unterstützung von erfahrenen Ingenieurbüros, Elektrizitätsversorgern oder den beiden Organisationen “Energie-Agentur der Wirtschaft”
(EnAW) und neuerdings der “Cleantech Agentur Schweiz (act). Betriebe ohne Zielvereinbarung können zu einer Energieverbrauchsanalyse aufgefordert und zur Umsetzung der wirtschaftlichen Massnahmen verpflichtet werden.
Bei den Energie-Grossverbrauchern setzt der Kanton bereits seit über 15 Jahren auf Zielvereinbarungen zur Steigerung der Energieeffizienz. Erfahrungen belegen, dass durchschnittliche Effizienzsteige-
rungen von jährlichen 2%, wie sie die Regierung fordert, mit wirtschaftlichen Massnahmen möglich
sind. Ausnahmen von dieser Regel sind bereits konsequent optimierte Betriebe mit effizienter Prozessführung und Gebäudesubstanz.
Flughafen Zürich als Musterbeispiel
Grossbetriebe spielen nicht nur für die ökonomische und gesellschaftliche Entwicklung des Kantons
Zürich eine bedeutende Rolle, sondern auch beim Energieverbrauch: Fünf Prozent des gesamten
Wärmeverbrauchs und ein Drittel des Elektrizitätsverbrauchs im Kanton Zürich entfallen auf die
Grossverbraucher. Nicht nur der Energieverbrauch, auch die Potenziale zu dessen Minderung sind
beachtlich, wie die Entwicklung des Elektrizitäts- und des Wärmebedarfs auf dem Flughafen Zürich
zeigt: Obwohl der Flughafen in den letzten Jahren stetig gewachsen ist und heute rund 50% mehr
Energiebezugsfläche aufweist sowie 60% mehr Verkehr abwickelt als noch vor 20 Jahren, ist der absolute Energieverbrauch stabil geblieben. Der flächenabhängige Heizwärmebedarf und der verkehrsabhängige Strombedarf konnten durchschnittlich um die vereinbarten 2% pro Jahr gesenkt werden –
und das seit 1997. Die Zielvereinbarung zwischen den grossen Firmen auf dem Areal und der Baudirektion war laut den Verantwortlichen der Vereinbarung sowohl zusätzlich antreibendes Element zur
Steigerung der Effizienz, als auch “Druckmittel”, um notwendige Investitionen auszulösen. Einer neuen Zielvereinbarung stehen alle Parteien offen gegenüber.
Erfolgreiche Gruppe Energie-Modell Zürich
Den Energie-Grossverbrauchern steht auch die Möglichkeit offen, sich über die eigene Branche hinaus zu einer Gruppe zusammenzuschliessen und vom gegenseitigen Erfahrungsaustausch zu profitieren. So sind beispielsweise an der Energie-Modell-Gruppe Zürich gegenwärtig 14 Firmen beteiligt.
Bereits 1987 hatten sich die damals acht grössten Energieverbraucher der Stadt Zürich zum EnergieModell Zürich zusammenschlossen, um dem damals drohenden Stromversorgungsengpass entgegenzutreten. Jede dieser Firmen verfolgt innerhalb der Gruppe einzeln ein Ziel zur Steigerung der
Energieeffizienz und ist als Gruppenmitglied in die EnAW-Zielvereinbarung mit dem Bund und der
Baudirektion des Kantons Zürich eingebunden.
Die Bemühungen der Energie-Modell-Gruppe können sich sehen lassen: die vereinbarten Zielwerte
wurden jeweils deutlich übertroffen. Auch für die laufende Vereinbarungsperiode bis 2022 mit dem
Kanton Zürich und dem Bund wurde erneut ein ambitiöses Gruppenziel festgelegt. Darin soll die
Energieeffizienz um gesamthaft weitere 43% (verglichen mit 2000) gesteigert werden.
Fazit - Erfolgsmodell!
