Energiesparen in energieintensiven Prozessen und Anlagen in der Ernährungsindustrie

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1 Energiesparen in energieintensiven Prozessen und Anlagen in der Ernährungsindustrie Vortrag im Rahmen des Forums Energie der IHK und ETI Energieeffizienz in der Ernährungswirtschaft Hohen Neuendorf, Dipl.-Ing. Roland Berger Geschäftsführer 1

2 Details ÖKOTEC Energiemanagement Gründung des Unternehmens ÖKOTEC Management GmbH im Jahr Zunahme der Aktivitäten im Bereich Energie führt zur Gründung von ÖKOTEC Energiemanagement GmbH im Jahr Umfassende Energieberatung von der Ideenentwicklung bis zur Umsetzung Konzentration auf energieintensive Branchen in Industrie & Gewerbe Tätigkeitsgebiet Deutschland und Europa Kontinuierliches Wachstum durch erfolgreiche und innovative Beratungsleistungen Interdisziplinäres Team ermöglicht - Spezialisierung in allen energierelevanten Themen - Flexible Anpassung unserer Projektteams an die unterschiedlichen Bedürfnisse unserer Kunden Kapazität zur Abwicklung größerer Projekte - 28 Mitarbeiter, davon 19 im Bereich Energiemanagement 2

3 Kunden von ÖKOTEC 3

4 Auszug Referenzen Chemie und Pharma Fleischverarbeitung Metallverarbeitung Automotive Getränke Papierverarbeitung Kunststoffverarbeitung Weitere Lebensmittel Weitere Branchen 4

5 Motivation Energiemanagement Herausforderungen Mangelnde Zeit und fehlendes Personal Fehlendes, spezifisches Know-how Fehlendes Kapital Forderung nach sehr kurzen Amortisationszeiten Forderung nach geringen Investitionskosten Argumente für Energiemanagement Energieeinsparpotentiale je nach Branche und Betrieb 5-30% Externe Unterstützung löst Zeit- und Know-how-Problem Hohe Wirtschaftlichkeit durch steigende Energiepreise Möglichkeiten zur Förderung und Bezuschussung Strategischer Erfolgsfaktor im Wettbewerb 5

6 Elemente einer nachhaltigen Energiestrategie Steigerung der Energieeffizienz - Abschalten bei fehlendem Bedarf und Vermeidung bzw. Reduktion von Verlusten - Anpassung von Niveaus und Mengen an den Bedarf - Einsatz effizienter Anlagen und Aggregate und effizienter Betrieb - Nutzung von Abwärme - Im Bestand und für Neubauten Bezugsoptimierung - Vertrag und Abrechnung - Lastoptimierung - Eigenerzeugung durch KWK, ggf. alternative Brennstoffe (Wirtschaftlichkeit abhängig v. Einzelfall ) - Eigenerzeugung durch Fotovoltaik+Solarthermie, Wind, Wasserkraft (meist nur Sondereinsatzfälle, meist nur geringe Anteile am Energiebedarf eines Betriebs und lange Amortisationszeiten) 6

7 Elemente einer nachhaltigen Energiestrategie Energiemanagement als Querschnittsaufgabe - Technische Maßnahmen: z.b. Pumpenregelung, Abwärmenutzung - Organisatorische Maßnahmen: z.b. Festlegung Abläufe und Zuständigkeiten - Interne + externe Spannungsfelder positiv nutzen Erfolgsfaktoren - Unterstützung durch Unternehmensleitung - Klare Zuständigkeiten und Abläufe - Kompetenz und Engagement der Mitarbeiter - Motivation und Anreizsysteme 7

