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Energieeffizienz in der Kunststoffindustrie - und Forschungsschule

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Energieeffizienz in der Kunststoffindustrie
Prof. Dr.-Ing. Jens Hesselbach
Graduierten- und Forschungsschule „Effiziente Energienutzung“
Stuttgart (GREES)
23.10.2014
Forschungsschwerpunkte des Fachgebietes Umweltgerechte Produkte
und Prozesse (upp) der Universität Kassel

Klima-, energie- und ressourceneffiziente Produktion

Dezentrale Energieversorgung und erneuerbare Energien in der
Produktion

Modellierung, Simulation und Steuerung von Produktion und Umfeld

Life Cycle Engineering – Carbon Footprinting
Fachgebiet Umweltgerechte Produkte und Prozesse
Personal:
15 Mitarbeiter
Drittmittel:
2013 ca. 1,4 Mio. €
Geldgeber:
BMWI, BMBF, EU, Land Hessen, DAAD, Industrie
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 2
Das IdE: Organisation und Struktur
Wissenschaftliche Institutsleitung: Prof. Dr. Jens Hesselbach
3
Stand Organisationaufbau
aktuell 47 Mitarbeiter (Stand: April 2014)
Geschäftsführung
5 Abteilungsleiter
40 (wiss.) Mitarbeiter
Standorte
Ständeplatz 15 (Sitz der Gesellschaft)
Kurt-Wolters-Str. 3
Wilhelmshöher Allee 71
ein zentrales Institutsgebäude soll auf Campus Nord entstehen
4
Fachabteilungen
Dezentrale
Energiekonzepte
Dr.-Ing.
John
Sievers
Elektrische
Energiesysteme
Thermische Produktion &
EnergieEnergie
systeme
Kommunikation &
Software
Fahrzeugsysteme
Dezentrale
Energiewirtschaft
N.N.
Prof. Dr.
Klaus
Vajen
Prof. Dr. Jens
Hesselbach
Prof. Dr.
Klaus
David
Prof. Dr.
Ludwig
Brabetz
Dr. Heike
Wetzel (derzeit
EWI, Köln)
Lucas Maciel
Menezes,
M.Sc.
Dipl.-Ing.
Janybek
Orozaliev
Dr. Alexander
Schlüter
Dr. Nermin
Brgulja
Dr. Christian
Spieker
N.N.
5
Energiewende ohne die Wirtschaft?
Nur eine Energiewende?




Reduktion des Verbrauches
Umstellung von fossilen auf erneuerbare Energieträger
Steigerung des dezentralen Anteils
Bidirektionaler Energiefluss (Prosumer)
Beteiligte der Wirtschaft





Verbraucher (Industrie, Handel, Gewerbe, Dienstleistungen, Verkehr, Haushalte)
Erzeuger
Netze
Anlagen- und Maschinenbauer
Dienstleister
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 6
Energieverbrauch nach Sektoren in Deutschland
Quelle:
http://de.statista.com/statistik/daten/studie/236757/umfrage
/stromverbrauch-nach-sektoren-in-deutschland
Quelle:
http://de.statista.com/statistik/daten/studie/200863/umfrage
/struktur-des-energieverbrauchs-in-deutschland-nach-sektoren/
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 7
Stimmungsbild aus Hessen
Was will die Industrie? - Ergebnisse aus Umfragen der
Hessen Agentur**
 90% der Unternehmen sehen das Thema Energieeinsparung und -Effizienz als wichtig an
(58 % als sehr wichtig),
 92% gehen von gesetzlichen Energieeffizienzvorgaben aus
 52% gehen von einer sinkenden Planungs- und Investitionssicherheit aus
 30% haben bereits in eigene Erzeugungsanlagen investiert
 30% planen den Aufbau/- Ausbau der eigenen Stromerzeugung
 50% nannten als strategische Planung die Änderung von Produktionsabläufen
** Auswirkungen der Energiewende auf die hessische Wirtschaft, Modul 3 – Strategien großer, energieintensiver Unternehmen in
Hessen
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 8
Treibhausgasemissionen beim Spritzgießen
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 9
Ökologischer Rucksack unterschiedlicher Kunststoffe
12,24
Treibhauspotential pro kg [kg-CO2-Äquvalente]
12
11,36
9,73
10
8
6,09
6
4,99
4
3,36
1,87
2
1,10
0
PA
PP
PC-PBT
ABS-PC
ABS
PE-TPE
PE
TPE
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 10
Auswirkungen einer erhöhten EEG-Umlage an einem Beispiel
