Schweizerische Agentur für Energieeffizienz
Swiss Agency for Efficient Energy Use
4. Internationaler
Summit für energieeffiziente
Antriebssysteme powered by
S.A.F.E.
Rasche Markttransformation für effiziente elektrische Antriebssysteme
Elektromotoren und Antriebssysteme in Industrie-, und Infrastrukturanlagen, zusammen mit Pumpen, Ventilatoren und Kompressoren in Gebäuden, sind für 45% des weltweiten elektrischen Energieverbrauchs verantwortlich. Neue und bereits vorhandene Technologien haben das Potenzial, den Energiebedarf von Antriebssystemen in der globalen Wirtschaft, bei kurzen Payback-Zeiten, um 20 % bis 30 % zu verringern, wenn
Markthindernisse überwunden werden können.
Die Schweizerische Agentur für Energieeffizienz (S.A.F.E), in Zusammenarbeit mit dem
Electric Motor Systems Annex (EMSA) von dem Programm der Internationalen Energieagentur Efficient Electrical End-Use Equipment (IEA-4E) und das nationale Programm
EnergieSchweiz freuen sich den Motor Summit 2012 anzukündigen.
Der Motor Summit 2012 bringt ausgewählte Experten aus Forschung, Bund und Kantonen, Energieversorgern, Motorenhersteller, Maschinenbauer, industrielle Anwender und andere interessierte Parteien zusammen. Es werden Strategien und Massnahmen zur Überwindung von Marktbarrieren diskutiert, die den weit verbreiteten Einsatz von hocheffizienten Antriebssystemen in der Schweiz und weltweit (Australien, Europäische
Union, Japan, USA und anderen Ländern) behindern.
Konferenzüberblick
Dienstag
4.12.
Policy
Motor Tools
Mittwoch
5.12.
EMSA Workshops* MS’12
International Day englisch englisch
Vormittag
Donnerstag
6.12.
MS’12
Schweizer Tag deutsch
Vormittag
Mittagessen
Testing Nachmittag Nachmittag
MS’12 Dinner
*Platzzahl beschränkt
Titelblaetter_d.indd 1 11/28/2012 3:43:07 PM

Titelblaetter_d.indd 2
Datum
Konferenz am 5. und 6. Dezember
2012,
EMSA Workshops: 4. Dezember 2012.
Organisation
Schweizerische Agentur für Energieeffizienz (S.A.F.E.), www.energieeffizienz.ch conrad.u.brunner@energieeffizienz.ch
bea.meyer@energieeffizienz.ch
rita.werle@energieeffizienz.ch
rolf.tieben@energieeffizienz.ch
Tel +41 (0)44 226 30 70
Veranstalter
S.A.F.E. (Organisation)
Topmotors
4E Electric Motor Systems Annex EMSA
EnergieSchweiz
Partner
EKZ Elektrizitätswerke des Kantons
Zürich
EnAW Energie-Agentur der Wirtschaft
Faktor Verlag AG
Öbu Netzwerk für nachhaltiges Wirtschaften
ProKlima
SEMA
SVK Schweizerischer Verein für Kältetechnik swisscleantech
Swissmem swissT.net Swiss Technology Network
Sponsoren
BFE Bundesamt für Energie
AWEL Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft
Baudirektion Kanton Zug
EKZ Elektrizitätswerke des Kantons
Zürich
NEMA National Electrical Manufacturers
Association
S.A.F.E.
Aussteller ebm-papst AG
ABB Schweiz AG
Konferenzregistrierung www.motorsummit.ch
Dokumentation
Eine Tagungsdokumentation mit den Zusammenfassungen aller Beiträge wird allen Teilnehmern unmittelbar vor der
Veranstaltung abgegeben. Die Präsentationen und andere relevante Unterlagen werden nach der Veranstaltung für alle
Teilnehmer unter www.motorsummit.ch
öffentlich zugänglich gemacht.
Veranstaltungsort
Zentrum Glockenhof, Sihlstrasse 33, CH-8001 Zürich
+41 (0)44 225 93 93
Unterkunft
Machen Sie Ihre Reservation selber direkt bei einem der vier
Tagungshotels bis am 1. November 2012. Bitte erwähnen Sie
«Motor Summit» um vom Gruppenrabatt zu profitieren.
Hotel Glockenhof, ****, Sihlstrasse 31, CH-8001 Zürich
+41 (0)44 225 91 91, info@glockenhof.ch, www.glockenhof.ch
Hotel Seidenhof, ***, Sihlstrasse 9, CH-8001 Zürich
+41 (0)44 228 75 00, info@seidenhof.ch, www.seidenhof.ch
Leoneck Hotel, ***, Leonhardstrasse 1, CH-8001 Zürich
Tel. +41 (0) 44 254 22 22, info@leoneck.ch, www.leoneck.ch
Hotel Limmathof, ***, Limmatquai 142, CH-8001 Zürich
Tel. +41 (0) 44 267 60 40, info@limmathof.com, www.limmathof.com
Teilnahmegebühr (Konferenzdokumentation inbegriffen):
Gesamte Konferenzteilnahme für 5. & 6. Dezember, EMSA Workshops am 4. Dezember (inklusive
Mittagessen jeden Tag, MS’12 Dinner am 5. Dezember und Aperitif am 6. Dezember
Teilnahme 5. Dezember 2012, International
Strategy day, (inkl. Mittagessen, ohne MS’12
Dinner)
Teilnahme 6. Dezember, Umsetzungstag Schweiz
(inkl. Mittagessen und Apéro)
Teilnahme EMSA Workshops am 4. Dezember
(inkl. Mittagessen)
Teilnahme MS’12 Dinner am 5. Dezember
CHF Euro
480 400
300 250
300 250
60 50
75 60
Mitglieder von EMSA, S.A.F.E., ProKlima, Öbu, SEMA, SVK, swisscleantech, Swissmem und SwissT.net, erhalten einen
Rabatt von 20 %.
Profitieren Sie von 20 % Frühbucherrabatt mit der Anmeldung und Bezahlung bis 1. September 2012.
Zahlung: Sie erhalten die Zahlungsinstruktionen nach Ihrer Anmeldung.
Schweizerische Agentur für Energieeffizienz www.energieeffizienz.ch
11/28/2012 3:43:08 PM

Welcome to the Motor Summit 2012
We welcome you to the fourth Motor Summit in Zurich. It has become a rule to have
EEMODS (Energy Efficiency in Motor Driven Systems) and the Motor Summit in smaller format in Switzerland in alternating years. The scope of the Motor Summit has remained since the first such event in 2007, but technological development and new policies for implementation have changed a great deal. We are sure that our more than 175 participants from 23 countries will enjoy intensive and useful three days.
We would like to thank all partners, exhibitors and sponsors. We thank the SwissEnergy program for supporting the Swiss motor implementation program Topmotors and its contribution to the Motor Summit. We enjoy the global partnership with 4E EMSA which gives an excellent occasion to host specific workshops open to an interested public. This year
"Policy", "Testing" and a training session for the Motor Systems Tool will hold their sessions at the Motor Summit.
You are all invited to join the
Global Motor Systems Network
by subscribing to our newsletter at www.motorsystems.org
(English, German, Russian, Japanese and Chinese).
We wish you interesting days in Zurich and hopefully also a view of the city, the lake and the snow covered mountains that surround this beautiful place. See you at the next EEMODS in
Rio de Janeiro, Brazil, in October 2013.
Willkommen zum Motor Summit 2012
Es ist schon fast zur Regel geworden, dass in einem Jahr EEMODS (Energy Efficiency in
Motor Driven Systems) und im Jahr danach der Motor Summit in Zürich in einem kleineren
Format stattfindet. Seit der ersten Austragung 2007 hat sich die Aufgabe zur Einsparung von elektrischer Energie bei Antriebssystemen nicht geändert, aber die technologische
Entwicklung und die Möglichkeiten der Umsetzungspolitik haben sich stark verändert. Wir sind sicher, dass die mehr als 175 Teilnehmer aus 23 Ländern drei interessante Tage in
Zürich verbringen werden.
Wir danken allen Partnern, Ausstellern und Sponsoren. Wir danken EnergieSchweiz für die
Unterstützung des Schweizer Umsetzungsprogramms Topmotors und den Motor Summit.
Wir freuen uns über die globale Partnerschaft mit 4E EMSA, das uns eine gute Gelegenheit gibt, interessante Workshops für ein Fachpublikum anzubieten. Dieses Jahr stehen "Policy",
"Testing" und ein Trainingsprogramm für das Motor Systems Tool auf der Agenda.
Sie sind alle eingeladen, sich am
Global Motor Systems Network zu beteiligen, indem Sie sich auf www.topmotors.ch
(deutsch/französisch) oder www.motorsystems.org
(englisch, russisch, chinesisch und japanisch) für den Newsletter abonnieren.
Wir wünschen Ihnen schöne Tage in Zürich und hoffentlich auch einen Blick in die Stadt, auf den See oder die schneebedeckten Berge rundherum. Auf Wiedersehen an der nächsten
EEMODS in Rio de Janeiro, Brasilien, im Oktober 2013.
Das Motor Summit Team
Conrad U. Brunner Rita Werle Bea Meyer Rolf Tieben
1

MOTOR SUMMIT 2012
Time Topic Speaker
08:00 Registration, coffee
Policy Chair: Rita Werle
08:30 Intro: Importance of motor policy
08:45
09:05
EMSA Global Road Map
NEMA’s verification testing program
Rita Werle, 4E EMSA, Switzerland
Konstantin Kulterer, Austrian Energy
Agency, Austria
Bill Hoyt, National Electrical Manufacturers
Association, USA
Alex Chausovsky, IMS Research, USA 09:25 Motor market overview
09:45 Break
10:00 Energy management in industry
10:20
10:40
Energy management systems
IIP: efficiency practices for industry
Vida Rozite, International Energy Agency,
France
Heinz-Jochen Poremski, Federal Ministry for the Environment, Nature Conservation and Nuclear Safety, Germany
Murat Mirata, Institute for Industrial
Productivity, Sweden
Rita Werle, 4E EMSA, Switzerland 11:00 Discussion & conclusions
11:30 End
12:00
13:00
Motor Tools Chair: Sandie B. Nielsen
Motor Systems Tool: intro & demonstration
Training session
Sandie B. Nielsen, Danish Technological
Institute, Denmark
Sandie B. Nielsen, Danish Technological
Institute, Denmark
16:00 End
14:30
14:35
Testing Chair: Hugh Falkner
Registration
Introduction to EMSA «Testing Centres»
14:40 Update on:
 IEC 60034-2-1 testing in-line fed motors
 IEC 600034-30-1 efficiency classification of motors
15:00 Update on:
 IEC 60034-2-3 testing of converter-fed motors
Hugh Falkner, for Department of Climate
Change and Energy Efficiency, Australia
Martin Doppelbauer, Karlsruhe Institute of
Technology, Germany
Pierre Angers, Hydro Quebec, Canada
15:20 Power supplies for induction machine efficiency testing
Measuring slip: demonstration of accurate measurement techniques
Andrew Baghurst, CalTest, Australia
16:10 Break
16:30 Swiss and Australia research collaboration: testing motor and VSD combinations
Roland Wetter, EPF-L, Switzerland
Andrew Baghurst, CalTest, Australia
16:40 Discussion, Summary Hugh Falkner, for Department of Climate
Change and Energy Efficiency, Australia
17:30 End
2

MOTOR SUMMIT 2012
Time Topic Speaker
08:30 Registration, coffee
Introduction Chair: Conrad U. Brunner
09:00 Welcome & Overview
09:30 Energy strategy 2050
Conrad U. Brunner, 4E EMSA, Switzerland
Walter Steinmann, Swiss Federal Office of
Energy, Switzerland
09:50 Ecodesign – next steps Marcos González Álvarez, European
Commission, DG Energy, Belgium
10:10 Coffee
Policy & Programs Chair: Conrad U. Brunner
10:30 Motor standards and check-testing Andrew Baghurst, CalTest, Australia
Zhao Yuejin, CNIS, China P.R.
10:50 New motor systems efficiency policy for
China
11:10 Experience with IE3 motors in the US market
11:30 Japan’s new motor standards and the Top
Runner Scheme
11:50 Motor Systems Tool for optimal system design
Rob Boteler, NIDEC/NEMA, USA
Takeshi Obata, Hitachi, Japan
Sandie B. Nielsen, Danish Technological
Institute, Denmark
12:10 Lunch
Standards Chair: Vida Rozite
13:30 IEC motor efficiency classes between IE1 and IE5
13:50 Extended product approach for fan and pump systems
14:10 Recent developments in VFD efficiency testing
Martin Doppelbauer, Karlsruhe Institute of
Technology, Germany
Hugh Falkner, Atkins, UK
Pierre Angers, Hydro Quebec, Canada
14:30 ISO 50001 Energy Management Standard Maarten van Werkhoven, TPA consultants, Netherlands
14:50 Coffee
New Technology Chair: Vida Rozite
15:10 Beyond IE4 John Petro, NovaTorque Inc., Sunnyvale
CA, USA
15:30 Beyond induction motors
15:50 Experience with PM motors
16:10 High efficiency with synchronous reluctance motors
Anibal de Almeida, University of Coimbra,
Portugal
Carlos Eduardo G. Martins, WEG, Brazil
Ari Tammi, ABB Ltd., Finland
16:30
Initiatives Chair: Vida Rozite
SEAD Global Efficiency Medal competition for electric motors
Panel Discussion Chair: Conrad U. Brunner
16:50 Panel discussion
Sanaée Iyama, Lawrence Berkeley
National Laboratory, USA
17:30 End
19:00 MS’12 Dinner (for registered guests)
3

MOTOR SUMMIT 2012
Zeit Thema Vortragende
08:30 Registrierung, Kaffee und Gipfeli
Einführung Moderator: Conrad U. Brunner
09:00 Begrüssung und Einführung Conrad U. Brunner, S.A.F.E., Zürich
09:30 Schweizer Effizienzpolitik nach Fukushima Daniel Büchel, BFE, Bern
09:50 Erneuern – aber richtig!
10:10 Kaffeepause
Sonja Studer, Swissmem, Zürich
10:30
Normen und Chancen Moderator: Conrad U. Brunner
Gesetzliche Anforderungen an elektrische
Antriebe
Fabrice Bugnon, BFE, Bern
10:50 Bedeutung von Energieeffizienz und
Managementsystemen
Heinz-Jochen Poremski, BMU Referat
Energieeffizienz, Berlin, Deutschland
Anwendungen Moderator: Conrad U. Brunner
11:10 Bessere Antriebssysteme Rolf Gloor, Gloor Engineering, Sufers
11:30 FU: Potentiale heben, Fallstricke vermeiden Michael Burghardt, Danfoss, Offenbach
Deutschland
11:50 Effizientere Druckluft Jakob Spillmann, KAESER Kompressoren
AG, Regensdorf
12:10 Lunch
Anwendungen Moderator: Roland Brüniger
13:30 Bessere Pumpen Thomas Staubli, HSLU, Luzern
13:50 Effiziente Luftförderung Heinrich Huber, Minergie Agentur Bau und
FHNW, Muttenz
14:10 Bessere Kälte Raymond Burri, Wettstein AG/SVK,
Gümligen
Programm EASY Moderator: Roland Brüniger
14:30 Förderprogramm Easy Rita Werle, S.A.F.E., Zürich
14:50 Mesurages et économies (Französisch)
15:10 Antriebe messen vor Ort
15:30 Kaffeepause
Nicolas Macabrey, Planair, La Sagne
Rolf Tieben, S.A.F.E. Zürich
Tools und Strategien Moderator: Roland Brüniger
15:50 klima:aktiv Energieaudits für Motorsysteme Konstantin Kulterer, Österreichische
Energieagentur, Wien Österreich
16:10 Migros Klima- und Energie strategie 2020 Urs Berger, MGB, Zürich
16:30 Effiziente Lösungen durch Effizienznetzwerke verdoppeln
Eberhard Jochem, ISI Fraunhofer
Gesellschaft, Karlsruhe Deutschland
16:50 Cleantech – Schub für die Industrie Nick Beglinger, swisscleantech, Schweiz
Podiumsdiskussion Moderator: Conrad U. Brunner
17:10 Podiumsdiskussion
18:00 Apéro im Zentrum Glockenhaus
4

Delaney
Dereyne
Doppelbauer
Eberle
Eckert
Egger
Ehrismann
Eichenberger
Eiger
Ennenbach
Erismann
Fabri
Falkner
Brüniger
Brunner
Büchel
Bugnon
Burghardt
Burri
Chausovsky
Christensen
Chun
Colotti de Almeida de Ruvo
Defreyne
Fischer
Flurschütz
Frei
Frey
G. Martins
Bertocchi
Betschmann
Bieri
Blauenstein
Bonn
Bösch
Bosga
Boteler
Brägger
Brennan
Broger
Bruder
Name
Aarniovuori
Albig
Algoet
Altindag
Angers
Baghurst
Bailly
Beglinger
Berge
Berger
Berger
Motor Summit 2012
Participants
Danilo
Oskar
Hans
Andrin
Peter
Volkmar
Sjoerd
Rob
Stefan
Terry
Hans-Peter
Markus
First name
Lassi
Jürgen
Elewijn
Sinan
Pierre
Andrew
Estelle
Nick
Gerhard
Silvia
Urs
Dan
Steve
Martin
Armin
Christian
Otto
Marcus
Willy
Edmond
Frank
Manfred
Giuseppe
Hugh
Roland
Conrad U.
Daniel
Fabrice
Michael
Raymond
Alex
Morten
Yon-Do
Alberto
Anibal T.
Pierre
Pieter
R. Brüniger AG
S.A.F.E.
BFE
BFE
Danfoss
Wettstein Kältetechnik
IMS Research
Grundfos
KERI
ZHAW
University of Coimbra
IEC
Howest
Regal Beloit
Howest
KIT
EnAW
Control Techniques
ATB
Control Techniques
EE AG Hinwil
IWB
Sulzer
IBA
University of L'Aquila
Atkins
Wolfgang
Heiko
Marcel
Felix
Rockwell Automation
KSB
W. Frei
BFE
Carlos Eduardo WEG
Institution E-mail
Lappeenranta University lassi.aarniovuori@lut.fi
Ziehl-Abegg
Howest juergen.albig@ziehl-abegg.com
elewijn.algoet@howest.be
Gamak
Hydro Quebec
CalTest
EDF saltindag@gamak.com
angers.pierre@lte.ireq.ca
abaghurst@bigpond.com
estelle.bailly@edf.fr
swisscleantech
KSB
S.A.F.E.
Migros nick.beglinger@swisscleantech.ch
gerhard.berge@ksb.com
sjberger@bluewin.ch
urs.berger@mgb.ch
Swiss Coaching
Ziehl-Abegg
Bieri Motoren
ABB
Sulzer
Essenzis
ABB
Nidec
Stadtwerk Winterthur
NRCan ewz
Control Techniques dbertocchi@bluewin.ch
Oskar.betschmann@ziehl-abegg.ch
bieri.motoren@bluewin.ch
andrin.blauenstein@ch.abb.com
peter.bonn@sulzer.com
volkmar.boesch@essenzis.de
sjoerd.bosga@se.abb.com
rob.boteler@nidec-motor.com
stefan.braegger@win.ch
tbrennan@nrcan.gc.ca
hans-peter.broger@ewz.ch
markus.bruder@emerson.com
roland.brueniger@r-brueniger-ag.ch
cub@cub.ch
daniel.buechel@bfe.admin.ch
fabrice.bugnon@bfe.admin.ch
Michael.Burghardt@danfoss.com
bu@wwag.ch
alex.chausovsky@ihs.com
mochristensen@grundfos.com
ydchun@keri.re.kr
alberto.colotti@zhaw.ch
adealmeida@isr.uc.pt
Pro@iec.ch
pieter.defreyne@howest.be
dan.delaney@regalbeloit.com
steve.dereyne@howest.be
martin.doppelbauer@kit.edu
armin.eberle@enaw.ch
christian.eckert@emerson.com
otto.egger@at.atb-motors.com
marcus.ehrismann@emerson.com
w.eichenberger@eeaghinwil.ch
edmond.eiger@iwb.ch
frank.ennenbach@sulzer.com
manfred.erismann@ibaarau.ch
giuseppe.fabri@univaq.it
hugh.falkner@atkinsglobal.com
wfischer@ra.rockwell.com
heiko.flurschuetz@ksb.com
marcel.frei@wfreiag.ch
felix.frey@bfe.admin.ch
carlosm@weg.net
USA
Belgium
Germany
Switzerland
Switzerland
Austria
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Germany
Switzerland
Italy
UK
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Germany
Switzerland
USA
Denmark
South Korea
Switzerland
Portugal
Switzerland
Belgium
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Brazil
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Germany
Germany
Sweden
USA
Switzerland
Canada
Switzerland
Switzerland
Country
Finland
Germany
Belgium
Turkey
Canada
Australia
France
Switzerland
Germany
Switzerland
Switzerland
5

Krückel
Kulterer
Kummer
Langenegger
Lassal
Leumann
Li
Liberto
Lindegger
Liu
Lockwood
Loeliger
Losch
Jochem
Kammermann
Kang
Keller
Kern
Kim
Kindlimann
Kleissler
Kohno
Kolb
Könen
Koo
Kriese
Macabrey
Mauchle
Meyer
Meyer
Mieslinger
Haller
Hansen
Hartmeier
Hillinger
Hofstetter
Hoyt
Hu
Hubacher
Huber
Hubler
Hüsser
Iyama
Jensen
Name
Geuken
Gino
Gloor
First name
Jörg
Michael
Rolf
Golomb Joachim
Gonzalez Alvarez Marcos
Grab
Graf
Roland
Andreas
Gyger
Hagemann
Hallberg
Peter
Björn
Anders
Michael
Robert Bork
Werner
Robert
Tobias
William
Bo
Christoph
Heinrich
Roland
Daniel
Sanaee
Rasmus O.
Jan
Konstantin
Michael
Fritz
Said
Christof
Xiuying
Sandro
Markus
Wenqiang
Geoff
Peter
Wolfgang
Eberhard
Stefan
Byung-Guk
Christoph K.
Rolf
Dong-Jun
Thomas
Rolf
Satoshi
Bernhard
Michael
Dae-Hyun
Michael
Nicolas
Peter
Andreas
Bea
Christian
Motor Summit 2012
Participants
Institution
ATB
AuCom Electronics
Gloor Engineering
ABB
European Commission
Abicht
Control Techniques
E-mail joerg.geuken@de.atb-motors.com
m.gino@aucom.com
gloor@energie.ch
joachim.golomb@ch.abb.com
r.grab@abicht.ch
andreas.graf@emerson.com
Country
Germany
New Zealand
Switzerland
Switzerland marcos.gonzalez-alvarez@ec.europa.eu Spain
Switzerland
Switzerland
Biral
SEW p.gyger@biral.ch
bjoern.hagemann@sew-eurodrive.de
Switzerland
Germany
Swedish Energy Agency anders.hallberg@energimyndigheten.se Sweden
ABB
Grundfos
Rieter
Rockwell Automation
E2 concept
NEMA
Top10 China
Haag Antriebstechnik
FHNW
ABB
Zitt
Lawrence Berkeley Lab
Grundfos michael.haller@ch.abb.com
rbborkhansen@grundfos.com
werner.hartmeier@rieter.com
rhillinger@ra.rockwell.com
tobias.hofstetter@e2concept.ch
bill.hoyt@nema.org
hu.bo@top10.cn
hubacher@haag-antriebstechnik.ch
heinrich.huber@fhnw.ch
roland.hubler@ch.abb.com
d.huesser@zitt.ch
ssiyama@lbl.gov
roverbyjensen@grundfos.dk
Switzerland
Denmark
Switzerland
Switzerland
Switzerland
USA
China P.R.
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Switzerland
USA
Denmark
Fraunhofer-Institut ISI
HTW Chur
KTL
Aveniture
EBM
KERI
Holcim
Gebrüder Meier
Orientalmotor
Antriebe Rüti
KSB
KERI
Lenze ejo@isi.fhg.de
stefan.kammermann@htwchur.ch
bgkang@ktl.re.kr
chk@aveniture.com
r.kern@ebm.ch
djkim@keri.re.kr
thomas.kindlimann@holcim.com
rolf.kleissler@gebrueder-meier.ch
kohno@orientalmotor.de
bernhard.kolb@antriebe.ch
michael.koenen@ksb.com
dh371@keri.re.kr
kriese@lenze.de
ABB jan.krueckel@ch.abb.com
Switzerland
Austrian Energy Agency konstantin.kulterer@energyagency.at
Austria
Küffer Elektro-Technik
Bühler michael.kummer@ketag.ch
fritz.langenegger@buhlergroup.com
Switzerland
Switzerland
Rockwell Automation
Leumann & Uhlmann
SEARI
Rockwell Automation slassal@ra.rockwell.com
christof.leumann@leumann.ch
lixy@seari.com.cn
sliberto@ra.rockwell.com
Switzerland
Switzerland
China P.R.
Switzerland
Hochschule Luzern
MIIT ebm-papst
InterDrive
Pfeiffer Vacuum markus.lindegger@hslu.ch
liuwq@miit.gov.cn
geoff.lockwood@uk.ebmpapst.com
peter.loeliger@interdrive.ch
wolfgang.losch@pfeiffer-vacuum.de
Switzerland
China P.R.
UK
Switzerland
Germany
Planair nicolas.macabrey@planair.ch
Schnyder Ingenieure AG peter.mauchle@sing.ch
Rockwell Automation
S.A.F.E.
Danfoss ameyer3@ra.rockwell.com
bea.meyer@cub.ch
christian.mieslinger@danfoss.com
Germany
Switzerland
South Korea
Germany
Switzerland
South Korea
Switzerland
Switzerland
Germany
Switzerland
Germany
South Korea
Germany
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Germany
6

Ochsner
Odermatt
Petro
Poremski
Poulsen
Protas
Rath
Rietvelt
Ris
Röllin
Rozite
Sadouk
Schafer
Name
Mirata
Moebus
Mori
First name
Murat
Sandra
Aldo
Moser Michael
Moura Guedes Rui
Muller
Müller
Frédéric
Ernst A.
Nielsen
Nipkow
Nording
Sandie B.
Jürg
Stefan
Marcel
Daniel
John
Heinz-Jochen
Preben
Erich
Ursula
Michael
Daniel
Peter
Vida
Abder
Gabriel
Steinmann
Steins
Strebel
Studer
Studer
Suranyi
Takeshi
Tammi
Teepe
Theiler
Tieben
Tolvanen
Tsai
Schneeberger
Schuch
Schultheiss
Sigloch
Sivitos
Sommer
Sommer
Spillmann
Staub
Staubli
Staudacher
Steinbauer
Steinemann
Väänänen Hannu van Werkhoven Maarten
Varga
Verdegaal
Vogelsang
Márton
Joke
Christian
Werner
Dieter
Martin
Uwe
Stamatis
Peter
Robin
Jakob
Karl
Thomas
Christian
Alice
Urs
Walter
Dieter
Roger
Heinz
Sonja
Andreas
Obata
Ari
Markus
Walter
Rolf
Jukka
Hsiu An
Motor Summit 2012
Participants
Institution
IIP
HSR - WERZ
Gebrüder Meier
BFE
WEG
Leroy-Somer
InfraWatt
E-mail murat.mirata@iipnetwork.org
sandra.moebus@hsr.ch
aldo.mori@gebrueder-meier.ch
michael.moser@bfe.admin.ch
mguedes@weg.net
Frederic.MULLER@Emerson.com
mueller.eam@bluewin.ch
Country
Sweden
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Portugal
Switzerland
Switzerland
DTI
S.A.F.E.
sandie.nielsen@teknologisk.dk
juerg.nipkow@arena-energie.ch
Denmark
Switzerland
Swedish Energy Agency stefan.nording@energimyndigheten.se Sweden
IBA
Synthes Gmbh
NovaTorque
BMU Deutschland
Grundfos
Watt Drive
Consiste
Yokogawa
Schibli
Volta
IEA
Lafert
Groupe E marcel.ochsner@ibaarau.ch
odermatt.daniel@synthes.com
j.petro@novatorque.com
USA heinz-jochen.poremski@bmu.bund.de
Germany prebenpoulsen@grundfos.com
protas.erich@wattdrive.com
rath-db@consiste.de
michael.rietvelt@nl.yokogawa.com
daniel.ris@schibli-ag-bellach.ch
volta@volta.ch
vida.rozite@iea.org
abder.sadouk@lafert.com
gabriel.schafer@groupe-e.ch
Switzerland
Switzerland
Denmark
Austria
Germany
The Netherlands
Switzerland
Switzerland
France
UK
Switzerland
7

