Effizienz und Flexibilisierungspotenziale in der Industrie am Beispiel der Druckluftbereitstellung

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1 Effizienz und Flexibilisierungspotenziale in der Industrie am Beispiel der Druckluftbereitstellung Seminar Mobilisierung bislang unerschlossener Energieeffizienzpotenziale 14. Oktober 2014, München, hbw 1

2 Agenda 1. Status Quo der Druckluftnutzung Kostentreiber und Optimierungsmöglichkeiten 2. Lastflexibilisierung als Beitrag zur Versorgungssicherheit und aktuelle Vermarktungsmöglichkeiten 3. Kosten-Nutzen-Analyse anhand konkreter Fallbeispiele 2

3 3 Energieflussbild einer Druckluftversorgungsanlage

4 Drucklufterzeugung und verteilung Verbraucher Verteilung Kompressor Steuerung Speicherbehälter Aufbereitung - Trockner - Filter - Kondensattechnik Quelle: IREES 4

5 Drucklufterzeugung und verteilung Verbraucher Verteilung Kompressor Steuerung Speicherbehälter Aufbereitung - Trockner - Filter - Kondensattechnik Quelle: IREES 5

6 Spezifische Leistung in kw/(m³/min) Optimierungsmöglichkeiten bei der Drucklufterzeugung Einsatz hocheffizienter Kompressoren Schlechter Bereich Guter Bereich Ideale adiabate Verdichtung 0 Quelle: Druckluft effizient, Fraunhofer ISI, Karlsruhe, August Druckverhältnis p 1 /p 0 6

7 Optimierungsmöglichkeiten bei der Drucklufterzeugung Wärmerückgewinnung Nutzung der Abwärme Trink-Warmwasserbereitung Einspeisung in den Heizkreislauf Direkte Beheizung von benachbarten Räumen Etwa 65 % der elektrischen Leistungsaufnahme können in Form von Wärme praktisch genutzt werden 7

8 Drucklufterzeugung und verteilung Verbraucher Verteilung Kompressor Steuerung Speicherbehälter Aufbereitung - Trockner - Filter - Kondensattechnik Quelle: IREES 8

9 Optimierungsmöglichkeiten bei der übergeordneten Steuerung Auslesungen von Regel-und Steuereinheiten Bewertung der Effizienz spezifischer Energieaufwand Energie: 9

10 Optimierungsmöglichkeiten bei der übergeordneten Steuerung Auslesungen von Regel-und Steuereinheiten Bewertung der Effizienz Laufzeiten Tageszeitlicher Verlauf Einsatzzeiten der Kompressoren 10

11 Optimierungsmöglichkeiten bei der übergeordneten Steuerung Quelle: Kaeser 11

12 Drucklufterzeugung und verteilung Verbraucher Verteilung Kompressor Steuerung Speicherbehälter Aufbereitung - Trockner - Filter - Kondensattechnik Quelle: IREES 12

13 Druckluftspeicher und aufbereitung Druckluftspeicherung Kann zusätzlicher Speicher für Druckhaltung genutzt werden? Wo kann dieser installiert werden (z.b. Schlechtpunkt im Netz)? Druckluftaufbereitung Wie hoch ist die geforderte Druckluftqualität für meine Prozesse? Kann die Aufbereitung auch weniger aufwendig erfolgen (z.b. Filter, Trockner)? Regelmäßige Wartung nicht vergessen 13 Quelle: Kaeser

14 Drucklufterzeugung und verteilung Verbraucher Verteilung Kompressor Steuerung Speicherbehälter Aufbereitung - Trockner - Filter - Kondensattechnik Quelle: IREES 14

15 Druckluftverteilung Druckabfall zwischen Speicher / Aufbereitung und Verbraucher sollte nicht mehr als 0,1 bar betragen Ursachen für höheren Druckabfall u.a. durch Leckagen Zu gering dimensionierte Rohrleitungen Nicht linearen Verlauf der Druckluftleitung Turbulenzen Reibung an den Wandungen 15

16 Drucklufterzeugung und verteilung Verbraucher Verteilung Kompressor Steuerung Speicherbehälter Aufbereitung - Trockner - Filter - Kondensattechnik Quelle: IREES 16

17 Druckluftverbraucher Hinterfragen des benötigten Druckluftniveaus 1 bar Druckabsenkung führt zu 6 8 % geringerem Energieverbrauch Ggf. dezentraler Booster für Einzelanlage, die hohes Druckluftniveau benötigt Einsatz von Druckminderern Z.B. für Montagearbeitsplätze (Druckluftpistolen) Generelles Hinterfragen, ob Druckluft für diesen Prozess benötigt wird Behebung von Leckagen Lochdurch- Luftverlust bei 7 bar Leistungsbedarf des Kompressors Energieverlust pro Jahr Kosten pro Jahr* messer zur Deckung der Leckage [mm] [l/s] [kw] [kwh/a] [ ] 1 1,3 0, ,5 2,9 1, ,7 4, ,5 11, *Strompreis 12 ct/kwh 17

