Hebung von Effizienzpotenzialen durch gesamtheitliche Betrachtung der Energieund Stoffströme eines Unternehmens

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1 Hebung von Effizienzpotenzialen durch gesamtheitliche Betrachtung der Energieund Stoffströme eines Unternehmens -Beispiele aus der Praxis Vortrag von Dipl.-Ing. (FH) Jochen Schied, Transferstelle Bingen Baden-Württembergischer Energieeffizienz Kongress in Stuttgart

2 Effizienzpotenziale heben Inhalt Institutsvorstellung Energiekonzepte Energiestrategie Industriestandort Energiewirtschaftliche Optimierung - VEVIDE Prozessoptimierung Hochtemperatur-Abwärme Energie-Design Energie verschieben Messkampagne Gasgrundlaststudie 2

3 Über uns Transferstelle Bingen (TSB) Gründung 1989 als Institut an der Fachhochschule Bingen Thema: Regenerative Energiesysteme und Rationelle Energienutzung Die TSB heute: integriert in die ITB ggmbh Wissenschaftliche Leitung: Prof. Dr. Ralf Simon Stellvertretung: Prof. Dr. Oliver Türk 20 feste Mitarbeiter (setzen sich zusammen aus erfahrenen Ingenieuren der Bereiche Verfahrenstechnik, Umweltschutz, Maschinenbau, Elektrotechnik & Bauingenieurwesen sowie Mitarbeiter im Bereich Wirtschaftsgeografie und Betriebswirtschaft)+ 20 freie Mitarbeiter (Studierende) Bundesweite Projekte mit Schwerpunkt Rheinland-Pfalz Mehr als 120 abgeschlossene Energieprojekte 2013 Fachtagungen zu unterschiedlichen Energiethemen mit insgesamt Besucher in

4 Institutsleitung TSB Prof. Dr. Ralf Simon Wissenschaftlicher Leiter Energiemanagement undwirtschaft, Virtuelles Kraftwerk Prof. Dr. Oliver Türk Stellvertretender Wissenschaftlicher Leiter Mobilität, Nachwachsende Rohstoffe Prof. Dr. Elke Hietel Wissenschaftliche Projektleitung Landschaftsbildanalysen, GIS und Landschaftsinformationssysteme Prof. Dr. Markus Lauzi Wissenschaftliche Projektleitung Mess- und Regelungstechnik, Beleuchtung, Elektrische Antriebe + Wir beschäftigen viele erfahrene Ingenieure aus den Bereichen Prof. Thomas Giel Wissenschaftl. Projektleitung Gebäudetechnik Energieversorgung Technisches Gebäudemanagement Dipl.-Ing. Christian Pohl Geschäftsführer TSB Kraft-Wärme-Kopplung, Brennstoffzellen, Virtuelles Kraftwerk Dipl.-Ing. Joachim Walter Stellvertretender Geschäftsführer TSB Energiedesign, Carbon Footprint, Nachhaltige Mobilität Verfahrenstechnik, Umweltschutz, Maschinenbau, Elektrotechnik, Bauingenieurwesen, Betriebswirtschaft, etc. 4

5 Tätigkeitsfelder TSB Kommunen Energiewirtschaft Gewerbe & Industrie F & E Kommunale Energieund Klimaschutzkonzepte Wärmeversorgung Gebäudeenergie Energiedesign Energiewirtschaftliche Optimierung Zusatzvermarktungsmöglichkeiten Energiewirtschaftliche Bewertung der Eigenstromerzeugung Energiekonzepte Energieaudit / management Energiedesign/ Qualitätsmanagement Energiestrategien Erprobung von energietechnischen Anlagen am eigenen Prüfstand Virtuelles Kraftwerk Entsorgungswirtschaft Energieversorgung Geothermie Energiekonzepte für Abfall- und Abwasserbetriebe Netzwerkbildung Kommunikations- Hard- und Software Studien zur Direktvermarktung Wissenschaftliche Begleitung von Feldtests Ressourceneffizienz Prozessoptimierung Carbon Footprint Messkampagnen Netzwerkbildung Nachhaltige Mobilität Biogene Werkstoffe Ökobilanzierung Netzwerkbildung Veranstaltungen / Fachtagungen 5

