Über die Automatisierung zum Energiemanagement

Oft freuen sich die Betriebswirte im Unternehmen, wenn Kurven über lange Zeiträume nach oben zeigen und sich selbst von Konjunkturzyklen nicht beeinflussen lassen. Leider gibt es auch einen Kostenfaktor, der eine solche stetige Aufwärtsbewegung zeigt: die Entwicklung der Energiepreise. Für viele Unternehmen wird das zu einer immer größeren Last, für energieintensive Betriebe so­gar zu einer existenzbedrohenden Standortfrage. Systematisches Vorgehen ist ratsam In jedem Fall sind die steigenden Energiepreise ein Ärgernis. Und da alle ernstzunehmenden Prognosen davon ausgehen, dass die Preise auch in den kommenden Jahren steigen, müssen sich Unternehmen Strategien überlegen, wie sie mit dieser Tatsache umgehen. Natürlich gibt es zahlreiche kleinere \’Stellschrauben\‘ zur Senkung des Verbrauchs, die auch wirksam sind. Sinnvoller und nachhaltiger sind jedoch ein systematisches Vorgehen und die Nutzung von Werkzeugen, die speziell für diesen Zweck – das heißt für die Kontrolle und Senkung von Energiekosten und Energieverbrauch in Industrieunternehmen – entwickelt wurden. Ein solches Werkzeug bietet Mitsubishi Electric mit dem \’Energy Control Pack\‘ (ECP). Energieverbrauch wird kaum systematisch erfasst Anlass der Entwicklung war die durch Kundengespräche gewonnene Erkenntnis, dass die Verbräuche kaum systematisch erfasst werden – selbst wenn beispielsweise umrichtergesteuerte Antriebe in den Anlagen vorhanden sind und so die Möglichkeit der Einbindung in übergeordnete Kommunikations- und Informationsnetze bieten, die man zum Energiesparen nutzen kann. Für einen Hersteller von Frequenzumrichtern und Spezialisten der Antriebs- und Automatisierungstechnik lag also der Schritt nahe, ein Energiemanagement-System für industrielle Anwendungen zu entwickeln. Strategische Partnerschaften mit Messtechnik-Herstellern Dazu ging Mitsubishi Europe eine strategische Partnerschaft mit zwei Herstellern von Messtechnik ein. LEM hat Messklemmen entwickelt, die sich einfach an Stromleitungen montieren lassen und die Messwerte drahtlos an eine Auswerteinheit oder Leitwarte funken. Inea ist Spezialist für Prozess- und Energietechnik und hat z.B. Ansteuerungen für Blockheizkraftwerke mit Mitsubishi-Steuerungen entwickelt. An der Entwicklung der Software des Ener­gy Control Pack war Inea maßgeblich beteiligt. Erster Schritt: Ist-Aufnahme der Verbräuche Im ersten Schritt erfasst das ECP die Verbräuche an einzelnen Antrieben bzw. Maschinen, sprich die Last. Dabei nutzt man die bereits zuvor oder neu installierten Frequenzumrichter als Ist-Wert-Geber; wo das nicht möglich ist, kommen die kabellosen Messklemmen von LEM zum Einsatz. Die gemessenen Werte werden mittels MES-IT Modul an die Leitebene weitergeleitet, zentral in einem Energie-Management-Tool ausgewertet und sowohl in der Produktionsebene als auch an einem Bediengerät vor Ort angezeigt. Damit hat der Anwender den Schritt zum \’Smart Metering\‘, das heißt zur genauen Verbrauchserfassung, vollzogen und kann beispielsweise auf einen Blick am ECP-Bildschirm Trends ablesen und die exakten Verbräuche einzelner Messstellen abrufen. Energiekosten hat er damit noch nicht gespart. Dazu ist es nötig, die vorhandenen Daten zu bewerten und Konsequenzen daraus zu ziehen. Kosten sparen mit Lastspitzenmanagement Ein Hebel zur Senkung der Energiekosten ist ein gezieltes Lastspitzenmanagement – dafür schafft das Energy Control Pack die Grundlage. Die Energieversorger messen den höchsten Verbrauch eines Unternehmens in einem Intervall von jeweils 15min und vergleichen den gemessenen Verbrauch mit dem vereinbarten Sollwert. Dieser maximale Verbrauch, auch Lastspitze genannt, wird für einen bestimmten Zeitraum (der je nach EVU und Vertrag schwankt) in die Berechnung der Stromkosten einfließen. Das bedeutet: Wenn ein Unternehmen im Messzeitraum von 15min eine besonders hohe Lastspitze fährt, muss es dafür je nach Vertrag einen Monat oder ein Jahr lang einen entsprechenden Sockelbetrag zahlen, also mit höheren Stromkosten rechnen. Vorausschauende Optimierung Schon der Einsatz von Frequenzumrichtern kann diese Kosten senken, denn die Funktion des Sanftanlaufs vermeidet hohe Lastspitzen beim Anfahren und stellt eine optimale Anpassung durch die Drehzahlregelung sicher. Noch besser aber ist es, z.B. morgens vor dem Beginn der Schicht, die Maschinen sukzessive und nicht gleichzeitig hochzufahren. Die Abfolge der Maschinenstartvorgänge kann im ECP hinterlegt werden. Durch diese vorausschauende Optimierung kann der Anwender Stromkosten sparen, ohne dass er die Produktionsprozesse beeinflussen muss. Auch die Blindleistungen im Stromnetz lassen sich auf diese Weise überwachen. Kappung von Verbrauch und Kosten Das ECP eignet sich aber nicht nur als Werkzeug für die vorausschauende Optimierung. Es greift auch aktiv in das Energiemanagement ein und kann sicherstellen, dass eine definierte Stromabnahme nicht überschritten wird. Denn der Anwender kann Stromverbraucher