Der energieoptimierte Betrieb Einsparpotenziale im produzierenden Gewerbe
IHK Koblenz
Energieeffizienz im produzierenden Unternehmen
29. November 2005
Dr.-Ing. Harald Bradke
Energy Efficiency Index, Germany
115
110
105
1991=100
100
95
90
85
Total final
Industry
Transport
Residential-Tertiary
80
75
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
Crude steel
Pulp, paper
Glass
Cement
toe / t
0,50
0,45
0,40
0,39
0,38
0,38
0,38
0,36
0,35
0,37
0,34
0,33
0,32
0,32
0,31
0,31
0,35
0,35
0,28
0,32
0,28
0,27
0,28
0,26
0,25
0,26
0,34
0,30
0,30
0,25
0,34
0,26
0,26
0,26
0,27
0,26
0,27
0,26
- 18 %
- 18 %
0,25
+/- 0 %
0,20
0,15
0,10
0,09
0,08
0,08
0,07
0,08
0,08
0,08
0,07
0,06
0,06
0,06
0,05
0,00
1991
1993
1995
1997
1999
2001
0,05
- 44 %
10
Energiekosten-Umsatzzahl (%)
9
8
7
Betriebswerte
Mittelwert
Mittelwert der Besten
6
5
4
3
2
1
0
51 befragte Betriebe aus der Gießereiindustrie
Energieeffizienz-Potenziale von 20 Betrieben, binnen vier Jahren realisierbar
Beispiel Hohenlohe im Jahre 2003
kurzfristiges Potenzial
mittelfristiges Potenzial
mittlere Potenziale in drei Energieintensitätsgruppen
Energiespar-Potenzial in % des Verbrauchs
20%
18%
16%
14%
12%
Betriebe mit geringer
Energieintensität
Betriebe mit mittlerer
Energieintensität
Betriebe mit hoher
Energieintensität
10%
8%
6%
4%
2%
kw
-G
et
A
ri
lu
-D eb
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ru
ck
gu
ss
G
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R
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ng
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A
lte k
nh
ei
m
fz
-W
K
Platzhalter für Dateinamen
0%
Energiespar-Potenzial der Betriebsstätten im Modell Hohenlohe
Folie 7
Hauptursachen für unnötig hohen Energieverbrauch in den Betrieben
Energieverbrauch
schlechte Betriebsführung
schlechte Auslastung oder
Dimensionierung
mangelhafte Planung, veraltete Technik
wirtschaftlich in bestehendem Werk
wirtschaftlich möglich auf der grünen
Wiese
Einsparmöglichkeiten bei Antrieben
Maßnahmen
Systeminstallation oder Erneuerung
energieeffiziente Motoren (EEM)
korrekte Dimensionierung
energieeffiziente Motorreparatur
Antriebe mit veränderlicher Drehzahl
Getriebe/Untersetzungsgetriebe hoher Effizienz
Qualität der Stromversorgung
Systembetrieb und Wartung
Schmierung, Einstellung und Feinabstimmung
Einsparpotenzial
2-8 %
1-3 %
0,5-2%
10-50 %
2-10 %
0,5-3 %
1-5 %
Verbesserter Wirkungsgrad bei hocheffizienten Motoren
100%
+ 1,2%
95%
 Absolut können auch kleine
Verbesserungen bei größeren
Leistungen zu beachtenswerten
Einsparungen führen
90%
85%
 Je kleiner die Leistung, desto
schlechter der Wirkungsgrad
und desto größer die
Einsparpotentiale
+ 8,7%
80%
Energieeffiziente Motoren
75%
Standardmotoren
70%
1,1 kW
5,5 kW
11 kW
90 kW
11 kW
90 kW
Kosteneinsparung
69 €/a
266 €/a
Lebenszykluskosten von motorisch betriebenen Systemen
5%
14%
Energiekosten
Investitionskosten
Wartungskosten
Beispiel Druckluftkompressor
Leistung 110 kW
Lebensdauer 15 a
81%
Betriebsstunden 4000 h/a
Energiepreis 6 ct/kWh
Viele Maßnahmen sind hochrentabel, weil die Energiekosten 80 bis 95 % der
Lebenszykluskosten ausmachen.