Wyss
Yen
Yen
You
Zhao
Zhao
Züst
Name
Vontavon
Vonwyl
Wang
Wehrli
Wenger
Werle
Wetter
Wezenberg
Wilde
Wolfisberg
First name
Philipp
Marcel
Michelle
Ferdinand
Ronald
Rita
Roland
Gerhardus
Kevin
Erich
Sven
Hung-Cheng
Sheng-Chan
Yong
David
Yuejin
Rainer
Motor Summit 2012
Participants
Institution
Credimex
Belimo
ICA
Hidrostal
ABB
S.A.F.E.
EPFL
ATB
SIG
Antriebe Rüti
Staveb
ITRI
MIRDC
SINA
ICA
CNIS
Züst Engineering
E-mail philipp.vontavon@credimex.ch
marcel.vonwyl@belimo.ch
michelle.wang@copperalliance.asia
ferdi.wehrli@hidrostal.ch
ronald.wenger@ch.abb.com
rita.werle@cub.ch
roland.wetter@epfl.ch
hans.wezenberg@nl.atb-motors.com
kevin.wilde@sig-ge.ch
erich.wolfisberg@antriebe.ch
swyss@staveb.ch
brianyen@itri.org.tw
cokelyan@mail.mirdc.org.tw
youyong1968@sina.com
davidzhao@copper.org.cn
zhaoyj@cnis.gov.cn
rainer.zuest@zuestengineering.ch
Country
Switzerland
Switzerland
China P.R.
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Taiwan
Taiwan
China P.R.
China P.R.
China P.R.
Switzerland
8

9

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Konstantin Kulterer
Austrian Energy Agency
Mariahilfer Str. 136 e-mail Konstantin.kulterer@energyagency.at
A good electric motor systems policy scheme includes a combination of three major instruments:
1.
2.
National mandatory Minimum Energy Performance Standards for motors and motor systems
(pumps, fans, compressors). MEPS should be introduced based on international methods of test with a specified timeline and the minimum requirements progressively tightened. Regular reviews of MEPS levels are necessary to keep pace with technological development. Compliance with MEPS needs to be monitored, verified and – in the case of non-compliance - sanctioned.
Information, training and capacity building:
•
Implement energy management (top-down) and energy audit (bottom-up) schemes with focus on motor systems, efficiency-oriented planning process for new and existing installations, yearly monitoring of electricity consumption per production unit and value, efficiency target setting based on benchmarking of efficient technologies
(pumps, fans, compressors). The implementation of such schemes can be enhanced by national policies making them either mandatory or voluntary (in exchange for certain benefits).
•
Training of experts. Produce guides and tools (e.g. EMSA’s Motor Systems Tool, decision making tools) for on-site analysis and testing, life cycle cost assessment, investment planning and realization for improved motor systems aimed at installers, planners and maintenance engineers.
3. Financial incentives. Investments in improving old, inefficient, oversized industrial installations are hindered because of reluctance to intervene in the production process, fear of new, unproven technology and the considerable efforts (both in terms of costs and time) for assessing savings potentials of complex motor systems. Financial incentives can help to overcome these barriers and also to direct the attention of industrial plant managers to often untapped efficiency potentials in motor systems.
All instruments need to be embedded coherently into national and international energy policy frameworks.
EMSA will design and propose a global roadmap for exploiting efficiency potentials - consisting of mandatory, voluntary and financial measures as well as procedures for monitoring and compliance.
This work will benefit of several sources of information: current research conducted by EMSA members, especially the Motor Policy Guide Part I Review of existing policies and the work done for the
10

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
IEA by IEA 4E members (Brunner, Waide 2011, Holt, Falkner, 2011); Information generated in the
Tasks Building SEAD EMSA bridge and International Standardization; continued monitoring of policy developments in key regions (EU, China, India, Japan, Australia, USA) and direct experience in national motor policy programmes in Austria, USA and Switzerland;
The work will be structured in three steps o First part will be the definition of efficiency motor system policy elements (e.g. MEPS, Labelling, and so on), and an overview table which countries (as examples) have already implemented these policies. In addition a product life cycle model (e.g. policies on motor level, policies during the installation, use phase, repair and scrapping) will be used to structure the policies and identify gaps where additional policies are needed. This work will be done in discussion and/or workshops for defining those issues. o Second part will be the detailed elaboration of the policy groups or specific policy measures by
EMSA members. o Third part will be the elaboration of detailed policy map integrating all results defining priorities. Those results will be discussed in internationally workshops.
Motor Lifecycle Policy Measures Examples
Motor Manufacturing
Machine Building (OEM)
Entry into market
Standards (inc. labeling) IEC, ISO
MEPS
Product Registration
EU, US, CN, AU
AU, US, CN
Compliance (Monitoring, Verification and Enforcement)
Testing
Others (International Initiatives, incl. contests)
Information: Guidelines for planning, LCC, Databases,
Awareness raising
AU, US, EU
AU, CN,US
G8, IEA, SEAD,
EMSA
US, AT, CH, SE
Motor /Equipment purchase
Installation
Use
End of Life
Financial Incentives
Energy Management, Energy
Auditing, Saving Calculation
CH, US, AT, UK, CN
NL, AT, SE, IEA, Dk,
US
Replacement, Motor Rewinding Brazil, US, CN
Table 1 Policy Instruments to be elaborated in the Roadmap, EMSA
11

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Alex Chausovsky
IMS Research (now part of IHS)
3301 Northland Drive, Suite 400 Austin, TX 78731 alex.chausovsky@ihs.com
After bouncing back from the global economic recession with two years of healthy growth, the low voltage integral horsepower motors market reached a value of $15 billion in 2011, with nearly 50 million motors shipped during the year. Although the market’s performance slowed notably in 2012 due to the weak global economic environment, with unit growth substantially lagging that of previous years, a continuing shift towards more efficient and more expensive motors continues to provide plenty of fuel for current and future revenue growth.
In 2010, IE1 (Standard Efficiency) motors accounted for approximately 55% of the market’s revenues.
These products were mainly sold in the European, Asian and Latin American markets. IE2 (High Efficiency) motors represented about 31% of market revenues during the year, with the main market for these machines being in North America. IE3 (Premium Efficiency) motors accounted for about 3% of global revenues, while motors meeting the expected IE4 efficiency requirements represented approximately 1% of the total market revenues. Motors that fall outside any MEPS accounted for another 6% of market revenues during the year, while DC motors comprised the remaining 4%.
The efficiency breakdown of the low voltage motors market is expected to look very different by 2015, with IE1 motors comprising less than 10% of total revenues, while the IE2 and IE3 motors are expected to make up the majority of the market with respective shares of 59% and 20% (Fig 1). Although sales of motors that utilize rare earth-based permanent magnets are expected to grow faster than the overall market, cost and supply concerns are expected to persist, and these motors are still expected to account for less than 5% of the market by 2015.
Figure 1: The World Market for Low Voltage Motors by Efficiency Class, source IMS Research
12

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
One of the biggest developments in the motor efficiency landscape during 2012 has been the recent enactment of new MEPS (Minimum Efficiency Performance Standards) for low voltage motors in China. As of September of this year, the Chinese government is requiring that most of the industrial motors sold in the country have at least an IE2 efficiency rating.
China is by far the largest individual country market for low voltage motors, accounting for an estimated 21.5% of revenues and 29% of units in 2010. Growth of the Chinese market has been remarkable over the past few years, and while it is expected to slow substantially in the future, it is still projected to outperform the global market over the long term. This bodes well for the replacement of a vast number of low efficiency motors that comprise the majority of the Chinese motor install base.
In addition to the Chinese market, ongoing implementation of motor MEPS requiring the IE2 efficiency level in the Eurozone will also contribute substantially to the market shift from IE1 to IE2 machines.
The EU member countries accounted for approximately 23.1% of total market revenues in 2011, a slightly higher percentage of the global market as that comprised by China.
In addition to the requirement for IE2 machines, the EU will further raise the MEPS to IE3 in 2015 (or alternatively require users to implement variable speed drives with their existing IE2 machines), starting with motors rated above 7.5kW, a segment of the market that represented about 5% of total units in 2011. The biggest impact, however, will occur in 2017, when motors below 7.5kW will also have to meet these requirements.
China
21.5%
EU
23.1%
Other
26.9%
South America
6.2%
North America
22.3%
13

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Vida Rozite
International Energy Agency
9, rue del la Fédération, Paris vida.rozite@iea.org
Industrial energy use accounts for roughly one-third of global final energy demand. Industrial energy consumption is projected to increase in line with growing demand for industrial products. There is significant potential to decrease energy consumption in this sector; however, opportunities to improve energy efficiency are still under-exploited. There are strong barriers to the implementation of costeffective energy efficiency measures, e.g., low priority and lack of interest from top management, lack of information and know-how, planning horizons, inadequate methods to calculate costs and benefits, and perceived risks including the perception that focus on energy will distract from core business processes.There is a strong case for government intervention to address barriers and create incentives for industries, as well as to ensure that enabling and supporting systems are in place.
Industry accounts more than 60% of global electric motor driven system electricity consumption.
Electric motor systems consume about 70% of all electricity in the industrial sector and are widely used in all industrial applications to power; fans, pumps, compressors and mechanical movement applications such as conveyors and rollers. The adoption of more efficient electric motors leads to savings of a few percentage points compared to standard motor technology but much larger savings in the region of 20 – 40% compared to conventional solutions arise from optimising motor systems within the process
1 . In terms of improving the efficiency of motor systems, specific barriers include lack of
capacity and knowledge on motor system optimisation both within companies and within service provision companies, limited awareness among purchasers, obstacles created by organisational structure, hurdle rates for investments and focus on initial costs rather than life-cycle costs.
Single policy instruments will not guarantee progress towards more efficient motor systems. Effectively stimulating the uptake of energy efficient motor systems requires ambitious market transformation packages. Such packages should include minimum energy performance requirements for motors, labeling schemes, and energy performance test procedures for motors and components. However, to capture energy savings potentials linked with improving systems, these policies need to be carried out in combination with supporting policy measures such as energy management programmes.
Systematic energy management is one of the most effective approaches to improve energy efficiency in industries, because it equips companies with practices and procedures to continuously make improvements and capture new opportunities. Government energy management programmes and associated supporting measures and drivers have been shown to effectively address many of the barriers to energy efficiency and stimulate energy management in industry
2
. Effective energy management programmes are not stand-alone requirements for companies to utilise an energy management system. Rather they consist of a combination of elements that establish requirements, provide a support structure and incentives (see figure 1). Key success factors include ensuring that programmes are an integral part of broader policy frameworks and adapted to the specific needs of industry, establishing on-going dialogue with industry and other stakeholders.
1 Wade, P. and C. Brunner (2011), Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems.
International Energy Agency. Energy Efficiency Series. Working Paper. IEA/OECD, Paris.
2 IEA/IIP (2012), Energy Management Programmes for Industry – Gaining through saving, IEA/OECD, Paris.
14

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
Figure 1 Elements of energy management programmes
Source: Reinaud, Goldberg, Rozite (2012) in IEA/IIP (2012), Energy Management Programmes for Industry – Gaining through saving, IEA/OECD, Paris.
Energy management programmes may stimulate the uptake of more efficient motor systems by improving industrial awareness of energy use, building capacity to identify savings opportunities including through systems optimisation and establishing routines and procedures for enabling investments in energy efficiency. However, to ensure that energy management programmes effectively contribute to market transformation, how to effectively stimulate the uptake of more efficient motor systems needs to be considered in the planning and design stage. Specific elements that could be included in energy management programmes include: dedicated awareness raising; training for company engineers, system designers, motor maintenance and service personnel; tools and guidance; provision of technical expertise and consultations; mandated or subsidised audits targeting motor systems; requirements to develop specific energy management plans for motor systems; and incentives or requirements for implementation.
While such supporting elements could be provided as stand-alone measures or instruments, there are clear benefits of integrating these measures in a comprehensive energy management programme linked with energy management systems that establish a framework for sustained focus on energy use and continuous energy efficiency improvements. Optimising motor systems is not a once-off activity, continual monitoring and adjustments are needed as production or processes change. Furthermore, motor system efficiency is dependent on operation and maintenance, if routines are not in place performance may be impacted by staff changes. Finally, companies need to focus on their core business and have limited time and resources to spend on improving energy efficiency. Dealing with numerous disparate short-term policy measures can be time consuming both for programme administrators and for industry. Integrated well-designed long-term programmes will help build up the capacity and skills needed for sustained progress towards efficient motor systems.
15

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Murat Mirata
Institute for Industrial Productivity murat.mirata@iipnetwork.org
The Institute for Industrial Productivity (IIP) is an independent non-profit organization dedicated to increasing industrial energy productivity by promoting the efficient use of energy in selected energyintensive industrial sectors. Initially focusing on China, India and the US and on energy intensive sectors – like iron and steel, cement, and chemicals – IIP gives governments and industries a global perspective on effective industrial energy efficiency options and works at national and local levels offering integrated services that include advice on technology and energy management systems, policy support, and options for financing industrial energy efficiency measures.
IIP works to accelerate introduction of energy efficiency measures by following approaches:
• Sharing best practices
• Providing access to a network of international experts from diverse fields
• Developing original research, analysis and databases
• Working directly with policy and program designers and implementers to promote the strengthening of government policy to drive widespread deployment of energy efficiency
IIP was established in 2010 and is funded by the ClimateWorks foundation, serving as its Best Practice Network partner for the industrial sector.
Examples of IIPs global and regional accomplishments in 2012, achieved in partnership with key international, national and local organizations, are summarized below:
Geographic Foci
Global
China
Example Achievements in 2012
• Development of best practice databases on industrial energy efficiency (IEE) policies and programs, technologies and measures, financing approaches and supply chain initiatives;
• Research on policy packages, energy efficiency support frameworks, and energy management programs in different countries;
• Contributing to the efforts to develop a new Public Private Partnership to create a new market for industrial energy efficiency services through the banking system;
• Supporting the development and implementation of energy management program pilots in Shanxi and
Shandong provinces;
• Provision of tools and resources to local industry to help implement effective energy management systems (EnMS) and energy systems optimization under top 10,000 program, including the establishment of expert groups, commissioning of best practice guidelines and case studies, and development of implementation tools for key industrial sectors.
India
• Leading the efforts to create a pathway for increased use of alternative fuels and materials in the cement sector;
• Development and diffusion of Assessment to Action (A2A) pre-energy pre-audit tool for ammonia industry;
• Working with SME clusters on supply-chain greening, development of best practice guides, and technology saturation.
• Supporting policy implementation and business investments in industrial CHP;
• Development of decision-making tools and training materials on energy management practices;
• Establishment of working groups for low-temperature waste heat recovery projects.
United States
Table 1: Selected Examples of IIP’s Achievements in 2012.
16

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
In order to support government and industry decisions, IIP continually scans best practices in technology, policy, programs, financing and supply chains and compiles relevant information in a package of publicly available and free Industrial Efficiency Databases. The Industrial Efficiency Policy Database (IEPD) provides information on industrial energy efficiency and greenhouse gas mitigation polices across countries, together with a layered analysis connecting various policies, measures and policy implementation tools. This structure helps users to understand the mix and relationships in a total policy package that can be applied within and across various countries. The Industrial Efficiency
Technology Database (IETD) delivers rich and relevant information about the latest and best available technologies, tools and energy management systems to facilitate the accelerated implementation of energy efficient and low-carbon technologies and practices in industry. Currently the IETD provides technology/measure descriptions, performance and cost information and additional resources for iron and steel, cement, and pulp and paper industries and as well as motor systems as a cross cutting area.
At the global scale, one of IIP’s ambitions is to:
• expand the scope of the IETD by adding new sectors (e.g. chemicals, glass) and crosssectoral areas (steam system, CHP, lighting).
• enhancing the coverage, quality and accessibility of information provided.
IIP would like to develop additional partnerships with international and national organizations as well as with relevant experts and expert networks – especially for motor systems, who can share, for example, more up-to-date, context- and country- specific performance cost data. IIP is also seeking to collect information on case studies, tools, methodologies and additional resources that it could post on its freely accessible database. We are hoping that the 4 th Motor Summit will serve as a fertile platform to identify new partnership opportunities and to plant the seeds of their development.
Furthermore, IIP is highly interested to learn more about on-going and planned initiatives – in particular in or for China, India and the US – of other parties represented at the Summit and explore additional collaboration opportunities with those initiatives that are aligned with IIP’s objectives and country focus and to which IIP’s existing competences and networks can be of value.
17

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Andrew H Baghurst
CalTest
PO Box 546, Port Elliot, South Australia 5212 abaghurst@bigpond.com
Good, reproducible measurements on rotating machines are dependent on a high quality power supply, the characteristics of which are specified in IEC 60034-1. Such power supplies are required to produce variable, closely balanced, low total harmonic distortion voltages with good regulation and high frequency stability. There are many ways of producing such supplies, and the following provides an overview of alternative supply types, including modern techniques which make use of electronic converter-type equipment.
The simplest supplies for motor testing and measurements are those derived directly from the supply mains, with voltage variation achieved using either a continuously variable auto-transformer or an
‘induction regulator’, the latter constructed in a similar fashion to a wound-rotor induction machine, but with stator and rotor windings interconnected, with output voltage adjusted by varying the relative angular positions of rotor and stator. Because such adjustment requires less than a single turn (depending on the number of poles in the regulator) slip-rings are unnecessary, and may be replaced by flexible cables.
Both of the above supply methods can benefit from additional ‘fine’ adjustment facilities which may take the form of a second variable auto transformer feeding the primary windings of auxiliary ‘buckboost’ transformers, which may be arranged either to inject voltages over a fixed absolute range, or a fixed percentage of the output from the main (‘coarse’) voltage source.
Such supplies have the disadvantage, however, of being subject to network frequency variations, over which a laboratory has no control, and short-term voltage fluctuations, depending on load conditions in other parts of the network from which the supply is derived.
Motor-alternator systems offer many advantages over mains-derived supplies: If a variable speed drive system is coupled to an alternator from which a testing supply is derived, frequency can be adjusted and held with much greater accuracy and stability than can be obtained directly from the mains supply: An essentially open loop speed controller can easily achieve frequency stability of better than
0.1%. and closed-loop prime-mover speed control, using shaft mounted encoder feedback can achieve stability which is at least an order of magnitude better again (0.01%). Further, voltage may be adjusted via alternator excitation (using a closed loop controller or ‘AVR’), and both voltage balance and total harmonic distortion can be very good.
A motor-generator system has a number of additional, but less obvious advantages: If the ‘primemover’ is fed from a VFD system, the variable frequency which is then available from the alternator may be used not only as a very effective means of starting a motor under test, but also as a means of decelerating and stopping such a test motor, within the time periods specified in the relevant standard
18

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
(IEC 60034-1, Table 5), even if the motor under test is not coupled to a (mechanical) load of any kind, as in a no-load test.
A disadvantage of the conventional ‘brushless’ alternator excitation system in common use, however, is that full excitation of the rotor of a main alternator is not possible at M-G set shaft speeds which are significantly lower than the rated value. This problem may be overcome by fitting slip-rings to the rotor of the main alternator, and bypassing the exciter. In this case, full rotor excitation (from an external
DC supply) is possible even with the alternator at stand-still. A motor under test may then be started with the supply alternator rotor fully excited and the speed of its prime-mover gradually increased from zero to the value which provides the correct supply frequency to the test motor (usually 50 or 60 Hz).
Note that under these conditions, the alternator produces an output with an essentially constant voltage to frequency (V/F) ratio, as required. Braking of a test motor is achieved by simply reducing the prime mover speed, in which case the kinetic energy of both machine sets may be ‘dumped’ into a suitable resistive braking system associated with the DC link in the converter supplying the primemover.
Note also that the testing supply motor-generator set may also contain a third machine which can accept electrical power produced by the machine which is used to load the motor under test, thus ‘recycling’ the main testing power, in which case the prime-mover is required only to supply the losses in the two rotating systems. One example of such a system would be the incorporation of a DC shunt machine into the supply M-G set, the latter then electrically connected to a similar (DC) machine which is used to load the test motor, in the well-known ‘Ward-Leonard’ configuration.
A final advantage of the M-G set as a power supply source is the availability, from the shaft encoder which forms part of the feedback speed control system, of a pulse train against which the frequency of a signal derived from a similar encoder connected to the test motor may be compared, for making precise measurements of slip in an induction machine under test.
IEC TC2 Working Group 28 has recently produced a first draft edition of IEC TS 60034-2-3 (Rotating electrical machines – Part 2-3: Specific test methods for determining losses and efficiency of converter-fed AC induction motors). The essence of that specification is a method by which the losses incurred by a given motor operating on a ‘converter’ supply may be compared with the losses associated with operation on an essentially sinusoidal voltage supply. (Note that the converter has standardised ‘reference’ characteristics which are common to all such tests, but which are not necessarily those of any given commercially available converter).
These considerations have given rise to the idea that it may be possible to develop and to describe, in the above Technical Specification, a ‘sine-filter’ similar to those which are currently available, which would effectively ‘demodulate’ the ‘raw’ PWM supply which is available from the ‘reference’ and other commercially available converters.
Commercially available ‘sine filters’ usually employ one single-stage L-C filter network per phase, and even such a simple device produces an output voltage waveform with relatively low total harmonic distortion. Cascading two such filters, with perhaps the addition of ‘traps’, carefully tuned to the ‘carrier’ frequency could provide an excellent ‘sinusoidal’ power source, with the information sought by TS
60034-2-3 obtained simply by switching that filter in and out of circuit.
The above suggests that a commercial converter, equipped with a ‘sine filter’, as described above, could make an excellent general motor testing power supply, with very low total harmonic distortion, good voltage balance and exceptionally stable frequency. A second converter, sharing the same DC bus, might control an induction loading machine, returning generated power to that bus, with the supply mains providing losses only, in a system analogous to the M-G system described above.
19

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Andrew H Baghurst
CalTest
PO Box 546, Port Elliot, South Australia 5212 abaghurst@bigpond.com
The ability to regulate induction motor efficiency can only be based on international standards which provide clear, unambiguous procedures for making and processing the appropriate measurements.
Significant progress has been made recently by IEC TC2 Working Group 28 in re-drafting IEC standard 60034-2-1 (Rotating electrical machines – Part 2-1: Standard methods for determining losses and efficiency from tests (excluding machines for traction vehicles)), and the current draft edition now contains an informative Annex (C) on a suggested method for slip measurement, as explained below.
The determination of induction machine slip is very important since induction motor rotor losses are directly proportional to that quantity. Previous standards have not provided information on how slip should be measured, and it was thought worthwhile to develop a measurement technique which is both straight-forward and amenable to automatic data acquisition, as traditional slip measurement methods using, for example, stroboscopic illumination of the shaft of the machine in question, are time-consuming and do not lend themselves to automatic data acquisition.
The principle of the suggested method is a system in which the frequency of a pulse train, generated by a sequential shaft encoder connected directly to a motor under test, is compared with the frequency of a pulse train derived from a similar encoder (producing the same number of pulses per shaft revolution) driven at a speed whose relationship to the synchronous speed of the motor in question is precisely known.
The principle of the measurement system is demonstrated using two small (0.12 kW) 3-phase motors, both arranged to run from a single-phase supply by the use of phase-shifting capacitors, and with one of those machines modified for synchronous operation. By milling four flat facets on the rotor of one of the (4 pole) machines, saliency has been produced, which generates sufficient reluctance torque to pull the otherwise induction-type machine into synchronism with the electrical supply.
Both machines have been fitted with a hollow shaft sequential shaft encoder, and each of the encoders produces 600 pulses per revolution, a figure which not only provides very high resolution (towards two pulses per mechanical degree of shaft rotation), but a display on a suitable frequency counter from which the shaft speed in revolutions per minute is readily determined simply by shifting the decimal point. (E.g. a 4-pole motor running in synchronism with a 50 Hz supply runs at 25 revolutions per second, and the encoder output frequency is thus 25 x 600 = 15000 Hz, from which the true shaft speed, namely 1500 rpm, may be determined simply by shifting the decimal point one place to the left).
Note that if a motor-generator set is used to provide an electrical supply for induction machine tests and measurements, the reference frequency pulse train may be obtained from a shaft encoder driven directly from the main shaft of that machine set.
20

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
Figure 1 : Salient-pole rotor for the reference frequency generator, made by milling flats facets on the previously smooth cage-rotor.
Note that bars forming the die-cast ‘squirrel cage’ are now clearly visible.
Figure 2 : Schematic circuit diagram showing how the two pulse trains are generated
Slip may be determined by feeding the pulse trains generated by the two shaft encoders to the inputs of a dual-channel digital counter (e.g. Agilent Model 53132A), operating in frequency ratio
mode, and with a gate time set at the same time interval (e.g. 5-10 s) over which all other motor operating parameters are averaged. The counter then displays the induction machine speed as a fraction of synchronous speed, from which slip is readily determined.
Slip information obtained using the technique described above may be transferred directly from the counter to an automatic data logging system using any of the commonly used communication protocols, including GPIB, RS-232, USB etc.
21

