Energie-Effizienzpotenziale in der Industrie · KKM2 % Kälteleistung kW th kW el EER 100 786,2...

Beratung Technik Akademie

Energie-Effizienzpotenziale in der Industrie

Freiburg, den 02.02.2017

Thomas Schedl - A bisserl über mich

• 25 Jahre Erfahrung in „Energie managen“

• Studium der Elektrotechnik/Energietechnik

• Verfahrens- und Prozessoptimierung, hier speziell Versorgungtechnik (RLT, Kälte, Wärme, Beleuchtung, Druckluft, BHKW, PV ….)

• Leadauditor für die ISO 50001

• Gelistet bei der BAFA/KfW

• Gutachter für Energieeffizienznachweise

• Über 750 umgesetzte Projekte aus den Bereichen Energiedatenerfassung, Software, ISO 50001/14001 und Prozessoptimierung

• ca. 250 geplante Energiedatenerfassungssysteme / Lastmanagement inkl. Umsetzungsbegleitung

• ca. 500 Projekte aus den Bereichen Energie- Umweltmanagement und Prozessoptimierung

• 20 Zertifizierungsaudits nach ISO 50001 pro Jahr

© 2017 SEMPACT AG 2

3 Geschäftsfelder

Delta-Audits zu ISO 50001/14001

Interne Audits zu ISO 50001/14001

Einführung der ISO 50001/14001

Zertifizierung nach ISO 50001

Audits nach DIN EN 16247

Energieeinkauf

Fördermittel

Behörden

Services

Mobile Messungen

Optimierung von energetischen Prozessen in der Industrie/Gebäude

Druckluft, Kälte, Wärme, Beleuchtung, RLT

Eigenstromerzeugung

Energiedatenerfassung und Auswertung

Herstellerneutral und Lobbyfrei

Services

Energiemanager für die Industrie

Interner Auditor ISO 50001

Energieauditor 16247

Verfahrens- und Prozessoptimierung

öffentliche Lehrgänge

Inhouse-Schulungen

Sommerakademie

Workshops

Tagungen

Beratung Technik Akademie


Wo wir bereits waren ... ein Auszug


Was kostet Energie?


Energiepreisentwicklung


• jeder 1 ct pro GWh = 10.000 €

• steigende Umlage für KWK, Netzentgelte, etc. zu höheren Strompreisen bei

optimierter Energieeinkauf kann steigende Umlagen kompensieren

Energieeffizienz vermeidet die gesamte Kostensäule

2016 2017

Stromsteuer Regelsatz 2,050 2,050

EEG-Umlage 6,354 6,880

Konzessionsabgabe 0,110 0,110

KWK-Abgabe 0,445 0,438

§19-StromNEV-Umlage 0,378 0,388

§ 17-EnWG-Offshore-

Haftungsumlage

0,040 -0,028

§18-AbLaV-Umlage (abschaltbare

Lasten)

0,000 0,006

Netznutzungsentgelt 3,317 3,601

Strompreis (Arbeitspreis) 5,990 5,990

*** Gesamt in ct/kWh 18,684 19,435

Was kosten 5 kW Dauerbetrieb im Jahr?

• 365 Tage * 24 h = 8.760 h/a

1 kW * 8.760 h = 8.760 kWh pro Jahr

5 kW bedeuten 5 * 8.760 kWh = 43.800 kWh pro Jahr

43.800 kWh * 16 ct/kWh = 7.008 €/a Energiekosten

43.800 kWh * 19 ct/kWh = 8.322 €/a Energiekosten

Ein Energieaudit kostet ca. 5.000 € für ein mittelständisches Unternehmen

Bei einem möglichen BAFA-Zuschuss beträgt der Eigenanteil 20 %


Projektbeispiele

1. Kälteversorgung für Raumlufttechnik2. BHKW und Drucklufterzeugung

3. Beleuchtungssanierung


Ziele

Kunde aus dem Liegenschaftsbereich (90.000 m²)

Alle Büroeinheiten sind klimatisiert (24/7)

Zentrale Kälteversorgung soll erweitert werden, da der Eindruck vorherrscht, dass die Anlage nicht mehr ausreicht.

