„GreenScreens“ – Was kostet eine Siebmaschine wirklich?

28.11.2022,

Markus Hollbach, RHEWUM GmbH

Neben den Investitionskosten von Siebmaschinen sollten auch die mehrjährigen Betriebskosten bei einer Entscheidungsfindung betrachtet werden. Neben der unvermeidlichen Wartung ist ein maßgeblicher, wenn auch nicht offensichtlicher Kostentreiber, der Energiebedarf des eingesetzten Siebmaschinentyps. Nachfolgend werden die Gesamtbetriebskosten (Total Cost of Ownership) verschiedener Siebmaschinentypen betrachtet. 

1. Motivation
   

   In Zeiten von allgemein steigenden Energiekosten steigen neben den Kosten für Basisenergieträger, wie Kohle, Öl und Gas, auch die der sekundären Energieträger, wie zum Beispiel der elektrischen Energie. Die jüngsten Entwicklungen zeigen, dass sich speziell in Deutschland durch die eingeleitete Energiewende zumindest mittelfristig die Preise für Strom überproportional erhöhen werden. Ob die zusätzliche Gewinnung von Schiefergasen, über die häufig in den Medien berichtet wird, diesem Preistrend merklich entgegenwirken, scheint fraglich. Entsprechend sollten Anlagenbetreiber heute  grundsätzlich eine zukünftige Strompreiserhöhung berücksichtigen. Daher sollte betrachtet werden, dass Investitionsgüter wie Siebmaschinen üblicherweise kontinuierlich über Jahrzehnte betrieben werden. Es ist aus heutiger Sicht durchaus wichtig, bei anstehenden neuen Investitionen wie auch beim Ersatz bestehender Anlagen- und Anlagenteile den Aspekt der langfristigen Betriebskosten (und damit Energiekosten) zu berücksichtigen. 

2. Wie hat sich der Strompreis entwickelt und wie wird er sich entwickeln?

   Durch die Liberalisierung der Strommärkte fiel zwar in den Jahren 1998 bis 2000 der durchschnittliche Strompreis von rund 9 ct/kWh auf rund 6 ct/kWh, seit dem Jahr 2000 hat sich der Strompreis jedoch mittlerweile auf rund 15 ct/kWh, d.h. auf nahezu das 2,5-fache, erhöht (Bild 1) und ist in energieintensiven Branchen mittlerweile ein Wettbewerbshemmnis. Extrapoliert man den Preisanstieg der letzten 14 Jahre auf die kommenden Jahre bis zum Jahr 2030 (Bild 2), so ist ein Strompreis von 27 ct/kWh realistisch und hätte sich damit dann vervierfacht. Da es sich bei Siebmaschinen um langlebige Investitionsgüter handelt, ist damit zu rechnen, dass für eine heutige Investitionsentscheidung ein entsprechendes Preisszenario nicht unwahrscheinlich ist.

   
   Bild 1: Strompreisentwicklung in Deutschland: Quelle – Bundesverband der Energie- und Wassertechnik
   
   
   
   Bild 2: Strompreise in Deutschland – linear extrapoliert nach den jüngsten Entwicklungen
   
   
3. Vergleich verschiedener Siebmaschinentypen
   
   
   
   Bild 3: Einteilung von Siebmaschinen
   
   

   Zum Vergleich der Effizienz werden zum einen Siebmaschinen, deren Grundkörper mitschwingt wie Linearschwingsiebe, oder aber auch Doppelfrequenzsiebe, Flachsiebe mit kreisförmigen Schubbewegungen, Ellipsenschwinger, die nachfolgend als indirekt angetriebene Siebmaschinen bezeichnet werden, mit direkt erregten Siebmaschinen, bei denen einzig das Siebgewebe in Schwingung versetzt wird, verglichen. 

   Bei der Separation von Schüttgütern sind grundsätzlich systembedingte Verluste im Rahmen der Schwingungserzeugung zu überwinden:

   1. Dämpfung des Aufgabegutes durch Reibung
   2. Dämpfung durch Siebgewebe
   3. Dämpfung durch Lagerung (Federn, Gummifederelemente udgl.)
   4. Effizienz des Antriebs (Minimierung der systembedingten Verluste, ≈ 2 – 10 %)
   • Verluste durch möglicherweise einzusetzendes Getriebe
   • Verlust durch Keilriemenantrieb (max. 10 %)
   • Antriebsverluste des elektrischen Antriebs (unvermeidbar)
   5. Verluste durch ungenügende Ausnutzung der Siebgewebeflächen

