Elektrische Heizprozesse steigern die Energieeffizienz in der Industrie

Industrielle Verfahren benötigen oft erhebliche Wärmemengen. Die dafür eingesetzte Energie ist kostspielig, besonders wenn sie aus fossilen Quellen stammt. Daher wechseln viele Unternehmen zu elektrischer Energie. Zusätzliche Anreize sind eine langfristige Versorgungssicherheit und eine verbesserte CO2-Bilanz, vor allem wenn der Strom aus erneuerbaren Quellen kommt, den immer mehr Unternehmen selbst erzeugen. 

Wie kann man beim industriellen Heizen mit Strom im Vergleich zu fossilen Brennstoffen Energie sparen? Das hängt vom jeweiligen Prozess ab. Ein Beispiel ist die Flaschenglas-Produktion. Hier muss das Material nicht nur an der Oberfläche, sondern auch im Inneren erhitzt werden. Infrarot-Strahler (IR) liefern gezielte Wärme genau dort, wo sie benötigt wird. Verschiedene Wellenlängen, abhängig vom Material, verbessern den Prozess weiter.

Ultraviolett-Strahler (UV) sind die bevorzugte Methode beim Auftragen von Lacken. Hier geht es darum, den Lack schnell zu härten, während das Trägermaterial nur minimal erhitzt wird. Verschiedene Wellenlängen ermöglichen ein rasches Härten oder Trocknen. 

Heizelemente kommen bei Extrudern zum Einsatz, um den Prozess zu beschleunigen. Eine maßgeschneiderte Steuerung der Heizeinheiten optimiert sowohl die Temperatur des Substrats als auch die Lebensdauer der Heizelemente. 

Der DCT880 ist ein flexibles Produkt, das eine Reihe von Regelungsmodi unterstützt und für diverse Leistungskategorien geeignet ist. Das Gerät kann sowohl für drei einzelne als auch für dreiphasige Lasten verwendet werden. Alle gängigen Steuerungsmodi, wie Phasenabschnittsteuerung, Vollwellen- und Halbwellensteuerung, sind im Basispaket enthalten. Dank der breiten Palette an Regelungsoptionen können auch komplexe Anwendungen mit kurzen Anregelzeiten und hohem Warm-/Kalt-Verhältnis dynamisch und präzise gesteuert werden. 

Alle Arten von Lastanordnungen, wie beispielsweise Stern, Dreieck oder Transformatorlast sowie Multitap, sind machbar. Diese Konfigurationen sind standardmäßig im Gerät verfügbar und können über Parameter eingestellt werden. Verschiedene Lasttypen wie resistive Lasten (Heizdraht), Kanthal (für das Erhitzen von Glas oder höhere Temperaturen), Infrarot-Heizstrahler, UV-Röhren oder LEDs sind kompatibel. 

Für eine optimale Segmentierung der Nennstromstärke sind die Geräte in acht verschiedenen Baugrößen mit 25 Leistungsklassen erhältlich, mit einem Nennstrom von 20 A bis 4.200 A und einer Nennspannung von 110/230 V bis 990 V. Die Geräte sind als Module verfügbar oder können direkt in ausgewählte Schaltschränke integriert werden. Über Feldbusadapter können sie an alle üblichen Automatisierungssysteme angebunden werden. Zudem ist der DCT880 durch die Verwendung von IEC61131 und adaptiver Programmierung flexibel einsetzbar. 

Beim elektrischen Heizen können die Gesamtkosten für Energie durch zusätzliche Ausgaben für Stromspitzen erheblich ansteigen. Eine Strategie zur Reduzierung des Spitzenverbrauchs könnte die gleichmäßige Verteilung energieintensiver Prozesse über den Tag sein. Dieser Ansatz bekämpft jedoch nicht die Spitzen, die in kürzeren Zeitintervallen entstehen. Hier kommt der DCT880 ins Spiel: Das Gerät reguliert die Lastverteilung, um Peaks zu minimieren. Dadurch kann der DCT880 die Thyristorsteuerung von Widerstands-, Induktions- und Infrarotheizungen beim Glühen, Trocknen, Schmelzen und Erwärmen in der Glas-, Kunststoff- und Metallbranche optimieren. 

