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Energiebedarf der Produktion messen und senken

Mehr Effizienz ohne Risiko für das Kerngeschäft

Energiebedarf der Produktion messen und senken

Wenn die Mengen an Energie und Ressourcen für die Produktionsschritte bekannt sind, lassen sie sich konsequent verringern. Dazu muss zunächst ermittelt werden, bei welchem Schritt sich eine nähere Betrachtung überhaupt lohnt und welcher sich beeinflussen lässt. Gefragt sind vor allem Stellgrößen, die ohne tiefe Eingriffe in die Betriebsabläufe zu Energieeinsparungen führen.



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Tiefe Eingriffe in die Unternehmensprozesse beeinträchtigen stets das Kerngeschäft eines Unternehmens. Dieses Risiko soll bei den meisten Energiesparmaßnahmen vermieden werden. Gefragt sind vielmehr Stellgrößen, die ohne Einfluss auf die Abläufe den Energieverbrauch reduzieren. So ist der Energiebedarf beispielsweise stark abhängig von Los- oder Chargenmengen und in den meisten Fällen nicht proportional zu Mengenänderungen. Bei energieintensiven Produktionen kann sich dieser Zusammenhang auch auf die spezifischen Produktionskosten auswirken.

Die wechselseitigen Abhängigkeiten zwischen Produktionsprozessen, den produzierten Mengen, den eingesetzten Produktionsanlagen und den Energieverbräuchen lassen sich nicht mehr einfach überblicken. Erschwerend kommt hinzu, dass Prozesse nicht kontinuierlich Energie und Ressourcen verbrauchen, sondern Lastgängen unterliegen und der Verbrauch somit zeitlich aufgelöst werden muss.

Daten beschaffen ist die zentrale Aufgabe

Die Beschaffung der notwendigen Daten für Effizienzmaßnahmen ist eine zentrale Aufgabe. Erfahrungen haben gezeigt, dass viele benötigte Daten in den Unternehmen vorhanden sind. Sie liegen allerdings in Abteilungen und deren speziellen Datenbanken, in produktionsunterstützenden Systemen mit unterschiedlichen Datenformaten und proprietären Schnittstellen. Eine Zusammenführung der Informationen setzt viel IT-Know-how und Erfahrung voraus. Nur selten wurden sie unter dem Aspekt der Energieoptimierung erhoben und sind hierzu nicht direkt nutzbar.

Energie und Ressourcen in Intervallen messen

Ein vielversprechender Ansatz ist es, Energie- und Ressourcenmengen in für die Analyse geeigneten Zeitintervallen zu messen und die Originalwerte zu speichern. Für Strom sind diese Messungen vergleichsweise einfach und kostengünstig zu bewerkstelligen. Das Messen von Wärme, Dampf, Druckluft, Gasen et cetera ist ebenfalls kein technisches Problem, sondern lediglich eine Frage der Kosten-Nutzen-Relation.

Für erste Analysen zur Beurteilung des Einsparpotenzials hat sich die Messung von physikalischen Ersatzgrößen wie Temperaturen, Drehzahlen, Ventilstellungen als wirkungsvoll erwiesen. Voraussetzung ist, dass die Messsysteme und die zur Auswertung verwendete Software über geeignete mathematische Methoden verfügen, um belastbare Werte zu berechnen. Ist das nicht der Fall, kann die Datenbeschaffung sehr schnell teuer werden. Effizienzprojekte könnten so von vorneherein an den Kosten scheitern.

Viele Analysen sind zu unscharf

Oft werden Analysen und Berechnungen aus Ermangelung von Messdaten auf Basis von Maximal-, Minimal- oder Durchschnittswerten durchgeführt. Diese spiegeln aber niemals die wirkliche Situation wieder. Sie sind zu unscharf, führen daher häufig zu Über- oder Unterdimensionierung und damit zu falschen Voraussetzungen für Energieoptimierungen. Die gemessenen oder berechneten Verbrauchsdaten erlauben noch keine Aussage über die Effizienz von Systemen. Sie lassen sich jedoch fachgerecht interpretieren, wenn die nachgelagerten Prozesse bekannt sind. In der Regel ist der Ablauf mit den einzelnen Schritten bekannt und in den Leit- und Prozessplanungssystemen dokumentiert.