18 Zielvereinbarung Umsetzung von Effizienzpotenzialen in Lernenden Energieeffizienz-Netzwerken (LEEN) Initiierungsphase (3-9 Monate) Informationsveranstaltung LEEN -Konzept Energieeffizienzworkshops (ca. 3-4 Jahre) Regelmäßige Treffen (4 pro Jahr): - Betriebsbegehungen beim jeweiligen Gastgeber - Fachvorträge von Experten (gemeinsames Festlegen relevanter Themen) - Ergebnispräsentationen realisierter Maßnahmen - Erfahrungsaustausch Abschlussphase (1-2 Monate) Präsentation und ggf. Veröffentlichung der Ergebnisse Letter of intent/ Vertrag Initialberatungen (7-10 Monate) Monitoring der Ergebnisse (jährlich) Identifizierung von wirtschaftlichen Energieeinsparpotenzialen Top down und Bottom up Quantifizierung der Energie- und CO 2 -Einsparungen Offizieller Start des Netzwerks (10 15 Unternehmen) Energietechnische Hotline 18

19 Lastmanagement - ein innovatives Konzept? Demand Side Management SmartX Demand Response 19 Quelle: Wagner, U. (1989) Lastmanagement wird in der Industrie seit Jahrzehnten praktiziert Ziel: lokale Leistungsspitzen vermeiden Neu: Lastmanagement mit übergeordneten energiewirtschaftlichen Zielen

20 Lastflexibilisierung als Beitrag zur Versorgungssicherheit Neben stromintensiven Prozessen auch Querschnittstechnologien geeignet Kältemaschinen für Prozesskälte (z.b. Kühl- und Gefrierprozesse sowie Kühlhäuser) Wasseraufbereitung (Fernwärme, Speisewasser) Lüftungsanlagen (Reduzierung oder Abschaltung) Klimaanlagen (Leistungsreduktion oder Abschaltung) Beleuchtungsanlagen (Dimmen) 20

21 Vermarktungsmöglichkeiten Betriebliches Spitzenlastmanagement Regelleistungsmarkt (Minutenreserve) Regelleistungsmarkt (Sekundärregelleistung) Redispatch / Engpassmanagement Bilanzkreisausgleich Spotmarkt (Day Ahead) Spotmarkt (Intraday) Verordnung zu abschaltbaren Lasten 21

22 Leistung in MW Abschaltbare Leistung durch Flexibilisierung von QST (Normalbetrieb) in Abhängigkeit der Abrufdauer* Pumpen Lüftung Kälte Beleuchtung Druckluft Minuten Minuten Stunde Stunden Stunden mittlere Last abschaltbare Last Zeitdauer FfE BMWi-17#P MOS-DRInd_mbH_ *realisierbares Potenzial für geeignete Betriebe ohne Kostenbetrachtung für die Implementierung (Personal und I&K)

23 Kosten-Nutzen-Analyse am Beispiel der Drucklufterzeugung Variation des Druckniveaus meist nur in geringem Umfang möglich (max. +/- 2 bar) Bsp.: Veränderung Druckniveau um - 0,5 oder + 2 bar ist bei konstanter Abnahme für ca. 1 bis 4 Sek. möglich Flexibilisierung der Kompressoren zwar theoretisch möglich, aber praktisch aufgrund kurzer Verfügbarkeit nicht nutzbar 23

24 Kosten-Nutzen-Analyse am Beispiel der Drucklufterzeugung Alternative: Erhöhung Speichervolumen Austausch / Installation zusätzlicher Kompressoren für z.b. Verdichtung auf 40 bar für längere Flexibilisierung Zusätzlich geeignete Speicher nötig Erlöse durch Flexibilisierung stehen in keinem Verhältnis zu den Investitionen 24 Quelle: Habilitation Ingo Stadler, 2005

25 Zusammenfassung und Ausblick Der Bereich Druckluft weist noch eine Vielzahl an Effizienzmaßnahmen mit teilweise hohen Einsparpotenzialen auf Eine Flexibilisierung von Druckluftanlagen ist allerdings unter den derzeitigen Rahmenbedingungen nicht wirtschaftlich Vermarktung von Flexibilitäten findet jedoch schon in einigen Pilotbetrieben statt, hier werden überwiegend folgende Anlagen flexibel betrieben: BHKWs Lüftungsanlagen Kältemaschinen Beleuchtung (Dimmen) Pumpen 25

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Ansprechpartner: Dipl.-Ing. (FH) Anna Gruber +49 (89) Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbh Am Blütenanger München 26