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Effizienz und Flexibilisierungspotenziale in der Industrie

am Beispiel der Druckluftbereitstellung

Seminar

Mobilisierung bislang unerschlossener

Energieeffizienzpotenziale

14. Oktober 2014, München, hbw

2 2

Agenda

1. Status Quo der Druckluftnutzung – Kostentreiber und Optimierungsmöglichkeiten

2. Lastflexibilisierung als Beitrag zur Versorgungssicherheit und aktuelle

Vermarktungsmöglichkeiten

3. Kosten-Nutzen-Analyse anhand konkreter Fallbeispiele

3 3

Energieflussbild einer Druckluftversorgungsanlage

4 4

Drucklufterzeugung und –verteilung

Kompressor Steuerung Speicherbehälter

Aufbereitung - Trockner - Filter - Kondensattechnik

Verteilung

Verbraucher Verbraucher

Quelle: IREES

5 5

Drucklufterzeugung und –verteilung

Kompressor Steuerung Speicherbehälter

Aufbereitung - Trockner - Filter - Kondensattechnik

Verteilung

Verbraucher Verbraucher

Quelle: IREES

6 6

Optimierungsmöglichkeiten bei der Drucklufterzeugung

Einsatz hocheffizienter Kompressoren

0

2

4

6

8

10

12

14

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Spez

ifis

che

Le

istu

ng

in k

W/(

m³/

min

)

Druckverhältnis p1/p0

Quelle: Druckluft effizient, Fraunhofer ISI, Karlsruhe, August 2003

Schlechter Bereich

Guter Bereich

Ideale adiabate Verdichtung

7 7

Optimierungsmöglichkeiten bei der Drucklufterzeugung

Wärmerückgewinnung

Nutzung der Abwärme

Trink-Warmwasserbereitung

Einspeisung in den Heizkreislauf

Direkte Beheizung von benachbarten Räumen

Etwa 65 % der elektrischen Leistungsaufnahme können in Form von Wärme

praktisch genutzt werden

8 8

Drucklufterzeugung und –verteilung

Kompressor Steuerung Speicherbehälter

Aufbereitung - Trockner - Filter - Kondensattechnik

Verteilung

Verbraucher Verbraucher

Quelle: IREES

9 9

Optimierungsmöglichkeiten bei der übergeordneten Steuerung

Auslesungen von Regel-und Steuereinheiten

Bewertung der Effizienz – spezifischer Energieaufwand

Energie:

10 10

Optimierungsmöglichkeiten bei der übergeordneten Steuerung

Auslesungen von Regel-und Steuereinheiten

Bewertung der Effizienz – Laufzeiten

Tageszeitlicher Verlauf Einsatzzeiten der Kompressoren

11 11

Optimierungsmöglichkeiten bei der übergeordneten Steuerung

Quelle: Kaeser

12 12

Drucklufterzeugung und –verteilung

Kompressor Steuerung Speicherbehälter

Aufbereitung - Trockner - Filter - Kondensattechnik

Verteilung

Verbraucher Verbraucher

Quelle: IREES

13 13

Druckluftspeicher und –aufbereitung

Druckluftspeicherung

Kann zusätzlicher Speicher für Druckhaltung genutzt werden?

Wo kann dieser installiert werden (z.B. Schlechtpunkt im Netz)?

Druckluftaufbereitung

Wie hoch ist die geforderte Druckluftqualität für meine Prozesse?

Kann die Aufbereitung auch weniger aufwendig erfolgen (z.B. Filter, Trockner)?

Regelmäßige Wartung nicht vergessen

Quelle: Kaeser

14 14

Drucklufterzeugung und –verteilung

Kompressor Steuerung Speicherbehälter

Aufbereitung - Trockner - Filter - Kondensattechnik

Verteilung

Verbraucher Verbraucher

Quelle: IREES

15 15

Druckluftverteilung

Druckabfall zwischen Speicher / Aufbereitung und Verbraucher sollte nicht mehr

als 0,1 bar betragen

Ursachen für höheren Druckabfall u.a. durch

Leckagen

Zu gering dimensionierte Rohrleitungen

Nicht linearen Verlauf der Druckluftleitung

Turbulenzen

Reibung an den Wandungen

16 16

Drucklufterzeugung und –verteilung

Kompressor Steuerung Speicherbehälter

Aufbereitung - Trockner - Filter - Kondensattechnik

Verteilung

Verbraucher Verbraucher

Quelle: IREES

17 17

Druckluftverbraucher

Hinterfragen des benötigten Druckluftniveaus

1 bar Druckabsenkung führt zu 6…8 % geringerem Energieverbrauch

Ggf. dezentraler Booster für Einzelanlage, die hohes Druckluftniveau benötigt

Einsatz von Druckminderern

Z.B. für Montagearbeitsplätze (Druckluftpistolen)

Generelles Hinterfragen, ob Druckluft für diesen Prozess benötigt wird

Behebung von Leckagen

Lochdurch- Luftverlust bei 7 bar Leistungsbedarf des Kompressors Energieverlust pro Jahr Kosten pro Jahr*

messer zur Deckung der Leckage

[mm] [l/s] [kW] [kWh/a] [€]

1 1,3 0,5 4.100 500

1,5 2,9 1,0 9.200 1.100

3 11,7 4,2 36.700 4.400

5 32,5 11,6 101.800 12.200

*Strompreis 12 ct/kWh

18 18

Umsetzung von Effizienzpotenzialen in

Lernenden Energieeffizienz-Netzwerken (LEEN)

Initiierungsphase

(3 - 9 Monate)

Informations-

veranstaltung

LEEN®-Konzept

Letter of intent/

Vertrag

Offizieller Start des

Netzwerks (10 – 15

Unternehmen)

Abschlussphase

(1 - 2 Monate)

Präsentation

und ggf.

