Stromkosten im Griff

Ganzheitliches Energiemanagement in der Chemieindustrie

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12.02.2019 Im Strommarkt steigen sowohl die Preise als auch die Komplexität. Das trifft viele Unternehmen in der energieintensiven Chemieindustrie ganz besonders. Ein ganzheitliches betriebliches Energiemanagement kann helfen, diese Kostensteigerungen abzudämpfen.

Entscheider-Facts für Betreiber

  • Strom ist in den letzten Jahren deutlich teurer geworden. Besonders in energieintensiven Unternehmen in der Chemieindustrie macht Energie einen erheblichen Teil der Betriebskosten aus.
  • Ein ganzheitliches digitalisiertes Energiemanagement kann dazu beitragen, diese Belastung zu senken.
  • Zu möglichen Maßnahmen gehören eine automatisierte Energiedaten-Erfassung, effektives Lastmanagement und Lastprognose sowie das Erschließen von Einnahmequellen auf dem Regelenergiemarkt.

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Mit einem modernen Energiemanagement können Unternehmen die Kostensteigerungen bei den Energiepreisen unter Kontrolle behalten. Bild: Sergey Nivens – stock.adobe

Die Grundlage dafür bilden eine automatisierte Energiedaten-Erfassung sowie moderne Lastmanagement-Systeme. Darüber hinaus tragen vor allem der Einsatz von künstlicher Intelligenz sowie Echtzeitdaten dazu bei, die Prognosequalität zu erhöhen und damit Energie-Beschaffungskosten deutlich zu senken. Außerdem bietet die Vermarktung von flexiblen Lasten – wie der Chlor-Alkali-Elektrolyse – am Regelenergiemarkt die Möglichkeit, zusätzliche Erträge zu generieren und daneben auch zur Versorgungssicherheit beizutragen.

Viele Unternehmen erfassen bereits ihre Energiedaten – dies geschieht jedoch oft nicht automatisiert, sondern nach wie vor im Rahmen von Zählern, welche Mitarbeiter monatlich oder gar jährlich ablesen und aufwendig in eine Excel-Liste eintragen müssen. Grundsätzlich entspricht dies den Basisanforderungen rund um die ISO 50001.

Automatisierte Energiedaten-Erfassung sorgt für Vergleichbarkeit

Allerdings ist diese Methode wenig transparent und lässt vor allem keine Vergleiche – etwa auf Viertelstunden-Basis – zu. Eine automatisierte Energiedaten-Erfassung dagegen kann sämtliche Schnittstellen der vorhandenen Zählerinfrastruktur auslesen und aussagekräftig darstellen. Dies ermöglicht nicht nur, Energieverschwendung zu identifizieren und zu vermeiden sowie Effizienzmaßnahmen zu kontrollieren.

Die Energiedaten-Erfassung ermöglicht es darüber hinaus, ein automatisiertes und stufengerechtes Reporting sowie Energiekennzahlen – etwa Energieverbrauch/Fläche oder produzierte Stückzahl – zu bilden. Diese sogenannten Energie-Performance-Indikatoren (ENPI) lassen sich automatisiert, in gewünschter Granularität aufbereiten und in verständlicher Form den Verantwortlichen zur Verfügung stellen sowie in ERP-Systeme einbinden. Das Personal wird damit von solchen Aufgaben entlastet und kann sich der Analyse der ermittelten Daten und der damit verbundenen Umsetzung von Effizienzmaßnahmen widmen.

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Die durchschnittlichen Netzentgelte für Industriekunden mit einem Stromverbrauch von 24 GWh/Jahr sind in den letzen Jahren gestiegen. Datenquelle: Bundesnetzagentur

Spitzenlast-Management ist wieder ein Thema

Die stark gestiegenen Netzentgelte und die darin enthaltenen Kosten für die maximale Bezugsleistung bewegen viele Unternehmen dazu, das Thema Spitzenlast-Management wieder aufzugreifen und einzuführen. Durch ein effektives Lastmanagement lässt es sich auch oft vermeiden, bei einem betrieblichen Ausbau das Netz teuer erweitern zu müssen. Spitzenlast-Optimierung reduziert die kurzzeitigen Leistungsspitzen mit dem Ziel, die Stromkosten zu senken ohne die betrieblichen Prozesse spürbar zu beeinflussen. Dies ist besonders interessant, weil die maximale Leistungsspitze manchmal 50 % der gesamten Stromnetzkosten eines Unternehmens ausmachen können. Der Lastmanager überprüft kontinuierlich und in Echtzeit, dass das Leistungslimit eingehalten wird. Läuft der Betrieb Gefahr, den festgelegten Maximalwert zu überschreiten, reduziert das System den Leistungsbezug geeigneter Lasten kurzzeitig. Dabei legt der Anlagenbetreiber vorher fest, unter welchen Bedingungen (Priorisierung, Schaltzeiten, Regenerationszeiten) sich welcher Verbraucher wie stark einschränken lässt, ohne dabei die Prozesse im Unternehmen zu beeinträchtigen. Moderne Lastmanagement-Systeme sind zudem mit der Cloud verknüpft. Die in der Cloud berechneten Trends sind aufgrund der verfügbaren Daten exakter und sind flexibler in ihren Einsatzmöglichkeiten.

