Ketenanalyse elektramotoren v3 - ABB Group...4Q!Report! 9AKK105397rev!C!!! Page1!of!20!! Ketenanalyse Verlagen CO 2 emissies elektramotoren in de keten september 2016 ! Subject! Verlagen!downstream!emissies

4Q Report 9AKK105397 rev C

Page 1 of 20

Ketenanalyse

Ver lagen CO 2 emiss ies

e lektramotoren in de keten

september 2016

Subject Verlagen downstream emissies elektramotoren

Plant Drives & Motors Service Benelux

ABB responsible Simon Broersen

Revision 1: kWh berekeningen omgeschreven naar gewicht CO2

Date 2016-‐05-‐20

ABB Drives & Motors Service Benelux Print-‐out 4-‐Dec-‐16

Verlagen CO2 emissies elektramotoren in de keten

Project ref. NA

Prepared by: SB Customer : NA Location GHW Rotterdam Doc. No.: NA Released on: 20160520

Page 2 / 20 Issued on : : 20160520 Revision 1

Ketenanalyse elektramotoren

Page 2 of 20

Table of Contents 1 Inleiding ...................................................................................................................................................... 3

1.1 VASTSTELLEN ONDERWERPEN KETENANALYSES ............................................................................................... 3

1.2 BETROKKENHEID KENNISINSTITUUT EN BRONNEN ........................................................................................... 3

1.3 DOELSTELLING VAN DE KETENANALYSE ......................................................................................................... 4

1.4 SCOPE VAN DE KETENANALYSE .................................................................................................................... 4

2 Procesbeschrijving ...................................................................................................................................... 5

3 Energiebesparing door Preventive Maintenance ....................................................................................... 7

3.1 PRODUCTIE ENERGIE VAN EEN DRIVE ............................................................................................................ 8

4 Energiebesparing door Installatie analyse ................................................................................................ 13

5 Energiebesparing door Remote Monitoring ............................................................................................. 17

6 Conclusies ................................................................................................................................................. 19



Project ref. NA




Page 3 of 20

1 Inleiding

1.1 Vaststellen onderwerpen ketenanalyses

Pompen en ventilatoren zijn wereldwijd geschat goed voor ca. 10% van het elektriciteitsverbruik. Gesteld kan worden dat 2/3 van alle pompen 60% te veel energie gebruikt voor de functie die nodig is. Daarmee is er een potentieel van ca. 4% van het wereldwijde elektriciteitsverbruik. Dit zijn cijfers van http://energy.grundfos.com/nl/feiten-‐over-‐energie-‐en-‐pompen/energie-‐en-‐pompfeiten.

Nederland verbruikt op dit moment ca. 120 miljard kWh per jaar. Uitgaande van grotendeels grijze stroom is dit gelijk aan ca. 63 miljoen ton CO2. Het betekent dat er een besparingspotentieel van ca. 2,5 miljoen ton CO2 ligt m.b.t. elektramotoren. Daarmee gelijk aan ca. de helft van de opgewekte energie (naar schatting op cijfers van 2016) van windturbines in Nederland. Dit kan bovendien worden bereikt met een in verhouding geringe investering.

Uitgaande van de activiteiten van ABB Benelux is de impact en de beïnvloedbaarheid in de keten downstream groot. In de scope 3 analyse komt duidelijk naar voren dat de downstream effecten van elektramotoren en het terugdringen daarvan één van de belangrijkste emissiebronnen vormt in de bedrijfsketen van ABB Benelux.

Deze ketenanalyse komt voort uit de kennis die de unit Drives & Motors Service Benelux heeft aangaande het effect van elektramotoren op het energiegebruik van eindgebruikers.

In deze analyse worden de voornaamste activiteiten gedefinieerd en het besparende effect op het energiegebruik daarna per item bij benadering bepaald.

Het inzicht en de kennis wordt hiermee gedeeld om binnen de sector meer prioriteit te maken van het optimaliseren van het energiegebruik van elektramotoren binnen m.n. de industrie.