6 TSB-Tätigkeitsfeld: Gewerbe und Industrie Energiekonzepte In einem Energiekonzept werden mögliche Energieeinsparpotenziale detailliert analysiert und bewertet. Untersuchung der Energieeinflüsse in Unternehmen Vorschläge zur Optimierung Total cost of ownership Energiestrategien Konzepte zur zukünftigen Energieversorgung von Unternehmensstandorten mit dem Fokus auf Versorgungssicherheit Kostensicherheit Zukunftsfähigkeit Referenzen: Boehringer Ingelheim Pharma GmbH & Co. KG, Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW), BK Giulini GmbH, Universitätsmedizin Mainz 6

7 TSB-Tätigkeitsfeld: Gewerbe und Industrie Ressourceneffizienz Über das Thema Energie hinaus werden der Einsatz aller Ressourcen in einem Unternehmen betrachtet und Optimierungsmaßnahmen aufgezeigt. Stoffstrom- und Energieflussanalysen Analyse des Einsatzes von Rohstoffen, Energieträgern, Wasser Anfall von Emissionen, Abfall, Abwasser Maßnahmen zum effizienten Einsatz Begleitung der Planung, Umsetzung und Betriebsphase Schwerpunkt: Ökobilanzierung / Carbon Footprint Bewertung der Umweltwirkungen von Produkten durch Analyse des gesamten Lebenszyklus 7

8 Beispiel Energiestrategie: Industriestandort Ganzheitliche Betrachtung der Anlagentechnik sowie der Produktionsprozesse eines Industriestandortes Wärmesenken und Wärmequellen mit Abwärmepotenzialen Prozessoptimierung Beleuchtung Ressourceneffizienz Energiewirtschaftliche Optimierung von Anlagen 8

9 Beispiel Energiestrategie: Industriestandort Wärmesenken und Wärmequellen Ganzheitliche Betrachtung der Anlagentechnik sowie der Produktionsprozesse eines Industriestandortes Ermittlung und Lokalisierung des nutzbaren Abwärmepotenzials Untersuchung der Produktionsanlagen und Prozesse Abwärmepotenzial [MWh th /a] Wärmebedarf [MWh th /a] Kosteneinsparung [ /a]

10 Beispiel Energiestrategie: Industriestandort Beleuchtung Hierbei Lokalisierung weiterer Verbesserungs- und Einsparmöglichkeiten im Bereich Außenbeleuchtung Bestand Optimierung 1 HME/HIT HIT LED 1 LED 2 Gesamtleistung kw el 42,5 34,4 27,9 16,5 Leistungseinsparung kw el 7,9 14,6 26,0 Stromverbrauch kwh el /a Stromeinsparungen kwh el /a HME = Quecksilberdampflampe / HIT = Halogenmetalldampflampe Optimierung 2 / 3 Optimierung 4 / 5 Stromeinsparungen % Emissionen t CO 2 e/a 101,4 82,3 66,3 39,0 Emissionseinsparung t CO 2 e/a 19,1 35,1 62,4 Notwendigkeit zum Handeln bezüglich ErP- Richtlinie und Beleuchtung Arbeitsstätten (DIN EN ) Möglichkeit Einsparung laufende Kosten (Optimierung 5) gegenüber Basisvariante rund /a 10

11 Beispiel Energiestrategie: Industriestandort Ressourceneffizienz Produktionsprozess mit Abfallwasserstoff Voruntersuchung zur Nutzung von Wasserstoff zur Wärme- und Stromerzeugung durch Brennstoffzellen (Analyse des Wasserstoffs auf Eignung zum Einsatz in Brennstoffzellen). Hieraus Erstellung eines Energieversorgungskonzeptes des gesamten Industriestandortes unter Einbeziehung von Energieeinsparungspotenzialen, bedarfsgerechter Auslegung der Strom- und Wärmeerzeugung sowie Nutzung des Abfallwasserstoffs. 11

12 Beispiel Energiestrategie: Industriestandort Ressourceneffizienz Weiteres erkanntes Potenzial durch die Untersuchung der Prozesse Möglichkeit der Rückgewinnung von Phosphat aus dem Klärschlamm der betriebseigenen Kläranlage Noch keine Ergebnisse vorhanden, Untersuchung noch nicht abgeschlossen Quelle: Googel Maps 12

