Energieeffizienz in pneumatischen Systemen Erfahrungen aus der Praxis

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1 Energieeffizienz in pneumatischen Systemen Erfahrungen aus der Praxis Kolloquium Energieeffizienz Esslingen, 28. März 2011 Sven Lensdorf Leiter Internationales Service Management Festo AG & Co. KG Esslingen

2 Intelligente Auslegung Intelligente und innovative Auswahl- Software unterstützen Sie bei der Auslegung von Systemen. Damit kann man Komponenten kleiner auslegen und vermeidet die Kumulation von Sicherheitsfaktoren. Lösungen für eine wirtschaftliche und nachhaltige Zukunft Produkte & Lösungen Festo bietet Produkte und Lösungen an, die Energie effizienter nutzen! Schon heute lassen sich mit Lösungen von Festo überraschende Einsparpotenziale realisieren. Vom Front-End über die Ventil- und Ventilinsel- Ebene bis zur hocheffizienten Druckluftaufbereitung. Training & Consulting Nutzen Sie die Kompetenz unserer Vertriebs- Ingenieure und Energy Efficiency Consultants. Profitieren Sie aus den Synergien von Industrienähe und dem Trainingsangebot von Festo Didactic. Services Festo Energy Saving Services bieten ein maßgeschneidertes Dienstleistungsprogramm zur Ermittlung und bestmöglichen Ausschöpfung von Einsparpotentialen. Das Servicepaket zur ganzheitlichen und nachhaltigen Energieeinsparung ist für alle Anwender interessant. 2

3 Energy Saving Services Auslegung Produkte Training Services Erst- Begutachtung Analyse Planung Umsetzung Erhaltung Einführung Energiesparen in Druckluftsystemen Druckluftversorgung* Druckluftanwendung Druckluftversorgung* Druckluftanwendung Druckluftanwendung Druckluftversorgung* Druckluftversorgung* Druckluftanwendung Erfassung der aktuellen Situation Indentifikation von Kundenbedürfnissen und Zielen Ermittlung von Basis-Daten und möglichen Einsparpotenzialen Entwicklung Maßnahmenplan Messung Druckluftversorung Druckluftverbrauchsanalyse Druckluftqualitätsanalyse Leckage-Ortung Entwicklung Leckage Management Konzept Entwicklung Modernisierungskonzept Konzeption Condition Monitoring System Durchführung Korrekturmaßnahmen Durchführung Modernisierungs-konzept Einführung Condition Monitoring System Regelmäßige Kompressorund Anlagenmessungen Regelmäßige Leckageortung und Druckluftqualitätsanalyse Regelmäßige präventive und korrektive Instandhaltung Schulungen

4 Energieeffizienz in pneumatischen Systemen Erfahrungen aus der Praxis 1 Einsparpotenziale in pneumatischen Systemen 2 Planung und Umsetzung von Energiesparprojekten in der Praxis 3 Lessons learned

5 Energieeffizienz in pneumatischen Systemen Erfahrungen aus der Praxis 1 Einsparpotenziale in pneumatischen Systemen 2 Planung und Umsetzung von Energiesparprojekten in der Praxis 3 Lessons learned

6 Kosten der Drucklufterzeugung Kosten der Drucklufterzeugung Investitionskosten: Kompressor/Druckluftaufbereitung Investitionskosten 9% Instandhaltungskosten 14% Instandhaltungskosten und Betriebsmittel: Wartung/Instandsetzung, Ersatzteile, Öl, Kühlwasser Energiekosten: Strom Energiekosten 77% Kosten Druckluft in der EU: ca. 0,025 / m³ (angesaugte Luft bei anschließender Verdichtung auf 7 bar) 6

7 Ganzheitlicher Ansatz besser als Insellösungen Kompressor / Druckluftaufbereitung Druckluftverteilung Anwendung Verdichter Nachkühler Wasser-/ Ölabscheider Druckluftspeicher Trockner Hauptleitung Stichleitungen Verbindungselemente Absperrventile Wartungseinheit Verschlauchung/ Verschraubung Ventile/ Ventilinseln Antriebe/ Greifer Vakuumtechnik