   
   Maßgeblich für eine positive Energieeffizienz ist dabei das Massenverhältnis zwischen Aufgabemenge und schwingender Masse der Siebmaschine, neben der Effizienz des Antriebs. Die Energieeffizienz einer Siebmaschine lässt sich in erster Näherung durch den Quotienten der Aufgabemenge zur installierten Leistung ermitteln: 
   
   Eine Auswertung bereits gelieferter RHEWUM-Siebe gruppiert nach Antriebsart findet sich in Bild 4. Die Bilder 4a und 4b zeigen übliche Ausführungen des jeweiligen Typs.

   	Direkt erregte Siebmaschine	Indirekt angetriebene Siebmaschine
   Verhältnis der zur Siebung beschleunigten Massen	mSiebgewebe+Achsen << mAufgabe	mMaschine >> mAufgabe
   Durchschnitt der installierten elektrischen Leistung je Siebeinheit	1,8 kW	7,0 kW
   Durchschnitt der Aufgabemenge pro Siebeinheit	ca. 50 t/h	ca.100 t/h
   Durchschnittliche Siebenergieeffizienz	ca. 28 t/(kWh)	ca. 14 t/(kWh)
   Verhältnis direkt zu indirekt angetriebenem Sieb	2,0	1,0

   
   Bild 4a: Direkt angetriebene Siebmaschine, Typ RHEsono
   
   Bild 4b: Linearschwingsieb, Typ RHEox
   
   Bild 5: Vergleich von Siebmaschinentypen in Siebeffizienz und Siebleistung
   
   

4. Auswirkungen der Energieeffizienz auf die Betriebskosten
   
   Vereinfacht ist davon auszugehen, dass eine direkt erregte Siebmaschine lediglich 50 % der Energiekosten wie eine indirekt (konventionell) angetriebene Siebmaschine erzeugt. Nachfolgende Tafel beschreibt die zu erwartenden direkten Einsparungen an Energiekosten im Lebenszyklus einer solchen Siebmaschine.
   
   

   Laufzeit (a)	Einsparungspotential in Euro je kW Einsparung – Szenario Strompreise stabil (15,4 ct/kWh)	Einsparungspotential in Euro je kW Einsparung – Szenario Strompreise progressiv	Realistisches Einsparpotential je Siebeinheit bei 4-5 kW Differenz in der Antriebsleistung
   1	1.350,--	1.430,--	5.720,--
   3	4.050,--	4.470,--	17.880,--
   5	6.750,--	7.795,--	31.180,--
   10	13.500,--	17.165,--	68.660,--
   15	20.250,--	28.215,--	112.500,--

   
   Basis: 8.700 Betriebsstunden pro Jahr sowie eine Preisentwicklung wie in Bild 2
   
   
   
5. Zusammenfassung
   
   

   Neben vielen technischen Vorteilen von direkt erregten Siebmaschinen, wie  statische Gehäuse mit festen Flanschverbindungen, wenig Schwingungsübertragung in die Siebmaschinenumgebung und anderen, ist bei langfristiger Betrachtung ein kommerzieller Vorteil für diesen Maschinentyp erkennbar.

   Zu betrachten sind die gesamten Kosten des Lebenszyklus (Gesamtbetriebskosten) statt der oftmals betrachteten initialen Investitionskosten. Selbst wenn Siebmaschinen im Energiebedarf der gesamten Produktionsprozesse oftmals eine untergeordnete Rolle spielen, wird auch eine Betrachtung unter Berücksichtigung der Energieeffizienz zukünftig wichtiger, insbesondere da es sich um Investitionsgüter mit einem sehr langen Lebenszyklus handelt. Zusätzlich ist auch der Ersatz bestehender Siebmaschinen zu prüfen, da direkt erregte Siebmaschinen neben dem Energieeinsparungspotential im Allgemeinen auch kompakter sind als die Maschinen konventioneller Bauart. Die in Deutschland eingeleitete Energiewende mit zukünftig zu erwartenden weiterhin stark steigenden Energiepreisen forciert eine solch langfristige Betrachtungsweise. Eine auf den ersten Blick günstige Investition kann im gesamten Lebenszyklus der Maschine teuer werden.

6. Quellen
   
   Referenzliste RHEWUM GmbH
   Bundesverband der Energie- und Wassertechnik: Strompreisentwicklung in Deutschland 2000-2014