Kosteneinsparpotential
(Beispiel: 45 kW Motor)
Betriebsstunden [h/a]
2000
Standard Motor
Jährliche Energiekosten 4451
Mittlerer Wirkungsgrad: 91% [EURO]
Preis: 1350 Euro
Jährliche Energiekosten /
3,3
Preis
Hoch Effizienz Motor, HEM Jährliche Energiekosten 4309
Mittlerer Wirkungsgrad: 94% [EURO]
Preis: 1690 Euro
Jährliche Energiekosten /
2,5
Preis
Preisdifferenz
340 Euro (ca. 25 %)
Differenz der jährlichen Energiekosten
142
Einfache Amortisationszeit (HEM vs. Standard)
2,4
4000
8901
8000
17802
6,6
13,2
8617
17234
5,0
10,0
284
1,2
568
0,6
Beispiel Druckluft: Mehr als 30% Effizienz zu interner Verzinsung von 30-40%
Energieeinsparmaßnahme
Anwend-
Effizienz-
Gesamt-
barkeit %
gewinn (%)
Potenzial
(%)
Neuanlagen oder Ersatzinvestitionen
Verbesserte Antriebe (hocheffiziente Motoren, HEM)
25
2
0,5
Verbesserte Antriebe (drehzahlvariable Antriebe, ASD)
25
15
3,8
Technische Optimierung des Kompressors
30
7
2,1
Einsatz effizienter und übergeordneter Steuerungen
20
12
2.4
Wärmerückgewinnung für Nutzung in anderen Funktionen
20
20
4,0
10
5
0,5
Gesamtanlagenauslegung inkl. Mehrdruckanlagen
50
9
4,5
Verminderung der Druckverluste im Verteilsystem
50
3
1,5
5
40
2,0
Verminderung der Leckageverluste
80
20
16,0
Häufigerer Filterwechsel
40
2
0,8
Verbesserte Druckluftaufbereitung,
Kühlung, Trocknung, Filterung
Platzhalter für Dateinamen
Optimierung von Druckluftgeräten
Anlagenbetrieb und Instandhaltung
Summe
32,9
Folie 13
Leckageverluste
Lochdurch-
Luftverlust
messer
(bei 6 bar)
mm
Energieverlust
l/s
kW
EURO
1
1,2
0,3
268
3
11,1
3,1
2.777
5
30,9
8,3
7.435
10
123,8
33,0
29.561
1
1) Annahme:8760 h/a, Strompreis: 0,10 cent/kWh
Leckagen erkennen durch
- Geräuschentwicklung
- Leckspray
- Ultraschall
Im letzten Drittel der
Druckluftverteilung
entstehen die meisten
Leckagen
Zusammenhang zwischen Stromverbrauch und Einsparpotential
100
Ermitteltes Einsparpotential
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1
10
100
1000
10000
Stromverbrauch für die Drucklufterzeugung [MWh/a]
Quelle: Fraunhofer ISI, Karlsruhe, November 2003
100000
Energieverschwendung bei Pumpen
Förderhöhe bzw.
Druckerhöhung
Arbeitskennlinie
Drosselung
Pumpen arbeiten häufig abseits des Bestpunktes
aufgrund
 Überdimensionierung bei der Auslegung
 Änderungen gegenüber
Auslegungsbedingungen
 Variation im Förderstrom
Effizienz
Leistung
Effizienz
 Deutlich Abnahme der Effizienz
Leistung
Alterung:
Volumenstrom
 Verschlechterung der Effizienz um 10 bis 15 %
bei schlechter Wartung
Pumpensysteme – mehr als nur eine Pumpe
Konventionelles Pumpensystem
Gesamteffizienz = 31%
Standardmotor
Effizienz = 90%
Drossel
Effizienz = 66%
Anschluss
Effizienz = 98%
Rohrnetz
Effizienz = 69%
Energie-Output 31
Energie-Input 100
Pumpe
Effizienz = 77%
Energieeffizientes Pumpensystem
Gesamteffizienz = 72%
hocheffizienter Motor
Effizienz = 95%
Anschluss
Effizienz = 99%
Rohrnetz mit
geringerer Reibung
Effizienz = 90%
Energie-Output 31
Energie-Input 43
drehzahlvariabler Antrieb
Effizienz = 96%
verbesserte Pumpe
Effizienz = 88%
Einsparmöglichkeiten bei Pumpensystemen
Maßnahme
Einsparpotential
[%-Punkte]
Reduzierung Oberflächenrauhigkeiten
10 %
Reduzierung interner Leckströme (Spaltverluste)
6%
Geometrieoptimierung von Laufrädern
3%
Maßnahme
Drehzahlregelung
Betriebszeiten
HEM
Systemauslegung
Reduzierte Druckverluste im Leitungssystem
Energieeinsparpotential System (EEP)i
70 %
10 %
4%
15 %
8%
Marktdurchdringung
(MDD)i
Wirkungsgradfaktor
(1 - EEP*MDD)i
20 %
15 %
40 %
4%
15 %
86,0 %
98,5 %
98,4 %
99,4 %
98,8 %
Energie Einsparpotential
18,1 %
Pumpe
Pumpen
system
Einsparmöglichkeiten und Zusatzkosten bei Ventilatoren
Einsparpotenzial [%]
Zusatzkosten
[%]
Propeller- oder Schraubenlüfter
15-20
2-12
Axial-Rohrventilator
2-10
4-10
Strahlventilatoren
4-8
5-7
Radial Ventilatoren mit vorwärtsgekrümmten
Schaufeln
5-15
7-10
Radial Ventilatoren mit geraden Schaufeln
10
6-10
Radial Ventilatoren mit
