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Von der Automatisierung zum Energiemanagement

Die in der Produktion vorhandene Automatisierungstechnik lässt sich auch zur Senkung von Energiekosten und -verbrauch einsetzen. Doch auch wenn die nötigen Komponenten zur Verfügung stehen, werten nur wenige Unternehmen ihre Verbräuche systematisch aus.

Bild: Mitsubishi Electric

Oft freuen sich die Betriebswirte, wenn Kurven über lange Zeiträume nach oben zeigen. Eine Ausnahme stellt die stetige Aufwärtsbewegung der Energiepreise dar, die für energieintensive Betriebe sogar zur existenzbedrohenden Standortfrage werden kann. Natürlich gibt es zahlreiche kleinere ‚Stellschrauben‘ zur Senkung des Verbrauchs. Sinnvoller und nachhaltiger sind jedoch ein systematisches Vorgehen und der Einsatz von Werkzeugen, die speziell für Kontrolle und Senken von Energiekosten und Energieverbrauch in Industrieunternehmen entwickelt wurden.

Energieverbrauch kaum systematisch erfasst

Ein solches Werkzeug bietet Mitsubishi mit dem ‚Energy Control Pack‘ (ECP). Anlass der Entwicklung war die Erkenntnis, dass Verbräuche kaum systematisch erfasst werden – selbst wenn beispielsweise umrichtergesteuerte Antriebe eine Einbindung in übergeordnete Informationsnetze bieten, die Unternehmen zum Erfassen und Steuern von Verbräuchen nutzen können. Für einen Hersteller von Frequenzumrichtern und Spezialisten der Antriebs- und Automatisierungstechnik lag also der Schritt nahe, ein Energiemanagement-System für industrielle Anwendungen zu entwickeln. Dazu ging Mitsubishi Europe eine strategische Partnerschaft mit zwei Messtechnik-Herstellern ein: LEM hat Messklemmen entwickelt, die sich einfach an Stromleitungen montieren lassen und Werte drahtlos an Auswerteinheit oder Leitwarte funken, Inea bietet Software unter anderem für die Ansteuerungen für Blockheizkraftwerke an.

Gezieltes Lastspitzen-management

Im ersten Schritt erfasst das System die Verbräuche an einzelnen Antrieben beziehungsweise Maschinen, sprich also die Last. Dabei arbeiten bereits zuvor oder neu installierte Frequenzumrichter als Ist-Wert-Geber; wo das nicht möglich ist, kommen kabellose Messklemmen zum Einsatz. Die gemessenen Werte gelangen über ein Modul im Manufacturing Execution-System (MES) an die Leitebene, werden zentral in einem Energie-Management-Tool ausgewertet und sowohl in der Produktionsebene als auch an einem Bediengerät vor Ort angezeigt. Damit hat der Anwender den Schritt zum ‚Smart Metering‘, also zur genauen Verbrauchserfassung, vollzogen und kann beispielsweise am Bildschirm Trends ablesen und die Verbräuche einzelner Messstellen abrufen. Zum Senken der Energiekosten müssen die vorhandenen Daten noch bewertet und Konsequenzen gezogen werden. Ein Hebel ist dabei ein gezieltes Lastspitzenmanagement: Die Energieversorger messen den höchsten Verbrauch eines Unternehmens in einem Intervall von jeweils fünfzehn Minuten und vergleichen den gemessenen Verbrauch mit dem vereinbarten Sollwert. Dieser maximale Verbrauch, auch Lastspitze genannt, fließt für einen bestimmten Zeitraum in die Berechnung der Stromkosten ein. Wenn ein Unternehmen im Messzeitraum von fünfzehn Minuten eine besonders hohe Lastspitze fährt, muss es also je nach Vertrag einen Monat oder ein Jahr lang mit höheren Stromkosten rechnen.

