Den Energiehunger von Pumpen senken

Pumpen sind unermüdlich im Einsatz, ob sie nun Wasser, Kraftstoffe oder Öle befördern. Der ständige Betrieb ohne Rücksicht auf ihre tatsächliche Auslastung steigert oft den Energieverbrauch und treibt die Betriebskosten in die Höhe, zum Beispiel bei älteren Umwälzpumpen in Heizungsanlagen. In einem neuen Verbundprojekt untersuchen Forschende, wie sich die Energieeffizienz von Pumpen verbessern lässt.

Das Projekt „Holistische Optimierung von elektrischen Antriebssträngen für Pumpenapplikationen“, kurz "HEAP", läuft über drei Jahre und wird vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert. Prof. Constantinos Sourkounis und Prof. Volker Staudt von der Ruhr-Universität Bochum (RUB) arbeiten darin zusammen mit Gruppen der Fachhochschule Münster und des Dortmunder Technologieunternehmens Wilo.

Das Ziel von Heap ist es, ein Simulationswerkzeug zu entwickeln, das es ermöglicht, das gesamte Pumpensystem zu optimieren. So will das Projektteam den höchsten Wirkungsgrad bei bestmöglicher Energieeffizienz und den geringsten Kosten erzielen. „Bisher werden die vielen einzelnen Komponenten von Pumpen oft noch getrennt optimiert – vielfach mit Bezug auf einen Nenn-Arbeitspunkt, der in der Praxis nur selten benötigt wird“, erklärt Constantinos Sourkounis. „Diese Auslegung enthält meist unnötige Reserven – und ist deshalb meist nicht optimal im Sinne von Gesamtwirkungsgrad, Materialeinsatz und Kosten.“ Sein Team des Instituts für Energiesystemtechnik und Leistungsmechatronik (EneSys) der RUB beschäftigt sich insbesondere mit der systemübergreifenden Modellbildung und Optimierung.

Im Projekt werden auch innovative Halbleiter aus Siliziumkarbid beziehungsweise Galliumnitrid untersucht. Sie werden in den Stromrichtern eingesetzt, die den an die Aufgabe angepassten Betrieb der Pumpen ermöglichen. Durch ihre besonderen Eigenschaften wie hohe Schaltfrequenzen und geringe Wärmeverluste lässt sich der Gesamtwirkungsgrad wahrscheinlich steigern. Viele Nebenbedingungen sind dabei zu beachten: „Aufwand und Kosten spielen gerade bei Massenprodukten eine wichtige Rolle“, erklärt Sourkounis. Dieser Aspekt ist für den Industriepartner Wilo von großer Bedeutung, denn die Pumpen sollen gleichzeitig effizient und kostengünstig sein.

Von den neuen optimierten Pumpensystemen sollen sowohl die Umwelt als auch Nutzende und Herstellerfirmen profitieren. „Wir können mittelfristig mehr als siebeneinhalb Milliarden Kilowattstunden Energie sowie vier Millionen Tonnen CO2 einsparen“, hofft Constantinos Sourkounis.