8 Einsparpotenziale in pneumatischen Systemen Energieeinsparmaßnahme Anwendbarkeit Effizienzgewinn Gesamtpotenzial Neuanlagen oder Ersatzinvestitionen Verbesserte Antriebe (hocheffiziente Motoren, HEM) 25,0% 2,0% 0,5% Verbesserte Antriebe (drehzahlvariable Antriebe, ASD) 25,0% 15,0% 3,8% Technische Optimierung des Kompressors 30,0% 7,0% 2,1% Einsatz effizienter technischer Steuerungen 20,0% 12,0% 2,4% Wärmerückgewinnung für Nutzung in anderen Anwendungen 20,0% 20,0% 4,0% Verbesserte Druckluftaufbereitung (Kühlung, Trocknung und Filterung) 10,0% 5,0% 0,5% Gesamtanlagenauslegung inkl. Mehrdruckanlagen 50,0% 9,0% 4,5% Verminderung der Druckverluste im Verteilsystem 50,0% 3,0% 1,5% Optimierung von Druckluftgeräten 5,0% 40,0% 2,0% Analgenbetrieb und Instandhaltung Verminderung der Leckageverluste 80,0% 20,0% 16,0% Häufiger Filterwechsel 40,0% 2,0% 0,8% Summe 32,9% Quelle: Compressed air systems in the European Union, Fraunhofer ISI,

9 Die richtigen Prioritäten setzen! Sonstige Maßnahmen Auffinden und Beseitigen von Leckagen Kompressoren mit variabler Motordrehzahl Wärmerückgewinnung Quelle: Compressed air systems in the European Union, Fraunhofer ISI 2000 Auslegung des Pneumatiksystems einschl. Mehrdruck-Leitungsnetz 9

10 Energieeffizienz in pneumatischen Systemen Erfahrungen aus der Praxis 1 Einsparpotenziale in pneumatischen Systemen 2 Planung und Umsetzung von Energiesparprojekten in der Praxis 3 Lessons learned

11 Steigerung der Energieeffizienz in pneumatischen Systemen Analyse Planung Umsetzung Erhaltung 11

12 Phase 1: Analyse des Status Quo Analyse Ziel: Feststellung der Ausgangswerte und Einsparpotentiale im kompletten Druckluftsystem 12

13 Phase 1: Analyse des Status Quo Analyse Analyse Druckluftversorgung: Betrachtung des Druckluftbedarfs sowie der Drucklufterzeugung über einen längeren Zeitraum, Ermittlung der Energiekosten und Einsparmöglichkeiten Druckluftverbrauchsanalyse: Messung und Erfassung des Druckluftverbrauchs bei einzelnen Maschinen Druckluftqualitätsanalyse: Messung und Beurteilung der Druckluftqualität an unterschiedlichen Stellen im System Leckageortung: Leckageprüfung im gesamten Werk inkl. Klassifizierung sowie Ableitung möglicher Lösungen 13

14 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 Volumenstrom [m 3 /min] Analyse Druckluftversorgung ,97 0 Druckluftvolumenstrom Erzeugerstationen Sa. - Fr., Pfizer, Freiburg K 1-18 K 2-2 K 4-1 K 1-15 K 1-17 K 3-10 K 2-3 Grundlast Samstag Sonntag Montag Dienstag Mittwoch Donnerstag Freitag Stromverbrauchsmessung der Kompressoren Analyse Kompressorlaufzeiten (Last-/ Leerlauf ) Druck- und Volumenstrommessung Analyse Druckband Abschätzung der Leckagen Gegenüberstellung von Energieverbrauch und geliefertem Druckluftvolumen (kwmin/m³) Kostenanalyse des gesamten Verbrauchs und deren Einsparpotentialen Datenanalyse zur Ableitung von möglichen Verbesserungsmaßnahmen (z.b. Optimierung Kompressorstation) 14

15 Druckluftverbrauch (Produktion läuft) 15

16 Druckluftverbrauch (keine Produktion) 16

17 Ergebnisse Energie-Analyse Drucklufterzeugung 17

18 Druckluftverbrauchsanalyse Ziel: Analyse des Druckluftverbrauchs von Maschinen/ Maschinenlinien Identifizierung ungeeigneter Nutzung von Druckluft und von Verbesserungsmöglichkeiten Maßnahmen: Messung des Druckluftverbrauchs Analyse verschiedener Kenngrößen (Verbrauch pro Maschinenzyklus, durchschn. Verbrauch pro Minute, Durchschnittsdruck, max./min. Druck, max./min. Luftvolumenstrom) Identifizierung von Verbesserungsmöglichkeiten

19 0 3,93 7,73 11,5 15,3 19,1 22,9 26,7 30,4 34, ,8 45,6 49,4 53,1 56,9 60,7 64,5 68,3 72,1 75,9 79,7 83,4 87, ,8 98, Durchfluss Druck Beispiele Verbrauchsanalyse Druckluftverbrauchsmessung vom (gesamte Anlage) , , ,4 5,2 5 Durchfluss [*l/min] Druck [bar] 400 4, ,6 0 4,4 Zeit [s] 19