22

23

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
Conrad. U. Brunner
A+B International
Operating Agent of 4E EMSA
Gessnerallee 38a, CH 8001 Zürich cub@cub.ch
Figure 1
The global introduction of more efficient electric motors shows progress. The testing method in the revised IEC 60034-2-1 is load losses P
LL
Energy- efficient electric motors have a name:
IE3 Premium Efficiency (Source: IEC 60034-30) clarified and defined as the
"Preferred Method": Summation of losses with load test, stray
determined from Residual Loss.
Finally IE3-Premium Efficiency electric motors have arrived in the European Market and are also available in Switzerland. They are now clearly defined in the standard IEC 60034-30 for the range of 0.75 - 375 kW. Soon they will have a special label from
IECEE (see Figure 1).
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
0.1
Figure 2
1
IE4 - Super Premium
Efficiency 50 Hz
IE3 - Premium
Efficiency 50 Hz
IE2 - High Efficiency
50 Hz
IE1 - Standard
Efficiency 50 Hz
10 100
Output power [kW] log scale
1000
Efficiency classes of 4-pole electric motors with 50 Hz
(Source: Draft IEC 60034-30-1, 2012)
From 2013 the newly revised Efficiency Classification in IEC 60034-
30-1 will also include motors from
0.12 kW to 1000 kW, with 2-, 4-, 6- and 8-poles and will go up to the new efficiency class IE4 Super
Premium Efficiency (see Figure 2).
The classification will also cover new motor technologies as long as they are capable to run online.
Most large motor manufacturers have now a complete range of IE3 motors available. Some of them are already able to deliver motors for pump and fan applications in advanced technologies with Permanent Magnet or Switched Reluctance motors with Super Premium
Efficiency IE4.
The market development in the USA, Australia and Canada shows that only minimum energy performance standards (MEPS) can quickly change the market share towards high efficient motors. The efficiency of electric motors needs to be driven by MEPS that require both the industries as a motor user and the industries as a motor manufacturer to agree on a set of mandatory constraints. Only with
MEPS the life cycle cost consideration in industry can be made the economic method of decision making.
Some countries have started to define a target- or reach-standard above the current MEPS that eventually will be the future MEPS. China has included in its revised standard GB 18613 three steps: IE2 mandatory now, IE3 in 2015 and IE4 as reach standard. In the US the discussion of a new IE4 standard has been launched by the Department of Energy and NEMA.
24

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
Efficiency Levels
3-phase induction motors
Super Premium Efficiency
Premium Efficiency
High Efficiency
Standard Efficiency
30 September 2012, CUB
A+B International
Efficiency Classes
IEC 60034-30-1
Global classes IE-Code
2008; rev. 2013 *
IE4
IE3
IE2
IE1
*) Sizes 0.12 kW - 1000 kW,
50 and 60 Hz, line operated
Testing Standard
IEC 60034-2-1 incl. stray load losses
2007; rev. 2013 **
Preferred Method
Performance Standard
Mandatory MEPS ****
National Policy Goal
Summation of losses with
P
LL load test:
determined from residual loss
Canada
Mexico
USA
Europe*** 2015 / 2017
Australia
Brazil
China
Europe
South Korea
New Zealand
Switzerland
Costa Rica
Israel
Taiwan bold means in effect
**) for 3-phase machines,
rated output power < 1 MW
****) Minimum Energy Performance Standard
***) Europe (2015: below 7.5 kW), 2017,
IE3 or IE2 + Variable Speed Drive
The countries with current legal requirements for mandatory MEPS of electric motors are shown in
Figure 3. Europe is currently in the process to move its requirement up from IE2 to IE3 in 2015. It has decided an interesting combination of
"IE2 motors + Variable Frequency
Drive" to be allowed instead of IE3.
This ne combination has led the
European Commission to give a mandate to the European standard makers to also include VFD in the concept of efficiency classification.
Figure 3 List of countries with efficiency classes, testing standards and Minimum Energy
Performance Standards (MEPS) (Source: A+B International, 2012)
An electric motor is never a stand-alone. It is part of a sequence of mechanical and electrical components, built into an entire industrial process line. The European Ecodesign requirements now also include MEPS for the first group of applications like pumps and fans. In many cases industrial machines include an entire production line with hundreds of motors like in paper making or printing.
Energy efficiency means to look at the entire motor system:
• Start with the demand side
by reducing unnecessary loads and operating times, by optimizing the sizes of ducts and pipes, by reducing transported volume of fluids and gases, by carefully deciding on speed, necessary pressure and then to select state of the art pumps, fans, compressors, et cetera.
• Only then the design the supply side
of the system with its mechanical (transmission, gear, brake and clutch) and its electrical components (motor and variable frequency drive) can be a successful application of modern technology.
Motor System Tool (Source: EMSA, www.motorsystems.org) Figure 4
In order to make this decision making process for efficiency easier, EMSA has developed the
Motor
Systems Tool
that can help to find the optimal combination of components more rapidly and to get higher total efficiencies. The introduction of VFDs has added to the complexity of testing the efficiencies of combinations of motors plus VFD. The Technical Specification to test efficiencies of motors driven by variable frequency drives is to be published in 2013 as IEC 60034-2-3. This standard makes the first step towards integral efficiency in the core motor system. The integration of entire electronically driven motor systems will then be defined later in the new IEC 61800-x.
The next level for industry to pursue energy efficiency is a factory wide
Energy Management System
, using the new ISO 50001 as a guideline for monitoring annual energy consumption, regular setting of efficiency targets and implementing improvement plans according to predefined life cycle cost standards. A qualified team with sufficient energy efficiency know-how right in the factory can harvest the efficiency potentials in electric motor systems we have been talking about for a long time. The key to a successful implementation of cost effective energy savings is the training of technical staff for energy efficiency and energy management
and to give this team enough resources inside the factory. With this energy efficiency will become a strategic value for the industry.
25

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
Federal Department of the
Environment, Transport, Energy and Communications DETEC
Swiss Federal Office of Energy (SFOE)
Walter Steinmann
Swiss Federal Office of Energy SFOE
Mühlestrasse 4, CH-3063 Ittigen
Postal address: CH-3003 Bern contact@bfe.admin.ch www.bfe.admin.ch
Summary
In 2011 the Federal Council and Parliament decided in favour of a reorientation of Switzerland’s energy policy with the aim of guaranteeing long-term supply security following the decision not to construct any new nuclear power plants. In the context of its new Energy Strategy 2050, the Federal
Council is focusing on energy efficiency, the development of hydropower and the use of new renewable energy, and, where necessary, on electricity production from fossil fuels (combined heat and power plants, gas cogeneration plants) and on electricity imports. It will also be necessary to expand Switzerland’s electricity networks without delay and to intensify energy research.
Detailed information and reports on Energy Strategy 2050 are available from the following website: www.energystrategy2050.ch
.
First package of measures submitted for consultation
In September 2012 the Federal Council submitted a first package of measures for consultation regarding the step-by-step reorganisation of Switzerland’s energy supply. The Federal Council aims to lower the per capita level of energy and electricity consumption, reduce the proportion of fossil energy and substitute nuclear electricity production by promoting energy efficiency and increasing the degree of use of renewable energy. The measures include faster and simpler licensing procedures and the modernisation and expansion of the country’s electricity networks.
A variety of workgroups involving representatives from the cantons and municipalities, the economy, unions, the scientific community and environmental organisations participated in the formulation of the measures, the implementation of which will require a complete revision of the Energy Act and various other amendments to existing legislation. Parliament will be debating the measures in the second half of 2013, and the aim is for these to enter into effect as of 2015.
Energy efficiency forms the core of the new policy. With its Energy Strategy 2050, the Federal Council intends to reduce energy and electricity consumption: the aim is to reduce the average level of energy consumption per person and year by 35 percent by 2035 versus the level recorded in 2000, and to stabilise electricity consumption from 2020 onwards. At the same time, increasing the use of renewable energy will be a priority: the goal is to increase the annual production from hydropower to at least 37,400 gigawatt hours by 2035, while production from other forms of renewable energy is to be increased to 11,940 gigawatt hours within the same timeframe.
In Switzerland, annual expenditure on energy currently amounts to around 31 billion Swiss francs, with electricity accounting for around 9 billion. With the initial package of measures, it will be possible to reduce the consumption of, and expenditure on, fossil energy, as well as imports and dependency on supplies from abroad. In the case of electricity, the costs will increase due to the currently high costs of production from renewable energy sources, investments in the country’s networks and the slightly higher fees per average household. In order to relieve the burden on large-scale consumers, the
Federal Council is proposing to exempt them from these fees.
1
26

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
Figure 1: New energy mix based on package of measures
TWh
110
100
90
80
70
60
50
40
30
(c) Prognos 2012
20
10 bestehende Wasserkraftwerke bestehende fossile KW neue fossile WKK neue Kernkraftwerke neue Erneuerbare* neue Importe neue Kombikraftwerke
Bruttonachfrage
0
2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Hydrological year
Figure 2: Composition of electricity supply based on package of measures
Second stage of Energy Strategy 2050
The Federal Council plans to initiate a second stage for the period after 2020 in which Switzerland’s climate and energy policies are to be jointly redefined. Here the aim is to gradually transform the existing system of subsidies into an incentive taxation mechanism. In this connection, the federal administration is currently examining the various options for an ecological tax reform.
27

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Marcos González Álvarez
European Commission – Directorate General for Energy
Rue de Mot 24, 1040 Brussels (Belgium) marcos.GONZALEZ-ALVAREZ@ec.europa.eu
Energy related products are responsible for about 30% of the total energy consumption in the European Union (EU). The setting of minimum requirement and the provision of information to consumers are widely recognised as powerful tools for improving the energy efficiency of products. The legislative framework concerning energy efficiency of products within the EU is based in two Directives:
•
Directive 2009/125/EC on ecodesign of energy related products establishes the framework for defining the rules for setting product specific requirements on energy efficiency and further parameters to products placed on the market or put into service within the European Economic
Area (EEA).
•
Directive 2010/30/EU on energy labelling of energy related products defines the rules for setting requirements regarding standard information to be provided to consumers regarding the energy and other resources use of products.
The use of these tools provides a common regulatory framework in all Member States, ensuring the free movement of goods in the internal market. It has been demonstrated that Ecodesing and Energy
Labelling measures achieve a big impact on the market while at the same time keeping costs low and not creating excessive administrative burden neither to industry nor to national administrations.
The process for adopting implementing measures under these Directives is a well-defined process where stakeholders have the right to participate and where Member States provide their input at different stages.
The measures adopted so far will save 380 TWh per year in 2020. The products groups covered include a wide range of products. During the first phase of the implementation of these policies the products addressed were mainly used in households (lighting, domestic appliances, etc.).The second phase, covered under the Ecodesign Working Plan 2009-2011 included products used mainly in the industrial and tertiary sectors (machine tools, industrial furnaces, etc.). A new Ecodesign Working Plan is under discussion at the moment, it will expand the number of products analysed.
According to the data gathered during the development of the “Methodology for Ecodesign of Energy
Related Products – MEErP 2011”, in 2007, the electricity consumption in the EU was 2780 TWh, of this electricity consumption 49% was consumed by motor driven systems (pumps, fans, compressors and conveyors), i.e. 1360 TWh.
According to the data gathered during the study, compressors are the main energy consumer among motor driven systems. Pumps fans and conveyors account for about 20% of the total electricity consumption of motor driven systems each.
28

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
Figure 1 Electricity consumption in Europe by use, MEErP 2011
Some of this products were analysed in several preparatory studies were it was demonstrated that an important energy saving potential existed and part of this potential could be addressed by the setting of minimum energy efficiency requirements. Some Regulations were issued as a result of the process.
•
Regulation 640/2009 established minimum energy efficiency requirements for electric motors with a rated power output between 0.75 and 375 kW. From June 2012 all motors placed on the market or put into service within the EEA need to have a minimum energy efficiency level of IE2 according to EN IEC 60034-30. Depending on the power output, from January 2015 or
January 2017 all motors will need to be IE3 motors or be IE2 and incorporate a variable speed drive (VSD). It is estimated that this measure will save 135 TWh per year in 2020.
•
Regulation 641/2009 (amended by Regulation 622/2012) on circulators covers products with a rated hydraulic output between 1 and 2500 W. It takes into account part load efficiency for calculation the energy efficiency index of the product. It is estimated that the minimum requirements for circulators will save 23 TWh per year in 2020
•
Regulation 327/2011 on fans cover fans with power input between 125 W and 500 kW, including those integrated in other energy related products, the savings achieved by this Regulation account for 34 TWh per year in 2020.
•
Regulation 547/2012 of pumps covers products with a maximum shaft power below 150 kW and will save 3 TWh per year in 2020.
In March this year several preparatory studies were launched in order to cover products not addressed by previous implementing measures:
Lot 30 will cover motors not covered by Regulation 640/2009, extending the scope of the previous preparatory study to motors with lower and higher nominal powers and motors with higher rated voltages. This trend in observed worldwide, as the scope of IEC 60034-30 has been widened and several countries are embarking themselves on the development of measures covering motors with higher power outputs and nominal voltages.
Other lots will cover waste water pumps, pumps not covered by previous preparatory studies and compressors.
29

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Andrew H Baghurst
CalTest
PO Box 546, Port Elliot, South Australia 5212 abaghurst@bigpond.com
for Australian Department of Climate Change and Energy Efficiency, Canberra
Australia regulates motor efficiency through a joint Australian/New Zealand energy efficiency standards and labelling program called the Equipment Energy Efficiency Program. A key element of the program is monitoring and verification which is achieved through independent product check testing. This has now been in operation for a decade, and it continues to gain experience in that area.
Some recent observations are as follows:
• There has always been quite a good level of compliance with the MEPS requirements as set out in the standard AS/NZS 1359.5: 2004, and the number of failures continues to decrease.
• Further to the above, the margin of measured motor efficiency, above the minimum allowable values, has tended to increase, i.e., there is a tendency for less reliance on the tolerances which are permitted under check-test conditions (15% of losses for motors with ratings up to and including 50 kW, and 10% of losses for motors with ratings above 50 kW).
Australian regulations do not allow any such tolerances in efficiency measurements made for the purposes of initial registration of a given motor, however, and this is different from the requirements of IEC 60034-30, in which tolerances similar to the above always apply.
• Currently Australia performs check-tests to both the equivalent of the ‘new‘ (IEC 60034-2-1: 2007) and the ‘old‘ (IEC 60034-2 equivalent) standards. It has been noted that recently-registered motors, and particularly those which exhibit low values of temperature rise under test, return relatively poor efficiency values when measurements are made to the ‘old‘ standard, (in which stator winding temperatures are assumed to be those for which the insulation is rated, e.g.115˚C for class F insulation).
The newer standard returns the more realistic result.
Australia has an on-going interest in the development of standards which support the regulation of motor and motor drive system efficiency, and is a member of IEC TC2 Working Groups 28 and 31 and of SC22G Advisory Group 15.
The new draft edition of IEC 60034-2-1 (Standard methods for determining losses and efficiency from tests) continues to make good progress, having been discussed recently at meetings in Washington (2011) and
Kyoto (2012). Important improvements include segregation of the standard into sections which represent the main motor types, the specification of a single preferred method for the determination of induction machine efficiency, and a specified temperature range for ambient air temperatures. Further, an informative Annex has been added which describes a method by which induction machine slip may be measured with low uncertainty. Finally, the order of tests and measurements has been agreed upon, as have the loading points
(in the load curve test) and the voltage values for no-load measurements.
Yet to be finalised is the question of specifications for measuring instruments and the expected uncertainty associated with final efficiency figures produced using the specified measurement methods.
Originally drafted as a standard, IEC 60034-2-3 (Specific test methods for determining losses and efficiency of converter-fed AC induction motors) has become a Technical Specification (TS). This standard aims to describe means by which the additional losses produced in induction machines when fed with converter
30

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland supplies may be measured. The term ‘harmonic loss ratio‘ has been defined in the above context, but laboratory measurements conducted in both Europe and Australia on unloaded machines have shown that such a concept does not, by itself, adequately address the aims of the specification.
Two distinctly different approaches are currently under discussion, with the method favoured by this author being an ‘A-B‘ approach, in which a motor under test, either loaded or unloaded, is switched between an essentially sinusoidal supply and a converter derived supply. The primary power source in this case might be a ‘reference converter‘, with the sinusoidal supply provided simply by filtering the output from the same converter.
Voltage measurement under the above conditions has also received a good deal of attention, including the idea of a simple ‘flux-voltmeter‘.
Australia supports the development of international energy performance classifications (tiers) to complement this TS, so that policy makers can select appropriate levels for regulation in different countries.
Working Group 31 has responsibility fo IEC 60034-30 (The IE-Code), and this will be discussed in detail by
Prof. Martin Doppelbauer in this forum. Of particular interest, however, are the questions of adapting the techniques described in IEC 60034-2-1 (as above) both to an induction machine output power rating range which now extends down to 0.12 kW, and to very high efficiency motors (which will be almost exclusively of the ‘new technology‘ type), in which output/input measurement methods with supremely high accuracy will be required.
A new Technical Specification ( IEC 201X : Energy efficiency for power drive systems, motor starter, power electronics and their driven applications) currently being written with input from IEC SC22G AG-15 is the complement of IEC 60034-2-3. Whereas the latter examines the behaviour of motors fed from a reference converter, the former seeks to quantify converter efficiency when feeding a reference motor.
One of the chief problems faced by the writers of that standard is the question of the number of load/speed points at which measurements will be required in order to characterise adequately a given converter, and whether or not temperature stability is to be attained at any or all of those points. It was encouraging to see recognition of the importance of ambient air temperature in a draft from the meeting in Paris held earlier this year, requiring that the tests and measurements be made at a laboratory air temperature of 25 ±3˚C, but then disappointing to find that the draft presented at a subsequent meeting in Montreal had dropped any mention of a controlled ambient temperature testing environment.
As can be seen above, standards writing work raises many technical questions, a number of which cannot be answered at meetings from the experience of those present. This problem has led to discussions between the Australian and Swiss governments and the subsequent establishment of a collaborative research program to be carried out by the Ecole Polytechnique Federale Lausanne (EPFL) in Switzerland, and Cal-
Test in Australia.
The aim of this collaborative program is to build, in both countries, precision dynomometry equipment for the evaluation of those high efficiency motors and drive systems in which it is not possible to determine losses or efficiency by separation of losses methods. Work is now well under way in both countries, with the objective of designing, building, commissioning and using a dynamometer with ‘state-of-the-art‘ capabilities, and, towards the end of that program, to compare the two systems which have been developed, and to perform limited ‘round-robin‘-type tests by exchanging test objects.
The work program is designed to be flexible, however, in order to be able to respond to the kinds of questions which inevitably arise in the generation of new and better standards and technical specifications.
31

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Zhao Yuejin
China National Institute of Standardization
NO.4 Zhichunlu, Haidian District,
Beijing, 100088
China zhaoyj@cnis.gov.cn
The electrical motor system consumes about 50% of total electricity and 65% of industry electricity. Chinese government implemented a series of policies to improve the energy efficiency and reduce the energy consumption of the motor systems, which are MEPS for products and production procedures, energy labels, supervision and monitoring and subsidy program. The MEPS and incentive programs are considered as powerful tools to push and pull the motor system market to higher energy efficiency.
This presentation will introduce the policy framework of China motor system and its latest updates.
1. Mandatory MEPS for electrical motors and motor system related industrial products:
A series of mandatory MEPS are implemented for the electrical motor system related important industrial products:
Electrical motors: small power motors, small and medium three-phase asynchronous motors, cage three-phase high voltage induction motor and permanent magnet synchronous motors
Motor system products: displacement air compressors, AC contactors, fan, centrifugal blower and pumps.
2. The motor system operation and optimization standards, which include: The guide of design optimization for motor systems (fans, pumps, air compressors), Economical operation for displacement air compressor system, Monitoring and testing for energy saving of motor-pump liquid transport system.
3. Label programs: China Energy Label Program has included the AC contactors, small and medium three-phase asynchronous motors, displacement air compressors and ventilators.
32

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
4: Incentive policies: In order to promote the use of energy conserving motors, Chinese National Development and Reform Commission (NDRC) together with the Ministry of Finance (MOF) included high efficiency motors (HEMs) into the large national financial subsidy program called the “China Energy Savings Program”. This subsidy program will include ventilators, pumps and air compressors in near future to improve the energy efficiency of the motor system.
33

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Rob Boteler/Bill Hoyt 11/12/12
Representing NEMA [National Electrical Manufacturers Association]
This presentation will discuss recent efforts in the United States to expand the scope of motors covered by NEMA Premium efficiency and maintain the leading role in the world for motor efficiency. The discussion will provide insights into how a US motor coalition was created and how this coalition worked to redefine electric motor scope. The presentation will include the product evaluation process, enforcement, imbedded product, life cycle cost analysis and national impact analysis. In addition the presentation with evaluate other issues including product utility and end user considerations that have been deemed necessary to provide meaningful regulations. Lastly the presentation will include a time line for implementation that addresses manufacturing and end user needs aimed at assuring seamless transition in the US market.
Electric motor efficiency performance standards have been in effect in the USA since 1997. NEMA’s
Motor Generator section has embraced federal standards as a necessary means to move the market to acceptance of ever higher performing motors. Initial regulation limited the types of covered product categories and the level of nominal efficiency. As the motor manufacturing became more comfortable with these higher performance designs they gradually began to expand the higher performance electricals to an ever increasing number of types and categories. In 2012 EISA [energy independence and security act] increased the minimum levels of type one [general purpose] motors to NEMA table 12-12 [NEMA Premium] and added seven previously unregulated motors [type two] at the NEMA table 12-12 [EPACT]
In the time since the enactment of EISA, the NEMA motor generator section members have continued the growth of premium performance motors with each member voluntarily choosing which of his products would benefit from the improved performance. In addition the enforcement of motor efficiency standards, particularly for imported motors embedded in equipment produced offshore has become an issue for the section members. Current regulations that do not cover some motor categories or cover some at 12-12 and others at 12-122 are seen as complicating enforcement.
The Motor Generator section identified the enforcement issue as well as seeing the opportunity to expand the scope of covered products including many special and definite purpose motors as the basis to update to the federal energy standards for ployphase electric motors. This presentation will
34

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland discuss on the next steps the motor industry is taking to provide motor users with solutions that work. NEMA members continue to work with environmental groups, government agencies and end users as they expand scope of motor products that deliver the highest performance while remaining fully aware of end user needs for product utility and retrofit capability.
Motor Range and Type Units from kW
0.75
to hp
1 hp
≤ 5 kW
≤ 3.7
> 5 > 3.7
≤ 20 ≤ 14.7
> 20 > 14.7
≤ 50 ≤ 36.8
> 50 > 36.8 ≤ 100 ≤ 73.5
> 100 > 73.5 ≤ 200 ≤ 147.1
> 200 > 147.1 ≤ 500 ≤ 367.7
Total units
Efficiency
IE3
%
89.5
91.7
94.1
95.0
95.4
95.8
Installed
Efficiency
%
82.7
86.8
89.2
91.9
92.7
93.4
NEMA MG1 DOE 1998
Table 12-12 average
Efficiency
Percent Gain
%
8.2
5.6
5.5
3.4
2.9
2.6
Estimated
Power
Reduction
MW
379.9
417.4
276.7
144.2
56.7
46.1
Estimated
Energy
Savings
GWh/a
1 519.8
1 669.6
1 107.0
576.9
226.8
184.3
5 284.4
4 000 h/a
All data at 100% load; power quality per NEMA MG1 standards; kWh saved based on 4 000 hours per year of operation
35

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Takeshi Obata
Hitachi/JEMA
Manager of Drive Systems Management Dept.
Chairman of JEMA Energy Efficient Motor Committee
Hitachi Industrial Equipment Systems Co., Ltd.
1-1, Higashinarashino 7-Chome, Narashino -shi,
Chiba-ken, JAPAN e-mail obata-takeshi@hiatchi-ies.co.jp
Japan started energy management by law in 1979. The law named “Energy management based on the Act on the Rational Use of Energy” (hereafter called ECL: Energy Conservation Law) has been applied in four sectors: factories, transportation, buildings, machinery and equipment. In each section, they have been made big efforts for energy conservation, energy intensity value, such as use of energy per real GDP, became world prominent level. After further studies, Ministry of Economy, Trade and
Industry (METI) decided to make industrial motors target products of Top Runner Program.
First step : FY2009: “Advisory committee concerning motor energy conservation measures” Investigation of actual condition report such as energy consumption equipment reported by the Institute of Applied Energy as a consignment business from METI. The purpose of the investigation is to grasp how much energy saving effect could be achieved by the introduction of the high efficiency motors.
Second step : Financial year 2011 ～ 2012: Installation of Evaluation Standard Subcommittee of ECL.
1st committee was held on 13th December 2011. Coverage and test method decided.
2nd committee are being on the schedule. Target year and target efficiency will be decided by this committee.
Third step : Financial year 2012 ～ 2013: World Trade Organization ／ Technical Barriers to Trade Notification: ECL and Evaluation Standard notification for motors.
Maintenance of standards for top runner program
・ JIS C 4034-30 (2011/01/20): IEC 60034-30 Rotating electrical machines-Part 30: Efficiency classes of single-speed, three-phase, cage-induction motors (IE-code).
・ JIS C 4034-2-1 (2011/01/20): IEC 60034-2-1 Rotating electrical machines-Part 2-1: Methods for determining losses and efficiency from tests of single-speed, three-phase, cage-induction motors.
・ JIS C XXXX (waiting for target efficiency): Low-voltage three-phase squirrel-cage induction motors.
36

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
ECL) st
(Installation of Evaluation Standard Subcommittee of
1. Coverage of the motor.
Coverage of the motor, regulated by ECL as a top runner product is discussed basically in the scope of JIS C 4034-30. Output range: 0.75 kW to 375 kW, 2P 4P 6P, rating S1 and S3. But there are some exceptional items and applied items. For example, Inverter drive motors are out of scope in the JIS C
4034-30. But if these motors can be driven by commercial powers, they are included in the coverage.
(Figure 1)
JIS C 4034-30
（
（
（
（
（
（
（
）
）
）
（①③）
（
）
（①③）
（
）
（①③）
（
）
）Δ
）
）
）
）
）
（①③）
（①③）
（③）
（①②③）
（①③）
（
）
（①③）
（
）
（①③）
※
①
②
③
（①②）
±
±
（
）
Figure 1 Coverage of the motor regulated by ECL as a top runner product.
2. Test method.
Test method is defined from JIS C 4034-2-1. Only one method is allowed to determine efficiency equal to IEEE 112 method B.
37

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Sandie B. Nielsen
Danish Technological Institute
Kongsvang Allé 29, DK–Aarhus, Denmark sbn@teknologisk.dk
– The continued development
The Motor Systems Tool was first presented and published at EEMODS´11, Washington D.C. in September 2011. Since then it has been available for free download (registration required) at the EMSA web page: http://motorsystems.org
.
More than 600 registered downloads has since taken place. In the spring of 2012 a survey was held to get feedback from the people actually using the tool.
In parallel to the EMSA project, Danish authorities have decided to continue supporting the Danish part of the MST-Tool so that an actual project group is supporting the continued development of the tool. Therefore, a palette of ideas for the second generation of the tool has been noted – also taking into account the feedback from the 2012 survey.
Figure 1 Main page of the Motor Systems Tool
38

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
First priorities…
A lot of very good ideas for further development have been presented from both the survey, the working group as well as the EMSA members. Having prioritized the working group has started their focus on implementing gears and verifying the algorithm for smaller motors.
Figure 2 Gear selection page
In the pipeline there’s ideas of more detailed application inputs, more variation in terms of speed control handling and last but not least a more extensive approach toward the energy calculations of the tool.
The presentation of the MST-Tool at the Motor Summit ’12 will show the implementation of the gears into the tool as well as a short description of some selected algorithms inside the tool, followed by discussions and new ideas.
Workshop at Motor Summit ‘12
On Tuesday December 4 2012 at the Motor Summit ’12 interested parties are invited to participate in a workshop about the MST-Tool. Here a thorough explanation of the tool will be presented combined with calculation exercises both as “text book” examples as well as participants own application examples from real life.
Participants should bring:
- Windows based Pc, (preferably pre-installed with MST-Tool, but not a requirement!)
- 1 – 2 real life samples of “typical” situations met in industry.
39

