5 minAntriebstechnikVeröffentlicht am 3. Februar 2025

Effizienzpotenziale nutzen: kosten- und emissionssenkende Lösungen für Brauereien

Gefällt mir
Bookmark
Intro

Steigende Strompreise gefährden die Profitabilität von Brauereien, für die Energie ein erheblicher Kostenfaktor ist. Auf die Brauereibranche entfallen rund 4,8 Prozent des Strom- und Treibstoffverbrauchs der gesamten Lebensmittel- und Getränkeindustrie. Zusätzlich wächst der Druck seitens Regierungen, Kunden und anderen Interessengruppen auf den Sektor, seinen CO2-Fußabdruck zu verringern. Doch die Effizienz lässt sich mit moderner Motortechnologie, Frequenzumrichtern und speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS) auf einfache Weise steigern.

Energieverbrauch optimieren

Wenn es um die Verbesserung der Energieeffizienz in Brauereien geht, bieten sich in einem ersten Schritt Elektromotoren an. Diese gehören in Industrieanlagen zu den energieintensivsten Geräten. In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie machen motorbetriebene Systeme etwa 17 Prozent des gesamten Stromverbrauchs aus.

Jeder Schritt des Brauprozesses, an dem Motoren beteiligt sind – von der Rohstoffannahme bis zur Verpackung des Endprodukts – bietet Potenzial zur Verbesserung der Energieeffizienz. Elektromotoren sind wichtige Bestandteile von Förderanlagen, Mischern, Pumpen, Dekantern, Mühlen, Gebläsen, Kompressoren und weiteren Geräten.

Mit der Umrüstung auf effizientere Motoren lassen sich deutliche Energieeinsparungen erzielen. Die höchste derzeit am Markt für Elektromotoren verfügbare Effizienzklasse weisen Synchronreluktanzmotoren (SynRM) auf, die den Ultra-Premium-Wirkungsgrad IE5 erreichen. Werden in einem Werk ältere IE2-Motoren durch SynRM-Modelle ersetzt, sinken die Energieverluste um bis zu 50 Prozent.

Diese beeindruckende Effizienz erreichen SynRM unter anderem durch die Verwendung von Frequenzumrichtern. Auch andere Motoren können mit Frequenzumrichtern kombiniert werden, um die Effizienz zu erhöhen. Ohne Frequenzumrichter wird die Motordrehzahl durch Drosselung geregelt, wobei unnötig Energie verbraucht wird.

Fügt man einem Pumpen-, Lüfter- oder Kompressormotor einen Umrichter hinzu, kann dies den Stromverbrauch um 25 Prozent oder mehr reduzieren. Trotzdem sind in der gesamten Industrie schätzungsweise nur 23 Prozent aller Elektromotoren weltweit mit Frequenzumrichtern ausgestattet. Auch speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) können die Effizienz erhöhen, indem sie Steuerungssysteme optimieren und Prozesse automatisieren. Dies verringert Energieverluste zusätzlich und verbessert die allgemeine Betriebseffizienz.

Prozessleistung steigern

Eine optimierte Steuerung erhöht nicht nur die Energieeffizienz, sondern macht die Bierproduktion auch schneller und effektiver. Ein mögliches Problem bei Kreiselpumpen ist zum Beispiel die Kavitation. Dabei bilden sich in einer Flüssigkeit Hohlräume oder Blasen, wenn der lokale statische Druck sich plötzlich ändert. Kavitation kann die Lebensdauer der verbauten Produkte halbieren, und der entstehende Schaum kann die Bierqualität beeinträchtigen. Außerdem können Schäden an der Pumpe kostspielige Leckagen verursachen.

Frequenzumrichter mit eingebauter Antikavitations-Software bieten hier eine kostengünstige Lösung. Diese Umrichter überwachen Drehmoment und Drehzahl des Pumpenmotors kontinuierlich, ohne dass zusätzliche Sensoren nötig sind. Die Software passt die Motordrehzahl an, um Kavitation zu verhindern und nach Stabilisierung der Bedingungen zum Normalbetrieb zurückzukehren. Das ist besonders hilfreich zur Bewältigung von Druckabfällen in sich leerenden Behältern.

SPSen machen in jedem Produktionsschritt eine weitere Prozessoptimierung möglich. Heutige Steuerungen zeichnen sich durch zusätzliche I/O-Kanäle, größere Skalierbarkeit und Kompatibilität mit einer Reihe von Kommunikationsstandards aus.

Hohe Produktqualität sicherstellen

Ein vorhersehbarer, präziser Maschinenbetrieb ist für erfolgreiches Brauen unerlässlich. In der Phase der Bierklärung beispielsweise ist es von zentraler Bedeutung, den Separator schnell hochzufahren, eine hohe Drehzahl aufrechtzuerhalten und Vibrationen zu minimieren. Bei diesen Anwendungen ermöglichen Frequenzumrichter mittels Drehmomentregelung einen sanften Anlauf, ohne dass überdimensioniert werden muss. Überdimensionierte Ausrüstung ist nicht nur teurer in der Anschaffung, sondern verursacht auch höhere Betriebskosten und verbraucht unnötig Energie.

