Effizienzgewinne durch Energie- und Lastspitzen-Management Auf dem Weg zur \’Grünen Fabrik\‘

Der Wettbewerbsdruck steigt, die Kosten müssen sinken: Das ist, kurz gefasst, die Situation, in der sich Industrieunternehmen befinden. Zugleich gehen alle seriösen Prognosen von langfristig steigenden Energiekosten aus. Dafür gibt es mehrere Ursachen, unter anderem die wachsende internationale Nachfrage, der größere Aufwand für die Förderung fossiler Energien und die höheren Erzeugungskosten regenerativer Energien. Für die Unternehmen bedeutet das: Selbst wenn der Energieverbrauch konstant gehalten werden kann, steigen die Energiekosten. Dass sich daraus ein Zwang zum Energiesparen ergibt, leuchtet ein – zumal es auch noch andere Gründe gibt, mit den natürlichen Ressourcen sparsam umzugehen. Dazu gehört neben dem Verantwortungsbewusstsein für die Umwelt die Tatsache, dass immer mehr Unternehmen Energie- und Ökologiethemen in ihre Lieferantenbewertungen aufnehmen. Wer hier Erfolge vorweisen kann, hat Vorteile im Wettbewerb. Die gute Nachricht trotz steigender Kosten und höherem Druck zum effizienten Umgang mit Ressourcen: Zum Realisieren von Energieeinsparungen und der Unterstützung von gezieltem Lastspitzenmanagement stehen leistungsfähige Energiemanagementsysteme bereit, die durch das Zusammenspiel von IT und existierender Sensorik vergleichsweise schnelle Umsetzungserfolge versprechen. Zugriff auf bestehende Anlagenkomponenten Moderne Produktionsanlagen sind hoch automatisiert, ihre Antriebe werden meist bedarfsgerecht geregelt. In den Anlagen sind zahlreiche Sensoren installiert, die beispielsweise Energiebedarf messen oder ein bedarfsgerechtes Zu- und Abschalten von Anlagenkomponenten ermöglichen. Aus Sicht des Energiemanagements heißt das: Wer systematisch die Potenziale zur Kostensenkung erschließen will, muss nicht bei Null anfangen. Eine Vielzahl von Daten steht zur Verfügung, die eine solide Basis für eine gezielte Verbrauchsoptimierung bilden. Dafür kann man die jeweiligen umrichtergesteuerten, also drehzahlgeregelten Antriebe abfragen und die Daten entsprechend auswerten. Dies hat Mitsubishi Electric als ein weltweit führender Spezialist für Industrieautomation schon vor Jahren erkannt und mit dem \’Energy Control Pack\‘ (ECP) Werkzeuge entwickelt, mit denen im ersten Schritt die zahlreichen energierelevanten Informationen in den Automationssystemen gesammelt werden können. Pflicht und Kür des Energiemanagements Auf Basis dieser Daten erhält der Anwender einen detaillierten Überblick über die Energieverbräuche auf der Ebene einzelner Maschinen oder Antriebe. Das ist im Vergleich zur üblichen Betrachtungsweise, bei der Anwender nur mit Gesamtenergieverbräuchen z.B. auf Abteilungsebene arbeiten können, ein enormer Erkenntnisgewinn. Das Energiemanagementsystem schafft dafür die Voraussetzung. Ein Ziel, das sich mit diesem Ansatz relativ leicht erreichen lässt, ist die Vermeidung oder Kappung von Lastspitzen. Damit können Unternehmen auf einfache Weise Energiekosten senken, für deren Berechnung die Energieversorger nicht nur den monatlichen Stromverbrauch, sondern auch die einmalig erzielten Spitzenlasten heranziehen. Hier ist neben den intelligenten IT-Tools auch das Expertenwissen der Betriebsleiter, Ingenieure und anderer Produktionsexperten gefragt. Sie entscheiden, wo gezielt Anlagen pausieren oder welche energieintensiven Prozesse sukzessive statt gleichzeitig erfolgen können, ohne dass die Produktivität beeinträchtigt wird. Das Lastmanagement ist die Pflichtübung eines jeden IT-gestützten Energiemanagements und stellt sicher, dass eine festgelegte Leistungsabnahme nicht überschritten wird. Dafür definiert der Anwender