Die Erfahrungen aus den letzten rund 15 Jahren zeigen auf, dass das Grossverbraucher-Modell von
allen beteiligten Parteien (Unternehmen, Berater, Verbände und Behörden) allgemein gut akzeptiert
wird. So gibt es kaum je Ausstieg/Ausschluss aus einer Vereinbarung und die überwältigende Mehrheit befindet sich auf dem vereinbarten Zielkurs. Darum ist das Instrument Zielvereinbarungen auch
weiterhin ein Erfolgsmodell zur Steigerung der Energieeffizienz: Auf der einen Seite können Unternehmen in eigener Kompetenz den wirtschaftlich optimalen Pfad zur Steigerung der Energieeffizienz
bestimmen. Auf der anderen Seite werden Betriebe und Behörden vom Vollzug von Detailvorschriften
entlastet. Und nicht zuletzt bedeutet eine verbesserte Energieeffizienz eine Schonung der Ressourcen
und eine Entlastung der Umwelt – und dies ist für alle ein Gewinn.
Who is S.A.F.E.?
Founded in
1998
Status
Non-governmental organisation (NGO), association by Swiss civil law.
Contracted by the Swiss Federal Office of Energy and in the program of
SwissEnergy since 2001.
Intended purpose
Energy efficiency with focus on electricity
Representing
Ecological and consumer interests
Members
9 collective members: electrosuisse, equiterre, Greenpeace Switzerland,
Impact Energy Inc., PUSCH, SES, SKS, SLG, WWF Switzerland
7 individual members: Silvia Berger, Conrad U. Brunner, Eric Bush, Stefan
Gasser, Thomas Heldstab, Jürg Nipkow, Giordano Pauli, Paul Schneiter,
Giuse Togni
President
Giuse Togni
Director
Silvia Berger
Members of the board Eric Bush, Stefan Gasser, Thomas Heldstab, Marco Pfister (Greenpeace),
Giuse Togni, Carole Tornay (WWF), Rita Werle (Impact Energy Inc.)
National programs
Topten (Eric Bush)
Lighting (Stefan Gasser)
Streetlight (Giuse Togni)
Household demand (Thomas Heldstab)
Motor systems (Conrad U. Brunner)
International programs Euro Topten (Energy Intelligent Europe)
Topten International Group
IEA 4E Electric Motor Systems Annex
Address
S.A.F.E.
Schaffhauserstrasse 34
CH 8006 Zurich
Switzerland
T 0041 (0)44 362 92 31
[email protected]
www.topten.ch
www.toplicht.ch
www.topstreetlight.ch
www.energybox.ch
www.topmotors.ch
www.topten.eu
www.topten.info
www.motorsystems.org
www.energy-efficiency.ch
Wer ist S.A.F.E.?
Gründung
1998
Status
Verein gemäss ZGB Art. 60 ff
Energieagentur u.a. mit Auftrag des Bundesamtes für Energie (ΒFE) und
im Programm von EnergieSchweiz seit 2001
Ziel
Energieeffizienz mit Schwerpunkt elektrische Energie
Vertretung
Umwelt- und KonsumentInnnen-Interessen
Mitglieder
9 Kollektivmitglieder: electrosuisse, equiterre, Greenpeace Schweiz,
Impact Energy AG, PUSCH, SES, SKS, SLG, WWF Schweiz
7 Einzelmitglieder: Silvia Berger, Conrad U. Brunner, Eric Bush, Stefan
Gasser, Thomas Heldstab, Jürg Nipkow, Giordano Pauli, Paul Schneiter,
Giuse Togni
Präsidentin
Geschäftsleiterin
Vorstand
Giuse Togni
Silvia Berger
Eric Bush, Stefan Gasser, Thomas Heldstab, Marco Pfister (Greenpeace),
Giuse Togni, Carole Tornay (WWF), Rita Werle (Impact Energy AG)
Programme, national
Topten (Eric Bush)
Beleuchtung (Stefan Gasser)
Strassenbeleuchtung (Giuse Togni)
Haushalt (Thomas Heldstab)
Motoren (Conrad U. Brunner)
www.topten.ch
www.toplicht.ch
www.topstreetlight.ch
www.energybox.ch
www.topmotors.ch
Programme, internat.
Euro Topten (Energy Intelligent Europe)
Topten International Group
IEA 4E Motor Systems Annex
www.topten.eu
www.topten.info
www.motorsystems.org
Anschrift
S.A.F.E. – Schweizerische Agentur
für Energieeffizienz
Schaffhauserstrasse 34
CH 8006 Zurich
T 0041 (0)44 362 92 31
[email protected]
What is EMSA?
