Gemeinsam Energiepotenziale heben

Energieoptimierung in der Industrie

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11.05.2020 Die Energieoptimierung einer Anlage senkt nicht nur die Betriebskosten, sondern kann darüber hinaus die Anlageneffektivität erheblich steigern. Damit dies möglich ist, muss jedoch erst ermittelt werden, wie der Energieverbrauch aktuell aussieht. Die Industriedienstleister Bilfinger und Hochhuth haben eine wirksame Lösung entwickelt, mit der sie den Energieverbrauch von Anlagen optimieren.

Entscheider-Facts

  • Eine in Kooperation entwickelte Lösung ermöglicht es, den Energieverbrauch von Anlagen zu optimieren.
  • Das System wurde in einem Pilotprojekt bei der Münzing Chemie erfolgreich erprobt.
  • Meist wird der Return on Invest in weniger als einem Jahr erreicht.

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Die Sammlung der Betriebs- und Energiedaten von Anlagen ist die Grundlage für ein intelligentes Management und die effektive Optimierung des Energieverbrauchs. Bilder: Bilfinger

Bevor der Energieverbrauch einer Anlage effektiv optimiert werden kann, müssen zunächst Betriebs- und Energiedaten gesammelt werden. Dazu liefern Messgeräte die Daten zur Übersicht und Analyse an eine Datenplattform. Von Hochhuth stammen dabei die Messgeräte, und das Energiemanagementsystem Messdas 4.0, das die Geräte über einen zentralen Server anbindet, strukturiert und die erforderlichen Daten zusammenführt. Im Anschluss können neben detaillierten Analysen auch kostenstellenbasierte Energieabrechnungen mit dem Modul Enerdata realisiert werden. Das Energiemanagementsystem ist ISO- 50001-konform und offen gegenüber schon bestehender Sensorstruktur. Auch bereits vorhandene Messgeräte und Leitsysteme können integriert werden. Über eine Programmierschnittstelle (API) übernimmt die cloudbasierte Plattform Bilfinger Connected Asset Performance (BCAP) die Betriebsdaten, um sie vollumfänglich auszuwerten und aufzubereiten.

Weil der Energieverbrauch auf diese Weise transparent wird, kann dieser aktiv gesteuert werden und lassen sich so Einsparpotenziale identifizieren und die Energiekosten senken. Dabei werden die Kunden stets integriert. Denn das Ziel ist es auch, sie in die Lage zu versetzen, selbst Erkenntnisse aus den Daten herzuleiten, zum Beispiel mittels Sankey Diagrammen.

Pilotprojekt bei der Münzing Chemie

2019 haben beide Unternehmen ein Pilotprojekt bei der Firma Münzing Chemie in Heilbronn realisiert. Während Bilfinger für die Einrichtung von digitalen Anlagen-Zwillingen zuständig war, hat Hochhuth das Energiemanagementsystem als Datenquelle eingebracht. Das Projekt legte den Grundstein für die Kooperation der beiden Industriedienstleister.

So entstand die Idee einer festen Partnerschaft, in der sich beide Unternehmen ergänzen. Aus der Symbiose beider Partner entsteht großer Mehrwert für Prozessbetreiber, da Energiedaten nutzbringend mit Prozess- und Instandhaltungsdaten analysiert werden.

Bilfinger

Eine neue Dimension der Energieoptimierung: Die Partnerschaft von Bilfinger und Hochhuth ermöglicht die Kombination eines intelligenten Energiemanagements mit weiterführenden Analysen und Modellberechnungen, inklusive Beratung.

Ein Beispiel ist ein weiteres gemeinsames Projekt, das im Januar 2020 erfolgreich bei Münzing Chemie am Standort Elsteraue abgeschlossen wurde. In diesem Projekt wurden Energie- und Produktionsdaten miteinander verbunden. KPIs wie Energiebedarf pro Produktionsmenge werden nun automatisch gebildet und komprimiert in Dashboards dargestellt. Damit vereinfacht sich im ersten Schritt die Informationsaufbereitung und das Analysieren für Verantwortliche in Produktion, Controlling und Management.

In einem zweiten Schritt ist es möglich, Algorithmen zur tieferen Auswertung von zum Beispiel Anfahrverbräuchen zu erstellen. Dadurch können Betreiber ihre Energiekosten bei gleicher Produktivität senken. Dazu wurden sogenannte Virtual Sensors erstellt, also Algorithmen, die aus vielen Prozessparametern einen weiteren Prozessparameter errechnen. Mit diesen lassen sich Prozesse genauer steuern. Warnungen und Handlungsempfehlungen können an Anlagenfahrer oder Verantwortliche ausgesprochen werden. Der Prozess fährt unter allen Bedingungen näher am Optimum, wobei variierende Definitionen von Optimum berücksichtigt werden können. So können zum Beispiel Spitzenlastverbräuche bei Anfahrprozeduren antizipiert, bewertet und vermieden werden. Im kontinuierlichen, stationären Betrieb können dann andere Prozessvariablen in den Vordergrund rücken.