Mittelständischer Kunststoffverarbeiter:
Mitarbeiter:
Jahresumsatz:
Umsatzrendite:
Strombedarf:
Alter Strompreis:
100
10 Mio. €
4% = 400 T€
10 GWh/Jahr
12 ct/kWh = 1,2 Mio. €/Jahr
Steigerung EEG:
1,685 ct/kWh = 168.500 €
Reduktion Rendite:
42,1 %
Notwendige Verbrauchsreduzierung zur Kompensation: 12,3%
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 11
Schmelzwärme incl. Aufheizung von Polymeren
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 12
Der Weg vom Rohstoff zum Produkt
Rohstoffe
Vorbehandlung
Verarbeitung
Nachbehandlung
Produkte
Granulat, Pellets, Fasern………
Lagern, Dosieren, Aufbereiten, Beschicken……
Spritzgießen, Extrudieren, Pressen, Kalandrieren……
Kühlen, Transportieren, Veredeln, Verpacken………
Formteile, Hohlkörper, Kleinteile, Folien……
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 13
Die Energieeffizienzfabrik am Beispiel Kunststoffverarbeitung
Netzgebundene Energie
(Strom, Gas, Öl)
Fabrik
Dezentrale Energieversorgung
KW(K)K
Strom
Prozesswärme
Prozesskälte
Energie
Technische
Gebäudeausrüstung
Extruder und
Werkzeugbeheizung
HLK- Technik,
Gebäudeautomation,
Beleuchtung
Prozesswärme
Raumwärme
Raumkälte
Frischluft
Druckluft
Menschen
Maschinen & Anlagen
Wohlbefinden,
Behaglichkeit,
TRGS1
Prozesse
1Technische
Antriebe
Pneumatik
Hydraulik
Prozesswärme
Prozesskälte
Beleuchtung
Regeln für Gefahrstoffe (vorher: MAK)
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 14
Druckluftbetriebener Granulattrockner
Effizienzdefizite:
1.
2.
3.
4.
Druckluft zur Luftförderung
Strom als Trockenquelle
Zeitgesteuerter Betrieb
ca. 0,1 €/kg Trockenkosten
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 15
Einsparpotentiale bei Granulattrocknung
Effizienter Granulattrockner: Komplette Vermeidung der Druckluft und Einbindung von Abwärme.
Quelle: Pohl, C./Goy, S./Hesselbach, J. (2012): Potentiale beim Trocknen
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 16
Einsparpotentiale durch Substitution
Quelle: Pohl, C./Goy, S./Hesselbach, J. (2012): Potentiale beim Trocknen
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 17
Spezifischer Energiebedarf im Vergleich
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 18
Hydraulische oder elektrische Antriebe?
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 19
Extruderbeheizung
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 20
Beispiel Extruderbeheizung
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 21
Optimierung der Kühlsysteme eines Spritzgießbetriebes
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 22
Einsparpotentiale durch Substitution von Druckluft
Bei einigen Anwendungen lassen sich durch Substitution von Druckluft über 90 Prozent der
Energie für die gleiche Bewegungsaufgabe einsparen!
Quelle: Pohl, C./Hesselbach, J. (2011): Substitution von Druckluft in der Produktion
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 23
Optimierungspotential Druckluft
Wärmerückgewinnung
Grad der Wärmerückgewinnung bei nur 13 Prozent:
Untersuchungen an einem Beispielunternehmen haben gezeigt, dass unter Berücksichtigung
des tatsächlichen Bedarfs an Wärme die Wärmerückgewinnung deutlich niedriger liegen kann!
Quelle: Pohl, C./Schevaljé, C./Hesselbach, J. (2012): Grüne Druckluft durch Wärmerückgewinnung
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 24
Anforderungen Raumklima
Lufttemperatur in
Arbeitsräumen
Maximal +26°C
Lufttemperatur über +30°C
Wirksame Maßnahmen notwendig,
z.B. Lüftung in den frühen
Morgenstunden, Bereitstellung von Getränken,
Effektive Steuerung des Sonnenschutzes
Lufttemperatur über +35°C
Raum ist nicht mehr als
Arbeitsraum geeignet!
