Duurzaam optimaliseren van aandrijvingen

Binnen de industrie zijn aandrijvingen grootverbruikers van energie. Zeker wanneer het om de aandrijving van pompen, ventilatoren en roerwerken gaat. In het kader van de energietransitie is er dan ook veel aandacht voor het terugdringen van het energieverbruik van juist deze aandrijvingen. In dit artikel een globaal overzicht van de mogelijkheden, waarbij eenvoudige stappen in sommige gevallen leiden tot grootse resultaten.

Aandrijvingen maken veelal deel uit van een complete aandrijflijn die bijvoorbeeld bestaat uit een elektro- of hydromotor, een overbrenging en het element dat moet worden aangedreven. Wanneer het om een elektrische aandrijving gaat, dan is de motor via een as en eventueel een tandwielkast gekoppeld aan het aan te drijven component. In een pneumatische toepassing drijft een motor de compressor aan die perslucht genereert en bij een hydraulische aandrijving komt een olievolume op gang om vermogen over te dragen.

Een manier om energie te besparen, is te kijken naar de componenten afzonderlijk. Elektromotoren zijn bijvoorbeeld in verschillende efficiëntieklassen beschikbaar: hoe hoger de klasse, hoe minder energie ze verbruiken. Wat de overbrengingen betreft: hoe meer overbrengingen, hoe meer verliezen. Probeer deze wat dat betreft tot een minimum te beperken en dus zoveel mogelijk direct aan te drijven. Kijk tevens naar het type overbrenging want de rendementen van een tandwielkast, ketting of riem verschillen onderling. Wanneer smeermiddelen ook worden beschouwd als component: zorg er dan voor dat een aandrijving tijdig, met het juiste smeermiddel en in de juiste hoeveelheid wordt gesmeerd. Er zijn vele onderzoeken beschikbaar die aangeven hoeveel energie er onnodig verloren gaat door slecht smeertechnisch onderhoud. 

Ook regeltechnisch zijn de nodige besparingen te realiseren. Zo zijn frequentiegestuurde aandrijvingen vrijwel altijd zuiniger en vanuit de wet- en regelgeving in bepaalde gevallen zelfs verplicht. Afhankelijk van de applicatie kan het verder energetische voordelen opleveren om een installatie in standby-modus te zetten wanneer hij niet hoeft te draaien. Een ander voorbeeld is om gebruik te maken van een mechanische rem in plaats van een elektrische rem die voortdurend energie verbruikt in de ‘houd-’ of vergrendelmodus.

Grote stappen zijn bovendien te maken wanneer de aandrijving mogelijkheden biedt voor energieterugwinning. Dit is onder meer het geval bij hydraulische installaties of aandrijvingen die op gelijkspanning werken en gekoppeld zijn aan een accu. Een typische toepassing van een hydraulische aandrijving met energieterugwinning is in hijsapplicaties waarbij de bijbehorende lier(en) moeten uitlopen bij het dalen van de hijshaak en moeten insnoeren wanneer deze naar boven beweegt. De aandrijving levert energie wanneer de installatie hijst; bij het neerlaten van de last kan energie worden teruggewonnen in een hydraulische accumulator. Een belangrijk bijkomend voordeel is dat deze energie direct te gebruiken is voor de volgende hijsbeweging, waardoor het uiteindelijke geïnstalleerde vermogen lager kan blijven.

Er is niet alleen winst te halen bij het optimaliseren van de componenten afzonderlijk; het is minimaal zo belangrijk om de volledige lijn te beschouwen. Een van de aandachtspunten is dimensionering: in veel gevallen worden aandrijvingen overgedimensioneerd omdat de verschillende betrokken partijen allemaal hun eigen veiligheidsfactor hanteren. Dit is te voorkomen door in de ontwerpfase goed te overleggen en ook na te denken over bijvoorbeeld snelheden en versnellingen. Wanneer lagere versnellingen acceptabel zijn, dan is er ook minder energie nodig en kan een aandrijving kleiner gedimensioneerd worden. Verder is het raadzaam om te kijken naar gelijktijdigheid: als regeltechnisch te voorkomen is dat bepaalde energiegebruikers gelijktijdig werken, is ook hier te besparen op het geïnstalleerd vermogen.

Tot slot zijn niet alleen bestaande lijnen te optimaliseren, maar zijn ook nieuwe ontwerpen maximaal af te stemmen op een laag energieverbruik. Onder meer met behulp van digital twins: een digitale weergave van de werkelijkheid die verder gaat dan een standaard simulatiemodel. Een dergelijke digitale tweeling biedt ontwerpers de maximale vrijheid om in dit model parameters te variëren om zo tot een optimaal ontwerp te komen. En dat zónder eerst het ontwerp daadwerkelijk te realiseren. 

Wie serieus aan de slag wil met energiebesparing doet er verstandig aan een medewerker ‘vrij’ te maken om oplossingen aan te dragen, te implementeren en te monitoren. Er zijn meer mogelijkheden dan op het eerste gezicht lijkt!