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Martin Doppelbauer
Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Institute of Electrical Engineering (ETI)
Kaiserstrasse 12, 76128 Karlsruhe, Germany
Martin.Doppelbauer@kit.edu
On 23rd June 2010 the Directorate-General for Energy of the European Commission issued a mandate to CENELC regarding standardization in the field of electric motors. It has been agreed between
CENELC and IEC TC2 that the actual work will be carried out in IEC working groups WG28 (for test procedures), WG12 (for tolerances) and WG31 (for energy efficiency classification).
Consequently, several meetings of working group 31 were held to prepare the next edition of the energy efficiency classification standard IEC 60034-30: In April 211 in Frankfurt, Germany, in September 2011 in Washington, USA and in June 2012 in Kyoto, Japan. The next meeting is scheduled for
May 2013 in Istanbul, Turkey.
Two committee drafts have been published in May 2011 (2/1632/CD) and December 2011
(2/1652/CD).
At the Kyoto meeting it was decided to split the standard in two parts: Part one will cover a.c. motors operated on constant voltage and frequency from the grid. Part two will cover a.c. motors running on variable voltage and variable frequency power supply.
A committee draft for vote for the first part was released in September 2012 (2/1679/CDV). It is envisaged to prepare the final draft for voting by early 2013 and issue the standard by end of 2013.
The second part of the standard is not yet drafted. A first proposal (NWIP = New Work Item Proposal) shall be prepared in spring 2013 at the Istanbul meeting following the developments of the testing standard IEC 60034-2-3.
The first edition of IEC 60034-30 is limited to three-phase cage-induction motors. The second edition will cover all types of motors that are used in industrial applications within the specified output power range. These can be either fixed speed motors, which are rated for on-line operation and variable speed motors, which are rated for frequency converter power supply.
It was decided to keep the energy efficiency limit curves equal and independent of the motor technology. That will enable different technologies to compete against each other. This philosophy is not fully compatible with the current legislation in the U.S. and China, where additional limit curves for single-phase motors and for form wound motors have already been established. However, it is believed, as more and more different motor technologies come into play, there is no alternative to having one common set of limits.
40

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
Several loopholes have been closed in the definition of the covered motors. For example the definitions of operating temperature range, of brake-motors and of operating cycles (continuous duty versus intermittent duty) have all been improved.
It has been decided to introduce limit curves for 8-pole as well since these motors are now covered in national regulations of many countries (irrespective of their low sales quantities).
High voltage motors will not be covered by the standard since these motors have a very special electromagnetic and thermal design and are usually developed and produced on a per-order basis and not in mass production.
Liquid cooled motors are often selected for their power density (higher power in the same frame size compared to air cooled motors). High efficiency capabilities are therefore limited. Liquid cooled motors will therefore be included but just as with open motors there will be a note indicating the technological difficulties in reaching the higher efficiency levels.
In accordance with the requirements of the EU-mandate and several national energy efficiency regulations for electric motors the output power range covered by the two standards IEC 60034-30-x will be expanded from 0,12 up to 1000 kW.
The IE-Code is regarded as a universal code for all kinds of components in a drive system like motors, frequency converters, gearboxes etc. This view of TC2 was established at the plenary meeting in Kyoto and has been harmonized with CENELEC SC 22G and their working group 15. Consequently, SC22G will use the IE-code for their new component standards for frequency converters as well.
The IE classes IE1 to IE4 for 50 Hz and for 60 Hz motors will be published in IEC 60034-30 Part 1 and for variable speed motors in Part 2. The European Union requested an energy efficiency class of IE5 in their mandate. As of the time of writing, no motor products beyond IE4 are known in the market place and consequently a useful definition of IE5 cannot be given. It is envisaged to reduce the losses of IE4 motors further by some 20% for the IE5 class.
41

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Dr Hugh Falkner
Department of Climate Change and Energy Efficiency
Australia
Hugh.falkner@atkinsglobal.com
We know that most of the energy savings are in the motor system, mostly through better control. But trying to regulate systems has proven to be difficult, which is why we regulate the components that make up the system, (motor, pump, fan etc).
The Extended Product approach has been developed by Europump to help overcome this problem, and is now being investigated as part of the European Commission Energy Using Product Lot 28 and
29 studies on pumps. This approach seeks to achieve further energy savings by regulating more than just the individual motor or pump.
In this presentation three distinct types of product assembly are described and characterised:
• A combined product is where a pumpset is marketed as a separate motor + pump, even if eventually sold as a combined product by a local distributor.
• An integrated product is an assembly of one or more products, the simplest case in this study being the pump (hydraulic stage) and the motor.
• An extended product is either of the above PLUS something about how it operates in a typical system.
In practice it is not always clear when a product is truly an extended product that can be regulated as a whole, or if it is missing certain essential characteristics. In order to clarify this situation, the following criteria are suggested as indicating that the Extended Product approach is valid:
• Commonly sold as a complete package
• Includes controls . This gives a means of altering the operation of the product
• Includes a sensor for feedback . Input to the control system such that the control system works properly.
• Similar duty profile to allow comparison between products on a fair basis. This is important because duty defines the life cycle cost of the product.
• It may also include any hydraulic passageways that are part of the packaged product.
This is not essential, but is a clear mark of genuine mini system.
Figure 1 illustrates the suggested classification of pump types by assembly arrangement.
42

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
Lot Application Stand alone product (pump only)
28
28
28
29
29
29
29
29
29
29
29
29
29
29
29
28
28
28
28
28
28
28
28
28
29
28
28
28
28
28
Centrifugal submersible pump
Radial sewage pump 1 to 1000kW
Mixed flow & axial pumps
Centrifugal submersible pump – once a day operation
Shredding, grinding pumps
Radial sewage pumps 1 to 10kW
Where volute is part of a tank
Centrifugal dry well pump
Radial sewage pump 1 to 1000kW
Mixed flow & axial pumps
Archimedean screw pump
Centrifugal submersible domestic drainage pump < 40 mm passage
Submersible dewatering pumps
Progressing cavity pump
Slurry Pumps
Peristaltic pump
Plunger and piston pumps
Diaphragm pump
Tank mixers
Turbo blowers
Rotary lobe pumps
Screw pump
Rotary vane pump
Gear pump
Swimming Pool pumps
Domestic with built in strainer up to 2.2 kW
Domestic/commercial with built in strainer over 2.2 kW
Fountain and pond pumps to 1 kW
Aquarium pumps (domestic/small aquarium - non-commercial) to 120 W
Aquarium power head (separate study for life cycle data only) to 120W
Spa pumps for domestic & commercial spa’s (where the water is retained and filt d)
End Suction water pumps ( over 150kW-P2) total
ES Close Coupled up to 1 MW
ES Close Coupled Inline up to 1 MW
ES Own Bearing up to 1 MW
8” Submersible bore-hole pumps
10” Submersible bore-hole pumps
12” Submersible bore-hole pumps
Submersible bore-hole pumps larger than 12”
Vertical multi-stage pump (25 to 40 bar and/or 100 to 180 m3/hr)
Vertical multi-stage pump (>40 bar and/or >180 m3/hr) x x x x x x x x x x x x
Figure 1 Classification of pump types by assembly arrangement x x x x x x x x x x x x x x x x
Cominded products
(pump and motor are seperable but usually sold together
Integrated product x x x x x x x x x
43

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Pierre Angers, P. Eng.
Researcher - End Use Technologies
Energy Technology Laboratory
Hydro-Québec's Research Institute
Shawinigan, Québec, Canada e-mail: angers.pierre@lte.ireq.ca
Many industrial processes require precise and accurate control over system parameters such as flow, pressure, temperature, process speed, etc. The use of a variable frequency drive (or converter) to match the motor driven equipment speed and torque to the requirements of the process load can result in large energy savings particularly in variable torque or centrifugal loads. It is estimated that 30% of industrial motor system energy is candidate for converter application to control the speed and torque of a motor.
It is however recognized that the energy efficiency of asynchronous three-phase induction systems
(combination of converter and motor) varies significantly when they operate at different speed and torque points. Some manufacturers of Switched Reluctance (SR) and Permanent Magnet (PM) systems claim that the energy efficiency is at least as good as the best squirrel cage three-phase induction motors (IM) operating at their best efficiency and may also have higher efficiencies under a wider span of load conditions. Apart of the energy efficiency aspect, each technology has its own advantages in regards of inertia, robustness, cost, etc.
The proposed test protocol used in this study for determination of efficiency of the converter, the motor supplied by converter or the combination of both converter and motor is based of the draft standard
CSA C838: "Energy Efficiency Test Methods for Three-Phase Variable Frequency Drive Systems" currently under development in Canada. Figure 1 presents an overview of the test set-up.
3-phase
Acquisition
°°C n, T d A
V
VFD
V
A
Wattmeter1
Converter under test
Machine under test
Figure 1: Test Set-up
44

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
The objective of the presentation is to give the most recent testing results of the project on energy efficiency over the entire speed and torque range of these emerging technologies that have recently become commercially available. It is believed that the results of this investigation bring a solid information base that can influence actions in promoting high efficiency and best choices in customer technologies.
45

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
M. van Werkhoven
TPA bv
G. Winkelmanlaan 31, Aerdenhout, The Netherlands mvanwerkhoven@tpabv.nl
R. Vermeeren; F. Hartkamp
NL Agency
The Netherlands
Electric motor driven systems (EMDS) use up to 69% of electricity in Dutch industry. Research and projects show that system optimization and best available drive technology can deliver reductions of
20 - 30% in pumps, fans and compressors in heating, cooling and ventilation systems, and industrial handling, processing and production systems. Thus, lowering the national electricity bill by 5 to 8%.
Obstacles in the marketplace and a low awareness of best practice and technology hamper market penetration. Government and the Dutch motor systems industry have started initiatives to accelerate market penetration along 3 lines of activity: voluntary agreements programs, technology network and
EMSA. This presentation focusses on the role Energy Management Systems (EnMS), and in particular
ISO 50001, can fulfil in these initiatives for acceleration of market penetration.
In the Netherlands a total of circa 1,000 energy intensive companies from 40 different sectors participate in voluntary (long term) agreements (VA’s) with the government. Objective: reducing the quantity of required energy per unit of product or service by improving energy efficiency by 2 per cent annually.
The participating companies have to implement a threefold set of activities: (1) making an Energy Efficiency Plan every four years, (2) yearly monitoring of production level and energy use and (3) having an up and running energy management system.
For the last 10 years a non-formal Dutch EnMS standard has been used (Checklist Energiezorg). Enterprises had to declare on a yearly basis, based on the checklist, there implementation status. After three years they needed to have a 100% score, an EnMS implemented. Cross reference documents were available to ISO 14001, 9001 and 22000.
A result of this 70% of industrial energy use is managed structurally either by applying the Dutch energy management specifications or having EnMS integrated in ISO 14001 as a significant environmental aspect.
When EN 16001 and ISO 50001 developments started NL Agency decided to take a pro-active approach in order to create a perfect match between our Dutch standard and ISO 50001. By participation in CEN PC Energy Management and TC 242.
NL Agency performs a yearly sample audit with 30 to 50 VA-participating enterprises on the quality and implementation of their EnMS. An analysis is made detailed to the different aspects of the EnMS.
46

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
This year extra attention has been given in the audit on ISO50001 and on some main aspects of electric motor driven systems in the applied EnMS.
Some conclusions regarding the implemented EnMS systems in general: the parts Checking (where energy auditing is a big part) and Energy review are the weakest points in compliance. It turned out that in this specific cases real management commitment seems lacking.
Figure 1 Targets for EMDS in EnMS ISO50001
Four aspects (A tm D in figure 1) were part of the audit 2012. These are
• Consumption analysis & identification of drives, Analysis of measures.
Only 40% of the enterprises know (to some extent) details of their motor energy use. This means that the 60-70% electricity use by EMS is not recognized as ‘significant energy users’.
Not one of the enterprises has a specific plan for EMS, nor have they the intention to do so the coming period. Some will implement more submeters to gain more insight in the energy use of conveyors.
• Maintenance and overhaul
This is covered in terms of general maintenance schemes, mainly of drive systems in general. Only
17% has specific procedures for preventive and corrective maintenance of motors and drives. Most of the enterprises act reactive on corrective maintenance needs. Technical and operational employees work out ad hoc solutions.
• Procurement
More than half of the enterprises (56%) states that procurement works with minimum standards for motors. But some of them refer to IE2 as efficient. Not every participant is familiar with the new EU regulation. None of them applies LCC principles.
The awareness within the enterprises of the share of EMS in their electricity use is low. This does not match with the ISO 50001 standard. This goes also for the position of EMS in the EnMS activities.
The companies with the highest compliance show the best score on these 3 aspects of EMS in EnMS.
The outcomes of this audit 2012 underline the need for action from government, suppliers and installers towards the industry in accelerating the implementation of efficient EMS. In the Netherlands these parties are working together on this target by participating in the Knowledge network KEEA, in the
Green Deal Efficient EMS, and in EMSA.
The ISO 50001 standard in itself seems to have adequate targets for applying efficient EMS. More focus is needed on the connection of EMS to the ISO standard, and on developing awareness on the possibilities of efficient EMS.
47

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
John Petro
Founder and CTO
NovaTorque, Inc.
3501 Gateway Blvd.
Fremont, CA 94538 USA j.petro@novatorque.com
While motor system efficiency has improved significantly in recent years, there are a number of additional gains that can be expected in the future. This presentation will cover some of these possible improvements with respect to both motors and drives. Motor system efficiency could easily be increased with technologies and components that exist today, but at costs that the marketplace is reluctant to accept. Therefore, the emphasis in this presentation is on identifying the time frame when potential improvements will be available in a cost-effective manner. Of course, “cost-effective” depends not only on the cost of energy, but also on the way costs are accounted for within an organization.
The largest untapped potential for efficiency gains in motor-driven applications actually lie outside the motor and drive and include: applying variable speed systems to all processes that could benefit from variable speed; making improvements in mechanical systems such as pumps and fans that are driven by electric motors; and altering manufacturing processes so that they do not require so much energy input. However, cost-effective improvements in motor system efficiency also show significant promise.
There are two main areas where cost-effective efficiency gains can be accomplished in motors: the materials that make up the motor and improvements in motor design. Important work is currently being conducted on improving all the materials that go into a motor, including (1) soft magnetic materials, such as those used in laminations, (2) magnet materials, (3) conductors, (4) bearings and their lubrications, and (5) casing materials. With respect to design, there are copper rotor induction motors, improved switch reluctance motors and a variety of new permanent magnet (PM) motor topologies.
Soft magnetic motor components undergoing improvements are (1) lower loss lamination steels, (2) high performance amorphous metals, (3) exotic alloys such as Cobal alloys, (4) soft magnetic composites such as oriented SMC material and (5) nano particle compositions.
There is an abundance of work currently being conducted on advanced magnets. Opportunities include Samarium Iron Nitride (SmFeN), Cesium-based magnets, numerous nanoparticle PM formulations and many others.
48

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Conductors have potential for improving efficiency though the use of rectangular conductors, flat wire, and foil conductors. Each of these is likely to see more usage in the near future. Progress is also being made in better insulation coatings for conductors. More distant possibilities include carbon nanotube conducting wire and high temperature superconductors.
The mechanical losses from the motor bearings are being addressed with better bearing designs, advanced materials such as ceramic balls, and lower friction lubrications. In the more distant future, magnetic bearings and fluid bearings may be deployed more commonly in the motor market.
Casing and potting materials with better thermal conductivity are being utilized so that heat can escape more easily from the motor, resulting in a more reliable and more efficient motor.
With respect to higher performance motor designs, there are also numerous possibilities. Many new
PM geometries are being developed such as transverse flux motors, radial hub motors, and permanent magnet axial motors. Motor designs based on ferrite magnets are being introduced to provide high performance combined with attractive costs. In addition, switched reluctance motors are being improved, as well as coaxing more performance out of induction motors with copper rotors.
Looking at the electronic drive or inverter for the motor, a similarly long list of improvements can be forecast. The improvements can be divided into the following three categories: improved components, new designs, and improvements in software and application techniques.
Better components include (1) active power semiconductors such as IGBT’s, MosFets, GaN and SiC components, (2) power supply conversion components used in internal power supplies, (3) lower power processors and (4) lower loss passive components like inductors and capacitors.
New bridgeless designs, such as those from International Rectifier or from Optimum Power
Conversion (Cuk design), as well as others, represent an opportunity for efficiency gains. These designs eliminate at least one stage of rectification loss, helping to boost overall drive efficiency.
Reduction of motor drive standby power is also being implemented.
Software and control techniques can also be applied to help improve system efficiency. These include such approaches as (1) varying DC link bus voltage with motor speed and load, (2) voltage boosting to operate at higher voltages and lower currents and (3) power factor correction to prevent excessive loss in the power lines feeding the inverter.
With all these possibilities for improvements in both motor and drives, the future is bright for significant continued increases in overall motor-driven system efficiency.
49

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
Anibal T. De Almeida
Dep. of Electrical Engineering,
University of Coimbra (ISR-UC), Polo II,
3030-290 Coimbra, Portugal adealmeida@isr.uc.pt
Abstract – The scope of LOT 30 - New EU Ecodesign Study is presented in terms of the addressed motors and with the focus on system approach.
Figure 1 - General Structure of a motor system, Source - DoE
IE3 Premium efficiency motors are now mandatory in North America, and will be mandatory in the
EU by 2015, but new higher efficiency classes are being introduced. Relatively new technologies beyond the induction motor are able of further the efficiency of motors, particularly in the low power range. Motors of IE4 Super-Premium Efficiency Class are already available in the market since
2010, and a new IE5 Ultra-Premium Efficiency Class is being considered. Within the IE4 Super-
Premium Class, Line-Start Permanent Magnet Motors (LSPM) are a recent entrance in the industrial motor market. Its steady-state performance is outstanding, but, as in all technologies, there are some associated issues, both for retrofitting or new applications. A comparative technical and economical analysis on commercial IE2-, IE3- and IE4-class motors is presented, including a in-field example of replacement of a squirrel-cage induction motor by a LSPM.
50

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
Newly introduced synchronous reluctance motors which are breakthrough in terms of efficiency, robustness and simplicity, are presented, including potential applications for variable speed applications.
Figure 2 – IE3 Premium and IE4 Super-Premium Technologies in the market (Source- Univ.
Coimbra)
The use of amorphous metals to slash magnetic losses, as a possibility to achieve IE4 performance is also presented
51

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Carlos Eduardo Guarenti Martins
WEG Equipamentos Elétricos S.A.
Rua Venâncio da Silva Porto, 399
89252-230 – Jaraguá do Sul
Santa Catarina – Brazil carlosm@weg.net
Sebastião Lauro Nau
WEG Equipamentos Elétricos S.A.
Rua Venâncio da Silva Porto, 399
89252-230 – Jaraguá do Sul
Santa Catarina – Brazil slnau@weg.net
This paper presents a comparison between the various types of permanent magnet (PM) motors, discussing their characteristics, advantages and disadvantages, energy efficiency, speed range, ease of manufacturing and applications.
According to recent studies [1], electric motors and the systems they drive are the single largest electrical end-use. It is estimated that electric motor-driven systems account for between 43% and
46% of all global electricity consumption. In the European Union they are estimated to account for about 70% of all industrial electricity consumption. Induction motors have been the most used drives in industry, due to its robustness, reliability and simple operation (direct connection to the mains, without electronic control). However, in many applications variable-speed drives offer significant energy saving potential [2]. In this scenario, permanent magnet motors are competing technologies for the induction motors, due to their higher efficiency.
PM motors offer the highest efficiency of all motors, due to the absence of joule losses in the rotor, and high power factor due to the excitation flux of the permanent magnets (resulting in smaller currents). PM motors can use rare-earth or ferrite magnets. They can be synchronous or electronically commutated. Rare earth magnets are often used in high performance motors (high-efficiency industrial motors, servomotors), also making them smaller and lighter than induction motor counterparts. Ferrite magnets are often used in low power motors (commercial and residential heating, ventilation and air conditioning, washing machines, pumps), because ferrite is much less expensive than rare-earth magnets. There is a variety of rotor configurations for PM motors, and which one is the best is a matter of the application requirements.
Surface-magnet, interior-rotor motors
Fig.1 and Fig.2 show examples of such motors. The permanent magnets are placed on the surface of the rotor.
This facilitates manufacturing of the rotor, since the magnets can be put in place before magnetization, being magnetized all together at once in a special magnetizing fixture. These motors have very limited constant power speed range, being suitable for fluid-flow applications.
These motors have no magnetic saliency, so there is no reluctance torque. High speed operation is limited by the strength of the magnets against centrifugal forces, if no special retention devices are used, for example, an external non-magnetic sleeve.
Fig.1. Surface PM motor - distributed windings
Fig.2. Surface PM motor – single-tooth windings
Surface-magnet, exterior-rotor motors
52

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
Fig.3 and Fig.4 show two examples of exterior-rotor
PM motors. They have higher torque per volume ratio than interior-rotor motors. The magnets are placed on the internal surface of the rotor, and they are retained against centrifugal forces by the rotor yoke. The motor in Fig.3 can be used in customized fan applications, where the blades can be fixed directly on the external surface of the rotor. The motor in Fig.4 is well suited for high-torque lowspeed applications, like direct-drive washing
Fig.3. Exteriorrotor PM motor with
8 poles machines, elevators, cooling towers, etc, thus eliminating gear-boxes.
Interior-magnet motors
Fig.4. Exteriorrotor PM motor with
16 poles
The permanent magnets are placed inside the rotor lamination. Several rotor topologies are possible, some of them are shown in the figures below. Constant-power speed range is higher than for surface
PM motors. These motors are suitable for traction applications. These motors have magnetic saliency in the rotor, so they have a reluctance torque component that adds to the torque due to the magnets.
Fig.5. IPM motor – radial magnets
Fig.6. Multi-layer
IPM motor
Fig.7. IPM motor – tangential magnets
Fig.8. IPM motor –
V-shape magnets
Line-start PM motors
Line-start PM motors are hybrid induction/permanent-magnet motors which combine an asynchronous
start with a synchronous steady state operation (Fig.9). The stator windings are conventional
distributed windings, while the rotor is a special combination of squirrel cage and interior permanent magnets buried beneath the squirrel cage. They can start and accelerate directly from the mains without the need of electronic control, like a conventional induction motor, and then be pulled into synchronism by the permanent magnets.
At steady state, the motor operates synchronously, without rotor currents. They have lower torque to volume ratio than the interiormagnet PM motors discussed earlier. In general, line-start PM motors are limited to low-inertia applications. If the load inertia is higher than the maximum allowable inertia, the motor will fail to synchronize.
References
Fig.9. Line-start PM motor
1. P. Waide, C. U. Brunner, “Energy-Efficiency Policy Opportunities for Electric Motor-Driven Systems”,
International Energy Agency (IEA), 2011.
2. A. T. de Almeida, F. J. T. E. Ferreira, D. Both, “Technical and Economical Considerations in the
Application of Variable-Speed Drives With Electric Motor Systems”, IEEE Transactions on Industry
Applications, Vol. 41, No. 1, Jan/Feb 2005.
53

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Ari Tammi
ABB IEC low voltage motors
ABB Oy, Strömbergin Puistotie 5A, 65320 Vaasa, Finland ari.tammi@fi.abb.com
ABB launches new IE4 SynRM packages at Germany’s SPS/IPC/DRIVES trade show Nov. 2012.
Synchronous reluctance motors feature an innovative rotor combined with a conventional stator. The rotor has no windings - unlike traditional synchronous designs - meaning that rotor power losses are virtually eliminated. This not only boosts efficiency but also ensures that the rotor runs cool, keeping the bearing temperature low and significantly increasing bearing reliability.
With its advanced rotor technology, a magnet-free SynRM motor delivers the performance of a permanent magnet motor but is as easy to service and cost-efficient as an induction motor. ABB’s IE4
SynRM motors follow the same size/output combinations as IE2 induction motors, making it easy to replace an existing motor with a higher efficiency SynRM product. SynRM motors are packaged with a matched ACS850 industrial drive loaded with dedicated software.
When ABB first announced SynRM technology in 2011 it immediately won the prestigious Automation
Award at Germany’s SPS/IPC/DRIVES trade show. At the same time ABB launched compact High
Output SynRM motor-drive packages, and these are now being complemented by the introduction of the IE4 range. A full range of pre-selected packages is available – optimized for pump and fan applications – in the power range 11 - 315 kW. All offer smooth, efficient process control, and optimal energy use.
54

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
Standards for motor efficiency and IE classes have so far focused exclusively on motors with sinusoidal supply. When evaluating energy consumption of variable speed motor-drive package motor-only efficiency becomes insignificant. ABB is the first manufacturer in the field to provide verified efficiency curves for the entire motor-drive package and covering the whole speed range. Users can therefore accurately calculate the energy consumption of their equipment – something that has been impossible before because efficiency data has been available for motors only.
55

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Presenter: Sanaée Iyama
Lawrence Berkeley National Laboratory
1 Cyclotron Rd, Berkeley, CA, 94720, USA ssiyama@lbl.gov
The goal of the SEAD Global Efficiency Medal competition is to promote global market transformation by:
• Increasing the market share of highly efficient products – recognizing “super-efficiency” and making it visible to consumers;
• Spurring innovation among manufacturers – awarding the SEAD Global Efficiency Model to products with the most efficient emerging technology;
• Supporting test harmonization activities – using internationally-recognizable test methods when possible;
• Building test laboratory capacity – ensuring that participating award regions have the capability to perform product testing according to the latest international test standard;
• Providing internationally-comparable and transparent test results; and
• Complementing standards and labeling policies
With these goals in mind, the SEAD Initiative is initiating an international award competition to recognize the most energy efficient electric motors, the single best product within a set of categories and regions. The competition will recognize both established and emerging technology products, comparing regional winners to select the world’s most efficient product for a global award. The SEAD motors awards is targeting motors that can serve as drop-in replacements for existing motors.
Winners will be selected from manufacturer nominations, which will be subject to verification testing to confirm energy efficiency claims.
SEAD is currently in the process of resolving critical technical issues in order to finalize the competition requirements and framework. SEAD would like to solicit input from the technical experts attending the Motor Summit to help inform our decision-making process towards finalizing the competition rules.
Technical requirements under consideration are as follows:
56

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
1.
Market segment – The SEAD motor awards competition is targeting direct replacement customers rather than OEMs, as direct replacement customers are more likely to be interested in energy efficiency whereas OEM customers are primarily concerned with performance and weight factors.
2.
Size categories – SEAD is in the process of determining the appropriate size categories for the commercially-available motors category of this competition. The categories in consideration are small horsepower motors with high per-unit efficiency improvement potential and larger horsepower motors with the greater cumulative energy savings potential. The size considerations are also affected by the footprint in the market segments stated above.
3.
Test lab scheme – SEAD is considering two possible alternatives--- engaging regional test laboratories as with the television awards competition or using a single reference test laboratory to perform verification testing of all nominated products for this competition.
4.
Shipment thresholds – SEAD is in the process of determining the appropriate shipment thresholds for each award region, to ensure that award-winning motors have the potential to make up enough of the market share towards realizing significant energy savings.
5.
North America regional competition requirements a.
Motor frame specifications – Currently, SEAD is considering whether to utilize NEMA and/or IEC frame specifications for the North American regional competition. The bulk of the North American market is occupied by NEMA motors, hence IEC motors may not be appropriate drop-in replacements. On the other hand, since the other regions will use IEC frame specifications, the North American IEC entries will be used to determine the global award winners. b.
Test method – SEAD will need to determine whether to utilize the NEMA or IEC test method for the North American regional competition. Again, this choice may be driven by the predominant testing method in the market. However, since the other regions will test using the IEC method, this will be used to determine the global award winners.
Contact: Kavita Ravi
US Department of Energy
1000 Independence Ave. SW, Washington, DC 20585 USA
Kavita.Ravi@hq.doe.gov
57