Veröffentlichung der

Ergebnisse

Energieeffizienzworkshops

(ca. 3 - 4 Jahre)

Regelmäßige Treffen

(4 pro Jahr):

- Betriebsbegehungen beim jeweiligen Gastgeber

- Fachvorträge von Experten

(gemeinsames Festlegen relevanter Themen)

- Ergebnispräsentationen realisierter Maßnahmen

- Erfahrungsaustausch

Initialberatungen

(7 - 10 Monate)

Identifizierung von

wirtschaftlichen

Energieeinsparpotenzialen

Monitoring der Ergebnisse

(jährlich)

Top down und Bottom up Quantifizierung

der Energie- und CO2-Einsparungen

Zie

lve

rein

baru

ng

Energietechnische Hotline

19 19

Lastmanagement - ein innovatives Konzept?

Quelle: Wagner, U. (1989)

SmartX

Demand Side

Management

Demand

Response

Lastmanagement wird in der Industrie seit Jahrzehnten praktiziert

Ziel: lokale Leistungsspitzen vermeiden

Neu: Lastmanagement mit übergeordneten

energiewirtschaftlichen Zielen

20 20

Lastflexibilisierung als Beitrag zur Versorgungssicherheit

Neben stromintensiven Prozessen auch Querschnittstechnologien geeignet

Kältemaschinen für Prozesskälte (z.B. Kühl- und Gefrierprozesse sowie Kühlhäuser)

Wasseraufbereitung (Fernwärme, Speisewasser)

Lüftungsanlagen (Reduzierung oder Abschaltung)

Klimaanlagen (Leistungsreduktion oder Abschaltung)

Beleuchtungsanlagen (Dimmen)

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Vermarktungsmöglichkeiten

Betriebliches Spitzenlastmanagement

Regelleistungsmarkt (Minutenreserve)

Regelleistungsmarkt (Sekundärregelleistung)

Redispatch / Engpassmanagement

Bilanzkreisausgleich

Spotmarkt (Day Ahead)

Spotmarkt (Intraday)

Verordnung zu abschaltbaren Lasten

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Abschaltbare Leistung durch Flexibilisierung von QST

(Normalbetrieb) in Abhängigkeit der Abrufdauer*

*realisierbares Potenzial für geeignete Betriebe ohne Kostenbetrachtung für die Implementierung (Personal und I&K)

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

Minuten Minuten Stunde Stunden Stunden

mittlereLast

abschalt-bareLast

5 30 1 2 4

Leis

tun

g in

MW

Zeitdauer

Pumpen

Lüftung

Kälte

Beleuchtung

Druckluft

©FfE BMWi-17#P MOS-DRInd_mbH_00119

23 23

Kosten-Nutzen-Analyse am Beispiel der Drucklufterzeugung

Variation des Druckniveaus meist nur in geringem Umfang möglich

(max. +/- 2 bar)

Bsp.:

Veränderung Druckniveau um - 0,5 oder + 2 bar ist bei konstanter Abnahme für

ca. 1 bis 4 Sek. möglich

Flexibilisierung der Kompressoren zwar theoretisch möglich, aber praktisch

aufgrund kurzer Verfügbarkeit nicht nutzbar

24 24

Kosten-Nutzen-Analyse am Beispiel der Drucklufterzeugung

Alternative: Erhöhung Speichervolumen

Austausch / Installation zusätzlicher Kompressoren für z.B. Verdichtung auf 40 bar für

längere Flexibilisierung

Zusätzlich geeignete Speicher nötig

Erlöse durch Flexibilisierung stehen in keinem Verhältnis zu den Investitionen

Quelle: Habilitation Ingo Stadler, 2005

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Zusammenfassung und Ausblick

Der Bereich Druckluft weist noch eine Vielzahl an Effizienzmaßnahmen mit

teilweise hohen Einsparpotenzialen auf

Eine Flexibilisierung von Druckluftanlagen ist allerdings unter den derzeitigen

Rahmenbedingungen nicht wirtschaftlich

Vermarktung von Flexibilitäten findet jedoch schon in einigen Pilotbetrieben statt,

hier werden überwiegend folgende Anlagen flexibel betrieben:

BHKWs

Lüftungsanlagen

Kältemaschinen

Beleuchtung (Dimmen)

Pumpen

26 26

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

Ansprechpartner:

Dipl.-Ing. (FH) Anna Gruber

+49 (89) 158121-62

agruber@ffe.de

Forschungsgesellschaft für Energiewirtschaft mbH

Am Blütenanger 71

80995 München

www.ffegmbh.de