Energiemonitoring
Die systematische Effizienzanalyse
Im Branchenvergleich gehört die Lebensmittelindustrie nicht zu den großen Energieverbrauchern – durchschnittlich werden hier nur knapp 2 % des Umsatzes für Energiekosten aufgebracht. Doch auch hier schlummert einiges an Einsparmöglichkeiten in den Prozessen, wie eine in der Fleischbranche durchgeführte Effizienzanalyse aufzeigt.
Mit einem VW Golf 177mal um die Erde – die CO2-Emission einer solchen Reise entspricht dem ermittelten jährlichen Einsparpotenzial, das Endress+Hauser bei einer Effizienzanalyse in einem mittelständischen Unternehmen der Fleischbranche ermittelt hat. Auch wenn hier im Durchschnitt nur knapp 2 % des Umsatzes für Energiekosten ausgegeben werden, stehen die Produzenten unter stark zunehmender Beobachtung in Bezug auf nachhaltiges Wirtschaften: Sowohl der Lebensmittelhandel als auch die Konsumenten legen vermehrten Wert auf einen verantwortungsvollen Umgang mit den natürlichen Ressourcen. Zusätzlich stehen Lebensmittelhersteller unter hohem Preisdruck; große Handelsunternehmen und Discounter haben aufgrund ihrer Abnahmemengen eine massive Verhandlungsmacht. Die große Anzahl preissensitiver Konsumenten verstärkt den Preisdruck zusätzlich.
In diesem Umfeld sehen sich die Firmen vor einer Herausforderung: Viele Unternehmen in Mitteleuropa sind über die Jahre gewachsen. Die Produktionserweiterungen beeinflussen die Energieversorgung, da auch der Bedarf von Strom, Kälte, Wärme und Druckluft steigt. Niedrige Energiepreise förderten lange Zeit Erweiterungen, bei denen der Fokus auf Anschaffungskosten und einem geringen Installationsaufwand lag. Dabei sollte die Produktion möglichst unbeeinträchtigt bleiben. Für eine grundlegende Analyse und Optimierung der Nebenbetriebe blieb selten Zeit. Nun aber wendet sich das Blatt, wie das Beispiel eines Unternehmens zeigt, das Räucherschinken produziert: Hier wurde die Produktion ständig erweitert, so dass heute moderne Gebäude neben Bauwerken aus den 1970er Jahren stehen. Neue Aggregate ergänzen Maschinen, die seit vielen Jahren zuverlässig ihren Dienst tun. Ergo besteht Handlungsbedarf. Doch: Womit anfangen, um schnell und effektiv Einspar-Erfolge zu erzielen?
Die Analyse der Energie-Effizienz
Um eine solide Entscheidungsgrundlage zu generieren, erhielt Endress+Hauser den Auftrag, eine systematische Energie-Effizienz-Analyse durchzuführen. Hierbei wurden alle Aspekte im Zusammenhang mit dem Energieverbrauch bewertet. Den Anfang machte eine Beurteilung der Gebäudesubstanz: Der Wärmeschutz entspricht dem Baujahr beziehungsweise dem Jahr des Umbaus der jeweiligen Gebäudeteile. Hier sind Investitionen möglich, wenn ein Amortisationszeitraum von sechs bis acht Jahren akzeptiert wird. Einfacher umzusetzen ist die Handlungsempfehlung, nicht beheizte Gebäudeöffnungen in der produktionsfreien Zeit zu schließen.
An zweiter Stelle wurde die Wärme-Erzeugung begutachtet. Im Einsatz sind vier Wärme-Erzeuger mit den Aufgaben Heizung, Warmwasserbereitung, Schinkenwaschanlage sowie Lufterhitzer in den Räucher- und Reifekammern. Einen Ansatz zur Optimierung bietet hier ein hydraulischer Abgleich sowie der Ausbau der Kondensat-Rückführung. Bei der Analyse des Stromnetzes zeigte sich, dass ein Energiemonitoring-System in Kombination mit einem Spitzenlast-Management erhebliches Einsparpotenzial bieten würde.
Als viertes wurde die Beleuchtung begutachtet, die in der Benchmark-Beurteilung nur im Mittelfeld liegt. Hier empfiehlt sich der Einsatz von tageslicht- und bewegungsabhängigen Steuerungen. Wie in den meisten Betrieben steckt auch im analysierten Werk in der Druckluftversorgung großes Optimierungspotenzial. Eine Senkung des Erzeugungsdruckes sowie die Durchführung von Leckage-Maßnahmen würden sich hier nach kurzer Zeit rechnen.
Neben den genannten Bereichen wurden Punkte behandelt wie zum Beispiel die Betrachtung einer optimalen Ausnutzung von Steuerrückerstattungen.