58

59

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
Conrad. U. Brunner
Schweizerische Agentur für Energieeffizienz
Gessnerallee 38a, CH 8001 Zürich cub@cub.ch
Abbildung 1 Energieeffiziente elektrische Motoren haben einen Namen: IE3 Premium Effizienz
(Quelle: IEC 60034-30)
Die IE3-Premiumeffizienz-
Motoren sind endlich auch in
Europa angekommen und in der Schweiz erhältlich. Sie sind aufgrund der IEC Norm 60034-
30 eindeutig definiert. Sie sollen gelegentlich gemäss IECEE auch mit einem speziellen Label gekennzeichnet werden (Abbildung 1). Die Testmethode ist nun mit der Revision der IEC 60034-2-1 geklärt und als "bevorzugte Methode" so definiert:
Einzelverlustverfahren mit Belastungsprüfung, Streuverluste P
LL
aus den Restverlusten
.
100
95
90
85
80
75
70
65
60
55
50
0.1
IE4 - Super Premium Effizienz 50 Hz
IE3 - Premium Effizienz 50 Hz
IE2 - Hohe Effizienz 50 Hz
IE1 - Standard Effizienz 50 Hz
1 10 100
Mechanische Motorleistung [kW] log Massstab
1000
Abbildung 2 Wirkungsgradklassen von 4-poligen Elektromotoren an 50 Hz
(Quelle: Entwurf IEC 60034-30-1, 2012)
Neu können ab 2013 in der revidierten IEC 60034-30-1 auch Motoren von 0.12 kW bis 1000 kW, mit 2-, 4-
, 6- und 8-Polen bis hinauf zur Effizienzklasse Super Premium Effizienz IE4 definiert werden (Abbildung
2).
Die Effizienzklassen umfassen neu auch weitere Motorentypen wie
Reluktanz- und Permanentmagnet-
Motoren, soweit sie auch direkt vom
Netz betrieben werden können. Die meisten grossen Motorenhersteller liefern heute IE3 Motoren in wichtigen Grössen ab Lager. Einige Hersteller liefern sogar elektronisch kommutierte IE4 Motoren für Pumpen- und Ventilator-Anwendungen.
Inzwischen hat der Motorenmarkt dank zwingenden Mindestanforderungen für die Effizienz auch grosse Entwicklungsschritte gemacht. Seit 2011 sind nur noch IE2, ab 2015 nur noch IE3 Motoren in der Schweiz zugelassen. In Europa sind ab 2015 auch Kombinationen von IE2-Motoren mit Frequenzumrichter erlaubt.
Ein Elektromotor wird nie als "stand-alone" eingesetzt: Anwender interessieren sich für Maschinentypen. Im Vordergrund stehen Pumpen (für Wasser und Hydraulikanlagen), Ventilatoren (für die Raumluftförderung und Gebläse), Kompressoren (für Kältemaschinen und Druckluft) sowie Antriebe von
Förderanlagen (Bändern, Aufzüge, Krane), und weitere Prozessmaschinen (Walzen, Siebe, Rüttler, etc.).
Dazu hat Topmotors neue Merkblätter für Industrie- und Gebäudetechniker herausgegeben, die die neuesten Anforderungen und Normen aus Europa und der Schweiz zeigen sowie eine praktische Anwendungshilfe für die beiden häufigsten Anwendungen bei Pumpen und in der Luftförderung geben
(Abbildung 3).
60

Motor Summit 2012, Zürich, Schweiz
Abbildung 3 Merkblätter "Pumpen" und "Luftförderung" (Quelle: www.topmotors.ch
)
Energieeffizienz erfordert, das ganze Antriebsystem zu optimieren. Die grossen energetischen Verbesserungen sind erst bei einem optimalen Zusammenspiel aller mechanischen und elektrischen
Komponenten möglich. Ein Hilfsmittel zur integralen Berechnung zeigt Abbildung 4.
• Es beginnt beim
Leistungsbedarf
(wie viel
Luft oder Wärme, Kälte, Wasser brauche ich wirklich, bei welchem Druck funktioniert meine Maschine, wie lange am Tag), es geht weiter zum Verteilnetz (welche Rohr- und Kanaldurchmesser, welche Fliessgeschwindigkeit), zum richtig ausgelegten effizienten Ventilator/Pumpe/Kompressor, die
Transmission und das Getriebe.
• Erst jetzt geht es um die
Leistungslieferung
(effiziente und richtig dimensionierte Motoren und zum Frequenzumrichter).
Abbildung 4 Motor Systems Tool ( Quelle: www.motorsystems.org
)
Die Technische Spezifikation für Wirkungsgradtests bei Frequenzumrichter-getriebenen Motoren IEC
60034-2-3 steht vor der Fertigstellung. Damit wird ein erster Schritt zur integrierten Effizienz eines
Systems möglich.
Energiemanagement-Systeme
In Zukunft braucht es ein Energiemanagement-System auf der Basis von ISO 50001, das in den Betrieben sicherstellt, dass genügend ausgebildetes Personal vor Ort zur Verfügung steht, damit jährliche Verbrauchsanalysen vorliegen, regelmässige Effizienzziele gesetzt werden und anhaltende Effizienzinvestitionen stattfinden können. Nur mit gut ausgebildetem technischem Personal in den Fabriken können die Elektrizitätseinsparungen realisiert werden, von denen schon lange gesprochen wird.
www.topmotors.ch
Conrad U. Brunner, Jürg Nipkow, Rolf Tieben, Rita Werle: Energieeffiziente elektrische Antriebe, in:
Bulletin Electrosuisse/VSE Nr. 8/2012, Fehraltdorf 2012
61

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
Daniel Büchel
Bundesamt für Energie BFE
Mühlestrasse 4, 3063 Ittigen
Postadresse: 3003 Bern daniel.buechel@bfe.admin.ch
www.bfe.admin.ch
Ausganglage
Im vergangenen Jahr haben Bundesrat und Parlament beschlossen, die Energiepolitik der
Schweiz neu auszurichten; dies mit dem Ziel, die Energieversorgung langfristig ohne neue
Kernkraftwerke sicherzustellen. Im Rahmen der neuen Energiestrategie 2050 setzt der Bundesrat auf Energieeffizienz sowie auf den Ausbau der Wasserkraft und der neuen erneuerbaren Energien sowie – falls nötig – auf fossile Stromproduktion (Wärmekraftkopplungsanlagen, Gaskombikraftwerke) und Importe. Gleichzeitig gilt es, die Stromnetze aus- und umzubauen sowie die Energieforschung zu stärken. Zudem sollen Bund, Kantone, Städte und
Gemeinden eine Vorbildfunktion übernehmen, die internationale Zusammenarbeit im Energiebereich intensiviert und die Möglichkeiten einer ökologischen Steuerreform überprüft werden. Informationen und Berichte zur Energiestrategie 2050 finden Sie unter www.energiestrategie2050.ch
.
Stromverbrauch Elektrogeräte
Der Stromverbrauch der Elektrogeräte beträgt rund 44TWh (Stand 2011) und umfasst somit rund 75 % des gesamten Stromverbrauchs in der Schweiz. Massnahmen im Gerätebereich
(insbesondere elektrische Antriebe) sind deshalb zentral für die Zielerreichung gemäss
Energiestrategie.
Abbildung 1 Stromverbrauchsverteilung 2011, Jahreskonferenz EnergieSchweiz 2012, Martin
Sager
Haushaltsgeräte, elektronische Geräte, Lampen
Der Stromverbrauch von Haushaltsgeräten, elektronischen Geräten sowie der elektrischen
Beleuchtung lässt sich mit verschiedenen Massnahmen reduzieren. Beispiele solcher Massnahmen sind die Energieetikette, welche den Konsumentinnen und Konsumenten den Kaufentscheid erleichtert, die Aus- und Weiterbildung (z.B. Ausbildung des Verkaufspersonals von elektrischen Geräten) oder Kommunikationsanlässe wie z.B. der Energyday. Als direkte
Folge dieser Massnahmen erweitert sich das Angebot an effizienten Geräten Jahr für Jahr.
Dass der Stromverbrauch dennoch nicht oder nur beschränkt reduziert werden kann, ist auf gegenläufige Entwicklungen, so beispielsweise die immer grössere Anzahl Geräte sowie das
62

Motor Summit 2012, Zürich, Schweiz
Bevölkerungswachstum zurückzuführen. Weiterhin ist es aber das Ziel, die Mengenausweitung mittels Effizienzmassnahmen mindestens zu kompensieren.
Industrielle Systeme (elektrische Antriebe)
Der Anteil des Sektors Industrie und Dienstleistungen am Gesamtenergieverbrauch beträgt ca. 35% . Der Anteil am Elektrizitätsverbrauch liegt mit 60% deutlich höher. Die Effizienzpotenziale in den Unternehmen werden heute zu einem wesentlichen Teil mittels Zielvereinbarungen realisiert. Rund 2‘200 Unternehmen (45% des Energieverbrauchs) sind in systematische Optimierungsprozesse eingebunden. In der Schweiz gibt es aber rund 300‘000 Unternehmen. Dies bedeutet, dass grosse Potenziale noch brach liegen. Eine Studie
(HSLU/Fraunhofer) schätzt das Einsparpotenzial auf 30%. Aus Sicht der Unternehmen sind nur ca. 15% effektiv realistisch. Entscheidend für die Umsetzung sind der Energiepreis, die finanzielle Relevanz des Energieverbrauchs, die internen Payback-Vorgaben, aber auch das
Wissen über die Effizienzpotenziale. Das BFE bzw. EnergieSchweiz bauen auf den bestehenden Massnahmen auf und entwickelt diese kontinuierlich weiter.
Abbildung 2 Massnahmenportfolio I+DL (Auswahl), Jahreskonferenz EnergieSchweiz 2012,
Martin Sager
Nachdem sich die Zielvereinbarungen im hoheitlichen Teil in der Vergangenheit vor allem auf die CO2-Reduktion konzentrierten, soll im Sinne der Gesamtenergieeffizienz verstärkt auch die Stromeffizienz angegangen werden (inkl. Rückerstattung Netzzuschlag als finanzieller
Anreiz). In der freiwilligen Welt ist es das Ziel, auch kleinere Unternehmen in kontinuierliche
Optimierungsprozesse einzubinden (freiwillige Zielvereinbarungen und/oder Energiemanagement). Parallel dazu sollen die bestehenden Angebote ergänzt und teilweise verstärkt werden. Beispiele dazu sind die Weiterentwicklung der Pinch-Methode (inkl. Förderung) sowie die Erarbeitung von Branchenlösungen oder die Umsetzung von Kommunikationskampagnen.
Effizienzvorschriften
Ziel bei den Effizienzvorschriften gemäss Energieverordnung Anhang 2 ist es, die Entwicklungen in der EU kontinuierlich in CH-Recht zu übernehmen und bei Bedarf auch weiter gehende Anforderungen zu festzulegen. Dieses Vorangehen erfolgt in enger Zusammenarbeit mit den betroffenen Stakeholdern. Insbesondere im Bereich der elektrischen Motoren wird im
Hinblick auf die bevorstehende EnV-Revision eine entsprechende Verschärfung geprüft.
63

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
Dr. Sonja Studer
Ressortleiterin Energie
Swissmem
Pfingstweidstrasse 102, 8037 Zürich s.studer@swissmem.ch
Die steigende Energienachfrage, zunehmende Kosten für den Klimaschutz und die Einführung oder
Erhöhung energiegebundener Steuern und Abgaben lassen in Zukunft steigende Energiepreise erwarten. Damit wird ein sparsamer Umgang mit Energie für die Industrie immer wichtiger – sei es aus Kostenüberlegungen, Umweltschutzgründen oder aufgrund der veränderten Kundenanforderungen.
Swissmem, der Branchenverband der Maschinen-, Elektro- und Metallindustrie, misst dem Thema
Energieeffizienz daher eine grosse Bedeutung bei.
In den meisten Industriebetrieben ist Strom der wichtigste Energieträger; im Durchschnitt deckt er rund 55% des Energiebedarfs in der Maschinen-, Elektro- und Metallindustrie (Quelle: Swissmem
Energiestatistik 2011). Gemäss einer von Swissmem im Sommer 2012 lancierten Mitgliederumfrage erwartet rund die Hälfte der Unternehmen, dass ihr Stromverbrauch trotz Effizienzmassnahmen bis
2020 leicht oder deutlich ansteigen wird.
In derselben Umfrage befragte Swissmem ihre Mitglieder nach den Auswirkungen stark erhöhter
Strompreise auf ihre Unternehmen. Das Urteil fiel überwiegend negativ aus: Hohe Strompreise führen zu erhöhten Produktionskosten, geschmälerten Margen, Wettbewerbsnachteilen gegenüber ausländischen Konkurrenten, schwindenden Märkten für gewisse Produkte, und in Einzelfälle gar einer Auslagerung der Produktion. Positive Effekte wie eine erhöhte Nachfrage nach stromsparenden Produkten,
Energieberatung und erneuerbaren Energietechnologien oder ein verbessertes Investitionsklima für
Energieeffizienzmassnahmen machte nur eine Minderheit der befragten Unternehmen geltend.
Bei diesen Überlegungen geht allerdings oft vergessen, dass letztlich nicht die Strompreise sondern die Stromkosten ausschlaggebend sind für die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen – und dass die Unternehmen durchaus über Möglichkeiten verfügen, diese Kosten positiv zu beeinflussen: Zum einen, wenn auch in beschränktem Umfang, über den geforderten Strompreis, etwa durch eine strategisch geplante Strombeschaffung am Markt oder die Optimierung des Lastprofils. Den längeren Hebel bietet allerdings die Steuerung des Strombedarfs, denn nach wie vor bestehen in Industrie, Dienstleistungsunternehmen und Haushalten bedeutende Potenziale zur Verbesserung der Stromeffizienz. So hat etwa eine 2012 von der Energieagentur der Wirtschaft publizierte Studie aufgezeigt, dass Schweizer Unternehmen mit wirtschaftlichen Massnahmen bis 2020 rund 20% Strom einsparen können
(Quelle: «Stromeffizienz der Schweizer Wirtschaft – Auswertung und Szenarien aus der Erfahrung der
EnAW», TEP Energy GmbH im Auftrag der EnAW, 2012).
Aber warum werden all diese Potenziale nicht bereits genutzt, wenn sie doch wirtschaftlich sind? Dies liegt vor allem daran, dass viele der Barrieren, die Unternehmen an der Umsetzung von Massnahmen hindern, nicht finanzieller Natur sind. Wer seine Potenziale ausschöpfen will, muss sich erst dieser
Hindernisse bewusst werden, um sie sodann gezielt zu überwinden. Im Bereich der Energieeffizienz sind die Hürden mannigfaltig. Zu ihnen zählen etwa Zeitmangel und administrative Überlastung (v.a. in
KMU), eine mangelnde Übersicht über die Einspar- und Unterstützungsmöglichkeiten, ein starker
Konkurrenzdruck durch anderweitige Investitionen, verteilte Entscheidungsbefugnisse (Investor-
Nutzer-Problem), lange Erneuerungszyklen bei Investitionsgütern und überhöhte Renditeerwartungen
– gerade in wirtschaftlich schwierigen Zeiten. Eine der grössten Hürden dürfte jedoch der hohe Transaktionsaufwand zur Identifikation und Umsetzung von Massnahmen darstellen.
64

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
Um die sinnvollsten Massnahmen in einem Produktionsbetrieb aufzufinden, muss die Anlage systematisch auf die verbrauchsrelevanten Schlüsselfunktionen hin durchleuchtet werden. Produktionsmaschinen sind vielfach kundenspezifische Speziallösungen, deren verbrauchsrelevante Schlüsselfunktionen in der Regel wesentlich schwieriger aufzufinden sind als bei einfachen Elektrogeräten wie einem
Kühlschrank oder einer Waschmaschine. Einzelne Empfehlungen und Standardmassnahmen erschliessen bei Produktionsbetrieben oft nur einen kleinen Teil des Potenzials. Erst eine Systembetrachtung öffnet den Blick für die vorhandenen Möglichkeiten. Vielerorts führt letztlich nicht eine grosse Einzelmassnahme, sondern eine Summe kleinerer Massnahmen zum Ziel. Sind die Einsparmöglichkeiten einmal erkannt, lassen sie sich oft mit verhältnismässig geringem Aufwand realisieren.
Ein Energiemanagementsystem bietet eine ideale Grundlage, um die verschiedenen Verbraucher und ihr Verhalten zu erkennen und einen kontinuierlichen Verbesserungsprozess in Gang zu bringen. Seit
2011 bietet die Norm ISO 50‘001 hierfür eine standardisierte Grundlage. Doch auch Unternehmen, die nicht über ein formales Energiemanagementsystem verfügen, können sich mit Unterstützung von
Checklisten oder Energieberatern ein systematisches Bild ihrer Anlagen und Verbesserungspotenziale verschaffen.
Um Unternehmen bei dieser Systembetrachtung zu unterstützen, hat Swissmem in Zusammenarbeit mit zahlreichen Mitgliedunternehmen Planungshilfen für energieeffiziente Produktionsmaschinen entwickelt. Diese greifen typische und häufig anzutreffende Fragestellungen auf und beschreiben ein mögliches Vorgehen zur Optimierung. Die drei bisher erarbeiteten Planungshilfen beinhalten die Themen «Vermeidung von Betrieb ohne Nutzen», «Energiemonitoring» und «Abwärmenutzung bei Produktionsmaschinen».
Nach der Identifikation und Umsetzung von Energieeffizienzmassnahmen darf die Erfolgskontrolle nicht fehlen. Nur wer den Effekt seiner Massnahmen regelmässig und langfristig überprüft, hat Gewähr, dass seine betrieblichen Optimierungen die gewünschte Wirkung entfalten und die geplanten investiven Massnahmen bei anstehenden Erneuerungszyklen tatsächlich umgesetzt werden. Bei Erneuerungen und Neubauten lohnt es sich, von Anfang an den Einbau von Energiezählern einzuplanen. So lässt sich der Energieverbrauch der relevanten Prozesse zukünftig viel einfacher unter Kontrolle halten.
Auch eine formale Zielvereinbarung kann helfen, die Übersicht zu wahren und die notwendige Disziplin zur Umsetzung der Effizienzmassnahmen aufzubringen. Wenn Unternehmen sich beispielsweise im Rahmen der Energieagentur der Wirtschaft (EnAW) zu Energieeinsparungen verpflichten, können sie sich erst noch von Energieabgaben befreien lassen – was wiederum ein willkommenes Argument für die Geschäftsleitung darstellen dürfte!
65

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
Fabrice Bugnon
Bundesamt für Energie
3003 Bern fabrice.bugnon@bfe.admin.ch
Wussten Sie, dass elektrische Antriebe in der Schweiz fast 50% des Elektrizitätsverbrauchs ausmachen? Wussten Sie, dass diese im Industriebereich häufig bis zu 70% des elektrischen Verbrauchs ausmachen? Wussten Sie, dass der Verbrauch mit effizienteren Motoren und optimiertem Betrieb, bis zu 30 % reduziert werden kann?
Sowohl effiziente Motoren als auch die Betriebsoptimierung sind wichtig. Diese Präsentation legt den
Schwerpunkt auf die Effizienz der Motoren, spezifisch auf die Wichtigkeit der Vorschriften als Mittel für die Zielerreichung der Energiestrategie 2050.
Um Vorschriften einzurichten, sind 3 gesetzliche Niveaus erforderlich. Das erste Niveau ist das Vorkommen eines Artikels in der Bundesverfassung. In diesem Fall ist der Artikel 89 Energiepolitik Abs.3. relevant. Mit diesem erlässt der Bund Vorschriften über den Energieverbrauch von Anlagen, Fahrzeugen und Geräten.
Das zweite Niveau ist das Gesetz, das den Bundesverfassungsartikel präzisiert. Das Energiegesetz, speziell Artikel 8, bildet die gesetzliche Grundlage für Anforderungen an serienmässig hergestellte
Anlagen, Fahrzeugen und Geräten. Zu diesen Anforderungen gehören:
• Vorgaben für die Deklaration, z.B. Energieetikette
• Anforderungen an die Energieeffizienz
Das dritte Niveau ist die Energieverordnung, die die Anforderungen konkretisiert. Für Elektromotoren ist insbesondere der Anhang 2.10 von Bedeutung.
Vor der Änderung des Energiegesetzes im Jahr 2007 waren Effizienzvorschriften nur möglich, wenn vorgängig der freiwillige Weg beschritten wurde. So hat der Bereich Elektrogeräte des Bundesamtes für Energie (BFE) in den Jahren 2003 und 2004 mit dem damaligen Schweizerischen Automatik Pool
(SAP, heute swissT.net) eine Vereinbarung zur Förderung der effizientesten Elektromotoren ausgehandelt, die im Dezember 2004 unterzeichnet wurde. Das Ziel war, den Anteil der eff1-Motoren zu steigern.
Im Jahr 2008 wurden die zwingenden Effizienzvorschriften für die Schweiz erarbeitet, zuerst noch auf der Basis der Klassen eff3, eff2, eff1 für die Effizienzklassierung der Motoren. Sowohl der geänderte
66

Motor Summit 2012, Zürich, Schweiz
Art. 8 des EnG als auch die nicht erfüllte Vereinbarung bildeten die nötige gesetzliche Basis. Kurz vor dem Beschluss der öffentlichen Anhörung der EnV-Revision konnte auf die neuen Klassen gemäss IEC
60034-30 IE1, IE2, IE3 umgestellt werden.
Die EU hatte in der Zwischenzeit die Ausarbeitung von Mindestanforderungen für Motoren beschlossen. Ein erster Entwurf lag nun vor, mit Beginn der Mindestanforderungen Mitte 2011. So lange wollte die Schweizer Gesetzgebung allerdings nicht mehr warten. Am 24. Juni 2009 hat der Bundesrat folgende Mindestanforderungen beschlossen:
• IE1 ab Januar 2010
• IE2 ab Juli 2011
Am 19. Oktober 2011 hat der Bundesrat die Synchronisation mit den EU-Vorschriften per Januar
2012 beschlossen. In der Schweiz war vorher der Geltungsbereich weiter gefasst, es waren weniger
Ausnahmen vorhanden.
Die Mindestanforderungen für Motoren sind wie folgt:
• Aktuell:
• Ab 2015: 7.5 kW - 375 kW
• Ab 2017: 0.75 kW - 375 kW
Mindestens IE2
Mindestens IE3 oder IE2 + Frequenzumrichter
Mindestens IE3 oder IE2 + Frequenzumrichter
„Motor“ wird als ein eintouriger Dreiphasen-50-Hz-oder -50/60-Hz-Käfigläufer-Induktionsmotor mit folgenden Eigenschaften definiert:
• 2- bis 6-polig
• Nennspannung U
N bis 1 000 V
• Nennausgangsleistung P
N zwischen 0.75 kW und 375 kW
• für Dauerbetrieb ausgelegt.
Massgebliches Rechtsdokument ist die Energieverordnung, speziell Anhang 2.10, mit Verweis auf die
Europäische EG-Verordnung 640/2009.
Seit den Ereignissen in Japan Anfangs 2011 wird noch mehr Energieeffizienz verlangt. Unter anderem wurde auch zur Kenntnis genommen, dass die USA betreffend Motoreneffizienz der Schweiz voraus sind. Wegen dem grossen Anteil der elektrischen Energie, die bei elektrischen Antrieben verbraucht wird, wird inzwischen die Energieeffizienz der Elektromotoren stärker beachtet.
Die Absicht besteht, ab 2015 generell IE3 vorzuschreiben, bereits für die ganze Leistungsbandbreite und unabhängig von einem eventuell vorhandenen Frequenzumrichter.
Die Schweiz wird damit auch bei dieser Gerätekategorie der EU ein Schritt voraus sein, wie es bereits ab 2010 der Fall war und wie es für mehrere andere Gerätekategorien gilt.
67

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Heinz-Jochen Poremski ,
Referat Klimaschutz und Energieeffizienz,
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit
Bundesrepublik Deutschland
ISO Standard 50001 Energy Management Systems (EnMS)
Since July 2011 the ISO Standard 50001 Energy Management Systems (EnMS) came into force and it caused a considerable interest and involvement of quite a number of enterprises and organisations to implement it within their organizations. This is mostly due to the drastically increased energy prices in those countries which have a full-cost coverage for energy productions and fuels.
Furthermore, financial incentives like tax reductions for energy intensive industries and exemptions from the Energy Feed-In Tariffs (Regulation on the Promotion of Renewable Energy) leads in Germany to further increased demand to introduce an Energy Management System within their respective organizations.
In most cases an Energy Audit is the start-off for such a decision to introduce an Energy Management
System. It clearly shows the potential energy and cost savings when introducing an EnMS. If there are sufficient energy saving potentials available, a change or modifications/upgrade of the technical systems and products is feasible, economically meaningful and the implementation can be reached in shorter terms, then such a decision will be strongly supported.
The principle concept is a systematic, fully described and recorded process upon data, all relevant technical and system-related information and energy users within the organizations. A so-called Baseline needs to be established and the goals for energy savings, type and amount of primary energy, fuels and electric energy are to be determined. So the assessment, the recommendations for improvement and the specified measures within the technical systems will be worked out. The system – and organization-related changes and modifications in the organization structure and process need to be implemented. The feed-back, the training of personnel, the functional control and monitoring are also included in this full- scale process. The successful accomplishment of the self-defined objectives in Energy savings need also to be measured and assessed.
Furthermore a continual improvement process needs to be installed. The next level of objectives for further energy savings will be determined by the organization itself and the monitoring of progress and achievement to be performed.
The following scheme illustrates the principle and cyclic process of Energy Management:
Plan, DO, Check, Act - PDCA- Cycle
( Source: ISO Standard 50001 - 2011)
The following Steps are included in this process:
68