rückwärtsgekrümmten Schaufeln
2-5
8-12
Sonstige Ventilatoren
5-10
8-10
Ventilatoren Typ
Energieeinsparung in Ventilatorensystemen
Quelle: LfU, Stuttgart, 2002
Einsparmöglichkeiten
bei Ventilatorsystemen
Energieeinsparpotential System (EEP)i
Marktdurchdringung
(MDD)i
Wirkungsgradfaktor
(1 - EEP*MDD)i
Regelungssystem und
Nachfragesteuerung
Hocheffizienzmotoren
(HEM)
Richtige Motor
Dimensionierung
Optimierte Kraftübertragung
Optimierte Kanäle
30 %
20 %
94,0 %
5%
20 %
99,0 %
15 %
5%
99,3 %
8%
15 %
60 %
30 %
95,2 %
95,5 %
Sonstige Maßnahmen
12 %
15 %
98,2 %
Maßnahme
Energie Einsparpotential
17,5 %
SEC (GJ/t) as a function of production (company: 36921-0004): Cement
6
5
SEC in GJ/t
4
monthly SEC, (GJ/t)
Linear (monthly SEC, (GJ/t))
3
2
1
0
0
100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000 700.000
Monthly production in tonnes
Capacity use and SEC
Cement company in Thailand
Systemlichtausbeute [Im/W]
0,3
Gasglühlicht
(1890)
20
10
14
18
67-84
1A
60
"De-Luxe"Lampe
Dreibanden
lampe
Farbwiedergabestufe:
Standardlampe
1B
Kompaktleuchtstofflampe 15 W
2 B, 3
erste Leuchtstofflampe (1936)
60
Halogenlampe
12 V, 50 W
80
Glühlampe
230 V, 100 W
100
Wolfram-Glühlampe (1910)
0,1
Petroleumlampe (1880)
0
2
Öllampe
(seit Altertum)
120
Gerastert: Verbesserung durch
elektronisches Vorschaltgerät
76-95
53-66
45
40
Leuchtstofflampen
58 W, Stabform
Mögliche EnergieEinsparung im Jahr
2000:
SIA-Zielwert
Energieverbrauch
in MJ/m2 a
40 bis 60
Millionen Fr.
20
19
17
15
13
11
9
7
5
3
0
pro Jahr, falls in der
Schweiz ab sofort
nach RAVELStandard saniert
wird.
27
40
25
60
23
80
21
100
1
E-Bedarf Lüftung Büro
120
Art der Nebenanlage
Effizienzpotential
30 %
Interne
Verzinsung
20 %
11 M W
Luftverdichterstation
25 M W
Wärme- und Dampferzeugung
35 %
25 %
4 MW
Wärmerückgew innung zur Vorerw ärmung von Glasrohstoffen und Altglas
40 %
18 %
90 kW
Wasser-Zirkulationspumpen
25-35 %
20 %
75 kW
Beleuchtung eines Lagers und einer
Produktionshalle
20-30 %
15 %
100 kW
Luftverdichteranlage (Ventile und
Steuerung durch das Bedienpersonal)
25 %
20 %
1 MW
Abw ärmenutzung von Kunststoffherstellungsmaschinen
40 %
18 %
1)
einschließlich Planungskosten
Interne Verzinsung von Energieeinsparinvestitionen als Funktion von
Amortisationszeit und Lebensdauer
geforderte Amorti-
Interne Verzinsung in % pro Jahr1)
Sationszeiten
Anlagennutzungsdauer (Jahre)
Jahre
3
4
5
6
7
10
12
15
2
24%
35%
41%
45%
47%
49%
49,5%
50%
3
0%
13%
20%
25%
27%
31%
32%
33%
0%
8%
13%
17%
22%
23%
24%
0%
6%
10%
16%
17%
18,5%
4
5
6
8
1)
unrentabel
0%
4% 10,5% 12,5% 14,5%
4,5%
7%
unterstellt wird eine kontinuierliche Energieeinsparung über die gesamte
Anlagennutzungsdauer
abgeschnittene rentable Investitionsmöglichkeiten
9%
Measured results of energy efficiency projects found many that have
productivity benefits
Payback Period (years)
Average Simple Payback Period
5
4.2
4
n = 52
CADDET Database
3
1.9
2
1
0
Excluding
Including
Productivity Benefits
Productivity Benefits of Real Projects
Erhebung Innovationen in der Produktion 1999
150
Wertschöpfung je Mitarbeiter
Umsatzrendite
140
120
6,0%
130
6,0%
118
5,0%
5,0%
100
4,2%
80
4,0%
Umsatzrendite (Median)
Wertschöpfung je Mitarbeiter in TDM
(Median)
160
60
40
3,0%
im Umweltschutz passive
Betriebe
(n=513)
im Umweltschutz aktive
Betriebe
(n=341)
Betriebe mit
Umweltaudit
(n=84)
Performance der Betriebe und Umweltschutzaktivitäten
Primärenergie-Einsparung durch
Recycling
Aluminium:
rund 90 %
Stahl:
rund 75 %
Papier:
rund 40 %
Glas:
rund 20 %
The weight of bottles
has been reduced by 45 %
during the last 40 years.
a further reduction by 30 %
is envisaged by manufacturing
ultra light polyethylene coated
Platzhalter für Dateinamen
bottles.
Folie 30
environmental advantage
present
situation
rethink
redesign
refine, IPPC,
Ecoefficiency
time
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
[email protected]

Einsparpotenziale im produzierenden Gewerbe