13 Beispiel Energiestrategie: Industriestandort Energiewirtschaft Negative Minutenreserve / Lastverschiebung Am Standort große elektrische Antriebe (Mahlzentrum) vorhanden Mühlen können zeitlich versetzt zur Produktion betrieben werden Hier Potenzial zur Teilnahme am Flexibilitätsmarkt Regelenergie (Projekt VEVIDE) 13

14 TSB-Tätigkeitsfeld: Energiewirtschaft Konzepte zur Erschließung von Energiemärkten Erzeugungsanlagen (Notstromanlagen, BHKW), große Stromverbraucher sowie Energiespeicher werden für die optimierte oder zusätzliche Nutzung in verschiedenen Energiemärkten herangezogen. Integration vielfältiger Anlagentypen in den Regelenergiemarkt (Minuten- und Sekundärreserveleistung) Optimierung der Erlössituation von EEG-Anlagen über die Direkt- oder Eigenvermarktung Flexibilisierung von Anlagenleistung für die Teilnahme an der Strombörse (Spot-Märkte) Referenzen: RMN Rhein-Main Deponienachsorge GmbH, Stadtwerke Düsseldorf AG, ASUE e.v., Boehringer Ingelheim Pharma GmbH & Co. KG 14

15 Beispiel Energiewirtschaft: VEVIDE VEVIDE Aufbau eines Verbundes dezentraler Stromspeicher verschiedenster Art zu einem virtuellen Energiespeicher Projektgruppe: Gefördert durch: 15

16 Beispiel Energiewirtschaft: VEVIDE Konsequenzen und strategische Ansätze für Industrie und Gewerbe im Rahmen der Energiewende Flexibilitätsmarkt Regelenergie Beispiele für erschließbare Flexibilität Beispiele für vorhandene Flexibilität 16

17 Beispiel Energiewirtschaft: VEVIDE Quelle: Evonik New Energies 17

18 Beispiel Energiewirtschaft: VEVIDE BHKW mit Elektroheizer Motor Wärmespeicher, Nah- oder Fernwärme Einsparung von Gas Sicherstellung der Wärmeversorgung Wärme Gas Elektro-Erhitzer Wärme Strom Strom Netzsituation: Stromüberschuss z. B. durch sehr gute Windverhältnisse Prinzipdarstellung 18

19 Beispiel Energiewirtschaft: VEVIDE Wirtschaftlichkeit eines Elektroheizers mit kw el Potenzial für Wertschöpfung MRL abzgl. Händleranteil % Ansatz Einnahmen Einmalige Kosten Elektroheizer Hydraulische und elektrische Integration % Ansatz Planung % Ansatz Summe Laufende Kosten 0 Statische Amortisation 2,0 Jahre 20

20 TSB-Tätigkeitsfeld: Gewerbe und Industrie Prozessoptimierung Bei der Prozessoptimierung werden mögliche konkrete Optimierungsmaßnahmen detailliert analysiert und bewertet. Untersuchung der Produktionsprozesse in einem Unternehmen Vorschläge zur Optimierung Aufzeigen von Umsetzungsmöglichkeiten Total cost of ownership 21

21 Beispiel Prozessoptimierung: Hochtemperatur-Abwärmenutzung Ausgangslage Thermische Nachverbrennung zur Reinigung von lösemittelhaltigen Abgasen Gesamterdgasverbrauch liegt bei kwh Hs /a Anteil Erdgasverbrauch thermische Nachverbrennung am Gesamtverbrauch 33 % Abgastemperatur durchschnittlich 280 C Heißwassernetz mit 160 / 125 C bei 9 bar vorhanden Zwei Kesselanlagen installiert Winterbetrieb kw th (Gebäudeheizung) Sommerbetrieb 400 kw th (Heißwassernetz) Leistung Brenner thermische Nachverbrennung kw th 22