1.2 Betrokkenheid kennisinstituut en bronnen Deze ketenanalyse is opgesteld in samenwerking met Harm Langen en Leo Smit van CO2Management. Leo is tevens docent bij de stichting PHOE voor post HBO onderwijs energiebeheer en treedt regelmatig op als beoordelaar van opgestelde ketenanalyses.



Project ref. NA




Page 4 of 20

Er is gebruik gemaakt van kennis en informatie binnen de eigen organisatie en de sector aangaande elektramotoren. Een belangrijk accent dat in deze ketenanalyse is aangebracht betreft de wijze waarop het proces tot transitie naar betere systemen in de sector kan worden beïnvloed. Om tot verder verbetering te komen in samenwerking met haar ketenpartners heeft ABB ook het initiatief gestart om een dialoog aan te gaan.

1.3 Doelstelling van de ketenanalyse

Deze analyse maakt zichtbaar hoe met moderne middelen en inzichten veel energie kan worden bespaart in bestaande systemen. Het terugdringen van de CO2 uitstoot van bestaande energiegebruikers blijft een speerpunt in het halen van maatschappelijke doelstellingen als het gaat om CO2 reductie. Bovendien zijn deze in het geval van elektramotoren zeer kosten efficiënt uit te voeren. De overall doelstelling is bovendien om de bedrijfszekerheid van elektramotoren in de industrie te vergroten. Hoewel er in deze ketenanalyse niet aan gerekend is, is het eenvoudig voor te stellen dat het voorkomen van stagnatie in productieprocessen, en daarmee onbedoelde service uren en productieverlies, onnodig energiegebruik en daarmee CO2 uitstoot voorkomt. Hoe kritischer het systeem hoe groter deze impact zal zijn.

1.4 Scope van de ketenanalyse

Deze ketenanalyse richt zich op het gehele traject van installatie, gebruik en vervanging of verwijdering. Gevolgkosten in euro’s en CO2 van het uitvallen van systemen door niet goed functionerende elektramotoren is niet meegenomen in deze ketenanalyse.



Project ref. NA




Page 5 of 20

2 Procesbeschrijving Om de gehele keten vanaf installatie t/m ‘end of life’ elektromotoren te optimaliseren wordt het proces dan wel de activiteiten als onderstaand weergegeven onderverdeeld.

Diverse activiteiten zoals hier getoond hebben een positief effect op het energiegebruik, echter dit effect is niet in alle gevallen kwantitatief te bepalen of relatief gering. Zo zal goede beschikbaarheid van reserveonderdelen een snelle uitwisseling van een defect onderdeel mogelijk maken. De installatie kan dan weer spoedig effectief functioneren.

Proces en activiteiten



Project ref. NA




Page 6 of 20

Het energievoordeel daarvan is niet inzichtelijk voor ABB. Een dergelijke besparing is daarom niet meegenomen in de downstream scope 3 effecten. Na analyse van het activiteitenschema (zie figuur) is besloten 3 diensten verder uit te werken: 1 Energiebesparing door Preventive Maintenance aan Drives 2 Energiebesparing door Installatie Analyse 3 Energiebesparing door Remote Monitoring Voor deze 3 diensten is bij benadering het energiebesparende effect uitgewerkt. Dit is uitsluitend bij benadering omdat exacte cijfers niet voorhanden zijn. Om overschatten te voorkomen is een behoorlijk behoudende berekening gehanteerd. Bij de aannames:

-‐ Is geen rekening gehouden met energiebesparingen/verliezen, die door de klant zelf worden bereikt. -‐ Is uitgegaan van gemiddelde installaties. Dat is slechts beperkt realistisch, vanwege de grote

verscheidenheid aan installaties. -‐ Het geschatte aantal storingen is niet nauwkeurig te bepalen. Er is een zeer conservatief aantal

aangehouden.



Project ref. NA




Page 7 of 20

3 Energiebesparing door Preventive Maintenance

Voor alle ABB drives is een standaard onderhoudsschema voorgeschreven. Zie voorbeeld hieronder.