Bestätigung der Auslegung und Dimensionierung der Rückkühlwerke aus vorhandenen Angeboten

Vorgehensweise

Mobile Messungen zur Bewertung der bestehenden Anlage

Auslegung der Erweiterung (Kältemaschine und Rückkühler

Entscheidungsgrundlage für die weitere Vorgehensweise


Kältemessung – Ist-Aufnahme der Anlagen u. Verbraucher


• Schema der Kühlwasservorlauf –Verteilung in die Gebäude.

Gemessen wird der Massenstrom am Hauptzulauf, sowie die Temperaturen an Vor- und Rücklauf.

• Parallel dazu werden die Kälteverbraucher analysiert

• Auswertung der Stromverbrauchsdaten der KKM 2014 – 2016 von KKM, Kondensator

• Zusätzlich Messung am Wärmetauscher G3

Vo

rlau

f K

üh

lwas

ser

Vorgehensweise:



Anzahl Verbraucher Anschlussleistung max. benötigte Leistung Angabe geschätzt

2 Liebert PDX PX051 40 79 x

1 Liebert PCW PH ß61 40 40 x

3 RC Group CWU S3L 40 119 x

1 Emerson M55UC1000302020 40 40

1 RLT 5, Robatherm 287 287 x

0 RLT 4 287 0 x

1 RLT 6.1 212 212 x

1 RLT 7 141 141 x

5 RC Group 40 198 x

1 RLT 51 12 12 x

1 Nachkühler KA2 10 10 x

1 Kühldecke 25 25 x

1 RLT 13, Rixner 39 39 x

1 RLT 23 98 98 x

1 RLT 24 69 69 x

2 Wärmetauscher G3 150 300 x

2 RC 3SL 40 79 x

Summe 1.746



• Die verbraucherseitige Anforderung ohne Berücksichtigung eines Gleichzeitigkeitsfaktors (=worst case), Brunnenwasser oder Speicherkapazität liegt derzeit bei rund 1.800 kW, was etwa 2.500 kW Kondensationsleistung entspricht.

• Die derzeitig installierte Kälteleistung aus den 3 Kompressionskältemaschinen beträgt 2x 628 kW + 730 kW = 2.043 kW. Die Anlagen 3 und 4 kondensieren vollständig über Brunnenwasser, Anlage 2 über den hybriden Kondensator.

• Betrieb ganzjährig, Raumlufttechnische Anlagen teilweise älter als 30 Jahre, meistens ungeregelt in 2 Stufen.

• Zentrale GLT ist vorhanden, Dokumentation in Anbetracht der Anlagen ist sehr gut.

• Wartungszustand ist angemessen



• Die Leistungsdaten der KKM entsprechen dem Datenblatt der angegebene EER der KKM 2 ist sehr fraglich, da es sich beim Rückkühlwerk um einen Kühlturm handelt

• Bei Stichprobenmessungen für KKM 3 lag die Stromaufnahme bei 113 A (= 77 kW) bei Leistungsanzeige 66 %. Ist der Verbrauch der KKM Kühlwasserpumpen im Datenblatt berücksichtigt, die bei der Strommessung nicht dabei waren? Für die Auswertung bedeutet dies, das wir eventuell mit einem zu hohen Kältebedarf rechnen.

KKM 3 und 4 (baugleich); Brunnenbetrieb

% Kälteleistung kW th kW el EER

100 628,3 81,9 7,7

90 565,5 71,9 7,9

80 502,7 62,4 8,1

70 439,8 53,4 8,2

60 377,0 44,4 8,5

50 314,2 35,9 8,8

40 251,3 28,3 8,9

30 188,5 21,6 8,7

27 169,6 20,3 8,4

20 125,7 17,1 7,4

KKM2

% Kälteleistung kW th kW el EER

100 786,2 145,8 5,4

90 723,3 93,0 7,8

80 628,9 75,5 8,3

70 550,3 61,9 8,9

60 471,7 49,7 9,5

50 393,1 39,6 9,9

40 314,5 31,2 10,1

30 0,0 0,0 0,0

20 0,0 0,0 0,0

16 125,8 14,7 8,6

Strommessungen


• Der Zeitraum August 2015 – August 2016 wird zu einem „Jahr“ zusammengestellt, um die jahreszeitlichen Schwankungen abzubilden

