Beispielandwendungen von TOP-Energy - iuta€¦ · Allen Formlets ist gemein, dass sie auf der linken Seite des Formularfeldes die Bezeichnung des Datenfeldes anzeigen. Wenn Sie den

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Beispiele für die Anwendung von TOP-Energy

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2005-04-12 E:\user\auge\LTT-TE-05-04-168-TOP-Energy-Anwendungsbeispiel--V-1.2.doc

Eckardt Augenstein

TOP Toolkit for Optimization of Industrial Energy Systems LTT – IUTA - GFaI

Inhaltsverzeichnis

Beispiele für die Anwendung von TOP-Energy................................................................1 1 Überblick ..................................................................................................................3 2 Allgemeine Hinweise zur Anwendung von TOP-Energy...........................................4

2.1 Installation .........................................................................................................4 2.2 Das TOP-Energy Hauptfenster .........................................................................5 2.3 Projekte anlegen und verwalten ........................................................................6 2.4 Formulare nutzen ..............................................................................................8 2.5 Komponenten erzeugen und verwalten.............................................................9 2.6 Individuelle Anpassungen ...............................................................................11

3 Beispielanwendung von eNtry: Eine Erstanalyse durchführen ...............................11 3.1 Eine Erstanalyse anlegen................................................................................13 3.2 Die Erstanalyse ausführen ..............................................................................14 3.3 Ergebnisse der Erstanalyse ............................................................................16 3.4 Kommentare einfügen .....................................................................................17 3.5 Einen Bericht erstellen ....................................................................................17 3.6 Bewertung von eNtry.......................................................................................19

4 Vergleich verschiedener Energieversorgungssysteme..........................................20 4.1 Varianten anlegen und nutzen ........................................................................20 4.2 Energieversorgungssysteme simulieren..........................................................21

4.2.1 Ein Energieversorgungssystem im Flussschemaeditor modellieren ........21 4.2.2 Eine Simulation starten ............................................................................24 4.2.3 Ergebnisse von eSim ...............................................................................25

4.3 Ökonomischer Vergleich von Energieversorgungssystemen ..........................26 4.3.1 Ein Ökonomiemodul anlegen ...................................................................26 4.3.2 Das Ökonomiemodul starten....................................................................28 4.3.3 Ergebnisse des Ökonomiemoduls............................................................28

5 Beispielanwendung zum Vergleich von Energieversorgungskonzepten ................28 6 Fazit........................................................................................................................34

LTT-TE-05-04-168-TOP-Energy-Anwendungsbeispiel--V-1.2.doc - 2 - 2005-04-12


1 Überblick TOP-Energy wurde mit dem Ziel entwickelt, Energiefachleute bei der Analyse und Optimierung industrieller Energiesysteme zu unterstützen und ihnen ein Werkzeug zur Entwicklung und Bewertung von Maßnahmen zur Reduzierung der Energiekosten und des Ressourcenverbrauchs zur Verfügung zu stellen. TOP-Energy entlastet insbesondere den Anwender durch Unterstützung der Datenerfassung, -auswertung und Ergebnispräsentation von Routinearbeiten, stellt ihm rechenintensive Analysemethoden wie z.B. Systemsimulationen zur Verfügung und bietet ihm Arbeitshilfen wie z.B. eine integrierte Projektverwaltung an.

TOP-Energy setzt sich aus mehreren Modulen zusammen, die in eine Basisapplikation (Framework) eingebettet sind. Die Basisapplikation dient der Datenverwaltung, Modulintegration sowie -steuerung und stellt eine Benutzerschnittstelle in Form von einfach anpassbaren Editoren, Dialogen und Menus zur Verfügung. Darüber hinaus bietet das Framework weitere Dienste wie z.B. einen allgemeinen Berichtsgenerator zur Verwendung durch die Module an. Neben den Modulen verwendet TOP-Energy so genannte Komponenten. Während sich die Module an fachlichen Aufgaben orientieren (z.B. „Kennzahlen berechnen“, „Optimierung durchführen“), repräsentieren Komponenten reale Objekte (z.B. einen Kessel, einen Tarif aber auch eine Person) in der Software.

Zur Unterstützung einer ersten energieorientierten Analyse eines Industriebetriebes z.B. im Rahmen der Auftragsakquisition steht das Modul eNtry zur Verfügung. Mit Hilfe des beigefügten Fragebogens können die wesentlichen Rahmendaten des Betriebes schnell erfasst und in die Software übertragen werden. Das Modul prüft die eingegebenen Daten auf Plausibilität, berechnet eine Reihe betrieblicher Energiekennzahlen und stellt sie typischen Branchenwerten gegenüber. Die Ergebnisse der Auswertung werden in Diagrammen und Tabellen übersichtlich dargestellt und können in einen Bericht exportiert werden. Sowohl Formulare als auch die verwendete Berichtsvorlage können leicht individuellen Bedürfnissen angepasst werden.

Während der Gestaltungsphase unterstützt TOP-Energy die Entwicklung von Varianten im Sinne von Maßnahmenbündeln zur Verbesserung des betrieblichen Energieeinsatzes. Wichtigstes Modul dazu ist der Simulator eSim, mit dem im Flussschemaeditor entworfene Energieversorgungssysteme unter Vorgabe der zeitlichen Lastverläufe und weiterer Randbedingungen simuliert werden können.



Bei der Berechnung werden die durch das Energieversorgungssystem anfallenden Kosten sowie energetische und ökologische Kenngrößen bestimmt.

Zur vergleichenden Bewertung der betrachteten Varianten können im Ökonomiemodul eConomy Kennzahlen der dynamischen und statischen Wirtschaftlichkeitsrechnung bestimmt werden.

2 Allgemeine Hinweise zur Anwendung von TOP-Energy

2.1 Installation Legen Sie die Installations-CD in das Laufwerk Ihres Computers ein. Nach dem Schließen des Laufwerks wird das Installationsprogramm automatisch gestartet. Akzeptieren Sie zunächst die Lizenzbedingungen durch Markieren der Checkbox unterhalb des Textfeldes und klicken Sie auf „weiter“.