Het doel van het onderhoud is om de drive gedurende een lange levensduur correct te laten functioneren. In elke drive zijn enkele slijtdelen aanwezig. Bv mechanisch, de koelfan, maar ook elektrisch in de vorm van



Project ref. NA




Page 8 of 20

condensatoren. Door aan/uit-‐schakelen van de installatie en daarmee gepaard gaande opwarming en afkoeling worden onderdelen belast en, zonder onderhoud, zal dit uiteindelijk leiden tot storingen en een kortere levensduur van de installatie.

De geïnstalleerde ABB drives in de industrie wordt voortdurend zo goed mogelijk in kaart gebracht. In veel gevallen wordt met de klant een servicecontract afgesproken, waarin geregeld wordt dat het standaard onderhoudsschema jaarlijks wordt gevolgd. Daarnaast zijn er klanten, die zonder servicecontract, toch regelmatig het onderhoud laten uitvoeren.

De huidige geïnstalleerde ABB drives waar regelmatig (wel of niet onder contract) onderhoud wordt uitgevoerd bestaat nu uit circa 4000 drives. Naast deze behandelde installed base is nog een grote groep drives bekend, waarvoor het doel is om hier in de toekomst onderhoudsovereenkomsten mee te definiëren. Buiten deze groep bekende drives is er een grote groep niet-‐geïdentificeerde drives van circa 50000 stuks, die eerst nog moeten worden gelokaliseerd alvorens onderhoudsvoorstellen kunnen worden gedaan.

De energievoordelen van Preventive Maintenance zijn 2-‐ledig:

1 De levensduur van de drive wordt verlengd. De levensduur van een goed onderhouden drive is gemiddeld circa 15 jaar. Zonder onderhoud is dit korter. Als uitgangspunt voor de analyse wordt uitgegaan dat de levensduur 25% korter is zonder onderhoud. Dat betekent dat de installatie ipv na 15 jaar, na 11 jaar vervangen moet worden.

2 Goed onderhoud voorkomt storingen. De energie benodigd om een storing op te lossen is relatief hoog. In de analyse is een schatting gemaakt van het aantal storingen dat wordt voorkomen en het effect daarvan.

Aan de andere kant geeft het uitvoeren van Preventive Maintenance ook een energiebelasting. Dit is effect is benaderd en uiteindelijk ontstaat de energiebalans van Preventive Maintenance.

3.1 Productie energie en CO2 van een drive

Er is een grote verscheidenheid aan drive types/groottes. Uiteraard is niet van alle typen de energie benodigd voor productie bekend. Zodoende is een schatting gemaakt van de “gemiddelde” drive die in onderhoud is. Er is uitgegaan van type ACS800-‐04 (circa 250 kW vermogen).

De productie energie voor dit type bedraagt: 910 kg CO2 = 1805 kWh per drive.

Gewicht van de drive = 35 kg



Project ref. NA




Page 9 of 20

Voor elektronica wordt een conversiefactor van 26 kg CO2/kg aangehouden

Deze waardes komen uit de Ecoinvent database

De CO2 hoeveelheid voor 1 drive komt hiermee op: 35 kg x 26 kg CO2/kg = 910 kg CO2

3.2 Jaarlijkse Energieverbruik en co2 uitstoot van de drive

De drive gebruikt gemiddeld 427W

Als deze 24/7 werkt is de energieconsumptie 3741 kWh per jaar

Dit komt overeen met 3741 x 526 g/kWh = 1,96 Ton CO2 per jaar

3.3 De energiebelasting van Preventive Maintenance

Jaarlijks wordt de drive bezocht voor inspectie of onderhoud. Meestal worden meerdere drives behandeld, zodoende zijn uren en km ‘s beperkt per afzonderlijke drive.

Bij een 3-‐jaarlijks onderhoud worden diverse componenten vervangen. In veel gevallen is dit een printkaart of soortgelijks. De productie energie van een printkaart (van 1kg) is 26 kg CO2.

Over 15 jaar levensduur is de onderhoudsinzet per drive:

Activiteit/component aantal C02 per eenheid (nationale milieu database)

Totale CO2 in kg per drive

componenten van een PM-‐kit

4 stuks 1 kg/stuk 40 kg CO2/kg (elektronica voor control units)

160 kg/drive

Gemiddeld 25 km rijden per onderhoudsbeurt.