8 Ablauf Energieoptimierung ENERGIE- CONTROLLING ENERGIE-EINKAUF 8

9 Energieeffizienzcontrolling 9 Energiecontrolling Wichtige Voraussetzung für eine nachhaltige Energieeffizienzstrategie Praxis aus Betrieben - häufig sind wenig bis keine Daten vorhanden - eingesetzte Systeme produzieren Datenflut - Auswertung Daten häufig nur halbautomatisch und unanschaulich - häufig keine Warnungen bei Überschreitungen - Ungünstige Kosten-Nutzen-Verhältnisse eingesetzter Systeme Entscheidend ist daher folgendes Vorgehen - Analyse der wesentlichen Energieverbraucher - Definition von Kennzahlen für die Effizienz - Ermittlung der erforderlichen Messgrößen - Definition der Häufigkeit von Messintervallen (ggf. temporär) - Bewertungskriterien zur Systemauswahl (Zähler, Feldebene, Software) Kennzahlen - Anschauliche Verdichtung z.t. komplexer Messinformationen - Nutzung für ein Benchmarking und zum Abgleich mit Sollwerten - Beispiele: Effizienz einer Anlage, Verbrauch bezüglich Produktmenge

10 Überblick Energieoptimierung 10

11 Energieverbrauch Abschalten bei fehlendem Bedarf (gilt für alle Energiebereiche) Bedarfsanpassung und Regelung Kühlwassertemperatur Druckluftniveau Dampfdruckniveau Luftwechsel Beleuchtungsstärke Optimierung Prozessteuerung Abwärmenutzung Quellen: aus Abluft, Prozessen Methoden: Energiebilanz, Pinch-Analyse 11 Elektromotoren Leistungsanpassung Drehzahlregelung Reduktion Leerlauf-/Teillastverluste Einsatz effizienter Motoren

12 Energieverteilung Reduzierung von Verlusten Effiziente Leckagebeseitigung (z.b. Druckluft) Dämmung Wärme- und Kälteverteilung Blindstromkompensation Reduzierung Förderenergie Regelung von Pumpen Hydraulische Optimierung Optimierung historisch gewachsener Netze Medienwechsel Zentrale versus dezentrale Lösung Erzeugung, Speicherung, Verteilungsverluste Methode: Energiebilanz 12

13 Energieerzeugung Dampfkessel- und Heizungsanlagen Abgasverluste minimieren (z.b. Economiser) Reduktion Bereitschaftsverluste (z.b. Leistungsmodulation, Kesselfolgeschaltung) Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung Blockheizkraftwerke (BHKW) Dampfturbinen/-motoren Brennstoffauswahl (Gas, Biodiesel, Biomasse) Kälteanlagen Freie Kühlung Regelung/Hydraulik Kältemaschine als Wärmepumpe Abwärmenutzung 13 Druckluftanlagen Regelung Abwärmenutzung

14 Energiebezug Liefervertrag Beschaffungsstrategie optimieren Anpassung Vertrag an Verbrauch Verbesserung Konditionen (Preis, Abrechnungsgrundlage) Energieabrechnung Abgleich Vertragsbedingungen und tatsächliche Abrechnungen Optimierung Energiesteuern und Abgaben Verbrauchsanalyse Reduktion Lastspitzen Lastganganalyse Strom und Gas Lastmanagement (organisatorisch, technisch) 14

15 Renditeerwartung Rendite versus Amortisationszeit Amortisationszeit Häufig einziges Instrument zur Wirtschaftlichkeitsbewertung Ist im wesentlichen eine Risikobewertung Die Nutzungszeit der Anlagen wird nicht berücksichtigt Folge: Realisierung von Maßnahmen mit geringen Einsparungen Renditebetrachtung Berücksichtigt lange Nutzungszeit energietechnischer Maßnahmen Zeigt hohe Renditen auch bei längeren Amortisationszeiten Welche Rendite erreicht Ihr Unternehmen im Kerngeschäft? 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Nutzungsdauer [a] Amortisationszeit 1,5 Jahre 2,0 Jahre 2,5 Jahre 3,0 Jahre 4,0 Jahre 5,0 Jahre 15