Energieoptimierung, wenn der Business Case stimmt

Die Projekte starten stets mit einer Ist-Aufnahme, die auch eine Kosten-Nutzen-Analyse einer Energieoptimierung beinhaltet. Die Experten ermitteln für die Anwendung die Voraussetzungen, um die Potenziale zu heben. Parallel wird geprüft, wie vor Ort Daten gesammelt werden können. Ein Team aus Ingenieuren und IT-Spezialisten erstellt einen Projektplan mit Kalkulation. Im Fall eines positiven Business Case wird das Energiemanagementsystem eingerichtet. Die Arbeiten umfassen die softwareseitige Sensorintegration, Anbindung, Konfiguration, Tests sowie abschließend die Datenkonfiguration und Speicherung auf der Serverstruktur. Im Anschluss wird der Energiebedarf einzelner Anlagen in der Cloud-Plattform analysiert und visualisiert. Ein Team von Consultants und Data Scientists leitet dabei das Projekt.

In beiden Projektphasen, sowohl bei der Server-Einrichtung als auch bei der Konzeptionierung und Umsetzung, müssen die Experten nicht unbedingt vor Ort sein. Viele Tätigkeiten können per Fernzugriff erfolgen, wodurch die Arbeitsbelastung für den Kunden minimiert wird. Die Produktion und Arbeitsprozesse werden von den Tätigkeiten meist nicht beeinträchtigt. Die Projektdauer beträgt in der Regel rund drei Monate. In einem weiteren Schritt erfolgt eine zielgenaue Kundenbetreuung.

Return on Invest oft innerhalb von einem Jahr

Die Komplettlösung für das industrielle Energiemanagement lässt sich schnell und flexibel an die Gegebenheiten beim Anwender adaptieren. Der Return on Investment (ROI) ist bei den meisten Kunden innerhalb von einem Jahr erreicht. Eine um zwei bis drei Prozent höhere Energieeffizienz und Einsparungen von drei bis fünf Prozent sind möglich. Durch die erweiterte Datenauswertung erschließen sich dem Betreiber neue Möglichkeiten, die er mit seinen eigenen Ressourcen nicht oder nicht effizient erreichen könnte. Die Implementierung von intelligenten Auswertemodellen, Vorausage- und Empfehlungsmodellen ist nun auch für kleinere Unternehmen möglich. Die gebündelte Darstellung der Informationen in der BCAP-Plattform macht die Nutzung zudem einfach und intuitiv. So können zum Beispiel Vorausagen über die Entwicklung von Energiepreisen oder Lieferketten eingebunden werden. Der Industrie und Chemiebranche erschließt sich so eine neue Dimension der Produktionsplanung. Betreiber können diese Informationen nun selbst nutzen und in ihre Arbeitsprozesse integrieren.

Die beiden Industriedienstleister werden ihre Komplettlösung für das Energiemanagement und die Energieoptimierung kontinuierlich weiterentwickeln und Betriebs- und Energiedaten für Betreiber noch besser nutzbar machen. So erhalten Anlagenfahrer beispielsweise automatisch Empfehlungen, wie sie den Prozess energieeffizient steuern können. Geplant ist darüber hinaus, dass nicht mehr nur einzelne Anlagen, sondern auch ganze Produktionslinien und Werke als Ensemble für die Datenerhebung genutzt werden. Zuvor zu komplexe Steuerungsvorgänge werden in Zukunft umsetzbar sein.

Was bedeutet ISO 50001?

Die Norm ISO 50001 hilft Industrieunternehmen beim Aufbau eines Energiemanagements und wird für die Zertifizierung eines Energiemanagement-Systems herangezogen. Während die Einführung eines Energiemanagement-Systems grundsätzlich freiwillig ist, bildet die Zertifizierung nach DIN EN ISO 50001 oder ein nach Emas-Verordnung registriertes Umweltmanagementsystem die Voraussetzung für die Befreiung energieintensiver Unternehmen von der EEG-Umlage.

Was bedeutet Energieeffizienz?

Energieeffizienz ist der Quotient aus Ertrag (Energie oder Waren bzw. Dienstleistungen) zur eingesetzten Energie. Durch Energieoptimierung soll der Nutzen der eingesetzten Energie maximiert werden. In Europa beschäftigt sich die EG-Richtlinie 2002/91/EG mit der Energieeffizienz, diese wurde mit dem Energieeinspargesetz (EnEG) und mit der Energieeinsparverordnung EnEV in deutsches Recht umgesetzt.

Als energieintensive Industrie nimmt die Chemie in Deutschland das Thema Energieeffizienz sehr ernst. Zwischen 1990 und 2018 sank der Energieverbrauch der Branche um 17 %, während im selben Zeitraum die Produktion um 76 % gesteigert wurde. Quelle: Verband der Chemischen Industrie

 

Heftausgabe: Mai 2020

Über den Autor

Martin Bergmann, Lead Product Manager, Dr. Henning Weiß, Consultant Asset Management, Bilfinger Digital Next GmbH
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