Stromverbraucher wie speichergestützte Kühl- oder Heizanlagen, die bei Überschreiten einer bestimmten Lastspitze abgeschaltet werden. Das System übernimmt aber noch weitere Aufgaben, wie die Überwachung von Blindleistungen im Stromnetz. Kostenkontrolle durch schrittweise Einführung Mitsubishi Electric hat umfassende Erfahrungen mit dem Einsatz seines Energiemanagementsystems in unterschiedlichen Industriebranchen gesammelt. Häufig starten die Anwender mit einem Produktionsbereich und reinvestieren die eingesparten Kosten in die schrittweise Erweiterung der skalierbaren Lösung. Somit genügt eine \’Anschubfinanzierung\‘ für die schrittweise energetische Produktionsoptimierung. Die bisher realisierten Einsätze zeigen, dass Anwender eine Reduzierung der Lastspitzen um acht bis 30% und eine Senkung der Energiekosten um fünf bis 15% erzielen konnten. Im Durchschnitt wurde die Lastspitze um 13% gesenkt. Daraus ergibt sich, dass der Amortisationszeitraum des Systems durchschnittlich bei zehn bis elf Monaten liegt. Dieser Zeitpunkt kann zudem bei Projektbeginn relativ genau abgeschätzt werden. Umfassende Informationen zu Verbrauch und Kosten Die Informationen, die das ECP am lokalen Bedienpanel bereitstellt, können in Datenbanken gespeichert und an übergeordnete Informationssysteme 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 der regenerativen Energieerzeugung oder andere Medien wie Druckluft, Gas, Öl und Wasser lassen sich in das System einbinden. Energiekontrolle in drei ­Versionen Um sämtliche Bedarfsfälle abzubilden, ist die Lösung in drei unterschiedlich komplexen Grundversionen verfügbar. Bei der einfachsten Variante ECP Compact sind rund 80% der Funktionen bereits festlegt, etwa 20% sind frei definierbar. Das erlaubt eine Einbindung in verhandene Applikationen und eine einfache und schnelle Inbetriebnahme. Die zweite Version heißt ECP Modular und besteht aus einzelnen, individuell kombinierbaren Funktionsbausteinen. Als ganzheitliches Energie- und Lastmanagement wird das ECP Open von den Integratoren maßgeschneidert und auf Basis einer Machbarkeitsstudie an den Anwendungsfall angepasst. Über die optionale Kommunikationsanbindung mittels des Systemansatzes MES-IT können alle drei ECP-Versionen an andere IT-Lösungen wie beispielsweise Manufacturing Execution-Systeme (MES) oder Enterprise Resorce Planning-Lösungen (ERP) gekoppelt werden. Bei Bedarf können hierüber auch Fremdsteuerungen in das Energiemanagement eingebunden werden. Überall dort, wo keine umrichtergesteuerten Antriebe zur Verfügung stehen, kann der Integrator zusätzliche Messklemmen seines strategischen Partners LEM in das System einbringen. Die Messklemmen lassen sich einfach an Stromleitungen montieren und senden die Messwerte drahtlos an die Controllereinheiten. Fundierte Datenbasis nicht nur für Energiemanagement Mit dem Energiemanagementsystem haben produzierende Unternehmen ein Werkzeug zur Hand, mit dem sich Energiekosten und -verbrauch senken lassen, ohne in die Produktionsprozesse eingreifen zu müssen. Über ein \’Dashboard\‘ stellt die Lösung eine Vielzahl energierelevanter Informationen bereit und ermöglicht aus Sicht des Anwenders, alle Stellschrauben zur Effizienzsteigerung zu nutzen – über die verschiedenen Energieformen und Betriebsbereiche hinweg. Darüber hinaus lassen sich die Daten, die das System bereitstellt und visualisiert, für weitere Zwecke wie die Instandhaltung nutzen. Konkretes Beispiel: Ein langsam ansteigender Energieverbrauch, der auf einen Lagerschaden an einem Antrieb hindeuten kann, wird dem Bediener gemeldet, der dann im Sinne der vorbeugenden Instandhaltung frühzeitig reagieren kann. Vor allem in der Prozessindustrie