16 Energiemedien und Prozesse Die wesentlichen Energiemedien in der Ernährungsindustrie sind Dampf, Warmwasser, Strom, Kälte und Druckluft/Vakuum Die Prozesse in den verschiedenen Branchen der Ernährungsindustrie erfordern z.t. sehr unterschiedliche Schwerpunktenergien, z.b. - Molkerei Dampf (Prozesse), Kälte (Prozesskühlung), Strom (div. Antriebe, Lüftungsanlagen) - Speiseöle Strom (Antriebe, Pressen, Lüftungsanlagen), Kälte (Prozesskühlung), Dampf (Extraktion), Druckluft (Verpackung) - Trockenprodukte Wärme (Trocknung), Kälte (Prozesskühlung, Gefriertrocknung), Strom (div. Antriebe) - Brauerei Dampf/Heisswasser (Prozess, Reinigung), Kälte (Prozess), Strom (div. Antriebe) - Fleischverarbeitung Dampf/Warmwasser (Kochen, Brühen, Räuchern), Kälte (Produkt- und Raumkühlung), Strom (Cutter, div. Antriebe, Lüftungsanlagen), Vakuum (Verpackung) 16 - Schlachtung und Zerlegung Kälte (Raumkühlung), Warmwasser (Reinigung), Strom (div. Antriebe), Druckluft (Fördertechnik)

17 Abschalten Bei fehlendem Bedarf Aufnahme: welche Anlagen sind wann und wie lange in Betrieb, obwohl kein Bedarf besteht Beispiele - Betrieb außerhalb der Produktionszeit oder bei (längerer) Produktionsunterbrechung: Produktionsanlagen, Antriebe, Prozesskälte- und -wärme, Druckluft, Lüftungsanlagen - bei Beleuchtung auch Berücksichtigung Tageslicht und Bedarf nach Sehanforderung - Kontinuierlicher Einsatz von Wasser für Reinigung Wenn organisatorisch erreichbar: Festlegung Abläufe und Zuständigkeiten Alternativ: Nutzung technischer Systeme (z.b. Zeitschaltuhr, Prozessteuerung, GLT); vor der Umsetzung ggf. Erstellung eines Konzeptes 17

18 Verluste reduzieren Aufnahme und Dokumentation von Energieverlusten - Leckagen Druckluft, Dampf, Kühlmedien - Ungenutzte Energiemedien (z.b. Warm-/Kaltwasser, Druckluft) - Wärme- und Kälteverluste bei fehlender/ungenügender Dämmung von Produktionsanlagen, Speichern, Verteilsystemen (Rohre, Armaturen) Ablauf der Umsetzung nach Erfordernis - Leckagen beseitigen (z.b. Reparatur Löcher, Austausch defekter Kondensatableiter); Festlegung Organisation und Zuständigkeit für Erkennung und Beseitigung - Einsatz effizienter Verteildüsen für Wasser oder Druckluft - Dämmung: Umsetzung der wirtschaftlichen Maßnahmen auf Grundlage systematischer Bestandsaufnahmen, Messungen und nachfolgender Berechnungen 18

19 Anpassung an Bedarf Aufnahme und Dokumentation des Bedarfs der Prozesse für Niveau und Menge (ggf. aufgeteilt nach Produktionsbereichen oder Gebäuden) Ergänzung vorhandener Informationen durch Messungen Wichtige Ansätze - Einsatz von Warmwasser (WW) statt Dampf - Absenkung Temperatur WW und Prozesse sowie Dampfdruck/-temperatur - Anhebung Kaltwasser- und Raumtemperatur (gekühlte Räume) - Reduktion Druckluftniveau - Reduktion Luftwechselzahlen/Luftmenge - Reduktion Beleuchtungsstärke Ablauf der Umsetzung nach Erfordernis - Warmwasser statt Dampf: zunächst Konzept, dann Umsetzung - Beleuchtung: Aufnahme Ist-Zustände, Umsetzung gemäß Messungen - Weitere: Umsetzung häufig ohne Konzept möglich, jedoch u.u. Erprobungsphase und sukzessive Anpassung erforderlich. 19

