Gegenwärtig wirtschaftet die Menschheit so, als ob Ressourcen in unbegrenzter Menge zur Verfügung stehen und verbraucht werden können. Doch das ist offensichtlich nicht so: Erdgeschichtlich leben wir im Holozän, das schließt sich an das Pleistozän an – die letzte Eiszeit – und mittlerweile gehen die Geologen davon aus, dass ein neues Erdzeitalter ausgerufen werden müsste – nämlich das Anthropozän, also das Zeitalter, in dem der Mensch das Aussehen der Erde stärker verändert als alle natürlichen Phänomene. Eine der Folgen menschlichen Handelns ist der enorme CO2-Ausstoß, der das Erdklima aufheizt. Jeder muss – im privaten und im beruflichen Umfeld – seinen Beitrag leisten, die Erderwärmung einzudämmen. Die Industrie als ein Mitverursacher des Treibhausgas-Ausstoßes in Höhe von etwa 30% ist aufgefordert, ihren Teil dazu beizutragen. Mit \’Green Automation\‘ bietet sie Konzepte und Produkte auf der Basis elektrischer Komponenten, die helfen sollen, den Energieverbrauch zu reduzieren und damit den CO2-Ausstoß zu senken. Auf dem Forum des ZVEI während der SPS/IPC/Drives fand unter dem Titel \’Green Automation – Energieeffizienz in der Produktion\‘ eine Podiumsdiskussion statt, die von Kai Binder, Chefredakteur des SPS-MAGAZINs moderiert wurde. Mit ihm diskutierten Dr. Alexander Horch (ABB), Bernhard Hünermund (Schneider Electric), Jürgen Lauber (Saia-Burgess) und Dr. Gerd Ulrich Spohr (Siemens AG). Mit wenig Aufwand kann man häufig viel erreichen Schon die Eingangssstatements der Diskussionsteilnehmer zeigten, wie facettenreich das Thema Energieeffizienz ist. Dr. Gerd Ulrich Spohr von der Siemens AG und Mitglied im AK Energieeffizienz im ZVEI-Fachverband Automation betonte, dass man den Energieverbrauch durch geeignete Anwendung von Automatisierungstechnik im Mittel in Größenordnungen von 10 bis 15% reduzieren könne , in Einzelfällen (z.B. in der Antriebstechnik) um bis zu 60 bis 70%. \“Es kommt sehr darauf an, wie der jeweilige Prozess aussieht, den man automatisiert. Und was man erreichen kann hängt von dem Dialog zwischen Automatisierern und Betreibern ab.\“ Dr. Alexander Horch von ABB ist Leiter einer Entwicklungsgruppe, die sich mit Optimierung von Produktionsanlagen beschäftigt. Auch er ist Mitarbeiter im AK Energieeffizienz des ZVEI (vgl. Kasten 2) und betont, dass Energieoptimierung ein andauernder Prozess ist: \“Man kann nicht nur eine Maßnahme ergreifen und umsetzen und glauben, dass man so seine Ziele erreicht. Die Energieeffiziente Umgestaltung ist etwas Ganzheitliches, das viele Leute beschäftigen muss und das man immer wieder aufgreifen muss.\“ Für Jürgen Lauber, Prozessautomatisierer und seit 2001 Geschäftsführer der Saia-Burgess Controls AG, liegt das Grundproblem in der Wahrnehmung: Seit einigen Jahren produziert Saia-Burgess Stromzähler, die in Gewerbeindustrie und Privathaushalten eingesetzt werden. \“Die einfachste Methode Energie einzusparen ist, den Verbrauch anzuzeigen. Und Sie sparen – ohne weitere Maßnahmen – bis zu 10 bis 15% Energie. Das ist für das Gewerbe wie für Privathaushalte gleichermaßen anwendbar.\“ Die Bedeutung dieser Maßnahme verdeutlicht Lauber anhand von beeindruckenden Zahlen: \“Wenn Sie nur 10% sparen, indem Sie ein Monitoring machen, dann haben Sie plötzlich 40 bis 60Mio. t weniger CO2 in der Umwelt. Das ist wesentlich mehr, als wenn Sie alle Motoren in der Industrie austauschen.\“ Nebenanlagen nicht vernachlässigen Offensichtlich gibt es also ein Wahrnehmungsproblem. Würden wir bemerken, wo wir überall Energie verbrauchen – auch wenn sie gar nicht produktiv ist -, hätten wir schon enorme Gewinne aus ökonomischer Sicht und Verbesserungen aus ökologischer Sicht. Aber wie findet man weitere Hot Spots, an denen man ansetzen kann? Spohr gibt folgenden Rat: \“Der primäre Prozess, die Hauptanlage, ist in der Regel gut, das heißt auch energetisch gut ausgelegt. In solchen Produktionsanlagen gibt es jedoch eine Vielzahl von Nebenanlagen für Druckluft, Heizung, Kühlung u.