400 km 0,224 kg CO2/km 97,6 kg/drive



Project ref. NA




Page 10 of 20

4 onderhoudsbeurten

Totale CO2 uitstoot van onderhoudsinzet per drive over 15 jaar

237,6 kg/drive/15 jaar

Totale CO2 uitstoot van onderhoudsinzet per drive per jaar

15,84 kg/drive/jaar

Over het totaal aantal geïnstalleerde drives van 4.000 is de CO2 uitstoot:

Totale CO2 uitstoot van onderhoudsinzet over levensduur

4.000 drives

337,4 kg CO2/drive 1.349,6 Ton C02/15 jaar

Totale CO2 uitstoot van onderhoudsinzet over levensduur

4.000 drives

337,4 kg CO2/drive 950,4 Ton C02/15 jaar

Energiebesparing door levensduurverlenging

Activiteit/component gewicht C02 per eenheid (nationale milieu database)

Totale CO2 in kg per drive

Productie drive 35 kg 40 kg CO2/kg (elektronica voor control units)

1400 kg CO2



Project ref. NA




Page 11 of 20

Een 25% levensduurverlenging geeft een besparing van

Besparing CO2 uitstoot van levensduurverlening per drive

25% 1400 kg CO2 350 kg C02 per drive/15 jaar

4.000 drives besparing CO2 Uitstoot per 15 jaar (levensduur)

4.000 350 kg CO2 1.400.000 Kg CO2/15 jaar

1.400 Ton CO2/15 jaar

Per drive per jaar levensduurverlenging

23,3 kg/drive/jaar

Besparing door voorkoming van storingen.

Geregeld onderhoud houdt installatie in optimale conditie, waardoor storingen minder voorkomen.

Geschat wordt dat door het onderhoud aan 4000 drives, per jaar circa 50 storingen worden voorkomen.

De energieconsumptie voor het oplossen van een storing is bij benadering:

Activiteit/component aantal eenheid C02 per eenheid (nationale milieu database)

Totale CO2 in kg per storing



40 kg/storing

Gemiddeld 100 km rijden per storing

100 km 0,224 kg CO2/km 22,4 kg/storing



Project ref. NA




Page 12 of 20

Totale CO2 uitstoot per storing

62,4 kg/storing

Totale CO2 uitstoot over 50 storingen

50 62,4 kg /storing 3.120 kg/ 50 storingen

Total CO2 uitstoot per drive

0,78 kg C02/drive

De gehele balans van Preventive Maintenance voor 1 drive:

Activiteit/component Totale CO2 in kg per drive

Jaarlijks onderhoudsenergie/ drive 15,84 kg/drive/jaar

-‐ Besparing door levensduurverlenging/drive -‐ 23,3 kg/drive/jaar

-‐ Besparing door voorkoming van storingen/drive -‐ 0,78 kg /drive/jaar

Totale besparing per drive

Totale besparing voor 4.000 drives

8,27 kg/drive/jaar

33,093 Ton CO2

Toekomstig potentieel Bij uitbreiding van preventieve maintenance naar 17000 drives kan de volgende energiebesparing worden bereikt: 140,647 Ton CO2/jaar