Wählen Sie anschließend ein geeignetes Installationsverzeichnis aus. Bitte beachten Sie, dass TOP-Energy in der vorliegenden Version während des Betriebes einzelne Dateien im Installationsverzeichnis verändern wird. Sie sollten daher TOP-Energy nicht in ein Verzeichnis installieren, für das de spätere Benutzer keine Schreibrechte besitzen. Klicken Sie anschließend auf „Start“. Die Installation wird nun ausgeführt.


TOP

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- 5 - 2005-04-12

TOP-Energy legt weder während der Installation noch im Betrieb Registry-Einträge an. Während der Installation wird lediglich ein Startmenueintrag für den installierenden Benutzer erstellt. Sie können TOP-Energy also jederzeit durch Starten des Deinstallationsprogramms im Startmenu oder durch Löschen des Installationsverzeichnisses und des Startmenueintrages vollständig entfernen.

2.2 Das TOP-Energy Hauptfenster Starten Sie TOP-Energy über das Windows-Startmenu (START>PROGRAMME>TOP-ENERGY>TOP-ENERGY). Nach dem Start der Applikation öffnet sich ein Programmfenster mit Menu- und Symbolleiste sowie zwei nebeneinander liegenden Arbeitsflächen. Die linke dieser Flächen dient zur Darstellung und Bearbeitung des Projektbaumes, die rechte, breitere zur detaillierten Anzeige der im Projektbaum ausgewählten Elemente. Je nach ausgewähltem Element finden Sie hier Formularansichten (Dialoge zur Ein- und Ausgabe von kontextbezogenen Daten) oder Flussschemadarstellungen.


2.3 Projekte anlegen und verwalten Projekte dienen in TOP-Energy zur Verwaltung aller Informationen, die im Laufe eines Beratungsprojekts gesammelt werden. Alle während der Bearbeitung verwendeten Module und Modellkomponenten werden in das Projekt eingefügt, in einer Baumstruktur verwaltet und zusammen als Projektdatei auf der Festplatte abgelegt. Dementsprechend repräsentiert der Wurzelknoten im Projektbaumfenster stets ein Projekt.

Um ein neues Projekt anzulegen, wählen Sie im Menu DATEI den Befehl NEUES

PROJEKT. Damit wird die globale Projektvorlage als neues Projekt geladen und im Projektbaumfenster angezeigt. Sie können den Namen des Projektknotens im Baum in der gleichen Weise verändern, wie Sie es vom Windows-Explorer gewöhnt sind.

Sobald das Projektsymbol im Projektbaumfenster ausgewählt ist, erscheint im Arbeitsfenster die Formularansicht des Projektes. Hier lassen sich allgemeine Informationen zum Projekt ablegen. In der vorliegenden Version dienen diese nur zur Dokumentation und werden noch nicht von den eingebundenen Modulen weiterverarbeitet.



Formulare bieten Ihnen eine Sicht auf die Daten eines Moduls oder einer Komponente. Dazu bringt jedes Modul und jede Komponente eine Beschreibung seiner Formularstruktur mit, die durch das Framework interpretiert und dargestellt wird. Auch wenn sich die Formulare also in der Regel in Struktur und Inhalt voneinander unterscheiden, bestehen sie doch immer aus den selben Grundelementen (Formlets). Die Handhabung der Formulare ist also standardisiert und schnell zu erlernen.

Allen Formlets ist gemein, dass sie auf der linken Seite des Formularfeldes die Bezeichnung des Datenfeldes anzeigen. Wenn Sie den Mauszeiger für einen Augenblick über dem Bezeichnungstext halten, wird zusätzlich eine Begriffsdefinition eingeblendet.

Mit einem Klick auf die rechte Maustaste erzeugen Sie außerdem ein Kontextmenu, das Ihnen weitere Optionen bietet. So können Sie z.B. zu jedem Eingabefeld Metadaten zur Beschreibung der Datenherkunft und –qualität anlegen.



2.4 Formulare nutzen Am unteren Formularrand finden Sie drei Schaltflächen zur Steuerung der angezeigten Registerkarte: Mit ÜBERNEHMEN werden die in den Eingabefeldern befindlichen Daten im internen Datenmodell des Projektes abgelegt, jedoch noch nicht auf Festplatte gespeichert. Mit VOREINSTELLUNG setzen Sie die im Formular angezeigten Werte auf die im jeweiligen Modul vorgegebenen Standardwerte zurück. Mit ZURÜCKSETZEN können Sie die zuletzt gespeicherten Werte wieder in das Formular laden um fehlerhafte Eingaben zu überschreiben.

Sobald Sie eine andere Registerkarte im Formular oder ein anderes Element im Projektbaum auswählen, prüft TOP-Energy, ob Daten im Formular geändert wurden und fragt ggf. nach, ob die Änderungen übernommen werden sollen.

Typischerweise hängt die Darstellung der Datenfelder von dem erwarteten Datentyp ab. Die meisten dieser Formlets sind selbsterklärend oder entsprechen den Standards moderner Applikationen. Einige, über den Standard hinausgehende Elemente, werden im Rahmen dieses Dokumentes bei ihrem ersten Auftreten in dem hier verwendeten Beispiel erklärt.

Eine Besonderheit stellen z.B. die Auswahlfelder zur Eingabe der am Projekt beteiligten Personen auf dem Formular PERSONEN UND ADRESSEN dar: Da Adressdatensätze von Personen und Firmen wieder verwendbare Elemente darstellen, werden diese als eigene Komponenten behandelt. Um in den dargestellten Eingabefeldern eine Auswahl von Personen bzw. Firmenadressen zu erhalten, müssen Sie zunächst eine Person bzw. ein Firma anlegen. Dies wird im Folgenden beschrieben.