ä. Wenn man sich diese genauer ansieht, dann sind solche Anlagen, auf die keiner soviel Augenmerk legt, zwischen zehn und 20 Jahre alt und meistens für eine ganz andere ursprüngliche Aufgabe ausgelegt worden. Wenn man konsequent ist und auch seine Nebenanlagen auf die aktuelle Situation hin überprüft, stellt man schnell fest, dass durch ein bisschen Instrumentierung und Optimierung in den jetzt tatsächlich geforderten Arbeitspunkt hinein erhebliche Einsparungen zu erzielen sind. Auch das zeitweise komplette Abschalten solcher Nebenanlagen kann durchaus sinnvoll sein, wenn sie nur noch mit 30 oder 40% Auslastung betrieben werden. Der erste Tipp lautet in solchem Fall also: Guckt euch die Nebenanlagen an, da ist wahrscheinlich mit wenig Geld das Meiste zu erreichen.\“ Druckluft vermeiden Horch ergänzt dazu: \“Druckluft ist ohnehin wahnsinnig ineffizient und teuer. Das haben wir auch in der Broschüre untersucht (siehe Kasten). Druckluft wird elektrisch erzeugt. Der Wirkungsgrad ist extrem gering. Die Energie, die letztlich aus der ursprünglich elektrischen Energie genutzt werden kann, beträgt vielleicht 4 bis 7%, der Rest geht verloren. Doch die energetische Überarbeitung einer Produktionsanlage wird häufig zum Glaubenskrieg, wenn man nicht eine Aufstellung aller Faktoren hat, die zeigt, welche Energieform pro Jahr welche Kosten verursacht.\“ Amortisierungszeiten Bei allem Ehrgeiz, Energie einzusparen, muss man die Amortisierungszeiten berücksichtigen. Dazu Jürgen Lauber: \“Die Anlagen heute laufen nicht mehr im Volllastbetrieb, aber wir automatisieren nach wie vor Bleifuß-Vollgas. Im Endeffekt brauchen wir das gar nicht. Ich würde meine Anlagen anschauen, wo ich ein Standby-Gerät/Switch-off machen kann. Stand-by und Switch-off ist das Einfachste. Jede Kaffeemaschine, jedes TV-Gerät hat heute eine Norm zu erfüllen, bezüglich Switch-Off. Spritzmaschinen z.B. können verbraten, soviel sie wollen – man geht halt davon aus, dass die drei Schichten, sieben Tage die Woche arbeiten. Ich empfehle, Switch-Off einzusetzen.\“ ProfiEnergy-Profil Zu diesem Zweck hat die Profibus Nutzerorganisation das ProfyEnergy-Profil entwickelt. Ulrich Spohr erläutert die Technologie: \“Man möchte dahin kommen, in Ruhezeiten unnötige Verbraucher abzuschalten bzw. in einen Schlafmodus zu versetzen. Das ProfiEnergy-Profil ist eine Ergänzung im Kommunikationsprofil, bei dem die Profibus- und Profinet-Teilnehmer am Profibus der Zentrale mitteilen, wie viel Zeit sie brauchen, um von einem Schlafmodus wieder in einen Betriebszustand zu kommen. Wenn absehbar ist, dass z.B. eine Mittagspause oder eine abendliche Abschaltung geplant ist, kann durch ein Telegramm der entsprechende Teilnehmer in einen Schlafmodus versetzt und rechtzeitig aufgeweckt werden, um zu einem geplanten Zeitpunkt wieder den Betriebszustand zu erreichen. Dieses Protokoll soll noch 2009 verabschiedet werden, und wir können dann davon ausgehen, dass im Laufe des Jahres 2010 die ersten Produkte kommen werden.