Auswirkungen
auf die Kunststoff- und Gummiproduktion
bei zu hoher Temperatur im Arbeitsraum
Problem der Formstabilität,
Notwendigkeit der Verlängerung der Kühlzeiten,
Ausfall der Maschinensteuerung möglich,
Einstellung der Produktion möglich
Lüften und Kühlen
notwendig!
zusätzlicher
Energiebedarf
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 25
Blick in die Modellfabrik
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 26
Vergleich der Strömungsformen Mischen und Schichten
Komponente
Daten
Modellfabrik
Länge: 6,00 m
Breite: 4,00 m
Höhe: 2,20 m
RLT-Anlage
Volumenstrom: 2250 m³/h
Vor- und Nacherhitzer: ca.
18 kW
Filter: F5 und F7
Kälteleistung: 23,8 kW
(Kompression)
Maschinenmodelle
Wärmelast: 0-660 W/m²
Stofflast: 0-20 gCO2/min.
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 27
Lüftungsprinzipien
Mischlüftung
Schichtlüftung
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach
| 24.10.2014
19.2.2009
| 28| 28
Mischlüftung = hoher Luftbedarf = konstante Durchmischung =
überall gleiche Temperatur
Regelbare Maschinenmodelle
als innere Lasten
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach
| 24.10.2014
19.2.2009
| 29| 29
Schichtlüftung = saubere Luft im Arbeitsraum = unten angenehm und sauber,
oben heiß und verbrauchte Luft
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach
| 24.10.2014
19.2.2009
| 30| 30
Temperaturverteilung im Raum
Mischlüftung
sehr homogene Temperaturverteilung
bei der Mischlüftung
 insbesondere bei hohen Räumen
wird ein Großteil des Raumes
klimatisiert, der nicht benötigt wird
Schichtlüftung
deutlich ausgeprägter
Temperaturgradient bei der
Schichtlüftung
 nur Klimatisierung des
Arbeitsbereichs der Menschen
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 31
Vergleich der Schadstoffkonzentrationen im Raum
Mischlüftung
Gleiche bzw. niedrigere
Schadstoffkonzentration im
Arbeitsbereich bei 26 %
geringerem Volumenstrom!
Schichtlüftung
Oder:
Bei gleichem Volumenstrom
(1.500 m³/h) ergibt sich
eine 30 % geringere
Schadstoffkonzentration im
Arbeitsbereich
Anders ausgedrückt:
Bei gleichem Volumenstrom
(1.100 m³/h) ergibt sich
eine 26 % geringere
Schadstoffkonzentration im
Arbeitsbereich
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 32
Einsparungen beim Jahresenergiebedarf
20
Energiebedarf in MWh
18
Kältemaschine
Pumpe
100 %
Ventilator (Zuluft und Abluft)
16
14
12
10
8
63 % Einsparung
6
4
76 % Einsparung
(ggü. Mischlüftung)
33 % Einsparung
(ggü. Schichtlüftung)
2
0
konventionelle Mischlüftung
konventionelle Schichtlüftung
Schichtlüftung mit
bedarfsgerechter Regelung
Die Einsparungen gelten bei einer flächenbezogenen Wärmelast von 200 W/m².
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 33
Einsparpotenziale industrieller Leuchtstofflampen
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 34
Basis für Eigenversorgung:
Prinzip Kraft-Wärme-Kopplung
umweltgerechte produkte und prozesse – Prof. Dr.-Ing. Jens Hesselbach
13.09.2012 | 35
Wärmebedarfsprofil ohne Prozesswärme
und -kälte
umweltgerechte produkte und prozesse – Prof. Dr.-Ing. Jens Hesselbach
13.09.2012 | 36
Arten der Wärmeauskopplung bei einem
Blockheizkraftwerk
Prozesswärme
BHKW
BHKW
Heizwärme
BHKW
Heizwärme
Strom
Strom
Prozesskälte
Heizwärme
Prozesswärme
Prozesswärme
Heizwärme
Strom
umweltgerechte produkte und prozesse – Prof. Dr.-Ing. Jens Hesselbach
BHKW
Heizwärme
Strom
13.09.2012 | 37
Energieströme eines Blockheizkraftwerks
Brennstoff: 987 kW
98 kW
102 kW
142 kW
9,9%
Thermal-Öl 300/320°C
14,4% Heizwasser 80/95°C
für AKM-Kälte
288 kW
29,2% Heizwasser 65/80°C
bzw. Rückkühlung
357 kW
36,2% Strom
10,3%
Verluste
umweltgerechte produkte und prozesse – Prof. Dr.-Ing. Jens Hesselbach
13.09.2012 | 38
Extruderbeheizung
Wärmebedarfsprofil
mit Extruderbeheizung und Sorptionskälte
umweltgerechte produkte und prozesse – Prof. Dr.-Ing. Jens Hesselbach
13.09.2012 | 40
KWK-Vergütung nach KWK-Gesetz
0,06
KWK-Vergütung
KWKG-Vergütung €/kWh
0,05
spezifische KWK-Vergütung
0,04
0,03
0,02
0,01
0
0
500
1000
1500
Elektrische Leistung in kW
2000
umweltgerechte produkte und prozesse – Prof. Dr.-Ing. Jens Hesselbach
2500
13.09.2012 | 41
Warum passiert zu wenig ?