2.5 Komponenten erzeugen und verwalten Wie bereits kurz in Abschnitt 1 angesprochen, repräsentieren Komponenten reale Objekte. Um eine neue Komponente anzulegen, können Sie vorgefertigte Komponentenvorlagen in die Komponentenvorlagenbibliothek laden. Klicken Sie dazu mit der rechten Maustaste auf das Symbol der Komponentenvorlagenbibliothek. Im damit eingeblendeten Kontextmenu wählen Sie VORLAGEN IMPORTIEREN.

In dem anschließenden Dateiauswahldialog wählen Sie im Installations-verzeichnis von TOP-Energy das Verzeichnis VORLAGEN\KOMPONENTEN\ORG, wählen Sie die Dateien PERSON.XML, STANDORT.XML und FIRMA.XML aus (für die Mehrfachauswahl Steuerungstaste gedrückt halten) und bestätigen Sie die Auswahl, indem Sie auf ÖFFNEN klicken.

Anschließend können Sie aus den so geladenen Vorlagen Komponenten, z.B. einen Personendatensatz, erzeugen, indem Sie das Vorlagensymbol (z.B. der Vorlage PERSON) im Projektbaum mit dem Mauszeiger auf die



Komponentenbibliothek ziehen und in dem folgenden Dialog einen geeigneten Namen eingeben.

Der neu erstellte Personendatensatz erscheint nun in der Komponenten-bibliothek und kann ausgewählt und bearbeitet werden. Darüber hinaus steht er nun in den Auswahlfeldern PROJEKTLEITER, PROJEKTBEARBEITER und ANSPRECHPARTNER des Projektformulars zur Verfügung. Entsprechend können Sie mit den Datensätzen zur Firma und zum Standort verfahren. Über das Kontextmenu der einzelnen Komponenten können Sie die erstellten Komponenten in Dateien exportieren und sie so in anderen Projekten wieder verwenden. Eine Möglichkeit des Im- und Export zum Windows-Adressbuch besteht in der vorliegenden Version noch nicht.

Ganz gleich wie Sie eine Komponente in TOP-Energy verwenden, über Verweise in Auswahlfeldern wie hier oder später im Flussschemaeditor des Simulators: Jede Komponente, die sie in TOP-Energy anlegen, wird in der Komponentenbibliothek erstellt und kann dann in verschiedenen Zusammenhängen verwendet werden. So können Sie z.B. eine Kesselkomponente erstellen und sie anschließend in verschiedenen Simulationen, also unter verschiedenen Betriebsbedingungen, verwenden. Allerdings können Sie nicht ein und die selbe Komponente zweimal in die selbe Simulation einfügen. Dahinter steht das Prinzip, dass jede Komponente in der Software genau einem Objekt in der Wirklichkeit entspricht: Ein Kessel kann zwar unter verschiedenen Bedingungen betrieben, jedoch gleichzeitig immer nur einmal zum Einsatz kommen.



2.6 Individuelle Anpassungen Das TOP-Energy zugrundeliegende Konzept erlaubt eine einfache Anpassung der Module an Ihre individuellen Anforderungen. So können Sie sowohl die Moduldaten als auch die Formulare und Berichte des Erstanalysemoduls ohne Änderung des Quellcodes anpassen. Lediglich die Änderung der Modulroutinen erfordert die Kenntnis einer Programmiersprache (zur Zeit nur C++). Darüber hinaus existieren vielfältige Möglichkeiten, TOP-Energy an Ihre Anforderungen anzupassen. So können Sie z.B. neue Einheiten definieren, Präferenzen für bestimmte Einheiten festlegen, das Farbschema zur Diagrammgenerierung ändern oder die Menuleisten der Applikation anpassen.

Um selber Änderungen in der Modulkonfiguration durchzuführen, müssen Sie den Systemeinrichtermodus nutzen. Der darin befindliche Vorlageneditor bietet die Möglichkeit, z.B. Formularansichten, Symbole oder Ergebnisberichte zu verändern.

3 Beispielanwendung von eNtry: Eine Erstanalyse durch-führen

Die Erstanalyse ist das Einstiegsmodul von TOP-Energy und soll einen schnellen Einstieg in die Aufgabenstellung ermöglichen, um zum einen die Motivation der Unternehmen zu steigern, sich mit den Themen Energie und Umwelt auseinanderzusetzen - das Unternehmen also "mit ins Boot zu nehmen" - und zum anderen dem Berater zu einem frühen Zeitpunkt der Untersuchung aufzeigen, ob sich die Durchführung einer (zumeist aufwendigen) betrieblichen Energieanalyse lohnt und wo potenzielle Schwachstellen zu vermuten sind.

Dazu sind eine standardisierte Datenerfassung und -auswertung sowie Potenzialabschätzungen vorgesehen: Mittels eines neunseitigen Fragebogens1 zur Erstanalyse (vgl. Abbildung 3.1 und Anhang) werden allgemeine Unternehmensdaten (Umsatz, Produktion, Anzahl der Mitarbeiter, etc.), aus Rechnungen zu entnehmende Energiedaten (Mengen und Kosten), Art und Leistung der verbrauchsrelevanten Energieumwandlungsanlagen, Häufigkeit der Zählerauswertung, bekannte Verbesserungspotenziale und durchgeführte bzw. geplante Maßnahmen zur Energieeinsparung abgefragt.

1 Siehe Vorlage unter VORLAGEN\DOKUMENTE im TOP-Energy Installationsverzeichnis.



Abbildung 3.1: Ansicht des Fragebogens zur Erstanalyse

Aus diesen Daten wird ein Energiekurzbericht erzeugt (Beispiel im Anhang), der automatisch gebildete Diagramme und Kennzahlen mit absoluten und spezifischen Größen enthält. Außerdem besteht die Möglichkeit, die qualitative Energieverteilung darzustellen und die Schwachstellen bzw. den Untersuchungsbedarf zu dokumentieren. Das Auffinden der Schwachstellen ist allerdings vom Know-how des Beraters abhängig, da das Auswerteprogramm nur die Darstellung der eingegebenen Werte sowie die Bildung von Kennzahlen leistet aber keine Interpretation.