20 Nutzung Abwärme Aufnahme und Dokumentation von Wärmequellen und senken (Mengen, Temperaturen, Wärmekapazitäten, ggf. zeitlicher Verlauf) Ergänzung vorhandener Informationen durch Messungen Analyse der Daten Bei komplexeren Prozessen: Pinch-Analyse (rechnerisch-grafisches Verfahren für eine optimierte Gestaltung von Wärmeübertragungssystemen) Vor der Umsetzung Erstellung von Konzepten nach Erfordernis; Priorität: Nutzung im gleichen Prozess Beispiele: - Abluft TNV; Alternativ: Ersatz durch andere Technik (KNV, RNV) - Abluft von Trocknungsöfen oder sonstigen Heizprozessen - Warme Medien (z.b. Wasser, Thermoöl) aus Prozessen (z.b. Kochen, Autoklaven) - Auch Berücksichtigung der Versorgungstechnik (Kälte + Wärmepumpe, Druckluft, Lüftung) 20

21 Wirkungsgrad 100% 90% 80% 70% Nennleistung (kw) eff1 eff2 eff3 Elektrische Antriebe Aufnahme und Dokumentation der wesentlichen elektrischen Antriebe und Pumpen Ergänzung vorhandener Informationen durch Messungen Analyse der Daten und ggf. Konzeptentwicklung Umsetzung wirtschaftlicher Maßnahmen und Berücksichtigung bei zukünftigen Neuanschaffungen Beispiele: - Anpassung Antriebsgröße an Bedarf - Regelung von Motoren und Pumpen (FU, Stufenschaltung, Drosselregelungen vermeiden); je nach Anwendung ist Definition der Regelungsgrößen entscheidend - Bevorzugter Einsatz von Motoren mit Energieeffizienzklasse 1, ggf. 2 (s. Grafik) 21

22 Leistungsoptimierung Jede der vorgenannten Einsparmaßnahmen zur Verbrauchsreduzierung unterstützt auch die Leistungsoptimierung Analyse des Lastgangs (Strom, Gas) und Abschätzung Einsparpotentiale Aufnahme und Dokumentation vorhandener Technik (Lastmanagementsystem, Kombibrenner Kessel) Prüfung, ob Spitzen organisatorisch reduziert werden können - Optimierung Produktionsabläufe (versetztes Einschalten Anlagen) - Ggf. Verriegelungsschaltungen relevanter Verbraucher, die nicht kontinuierlich benötigt werden - Unterstützung durch Anzeigen der aktuellen Leistungsspitze und ggf. optische/akustische Warnmelder prüfen Identifikation abschaltbarer Anlagen für automatisches Lastmanagement - Lüftungsanlagen - Kälteanlagen mit entsprechender Speicherkapazität (Kühlwasser, Eisspeicher, Kühlräume) 22

23 Leistung in kw Leistung in KW Leistung in kw Jahresgang Lastgang und Jahresdauerlinie Jahresdauerlinie Zeit in h Jan Feb Mrz Apr Mai Jun Jul Aug Sep Okt Nov Dez Betrachteter Zeitraum Zeit in h 23

24 Erfolg mit Faktor 4 Doppelte Einsparung bei halben Investitionskosten im Vergleich mit Standardlösungen Beispiele Lüftungsanlagen Bedarfsanpassung und Auswahl einer geeigneten Variante erbrachte Erhöhung Einsparung von 40 auf 80% und Reduktion Investkosten um 55% Kälteanlagen Berücksichtigung freier Kühlung und Aufteilung Kühlkreise erbrachte Erhöhung Einsparung von 20 auf 70% und Reduktion Investkosten um 40% Wärmedämmung Nachkontrolle vorhandene Dämmung und Angebotsoptimierung Neuinstallation erbrachte Erhöhung Einsparung von 0 auf 70% und Reduktion Investkosten um 50% 24

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