22 Beispiel Prozessoptimierung: Hochtemperatur-Abwärmenutzung Einsatz eines Wärmetauschers im Abgasstrom (Spitzenlast 720 kw th, Normallast 400 kw th ) Gewinnung von Heißwasser mit einer Temperatur von 160 C Einspeisung ins Heißwassernetz Abschätzung Potenzial Wärmerückgewinnung Monate Leistung Wärmerückgewinn Okt. - Apr. 400 kw th kwh th /a Mai 200 kw th kwh th /a Sep. 150 kw th kwh th /a Jun. - Aug. 110 kw th kwh th /a Nutzbare Wärmemenge rund kwh th /a 23

23 Beispiel Prozessoptimierung: Hochtemperatur-Abwärmenutzung 24

24 Beispiel Prozessoptimierung: Hochtemperatur-Abwärmenutzung Eingesparte Erdgasmenge durch Wärmerückgewinnung rund MWh Hs /a Entspricht einer Einsparung von rund 16 % des Gesamterdgasverbrauchs ( /a) Statische Amortisationszeit zwischen 1 bis 2 Jahren 25

25 TSB-Tätigkeitsfeld: Gewerbe und Industrie Energiedesign & Qualitätsmanagement Energie Ein wirtschaftlicher und stimmiger Betrieb von Gebäuden beginnt bereits in der Planungs- und Bauphase und zieht sich über den gesamten Lebenszyklus. Innovative und gewerkübergreifende Lösungen hinsichtlich/bezüglich Bauphysik und TGA zeigen wir bereits im Energiedesign auf. Durch die Begleitung bei Bau und Betrieb gewährleisten wir im Rahmen des Qualitätsmanagements die Umsetzung Ihrer Ziele. 26

26 Beispiel Energiedesign & Qualitätsmanagement Energie : Druckerei Modernisierung des Gebäudes und der Anlagentechnik Gebäude 1970er beheizte Fläche rund m² Erstellung Energiekonzept durch TSB Dämmung der Fassade sowie Fenstertausch Einbau Sole-Wasser-WP mit 75 kw th sowie Erdwärmesonden Erneuerung Erdgaskessel Klimatisierung der Büroräume sowie Kühlung der Druckmaschinen über die Erdwärmesonden im Sommer Nutzung der Abwärme der Druckmaschinen als Wärmequelle im Winter 27

27 Beispiel Energiedesign & Qualitätsmanagement Energie : Druckerei Jahreswärmebedarf kwh th /a davon bereitgestellt durch Erdgaskessel 60% davon bereitgestellt durch Wärmepumpe 40% Kältebedarf Klimatisierung kwh Kälte /a Einsparung Erdgas kwh Hs /a Mehrbedarf Strom kwh el /a Mehrinvestition Kapitalkosten 600 /a Verbrauchskosten (Einsparung) /a Betriebskosten 400 /a Jahresbilanz /a Einsparung laufende Kosten /a Amortisationszeit 3,3 Jahre 28

28 Beispiel Energiedesign & Qualitätsmanagement Energie : Druckerei Nachbetrachtung, da ein erhöhter Erdgasverbrauch im Betrieb auftrat Folgende Probleme traten auf: Abschaltung einer Druckmaschine im Produktionsbereich: Weniger Abstrahlung an die Umgebungsluft = verminderter Wärmeeintrag in die Produktionshallen erhöhter Wärmebedarf der Produktionshallen, Ausgleich Kesselanlage Weniger Abwärme für die Beheizung des Verwaltungsgebäudes Falsche Einstellung der Temperaturen in der Regelung zur Kühlung der Druckmaschinen 29

29 Beispiel Energiedesign & Qualitätsmanagement Energie : : Druckerei Keine Umsetzung der Außenwanddämmung Umsetzung der Kühldecken nur im Erdgeschoss & keine Nutzung der Kühldecken zu Heizzwecken, dadurch höhere Vorlauftemperaturen im Heizsystem Keine detaillierte Dimensionierung der Erdsonden, sondern nur eine überschlägige Abschätzung entsprechend dem Konzept Keine übergeordnete Regelung Keine Heizlastberechnung Keine Einschaltung eines Planers, der die unterschiedlichen Bereiche (Druckmaschinen, Wärmequellenanlagen, Wärmepumpe, Wärmund Kälteabnehmer) aufeinander abstimmt und koordiniert. Die TSB begleitet nicht die Umsetzung der Maßnahmen Erstellung Maßnahmenkatalog zur Anlagenoptimierung 30