Eine ausführliche Beschreibung der Funktionen und Anwendung des eNtry-Moduls finden Sie im eNtry-Manual (im Installationsverzeichnis unter DOKUMENTATION\MODULE). Im Folgenden werden nur die wesentlichen Funktionen kurz beschrieben.

Als Beispiel dient ein Energie-Audit, welches für einen Filztuchhersteller durchgeführt wurde. Vom Unternehmen wurde mit Hilfe eines Energieberaters der Fragebogen ausgefüllt. Die Daten wurden in TOP-Energy übertragen, ausgewertet und ein Kurzbericht erstellt. Das Beispiel kann in TOP-Energy im Installationsverzeichnis im Ordner Beispiele geöffnet werden (BeispielErstanalyse.xml).



3.1 Eine Erstanalyse anlegen Wenn die Daten aus dem Fragebogen in TOP-Energy eingegeben werden sollen, müssen Sie zunächst eine neue Erstanalyse anlegen. Wählen Sie hierzu im Kontextmenu des Projektsymbols den Eintrag NEU > ENTRY: ERSTANALYSE.

Mit diesem Befehl laden Sie die Vorlage des Erstanalysemoduls in das aktuelle Projekt und finden anschließend die Formularansicht des Moduls im rechten Arbeitsfenster. Die dort abgebildeten Eingabeformulare entsprechen in Struktur und Inhalt weitgehend dem Fragebogen. Nun können die Daten eingegeben werden. In der folgenden Abbildung sind die des Filztuchherstellers dargestellt.



Eine detaillierte Beschreibung der Formulare finden Sie im Handbuch des Erstanalysemoduls, das sie im Installationsverzeichnis unter DOKUMENTATION\MODULE finden.

Zum Benchmark der berechneten Energiekennzahlen der Branche können Sie einen Kennzahlendatensatz in die Komponentenbibliothek laden und anschließend mit der Maus auf das Symbol des eNtry-Moduls im Projektbaum ziehen.

In diesem Beispiel wurden zum Benchmark der betrieblichen Energiekennzahlen der Kennzahlensatz „Textilgewerbe, Flächenerzeugung und Veredelung“ zugrunde gelegt.

3.2 Die Erstanalyse ausführen Um die Erstanalyse auszuführen, wählen Sie im Menu MODULE unter ERSTANALYSE

den Befehl ERSTANALYSE STARTEN oder drücken Sie die Schaltfläche in der Modulwerkzeugleiste.



Die Auswertungsroutinen des Erstanalysemoduls führen verschiedene Konsistenz-prüfungen durch. Treten Unstimmigkeiten in den eingegebenen Daten auf, erhalten Sie eine Fehlermeldung. Wählen Sie JA, wenn Sie die Berechnung abbrechen und die Daten noch einmal überprüfen wollen, wählen Sie NEIN, wenn Sie die Berechnung trotz der Inkonsistenz fortführen wollen.

Sollten Sie alle Meldungen der Konsistenzprüfung übergehen wollen, halten Sie die Tasten ALT N bis zum Ende der Berechnung gedrückt.



3.3 Ergebnisse der Erstanalyse

Die Auswertungsergebnisse finden Sie in den Formularen ERGEBNISSE und KENNZAHLEN. Diese Formulare enthalten neben Zahlenfeldern, in denen Berechnungsergebnisse dargestellt sind, Diagramme und Kommentarfelder. Die Zahlenfelder sind grau hinterlegt und können – bis auf die Einheit – nicht verändert werden.



3.4 Kommentare einfügen Die Kommentare dienen zur Beschreibung der Untersuchungsergebnisse und zur Dokumentation offener Fragen, die sich aus den Berechnungen ergeben. Sie werden in den Ergebnisbericht übernommen.

3.5 Einen Bericht erstellen Die am Bildschirm aus-gewerteten und kom-mentierten Ergebnisse der Erstanalyse können als Kurzbericht vom Berater exportiert werden. Dazu wählen Sie im Menu MODULE unter ERSTANALYSE den Befehl ERSTANALYSE-BERICHT ERZEUGEN oder drücken Sie

die Schaltfläche in der Modulwerkzeugleiste. LTT-TE-05-04-168-TOP-Energy-Anwendungsbeispiel--V-1.2.doc - 17 - 2005-04-12


Zum Speichern des Berichts wählen Sie einen Ordner für den Sie Schreibrechte besitzen. Der Bericht kann dann zur weiteren Bearbeitung in eine Standardtext-verarbeitung geladen werden. Für den Import des Reports in MS-Word wird eine Dokumentvorlage im Installationsverzeichnis unter VORLAGEN\BERICHTSVOLAGEN mit dem Namen TOP-ENERGY-REPORT-TEMPLATE.DOC mitgeliefert. Deren Layout können Sie beliebig verändern.

Nach dem Öffnen dieser Dokumentvorlage wird der Import über die Schaltfläche ausgelöst. Eventuell müssen Sie vorher in MS-Word im Menu EXTRAS unter MAKRO / SICHERHEIT die Sicherheitsstufe auf MITTEL setzen.

Einen Beispielbericht zum Import finden Sie im Installationsverzeichnis unter BEISPIELE\BERICHTE, das Verzeichnis BERICHTBEISPIELERSTANALYSE_IMAGES wird automa-tisch erzeugt und enthält die generierten Diagrammgrafiken. Da der Kurzbericht automatisch von TOP-Energy erstellt wird, muss er vor der Weitergabe an den Kunden ggf. redaktionell überarbeitet werden.

Der Ergebnisbericht des Beispiels ist im Anhang dargestellt. Dort finden sich auch die erzeugten Grafiken, Kennzahlen und eingegebenen Kommentare.