\“ Energiesparmotoren und drehzahlvariable Antriebe Es sieht derzeit so aus, als ob in den nächsten Jahren EU-Vorschriften greifen werden, die die Anwender und Hersteller dazu verpflichten, Motoren einer bestimmten Energieeffizienzklasse einzusetzen. Die Unterschiede zwischen den einzelnen Energieeffizienzklassen bei diesen Motoren liegen im Bereich von 3 bis 4%, das heißt also, der energieeffizientere Motor einer besseren Klasse verbraucht ungefähr 3 bis 4% weniger als der Standard-Motor. Der Austausch starrer Antriebe gegen drehzahlvariable Antriebe bringt da schon deutlich mehr, rät Spohr: \“Wenn wir eine geregelte Pumpe im Vergleich zu einer ventilgeregelten Durchflusssituation haben, dann ist der Durchfluss in der Regel auf 50% eingestellt, damit man auf beiden Seiten ein entsprechendes Regelvolumen hat. Und somit wird man per se 50% Ventilstellung einstellen. Das bedeutet aber auch, dass man 50% der hineingesteckten Energie am Ventil vernichtet. Ersetze ich stattdessen das Ventil durch einen drehzahlgeregelten Antrieb, spare ich gegenüber dieser Lösung 40 bis 50% an Energie. Letztendlich nur durch Nachdenken und Konzeptwechsel von einer veralteten Regelung hin zu einer neuen Regelung über entsprechende Automatisierungsgeräte.\“ Wettbewerb muss größer werden Jürgen Lauber erwartet von den Energieklassen der Motoren mehr Bewusstsein bei den Betreibern: \“Diese neuartigen Motoren, die praktisch vorgeschrieben werden, sind nur ein Mittel, um den Maschinenbau dazu zu bewegen, Energie als ernsthaftes Thema und nicht nur als \’grüne Spinnerei\‘ zu betrachten. Wenn 2011 eingeführt wird, dass die Maschinen ein Label haben müssen – Energieklasse A, B, C, D – wird sich keiner mehr eine D-Maschine kaufen wollen. Der Wettbewerb kommt durch solche einfachen Dinge wie die Zwangslabel ins Laufen. Allein durch den Einbau eines Zählers und die Visualisierung des Verbrauchs erreicht man eine bessere Effizienzklasse. Heutzutage baut der Maschinenbau in der Regel keine Energiemesstechnik ein, er optimiert seine Maschine im Labor, er untersucht, was er ungefähr braucht. Durch die staatlichen Reglementierungen erwarte ich, dass sich diese Mentalität ändert und auch bezahlbar ändert. Man muss sich klar machen, was sich die Staaten in Mitteleuropa im Juli dieses Jahres auf dem G8-Gipfel vorgenommen haben: Man möchte den pro-Kopf-Ausstoß der Bevölkerung von 13,2t auf 2,4 pro Jahr reduzieren. Das könnte man niemals schaffen nur mit Return on Investment, auch Zwangsmaßnahmen werden notwendig sein. Ob die Industrie von 400 auf 200t runterkommen wird, weiß ich nicht, aber ich bin sicher, 100Mio.t sind einfach einzusparen.\“ (kbn) Kasten 1: ZVEI-Broschüre: Moderne Prozessautomatisierung spart 10 bis 15% Energie Seit April des vergangenen Jahres ist die Broschüre \“Mit Hightech für Umwelt- und Klimaschutz: Der vielfältige Beitrag der Prozessautomation zur Energieeffizienz\“ des Zentralverbands Elektrotechnik und Elektronikindustrie e.V. (ZVEI) auf dem Markt, in der die Erkenntnisse einer Untersuchung zur Energieeffizienz in der Prozessautomation zusammengefasst sind. Eine Arbeitsgruppe des ZVEI-Fachbereichs Messtechnik und Prozessautomatisierung hat eine Vielzahl von Energieeffizienz-Anwendungsbeispielen aus Branchen wie der Metallerzeugung, der Zementindustrie, der Grundstoffchemie und der Papier- und Zellstoffindustrie untersucht, so u.a. die Zustandsüberwachung an Durchflussleitungen und die Produktionsoptimierung in Prozessreaktoren. Ergebnis der Untersuchung ist u.a., dass in den Produktionsanlagen der Prozessindustrien ein durchschnittliches Energie-Einsparpotenzial von 10 bis 15% liege. Bei einzelnen Anwendungen könnten es bis zu 70% sein. Insgesamt könne die Prozessautomation helfen, in Deutschland ca. 50Mrd. kW/h Strom und Primärenergie einzusparen, entsprechend mindestens 20Mio. t CO2-Äquivalente im Jahr. Damit könne sie einen Beitrag von 17% zu dem CO2-Restminderungssziel für Deutschland leisten. Die Broschüre umfasst 16 Seiten und kann kostenlos von der Website der Organisation heruntergeladen werden.
ZVEI e.V.