in einer Prioritätsliste definieren, die bei Überschreiten einer definierten Lastspitze abgeschaltet werden. Hier bieten sich Lasten an, die einen Speicher besitzen wie Kühl- oder Heizanlagen, die somit bedingt unabhängig von der Energieversorgung sind. Diese Speicher werden dann – gesteuert vom ECP – gezielt in Schwachlastzeiten beheizt bzw. gekühlt. Auf diese Weise kann man derartige Puffersysteme intelligent und kostensparend nutzen. Eine Investition, die sich selbst bezahlt Mitsubishi Electric hat inzwischen umfassende Erfahrungen mit dem Einsatz des ECP in ganz unterschiedlichen Industriebranchen sammeln können. Häufig starten die Anwender mit ei­nem Produktionsbereich und reinvestieren die eingesparten Kosten in die schrittweise Erweiterung des ECP. Somit genügt eine \’Anschubfinanzierung\‘ für die schrittweise energetische Optimierung der Produktion. Return on Invest in weniger als einem Jahr Die bisher realisierten Einsätze zeigen, dass die Anwender des ECP eine Reduzierung der Lastspitzen um 8 bis 30% erzielen konnten und eine Senkung der Energiekosten um 5 bis 15%. Im Durchschnitt wurde die Lastspitze um 13% gesenkt. Daraus ergibt sich, dass der Amortisationszeitraum des Energy Control Pack erfahrungsgemäß im Bereich von 10 bis 26 Monaten liegt. Dieser Zeitpunkt kann bei Projektbeginn relativ genau abgeschätzt werden. Vorhandene Automatisierungstechnik wird zum Energiesparen genutzt Das Energy Control Pack eignet sich für sämtliche Bereiche der Produktion, unabhängig von der jeweiligen Branche. Es bindet die Automatisierungstechnik, die schon vorhanden ist, in den Regelkreis des Energiemanagements ein. Damit erlaubt es die Verringerung der Produktionskosten bei gleicher Qualität. Zugleich erhöht es die Zuverlässigkeit der Anlagenstromversorgung, weil ein unkontrolliertes Hochfahren von Maschinen verhindert wird und so die vorhandenen elektrischen Anlagen nicht überlastet werden. Und es ermöglicht ein vorausschauendes Monitoring bei der Erweiterung des Maschinenparks bzw. bei der Integration neuer Verbraucher ins Stromnetz. Umfassende Informationen zu Verbrauch und Kosten Die Informationen, die das ECP am Controller- und Bedienpanel bereitstellt, können in Datenbanken gespeichert und an übergeordnete Informationssysteme über das MES-IT Modul weitergegeben werden. Auf diese Weise kann der Anwender z.B. die Energiekosten pro Maschine oder pro Produktionseinheit ermitteln – eine wertvolle Kennzahl für das Controlling. Auch Anlagen mit regenerativer Energieerzeugung lassen sich in das System einbinden, ebenso kann die Optimierung von Gas-, Öl-, Druckluft-, und Wasserverbrauch einbezogen werden. Oberstes Ziel: Kontinuität der Produktion Bei den Eingriffen in den Energieverbrauch verfolgt das ECP immer das Ziel, die Kontinuität der Produktion und der Prozesse bei gleicher oder besserer Qualität zu bewahren. Deshalb wird im System beispielsweise eine Prioritätenliste hinterlegt, die regelt, welche Lasten unter welchen Bedingungen abgeschaltet bzw. reduziert werden können. Die Bediener an der Maschine bemerken das Eingreifen somit nicht, und Produktivität und Qualität der Produktion werden nicht beeinträchtigt. Als angenehmer und nicht zu unterschätzender Nebeneffekt wird durch das ECP eine Optimierung der Instandhaltung erzielt. Ein langsam ansteigender Verbrauch, der z.B. auf einen Lagerschaden an einem Antrieb hindeutet, wird dem Bediener gemeldet, der dann im Sinne der vorbeugenden Instandhaltung frühzeitig reagieren kann. Drei Versionen Um sämtliche Bedarfsfälle abzubilden, ist das Energy Control Pack in drei Grundversionen verfügbar, die sich vor allem durch den Komplexitätsgrad unterscheiden. Bei der einfachsten Variante ECP Compact sind rund 80% der Funktionen bereits festlegt, rund 20% sind frei definierbar. Das erlaubt eine besonders einfache und schnelle Inbetriebnahme. Die zweite Version, ECP Modular, besteht aus einzelnen Funktionsbausteinen, die individuell kombiniert werden können. Das dritte und komplexeste System, ECP Open, wird von den Entwicklern maßgeschneidert und auf der Basis einer Machbarkeitsstudie an den Anwendungsfall angepasst. Über die optionale MES-IT-Anbindung können alle drei Versionen auch an andere Systeme gekoppelt bzw. es können vorhandene Fremdsteuerungen in das Energiemanagement eingebunden werden. Fazit: Bereit für den Wandel Mit dem Energy Control Pack haben produzierende Unternehmen ein Werkzeug zur Hand, mit dem sich Energiekosten und -verbrauch senken lassen, ohne in die Produktionsprozesse eingreifen zu müssen. Angesichts der stetig steigenden Energiekosten und der Notwendigkeit, die vorhandenen Ressourcen sparsam und möglichst nachhaltig einzusetzen, gewinnen solche Werkzeuge an Bedeutung. Wohin die Richtung gehen sollte, zeigt Mitsubishi Electric am eigenen Beispiel: Im Rahmen des \’Eco Change\‘-Programms hat sich das Unternehmen das langfristige Ziel gesetzt, bis zum Jahr 2021 den Energieverbrauch jährlich zu senken, in den nächsten drei Jahren um 3%.