 Durchschnittliches Alter Maschinen und Anlagen: 20 a
 Insbesondere energieintensive Anlagen haben eher noch längere
Lebensdauern (Urformen, Umformen, Beschichten)
 Austausch erfolgt nie aufgrund des Energiebedarfes
 Wirtschaftlichkeit von klassischen Effizienzmaßnahmen oftmals
unbefriedigend
 Life-Cycle-Kosten als Entscheidungsbasis für Investitionen noch nicht
in Beschaffung integriert
 Kenntnisse zu Energieeffizienz ungenügend
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 42
Ausgangssituation/Potenzial
Interne Verzinsung in %/a, unterstellt wird eine kontinuierliche
Energieeinsparung über die gesamte Anlagennutzungsdauer
Geforderte
Amortisationszeit
in Jahren
Anlagennutzungsdauer in Jahren
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 %
0%
4%
10,5 %
12,5 %
14,5 %
4,5 %
7%
9%
4
5
6
8
Quelle: Radgen, Fraunhofer
ISI
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 43
Amortisationszeit < 2 Jahre
 Unternehmen erwarten in der Regel Amortisationszeiten
von weniger als zwei (drei) Jahren
 Die Umsetzung
Unternehmen
erfolgt
üblicherweise
durch
die
 Interne Verzinsung bei 10 Jahren Nutzungsdauer bis zu
50 %
Probleme:
 Keine belastbare Identifikation der Potenziale aufgrund
unzureichender Datengrundlage möglich (Geeignete
Monitoringsysteme)
 Unzureichende Kenntnisse bzw. zu wenig qualifizierte
Anbieter (Produktion und Energie) und in Folge
mangelndes Vertrauen/Unsicherheit
 Fehlende Liquidität
 Unklare Entwicklung bei gesetzl. Rahmenbedingungen
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 44
Amortisationszeit 3-5 Jahre (1)
 Amortisationszeiten von 3-5 Jahren sind für viele
Unternehmen nicht interessant
 Diese Maßnahmen können jedoch Basis für interessante
Geschäftsmodelle mit attraktiven Verzinsungen sein
(Vergleich: Windpark ~ 8%)
Zusätzliche Probleme:
 Schnittstellen zwischen Produktion, TGA und
Energiebereit-stellung (Ganzheitlicher Ansatz notwendig:
KWK versus Abwärmenutzung aus Produktionsprozessen)
 Risiko bei Insolvenz
 Flexibilität bei Änderung der Produktionsauslastung und
Struktur (technisch und vertraglich)
 Weitergabe von spezifischem Know-how
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 45
Amortisationszeit > 5 Jahre
 Maßnahmen bei Amortisationszeiten von über 5 Jahren
werden kaum umgesetzt
 Interne Verzinsung kann bei langer
Anlagennutzungsdauer bis 20a dennoch deutlich mehr
als 10 % betragen
 Maßnahmen müssen im Einzelfall geprüft werden
Vorgehen
 Staatl. Förderung?
 Weitere F+E
 Standardisierung um hohe Anpassungskosten zu
vermeiden
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 46
Investitionskosten Nachverstromungsanlagen
Unterschiedlicher Aufwand bei nichtindustrieller und industrieller Einbindung
HT SRC – Anlage 31 – 60 kW
NT ORC – Anlage 23 kW
Mehraufwand bei der industriellen
Einbindung einer ORC oder SRC-Anlage
zur Nutzung von Prozessabwärme
Kein „Grüne-Wiese-Projekt“
© CONPOWER
© CONPOWER
Nachverstromung
9%
Biogasanlagen
Umbaumaßnahmen im Prozess bzw.
an der Anlage (z.B. Änderung der
Abgasgasführung bei Öfen)
•
Integration der Kondensatorabwärme
in das oder die bestehende/n
Wärmenetz/e (Wärmeübertrager mit
Regeleinheiten)
•
Festlegung der Stromeinspeisung und
zusätzliche elektrische Versorgung
Industrielle
1 x ORC
Nachverstromung
2 x SRC zur Nutzung von
Ofenabwärme
Anlagenkoste
91%
•
Anlagenkoste
n
54%
46%
n
Die bestehende Infrastruktur bedarf
einer individuellen Anbindung der
Anlagen. Die Folgen sind hohe Kosten,
die ein Investitionshemmnis darstellen.