• Den Strommessdaten wird zur thermischen Bewertung die entsprechende Leistung laut Datenblatt zugeordnet

Monat KKM 2 [kWh]el KKM 3 [kWh]el KKM 4 [kWh]el KKM 2 [kWh]th KKM 3 [kWh]th KKM 4 [kWh]th

Januar 151 11.220 17.516 766 92.523 145.482

Februar 53 10.933 15.418 0 90.673 129.565

März 58 15.333 13.484 0 127.285 114.450

April 437 14.433 14.039 2.840 118.142 116.326

Mai 1.589 15.074 14.375 12.963 125.314 117.562

Juni 20.694 15.015 9.920 160.853 124.709 79.215

Juli 43.534 1.071 12.226 335.539 8.129 99.039

August 25.716 14.386 11.732 202.263 116.549 92.979

September 1.538 18.300 16.294 12.944 149.994 133.744

Oktober 369 19.960 12.644 2.556 164.021 103.650

November 58 23.650 18.983 0 197.256 153.284

Dezember 267 21.128 23.875 1.492 175.335 195.773

Summe 94.465 180.504 180.506 732.215 1.489.928 1.481.069

Strommessungen


• Wie zu erwarten steigt der Gesamtverbrauch im Sommer

• Der Verbrauchsanstieg KKM 2 ab Oktober liegt an der erreichten Brunnenwasserjahresmenge.

• Anlage 2 steht Oktober bis April. Defekt oder gewollt? Die Anlagenkomponenten sollten regelmäßig laufen. (Schmierung, Verteildüsen…)

• Die Anlagen fahren sehr selten Volllast und bewegen sich in den unteren Laststufen. 24% +/- 29%, also meist noch unter 50%.

• Im Jahresmittel werden 370 kW +/- 197 kW = Grundlast angefordert.

• Es treten für 2 Monate im Jahr kurze Lastspitzen unter 1.700 kW auf. Diese werden von KKM 2 abgefahren.

Messungen Kühlwasser


• Die Durchschnittliche Anforderung beträgt 968 kW +/- 82 kW. Eine kurze Leistungsspitze bis zu 1.325 kW tritt für 15 min auf. Die Grundlast liegt bei > 900 kW.

• Die gemessene Kältearbeit ist auf 24 h bezogen 23.328 kWh/d.

• Der Volumenstrom von 116 m³/h ergibt bei vorliegendem Leitungsquerschnitt von 250 mm eine Strömungsgeschwindigkeit von 0,7 m/s.

• Zur Abdeckung der 15´-Spitzen entsteht ein Mehrbedarf von 100 kWh, was 18 m³ Speichervolumen entspricht.

Messungen Kühlwasser (G3)


• Die Temperaturdifferenz zwischen VL und RL ist mit durchschnittlich 1 °C sehr gering.

• Auch der Massestrom von 5.200 kg/h ist im Verhältnis zum Leitungsquerschnitt von ca. 125 mm unterdurchschnittlich.

• Der Wärmetauscher ist laut Typenschild auf eine Leistung von 150 kW (Primär 8/14; Sekundär 10/16) ausgelegt. D.h. überschlägig für einen Massestrom von 21.500 kg/h.

Auswertung und Interpretation der Ergebnisse


• Die Anlagen 3 + 4 sind mit der Brunnenwasserkühlung auf dem neusten Stand, auch Anlage 2 ist soweit in einem guten Zustand.

• Bereitstellung 2.043 kW und Verbrauchsstruktur ca. 1.800 kW bieten ohne Berücksichtigung von Gleichzeitigkeit noch genug Reserven, zumal die Gesamtanlage auch im Hochsommer meist unter 50 % betrieben wird. Allerdings passen die Messergebnisse aus „Angebot und Nachfrage“ nicht zusammen!

• Die Kühlwassermessung an der Hauptverteilung zeigt, dass die Grundlast über 24 h fast dem Mittelwert entspricht. Die Strömungsgeschwindigkeit mit 0,7 m/s pumpendruckseitig sehr gering.