Sofern gewünscht, können Frequenzumrichter auch automatisch auf maximales Drehmoment umstellen, wenn der Motor eine bestimmte Drehzahl überschreitet. Wenn die Anwendung beendet werden soll, bringt der Frequenzumrichter die Schnecke sanft zum Stehen und kann die kinetische Bremsenergie aufnehmen und ins System zurückspeisen. Auch das senkt die Energiekosten.

Sicherheit in Brauereien erhöhen

Zu den potenziellen Gefahrenquellen in Brauereien gehören Schwermaschinen, Staub und heiße Flüssigkeiten. Moderne Technologien bieten erhebliche Sicherheitsvorteile. So verfügen Frequenzumrichter über verschiedene Sicherheitsfunktionen wie „Sicher abgeschaltetes Drehmoment“ (STO), das einen Motor auf Knopfdruck zum Stehen bringt. Für Anwendungen in staubbelasteten Umgebungen, beispielsweise in Verbindung mit Malzstaub, stehen Motor-Umrichter-Pakete mit Staubexplosionsschutz zur Verfügung.

Motoren für Lebensmittel- und Getränkeanwendungen sind mit hohen Schutzarten und glatten Gehäusen erhältlich, was eine einfache Reinigung und Wartung gewährleistet und die Gefahr der Bakterienbildung oder Verunreinigung von Inhaltsstoffen begrenzt. Ideal geeignet sind wassergeschützte Motoren, da sie in Washdown-Umgebungen bis zu fünfmal länger halten.

Wartungskosten minimieren

Motoren, Frequenzumrichter und SPSen können Reinigungs- und Wartungsprozesse erheblich straffen. SynRM laufen bei niedrigeren Temperaturen, was sowohl die Wartungsintervalle als auch die Lebensdauer verlängert. Der magnetfreie Rotor vereinfacht die Wartung zusätzlich.

Außerplanmäßige Stillstandszeiten wirken sich nachteilig auf die Profitabilität aus. Sensoren, Überwachungsgeräte, Motoren, Frequenzumrichter und SPS können dazu beitragen, ungeplante Wartungseinsätze zu minimieren. Beispielsweise vermeiden ABB-Frequenzumrichter mit der Funktion „sanfte Rohrfüllung“ eine ungewollte Belastung von Rohren, Sensoren und Ventilen, da die Leitungen auf kontrollierte Weise schrittweise gefüllt werden. Außerdem bieten die Umrichter Unter- und Überspannungsschutz, temperatur- und lastbezogene Warnungen sowie weitere Merkmale, die das Risiko eines Ausfalls mindern. SPSen machen es möglich, wichtige Variablen in Echtzeit zu überwachen. Durch die Verfolgung von Ausrüstungsdaten kann das System drohende Ausfälle automatisch erkennen, und Bediener haben ausreichend Zeit einzugreifen.

Besseres Bier brauen

Zwei Unternehmen machen exemplarisch deutlich, was diese Vorzüge in der Praxis bedeuten: Tröegs Independent Brewing in Pennsylvania, USA, und Bairds Malt in Großbritannien.

Tröegs produziert mehr als 100.000 Fässer Bier jährlich. Das Unternehmen hatte Probleme mit dem Frequenzumrichter, der die Hefegabe steuert. Die Betreiber beschlossen daher, das Gerät durch einen ABB-Umrichter zu ersetzen. Der neue Umrichter ermöglicht eine erheblich bessere Regelung als der Vorgänger, auch durch einfache visuelle Ablaufprogrammierung. Tröegs nutzt jetzt die wiederholbaren Abläufe des Umrichters, um eine durchgängig einheitliche Hefegabe sicherzustellen.

Bairds Malt hatte an seinem englischen Standort Witham einen Motor mit fester Drehzahl verbaut, um die Gerste beim Keimen zu wenden. Das führte zu Klumpenbildung, Verstopfungen und unnötigem Verschleiß der Maschinen. In einigen Fällen blieb der Wender stecken und „sprang“ zurück, wodurch Arbeiter gefährdet wurden. Um das Problem zu lösen, stellte man auf vier Motoren um, die von ABB-Frequenzumrichtern geregelt werden. Die Umrichter können Blockaden erkennen und dem Wender helfen, das Hindernis zu beseitigen. Das System wird von einer SPS gesteuert, die in einem Edelstahlgehäuse neben den Umrichtern montiert ist. Die SPS identifiziert Stromspitzen, die auf eine potenzielle Blockade hindeuten, und regelt die Motordrehzahl herunter. Ist das Problem nach drei Versuchen nicht behoben, setzt die SPS einen Warnhinweis an das Bedienpersonal ab. Bairds installiert derzeit ähnliche Systeme an seinen anderen Standorten.