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
1. Plan
Establishing energy-saving targets, determining the strategy, identifying measures and responsibilities, providing the necessary resources, preparing the action plan.
2. Do
Establishing management structures for maintaining a continuous process, undertaking improvement measures (for example efficient technologies/procedures).
3. Check
Reviewing the level of target achievement and the effectiveness of the EnMS, collecting new ideas via energy audits, if necessary, consulting an external expert.
4. Act
Strategic optimisation by consolidating the current energy data, audit results and new information, evaluating the progress with the help of current energy market data, deriving new objectives.
Activities can take place in parallel; even the decision on which to begin an activity depends on the conditions in the respective company.
When compared to selective measures (ad-hoc energy management), continuous application of this process clearly reduces the energy-related costs of a company.
An external Audit and Certification may be affiliated. In case of full compliance with the ISO 50001 a certificate and a seal / logo will be handed over.
Energy savings through Energy Management
In Germany the overall estimated energy savings potential for the industry is about 40 % less than the existing baseline situation. Mostly technical products and appliances such as motors, pumps, compressors, air conditioning, lighting but also cooling and heating supply and their use-dependent control contribute at most for achieving these energy savings. The following levels of energy end-use might be considered in a differentiated way in order to identify the major influential parameters of the whole system:
• the products and extended products as part of the technical system
• the system level and the demand-driven control of the technical system
• the energy savings which can be achieved through a smart Management and its permanent monitoring, optimization and maintenance
Some examples of the presentation show that there are considerable energy savings possible and the pay back time is even very reasonable and sometimes in a range from 1 to 2 years.
So it can be summarized that the advantages for the organizations are as follow:
• Considerable cost reduction
• Short pay back time
• Implementation and optimization of the system and management
• Sustainable management and production with respect to the environment and economic future development
This will lead to a number of follow-up advantages for these organizations and enterprises such as:
• Increased competitiveness on the national, EU common market and global markets
• Highlighting the potentials for innovation, quality management and quality products
• Improved access to B2B markets and system manufacturers such as car producers
• Downstream Marketing will be supported by an established Management system
The ISO Standard 50001 on ‚Energy Management’ has a number of structural similarities with ISO
14001 ‚Environmental Management’, ISO 9000 ‚Quality Management’ and the EU- EMASE co M anagement and A udit S cheme.
Those organisations which already have one such management system incorporated will have a facilitated access and implementation process.
The ISO 50001 Energy Management System will also offer opportunities for the co-workers in terms of qualification and closer involvement of the technical and quality management processes. On the other hand this also supports a full and in-depth implementation and quality improvements.
69

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
Rolf Gloor
Gloor Engineering
CH-7434 Sufers gloor@energie.ch
In den meisten Antriebsystemen verursachen die elektrischen Motoren nur einen kleinen Teil der Verluste. Die grossen
Möglichkeiten zur Verbesserung der
Energieeffizienz liegen im Bereich der
Anwendung und der Lastmaschine.
Energieeffizienz, welche auf teureren
Komponenten beruht, muss sich auch auszahlen. Die Rechnung ist einfach. Die
Mehrkosten müssen die Kosten der eingesparten Verlustleistung während der
Nutzungszeit decken. Die zusätzliche
Graue Energie und der Entsorgungsaufwand sollte auch berücksichtigt werden.
Abbildung 1: Systembetrachtung (energie.ch)
Unterteilt man die verschiedenen Antriebsanwendungen nach ihrer natürlichen Nutzungszeit, so ergeben sich 3 Gruppen. In der ersten Gruppe laufen Motoren weniger als 1000 Stunden. Dazu gehören vor allem Werkzeuge und Hilfsantriebe. Die mittlere Gruppe hat eine Nutzungszeit im Bereich der
Autos um 4000 Stunden. Hier können je nach Auslastung und Kosten energieeffiziente Antriebe schon wirtschaftlich sein. In der dritten Gruppe mit über 10‘000 Stunden Nutzungszeit zahlen sich bessere
Antriebe aus. Die meisten Infrastruktureinrichtungen wie Wasserversorgung, Abwasserentsorgung,
Lüftung, Kälte, Heizung, Druckluft usw. sowie einige Produktionsanlagen sind typische Anwendungen dazu.
Elektrische Maschinen haben eigentlich einen sehr guten
Wirkungsgrad, wenn man sie mit anderen Motoren und
Lastmaschinen vergleicht. Wie in der Technik üblich, sind kleine Systeme weniger energieeffizient als grosse. Da sehr Antriebe meistens sehr lange laufen und auch speziell für eine Anwendung hergestellt werden, wurde die Energieeffizienz bisher schon berücksichtigt. Bei den anderen Antrieben wurde versucht, mit minimalen
Materialkosten maximale LeisAbbildung 2: Wirkungsgrad von guten Motoren (energie.ch) tung aus dem Motor rauszuholen.
Der Motor wird bei der Auslegung bis an die Grenze seiner zulässigen Maximaltemperatur dimensioniert, was vor allem bei kleinen Antrieben sehr schlechte Wirkungsgrade ergibt.
70

Motor Summit 2012, Zürich, Schweiz
Die eigentliche Kenngrösse eines Elektromotors ist das
Drehmoment, welches er dauernd abgeben kann. Es ist proportional zum Ankerstrom, der magnetischen Flussdichte und bei Innenläufern zum Rotorvolumen. Der Strom verursacht in den Leitern Wärmeverluste, welche meistens den grössten Einfluss auf den Motorenwirkungsgrad haben. Mit einem grösseren Motor und oder einem grösseren Leiterquerschnitt kann man diese
Verluste reduzieren kann. Abbildung 2: Magnetisierungskennlinien (energie.ch)
Die magnetische Flussdichte ist durch die verfügbaren Materialien limitiert. Durch das Angebot von neuen starken Magnetmaterialen wurde die Motorenkonstruktion revolutioniert. Vor allem kleine
Gleichstromantriebe und kleine Synchronmotoren erreichen durch den Einsatz von Selten Erden
Magneten ohne Wärmeverluste durch eine Erregerspule eine hohe magnetische Flussdichte und somit tolle Wirkungsgrade.
Ein weiterer wichtiger Schritt zu besseren Antrieben ist der Einsatz von Computerprogrammen zur
Berechnung und Optimierung der magnetischen, thermischen und mechanischen Verhältnisse in Motoren. Zusammen mit Leistungselektronik und ausgeklügelter Regelungstechnik können heute Antriebe mit hoher Drehmomentdichte, mit hohen Drehzahlen und auch einem sehr guten Wirkungsgrad gebaut werden. Je nach Materialaufwand und Stückzahlen auch zu marktfähigen Preisen.
Der Wirkungsgrad eines Antriebes vom Netz bis zur Last wird nicht nur vom Motor beeinflusst, sondern auch vom Umrichter, den Kabeln und wenn erforderlich vom Getriebe. Wie beim
Motor ist für die Verbesserung der
Energieeffizienz die alleinige Beachtung des Wirkungsgrades im Nennpunkt nicht optimal. Viele Antriebe werden selten bis nie mit dem Nenndrehmoment belastet. Zusätzlich kann die Drehzahl in einem weiten Bereich verändert werden. Bei der Antriebsauslegung sollten die Betriebsbereiche und deren Verweildauer berücksichtigt werden. Ein guter Antrieb hat eine geringe Leerlaufleistung.
Bei hohen Nutzungszeiten ergeben sich auch beim Frequenzumrichter, beim Kabel und vor allem auch beim
Abbildung 3: Wirkungsgrad eines 7.5 kW Asynchronmotors mit Umrichter
0.8 kW Nennverluste und 0.4 kW Leerlaufverlust.
*mit 0.2 kW Leerlaufverluste (energie.ch)
Getriebe sehr rentable Möglichkeiten, die Verluste zu reduzieren. Bei einer Nutzungszeit von zum
Beispiel 40‘000 Stunden kann für jedes eingesparte Watt Verlust ein Betrag von bis zu 6 Franken investiert werden.
71

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
Michael Burghardt
Danfoss GmbH
Carl-Legien-Str. 8, 63073 Offenbach, Deutschland
Michael.Burghardt@Danfoss.com
Energieeffiziente Antriebssysteme zu entwickeln und einzusetzen, stellt den Anwender vor weitreichende Aufgaben. Er kann sich nicht darauf verlassen, dass sich allein schon die Wahl eines möglichst effizienten Motors oder der Einsatz eines Frequenzumrichters positiv auf die Energiebilanz auswirkt.
Prinzipiell lässt sich sagen, dass sich bei Anwendungen mit quadratischem Moment, wie Pumpen und
Lüfter, Umrichter fast immer rechnen. Ähnliches gilt für Kompressoren, z.B. in Kühlkreisläufen. Der
Einsatz eines Umrichters rechnet sich in diesen Applikationen in der Regel schon in 1-2 Jahren, manchmal sogar noch schneller. Die Eigenschaften der betriebenen Prozesse müssen Anwender dabei allerdings immer beachten. So kann eine falsche Regelung bei Kältekompressoren mehr Energie vernichten als sparen. Oder verzichtet der Anwender bei Pumpen, die Gemische aus Feststoffen und Flüssigkeiten pumpen, auf eine Mindestdrehzahl, setzen sich Feststoffe in den Leitungen und
Pumpen ab.
Bei Anwendungen mit konstantem Lastprofil, beispielsweise Förderbänder für Schüttgut, bleibt der
Momentenbedarf über die Drehzahl meist annähernd gleich. Lassen sich allerdings der Drehmomentbedarf oder die Drehzahl innerhalb des Produktionsprozesses reduzieren, verringert sich der Energiebedarf linear. Zusätzliche positive Nebeneffekte einer reduzierten Drehzahl sind geringerer Verschleiß und somit eine längere Lebensdauer der mechanischen Komponenten. Dies resultiert nicht zuletzt in weniger Aufwand bei Wartung und längeren Serviceintervallen der Maschine.
Bei Anwendungen mit quadratischem Momentverlauf
nimmt die Leistung kubisch mit der Drehzahl ab
Bei Konstantmomentanwendungen ist die Leistung proportional zur Drehzahl und zum Drehmoment
Bei der Zusammenstellung des Antriebstrangs muss der Anwender darauf achten, dass der betriebene Motor für die gepulste Ausgangsspannung geeignet ist. Hierfür sollte er die Grenzwerte der
IEC 60034-17 und IEC 60034-25 einhalten. Kommt ein Motor ohne speziell gekennzeichnete Isolation zum Einsatz, zeigt die Erfahrung, dass ein Motor entweder bei Umrichterbetrieb nach 1-3 Tagen einen
Defekt aufweist, oder sonst in der Regel seine normale Lebensdauer erreicht. Sollten Bedenken bezüglich der Isolationsfestigkeit eines Motors für FU-Betrieb bestehen, können Anwender Sinusfilter
(Preis ca. 30 % des Umrichters) oder die günstigeren du/dt-Filter (Preis ca. 15 % des Umrichters)
72

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz verwenden. Gerade bei sehr alten Motoren sichern diese Filter einen zuverlässigen Betrieb der Anlage und daher lohnt sich ihre Anschaffung.
Besonders kritisch, da oft vernachlässigt, ist die Betrachtung des Umrichtereinflusses auf das speisende Netz. Wie Energiesparlampen nehmen auch Frequenzumrichter aufgrund des Gleichrichters im
Eingangskreis den Strom nicht sinusförmig aus dem Netz auf. Diese nicht sinusförmigen Ströme erzeugen in den Netzen Oberschwingungen. Ein zu großer Oberschwingungsgehalt kann dazu führen, dass beispielsweise empfindliche elektronische Steuerungen, Computer und Regelgeräte nicht mehr einwandfrei funktionieren oder vorzeitig ausfallen.
Gute Filter zur Reduzierung von EMV-Störungen und Oberschwingen machen ungefähr 15 %-20 %
Mehrkosten in den Geräten aus. Deshalb bieten einige Hersteller sie separat an oder setzen auf kostengünstige Technologien, die z. B. Netzrückwirkungen in den nicht genormten Frequenzbereich von
2 bis 9 kHz schieben und/oder sich negativ auf das Lastverhalten des Motors auswirken. Der Anwender sollte nicht davor zurückschrecken, Informationen über die Vor- und Nachteile der unterschiedlichen Filtertypen bei den Umrichterherstellern einzufordern.
Als Richtwert bei den Anschaffungspreisen für IE3-Motoren werden oft 25-30 % höhere Beträge genannt als für IE2-Motoren. Eine ähnliche Einschätzung für Umrichterpreise ist u.a. aufgrund unterschiedlichster Schutzarten, Überlastfähigkeiten und der beschriebenen Kosten für Filtermaßnahmen schwer zu treffen. Für eine Abschätzung kann der Anwender davon ausgehen, dass das Gerät etwa doppelt so viel kostest wie der Motor (Quelle: EuP, Lot 30 Task 2-draft). Laut Frost & Sullivan auf www.drives.co.uk
sinken die Umrichterpreise in einigen Bereichen pro Jahr um bis zu 3 %.
Wird ein Drehstromasynchronmotor mit einem Frequenzumrichter betrieben, bedeutet diese für das gesamte Antriebssystem erst einmal höhere Verluste. Die Wirkungsgrade bei Umrichtern selber liegen je nach Typ und Größe zwischen 90 % und 98 %. Im Teillastbetrieb nehmen die relativen Verluste im
Umrichter zu und der Wirkungsgrad sinkt. Dieser Effekt ist bei dem Motor noch viel ausgeprägter.
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
Umricher (FU)
Motor am FU
Motor und FU
30%
20%
0% 20% 40% n/nN
60%
Beispiel 4kW Motor
80% 100%
Für Abschätzung der Umrichterverluste ist der Lastpunkt
im Diagramm mit dem Nennwirkungsgrad des FU zu multiplizieren
Der Umrichterwirkungsgrad sinkt im Teillastbereich wesentlich langsamer als der des Motors.
Für eine Betrachtung des energetischen Einsparpotentials und der Payback-Zeit eines Antriebstrangs muss der Anwender das Lastprofil, die Verluste in den Filtermaßnahmen sowie die Last- und drehzahlabhängigen Verluste des Umrichters und des Motors kennen. Arbeitet der Antrieb in der Anwendung dauerhaft mit nahezu 100 % Drehmoment und Drehzahl, sollte der Anwender auf Motoren mit höheren Wirkungsgraden anstelle einer Drehzahlregelung mit Umrichtern setzen. Ist es bei einer Anwendung aber möglich, Drehmoment und Drehzahl im Betrieb für längere Zeit zu reduzieren, rechnet sich die Investition eines begrenzten Kapitals in einen Umrichter deutlich schneller, als in einen IE3-
Motor anstelle eines IE2-Motors.
73

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
Jakob Spillmann, Masch.-Ing. FH
KAESER Kompressoren AG
Grossäckerstrasse 15, 8105 Regensdorf info.swiss@kaeser.com
Moderne energieeffiziente Druckluft-Technik gepaart mit grösstmöglichem Knowhow ermöglicht
Anwendern erhebliche Kosteneinsparungen. In Europa werden jährlich rund 80 Milliarden kWh elektrische Energie für die Drucklufterzeugung verbraucht. Mindestens 30 Prozent dieser Energiemenge könnten durch Optimierung der Druckluftsysteme eingespart werden. KAESER Kompressoren konzentriert sich deshalb bereits seit einigen Jahren darauf, die Energieeffizienz bei der Druckluftanwendung zu steigern. Mit innovativen Produkten und Dienstleistungen sowie hervorragender Produktqualität helfen KAESER-Systemlösungen den Druckluftanwendern, ihre Wettbewerbsfähigkeit zu stärken.
Im kontinuierlichen Dialog mit seinen Kunden entwickelt das Unternehmen zukunftsweisende Konzepte für die kontinuierliche Verbesserung der Gesamtwirtschaftlichkeit (Life-Cycle-Costs) und zur Erzielung höchstmöglicher Verfügbarkeit der Druckluftanlagen.
Drei Möglichkeiten zur Energieeinsparungen:
• moderne Technik -> IE3 Motoren
• Druckluftsystemoptimierung
• Wärmerückgewinnung
Abbildung 1 Druckregelung an der Druckuntergrenze, KAESER Kompressoren AG
Praxisbeispiel: Neue Druckluftzentrale in vier Jahren amortisiert
Die Imbach & Cie AG in Nebikon / LU
Imbach + Cie AG, Solutions in Metal, ist ein Betrieb der Massivumformung mit Sitz im luzernischen
Nebikon. Das Unternehmen setzt Druckluft zum Antreiben von Lufthämmern (Schmieden), für Türantriebe der Öfen sowie für allgemeine Arbeiten (beispielsweise Schleifen) in der Abteilung Umformtechnik ein. Zusätzlich wird Druckluft für Werkzeugmaschinen in der mechanischen Bearbeitung benö-
74

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz tigt. Die grossen Schmiedehämmer sind sehr grosse Druckluftverbraucher mit ausgeprägten Lastspitzen.
<< Halbierung der Energiekosten durch Optimierung des Leerlaufbetriebes angepeilt. >>
Der ganze Betrieb wird über ein einziges Druckluftnetz versorgt. Sechs wassergekühlte Kompressoren der Jahrgange 1961 bis 1977 waren aufgeteilt in zwei Kompressorenräume. Eine Auslastungsmessung hatte gezeigt, dass der Energieverbrauch der Kompressoren im Lastbetrieb teilweise geringer war als der Energieverbrauch im Leerlaufbetrieb. Eine Optimierung des Leerlaufanteiles auf den
Stand der Technik würde die spezifischen Energiekosten somit beinahe halbieren.
Die verschiedenen Massnahmen
Durch das Aufteilen der Drucklufterzeugung in eine Hauptzentrale und eine Werkstattanlage wurde der Betrieb soweit optimiert, dass die grossen Kompressoren nur bei Schmiedebetrieb laufen. Für die
Werkstatt genügt ein kleiner Kompressor mit 22 kW.
Die Druckluftzentrale sieht einen Teillastkompressor, welcher mit einer Frequenzregelung ausgestattet ist, sowie jeweils zwei Mittellast- und zwei Grundlastkompressoren vor. Diese fünf Kompressoren werden über eine übergeordnete Druckbandregelung in einem minimalen Druckband gefahren.
Dadurch kann nahe am benötigten Betriebsdruck gefahren werden. Die Betriebssicherheit ist auch bei einem Ausfall eines Kompressors in jedem Fall gewährleistet.
Durch den Einsatz eines Kältetrockners mit Energiesparregelung wird nur die Energie verbraucht, welche für die Trocknung des momentanen Druckluftbedarfs notwendig ist.
Durch den Einsatz luftgekühlter anstelle wassergekühlter Kompressoren sind die Wasserkosten
(20'000 Franken im Jahr) für die Druckluft komplett weggefallen. Die Kompressorenabluft unterstützt im Winter die Heizung einer Betriebshalle.
Die Druckluftleitungen waren bei der Erstellung bereits nach hohem Standard ausgeführt worden und konnten unverändert weiter betrieben werden. Leckagen wurde keine festgestellt. Betriebskontrollen wurden bereits in der Vergangenheit sorgfältig ausgeführt.
Die wichtigsten Resultate
Die Einsparungen an elektrischer Energie durch den Totalersatz der veralteten Drucklufterzeugung ist erheblich und betragt rund 15 % des gesamten elektrischen Energieverbrauchs der Firma.
Investition total
Einsparung Elektrizität p.a.
CHF 330‘000.-
430 MWh/a
Pay-Back-Zeit total
Die Umsetzung erfolgte in Zusammenarbeit mit:
4 Jahre
75

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
Thomas Staubli
Hochschule Luzern Technik & Architektur
Technikumstrasse 21, 6048 Horw
Thomas.Staubli@hslu.ch
In der Präsentation werden die wichtigsten Fakten zur Auswahl und zum Einsatz von Förderpumpen vorgestellt, welche in einem neuen Merkblatt für Pumpen zusammengefasst sind. Bei der Systemauslegung ist darauf zu achten, dass die Anlage auf effektive Randbedingungen betreffen Wasserbedarf resp. Wärmebedarf, ausgelegt wird. In der Anlage selbst sollen die energetischen Verluste, soweit
ökonomisch machbar, minimiert werden, was kurze Leitungen mit grossem Querschnitt und ein System ohne unnötige Drosseln und Bögen bedeutet.
Bei der Pumpe und deren Antrieb ist ein variabler Betrieb in Betracht zu ziehen, d.h. die Wassermenge und der Druck ist, wenn sinnvoll, dem Bedarf anzupassen. Dies kann über eine Drehzahlvariation des Motors über einen Frequenzumrichter erreicht werden. Drosselregelung oder Stufenschaltungen führen zu Verlusten. Selbstverständlich sind die Antriebsleistung des Motors und die Drehzahl an die
Pumpe und den Bedarf anzupassen.
Dass Handlungsbedarf besteht, geht daraus hervor, dass der aktuelle Elektrizitätsverbrauch der
Pumpen in der Schweiz total 4757 GWh/a beträgt. Darin ist der Verbrauch der Pumpen in Wasserkraftanalgen mit knapp 3000 GWh nicht eingerechnet (Abbildung 1). Bezogen auf den gesamten
Elektrizitätsverbrauch der Schweiz (Endverbrauch) entsprechen diese 4757 GWh 8%. Da aufgrund der verschärften Energieverordnung ab 2013 nur noch hocheffiziente Umwälzpumpen verkauft werden dürfen und ab etwa 2015 auch strenge Vorschriften für grössere Pumpen gelten werden, wird der
Elektrizitätsverbrauch dieser Pumpen zukünftig abnehmen.
Wasserversorgungen
9%
Abwasserreinigungsanlagen
6%
Diverse
3%
Umwälzpumpen
übrige
Haustechnik
13%
Industrie /
Verarbeitendes
Gewerbe
48%
Umwälzpumpen
Heizgruppen
21%
Abbildung 1: Elektrizitätsverbrauch von Pumpen in der Schweiz (Quelle: Nipkow 2011)
76

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
Die Kapazität der Pumpe muss auf das System, in welchem sie betrieben wird, abgestimmt sein. Hierzu ist eine Pumpe mit geeigneter Pumpenkennlinie und passendem Motor zu wählen. Die in einem
System benötigte hydraulische Leistung hängt von den zu überwindenden statischen Höhen oder
Drücken und den Strömungsverlusten in den Leitungen ab. Das System wird durch seine Anlagenkennlinie charakterisiert. Der sich einstellende Betriebspunkt entspricht dem Schnittpunkt der Pumpenkennlinie mit der Anlagenkennlinie (Abbildung 2).
Abbildung 2: Schnittpunkt einer Pumpenkennlinie mit einer Anlagenkennlinie mit statischem
Anteil (Pumpenmerkblatt 2012)
Durch die Bewertung von bestehenden Pumpenanlagen lassen sich ineffiziente Aggregate orten und das Energieeinsparpotenzial abschätzen. Der Bewertung einer Pumpenanlage dienen Angaben zum
Betrieb, Pumpenkennlinie, Volumenstrom, Systemdruck, Drehzahl, Stufenzahl und Eigenschaften des geförderten Fluides. Zur Erhöhung der Effizienz werden unnötige Pumpen abgeschaltet, überdimensionierte Pumpen werden ersetzt und, sofern sinnvoll, Frequenzumrichter für variable Drehzahl eingesetzt. Die Lastzyklen der Pumpe im Prozess zeigen das Energiesparpotenzial in jedem Arbeitspunkt.
Mit einem drehzahlvariablen Antrieb kann für jeden Arbeitspunkt die optimale Energiezufuhr eingestellt werden. Zu beachten ist aber, dass dies im Allgemeinen nicht für Anlagenkennlinien mit hohem statischem Anteil gilt. Bei steilen Anlagenkennlinien, d.h. solchen mit hohem Verlustanteil in der Anlagenkennlinie hingegen ist der drehzahlvariable Antrieb bestens geeignet.
77

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
Heinrich Huber
Fachhochschule Nordwestschweiz, Institut Energie am Bau
St. Jakobs-Strasse 84, CH-4132 Muttenz heinrich.huber@fhnw.ch
Im Rahmen des Umsetzungsprogramms für effiziente Antriebssysteme wurde von S.A.F.E. ein Merkblatt zu energieeffizienter Luftförderung erstellt
1
. Dieser Beitrag fasst wichtige Aspekte aus diesem
Dokument zusammen.
Ventilatoren verbrauchen 12.5% des schweizerischen Elektrizitätsverbrauchs, was etwa 7500 GWh/a entspricht. Der Löwenanteil davon (74%) fällt auf die Industrie. An zweiter Stelle (13%) folgen Dienstleistungsgebäude.
Der Energiebedarf für die Luftförderung berechnet sich mit:
E
=
η v
⋅ q v
η tr
⋅ ∆ p
⋅ η m
⋅ t
⋅ η
R
E q v
∆
p
t
η
η v tr
η
η m
R
Elektrischer Energiebedarf in Wh
Luftvolumenstrom in m
3
/s
Gesamtdruckdifferenz in Pa
Betriebszeit in h
Wirkungsgrad des Ventilators
Wirkungsgrad der Transmission
Wirkungsgrad des Motors
Wirkungsgrad der Regelung (Frequenzumformer)
Wirkungsgradkette: Motor,
Transmission und Ventilator (Bild Habasit)
Luftvolumenströme und Betriebszeiten: Bedarfsregelung als wirksamste Massnahme
Sowohl bei neuen wie auch bei bestehenden Anlagen werden oft zu hohe Volumenströme und zu lange Betriebszeiten angetroffen. Eine Auslegung auf die tatsächliche Nutzung und, bei variabler Nutzung, ein bedarfsgeregelter Betrieb, z.B. nach der Luftqualität, sind die mit Abstand wirksamsten Massnahmen zur Reduktion des Elektrizitätsverbrauchs.
Druckverluste: Runde Leitungen sind optimal
Die Druckverluste der Luftverteilung sind von der Strömungsgeschwindigkeit und der Formgebung abhängig. Ab einer jährlichen Betriebszeit von 4000 h und einem Volumenströmen von über 1000 m
3
/h lohnt es sich sowohl wirtschaftlich wie auch von der Grauen Energie her die Luftverteilung auf tiefere
Luftgeschwindigkeiten auszulegen, als es die kantonalen Energievorschriften verlangen. Rechteckige
Kanäle mit Seitenverhältnissen von z.B. 1:5 verursachen 50% grössere Druckverluste als runde Leitungen mit der gleichen Luftgeschwindigkeit.
Ventilator: Der häufigste Betriebspunkt ist relevant
Es genügt nicht, energetische vorteilhafte Bauarten (z.B. rückwärtsgekrümmte Radialventilatoren)
1
topmotors.ch Merkblatt 24: Luftförderung. Zürich, Dez. 2012 www.topmotors.ch
78