• Die Kühlwassermessung am Wärmetauscher liefert G3 ein ähnliches Ergebnis. Auch hier ist die Strömungsgeschwindigkeit für die Leistung des Wärmetauschers zu gering. Dadurch gleichen sich die Temperaturen auf VL und RL an, es wird nur ein Bruchteil der Leistung übertragen.

Bereitstellung Verteilung

1. Empfehlungen


• Die Leistungen Stromaufnahme und „Kälteerzeugung“ der KKM sollten in den jeweiligen Betriebszuständen plausibilisiert werden.

• Zur gezielteren Versorgung sollten auch die anderen Abgänge am Kühlwasserverteiler gemessen werden, um die Verbrauchsstrukturen noch besser bewerten zu können.

• Die Hydraulik muss Leitungs- und Pumpenseitig (Leitungsführung, Querschnitte, Rückschlagklappen, Absperrventile, Drosseln, Wärmetauscher…) dringend überprüft und angepasst werden. Es wird momentan lauwarmes Wasser durch die Gebäude gepumpt! Derzeit passen rund 500 m³/h durch die Hauptleitung, es werden aber nur 116 m³/h bewegt. Dazwischen befinden sich noch 2 Speicher.

Investition von ca. 500 T€ in eine zusätzliche KKM ist nicht notwendig

Hydraulischer Abgleich / Anbindung ist zu optimieren

RLT-Anlagen sind energetisch zu inspizieren (ENEV)

Projektbeispiele

1. Kälteversorgung für Raumlufttechnik

2. BHKW und Drucklufterzeugung3. Beleuchtungssanierung


Projekt 2: BHKW mit Drucklufterzeugung

Branche des Kunden:

Metallverarbeitende Industrie - Galvanik und vorgeschaltete Entfettung


Ziele

Bestehende Wärmerückgewinnungspotenziale zuerst nutzen

Elektrische Prozesswärme über eine KWK-Anlage substituieren

Drucklufterzeugung für die Wärmebereitstellung nutzen

Entlastung der bestehenden Drucklufterzeugung

KfW-Programm zur prozessinternen Abwärmenutzung in Anspruch nehmen

Vorgehensweise

Mobile Messungen zu Auslegung der KWK-Anlage / Druckluft-Anbindung

Betrachtung der Wirtschaftlichkeit über die statische Amortisationszeit.

Entscheidungsgrundlage auf der Basis des ROI


BHKW (100 kWmech + 150 kWtherm) mit Drucklufterzeugung

100 °CErdgas Kamin

Wärme-verbraucher

z. B. Prozesswärme

Kühlwasser-Wärme-tauscher

100 kWtherm

Verbrennungs-motor

Druckluft-kompressor100 kWmech

Abgas-Wärme-tauscher

50 kWtherm

Abgas

500 °C

86 °C 76 °C90 °C

Sekundärer Kühlkreislauf

Wärmerück-gewinnung70 kWtherm

86 °C 76 °C

18 m³/min7 bar


Energiebilanz


Verbundtechnologie Konventionell

BHKW Heizung

Pmech 100 kW 0 kW

Ptherm 150 kW 150 kW

Kompressor

Pel 0 kW 100 kW

Ptherm 70 kW 70 kW

Energieeinsatz

Bh 6000 h 6000 h

Stromeinsatz 0 kW 100 kW

EV/a 0 kWh 600.000 kWh

E-Kosten/a 0 € 96.000 €

Erdgaseinsatz 306 kW 174 kW

EV/a 1.833.333 kWh 1.042.105 kWh

E-Kosten/a 73.333 € 41.684 €

Wirtschaftlichkeit


Verbundtechnologie Konventionell

Invest 250.000 € 100.000 €

Mehrkosten BHKW 150.000 €

Einsparung Energie 64.351 €

ROI 2,33

Projektbeispiele

1. Kälteversorgung für Raumlufttechnik

2. BHKW und Drucklufterzeugung

3. Beleuchtungssanierung


Ziele

Bestehende Beleuchtung ist 30 Jahre alt und soll komplett ersetzt werden

Anpassung des neue Konzeptes an die bauseitigen Gegebenheiten

Flexibilität soll verbessert werden

Lichtsteuerung soll Bestandteil sein

Kompletter Austausch der Verkabelung „alt gegen neu“

BAFA-Zuschüsse für systemische Optimierung nutzen.

