Steigerung der Energieeffizienz in Lackieranlagen

Ein Metallstück wird in einer Lackieranlage besprüht.
© Fotolia.com – Pixel_B

 

Lackierprozesse stellen in vielen Unternehmen einen unverzichtbaren energieintensiven Teil der Fertigungskette dar. Werden Produkte aus Halbzeugen wie beispielsweise Blechbändern gefertigt, kann die Lackierung bis zu 50 % der gesamten zur Herstellung notwendigen Energie erfordern. Durchschnittlich betragen die  anteiligen Energiekosten für die Lackierung immerhin rund 5 bis 15 % der gesamten Herstellungskosten eines Produktes. Dementsprechend wichtig ist es, Energieeffizienzpotenziale bei Lackierprozessen zu heben, um die Energiekosten zu reduzieren und somit die eigene Wettbewerbsfähigkeit zu stärken.

Optimierungspotenziale und mögliche Effizienzmaßnahmen

Der Lackierprozess ist typischerweise in die Schritte Vorbehandlung, Lackieren und Lacktrocknung bzw. -aushärtung unterteilt. Bei jedem dieser Schritte sind elektrische und thermische Energie erforderlich. Der Wärmebedarf dominiert jedoch, weil die Teile wiederholt erwärmt werden müssen. Hier schlummern hohe Energieeffizienzpotenziale und entsprechend vielfältig sind die Ansatzpunkte für Einsparmaßnahmen.
Beispielsweise wird das Behandlungsmedium bei der Vorbehandlung der zu lackierenden Teile fein zerstäubt und somit dessen Oberfläche stark vergrößert. Durch diese Ausdehnung kommt es jedoch zu einem Temperaturabfall. Deswegen muss die Flüssigkeit eine hohe anfängliche Temperatur aufweisen und energieintensiv erwärmt werden. Durch eine bedarfsgerechte Erwärmung der Medien lassen sich daher hohe Einsparungen erzielen. Ein weiterer Ansatz für Energieeinsparungen ist der  bedarfsgerechte Betrieb der Spritzpumpen. So können die Pumpen während der durch Farbwechsel bedingten Stillstandszeiten von bis zu 10 % der Produktionszeit vollständig abgeschaltet werden. Das Einstellen des Spritzdrucks mithilfe von Frequenzumrichtern anstelle von Drosselklappen birgt weitere Einsparpotentiale.
Bei Lackieranlagen ist es aus Gründen des Explosionsschutzes notwendig, dass die Kabinen mit beheizter und zum Teil befeuchteter Luft durchströmt werden. Der Einsatz von Frequenzumformern ermöglicht es, die Luftmenge bedarfsgerecht zu steuern. Zudem können durch Wärmerückgewinnungssysteme wie Plattenwärmeübertragern, Wärmerädern oder Kreislaufverbundsystemen bis zu 80 % der Energie für die Lufterwärmung eingespart werden. Es sind jedoch geeignete Filtersysteme vorzusehen, welche Lackpartikel vor Eintritt in den Wärmeübertrager aus der Abluft entfernen.

Projektidee

Ein Unternehmen der Automobilbranche betreibt eine automatische Lackieranlage. Der jährliche Stromverbrauch der Anlage beträgt rund 1.300 MWh und der wärmeseitige Energieverbrauch rund 1.600 MWh.
Das Unternehmen ergänzt die Lackieranlage durch einen Frequenzumformer zur bedarfsgerechten Regelung der Luftmenge in der Lackierkabine. Weiterhin wird ein System zur Wärmerückgewinnung aus der Kabinenabluft installiert. Mithilfe von Lichtschranken wird die Besprühung in der Vorbehandlung während Stillstandszeiten ausgeschaltet. Die Heißwasserpumpen für die Erwärmung des Behandlungsmediums werden ebenfalls mit Frequenzumformern zur Volumenstromregelung ausgestattet, sodass jederzeit eine bedarfsgerechte Wärmeversorgung gewährleistet werden kann.

Kosten für die Umsetzung:

  • Investitionen für die Hocheffizienztechnik (Frequenzumformer für Ventilatoren und Heißwasserpumpen, Gegenstromwärmeübertrager, Rohrleitungen, Pumpen, Ventile, Lichtschranken und zugehörige Regelungen) von rund 183.000 €,
  • Investitionsnebenkosten (für Planung, Installation, Messtechnik und Inbetriebnahme) in Höhe von etwa 52.000 €
  • und damit in Summe Investitionsgesamtkosten in Höhe von 235.000 €.

Von diesen Kosten können bei STEP up! maximal 30 %, d.h. max. 70.500 €, gefördert werden. Die tatsächliche Höhe der jeweils förderfähigen Summe hängt letztlich davon ab, ob es sich bei der Maßnahme um eine vorgezogene Ersatzinvestition, eine Zusatzinvestition oder eine Erneuerungsinvestition handelt. Ausführliche Hinweise zu den Investitionstypen befinden sich im Merkblatt „Allgemeine Hinweise zur Antragstellung in STEP up!“, welches unter “Teilnehmen“ und „Ausschreibungsrunden“ auf der STEP up!-Webseite abrufbar ist.

Grundlegende Kriterien für eine Förderung durch STEP up! sind, dass das Projekt sich erst nach mehr als drei Jahren durch die eingesparten Stromkosten amortisiert und der sogenannte „Kosten-Nutzen-Wert“ von maximal 0,10 €/kWh nicht überschritten wird.

Die Förderung bei STEP up! ist grundsätzlich auf reine Stromeffizienzmaßnahmen beschränkt. Im Rahmen der 4. geschlossenen Ausschreibung sind jedoch erstmals investive Projekte förderfähig, die zusätzlich wärmeseitig Effizienzverbesserungen anderer Energieträger bewirken. Wird im vorliegenden Projektbeispiel die Wärme z. B. in einem Gas-Heizkessel bereitet, so können auch die mit Umsetzung der Maßnahme realisierten Gaseinsparungen bei der Berechnung der Gesamteinsparung sowie die hierfür benötigten Kosten berücksichtigt werden. Da das Ranking im Wettbewerb auf Grundlage des Kosten-Nutzen-Werts erfolgt, welcher in €/kWh angegeben wird, müssen Einsparungen anderer Energieträger mittels vorgegebener Primärenergiefaktoren in sog. „Stromverbrauchsäquivalente“ umgerechnet werden. Hierzu finden Sie auf der Webseite von STEP up! den „Energierechner Strom-Wärme“ sowie weitere Hilfestellungen.

In der Projektidee können durch die Optimierungsmaßnahmen jährlich rund 1.200 MWhHS Erdgas (entspricht 660 MWh Stromverbrauchsäquivalenten) und 100 MWh Strom eingespart werden. Bei einer Lebensdauer von zehn Jahren ergibt sich somit eine Reduzierung des Energieverbrauchs um 7.600 MWh Stromverbrauchsäquivalente. Bei einem Strompreis von 0,15 €/kWh und einem Gaspreis von 0,05 €/kWh amortisiert sich die Effizienzmaßnahme ohne Förderung nach 3,1 Jahren, mit maximaler Förderung bereits nach etwa 2,2 Jahren.

Der Kosten-Nutzen-Wert des Projektes ergibt sich aus dem Quotienten der beantragten Fördersumme (Kosten) und der Einsparung an Stromäquivalenten über die gesamte Nutzungsdauer der Technik (Nutzen). In der vorliegenden Projektidee liegt der Kosten-Nutzen-Wert bei 0,009 €/kWh und damit unterhalb des bei STEP up! zugelassenen Grenzwertes von 0,1 €/kWh.