3.6 Bewertung von eNtry Die im Antrag vorgesehenen Arbeiten für das Einstiegsmodul eNtry sind umgesetzt worden. So kann die Auswertung des Fragebogens zunächst am Rechner angesehen und kommentiert werden. Dies kann auch schon gemeinsam mit dem Unternehmen erfolgen, so dass eNtry die gewünschte motivationsfördernde Wirkung erzielt. Durch die automatisierte Berichtserstellung kann der Berater ohne zusätzlichen Zeitaufwand einen Energiekurzbericht für das Unternehmen erstellen und für die weitere Projektakquisition nutzen.

Das TOP-Energy zugrundeliegende Konzept erlaubt – wie oben erwähnt – zudem eine einfache Anpassung der Module an Ihre individuellen Anforderungen. So kann ein Systemeinrichter, falls vom Anwender z.B. der Wunsch geäußert wird, weitere Kennzahlen zu berechnen, die dazu notwendigen Dateneingabe- und -ausgabefelder erzeugen sowie die Berechnungsroutinen implementieren. Auch den Bericht kann er an die Wünsche des Beraters anpassen.

Während die beiden ersteren Dinge eher einmalig im Rahmen der allgemeinen Anpassung von TOP-Energy an die übliche Arbeitsweise des Beratungsunternehmens durchgeführt werden, wird eine Anpassung des Berichts häufiger durchgeführt werden müssen. So variieren teilweise je nach Projekt und analysiertem Unternehmen Struktur und dargestellte Inhalte des Berichts. Die dazu notwendigen Anpassungen jeweils im Systemeinrichter-Modus durchzuführen ist mühsam und zeitaufwendig.

Hier könnte der Berater durch einen so genannten „Berichtsassistenten“ sinnvoll unterstützt werden. Mit diesem könnte er sowohl die Struktur als auch die Inhalte der Berichte individuell zusammenstellen. Zudem könnte er auch modulübergreifend arbeiten und z.B. die Ergebnisse der Erstanalyse mit denen des Vergleichs verschiedener Energieversorgungssysteme oder einer Ökonomieanalyse kombinieren. Dieser individuell erstellte Bericht könnte dann – wie auch zur Zeit schon der vorgefertigte Bericht von eNtry - exportiert und in ein Textverarbeitungsprogramm importiert werden.

Da die Berichte das Ergebnis der Arbeit eines Energieberaters sind, welches dem Kundenübergeben wird, ist die Erstellung eines guten Berichts für den Berater essentiell. Eine Unterstützung dieser Arbeit durch TOP-Energy würde damit eine weitere wichtige Aufgabe eines Energieberatungsprozesses abdecken und das Anwendungsfeld von TOP-Energy erhöhen.



4 Vergleich verschiedener Energieversorgungssysteme Energieversorgungssysteme können in Form verschiedener Varianten verglichen werden. Sie dienen der Erarbeitung und Dokumentation von Maßnahmen-bündeln zur Verbesserung des Energieversorgungssystems und des Energie-einsatzes.

4.1 Varianten anlegen und nutzen Um eine neue Variante anzulegen, wählen Sie aus dem Kontextmenu des Projektsymbols des Projektbaums NEU>EVARIANT. Damit wird eine neue Variantenkomponente im Projektbaum angelegt und ihre Formularseite angezeigt.

In der vorliegenden Version kann das Energieversorgungssystem mit Hilfe des Simulationsmoduls eSim abgebildet werden (siehe Abschnitt 4.2). Die Ergebnisse einer Simulation können Sie in die Variante übernehmen, indem Sie die

Schaltfläche in der Modul-Werkzeugleiste anklicken oder wählen Sie aus der Menuleiste den Befehl MODULE>EVARIANT>SIMULATIONSDATEN ÜBERNEHMEN. In der Formularansicht der Variante finden Sie im Anschluss eine Übersicht der Simulationsergebnisse.

Aus dem Modell des Istfalls lassen sich nun Varianten des Energieversorgungs-systems z.B. durch Kopie und anschließende Veränderung des Istfalls erzeugen. Dazu können Sie den ISTFALL im Projektbaum mit der Maus auf den Knoten



PROJEKT ziehen und anschließend die als Kopie neu erstellte Variante (ISTFALL (1)) umbenennen.

Sollten Sie eine Variante nicht mit dem Simulationsmodul berechnen wollen, können Sie die Daten zur Dokumentation und späteren Weiterverarbeitung in eConomy auch direkt in die Formulare der Variantenkomponente eingeben.

4.2 Energieversorgungssysteme simulieren eSim ist das Simulatormodul von TOP-Energy und unterstützt den Nutzer beim Vergleich unterschiedlicher Energieversorgungskonzepte, d.h. unterschiedlicher Varianten. Der Benutzer kann mit Hilfe eines Flussschemaeditors die Struktur eines Energiesystems spezifizieren und durch Parametrierung mitgelieferter Kompo-nentenvorlagen die Einsatzgrenzen der enthaltenen Komponenten (z.B. Anla-gen, Tarife) festlegen. Des Weiteren werden die Lastgänge der verschiedenen benötigten Energieformen durch entsprechende Zeitreihen abgebildet.

Der Simulator übernimmt die Bestimmung eines optimalen Systemzustands, eine aufwendige Modellierung der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik ist nicht erforderlich.

Eine ausführliche Beschreibung der Funktionen und Anwendung des eSim-Moduls finden Sie im eSim-Manual (im Installationsverzeichnis unter DOKUMENTATION\MODULE). Im Folgenden werden nur die wesentlichen Funktionen kurz beschrieben. Beispielprojekte mit Flussschemata finden Sie im Installationsverzeichnis unter Beispiele.

4.2.1 Ein Energieversorgungssystem im Flussschemaeditor modellieren

Um eine Simulation zu erstellen, klicken Sie mit der rechten Maustaste auf ein Variantensymbol im Projektbaum und wählen im Kontextmenu NEU>ESIM. Pro Variante sollte nur eine Simulation eingefügt werden. Um ein Flussschema zu erstellen, wählen Sie im Kontextmenu des Simulatorsymbols NEU>ESCHEME. Dieses kann dann mit allen benötigten Komponenten (also Anlagen, Tarifen, Verbrauchern) versehen werden.