Vorgehensweise

Lux-Messungen bei Tag und Nacht Luxflächenplan „Ist“

Dialux-Berechnung auf der Basis „Luxflächenplan Soll“

Berücksichtigung der Einflussfaktoren (Maschinen, Schichtbetrieb, ASR …)

Betrachtung von mehreren Szenarien inkl. Betriebskostenbetrachtung über 10 Jahre

Entscheidungsgrundlage auf der Basis des ROI und Lichtqualität


Zusammenstellung der Maßnahmen

Bereich

IST - Zustand SOLL - Zustand

Ein-sparung

[%]Bh

Invest [€]

Einsparung pro Jahr [€]

Einsparung pro Jahr [kWh]

ROI [a]

MaßnahmeAnzahl Art

P [kW]

Anzahlersetzt durch

P [kW]

Halle 2 Logistik 204 58W T8 11,2 123 58W T8 6,8 39,7 3000 6.013 2.212 13.365 2,7Hochleistungsleuchten-einsatz = Reflektor

Halle 1 463 58W T8 33,6 492T5 32W EVG

19,2 42,9 3000 85.990 8.118 49.032 10,6

T5 mit Hochleistungsreflektor mit Wirkungsgrad 98% und Anti-Schmutz-Funktion + DALI

Halle Süd40

5

58W T8+ HQL-400W

4,7 48T5 32W EVG

1,7 64,6 3000 8.389 1.604 9.690 5,2


Rohmaterialhalle 9HQL-400W

3,96 16T5 32W EVG

0,6 85,9 3000 2.796 1.716 10.368 1,6


Summe

14HQL-400W

53,52

123 58W T8

28,2 47,4 3000 103.189 13.652,07 82.455

707 58W T8 556 T5


Ergebnis der Analyse – Einsparungen durch die gewählte Lösung (Nachweis wurde messtechnisch erbracht)

System 1 Beleuchtung Maßnahmen Ist-Zustand Soll-Zustand Einsparung

"Halle 2 Logistik"Nachrüstung von Hochleistungsreflektoren 33.660 kWh 20.295 kWh 13.365 kWh

"Halle 1"Einsatz von T5-Lichtbändern mit Hochleistungsreflektoren 100.791 kWh 51.759 kWh 49.032 kWh

"Halle Süd"Einsatz von T5-Lichtbändern mit Hochleistungsreflektoren 14.226 kWh 4.536 kWh 9.690 kWh

"Rohmaterialhalle"Einsatz von T5-Lichtbändern mit Hochleistungsreflektoren 11.880 kWh 1.512 kWh 10.368 kWh

Einsparung durch Maßnahmen 82.455 kWh

System Ist-Zustand 160.557 kWh

System Soll-Zustand 78.102 kWh

Gesamteinsparung in Prozent 51,4%


Wirtschaftliche Betrachtung

Beleuchtung Energieverbrauch Bestand 160.557 kWh/a

Energieverbrauch neu 78.102 kWh/a

Einsparung 82.455 kWh/a 13.652 €/a

51%

Investition Beleuchtung inkl. Schaltschrank und Dali 118.190 €

Planung und Dienstleistung Beleuchtung 16.000 €

Installation Beleuchtung 50.000 €

Förderung Netto-Investitionskosten -35.457 €

Förderung Nebenkosten -13.000 €

Förderung Beleuchtung gesamt -48.457 €

Investitionsbedarf abzgl. Förderung 135.733 €


ROI mit Neuinstallation: 10 Jahre im 1,5 Schichtbetrieb (3.000 h/a)

ROI ohne Neuinstallation: 6 Jahre im 1,5 Schichtbetrieb (3.000 h/a)

Dipl.-Ing. Thomas SchedlMobil: +49 174 [email protected]

„Mehr Intelligenz,weniger Energie!“

SEMPACT AGKelvinstraße 386899 Landsberg am LechFon: +49 8191 657088-0Fax: +49 8191 [email protected]


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