Energieeffizienz in industriellen Prozessen. Blue-Tech Winterthur, 15. September 2011

Transkript

1 Energieeffizienz in industriellen Prozessen Prof. Dr. Frank Tillenkamp Blue-Tech Winterthur, 15. September 2011 Zürcher Fachhochschule 1

2 Gesamtenergiestatistik BFE

3 Ausbildung junger Ingenieure auf dem Gebiet Energie- und Verfahrenstechnik Aktivitäten konzentrieren sich auf: Energieeffizienz in industriellen Prozessen Erneuerbare Energien Dampfanlagen Wärmeträgeranlagen Lüftungsanlagen Prozessregulierungen Energieoptimierungen Photovoltaik Biogasanlagen 3

4 Wie arbeiten wir? Studenten: - Projektarbeiten - Bachelorarbeiten - Masterarbeiten Assistenten: - Industrieprojekte - Forschungsprojekte mit öffentlicher und privater Finanzierung Ziel: Praktische Anwendung unserer Energieoptimierung 4

5 Schaltung der Anlage Analyse der Ursachen Woher kommen die Energieeffizienzpotenziale? Anlage wurde auf anderer Produktionsgrundlage geplant Anlage wurde erweitert, verkleinert oder umgenutzt Investitionskosten waren der Treiber, Sichtweise des Unternehmens wandelt sich Zürcher Fachhochschule

6 Optimierung Dampfanlage Anlagenkonzept Energiekosten / -verbrauch [kwh/a] Anlage Anteil Ist-Zustand 2.75 Mio. 100% Optimierter Zustand 2.27 Mio. 82.5% Stand der Technik 2.20 Mio. 80% Massnahmen Nutzung Nachdampf Vermeidung von Kondensatkühlung Abtrennung nicht genutzter Leitungsabschnitte Wirtschaftlich umsetzbare Einsparungen kwh/a (17.5 % Einsparung) 6

7 Eingesetzte Komponenten Analyse der Ursachen Woher kommen die Energieeffizienzpotenziale? Investitionskosten waren bei der Erstellung der Treiber Sichtweise des Unternehmens wandelt sich Stand der Technik hat sich weiterentwickelt Materialverbesserungen, z.b. Isolationen Komponentenverbesserungen z.b. E-Motoren, Wärmetauscher 7

8 Optimierung Dampfanlage Komponentenbetrachtung Aufgrund lückenhafter Datensätze nur Betrachtung Wärmeverluste möglich Massnahme: verbesserte Isolierung der Frischdampfleitungen Potenzial d. Massnahme nicht wirtschaftlich umsetzbar ( kwh/a) 8

9 Betrieb der Anlagen Analyse der Ursachen Woher kommen die Energieeffizienzpotenziale? Betriebsablauf hat sich seit der Errichtung der Anlage verändert Know-how des Betriebspersonals hat sich verlagert Anpassung der Regulierung auf veränderte Produktion ist nicht erfolgt Fotoquelle: Internet 9

10 Optimierung Dampfanlage Laufzeiten Optimierungsvorschlag Teilautomatisierung Zeitlich gesteuertes Hochfahren des Dampferzeugers und des grössten Verbrauchers über Softwareanpassung (vorher abhängig von Arbeitsrhythmus & manuell) Massnahmen Steuerung im Dampferzeuger erweitern Programmanpassung bei der Steuerung des grössten Verbrauchers Hochgerechnete Jahreseinsparung ~ 31.1% des Jahresverbrauch des grössten Verbrauchers ~ kwh/a 10

11 Optimierung Dampfanlage Kesseltemperatur Temperatur [ C] ' ' ' ' ' ' '000 50' Druck [bar] Kesseltemperatur Abgasverluste Abgasverluste [kwh/a] Jährliches Potenzial (Wärme- & Abgasverluste): kwh/a Optimierungsvorschlag Senkung der Betriebstemperatur im Thermoölkreislauf um 20 C 11

12 Optimierung Dampfanlage Betrieb der Anlagen Energiekosten / -verbrauch [kwh/a] Betrieb Anteil Ist-Zustand 2.70 Mio. 100% Optimierter Zustand 2.06 Mio. 76% Stand der Technik 1.83 Mio. 68% Massnahmen: (Amortisation ca. 1 Jahr) Laufzeitoptimierung ( kwh/a) Absenkung der Betriebstemperatur im Thermoölkreislauf ( kwh/a) Jährlich umsetzbare Einsparung von kwh Energie bzw. 140 Tonnen Kohlendioxid. 12

13 IEFE-Konzept zur Energieoptimierung industrieller Prozesse 13

14 Optimierung des Energieverbrauchs Energieverbrauch Betrieb Komponenten Anlage 10 0 Best-Case IST-Zustand Realisierung 14

15 Optimierung Dampfanlage Wirtschaftlich umsetzbare Potenziale Optimierung der Anlage Nachdampfnutzung Vermeidung von Kondensatkühlung Abtrennung nicht genutzter Leitungsabschnitte Optimierung der Komponenten Wirtschaftlich nicht umsetzbar Betriebsoptimierung Laufzeitoptimierung Absenkung der Betriebstemperatur im Thermoölkreislauf Gesamteinsparung bei Umsetzung der vorgeschlagenen Massnahmen: kwh/a (Dampf) 15

16 Herausforderungen vor Ort Anlagen wurden teilweise umgebaut, jedoch in Eigenregie Pläne fehlen oder sind nicht aktuell Neue Verbraucher hinzugefügt Einwandfreie Funktion bei Volllast gefährdet Nicht mehr genutzte Leitungen wurden nicht zurückgebaut Notwendige Einrichtungen zur Datenerfassung für eine aussagekräftige Energieanalyse (Energie-Monitoring) des IST-Zustands fehlen oft Anlagenverständnis (bzgl. Verfahrenstechnik) beim Betreiber lückenhaft Einstellungen / Betrieb der Anlage wurden nicht-professionell verändert Zielkonflikte verschiedener Player 16

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr. Frank Tillenkamp 17