Um Komponenten in ein Flussschema zu ziehen, müssen diese zuerst in die Komponentenvorlagenbibliothek importiert werden. Die Komponentenvorlagen liegen im Installationsverzeichnis unter VORLAGEN/KOMPONENTENVORLAGEN und können über Rechtsklick auf die Komponentenvorlagenbibliothek importiert werden. Durch Ziehen einer Komponente auf ein Flussschema oder in die Komponentenbibliothek wird aus einer Vorlage eine Komponente erzeugt, die sich von Komponenten des gleichen Typs unterscheiden kann. So ist es möglich, mehrere Kessel zu erzeugen, indem die Kesselvorlage mehrmals auf ein Flussschema gezogen wird. Jedes Mal fragt die Software nach einem eindeutigen Namen für die Komponente, über den diese dann angesprochen werden kann. Durch dieses Verfahren kann der gleiche Kessel auch in mehreren Varianten benutzt werden und hat in allen Varianten die gleichen Parameter.

Als Beispiel ist in der rechten Abbildung ein Projektbaum mit zwei Varianten abgebildet. Der „Kessel 1000kW“ ist in beiden Varianten gleich. Wenn also zum Beispiel die Investitionssumme in einem der beiden geändert wird, ändert sie sich in allen Vorkommen dieses Kessels. Der „Kessel 500 kW“ der oberen Variante unterscheidet sich jedoch von dem 1000kW-Kessel, obwohl beide aus der selben Komponentenvorlage entstanden sind.

Die Komponenten auf dem Flussschema verfügen über Formulare, die per Klick auf die Komponente im Projektbaum angezeigt werden können. In diesen Formularen können im Formular COMMON (GLOBAL) die Auslegungsparameter der Komponenten geändert werden. Dazu gehören zum Beispiel die Arbeitskosten für Strom oder die Nennleistung eines Kessels.



Zur Verknüpfung der einzelnen Komponenten zu einem Energie-versorgungssystem müssen diese im Flussschemaeditor durch Netze verbunden werden.

In der Abbildung sind die verschiedenen Komponenten eines gültigen Modells und die Netze, durch die diese miteinander verbunden sind, dargestellt. Gültige Netztypen sind:

• Brennstoff (Grüne gerichtete Verbindungen)

• Elektrizität (Rote ungerichtete Verbindungen)



• Luft- und Abgas (Graue gerichtet Verbindungen)

• Flüssiger Wärmeträger (Schwarze gerichtete Verbindungen)

Anschlusspunkte für die Netze an den Komponenten sind immer die Pins. Bei gerichteten Netzen gibt es Ausgangs- und Eingangspins. Die Ausgangspins sind in TOP-Energy gefüllte Symbole und die Eingangspins offene Symbole. Die Symbole sind:

• Grüne Quadrate für Brennstoff

• Rote Quadrate für Elektrizität

• Graue Quadrate für Luft und Abgas

• Schwarze Dreiecke für flüssige Wärmeträger

• In der nächsten Version: Grüne Rauten für Dampf

Die Verbindung mehrer Komponenten kann hergestellt werden, indem man mit der Maus auf einen Pin klickt und mit gehaltener Maus zu einem anderen Pin zieht. Es ist auch möglich von einem Pin zu einem existierenden Netz zu verbinden. Ungültige Verbindungen (z.B. Aus-Aus Verbindungen oder Brennstoff-Strom-Verbindungen) führen zu einer Fehlermeldung und werden nicht hergestellt.

4.2.2 Eine Simulation starten

Im Formular des Simulationsknotens muss das Schema ausgewählt werden, das simuliert werden soll. Stellen Sie sicher, dass der Haken „Verwende globale Simulationseinstellungen“ gesetzt ist. Simulationsstart, Simulationsdauer und Zeitschrittweite werden dann aus dem eSim-Formular in die Simulationseinstellungen übernommen.



Einen Simulationsvorgang starten Sie, indem Sie im Projektbaum den Knoten ESIM markieren und im Menu MODULE unter SIMULATION den Befehl wählen SIMULATION

STARTEN. Alternativ können Sie auch die Schaltfläche in der Modul-werkzeugleiste drücken. Es öffnet sich ein externes Fenster, in dem Sie die Simulation mit dem „Start“-Knopf beginnen. Nach Beendigung der Simulation schließen Sie das Fenster mit dem „Quit“-Knopf.

Während der Simulation sollten Sie im Projektbaum oder den Formularen nichts ändern, da dies zu Fehlern in der Anwendung führen kann. Sollte die Simulation nicht starten, finden Sie eine Übersicht bekannter Fehler und Lösungs-möglichkeiten im eSim-Manual.

4.2.3 Ergebnisse von eSim

Die Simulationsergebnisse der einzelnen Komponenten werden von dem Simulationsmodul im Formular ESIM (LOCAL) auf der Benutzungsoberfläche dargestellt. Sie sind thematisch gegliedert.



Die Ergebnisse können Sie in die Variante übernehmen. Dazu wählen Sie im Menu MODULE unter VARIANTE den Befehl SIMULATIONSDATEN

ÜBERNEHMEN oder drücken Sie die

Schaltfläche in der Modul-werkzeugleiste.

4.3 Ökonomischer Vergleich von Energieversorgungssystemen Das Ökonomiemodul dient der Auswertung von Berechnungsergebnissen aus den Varianten, siehe Abschnitt 4. Auf Basis bekannter ökonomischer Kennwerte wird die Bestimmung wirtschaftlicher Vor- und Nachteile von Varianten zu einem Referenzfall vorgenommen. Dabei wird als Referenzfall i.d.R. der Ist-Zustand im Unternehmen, im Einzelfall aber auch eine Standardvariante definiert. Die zum Teil schon in den vorgelagerten Modulen eingegebenen bzw. berechneten Daten können hier ergänzt, verfeinert oder geändert werden. Dabei wird – für den Nutzer transparent – nach Einnahmen und Ausgaben unterschieden.