Die im Gerät integrierten Algorithmen zur Leistungsoptimierung senken den Bedarf an Spitzenstrom. Dies erfolgt vollautomatisch und beeinträchtigt weder den Produktionsablauf noch den Zeitplan. Kernstück ist eine Optimierungssoftware, die auf dem DCT880 läuft und keine zusätzlichen Steuerungssysteme wie weitere SPSen benötigt. Ein Mikrozeit-Energieplanungsalgorithmus verschiebt die Zeiten des Energieverbrauchs in so geringem Maße, dass der Heizprozess unbeeinflusst bleibt. Durch kluge Anwendung dieser Verschiebungen kann der Bedarf an Spitzenstrom in vielen Fällen deutlich reduziert werden. 

Als einfache Erweiterungsoption bietet ABB den DCT880 mit Leistungsoptimierung an. Damit lassen sich bis zu 50 Lasten mit dem Ziel einer maximalen Auslastung und minimalen Stromspitzen steuern, und die Nennstromstärke kann entsprechend den Anforderungen segmentiert werden. 

Der Leistungsoptimierer stellt einen zusätzlichen Schritt zur Energieeinsparung dar und unterstützt die Reduzierung von Spitzenlasten durch den ausbalancierten Einsatz mehrerer Geräte im Parallelbetrieb. Dies ist insbesondere für Systeme mit mehreren Geräten mit Vollwellenregelung relevant, wie beispielsweise Verarbeitungslinien, Industrieöfen oder Anwendungen in der Glasindustrie. 

Success Stories bestätigen die Vorteile der Nutzung des DCT880. In einem Projekt mit dem norwegischen Papierproduzenten Vafos Pulp beispielsweise wurden Lufterhitzer zur Zellstofftrocknung modernisiert und ein 9-MW-Ölbrenner durch elektrische Heizungen ersetzt, die von fünf DCT880-Geräten angetrieben werden. Jeder der drei Stränge des DCT880 liefert einen Strom von bis zu 1.750 A bei einer Netzspannung von 690 VAC. 

Diese Umstellung bringt dem Unternehmen zahlreiche Vorteile: Es gibt keinen CO2-Ausstoß durch den Ölbrenner mehr. Das Werk in Kragerø, das jährlich 80.000 Tonnen Zellstoff produziert, reduziert dadurch seinen CO2-Ausstoß um 14.000 Tonnen pro Jahr, was den jährlichen Emissionen von rund 7.000 Verbrennungsfahrzeugen entspricht. Durch den Einsatz der DCT880-Leistungsstellers kann Vafos Pulp den Produktionsprozess präziser und effizienter steuern. Zudem entfallen sowohl der Umgang mit Öl als auch der Bedarf an Lagerflächen für Öl. 

In Italien wurde der erste DCT880 der Baugröße T8 in der Produktion von warmgewalzten Spezialprofilen eingesetzt. Der Kunde, ein Unternehmen für Systemintegration, hatte bereits zuvor elektrische Heizsysteme verwendet. Heute werden die Spezialprofile im Werk im Warmdrahtumformverfahren mit DCT880 in Multitab-Konfiguration hergestellt. 

Der Kunde sieht den Hauptvorteil der DCT880-Lösung in einem Leistungsfaktor von über 0,9 im gesamten Regelbereich. Im Vergleich zur vorherigen Anlage mit Sättigungsdrossel und herkömmlicher Thyristor-Leistungsregelung minimiert die Multitab-Konfiguration die Blindleistung und verbessert den Leistungsfaktor im gesamten Regelbereich. Der Prozess profitiert nun nicht nur von fortschrittlicher Prozessüberwachung und Konnektivität, sondern auch von reduzierten Wärmeverlusten und minimierten Oberschwingungen.