Project ref. NA




Page 13 of 20

Doelstelling preventieve maintenance Jaar Aantal drives

preventieve maintenance

Doel besparing Gerealiseerd

2015 4000 33,093 ton/co2/jaar

2016 4400 36,388 ton/co2/jaar

35,561 ton/co2/jaar

2017 4840

40,02 Ton/co2/jaar

2018

5324

44,03 Ton/co2/jaar

4 Energiebesparing door Installatie analyse In de industrie zijn 1000-‐en elektromotoren in gebruik in een grote verscheidenheid van vermogens, uitvoeringen en toepassingen. Veel van die motoren zijn reeds vele jaren in gebruik. Voor veel toepassingen wordt een elektromotor direct-‐online geschakeld, dus zonder frequentieregelaar. De motor draait hierdoor op nominaal toerental en met nominaal vermogen. In veel situaties, vooral bij pompen en ventilatoren, wordt een vloeistof-‐ of luchtstroom geregeld door een regelklep in de installatie. Door instelling van de klep wordt de stroom geregeld, terwijl de motor met nominaal vermogen blijft draaien. Dit leidt tot direct verlies van energie. Daarnaast kan een frequentieregelaar in vrijwel alle gevallen een energiereductie geven. Verder is door verdere ontwikkeling van elektromotoren het energieverbruik van moderne motoren lager dan oudere typen.

Om dergelijke verliezen voor een klant inzichtelijk te maken is de dienst van Energy Appraisals uitgewerkt. Hierbij wordt een bestaande installatie geanalyseerd om te zien of door vervanging van een motor en/of



Project ref. NA




Page 14 of 20

toevoeging van een frequentieregelaar energie kan worden bespaard. Deze besparingen kunnen aanzienlijk zijn en vertaald zich in een korte terugverdientijd voor de klant om in deze verbetering te investeren.

Energy Appraisals is een dienst die op dit moment nog mondjesmaat wordt toegepast. Maar door toenemend belang in de industrie om energie te besparen, wordt dit nu verder uitgebouwd.

In de afgelopen tijd (2 jaar) zijn een aantal situaties reeds onderzocht met goede resultaten:

-‐ Een 2 MW motor kan door vervanging van een zuiniger uitvoering 160 MWh/jaar besparen -‐ Een 250 kW motor voorzien van en frequentieregeling kan leiden tot 65 MWh/jaar besparing -‐ Een 400 kW motor kan door vervanging 49 MWh/jaar besparen geven, wanneer daar ook nog een

frequentieregelaar bij wordt toegepast is een besparing mogelijk van 474 MWh/jaar. (analyserapporten hiervan zijn voorhanden)

In 2 jaar is hierdoor een energiebesparing mogelijk gemaakt van 350 MWh/jaar = 350.000 kWh x 526 g / kWh = 184,1 Ton CO2

Als eerste stap hiervoor is een team van de Benelux Service unit opgeleid om deze analyses te maken en een actieplan is opgesteld

Als basisuitgangspunten voor een benadering wordt genomen:

-‐ Motor vervanging door een zuiniger uitvoering geeft 3% energiebesparing. -‐ Toevoeging van een frequentieregelaar aan een bestaande motor geeft 12,5% besparing.

Vanwege de ver uiteenlopende vermogens wordt een gemiddeld motorvermogen genomen van 100kW.

Het nominale energieverbruik van een 100kW motor bij 80% gebruik (7000 uur/jaar) is 700 MWh/jaar.

Besparing per motor per jaar

Motorvervanging (-‐3%) -‐21 MWh/jaar = -‐21.000 kWh x 526 g/kWh

11 Ton C02 /jaar

Toevoeging frequentieregelaar (-‐12,5%):

-‐87,5 MWh/jaar = 87.500 kWh x 526 g/kWh

46 Ton CO2/jaar



Project ref. NA




Page 15 of 20

Totaal 57 Ton CO2/jaar

Het is de doelstelling binnen 1-‐2 jaar de energy appraisal activiteit uit te bouwen tot circa 100 analyses per jaar. Wanneer dit in 50% van de gevallen een motorvervanging betreft en in 50% van de gevallen een frequentieregelaar toevoeging geeft dit een potentiële energiereductie van:

Besparing bij 100 analyses per jaar

11 Ton C02 /jaar 50 motorvervangingen per jaar 550 Ton CO2/jaar

46 Ton CO2/jaar

50 toevoegingen frequentieregelaars per jaar

2300 Ton CO2/jaar

Totaal 2850 Ton CO2/jaar

Doelstelling Installatie analyse

Jaar Aantal drives installatie analyse


2016 50 2850 ton/co2/jaar

2280 ton ton/co2/jaar

2017 50

2850 Ton/co2/jaar

2018

50

2850 Ton/co2/jaar



Project ref. NA




Page 16 of 20



Project ref. NA




Page 17 of 20

5 Energiebesparing door Remote Monitoring Als onderdeel van de dienstenportfolio wordt remote monitoring van drives aangeboden. Dit op afstand kunnen uitlezen van de drive status heeft als voordeel dat snel een diagnose kan worden gesteld wanneer er een storing is. Hierdoor wordt tijd gewonnen om de installatie weer in bedrijf te krijgen. Dit kan worden uitgebreid naar bewaking van de drive om mogelijke storingen te kunnen voorkomen en productie uitval te vermijden. Deze dienst wordt nu nog op kleine schaal gebruikt, maar is een speerpunt voor de komende jaren.

Een interessante bijkomstigheid is een energiebesparend effect van deze dienst. De energiebesparing bij de klant door minimaliseren van storingen is niet te kwantificeren, maar voor de service unit van ABB is dit wel bij benadering mogelijk.

Het voordeel bestaat uit het op afstand storing analyseren en minimaliseren energie om de storing te verhelpen.

De gemiddelde energie om een storing te verhelpen bedraagt:

100 km autoreistijd en enkele materialen.

Dat is totaal: 250 kWh per storing



80 kg/storing

Gemiddeld 100 km rijden per onderhoudsbeurt.

100 km 0,224 kg CO2/km 22,4 kg/storing

Totaal 102,4 kg/storing

Toekomstig potentieel



Project ref. NA




Page 18 of 20

Op dit moment is deze dienst nog niet breed ingevoerd. Maar in de komende tijd zal dit actief worden uitgerold. Binnen afzienbare tijd (circa 1-‐2 jaar) is de verwachting dat dit leidt tot het op afstand afhandelen van 40 storingen per jaar.

Dat geeft een energiebesparing van 40 x 102,4 kg = 4 Ton CO2/jaar

Het verdere potentieel voor remote monitoring is zeker 1000 drives, dat kan betekenen dat zo’n 100 storingen per jaar met beperkte energie kunnen worden behandeld.

Dus lange termijn potentieel is 10,2 Ton CO2/jaar



Project ref. NA




Page 19 of 20

6 Conclusies

Door de unit Drives & Motors Service worden diverse energiebesparende diensten verzorgd.

3 van deze diensten zijn geanalyseerd:

-‐ Energiebesparing door Preventive Maintenance aan Drives -‐ Energiebesparing door Installatie Analyse -‐ Energiebesparing door Remote Monitoring

Op basis van de huidige status is bepaald dat een energiebesparing wordt bereikt van:

Door Preventive Maintenance 33,1 Ton CO2/jaar

Door Installatie Analyse 184,1 Ton CO2/jaar

Door Remote monitoring Nog beperkt

Totaal 217,2 Ton CO2/jaar

Als toekomstig potentieel kan worden gesteld:

Door Preventive Maintenance 140,6 Ton CO2/jaar

Door Installatie Analyse 2.850,0 Ton CO2/jaar

Door Remote monitoring 10,2 ton CO2/jaar

Totaal 3.000,8 Ton CO2/jaar

De doelstelling voor de komende jaren en de realisatie 2016 zijn als volgt:

Doelstelling preventieve maintenance



Project ref. NA




Page 20 of 20

Jaar Aantal drives preventieve maintenance


2015 4000 33,093 ton/co2/jaar

2016 4400 36,388 ton/co2/jaar

35,561 ton/co2/jaar

2017 4840

40,02 Ton/co2/jaar

2018

5324

44,03 Ton/co2/jaar

Doelstelling Installatie analyse

Jaar Aantal drives installatie analyse


2016 50 2850 ton/co2/jaar

2280 ton ton/co2/jaar

2017 50

2850 Ton/co2/jaar

2018

50

2850 Ton/co2/jaar

Documents

Ketenanalyse elektramotoren v3 - ABB Group...4Q!Report! 9AKK105397rev!C!!! Page1!of!20!! Ketenanalyse Verlagen CO 2 emissies elektramotoren in de keten september 2016 ! Subject! Verlagen!downstream!emissies