Als Fundament für ökonomische Modelle und Verfahren, sowie terminologische Festlegungen und konkrete Berechnungsschemata dient die VDI-Richtlinie 6025 „Betriebswirtschaftliche Berechnungen für Investitionsgüter und Anlagen“. Da es sich um einen Standard im Bereich des Betriebes energiewirtschaftlicher Anlagen handelt, sind wir bestrebt, durch das vorliegende Produkt eine einheitliche Universalsoftware für die Branche zu schaffen.

4.3.1 Ein Ökonomiemodul anlegen

Um ein neues Ökonomiemodul anzulegen, wählen Sie im Kontextmenu des Projektsymbols den Eintrag NEU > EVALUATE: VARIANTENBEWERTUNG. Wählen Sie nun die zu vergleichenden Varianten aus.



Anschließend wählen Sie im Projektunterknoten „eValuate“ über dessen Kontextmenu den Eintrag NEU > ECONOMY: VERGL. WIRTSCHAFTLICHKEITSRECHNUNG. Hiermit laden Sie die Vorlage des Ökonomiemoduls in das aktuelle Projekt und finden anschließend die Formularansicht des Moduls im rechten Arbeitsfenster. Sie haben nun die Möglichkeit, allgemeine und charakteristische Daten der Varianten direkt in die Formulare einzugeben.

Alternativ können Sie von z.B. im Simulator berechneten Varianten Daten in die Formulare übernehmen.

Sollten Sie noch keine Varianten erzeugt haben, können Sie auch auf die Auswahl bestehender Varianten im Projektknoten „eValuate“ verzichten und die Daten direkt von Hand in die Varianten eintragen.



Eine detaillierte Beschreibung der Formulare finden Sie im Handbuch des Ökonomiemoduls, das sie im Installationsverzeichnis unter DOKUMENTATION\ MODULE finden.

4.3.2 Das Ökonomiemodul starten

Um das Ökonomiemodul zu starten, wählen Sie im Menu MODULE unter ÖKONOMIE den Befehl ÖKONOMIEMODUL STARTEN oder drücken Sie die Schaltfläche in der Modulwerkzeugleiste.

4.3.3 Ergebnisse des Ökonomiemoduls

Die Auswertungsergebnisse finden Sie in den Formularen KENNZAHLEN. Diese Formulare enthalten für jede Variante dynamische Kennzahlen von Wirtschaftlichkeitsberechnungen, jeweils bezogen auf die Referenzvariante.

Ein exportierbarer Ergebnisbericht – analog zum eNtry-Modul – ist zur Zeit in Vorbereitung. Bislang können die Kennzahlen nicht exportiert werden.

5 Beispielanwendung zum Vergleich von Energie-versorgungskonzepten

Zur Darstellung der Funktionsweise der Module eSim und eConomy wird ein Beispiel aus der industriellen Praxis verwendet, welches gemeinsam mit dem PBA Mitglied Herrn Menzler vom Verband der Industriellen Energie- und Kraftwirtschaft e.V. (VIK) bearbeitet wurde. Hier wurde ein bewusst einfaches und übersichtliches Beispiel gewählt, da die Anwendung von TOP-Energy im Vordergrund dieser Beschreibung stehen soll. Im Folgenden wird das Beispiel mit Unterstützung von Bildschirmmasken von TOP-Energy kurz beschrieben. Das Beispiel befindet sich im Installationsverzeichnis unter BEISPIELE\BEISPIELSIMULATOR1.XML



In einem Unternehmen muss ein Warmwasserkessel wegen seines hohen Alters ausgetauscht werden. Das Unternehmen favorisiert zunächst einen neuen Warmwasserkessel, der zur Deckung der Grundlastkessel dienen soll. Ein Spitzenlastkessel mit einer Leistung von 3,15MW ist vorhanden.

Der Berater nutzt nun zum einen TOP-Energy, um die mit dem Austausch des Kessels verbundenen Kosten zu berechen. Zum anderen prüft er mit TOP-Energy, ob statt des Kessels nicht auch ein Motor-Blockheizkraftwerk wirtschaftlich betrieben werden könnte.

In der Folgenden Abbildung sind die Jahresdauerlinien des Strom- und Wärmebedarfs des Unternehmens dargestellt. Es ist zu erkennen, dass ein BHKW mit einer elektrischen Leistung von ca. 1,9 MW im Jahr ca. 5000 h betrieben werden können müsste.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Benutzungsstunden

Leis

tung

in k

W

Strombedarf kWWärmebedarf kW

In der Tabelle sind zudem die technischen und ökonomischen Daten des Beispiels dargestellt. Es wird mit einem Zinssatz von 6 % gerechnet.

Einheit Ist-Zustand

(neuer Kessel)

Variante 1

BHKW

el. Leistung kW -------- 1.900



th. Leistung kW 1.900 1.875

Brennstoffleistung kW 2.100 3.775

Investitionssumme Euro 400.000 1.000.000

Anzahl der Jahre - 20 10

Strompreis Euro/MWh 61,70 61,70

Leistungsreserve Strom Euro/a -------- 35.805

Netto-Gaspreis Euro/MWh 28,64 24,60

Wartung/Personal/Vers. %-Invest./a 2,00 4,00

Um das Beispiel mit TOP-Energy zu bearbeiten, muss er zunächst Varianten anlegen. Dies wurde in Abschnitt 4.1 beschrieben. In diesem Beispiel wird ein Ist-Fall angelegt, in welchem der reine Austausch des Kessels betrachtet wird. Zudem wird mit einer weiteren Variante „KWK-Option“ der Ersatz des Kessels durch ein BHKW betrachtet.

Nachdem die Varianten angelegt sind, wird für jede Variante das Flussschema des Energieversorgungssystems modelliert (vergl. Abschnitt 4.2). Das fertige Flussschema der KWK-Option ist im Folgenden dargestellt.



Die Komponenten (Spitzenlastkessel, BHKW, Strom- und Wärmeverbraucher, Pumpe, Gas- und Stromtarif und –versorger) sind über die Gas-, Strom- und Wassernetze miteinander verbunden. Die Jahresdauerlinien werden aus Textfiles in TOP-Energy eingebunden, nachdem sie mit Excel vorbereitet wurden.