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 47
Amortisationszeit 3-5 Jahre (2)
Umsetzung:
 Von Themenfeldern der Vergangenheit lernen (CAX, Logistik)
 Langfristige Partnerschaften notwendig
 Neue Geschäftsmodelle entwickeln – Contracting ist zu wenig
Wer setzt um?
 Unternehmen selbst
 Anlagenbauer wie Imtech, Cofely, Bilfinger
 Hersteller von Energiewandlungsanlagen wie Bosch,
Viessmann
 Energieversorger
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 48
Amortisationszeit 3-5 Jahre (3)
Umsetzung durch Unternehmen
 Ressourcenintensiv (Personal, Kapital)
 Kein Ratio durch Wiederholeffekt
 Alles in eigener Hand
Umsetzung durch Anlagenbauer
 Fehlende Produktionskenntnisse
 Ausreichende Kapitalkraft?
 Erfahrung in Contracting
Umsetzung durch Komponentenhersteller
 Fehlende Breite in Produktion
o Konkurrenz mit heutigen Kunden
 Geschäftsmodell Investor?
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 49
Amortisationszeit 3-5 Jahre (4)
Umsetzung durch EVU
 Fehlende Produktionskenntnisse
 Kleinteiliges Geschäft (vor allem für große EVU), daher
fehlende Strukturen
 Glaubhaftigkeit
 Trägheit
 Leidensdruck (Wenn sie das Geschäftsfeld nicht selbst
besetzen machen es andere)
 Wirtschaftlichkeitsbetrachtung auf Basis Verzinsung ist
Standard
 Kapitalkraft (noch)
 Nutzung von Synergien im Energiemarkt
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 50
Synergiemöglichkeiten für EVU
Energiemarkt
Optimierte Beschaffung
an der EEX
RegelenergieMarkt
Günstige Strompreise nutzen, kostenoptimiertes Umschalten von Netzversorgung auf dezentrale Anlagen und
umgekehrt
Anbieten von positiver (KWK) und
negativer (elektr. Dampferzeuger)
Regelenergie, ggf. Poolen von
mehreren Unternehmen
Lastmanagement
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 51
Synergiemöglichkeiten für EVU
Erzeugungsangebot vs. Strombedarf
Bilanzraum Beispielkommune
Leistung [kW]
15.000
Strombedarf
Stromerzeugung (EE)
Saldo
10.000
5.000
0
-5.000
-10.000
So
01.02.2009
Mo
02.02.2009
Di
03.02.2009
Mi
04.02.2009
Do
05.02.2009
Fr
06.02.2009
Sa
07.02.2009
-15.000
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 52
Lastmanagement-Potenziale in der Industrie
power-to-battery
power-to-cooling & power-to-air
Strombedarf
Lastmanagement
IST
Speicher
Zeit
energy generation
power-to-heat & power-to-steam
Ist
Redundanz
power-to-product
P
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 53
Das Zwiebelschalenmodell: Energieeffizienz vom Prozess her denken
Effizienzregel
Nur eine ganzheitliche
Betrachtung der Energieflüsse
beginnend beim Prozess bis hin
zur Versorgung gewährleistet
maximale Energieeinsparung.
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 54
Energieeffizienz bei Maschinen und Anlagen
1. Durchschnittsalter von Produktionsmaschinen ca. 20 Jahre. Bis 2020
gibt es rechnerisch noch ca. 0,5 Wechselzyklen.
2. Ein Austausch von funktionsfähigen Maschinen nur um Energiekosten
zu sparen gibt betriebswirtschaftlich (trotz steigender Kosten) auf
absehbare Zeit keinen Sinn.
Effizienzregel
Die Steigerung muss zu großen Teilen im Bestand erreicht werden.
Der Schlüssel hierzu liegt in der intelligenten Kopplung von Mess-, Steuerund Regelungstechnik.
Der Verbraucher wird dadurch zum smart consumer als Bestandteil eines
zukünftigen smart grid
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 55
Vertriebsorientiert denken!