The Implementing Agreement “Energy Efficient End-use Equipment" 4E of the International
Energy Agency was launched in 2008. 12 countries work together in 4E to improve energy efficiency in motor systems, lighting, electronic devices and networks. They also engage in mapping and benchmarking of product efficiency levels. Further information: www.iea-4e.org.
Electric motors around the globe are responsible for 45% of total electricity consumption. They
drive pumps, fans, compressors and mechanical traction in industrial facilities, infrastructure
plants and large buildings. The 4E Electric Motor Systems Annex (EMSA) brings together
technical knowledge, best practice and policy experience. The goal of EMSA is to help governments develop and implement successful policies that improve the energy efficiency of electric
motor systems, e.g. through information dissemination, capacity building, training, experience
exchange and other activities.
EMSA was launched in October 2008 and is currently entering its third program phase, running
until 2017. Six countries work together in EMSA, each of them engaged as a leader concerning
one specific issue.
Austria is collating experience of successful motor efficiency policies and lessons learned during
their implementation. The Policy Guidelines for Electric Motor Systems - Part 2: Toolkit for Policy Makers was prepared under this work.
Australia built up a global network of testing centres, to facilitate dialogue between laboratories
and help interpret the global IEC testing standards. Each year a workshop was dedicated to this
discussion, back-to-back with an international motors conference.
Denmark has developed the Motor Systems Tool (www.motorsystems.org/motor-systems-tool),
aimed at designing a complete motor system efficiently. Work is ongoing on making the tool
widely accessible.
The Netherlands is active in applying energy management systems standards, including ISO
50001, and makes long term agreements for energy efficiency improvements with Dutch companies in industry.
The US participation in EMSA enables a direct link between EMSA and the Super-Efficient
Equipment and Appliance Deployment (SEAD) initiative and the SEAD Global Efficiency Medal
Competition for Electric Motors. The award ceremony for the SEAD motor awards takes place
on 7 October at the Motor Summit in Zurich.
Switzerland is the lead country of EMSA. The Swiss representative in the IEA 4E Executive
Committee is Roland Brüniger. The current Operating Agent Conrad U. Brunner ([email protected]) passes the torch to the new Operating Agent Maarten van Werkhoven
([email protected]) at the Motor Summit. Rita Werle ([email protected]) is the
EMSA Program Coordinator.
Switzerland sends the regular EMSA Newsletter (www.motorsystems.org/newsletter) in five
languages, informing people all around the world on motor efficiency issues and developments
and manages the EMSA website (www.motorsystems.org).
At the Motor Summit 2014 two EMSA workshops are held on 7 October: Policy and Technology.
If your country would like to participate in EMSA please contact Maarten van Werkhoven
([email protected]). For more information, visit www.motorsystems.org.
Supporters
Zürich, October 2014
S.A.F.E. wants to thank the following institutions that made the Motor Summit 2014 possible:
Sponsors:
•
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•
•
•
•
•
SFOE Swiss Federal Office of Energy
AWEL, Canton Zurich
Building department Canton Zug
EKZ Elektrizitätswerke des Kantons
Zürich
NEMA National Electrical Manufacturers
Association
S.A.F.E.
Partners for this event:
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•
act
EKZ
EnAW
Faktor Verlag AG
NEMA
Öbu
ProKlima
SEMA
swisscleantech
Swissmem
swissT.net
Industrial exhibitors and contributors:
•
•
•
ABB Schweiz AG
Control Techniques AG
ebm-papst AG
Use the entrance in the basement of the tower
Follow the signs inside the building to get to the
elevator ↑ Level "M" "Restaurant UniTurm"
Motor Summit 2014 Dinner, Restaurant "UniTurm", Universität Zürich, 8. Oktober, 19.00h, Tel.: +41 (0) 44 634 21 41
Distance: 1.1km / 0.7miles (15 min)
You can use the "Polybahn" if you like.
•
•
Restaurant
UniTurm

MOTOR SUMMIT 2014

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