TOP-Energy bietet bislang lediglich eine Import- und Skalierungsfunktion für Verbrauchsprofile an. Dabei müssen die Daten in äquidistanten Zeitschritten vorliegen. In der Praxis sind solche Verbrauchsdaten jedoch oft nicht erhältlich, sie müssen in der Regel zunächst aufbereitet werden. Hier bietet sich die Integration einer adäquaten Zeitreihenbehandlung in TOP-Energy an. Sie würde dem Berater ermöglichen, eine Energiesystemanalyse ganzheitlich mit einem System durchzuführen, was einen immensen Zeitvorteil bedeutet. Zudem wäre damit auch ein weiterer Schritt zur Dokumentation aller wichtiger projektrelevanter Daten in einem System erreicht.

Abbildung 5.1: Beispiel für die Parametrierung einer Simulationskomponente



Nachdem auch die Parameter der Komponenten über die Formulare spezifiziert worden sind, was hier am Beispiel der ökonomischen Kenndaten des BHKW zu sehen ist, kann die Simulation, wie in Abschnitt 4.2.2 beschrieben, gestartet werden.

Die vergleichsweise lange Simulationszeit von einigen Minuten für 17 Zeitschritte2 entsteht durch den aufwändigen Lösungsalgorithmus, der die Temperaturen der Wärmetransportmedien als variabel betrachtet und in die Optimierung einbezieht. Dies ist insbesondere für Komponenten von Bedeutung, deren Effizienz stark Temperaturabhängig ist (z.B. Wärmepumpen). Das Verfahren bringt in Standardfällen wie diesem jedoch keine Vorteile, da die Betriebsergebnisse nicht oder nur sehr schwach von den Medientemperaturen abhängen. Daher würde die Umsetzung eines vereinfachten, alternativen Lösungsverfahrens für den Anwender in vielen Fällen erhebliche Zeitvorteile bringen.

Abbildung 5.2: Übersicht über die energiebezogenen Daten der KWK-Variante

Die Simulationsergebnisse sind thematisch geordnet in Formularen dargestellt, ein Ausschnitt davon ist in Abbildung 5.2 zu sehen. Für jeden Zeitschritt wird bei der Simulation der hinsichtlich Energiebezugskosten optimale

2 Die geringe Anzahl von Zeitschritten in diesem Beispiel ergibt sich aus der Tatsache, dass als Eingangsdaten lediglich Jahresdauerlinien zur Verfügung standen.



Anlagenbetriebspunkt bestimmt. Es ist zu erkennen, dass das BHKW ca. 5.100 Jahresvolllaststunden erreicht und dabei ca. 10 GWh Strom und Wärme erzeugt.

Nach der Simulation beider Varianten liegen die nötigen Daten für eine Wirtschaftlichkeitsanalyse vor. Dazu dient das Modul eConomy. Die Ergebnisdaten der Variante können wie in Abschnitt 4.3 beschrieben in das Ökonomiemodul übernommen werden. Bei Bedarf können die importierten Daten vor der Ausführung des Ökonomiemoduls ergänzt werden, z.B. wenn in den Folgejahren mit veränderten Ein- oder Auszahlungen zu rechnen ist. Durch Klicken auf die Schaltfläche des Ökonomiemoduls in der Werkzeugleiste wird das Modul gestartet und die Berechnung ausgeführt. Die Ergebnisse können anschließend dem Formular KENNDATEN VARIANTE 1 entnommen werden (vergl. Abbildung 5.3).

Abbildung 5.3: Ergebnisse des Ökonomiemoduls

Es ist zu erkennen, dass sich der Einsatz eines BHKW statt eines neuen Kessels für das Unternehmen lohnt. Zwar sind die Investitionen höher, allerdings die Betriebskosten geringer, was zu einer Amortisationszeit von ca. drei Jahren führt.

Mit TOP-Energy könnten nun auf die beschriebene Weise noch weitere Varianten untersucht werden, z.B. der Einsatz von zwei kleinern statt einem größeren Kessel oder der eines MBHKW mit anderer Leistung. Auch eine



Stromeinspeisung durch das BHKW kann analysiert werden. Die derzeit noch wenig umfangreiche Komponentenbibliothek wird mit den nächsten Versionen durch noch im internen Test befindliche Modelle ergänzt werden. Somit bietet TOP-Energy dem Energieberater ein umfassendes Werkzeug, das die wesentlichen Schritte der Energieberatung unterstützt.

6 Fazit Das Beispiel zeigt, dass TOP-Energy bereits als effektives Hilfsmittel in der Einstiegs-, Gestaltungs- und Bewertungsphase einer betrieblichen Energieanalyse eingesetzt werden kann. Für die eigentliche Ist-Analyse von Energieversorgungs-systemen können die vorhandenen Module jedoch nur in bedingt verwendet werden. Diesen Arbeitsschritt könnte ein Softwarewerkzeug wie TOP-Energy aber durch Unterstützung der Datenaufnahme, des Datenabgleichs sowie der schnellen Ermittlung der tatsächlichen Energiebereitstellungskosten und der Erstellung entsprechender Berichte ebenfalls sinnvoll unterstützen. Wünschenswert wäre hier also ein weiteres Modul, das neben der Ist-Analyse auch zur Erfolgskontrolle eingesetzt werden könnte. Im Zusammenhang mit einem praxisgerechten Editor zur Aufbereitung von Lastprofilen sowie einer flexibleren Berichtsgenerierung würde so ein Werkzeug entstehen, dass den Energiefachmann im gesamten Geschäftsprozess „Energieberatung“ effektiv und effizient unterstützt.


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Beispielandwendungen von TOP-Energy - iuta€¦ · Allen Formlets ist gemein, dass sie auf der linken Seite des Formularfeldes die Bezeichnung des Datenfeldes anzeigen. Wenn Sie den