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland einzusetzen, der Ventilator muss auch im optimalen Betriebspunkt arbeiten. Massgebend ist dabei nicht der Dimensionierungsfall, sondern das gewichtete Mittel der verschiedenen Betriebszustände.
Transmission: Die unterschätzten Verluste
Bei Keilriemen bricht der Wirkungsgrad bei Teillast (z.B. bei Anlagen mit Bedarfsregelung) ein und kann unter 80% sinken. Flachriemen weisen ein deutlich gutmütigeres Teillastverhalten auf und fallen kaum unter 90%. Auch bei Nennlast erreichen sie 1 bis 4% höhere Wirkungsgrade als Flachriemen.
Weitere Vorteile von Flachriemen sind der geringe Abrieb und die lange Lebensdauer. Die höheren
Investitionen oder die Kosten für eine Umrüstung lohnen sich daher nicht nur wegen der Energieeinsparung, sondern auch wegen des geringeren Instandhaltungsaufwandes.
Bei Anlagen mit drehzahlgeregelten Motoren sollen Direktantriebe eingesetzt werden. Dabei entstehen keine Transmissionsverluste.
Bessere Motoren: Höhere Drehzahl beachten
Bei einem Motorersatz soll die Effizienzklasse IE3 oder IE4 gewählt werden. Die besseren Wirkungsgrade gegenüber alten Motoren bedeuten weniger Schlupfverluste und damit geringfügig höhere
Drehzahlen. Damit die elektrische Aufnahmeleistung gegenüber dem alten Motor nicht ansteigt, muss die Transmission angepasst werden (bestehende Keilriemen wenn möglich durch Flachriemen ersetzen). Bei Direktantrieben sind die Sollwerte der Drehzahlsteuerung anzupassen. Ja nach Typ des alten und neuen Motors liegt diese Drehzahlkorrektur im Bereich von 1% bis 5%.
Frequenzumformer: Ja, aber mit Bedacht
Bei Anlagen mit bedarfsabhängigen Volumenströmen sollen Drehzahlsteuerungen mit Frequenzumformern oder elektronisch geregelten Gleichstrommotoren eingesetzt werden. Bei häufigem Teillastbetrieb wird so der Energieverbrauch gegenüber einem einstufigen Betrieb um Faktoren reduziert.
Der Wirkungsgrad von Frequenzumformern liegt typischerweise in einem Bereich von 90% bis 95%.
Bei Anlagen, die vorwiegend auf Nennlast betrieben werden, ist daher der Einsatz von Frequenzumformern kritisch zu prüfen. Eine gut ausgelegte Transmission mit Flachriemen kann allenfalls zu einem besseren Wirkungsgrad führen und verursacht oft tiefere Investitionen.
Die spezifische Ventilatorleistung (SFP
2
) erlaubt die kombinierte Beurteilung des Gesamtwirkungsgrades und der Druckverluste: p
SFP
=
P el q v p
SFP
Spezifische Ventilatorleistung in W pro m
3
/h
P el q
V
Elektrische Leistungsaufnahme, inkl. Frequenzumformer in W
Luftvolumenstrom in m
3
/h
In der SIA-Norm 382/1 finden sich Anforderungen an die SFP. Zum Beispiel liegt der Grenzwert von
Zuluftventilatoren von Lüftungsanlagen mit Zulufterwärmung (ohne Be- oder Entfeuchtung, ohne Kühlung) bei 0,20 W/(m
3
/h), bei Abluftventilatoren sind es 0,14 W/(m
3
/h). Die SFP lässt sich bei Projekten, Offerten, Abnahmen und bei Analysen einfach überprüfen.
Lüftungsanlagen sollen etwa alle 10 Jahre bezüglich Grundkonzept und Energieeffizienz überprüft werden. Die erste Phase bildet eine Sichtkontrolle. Wenn sich dabei ein relevantes energetisches
Verbesserungspotential zeigt, erfolgt in der zweiten Phase eine Beurteilung anhand der Anlagendokumentation. Bei fehlenden oder unklaren Daten werden in der dritten Phase Messungen durchgeführt.
2
Specific Fan Power
79

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
Energieeinsparung aus einem anderen Blickwinkel
Raymond Burri
Walter Wettstein AG, Kältetechnik
Mattenstrasse 11, CH-3073 Gümligen bu@wwag.ch
Verdichter in Kälteanlagen und Wärmepumpen verbrauchen rund 14% der elektrischen Energie in der
Schweiz. Effiziente Elektromotoren für grössere Maschinen sind bereits seit langem für diese Anlagen ein zentrales Thema. Es gilt den Fokus auf die gesamte Anlage zu erweitern und die Positionen wie
Betriebsweise, Auslegung, Unterhalt sowie Regelung näher unter die Lupe zu nehmen.
Als Vergleich welche Aufgabe eine Kältemaschine oder Wärmepumpe übernimmt, kann ein Förderband zum Vergleich beigezogen werden. Energie wird (analog zB. Kies) von einem tiefem Niveau durch Zufuhr von elektrischer Energie auf ein höheres Niveau transportiert.
Es macht Sinn die bestehenden Komponenten und deren Ersatz in den Energievergleich mit einzubeziehen. Wärmetauscher Flächen vergrössern, kleinere Druckverluste wählen, Freecooling Systeme bevorzugen.
80

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
Die Bedeutung der Leistungsziffer hilft uns die verschiedenen Systeme besser miteinander vergleichen zu können.
10.0
9.0
30
8.0
7.0
40
4.0
3.0
2.0
1.0
6.0
5.0
50
20
30
40
50
20
30
40
50
20
30
40
50
20
30
40
0.0
10 0 -10
Verdampfungstemperatur in °C
-20 -40
Am Beispiel einer Modernisierung wird das Energiesparpotential einer Produktionsanlage aufgezeigt.
Verschiedene Praxisbeispiele geben Hinweise zum Weg und des Potentials in industriellen Systemen.
81

Motor Summit 2012, Zürich, Schweiz
Rita Werle
S.A.F.E.
Gessnerallee 38a, CH 8001 Zürich
+41 (0)44 226 30 70, rw@abinternational.ch
www.topmotors.ch/Easy
70% des Stromverbrauchs in der Industrie kommt von elektrischen Antrieben wie Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren und mechanischen Antrieben. Die elektrische Energie für diese Antriebssysteme wird immer teurer und knapper. Obwohl technische Verbesserungen für die Steigerung der Energieeffizienz von Antriebssystemen wirtschaftlich sind, werden diese bisher nur in wenigen Fällen realisiert.
Um Investitionen in energetisch effizientere Antriebssysteme zu fördern, hat die Schweizerische Agentur für Energieeffizienz S.A.F.E. in 2010 das Programm Effizienz für Antriebssysteme (Easy) im Rahmen der wettbewerblichen Ausschreibungen lanciert.
Easy fördert energetische Verbesserungen bei Antriebssystemen in industriellen Betrieben, bei Infrastrukturanlagen und grossen Gebäuden, mit einem elektrischen Energieverbrauch von 10 bis 40
GWh/a.
Easy geht gemäss der Methode „Motor-Check“ vor, die im Rahmen von Topmotors
1
entwickelt wurde.
In drei Schritten werden Vorabklärungen gemacht, um das Effizienzpotential bei Antriebssystemen zu beziffern (Potentialabschätzung), die zu bearbeitenden Antriebe zu identifizieren (Motorenliste), zu messen (Messungen) und schliesslich zu verbessern . Diese Voruntersuchungen sind zeit- und kostenaufwändig. Das Ziel von Easy ist, diese Barriere mit der Förderung von Potentialabschätzung, Motorenliste und den Messungen zu überwinden. Zudem werden Investitionen zur Steigerung der Effizienz (Umsetzung) zu 10% gefördert.
Abbildung 1 Fördermodell Easy
1 Topmotors ist das nationale Umsetzungsprogramm von S.A.F.E. und EnergieSchweiz für verbesserte elektrische Antriebe.
Topmotors stellt Merkblätter, Softwaretools und Projektierungsunterlagen unter www.topmotors.ch
zur Verfügung.
82

Motor Summit 2012, Zürich, Schweiz
Das Programm läuft bis 31.10.2013. Easy arbeitet zurzeit mit 5 Firmen, in verschiedenen Kantonen und mit unterschiedlichen Kerngeschäften - von Schokoladeproduktion, Milch - und Fleischverarbeitung bis hin zur Kehrichtverbrennung. Die Erkenntnisse zeigen verschiedene Problemzonen.
Generell besteht ein Mangel an gut ausgebildeten Fachkräften, die in der Lage sind eine Systembeurteilung durchzuführen.
Problemzonen in den Industriebetrieben:
• Fehlende Ressourcen.
Das innerbetriebliche Personal ist auf das Kerngeschäft, also die
Produktion ausgerichtet. Es gibt weder genug Zeit, noch vorhandenes Know - How um sich mit der Effizienz der Antriebssysteme auseinanderzusetzen.
• Begleitungsbedarf bei der Umsetzung.
Das fehlende Effizienz - Know - How wird zum Teil durch externe Experten ins Haus geholt. Deren energietechnische Unterstützung spielt eine wichtige Rolle bei der Vorbereitung der Umsetzung, in der Diskussion mit Lieferanten, Maschinenbauern und Servicefirmen.
96.7% Investition
Wartung & Unterhalt
Elektrische Energie
1.0% 2.3%
11 kW
IE3
4000 h/a
15 a Nutzungsdauer
Abbildung 2 Motor Lebenszykluskosten
Kurzer Payback.
Wenn die Payback Zeit einer Investition grösser als 3 Jahre ist, wird sie eher abgelehnt. Dabei wird der gesamte Lebenszyklus in den wenigsten Fällen in Betracht gezogen, obwohl speziell bei elektrischen Motoren deutlich
über 90% der Lebenszykluskosten für Energiekosten anfallen und die
Beschaffungskosten weniger als
10% ausmachen.
Problemzonen bei den Servicefirmen und Lieferanten:
• Die Kundenbindung prägt das Verhältnis zwischen Kunden und Servicefirmen stark. Sie ist oft eine Hemmnis bei unkonventionellen Lösungen für bessere Effizienz (Maschinenbauer und
Servicefirmen weigern sich ihre Produkte anzupassen, entziehen die Garantie).
• Dies basiert oft auf einer begrenzten Kompetenz bei Effizienzverbesserungen.
• In wenigen Fällen werden Konkurrenzofferten eingeholt.
• IE3 steht noch nicht im Standardangebot und wird erst auf hartnäckige Nachfrage, mit langen Lieferzeiten (wenn überhaupt) offeriert.
Die Erkenntnisse aus Easy haben S.A.F.E. zu der Schlussfolgerung gebracht, dass es für den systematischen Abbau der Barrieren und Problemzonen in der Industrie eine fokussierte Arbeit auf drei
Gebieten braucht:
1. Ausbildung . Es braucht mehr Fachleute in den Betrieben, die sich mit den Fragen der energetischen Systemoptimierung bei elektrischen Antrieben auseinandersetzen können.
2. Energiemanagement . In den Betrieben müssen Strukturen und Prozesse geschaffen werden, damit das Thema "elektrische Energieoptimierung" auch bei der Geschäftsleitung an Bedeutung gewinnt. Die Ernennung eines Energiemanagers schafft die benötigte und noch fehlende
Person, die ihre Zeit und Kompetenz für kontinuierliche Verbesserungsprozesse einsetzt und
Verantwortung übernimmt.
3. Internationaler Austausch . Die Zusammenarbeit mit anderen Ländern ermöglicht es, erprobte Modelle, ausarbeitete Grundlagen und Materialien aus erster Hand zu studieren. Diese können dann eventuell in die Schweiz importiert und umgesetzt werden.
83

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
Nicolas Macabrey
Planair SA
Crêt 108A, CH-2314 La Sagne nicolas.macabrey@planair.ch
Un entraînement électrique est une chaîne de composants très divers contribuant tous au rendement global. Le traitement optimum implique donc une vision systémique.
Réseau/transfo Utilisation
Convertisseur de fréquence
Moteur Transmission, engrenage
Organe entraîné
Etranglement
(clapet, vanne)
Fig. 1 Exemple de bilan énergétique d’un entraînement électrique
Dans un tel système, les potentiels d’économie sont multiples et conséquents:
 Exploitation du système: jusqu’à 50%
 Système entraîné: jusqu’à 30 %
 Introduction d’un variateur: jusqu’à 20%
 Moteur: jusqu’à 10-15%
 Transmission : quelques %
Par les analyses et optimisations énergétiques, il s’agit aussi d’aller au-delà des composants et de répondre aux questions suivantes:
 Est-ce que le système satisfait les besoins réels? (exigences, normes)
 L’exploitation est-elle optimisée? (heures de fonctionnement, bases du réglage)
 Les composants sont-ils bien dimensionnés ? (travaillent-ils aux points de fonctionnement nominaux)?
 Comment sont gérées les variations de charge?
 Les composants ont-ils des rendements correspondants aux valeurs les plus élevées actuellement disponibles? (classe d’efficacité)
Le programme EASY se base sur les étapes suivantes :
 Aide à la sélection des entrainements à mesurer (meilleurs potentiels)
 Analyse des données techniques (moteur, système, exploitation, réglages)
84

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
 Mesurages des grandeurs électriques du moteur (P act
) et grandeurs représentatives du système (débit, pression, température, etc.) avec calcul de la puissance utile (hydraulique, aéraulique, mécanique)
 Analyse et traitement des mesurages
 Elaboration de mesures d’économies et rentabilité (moteur et/ou système)
 Mise en évidence des approfondissements nécessaires
 Synthèse et préconisations
Les mesurages montrent souvent un rendement global modeste du fait du mode de réglage et du rendement effectif des composants (point de fonctionnement et classe d’efficacité). L’exemple cidessous concerne la pompe d’alimentation d’une chaudière à vapeur dont le débit est commandé par une vanne et qui comprend un retour vers la bâche.
12000
10000
8000
6000
4000
2000
0
28.03.2012 09:36:00
Phydraul [W]
Pélec [W]
28.03.2012 19:12:00 29.03.2012 04:48:00
Fig. 2 Pompe d’alimentation d’une chaudière à vapeur (en rouge P act
et en bleu P utile
)
Trois potentiels d’économie sont identifiés dans ce cas:
1) Remplacement du réglage mécanique (vanne et retour vers la bâche),
2) Intégration du besoin max. réel (aujourd’hui le débit de la pompe est beaucoup plus grand que celui de la chaudière),
3) Prise en compte de la répartition temporelle de la demande effective
Deux variantes d’optimisation sont comparées: 1) recentrage de la pompe (redimensionnement) sur les débits effectifs (2 pompes dans le tableau), 2) utilisation d’un système multi-pompes avec enclenchement selon les besoins (3 pompes dans le tableau). Les résultats figurent ci-dessous.
Variante Consommation
[kWh/an]
Économie
[kWh/an]
Économie
[CHF/an]
Investissement
[CHF]
Pay-back time
[an]
Situation départ
Variante 2 moteurs
Variante 3 moteurs
61'516
25'760
22'784
35'756
38'732
5'006
5'422
Tab. 1 Comparaison avant et après optimisation (2 variantes)
11'538
11'129
2.3
2
85

Motor Summit 2012, Zürich, Schweiz
Rolf Tieben
S.A.F.E.
Gessnerallee 38a, CH 8001 Zürich
+41 (0)44 226 30 70, rolf.tieben@abinternational.ch
www.topmotors.ch/Easy
Im Rahmen von Easy wurden bisher über 1'500 Motoren erfasst. Nach der Potentialabschätzung
(Schritt 1) erfolgte das Erstellen der jeweiligen Motorenliste (Schritt 2). Die erfassten Angaben der
Typenschilder sowie die Betriebsstunden pro Jahr sind in einer Datenbank abgelegt und werden für nationale und internationale Auswertungen und Analysen verwendet.
Es wurden Untersuchungen hinsichtlich des Alters der Antriebe gemacht. Die technische Lebensdauer (10 - 20 Jahre; abhängig von der mechanischen Nennleistung) wird in vielen Fällen deutlich überschritten. Motoren mit einem Alter von mehr als 40 Jahren sind keine
Einzelfälle.
Abbildung 1: Altersverteilung Motoren
Weiter wurden Untersuchungen hinsichtlich der Verteilung von Frequenzumrichtern angestellt. Lediglich 14% aller erfassten Antriebe werden von einem Frequenzumrichter gesteuert. In der Regel werden
Motoren nach dem Anlauf bei konstanter Drehzahl, lastunabhängig direkt am Netz betrieben. Bei schwankenden Belastungen oder
Drehzahlen weisen Frequenzumrichter betriebene Motoren beim
Energieverbrauch Einsparpotentiale von mehr als 20% auf.
Abbildung 2: Verteilung Frequenzumrichter
86

Motor Summit 2012, Zürich, Schweiz
Die Verteilung der Betriebsstunden, in Abhängigkeit der Grösse der
Motoren, wurde ebenfalls untersucht. Die gleichmässige Verteilung der Motoren lässt keine grundsätzliche Aussage zu einem Zusammenhang zwischen der Motorengrösse und der Betriebsdauer pro
Jahr zu.
Abbildung 3: Betriebsstunden
Im Rahmen von Schritt 3 des Easy Programms wurden in diversen Firmen bisher 75 ausgewählte
Antriebe gemessen. Dabei werden Parameter wie Anlaufverhalten, Lastgang (Lastspitzen, Lastwechsel) und Betriebsdauer erfasst. Anhand der Messdaten kann zu jedem Antriebssystem eine ideale
Optimierung ausgearbeitet werden. Die erfassten Messdaten sind zugleich die Basis für weitere Auswertungen.
Auswertungen zum Lastfaktor liefern Aufschlüsse zur Dimensionierung und zum Betriebspunkt der gemessenen Antriebe. Mit sinkendem Lastfaktor sinkt der Wirkungsgrad des Motors gemäss der Wirkungsgradkurve. Durch eine genaue Auslegung des Motors auf die
Anwendung und deren Anforderung lässt sich das gesamte Effizienzpotential ausschöpfen und der Motor möglichst effektiv betreiben.
Abbildung 4: Lastfaktor
Die Vielzahl von Daten ermöglichen Aussagen zu diversen Parametern der Antriebe und liefern wichtige Erkenntnisse zu den heutigen Antrieben in der Industrie.
• Alter
56% der Motoren sind älter als ihre technische Lebensdauer, die zu alten Motoren sind im
Durchschnitt 83% zu alt
• Frequenzumrichter
Lediglich 14% der über 1500 erfassten Motoren werden mit einem Frequenzumrichter betrieben
• Betriebsstunden
Es lassen sich keine generellen Zusammenhänge zwischen der Motorengrösse und den Betriebsstunden pro Jahr erkennen
• Lastfaktor
Der durchschnittliche Lastfaktor der im Rahmen von Easy gemessenen 75 Motoren liegt bei rund 59%
87

Motor Summit 2012 Zurich, Switzerland
Konstantin Kulterer/Petra Lackner
Austrian Energy Agency
Mariahilfer Str. 136
E-Mail konstantin.kulterer@energyagency.at
In Industrie und produzierendem Gewerbe bestehen nach wie vor beachtliche Einsparpotenziale, die durch wirtschaftliche Maßnahmen realisiert werden können. Das klima:aktiv Programm „energieeffiziente betriebe“ in Österreich unterstützt Betriebe bei der Optimierung ihres Energieeinsatzes. Seit 2006 konnten ca. 156.000 t CO
2
eingespart werden.
Der wichtigste Schritt zur Energieeffizienz eines Betriebes ist zunächst die bewusste Entscheidung der Geschäftsführung für eine systematische Verbesserung der Energiesituation. Das ideale Werkzeug dazu liefert ein Energiemanagementsystem nach dem weltweiten Standard ISO 50001. Neben einer Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Implementierung von Energiemanagement bietet die Website www.energymanagement.at ein Online-Benchmarking-Tool, mit dem Betriebe ihre Energiekennzahlen mit den Branchenbesten vergleichen können.
Eine umfassende Erstanalyse gibt Aufschluss über den Energieverbrauch einzelner Geräte, Maschinen oder Technologien und Prozesse in Unternehmen. Dazu dient das eigens entwickelte „ProTool“, ein Excel-Programm zur Datensammlung und Auswertung. Als Ergebnis liefert es sämtliche Energieverbrauchsdaten und eine erste Abschätzung der Einsparungspotenziale für jeden angegebenen Verbrauchsbereich. Bereiche, die ein hohes Einsparpotenzial aufweisen, werden so deutlich sichtbar.
Eine Ergänzung dazu stellt der „Energiecheck Simple“ dar, mit dem anhand von einfachen „Ja/Nein-
Fragen“ die Energieeffizienz eines Unternehmens überprüft werden kann.
Darauf aufbauend werden für die wichtigsten Querschnittstechnologien in der Sachgüterproduktion sukzessive Konzepte zur Beurteilung der Energieeffizienz entwickelt. Technische Schwerpunkte lagen bisher im Bereich der elektrischen Antriebe, da knapp zwei Drittel des Stromverbrauchs in der Sachgüterproduktion für elektrische Antriebe verwendet werden und ein hohes wirtschaftliches Einsparpotenzial von ca. 30 % besteht. 2008 wurde die Druckluftoffensive „Halten Sie die Luft an“ gestartet,
2009 folgte die Pumpenoffensive „Pump Genau“ und 2010 der Schwerpunkt „Vom Ventilator verweht“.
2012 erstellte die Österreichische Energieagentur im Rahmen des Schwerpunkts „Berechnen Sie eiskalt“ den Leitfaden „Kältesystemaudits in Betrieben“. Dieser leistet Hilfestellung bei der raschen
Bewertung des Einsparpotenzials. Die Österreichische Energieagentur will, dass möglichst viele Kälteanlagen in Österreich gemäß dem Leitfaden analysiert werden, um den Energieverbrauch für Kältesysteme um durchschnittlich 10 % zu senken. Die dafür erforderlichen Energieaudits werden in den
Bundesländern finanziell unterstützt bzw. gefördert. Die klima:aktiv Kältekampagne konzentriert sich dabei auf die Evaluierung von Topmaßnahmen, die erfahrungsgemäß die höchsten Einsparungen lukrieren.
88

Motor Summit 2012, Zurich, Switzerland
Zur professionellen Unterstützung arbeitet das Programm mit führenden Marktpartnern der entsprechenden Technologieschwerpunkte zusammen. Seit 2006 besuchten 940 TeilnehmerInnen (400 Personen) die klima:aktiv Schulungen, alle Unterlagen finden sich auf www.eebetriebe.klimaaktiv.at“.
Für die Branchenkonzepte werden die größten Energieverbraucher der Branche festgestellt, analysiert, und ihnen bereits bewährte Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz aufgezeigt.
Veranstaltungen, Newsletter und Schulungen stärken das Bewusstsein der Betriebe für Möglichkeiten zur Optimierung des betrieblichen Energieeinsatzes. Einmal jährlich zeichnet Umweltminister Nikolaus
Berlakovich besonders energieeffiziente Betriebe und deren EnergieberaterInnen aus. Dieses Jahr fand die Veranstaltung, am 22. November 2012 bereits zum fünften Mal statt.
Die umgesetzten Maßnahmen werden auf der Programm-Website veröffentlicht und zeigen die Vielfalt an wirtschaftlichen Möglichkeiten zur Erhöhung der Energieeffizienz. Sie dienen anderen Unternehmen als Ansporn ebenfalls diesen Beispielen zu folgen: www.eebetriebe.klimaaktiv.at
.
Stromanwendungen
(100% = 1.364 MWh)
Rest 2%
(31 MWh)
Licht 1%
(14 MWh)
Druckluft 9%
(116 MWh)
Antriebe 72%
(994 MWh)
Ventilatoren 16%
(218 MWh)
Pumpen <1%
(5 MWh)
Abbildung 1: Verteilung d zeigt ein Beispiel der Aufteilung des Stromverbrauchs nach dem
„ProTool“ in einem Sägewerk.
Abbildung 2: klima:aktiv Kälteleitfaden und -folder
89

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
Urs Berger
Migros Genossenschafts Bund
8005 Zürich urs.berger@mgb.ch
Die Migros hat sich in ihrer Klima- und Energiestrategie 2020 ehrgeizige Ziele gesetzt. Sie will ihre
Treibhausgasemissionen bis 2020 absolut um 20 Prozent senken. Im gleichen Zeitraum soll der
Stromverbrauch absolut um 10 Prozent reduziert werden.
Die Migros zeigt, dass Höchstleistungen im Klimaschutz möglich sind. Alleine in den letzten 20 Jahren konnte das Unternehmen in ihren Filialen die CO2-Emissionen aus fossilen Brennstoffen um die Hälfte reduzieren.
Mit diesen hoch gesteckten Zielen bekennt sich die Migros zu einer verantwortungsvollen Klimastrategie. Um die Ziele zu erreichen, wird die Migros konsequent auf energieeffiziente und klimafreundliche
Technologien setzen. In den Filialen sind insbesondere energieeffiziente Kühlmöbel und die schrittweise Umstellung auf die energiesparende LED-Technik in der Beleuchtungen geplant. Alle neuen
Filialen verzichten wo immer möglich ganz auf fossile Brennstoffe.
Energieeffizienz ist bei der Migros bereits seit den 70-er Jahren ein wichtiges Thema. Das Unternehmen verfügt über die grösste Minergie-Fläche der Schweiz (über 790‘000 Quadratmeter) und engagiert sich als Pionierin für die Sonnenenergie. Heute stehen 23 Photovoltaik-Anlagen auf Migros-
Dächern, weitere sind geplant oder bereits im Bau. Jährlich werden so über 3.5 GWh/Jahr Solarstrom produziert – immerhin über 2% des Schweizer Solarstroms.
Für ihr über 30-jähriges Engagement im Energie- und Umweltbereich wurde die Migros mehrfach ausgezeichnet. „Die Migros ist ein echter Klimaschützer“, attestierte ihr die Jury des wichtigsten internationalen Energiepreises Energy Globe Award Ende 2011 (www.energyglobe.com).
Die Umsetzung der Klima- und Energiestrategie erfolgt über individuelle und operationalisierte Ziele durch die einzelnen Genossenschaften und Unternehmen. Wesentliche Bestandteile der Umsetzung sind definierte best–practice Technologien, verbindliche Energiemanagement-Prozesse und Investitionsregeln, welche die Lebenszykluskosten angemessen berücksichtigen. Eine grosse Herausforderung stellen dabei die Ressourcen der technischen Mitarbeiter dar. Durch die ambitiösen Ziele werden unsere Mitarbeiter und auch die externen Partner wie Planer und Unternehmer mit zusätzlichen Anforderungen (vertieftem Know-how im Bereich der Energieeffizienz und konsequente Umsetzung dieser Technologien) konfrontiert.
Seit den 70-er Jahren bewerten wir die Energieeffizienz unsere Filialen mit Kennzahlen. Dieses System wurde in den vergangenen Jahren deutlich verfeinert und ein internes Energieklassensystem aufgebaut. Anhand dieses Kennzahlensystems können Zielwerte für Neu- und Umbauobjekte vorgegeben und kontrolliert werden. Mit unserem Energiedatenmanagementsystem werden die Verbrauchswerte von über 11‘000 Energie- und Wasserzähler viertelstündlich erfasst und ausgewertet.
Aus diesen Informationen können Optimierungsmassnahmen abgeleitet, umgesetzt und deren Wirkung nachgewiesen werden.
Im Filialbereich ist die Produktekühlung mit einem Anteil von 50 – 70 % der grösste Stromverbraucher, gefolgt von der Beleuchtung und den übrigen Verbrauchern wie Antriebe für Ventilatoren, Pumpen,
90