Kern-Technologien
Kunststoffverarbeitung
Pharma
Metallverarbeitung
Extrudieren,
Kalandrieren,
Spritzgießen
Destillieren, Sterilisieren
Bohren, Drehen, Fräsen,
Schweißen, Kleben
Querschnitttechnologien
Druckluft
Hydraulik
Elektroantriebe
Prozesswärme
Prozesskälte
Heizungs-, Lüftungs-,
Klimatechnik
Beleuchtung
Effizienzregel
Energieeffizienz muss vom Kernprozess her, also
branchenspezifisch gedacht werden.
Welche Energieträger eignen sich am besten für meinen
Prozess und nicht welcher Prozess passt zu meiner
jetzigen Versorgung?
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 56
Smart Consumer - Konsortium

Energieeffizienz durch systemische
Kopplung von Energieströmen
mittels intelligenter Mess-, Steuer- und
Regeltechnik

Laufzeit:
01.07.2014 – 31.12.2017

Gesamtvolumen: ca. 10 Mio. €
Softwareentwicklung
TGA
Lebensmittel
Ferrero Deutschland
GmbH Stadtallendorf
Imtech
Kunststoffverarbeitung
Junghans GmbH
Hessisch Lichtenau
upp / Limón
Arburg
Limón
Energieeffiziente
Spritzgießmaschinen
Softwareentwicklung
Produktion
24.10.2014
57
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 57
Was ist ein Smart Consumer ?
 Kenntnis aller relevanten Energieströme zu jedem Zeitpunkt.
 Bewertung der Energieströme über geeignete Kennzahlen.
 Prognose der Energieströme in Abhängigkeit von
Produktionsprogramm und Umgebungsbedingungen (Wetter).
 Eingriffsmöglichkeit über vorausschauende Steuer- und
Regeltechnik (SÜS) zur kosten- und verbrauchsoptimierten
Betriebsweise innerhalb definierter Korridore.
24.10.2014
58
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 58
Zentrale Bausteine für einen Smart Consumer
 Energiemonitoringsystem mit spezifischen Kennzahlen (KPI).
 Vorausschauende Steuerung incl. notwendiger Sensorik und
Aktorik.
 Modifizierte Anlagen- und Maschinentechnik zur Steuerung und
Regelung der vernetzten Energieströme.
 Betriebsinterne Netze und ggf. Speicher.
24.10.2014
59
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 59
Nutzen Smart Consumer
Nach innen gerichtet
 Verbrauchsreduzierung
 Möglichst flexible Wahl der kostengünstigsten Energieträger
 Kostensenkung
Nach außen gerichtet
 Möglichkeit zur kostengünstigen Energiebeschaffung
 Teilnahme am Regelenergiemarkt (positiv und negativ)
 Lastmanagement für Verteilnetze
24.10.2014
60
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 60
Modifizierte Anfangsfrage: Wie schafft Deutschland die Energiewende
mit der Wirtschaft?
 Ein intelligentes Netz ist die Basis für die Bewältigung des anstehenden Aufgaben. Aber
ohne Smart Consumer kein Smart Grid.
 Zu Beginn muss daher immer eine belastbare und kontinuierliche Erhebung der
Energiebedarfe und die Bildung geeigneter Kennzahlen stehen (Reines Datenloggen
produziert nur Zahlenfriedhöfe). Die Finanzierung kann über die Rückerstattung von
Steuern beim Einführen von EMS erfolgen. Niemand fragt im Übrigen nach der
Wirtschaftlichkeit von SAP.
 Ohne Produktionskenntnisse und Betrachtung des Gesamtsystems nur kurzfristige
Erfolge möglich (Beleuchtung, Heizung).
 Die (indirekten) Speicherpotenziale für Strom als Ausgleich für fluktuierende
Erzeugungsanlagen werden nicht genügend berücksichtigt. Angst vor der Komplexität.
 Es fehlt an der Umsetzung, nicht an Lösungen.
 Realistische Zeitziele setzen (Mittlere Lebensdauer von Maschinen und Anlagen 20a)
 Es gibt heute keinen Anbieter, der alle Anforderungen für eine nachhaltige Abdeckung der
Energiebedarfe erfüllt. Insofern bedarf es geeigneter Kooperationen. Der Markt formiert
sich dahingehend aktuell.
 EVU haben aufgrund von Synergiepotenzialen eine gute Ausgangsposition sind aber zu
träge.
Energieeffizienz in der Produktion | Prof.-Ing. Jens Hesselbach | 24.10.2014 | 61
umweltgerechte produkte und prozesse – Prof. Dr.-Ing. Jens Hesselbach
13.09.2012 | 62
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Technik
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