Zur Wirtschaftlichkeit von frequenzgesteuerten Vakuumpumpen

Dr. Michael Hubal
Landwirtschaftskammer Niedersachsen
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März 2014

Seit einigen Jahren werden bei Vakuumpumpen, die in Melkanlagen installiert sind, sogenannte Frequenzumrichter (FU) eingesetzt. Diese übernehmen an Stelle des Vakuumventils die Regelung des Vakuums und sorgen dafür, dass die Vakuumpumpe immer bedarfsgerecht arbeitet. Der Vorteil im Vergleich zu herkömmlichen Systemen ist ein deutlich geringerer Energiebedarf. Ziel einer Untersuchung der Landwirtschaftskammer Niedersachsen war es, die Differenz im Energieverbrauch dieser beiden Systeme zu ermitteln. Da ein Frequenzumrichter bei einer neuen Melkanlage Mehrkosten von 2.500 € verursacht und die Umrüstung einer Altanlage mit ca. 3.500 € zu kalkulieren ist, stellt sich natürlich auch die Frage, in welchem Zeitraum sich die Investition in eine frequenzgesteuerte Vakuumpumpe amortisiert.


Vakuumpumpe mit Frequenzumrichter

Für die Studie wurden fünf Milchviehbetriebe mit drei unterschiedlichen Melkanlagen-Fabrikaten ausgewählt. Um ein möglichst breites Spektrum an Einsatzbedingungen widerzuspiegeln, wurden unterschiedlich große Bestände untersucht. Hierdurch ergaben sich deutliche Unterschiede beim Verhältnis von Melkzeit zu Reinigungszeit. Die Reinigung von Melkanlagen erfordert in der Regel einen höheren Luftbedarf als das eigentliche Melken. Daher ist in größeren Betrieben mit längerer Melkzeit im Verhältnis zur Reinigungszeit auch mit einem größeren Stromeinsparpotential durch den Einsatz einer Frequenzregelung zu rechnen. Die Struktur der Betriebe, die technische Ausstattung sowie die Untersuchungsdauer sind Tabelle 1 zu entnehmen.

Tabelle 1: Struktur der untersuchten Betriebe, der Melkanlagen und erfasste Zyklen

Für die Messung des Energieverbrauchs wurde ein handelsüblicher Zähler verwendet, wie er auch von Energieversorgungs-unternehmen zur Ermittlung des Stromver-brauchs eingesetzt wird. Dieser wurde von einem Elektrofachbetrieb unmittelbar in die Zuleitung zur Vakuumpumpe eingebaut. Der Stromverbrauch wurde für 2 bis 14 Melkzeiten/Zyklen (inkl. Reinigung) jeweils im Betrieb mit einem Frequenzumrichter ermittelt. Danach wurden die Melkanlagen bei ebenfalls 2 bis 14 Melkzeiten/Zyklen (inkl. Reinigung) mit der Nennleistung der Vakuumpumpen betrieben, wobei die Regelung des Vakuums mittels Regelventil erfolgte. Auch hier wurde für jeden Messzyklus der Stromverbrauch erfasst.


Zwei Vakuumpumpen lassen sich mit einem gemeinsamen Frequenzumrichter steuern

Deutliche Stromeinsparung möglich
Die Auswertung der Studie ergab, dass ausgehend vom Verbrauch beim Betrieb mit Regelventil Energieeinsparungen von 53 bis 72 Prozent erreicht werden, wenn ein Frequenzumrichter zum Einsatz kommt. Dies deckt sich zwar nicht ganz mit den Aussagen der Hersteller, die ein Einsparpotential von bis 80 % angeben. Dennoch lassen sich nach den Ergebnissen der Messungen erhebliche Energiemengen einsparen.

Tabelle 2: Energieverbrauch je Melkzeit (inkl. Reinigung) mit und ohne Frequenzumrichter

Setzt man durchschnittliche Energiekosten von 0,20 € je kWh an und unterstellt eine Milchleistung von 8800 kg je Kuh und Jahr, ergeben sich in den untersuchten Betrieben jährliche Einsparmöglichkeiten von 615 € bis 3.256 € jährlich bzw. 0,08 bis 0,14 ct je kg erzeugter Milch. Geht man von einem Mehrpreis durch einen Frequenzumrichter bei einer Neuanlage von 2500 € bzw. von 3500 € bei einer Nachrüstung aus, so ergeben sich Amortisationszeiten für die untersuchten Betriebe von 10 Monaten bis zu 5,7 Jahren (Tab. 3).

Tabelle 3: Energieeinsparung und Amortisationszeiten durch den Einsatz von Frequenzumrichtern bei der Vakuumerzeugung

Fazit
Im Rahmen dieser Studie konnte festgestellt werden, dass der Einsatz von Frequenzumrichtern zur Regelung des Vakuums in der Milchgewinnung erhebliche Möglichkeiten zur Energieeinsparung bietet. Je nach Melkzeitdauer und ermolkener Milchmenge ergaben sich Einsparmöglichkeiten von 0,08 bis 0,14 Cent je kg Milch. Bei gleich bleibenden Energiepreisen amortisiert sich eine Investition in eine Frequenzregelung für die Vakuumpumpe somit bereits nach weniger als 1 bis 5,5 Jahren. Bei steigenden Energiepreisen verkürzen sich diese Zeiten noch weiter. Zu empfehlen ist, bei einer neuen Melkanlage immer eine frequenzgesteuerte Vakuumpumpe mit einzuplanen. Aber auch bei alten Melkanlagen kann die Umstellung auf diese Technik rentabel sein. Hier kann außerdem eine erhebliche Reduzierung der Geräuschbelastung erreicht werden, je nachdem, wie der Melkstand zum Maschinenraum angeordnet ist.

Beitrag zum download als pdf:
FU-Vakuumpumpen_Hubal_2014