20 Druckluftqualitätsanalyse Ziel: Erhöhung der Lebensdauer von Komponenten Senkung der Wartungskosten Steigerung der Maschinenverfügbarkeit und Prozesssicherheit Maßnahmen: Zentrale/dezentrale Messung der Druckluftqualität hinsichtlich Wasser- und Ölgehalt Analyse Zustand Luftfilter Analyse der Filterkonzepte Ableitung möglicher Verbesserungen

21 Leckageortung Leckageprüfung auf Werksebene Überprüfung des gesamten Druckluftsystems auf Leckagen, z.b. durch Ultraschalldetektoren (nur bedingte Beeinträchtigung des laufenden Betriebs), Leckagesprays Kennzeichnung der Leckagestellen (Tagging) Erfassung der für die Instandsetzung oder Verbesserung relevanten Informationen 21

22 Impressionen Kennzeichnung Leckagen 22

23 Impressionen Kennzeichnung Leckagen 23

24 Ergebnisse - Leckageortung Kunde A % der Etiketten Menge in l/min % der Menge /Jahr Total Etiketten % 5.581,9 100% ,66 Hoch >9l/min % 4.377,9 78% ,22 Mittel 2,5-9l/min % 1.155,7 21% 7.572,14 Gering <2,5l/min 23 5% 48,3 1% 316,30 Optimierung 29 7% Total Etiketten: Hoch >9l/min Mittel 2,5-9l/min , , , Gering <2,5l/min Optimisation , , , , , , , ,00 0, ,66 /Jahr ,00 0,00 m³ pro Jahr 24

25 Ergebnisse Leckageortung Kunde B Sum Tags 305 % l/min % /year High 83 27% 2867,6 79% ,74 Medium % 673,8 19% 8.489,89 Low 41 13% 88,9 2% 1.119,92 100% 3.630,28 100% , Sum tags High Medium Low , Sum l/min , , ,00 0, ,02 m³/year 25

26 Praxiserfahrungen Analyse Analyse Technologie Leckageanteil im Schnitt 18 % (3 % bis 55 %) Zu hoher Netzdruck (> 8bar) aufgrund von Druckverlusten im Netz Zu großes Druckband aufgrund suboptimaler Kompressoren/ Steuerungen Schlechte Druckluftqualität (Feuchtigkeit, Ölgehalt) Konstruktive Optimierungsmöglichkeiten Organisation Energieverbrauch sowie Kosten der Drucklufterzeugung nicht bekannt Einsparpotenziale nicht bekannt bzw. quantifiziert Ressortübergreifendes Thema: Produktion, Instandhaltung, Facility Management, Betriebsmittelbau, Einkauf Kein Hauptverantwortlicher/ Treiber Keine ganzheitliche Betrachtung (Insellösungen) 26

27 Phase 2: Planung der notwendigen Verbesserungsmaßnahmen Ziel: Planung Entwicklung der notwendigen Maßnahmen zur Verbesserung und Erhaltung der Effizienz der Kompressoren, Beseitigung der Leckagen und Verbesserung der Effizienz der Maschinen Maßnahmen Planung nachhaltige Leckagebeseitigung Planung Modernisierung von Anlagen Planung Condition Monitoring 27

28 Beseitigung von Leckagen Analyse von Leckagen/ Definition von Verbesserungsmaßnahmen Lokalisation von Leckagen (Ort, Anlage, ) Klassifizierung der Leckagen Produktdaten (Hersteller, Typ, Teile Nr., Menge, ) Art bzw. Ursache des Defekts Empfohlene Maßnahmen/Ersatzteile Abschätzung der Instandsetzungsdauer Definition Ersatzteilliste Maßnahmenliste nach Prioritäten und Zugänglichkeit zu Maschinen Dokumentation der durchgeführten Maßnahmen 28

29 Modernisierungskonzept für Anlagen Druckluftversorgung Optimierung Kompressorsteuerung Optimierung Kompressoren (Typ, Größe, ) Optimierung Druckluftaufbereitung Optimierung Druckluftverteilung Druckluftanwendung Optimierung von Blasluftanwendungen Optimierung von Vakuumanwendungen Optimierung von Verschlauchungskonzepten Vermeidung von Druckabfällen Optimierung von Druckniveaus Dimensionierung von Antrieben, Ventilen und Verbindungselementen Optimierung von Installations- und Steuerungskonzepten 29