können aus dem Energieverbrauch Rückschlüsse auf die Produktbeschaffenheit gezogen werden. Der Energiebedarf eines Mischwerkzeugs steht zum Beispiel in direktem Zusammenhang zur Viskosität des Mischgutes. Aus betriebswirtschaftlicher Sicht wiederum interessiert den Controller der Faktor \’Energiekosten pro Produkt\‘. Auch diese Größe lässt sich mit den vorhandenen Daten leicht ermitteln. Die Stellgrößen des IT-Systems können so die Voraussetzung dafür schaffen, diese Werte sukzessiv zu optimieren und so die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens zu erhöhen. Absicherung elektrischer Anlagensicherheit Ein weiterer Aspekt ist die Anlagensicherheit. Anlagen verschiedener Standorte werden heute oft zusammengeführt. Dabei stellt sich die Frage, ob die elektrische Anlage eine zuverlässige Versorgung gewährleisten kann, ohne zusammenzubrechen und hohe Produktionsausfälle und Kosten zu generieren. Das ECP erfasst alle relevanten Gesamtanlagenwerte und kann wie beim Lastmanagement Einheiten, die nicht dringend benötigt werden, abschalten oder als Rückschluss in die Produktionsplanung einfließen lassen. Damit der Anwender diese Daten systemübergreifend nutzen kann, bietet das System Schnittstellen zu übergeordneten Datenservern, parallel laufenden Steuerungssystemen oder lokalen Bedieneinheiten. Dazu gehört auch die Anbindungsmöglichkeit an ein übergeordnetes, webbasiertes Scada-System. Vorteile beim Nachrüsten vorhandener Anlagen Das Beispiel des Energiemanagement-Systems von Mitsubishi Electric zeigt, dass IT in der industriellen Automation nicht nur eine Schlüsselrolle für hohe Produktivität und Produktqualität, sondern auch für den effizienten Umgang mit der Ressource Energie spielen kann. Und Industrieunternehmen sind gut beraten, sich mit dem Thema Energiemanagement zu befassen. Das gilt für Facility Manager, Instandhalter, Betriebsleiter und die Geschäftsführung: Wer es versäumt, Energiekosten zu \’managen\‘, also in positivem Sinne zu beeinflussen, läuft Gefahr, dass Effizienz- oder Rationalisierungsgewinne durch höhere Energiekosten wieder aufgezehrt und künftig steuerliche Vorteile verschenkt werden. Das gilt nicht nur für die Planung von neuen Industriekomplexen – hier ist ein umfassendes Energiemanagement heute oft selbstverständlich. Aufgrund der einfachen Integrationsfähigkeit und der Nutzung von Daten aus vorhandenen Antrieben und Steuerungen eignen sich modulare Lösungen auch für die Nachrüstung bestehender Produktionsanlagen. Kasten: Informationen zum Systemanbieter Die Mitsubishi Electric Corporation kann auf 90 Jahre Erfahrung in der Herstellung zuverlässiger, qualitativ hochwertiger Produkte für Industrie- und Privatkunden in allen Teilen der Welt zurückblicken. Das Unternehmen mit weltweit über 114.000 Mitarbeitern zählt zu den Marktführern für Elektro- und Elektronikprodukte in Bereichen wie Unterhaltungselektronik, Informationsverarbeitung, Medizin-, Kommunikations-, Raumfahrt-, Satelliten- und Industrietechnik sowie in Produkten für die Energiewirtschaft, Wasser/Abwasser, das Transportwesen und den Bausektor. Im Geschäftsjahr zum 31. März 2011 erzielte das Unternehmen einen Konzernumsatz von 32,2 Mrd. EUR. In über 30 Ländern sind Vertriebsbüros, Forschungsunternehmen und Entwicklungszentren sowie Fertigungsstätten angesiedelt. Seit dem Jahr 1978 ist Mitsubishi Electric auch als deutsche Niederlassung der Mitsubishi Electric Europe vertreten. Das Unternehmen ist eine hundertprozentige Tochter der Mitsubishi Electric Corporation in Tokio. Von Ratingen bei Düsseldorf steuert die deutsche Niederlassung Vertriebs- und Marketingaktivitäten für neun Geschäftsbereiche in zahlreichen europäischen Ländern