Daten über die zeitliche Abfolge, die Verweildauer in den einzelnen Schritten und die konkrete Zuordnung zu Anlagen und Maschinen sind oft nicht ohne Weiteres zu beschaffen. Diese Informationen sind in den Steuerungen verankert, stehen dort jedoch nicht in den Registern zur einfachen Datenausgabe bereit. Der Prozessablauf lässt sich oft mit einfachen Mitteln gut verfolgen und dokumentieren. Auch hier kann mit Ersatzgrößen gearbeitet werden, die Rückschlüsse auf die zeitlichen Abläufe zulassen. So haben sich die Überwachung von Zustandswerten, Energielastgängen, Ein-Aus-Schaltungen und vieles mehr bewährt. Die Erfassung dieser Messgrößen ist relativ einfach und kostengünstig.

Größe und Zeitachse bilden zusammen das Fundament

Die Datenerhebung für die Energie- und Ressourcenverbräuche sowie die Prozessabläufe basieren darauf, dass sich alle Größen auf eine Zeitachse beziehen. Zum Ermitteln des Einsparpotenzials bieten sich unterschiedliche Methoden an. Am zielführendsten ist es meist, die physikalisch notwendige Energiemenge für den Prozessschritt herauszufinden. Dieser Wert wird sich in der Praxis nicht erreichen lassen. Er zeigt aber das theoretisch mögliche Einsparpotenzial und gibt Hinweise darauf, ob unter der Annahme eines realistischen Wirkungsgrades eine weitere Betrachtung lohnt.

Primär- und Sekundärenergie

Wenn es sich bei den für den Prozess eingesetzten Energien um Sekundärenergien handelt, deren Umwandlung aus Primärenergien beeinflussbar ist, lohnt sich in den meisten Fällen eine übergreifende Betrachtung. Mehr Effizienz bei der ‚Erzeugung‘ der Sekundärenergie – meist Dampf, Kälte und Druckluft – wirkt sich auf alle damit verbundenen Prozesse aus, so dass dieser Hebel berücksichtigt werden sollte.

Die Prozesse und zugehörigen Energieverbräuche unterliegen zeitlichen Schwankungen. Diese erfordern es häufig, die Messwerte im Minutenbereich zu ermitteln und zu verrechnen. Dazu sind zeitreihenorientierte mathematische Funktionen notwendig, die leicht anzuwenden sind. Ein Beispiel hierfür sind gleitende Durchschnittswerte, die nicht exakt erfassbare diskrete Prozessschritte für Berechnungen in kontinuierliche Prozesse umwandeln.

Sparmaßnahmen abteilungsübergreifend entwickeln

Wenn Einsparpotenziale identifiziert sind, können Maßnahmen erarbeitet werden, sie zu heben. Dabei ist die Kompetenz von Fachleuten aus den entsprechenden Bereichen gefragt. Die gemessenen oder errechneten Verbrauchslastgänge, gekoppelt mit den Prozessinformationen, sind eine solide Basis für die Auslegung von Komponenten. Zur weiteren Überwachung der Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit von Maßnahmen ist die Festlegung von Einsparzielen notwendig. Dass dies in der Praxis oft schwer fällt, ist angesichts der Komplexität von Prozessen und des Zusammenspiels verschiedener Komponenten verständlich. Dennoch dienen die Ziele dazu, den Maßnahmen einen konkreten Nachweis des Return of Investment zuzuordnen.

Erfolgskontrolle mit dauerhafter Überwachung

Es schließt sich also nach der Umsetzung der Maßnahmen eine laufende Erfolgskontrolle an. Die Voraussetzungen für die dauerhafte Überwachung der Prozesse auf Energie- und Ressourceneffizienz liefern die vorangegangenen Analysen. Temporäre Messungen müssen jetzt ’nur noch‘ auf kontinuierliche Datenerfassung umgestellt werden. Der ständige Vergleich mit der Situation vor der Maßnahme (Baseline) dient zum Effizienznachweis des Ressourcenverbrauchs und um die prognostizierten Einsparungen einzuhalten.

Abläufe erfordern laufend Anpassungen

Die Verbesserung der Energieeffizienz von Prozessen ist eine kontinuierliche Aufgabe, die nicht nach einer Maßnahme endet. Abläufe sind nicht statisch, sondern verlangen laufend Anpassungen aufgrund von Produkt- oder Verfahrensänderungen. Mit der laufende Kontrolle der Energieeffizienz-Kennzahlen lassen sich die Auswirkungen dieser Produktionsumstellungen auf Verbräuche schnell und zuverlässig erkennen.