Die Entscheidungsfaktoren
Die Priorisierung potenzieller Maßnahmen erfolgt im Wesentlichen anhand der drei Faktoren Benchmark, Amortisation und Energieanteil. Im Benchmark wird der analysierte Betrieb im Branchenvergleich betrachtet. Liegt er deutlich schlechter, ergibt sich allein durch die Verwendung branchenüblicher Technik großes Einsparpotenzial. Der zweite Punkt ist die Beurteilung der Amortisation. Eine schnelle Amortisation erleichtert Investitionen und minimiert das Risiko. Der dritte Faktor bezieht sich auf die Energieverteilung. Die einzelnen Energieströme zu den verschiedenen Anlagenteilen werden in einem Sankey-Diagramm dargestellt.
Im analysierten Werk haben die Kälte-Erzeuger bei der Verteilung des Strombezuges den größten Anteil am Energieverbrauch. In Kombination mit einem unterdurchschnittlichen Wert in Bezug auf den Benchmark ergab sich somit konkreter Handlungsbedarf. Aus diesem Grund wurde der Bereich der Kälte-Erzeugung einer weitergehenden Potenzial-Analyse unterzogen. Ziel war es dabei, einen Weg zur Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades des Kältesystems zu finden. Erfahrungsgemäß bieten gerade Veränderungen im Zusammenwirken von Einzelkomponenten und Anlagenteilen Einsparmöglichkeiten.
In Summe gibt es im betrachteten Werk über 20 Kältekompressoren mit einer Kälteleistung von zirka 1315 kW und einer elektrischen Leistung von 524 kW. Die Verdampfer befinden sich meist direkt in den Kühlräumen und die luftgekühlten Verflüssiger auf dem Dach. Dabei sind die Kompressoren in sechs Verbünden organisiert. Zum Teil sind die Kältemaschinen sehr alt und werden noch mit dem Kältemittel R22 betrieben – das bei Neuanlagen bereits verboten ist.
Bei bestehenden Kälte- und Klima-Anlagen werden weitergehende Anforderungen an die Wartung und Dichtheit gestellt. So muss im Zusammenhang mit der EU-Verordnung 2037/2000 bei den Klimageräten mit dem Kältemittel R22 der entsprechende Ersatz geplant werden. Bei der Befüllung mit Ersatzkältemittel kann es jedoch zu einer Verschlechterung von 20 bis 30 % des Wirkungsgrades beziehungsweise des COP (coefficient of performance) kommen. Der COP beschreibt das Verhältnis von erzeugter Kälteleistung zu eingesetzter elektrischer Leistung. Diese Kennzahl lässt sich beispielsweise mit Hilfe des Bildschirmschreibers Memograph M von Endress+Hauser berechnen und aufzeichnen. Der COP der analysierten Kälte-Anlagen liegt momentan je nach Anlage im Bereich zwischen 2,4 und 2,7. Die Stromkosten pro Jahr für die gesamte Kälte-Erzeugung belaufen sich auf 250.000 Euro.
Wärme-Erzeugung mittels Kälte-Anlage
Zur Temperierung der Nachreife- beziehungsweise Brennkammern werden die Kältemaschinen zeitweise als Wärmepumpen betrieben. Doch nicht nur deswegen ist bei einer ganzheitlichen Betrachtung auch die Wärme-Erzeugung zu analysieren – gerade aus Synergie-Effekten zwischen Wärme- und Kälte-Erzeugung ergeben sich oft Einsparpotenziale. Ein Beispiel hierfür ist der Einsatz von Hochdruckwärmepumpen, die im gegebenen Fall eine effektive Nutzung der Wärme aus dem Kompressionskälteprozess erlauben. Derzeit werden noch 3,5 Mio. kWh an Wärme ungenutzt über das Dach des Werkes abgeführt. Da die beim Kältekreisprozess entstehende Wärme für eine direkte Nutzung ein zu geringes Temperaturniveau aufweist, empfiehlt es sich, diese Wärme-Energie anteilig über einen Energiespeicher zurückzugewinnen und über eine Hochdruckwärmepumpe auf ein entsprechendes Temperaturniveau anzuheben. Mittels dieser Technik lässt sich ein COP von zirka 4,5 erreichen. Dies erspart der Firma Erdgas für die Wärme-Erzeugung, kostet aber mehr Strom für die Wärmepumpe. Dennoch würde das Unternehmen unter dem Strich etwa 66.000 Euro pro Jahr an Energiekosten einsparen. Bei Investitionskosten von 250.000 Euro wäre dies linear gerechnet eine Amortisationsdauer von rund 3,8 Jahren; zusätzlich besteht die Möglichkeit einer Förderung durch die BAFA.
Auf der belastbaren Basis der Energie- und Potenzialanalyse kann das Unternehmen nun entscheiden, welche Maßnahmen als erstes in Angriff genommen werden. Dabei bietet Endress+Hauser nicht nur Unterstützung bei der Ermittlung von Potenzialen, sondern kann die vorgeschlagenen Maßnahmen auch realisieren. So bleibt die Verbindlichkeit gegeben, dass die Einspar-Erfolge auch eingefahren werden.
Autor: David Wallerius ist Marketingmanager Prozessautomatisierung bei Endress+Hauser in Weil am Rhein.
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