Energieverbrauch optimieren und verwalten

Schon der Einsatz von Frequenzumrichtern kann diese Kosten senken, denn die Funktion des Sanftanlaufs vermeidet hohe Lastspitzen beim Anfahren. Noch besser aber ist es, die Maschinen vor Schichtbeginn sukzessive und nicht gleichzeitig hochzufahren. Die Abfolge der Maschinenstartvorgänge kann im Energiesystem hinterlegt werden. Durch diese vorausschauende Optimierung kann der Anwender Stromkosten sparen, ohne in Produktionsprozesse einzugreifen. Auch die Blindleistungen im Stromnetz lassen sich auf diese Weise überwachen. Die Lösung eignet sich aber nicht nur als Werkzeug für vorausschauende Optimierung: Um die Stromabnahme zu regeln, kann der Anwender in einer Prioritätsliste Verbraucher definieren, die bei Überschreiten einer definierten Lastspitze abgeschaltet werden. Hier bieten sich etwa Kühl- oder Heizanlagen an, die bedingt unabhängig von der Energieversorgung arbeiten. Diese Speicher lassen sich gezielt in Schwachlastzeiten beheizen oder kühlen.

Schrittweise Systemeinführung senkt Erstinvestition

Häufig starten die Anwender mit einem Produktionsbereich und reinvestieren die eingesparten Kosten in die schrittweise Erweiterung des Systems. Die bisher realisierten Einsätze zeigen, dass Systemanwender eine durchschnittliche Reduzierung der Lastspitzen um 13 Prozent erzielen konnten, die Energiekosten sanken um fünf bis 15 Prozent. Daraus ergibt eine Amortisationszeit im Bereich von 10 bis 26 Monaten, die bei Projektbeginn relativ genau abgeschätzt werden kann.

Umfassende Informationen zu Verbrauch und Kosten

Die Informationen, die das Energiemanagemernt am Controller- und Bedienpanel bereitstellt, können in Datenbanken gespeichert und an übergeordnete Informationssysteme über das optionale MES-IT Modul weitergegeben werden. Auf diese Weise kann der Anwender zum Beispiel die Energiekosten pro Maschine oder pro Produktionseinheit für das Controlling ermitteln. Auch Anlagen mit eigener und regenerativer Energieerzeugung lassen sich in das System einbinden, das Gleiche gilt für die Verbrauchserfassung für Medien wie Druckluft, Gas, Öl, Wasser, Heiz- und Klimaanlagen.




Energiemanagement von der Messstelle bis ins Leitsystem: Auf Basis der Verbrauchsdaten lassen sich Strategien zum Senken der Energie- und Wartungskosten ermitteln. Bild: Mitsubishi Electric

Oberstes Ziel: Kontinuität der Produktion

Bei Eingriffen in den Energieverbrauch verfolgt die Programmlogik dabei immer das Ziel, die Kontinuität der Produktion und der Prozesse bei gleicher oder besserer Qualität zu bewahren. Deshalb wird im System beispielsweise eine Prioritätenliste hinterlegt, die regelt, welche Lasten unter welchen Bedingungen abgeschaltet beziehungs-weise reduziert werden können. Die Bediener an der Maschine bemerken das Eingreifen somit nicht, Produktivität und Qualität der Produktion werden nicht beeinträchtigt. Sozusagen als Nebeneffekt lassen scih die Daten aus dem Energiemonitoring auch für die Instandhaltung nutzen: Ein langsam ansteigender Verbrauch, der zum Beispiel auf einen Lagerschaden an einem Antrieb hindeutet, wird dem Bediener gemeldet, der dann im Sinne der vorbeugenden Instandhaltung frühzeitig reagieren kann. Zugleich kommt Energiemanagement auch der Zuverlässigkeit der Anlagenstromversorgung zugute, weil ein unkontrolliertes Hochfahren von Maschinen verhindert und so die vorhandenen elektrischen Anlagen nicht überlastet werden. Und es ermöglicht ein vorausschauendes Monitoring bei der Erweiterung des Maschinenparks beziehungsweise bei der Integration neuer Verbraucher ins Stromnetz.

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