Um den Energieverbrauch zu optimieren, hat etwa der Aluminiumhersteller Aluminium Rheinfelden Group die Spezialisten von Xamax, einem Tochterunternehmen des Schweizer Energiekonzerns Alpiq, engagiert. Ab Oktober 2017 ließ das Unternehmen in der ersten Phase rund 40 Energiezähler auf der Mittelspannungsebene und 120 Energiezähler in der Niederspannungsebene, ein umfangreiches Energiemonitoring sowie eine vollautomatische Laststeuerung für die Schmelzöfen installieren. Das System reduziert die kostspieligen Lastspitzen um rund 1.000 kW und verringert den Aufwand für die kostenstellengerechte Energieabrechnung an die verschiedenen Arealnutzer deutlich.

Ein Produktionsstandort des Spezialchemie-Herstellers Sika Deutschland konnte die bezogene elektrische Leistung um 10 % reduzieren. An diesem Standort wurden große Lüftungsanlagen mit frequenzgesteuerten Antrieben ausgerüstet, welche wiederum durch das Lastmanagement-System und nach Bedarf über das vorhandene Gebäudeleitsystem stufenlos geregelt werden. Der Payback für die gesamte Installation lag hier unter zwei Jahren.

Verbesserte Prognosen stärken die Verhandlungsposition

Stahlwerk Gerlafingen

Besonders profitieren können energieintensive Branchen wie die Stahlindustrie – aber auch die chemische Industrie. Bild: Alpiq

Ein Lastmanagement-System hat aber noch andere Vorteile: Schon die vorhandene Datenlage durch das System und das Wissen über die einzelnen Verbraucher verbessert auch die Lastprognose. Die erweiterten Echtzeitdaten – wie Energiezähler, Wetterdaten, Produktionsdaten – steigern die Prognosequalität zusätzlich. Der Nutzen: Industrielle Großverbraucher bezahlen je nach Vertragsmodell hohe Kosten für die Ausgleichsenergie. Durch ein modernes und vollautomatisiertes Prognoseverfahren lassen sich die Kosten für die Ausgleichsenergie in der Chemieindustrie um bis zu 30 % reduzieren. Wichtig ist, das Thema Lastprognose/Prognosequalität frühzeitig in die Verhandlungen mit dem Stromlieferanten einzubringen.

Das Stahlwerk Swiss Steel konnte mit Hilfe von Echtzeitdaten und neuen Algorithmen die Kosten für die Ausgleichsenergie um fast 20 % senken. So meldet das Prognosesystem alle 15 min aktualisierte und rollierende Leistungswerte an den Stromlieferanten. Grundsätzlich sind dieselben Verfahren auch für Gaslastprognosen anwendbar.

Industrielle Flexibilität generiert neue Einnahmequellen

Der Ende 2022 abgeschlossene Ausstieg aus der Kernkraft in Deutschland und der Ausstieg aus der Kohlekraft auf europäischer Ebene verschärfen die Problematik der Versorgungssicherheit. Gerade zu Spitzenlastzeiten gibt es keine Garantie, die Nachfrage in Deutschland von mehr als 80.000 MW mit Sonnen- und Windenergie sekundenscharf zu decken. Um trotzdem eine stabile Stromversorgung sicherstellen zu können und den Ausfall von Kraftwerken abzufangen, gibt es Regelenergiemärkte. Der Regelenergiemarkt eröffnet nicht nur Stromerzeugern, sondern auch industriellen Verbrauchern die Möglichkeit, geeignete Lasten am Markt bereitzustellen. Deutschland nutzt momentan nur einen Bruchteil dieser günstigen Flexibilität im Demand-Response-Management (DRM) an den Industriestandorten – dies liegt teilweise in regulatorischen Hürden und gesetzlichen Unsicherheiten begründet. Ein Beispiel für eine flexible Last ist die Chlor-Alkali-Elektrolyse, die besonders dafür geeignet ist, Demand-Response-Management zu betreiben. Durch die Vermarktung als Primärregelleistung lassen sich so jährliche Erträge von bis zu 180.000 Euro/MW erzielen.

Ein Schweizer Produktionsstandort des Chemieunternehmens DSM Nutritional Products wurde 2017 für die Teilnahme am Markt für Sekundär-Regelenergie qualifiziert und vermarktet die vorhandenen elektrischen Heizstäbe in der Höhe von 2 MW in einem Regelpool von Alpiq. Dieser Pool aggregiert zudem Blockheizkraftwerke von Klärwerken, Müllverbrennungsanlagen, Power-to-Heat-Anlagen und Batterien, welche eine zentrale KI-Plattform entsprechend der individuellen Einsatzbedingungen steuert – auch hier, ohne den operativen Betrieb der jeweiligen Anlage spürbar zu beeinflussen. Das Thema Energiespeicherung gewinnt mit fortschreitender Energiewende an Bedeutung, da sich vor allem die regenerative Energieerzeugung und der Endverbrauch zunehmend entkoppeln. Die Verfügbarkeit von industriellen Batteriespeichern hilft vermehrt, den Eigenstromverbrauch zu optimieren, aber auch die Einbindung in ein Spitzenlast-Management und die Vermarktung dieser Flexibilität sind wirtschaftlich interessante Möglichkeiten, einen nachhaltigen Beitrag zur Energiewende und zur Versorgungssicherheit zu leisten. In einigen Bundesländern werden industrielle Batteriespeicher finanziell stark gefördert – wenn sie netzdienlich zum Einsatz kommen. 1903ct912

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Heftausgabe: Februar/2019

Über den Autor

Thomas Stadler, Head Digital Energy Solutions, Alpiq Blue Energy
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