30 Condition Monitoring Ziele Reduzierung der Betriebskosten von Maschinen durch permanentes Monitoring von Maschinenprozessen Transparenz bei Druckluft- und Energieverbrauch Erhaltung der Maschinenverfügbarkeit und Qualität Maßnahmen Analyse von Prozessen zur Identifikation relevanter Condition Monitoring Parameter Messung identifizierter Parameter und Auswahl geeigneter Sensorik Entwurf und Aufbau eines Condition Monitoring Systems 30

31 Praxiserfahrungen Planung Planung Technologie Richtiger erster Schritt: Leckagebeseitigung! Frage: Welche Ursache(n) haben Leckagen? Technische und wirtschaftliche Beurteilung von weiteren Einsparpotenzialen, möglichen Maßnahmen und Umsetzbarkeit ist komplex Technische Komplexität von Maschinen und Anlagen macht konstruktive Optimierungen im Nachhinein oft schwierig Organisation Ressortübergreifendes Thema: Produktion, Instandhaltung, Facility Management, Betriebsmittelbau, Einkauf Abstimmung und Planung von Verbesserungsmaßnahmen komplex 31

32 Phase 3: Umsetzung der Verbesserungsmaßnahmen Ziel: Umsetzung Schnelle und sichere Umsetzung der geplanten Maßnahmen/ Konzepte Leckagebeseitigung Anlagenmodernisierung Condition Monitoring Erfahrung Die Frage der Umsetzung von Optimierungsmöglichkeiten (Wer? Wann?) wird häufig viel zu spät überdacht! Die eigenen Möglichkeiten werden vielfach überschätzt! 6 Monate Wartezeit = 50 % des Einsparpotenzials 32

33 Phase 4: Erhaltung des optimierten Zustandes Ziel: Erhaltung Durchführung von Maßnahmen zur nachhaltigen Sicherstellung des erreichten Betriebszustandes von Maschinen und Druckluftysstem Maßnahmen Permanente/ regelmäßige Analyse Druckluftversorgung und verbrauch Überwachung Druckluftqualität Regelmäßige Leckageortung Regelmäßige präventive und korrektive Instandhaltung Training und Schulung von Maschinenbedienern und Instandhaltungspersonal 33

34 Praxiserfahrungen Erhaltung Erhaltung Technologie: Regelmäßige Leckageortungen sinnvoll (min. 1x/ Jahr) Technische Möglichkeiten zur Überwachung des Druckluftverbrauches werden nicht ausgenutzt Einbau von Durchflusssensoren gut, Condition Monitoring Lösungen besser Organisation Vom Projekt zum Konzept: Implementierung in TPM/ Instandhaltungskonzepte Training und Schulung von Maschinenbedienern und Instandhaltungspersonal Intensivierung der Zusammenarbeit mit Maschinenherstellern 34

35 Energieeffizienz in pneumatischen Systemen Erfahrungen aus der Praxis 1 Einsparpotenziale in pneumatischen Systemen 2 Planung und Umsetzung von Energiesparprojekten in der Praxis 3 Fazit

36 Fazit Installierte Kompressorleistung Durchschnittlicher Luftverbrauch Druckluftverbrauch/ Jahr Einheit Minimum Maximum Durchschnitt [kw] 31,85 723,00 246,01 [m³/ min] 1,82 73,38 17,68 [m³] , , ,29 Druckluftkosten/ Jahr [ ] , , ,26 Leckageanteil [%] 3,13 54,64 18,00 Kosten Leckage/ Jahr [ ] 725, , ,63 1. Druckluftsysteme bieten fast immer Einsparpotenziale 2. Ein ganzheitlicher Ansatz ist besser als Insellösungen 3. Beseitigung von Leckagen sind Quick wins 4. Konstruktive Optimierung bieten Chancen, sind jedoch hinsichtlich Aufwand/ Nutzen komplex 5. Interne Überzeugungsarbeit ist z.t. hoch, aber der Schlüssel zum Erfolg 6. Ein Gesamtverantwortlicher ist zwingend erforderlich 7. Amortisationszeiten fast immer unter 1 Jahr 8. Nebeneffekte: höhere Anlagenverfügbarkeit, höhere Produktivität, höhere Qualität, bessere Ersatzteilversorgung, bessere Arbeitsbedingungen 36

37 Festo AG & Co. KG Sven Lensdorf Leiter Internationales Service Management Ruiter Str Esslingen