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
Transportanlagen und ICT. Unser Hauptaugenmerk gilt deshalb der Kältetechnik mit Kältekompressoren, Kühl-/Tiefkühlmöbeln, Ventilatoren und Pumpen. Durch eine systematische Optimierung konnte in
Zusammenarbeit mit Komponentenherstellern und Installationsfirmen der spezifische Verbrauch drastisch gesenkt werden. Die Stromeffizienz von Heizungs- Lüftungs- und Klimaanlagen, welche zum Teil für deutlich weniger als 10% des Stromverbrauchs einer Filiale verantwortlich sind, wird durch folgende Massnahmen verbessert:
• Angepasste, auf Erfahrung beruhenden Dimensionierung der HLK-Anlagen
• Berücksichtigung der „specific fan power SFP“ bei der Auslegung von Lüftungsanlagen, Elektrothermische Verstärkung ETV bei Pumpen und Ventilatoren und die Wirkungsgrade der einzelnen Komponenten.
• Bedarfs- und Leistungsabhängige Steuerung und Regulierung (Variable Fördermengen)
Die entscheidenden Hebel für energieeffiziente Anlagen sind die korrekte Dimensionierung der HLK-
Anlagen und die Qualität der Steuerung und Regulierung, welche erst durch eine konsequente Betriebsoptimierung erreicht werden kann.
Viele Fachplaner und HLK-Unternehmer sind in diesem Effizienzbereich zu wenig kompetent und vermögen energieeffiziente Lösungen nur bei einer sehr engen Führung durch unsere Fachspezialisten auch umzusetzen.
Bei der Beschaffung von komplexen Produktions- und Logistikanlagen wird versucht durch Vorgaben und LCC-Betrachtungen möglichst energieeffiziente Lösungen zu bevorzugen. Im Betrieb kann nur eine sehr niedrige Bereitschaft festgestellt werden, bestehende Motoren in komplexen Anlagen zum
Zweck der Effizienzsteigerung zu ersetzen. In diesem Bereich ist auch eine deutliche Zurückhaltung von Anlagenlieferanten und -Herstellern zu beobachten. Auf der anderen Seite sind Effizienzspezialisten stark auf den Effizienzbereich fokussiert und bieten selten vollständige Dienstleistungen von der
Analyse der Optimierungspotentiale, über den Ersatz von Motoren, Antrieben und Steuerungen bis zur
Mängelbehebung und Optimierung.
Energieeffizienz von technischen Anlagen und Systemen beginnt bereits bei der Anfrage. Neben den systemtechnischen Anforderungen müssen auch die Anforderungen an die Energieeffizienz formuliert und im Laufe der Projektentwicklung konsequent verfolgt und verfeinert werden. Diese Zielsetzung gleicht einer zusätzlichen Dimension und stellt damit deutlich höhere Anforderungen an alle Beteiligte.
Oft fehlt in diesem Prozess die beharrliche Auseinandersetzung auf der Besteller Seite. Jedoch auch auf der Seite der Auftragnehmer (Planer, Hersteller und Lieferanten) stellen wir eine Zurückhaltung fest, dieser weiteren Dimension durch vertiefte Bearbeitung gerecht zu werden.
Wesentliche Hemmnisse für die erfolgreiche Realisierung von energieeffizienten Systemen sehen wir noch immer in einer ungenügenden Beachtung der Energiekosten bei Investitionsentscheiden, aber auch in einem mangelnden anwendungsorientierten Wissen bezüglich der Energieeffizienz. Diese
Dimension ist bei vielen Planern, Herstellern und Betreibern noch zu wenig ausgebildet. Diese Lücke sollte durch anwendungsorientierte Schulungs- und Weiterbildungsangebote in der nahen Zukunft geschlossen werden.
91

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
Eberhard Jochem, Prof. Dr.-Ing.
Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI)
Breslauerstr. 48, D 76 139 Karlsruhe e.jochem@isi.fraunhofer.de
Energy Efficiency Networks (EENs) represent a new energy policy instrument, which is not applied by governmental bodies, but by actors of service companies or institutions or by utilities. In Energy Efficiency Networks, 10 to 15 regionally based companies from different industrial sectors share their experiences in energy efficiency activities in moderated meetings (mostly four meetings per year).
After an initial consultation and identification of profitable energy efficiency potentials in each participating company or factory, all participants decide upon a joint energy efficiency and a CO
2
reduction target over three to four years. Information on new energy efficient solutions of all cross cutting technologies – including all motor driven systems such as compressed air, ventilation, cooling, air conditioning, pumping - is provided by experts during these meetings and the performance of each company is monitored on an annual basis. A typical network period is of about three to four years with up 16 meetings, after which the participants decide whether or not the EEN should be continued.
The main goals of an EEN are to reduce energy cost by identifying and realizing profitable energy efficiency solutions and reducing transaction costs. Indirectly, the objectives are directed to overcome existing obstacles such as lack of knowledge in energy efficient solutions (including organisational measures), to raise the priority of energy efficiency aspects within the company, particularly in cross cutting technologies and to change inadequate decision and investment routines in energy efficiency and renewable energies. Results from 70 networks in Switzerland and more than 50 networks in Germany show that the participating companies can double their energy efficiency improvements. Every company that has been consulted so far has a more or less substantial profitable efficiency potential
(internal rate of return > 12 %) between five and 25 % of its present energy demand. Much of this potential has been identified in electrical motor systems.
The first energy efficiency network was founded in Switzerland in 1987 (EnergieModell Schweiz) and the idea was transferred to Germany in 2002. Currently, almost 60 EENs are operational in Germany in 2012. To foster the idea a “30-Pilot-Networks”project was initiated by the author in 2008 funded by the German government ( www.30pilot-netzwerke.de
).
Besides implementing 30 EENs and training consulting engineers as well as special moderators for moderating the meetings, the main objective of the project was to improve an existing network management system (MS) to operate EENs at a high quality standard labelled as LEEN (Learning Energy
Efficiency Networks). The MS consists of an EEN manual with helpful documents (e.g. contract templates, checklists, technical manuals, presentation of energy efficient solutions) and about 25 software-based techno-economic calculation tools which are being developed under a joint user interface.
All major applications of motor systems are modelled by these investment calculation tools (e.g. compressed air, electrical motors, pumps, cooling free cooling, ventilation.
The MS offers three elements needed for the international Norm ISO 50001 (Energy Management
Systems): an initial consulting report, a list of planned energy efficiency investments and organisational measures for the years to come, and a yearly monitoring which can be performed by the company itself or by the consulting engineer.
92

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
EENs are financed and operated mainly by industry itself. They represent an innovative approach for medium-sized companies being applicable in any industry with minor adaptations.
The main activities of the energy efficiency networks are (1) an initial consultation for each company by an experienced engineer, (2) an agreement on a common target for energy efficiency improvement and for CO2 emission reduction of the network with a time horizon of three to four years on the basis of the results of the initial consultation, (3) regular meetings (four times per year) with presentations on technical and organisational issues by invited senior experts and exchange of experiences among the energy managers, and (4) an annual monitoring of energy efficiency progress and the reduction of energy related greenhouse gas emissions for each company and the network.
Phase 0
(3 to 9 month)
Acquisition Meetings:
LEEN-Concept
- organisation
- process
- costs
Letter of Intent/
Contract
Official Start of
Network
Timeframe 3 to 4 years
Phase 1
(3 to 6 month) identification of profitable energy savings:
- initial questionnaire
- site inspection
- initial savings report
Target agreement
- Energy reduction
- CO
2
-reduction
Phase 2
(3 to 4 years) continuous network meetings
(3 to 4 meetings per year) content:
- site inspection
- lecture on an efficiency topic
- presentation of realized measures
- general exchange of experiences completion
- communication on results
- decision, if network will be continued
Monitoring of results
Communication on network activities
Figure 1. Setting up and operating an energy efficiency network for the first three to four years
The achievements observed in five energy efficiency networks over a period of two to four years (between 2004 and 2012) look promising:
•
•
•
•
•
•
On the average, the companies participating in the efficiency networks agreed upon an efficiency target of around 2 % per year which is a double of the average industry achieved during the last five years. The authors observed substantial deviations for individual companies due to very different reasons (e.g. substantial or no new investments, high growth or decline in production, low or strong support from the board)
The results of the reduction of specific CO demand with its higher specific CO
2
2
emissions were a little less than 2 %, as electricity
emissions increased its share in all networks.
After three to four years, the energy cost savings of a company ranged in the order of 220,000 € per year and 1.000 tonnes CO
2
reduction per company (average).
Since 2005, the third largest German electricity utility initiated 16 energy efficiency networks with
200 companies until March 2011 which is one third of all presently operating energy efficiency networks.
An interesting observation was (and still is) that several participating companies started checking their products for higher efficiencies (e.g. high efficient ventilators, gear boxes) or developing new products and systems (e.g. energy management systems); other companies approached their technology suppliers asking for improved and high efficient solutions (e.g. lower weights of transport lines, better insulation and control techniques of kilns).
While 100 measures were planned and implemented, 60 new ideas – mostly more complex and sophisticated – were born and developed for further improvement of the companies’ energy performance.
93

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz
Nick Beglinger
Wirtschaftsverband swisscleantech
Reitergasse 11, 8004 Zürich nick.beglinger@swisscleantech.ch
swisscleantech vertritt die führenden Cleantech Unternehmen, Branchen- und Interessensverbände in der Schweiz und Liechtenstein. swisscleantech steht für eine nachhaltige und liberale Wirtschaftspolitik (konsequente Internalisierung externer Kosten mittels schlanken Rahmenbedingungen), bündelt die Kräfte der Grünen Wirtschaft und vertritt ihre Interessen in der Politik. Für swisscleantech steht der
Begriff 'Cleantech' nicht für eine spezifische Branche oder Industrie, sondern für einen Qualitätsfaktor in Sachen Ressourcen Effizienz und Emissionen. Cleantech hat Relevanz für Firmen in jeder Industrie, gilt für Produkte und Dienstleistungen, und appliziert überall in der Wertschöpfungskette. Das Ziel von swisscleantech ist die Schweiz als internationale Cleantech Vorreiterin zu positionieren. Wir bieten Mitgliederdienstleistungen an (Datenbank, News-Service, Veranstaltungen und Fokusgruppen) und unterstützen Referenzprojekte. swisscleantech wurde am 07/12/2009 von Nick Beglinger, Chris
Häuselmann und Bertrand Piccard gegründet.
Effizienz brauch eine wirtschaftspolitische Stimme und aktives Lobbying - besonders im Prozess einer
Kehrtwende in der Energiepolitik. swisscleantech setzt sich dafür ein, dass die richtigen regulatorischen Rahmenbedingungen nachhaltiges Wirtschaften systematisch belohnen. Für swisscleantech ist dabei ein Fokus auf Effizienz zentral - betreffend alle Ressourcen, inklusive Energie. für den Verband sind freiwillige Massnahmen ein 'nice to have', klare Rahmenbedingungen jedoch ein 'must have'. swisscleantech vertritt die Position, dass Energie heute zu billig ist weil keine konsequente Vollkostenrechnung angewendet wird. Um die Vollkostenrechnung konsequent in den regulatorischen Rahmen einbringen zu können, bedarf es einer starken und aktiven Lobby die für ihre Interessen kämpft. Und es braucht ein Know How und Innovations-Netzwerk der wichtigen Akteure. Es gilt neue Lösungen zu präsentieren, neue Mehrheiten zu bilden und das Thema 'Umwelt' wirtschaftsfreundlich umzusetzen.
swisscleantech hat sich bereits vor Fukushima, aus wirtschaftlichen Gründen, gegen die Kernkraft ausgesprochen und sich für eine nachhaltige Energiepolitik eingesetzt. Um uns stark genug zu positionieren haben wir seit 2010 eine eigene Analyse der Energiewende, die Cleantech Energiestrategie, entwickelt. Diese setzt klare quantitative und qualitative Ziele (z.B. 100% Erneuerbare Energie, 1 Tonne CO2 pro Kopf bis 2050). Sie basiert auf einem dynamischen Energiemodell das von swisscleantech entwickelt und jüngst von Ernst & Young auf seine Funktionalität geprüft wurde. Das Energiemodel kann durch die Arbeit unserer verschiedenen Fokusgruppen laufend mit neuen Parametern gespiesen und weiterentwickelt werden. swisscleantech und ausgewählten Moderatoren leiten die Gruppen, bestehend aus Vertretern unserer Mitglieder - Firmen und Branchenverbände, sowie weiteren
Fachleuten aus Wirtschaft, Politik und Wissenschaft. .Fokusgruppen werden zu spezifischen Themen und Fragenstellungen zusammengerufen. Die Gruppe 'Energie in der Industrie' befasst sich spezifisch mit Motoreneffizienz (auch in Kooperation mit S.A.F.E). In halbtägigen Workshops werden detaillierte
Faktoren, wie z.B. die Effizienzstandards oder Leistungskriterien für die Periode bis 2050 diskutiert.
Die dabei gewonnen Einsichten und Einschätzungen werden als Parameter genau definiert, auf die sich dann das Energiemodell stützt. Unsere Modellrechnungen erlauben uns so, Entwicklungen bezüglich Energienachfrage und -Angebot, sowie Faktoren wie Preise, Lastschwankungen oder volks-
94

Motor Summit 2012 Zürich, Schweiz wirtschaftliche Auswirkungen zu analysieren. Das Resultat: Die Energiewende ist technisch machbar und wirtschaftlich attraktiv.
Für swisscleantech ist der sekundäre Sektor ein wichtiger Teil der Schweizer Wirtschaft. Wir setzten uns ebenso für eine starke Industrie, wie für den Dienstleistungs- und Primärsektor ein. Viele unserer
Mitglieder produzieren und wir wollen einen starken Produktionsstandort Schweiz. Fakt ist, dass eine
Energiepolitik mit Fokus auf Effizienz, Erneuerbare, intelligente Netze und Speicherung volkswirtschaftlich für die Schweiz attraktiv ist. Die Wertschöpfung verlagert sich ins Inland (wir isolieren lokal und verbrennen kein ausländisches Öl...). Die Energie erhält ihren Vollkostenpreis und die Wirtschaft wird auf Effizienz getrimmt. Die Fokusgebiete der nationalen Strategie stellen international hoch attraktive Exportmärkte dar. Die Schweiz kann sich als Vorreiterin positionieren - unsere Schweiz Qualität wird mit 'sauberer Qualität' in Verbindung gebracht. Viele profitieren von dieser Positionierung. Wie auch die ETH kommt swisscleantech zum Schluss, dass eine Cleantech Positionierung im Allgemeinen und die Energiewende im Speziellen sich besonders für die produzierende Industrie lohnen wird.
Den wenigen energieintensiven Betrieben, die von einer raschen Energiepreiserhöhung effektiv betroffen wären, können und sollen Übergangs- und Ausnahmeregeln gelten. Da diese Betriebe jedoch nur ca. 10% des Energiekonsums ausmachen, steht der Wende dadurch nichts im Weg. Sie ist attraktiv für die Mehrheit, die 90%.
Gestärkt durch die wachsende Zahl von führenden Cleantech Firmenmitglieder und den wichtigsten
Branchenverbänden als Verbandsmitglieder, sowie detaillierten Analysen, ist swisscleantech gut positioniert um besonders in den Themen Energieeffizienz, Materialeffizienz, Erneuerbare Energien, Intelligente Netzwerke und Speicherung, Finanzierung und Innovation politischen Input zu geben. Die Detailstufe der Analysen erlaubt spezifische Vorschläge für Massnahmen und Förderstrategien. Wie wir im Meinungsbildungsprozess des neuen CO2 Gesetzes bereits gezeigt haben, lassen sich, auch wegen der 'neuen Mitte', durchaus neue politische Mehrheiten bilden die sich für eine Wirtschaftpolitik einsetzt die sowohl liberal als auch nachhaltig ist. swisscleantech sieht der Vernehmlassung sowie dem darauf folgenden Parlamentarischen Entscheidungsprozess positiv gegenüber. Es besteht eine klare Chance, die Energiepolitik der Schweiz, konsequent in Richtung Nachhaltigkeit zu wenden - mit Cleantech Schub.
Solar Solar Impulse über dem Bundeshaus in Bern
Auch im Alleingang kann und soll die Schweiz eine Vorreiterin sein. Wir haben den Wohlstand und das Wissen für die überfällige Richtungsänderung. Als eines der wettbewerbsfähigsten und innovativsten Länder dieser Welt, gesegnet mit Wasserkraft und unterschiedlichen Klimazonen haben wir, in der Meinung des Verfassers sogar die Pflicht diesen Schritt zu gehen. Wenn nicht die Schweiz, wer denn sonst?
95

Motor Summit 2012, Zurich Switzerland
www.topmotors.ch
Topmotors is powered by S.A.F.E. and supported by SwissEnergy
Zürich, 29. November 2012, (CUB:c:\users\rolf tieben\dropbox\büro cub\motor_summit\tagungsband\what is topmotors12.doc)
Topmotors is the implementation program for energy efficient electric motor systems within the framework of SwissEnergy in Switzerland. It is operated by S.A.F.E. the Swiss Agency for Efficient Energy Use. There are partnership projects for pilot projects, implementation and training with professional industry groups (EnAW and ÖBU) as well as power utilities (EKZ), Cantons of
Zurich (Awel) and Zug, as well as industry associations (ProKlima, SEMA, SVK, swisscleantech,
Swissmem und SwissTnet).
Topmotors aims at improving electric motor systems in pumps, fans, compressors and mechanical traction that are used in industry, infrastructure projects and large buildings.
Topmotors has run a series of pilot projects in industry and infrastructure plants. It provides training for energy efficiency consultants and technical staff in industry. It is also responsible for the financial incentive program Easy.
Topmotors has the Motor-Check available, a four step audit for existing motors in industry.
1 Rough overall calculation of motors as fraction of total electric energy use, estimate of potential energy savings based on age and structure of motor park.
Tool: SOTEA (software tool for efficiency potential)
2 Accounting of running motor stock, decision maker by age, size and annual hours of operation. Priority for replacements.
Tool: ILI (intelligent motor list)
3 Electric measurement of peak and starting load. Basis for downsizing of motor and use of variable frequency drive. Evaluation of cost/benefit for system improvement.
Tool: Standard report
4 Investment plan for systematic three year improvement program.
Tool: LCC (Life Cycle Calculator), MST (Motor Systems Tool)





The web site also gives a number of technical support documents:
Application guides for pumps and fans
Good examples
On site measurements
Load profiles
Average cost
Necessary equipment and possible interpretation for partial and changing load
Interpretation of year, week and day profiles for average running hours.
Cost in CHF/kW for standard IE3 motors and frequency inverters
Access to more detailed motor and drive engineering software tools and motor database:

 EuroDEEM European motor database
Motor Master+ International motor database
If you want to receive the Topmotors newsletter register at www.topmotors.ch
96

Motor Summit 2012, Zurich Switzerland
www.topmotors.ch
Topmotors is powered by S.A.F.E. and supported by SwissEnergy
Topmotors ist das Umsetzungsprogramm für energieeffiziente elektrische Antriebe innerhalb des Programms EnergieSchweiz. Topmotors wird von S.A.F.E. der Schweizerischen Agentur für Energieeffizienz organisiert. Dabei gibt es Partnerschaftsprojekte für die Umsetzung und
Ausbildung mit EnAW, ÖBU und dem Energieversorger EKZ, den Kantonen Zürich (Awel) und
Zug, sowie mit Fachverbänden wie ProKlima, SEMA, SVK, swisscleantech, Swissmem und
SwissTnet.
Topmotors will die Energieeffizienz von Pumpen, Ventilatoren, Kompressoren und mechanischen Traktionsanlagen in der Industrie, in Infrastrukturanlagen und grossen Gebäuden verbessern.
Topmotors hat bereits eine Reihe von Pilotanlagen in der Industrie und in Infrastrukturanlagen untersucht. Topmotors bietet Ausbildungskurse für Energieberater und technisches Personal in der Industrie an. Topmotors ist auch für das Finanzierungsprogramm Easy verantwortlich.
Topmotors präsentiert einen Motor-Check auf der Basis eines vierstufigen Industrieaudits:
1 Gesamtrechnung des elektrischen Energieverbrauches, des Anteils der elektrischen Antriebe und Schätzung des Effizienzpotenzials nach Alter und Nutzung der Anlagen.
Tool: SOTEA (Software Tool für Effizienzpotenzial)
2 Aufnahme des Motorenbestandes, 1-2-3 Test nach Alter, Grösse und Betriebsstunden.
Prioritäten für Ersatz.
Tool: ILI (Intelligente Motorenliste)
3 Elektrische Lastmessungen beim Start und im Betrieb, Grundlage für Motordimensionierung und Einsatz von Frequenzumrichter. Kosten-/Nutzen von Verbesserungen.
Tool: Standard Auswertung
3 Investitionsplan für systematisches Verbesserungsprogramm innert der nächsten drei
Jahre.
Tool: LCC (Life Cycle Calculator), MST (Motor Systems Tool)



Im Internet werden eine Reihe von Merkblättern vorgestellt:


Anwender Modul für Pumpen und Luftförderung
Gute Beispiele
Messungen
Lastprofile
Kosten
Nötige Messgeräte zur Ermittlung von Lastprofilen und zur Bestimmung des Teillastanteils.
Interpretation des elektrischen Jahres-, Wochen- und Tagesgangs zur
Bestimmung der mittleren Jahresbetriebsdauer.
Spezifische Kosten CHF/kW für Standardmotoren und
Frequenzumformer.
Zugang zu detaillierten Engineering Softwareapplikationen ist vorhanden:

 EuroDEEM European Motorendatenbank
Motor Master+ Internationale Motorendatenbank
Wenn Sie den Topmotors Newsletter erhalten wollen, registrieren Sie sich unter www.topmotors.ch
97

Motor Summit 2012, Zurich Switzerland
Founded
Status
1998
Mission
Representation
Members
Energy efficiency with a focus on electricity
Ecological and consumer interests
9 individuals and 7 collective members: electrosuisse, equiterre, Greenpeace Switzerland, SES, SKS, SLG,
WWF Switzerland,
President
Director
Giuse Togni
Silvia Berger
Members of the board Armin Braunwalder, Eric Bush, Conrad U. Brunner, Stefan Gasser, Jürg
Nipkow, Felix Meier, Christa Mutter, Paul Schneiter, Giuse Togni.
Media partner
Major projects
Non governmental agency NGO, association by Swiss law.
Swissagency for efficient energy use under subcontract of the Swiss
Federal Office of Energy and in the SwissEnergy Program since 2001
Consuprint (K-Tipp, Saldo)
Faktor Publishers (factor journal and books)
Topten (Eric Bush) www.saldo.ch
www.topten.ch
Lighting (Stefan Gasser)
Motors (Conrad U. Brunner)
Energy efficiency (Jürg Nipkow)
Consumer advisory (Giuse Togni) www.toplicht.ch
Household demand (Thomas Heldstab)
, www.ktipp.ch
www.faktor.ch
Streetlight (Giuse Togni) www.topstreetlight.ch www.energybox.ch
www.topmotors.ch
www.energysystems.ch
www.energy-efficiency.ch
International projects Euro Topten (Energy Intelligent Europe) www.topten.info
Address
Media (Armin Braunwalder, Christa Mutter) www.efficace.ch
S.A.F.E.
Tel +41 (0)44 362 92 31 www.energieeffizienz.ch
www.efficace.ch
www.energy-efficiency.ch
www.energieeffizienz.ch
Energy+ pumps www.energypluspumps.eu
IEA 4E Motor Systems Annex www.motorsystems.org
Schaffhauserstrasse 34, CH 8006 Zurich Switzerland
,
98

Motor Summit 2012, Zürich
Zürich, 29. November 2012, (CUB:c:\users\rolf tieben\dropbox\büro cub\motor_summit\tagungsband\was ist safe12.doc)
Gründung
Status
1998
Non Governmental Agency NGO, Verein
Energieagentur mit Leistungsauftrag des Bundesamtes für Energie im
Programm Energie Schweiz seit 2001
Mission
Vertretung
Mitglieder
Energieeffizienz mit Schwerpunkt elektrische Energie
Umwelt- und Konsumenteninteressen
9 Einzelmitglieder und 7 Kollektivmitglieder: equiterre, Electrosuisse, Greenpeace Schweiz, Schweizerische
Energie-Stiftung SES, Schweizer Lichtgesellschaft SLG, Stiftung für
Konsumentenschutz SKS, WWF Schweiz
Präsidentin
Geschäftsführer
Vorstand
Medienpartner
Hauptprojekte
Giuse Togni
Silvia Berger
Armin Braunwalder, Eric Bush, Conrad U. Brunner, Stefan Gasser, Jürg
Nipkow, Felix Meier, Christa Mutter, Paul Schneiter, Giuse Togni
Consuprint (K-Tipp, Saldo)
Faktor Verlag www.faktor.ch
www.saldo.ch
, www.ktipp.ch
Internationale Projekte Euro Topten (Energy Intelligent Europe) www.topten.info
Energy+ pumps www.energypluspumps.eu
IEA 4E Electric Motor Systems Annex www.motorsystems.org
Adresse
Topten (Eric Bush) www.topten.ch
Licht (Stefan Gasser) www.toplicht.ch
Haushalt Stromverbrauch (Stefan Gasser) www.energybox.ch
Motoren (Conrad U. Brunner) www.topmotors.ch
Energieeffizienz (Jürg Nipkow) www.energysystems.ch
Konsumentenratgeber (Giuse Togni) www.energy-efficiency.ch
Medien (Armin Braunwalder, Christa Mutter) www.energie-effizienz.ch
, www.efficace.ch
S.A.F.E.
Schaffhauserstrasse 34, CH 8006 Zurich Switzerland
Tel +41 (0)44 362 92 31 www.energieeffizienz.ch
www.efficace.ch
www.energy-efficiency.ch
99

The Implementing Agreement “Efficient Electrical End-Use
Equipment" 4E of the International Energy Agency was launched in 2008. 12 countries work together in 4E to improve energy efficiency in standby power, motor systems and lighting. They also engage in mapping and benchmarking of product efficiency levels. Further information: www.iea-4e.org
.
Electric motors around the globe use 45% of total electricity consumption for pumps, fans, compressors and mechanical traction in industry, infrastructure plants and large buildings. The goal of the 4E
Electric Motor Systems Annex (EMSA) is to improve energy efficiency of electric motor systems through information dissemination, capacity building, training, experience exchange and other activities.
For this, EMSA works on many levels:
• on the global level, to ensure clear and robust international standards are in place
• on the national level, to help governments develop and implement an optimal mix of policies for market transformation
• on the company level, to raise the awareness of executives to efficiency potentials in motor systems and enable engineers and technicians design and maintain efficient systems
• on the personal level, to inform interested persons on latest motor efficiency developments from government, industry, academia.
EMSA was launched in October 2008 and is currently in its second program phase, running until 2014.
Six countries work together in EMSA, each of them engaged with a specific issue:
Topic
Motor Systems Policy
Capacity Building
International Standards
SEAD
1
Testing
Outreach
Country
Austria
Denmark
Switzerland, Netherlands
USA
Australia
Switzerland
Switzerland is the lead country of EMSA. Conrad U. Brunner ( cub@cub.ch
) is the Operating Agent and Rita Werle ( rw@abinternational.ch
) the project coordinator. The Swiss representative in the 4E
Executive Committee is Roland Brüniger.
For more information visit the EMSA website www.motorsystems.org
.
At the Motor Summit 2012 three EMSA workshops are held on 4 December: Policy, Motor Tools and
Testing.
1 Super-Efficient Equipment and Appliance Deployment www.superefficient.org
100

Motor Summit 2012, Zurich Switzerland
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Zürich, 30. November 2012,
S.A.F.E. wants to thank the following institutions that made the Motor Summit 2012 possible:
Sponsors:
Swiss Federal Office of Energy (BFE) with the SwissEnergy program
EKZ, Power Utility of Canton of Zurich
Canton of Zurich, AWEL
Canton Zug, Building Department
NEMA, US National Electrical Manufacturers Association
S.A.F.E., Swiss Agency for Efficient Energy Use
•
•
Partners for this event:
EnAW Energie-Agentur der Wirtschaft
Faktor Publishers, Zurich
IEA 4E Electric Motor Systems Annex EMSA
Öbu Netzwerk für Nachhaltiges Wirtschaften
ProKlima
S.A.F.E.
SEMA
SVK swisscleantech
Swiss Technology Network
Swissmem
•
•
•
•
•
Industrial exhibitors and contributors:
ABB Schweiz AG
Control Techniques AG ebm-papst AG
Grundfos Pumpen AG
101