30 TSB-Tätigkeitsfeld: Gewerbe und Industrie Messkampagnen Die Unterstützung innovativer Energiesysteme und Dienstleistungen ist Teil unserer Aufgaben als Transferstelle. Für öffentliche und privatwirtschaftliche Institutionen bieten wir an: Messkampagnen und Feldtests von Anlagen vor Ort oder auf dem eigenen Prüfstand Messungen zu Energieverbrauch, -effizienz und Betriebsparametern Wissenschaftliche Begleitung Blower-Door / Thermografie 31

31 Beispiel Messkampagne: Erdgasgrundlaststudie Ausgangslage: Steigende Betriebskosten bedingt durch Erdgasverbrauch Durch fehlende Zählerstruktur im Betrieb keine Zuordnung des Energieverbrauches möglich Jährlicher Erdgasverbrauch rund MWh Hs Wärmeversorgung über Dampf (100 % aus Erdgas) Große Erdgasverbraucher: Dampferzeugung, Verluste Dampfnetz Produktion Prozesswassertemperierung Heizung / Temperaturhaltung Produkt und Rohstoffe (Begleitheizung) Werkstatt, Konditionierhallen und Produktionshallen 32

32 Beispiel Messkampagne: Erdgasgrundlaststudie Ermittlung des jetzigen Wärmeverbrauchs sowie Identifizierung von möglichen Einsparpotenzialen Ermittlung Wärmemengen durch Temperatur- und Volumenstrommessung (Lastgangerstellung Wärmemenge) Ermittlung Wärmeverluste der Dampf- und WW-Leitungen (Oberflächentemperatur und Freiliegende Bereiche/Armaturen) Ermittlung Wärmeverbrauch Raumwärme (Leistungen Lufterhitzer, Produktionszeiten, Außentemperaturen 33

33 Beispiel Messkampagne: Erdgasgrundlaststudie Ermittelte Aufteilung Wärmeverbrauch Betrieb Erdgasverbrauch Produktion 2012 kwh Hs /a Erdgasverbrauch Produktion 2012 kwh Hi /a Jahreswärmeerzeugung 2012 kwh th /a % Speisewassererwärmung kwh th /a % Produktion kwh th /a % Wärmeverluste Dampf-/Kondensatnetz mit % Wärmeverluste über Dampf- /Kondensatnetz kwh th /a % Wärmeverluste dampfbeheizte Behälter außen kwh th /a % Wärmeverluste ungedämmte Flächen außen (unbeheizte Bereiche) kwh th /a % Wärmeverluste ungedämmte Flächen innen (beheizte Bereiche) kwh th /a % Wärmeverluste über WW-Heizung kwh th /a % Wärmeverbrauch Lufterhitzer zur Raumheizung kwh th /a % Wärmeverbrauch Prozesswassertank / Sonstiges kwh th /a % 34

34 Beispiel Messkampagne: Erdgasgrundlaststudie Sehr hohes Einsparpotenzial bei der Wärmedämmung der Dampf-, Kondensat - bzw. Warmwasserleitungen Hier Anteil am gesamten Erdgasverbrauch rund 32 % Bedingt durch Brandschutz mussten Flansche/Armaturen ungedämmt sein, zwischenzeitliche Änderung der Produktion und nicht mehr notwendig (hohe Verluste) Einsparpotenzial durch neue Dämmung zwischen %, dies entspricht einer Einsparung von bis /a 35

35 Fazit Konzeptentwicklung, -pflege und -umsetzung Steigerung der Sensibilität bei der Energieanwendung Effizienzsteigerung in und außerhalb der Produktion optimierte Abwärmenutzung, Wärmerückgewinnung energieträgerflexible Energieerzeugung Energieverteilung und Speicherung energiewirtschaftlich optimierten Energiebeschaffung Ein Mix aus verschiedenen Technologien bringt Sicherheit und Flexibilität und erhöht die wirtschaftlichen Chancen 36

36 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Kontakt Jochen Schied (06721) Mit Energie für Effizienz und Umwelt Transferstelle Bingen Berlinstraße 107a Bingen 37