Referat Einsparung von elektrischer Energie in …...zHinweise und Tipps zEin niedriger Betriebsdruck reduziert die Leckverluste 200 400 600 800 1000 1200 0 2 4 6 8 7.5 1.5 p BüE

Referat an SWISSMEM-Veranstaltung, Effiziente Elektroantriebe Donnerstag, 20. Januar 2005

www.wyrschtech.chwww.dolder-ing.ch

Titelfolie

Einsparung von elektrischer Energie in einem SägereibetriebSchwerpunkt Druckluft

Referat an der Veranstaltung "Effiziente Elektroantriebe"

des SWISSMEM am Donnerstag, 20. Januar 2005

http://www.dolder-ing.ch



Aufteilung

Iso WyrschDipl. Masch. Ing. ETHWyrsch Technologies6403 Küssnacht

Projektleiter StudieSchilliger Holz AG

Informationen über das gesamte Optimierungsprojekt

Markus DolderDipl. HLK Ing. FHIngenieurbüro Dolder6004 Luzern

Co-Autor StudieSchilliger Holz AG

Informationen über den Teil Druckluft




Die Schilliger Holz AG

Allg. Info Schilliger

Forschungsauftrag

Erkenntnisse

Ergebnisse

Schlussbilanz

Grösster Sägereibetrieb der Schweiz

Stromverbrauch ca. 6 GWh/Jahr




Die Schilliger Holz AG: Produkte ..


Forschungsauftrag

Erkenntnisse

Ergebnisse

Schlussbilanz

Sägerei

Leimwerke

Platten verleimte Träger usw.




Die Schilliger Holz AG: .. Produkte


Forschungsauftrag

Erkenntnisse

Ergebnisse

SchlussbilanzHolztrocknung




Forschungsauftrag des BfE: Ziele


Forschungsauftrag

Erkenntnisse

Ergebnisse

Schlussbilanz

Einsparung von elektrischer Energie

Wirtschaftlich interessante Massnahmen werden realisiert.

Die Erkenntnisse sind nützlich für ähnliche Betriebe.




Optimierungsvorschläge für Bereiche


Forschungsauftrag

Erkenntnisse

Ergebnisse

Schlussbilanz

Druckluft

Absauganlagen

Wärmeerzeugung / Heizungsnetz / Trockenkammern

Bedarfsgerechtes Schalten von Verbrauchern

Heben und Senken von Lasten

Prozessoptimierungen / Verminderung von Reibung

Beleuchtung

Leistungsoptimierung / Blindstromkompensation

Kennzahlen als Führungsinstrument

organisatorische und betriebliche Massnahmen




Wichtigste Erkenntnisse

Das grösste Sparpotential liegt bei den Infrastrukturanlagen

Druckluft (nachfolgender Schwerpunkt des Vortrags)

Späne-Absauganlagen

Trockenkammern


Forschungsauftrag

Erkenntnisse

Ergebnisse

Schlussbilanz




Ergebnisse Absauganlagen


Forschungsauftrag

Erkenntnisse

Ergebnisse

Schlussbilanz

Stromkosten für die bestehenden Absauganlagen:ca. 75‘000 Fr./a

Im Leimwerk 1 wird die neue Absauganlage im Vergleichzur alten etwa 70% Energie sparen.

Amortisationszeit ca. 5 Jahre




Ergebnisse: Trockenkammern


Forschungsauftrag

Erkenntnisse

Ergebnisse

Schlussbilanz

Die Ventilatoren der Trockenkammern werden mit Frequenzumrichtern aufgerüstet.

Sie laufen dann zeitweise langsamer und brauchen so durchschnittlich 24% weniger Elektroenergie.

Amortisationszeit: < 1,5 Jahre.




Ergebnisse: Bedarfsgerechtes Schalten

Beispiel: Keilzinkenanlage

Bei einer der Keilzinkenanlagen laufen zwei 50 kW-Motoren durchschnittlich 90% der Zeit im Leerlauf.

Organisatorische Massnahme: Maschinen und Anlagen intensiv nutzen und nachher wieder abstellen.

Die Anlagenhersteller sind aufgefordert, An- und Abstellen von Motoren zu automatisieren.


Forschungsauftrag

Erkenntnisse

Ergebnisse

Schlussbilanz




Ergebnisse: Schlussbilanz


Forschungsauftrag

Erkenntnisse

Ergebnisse

Schlussbilanz

Mit den beschlossenen Massnahmen ergeben sich jährlich Einsparungen von etwa

120‘000 Fr. Stromkosten

1 GWh elektrische Energie

17% des gesamten Stromverbrauchs des Betriebs.

Die mittlere Amortisationszeit dieser Massnahmen beträgt ca. 3 Jahre.




Gliederung Teil Druckluft

Wie wurde der Betrieb angetroffen?

Wie sind wir vorgegangen?

Welche Erkenntnisse ergaben sich?

Was wurde vorgeschlagen? Welche Einsparungen werden erzielt?

Hinweise und Tipps




Wie wurde der Betrieb angetroffen?

Weit verzweigtes Leitungsnetz (Zentrale bis letzter Verbraucher ca. 350-400m)

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps




Netze zusammengeschlossen

Alte, stillgelegte Drucklufterzeugung, bestehendes Netz provisorisch mit Schlauch angeschlossen

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps

Bereiche mit Schichtbetrieb




Drucklufterzeugung

Drucklufterzeugung mit drei gleichen Schraubenkompressoren (3 x 75 kW), luftgekühlt (Erzeugung an Grenze)Drucklufttrocknungssysteme (Adsorptions- und Kältetrockner)

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps




Was wurde konkret gemessen?

0

0.01

0.01

0.02

0.03

0.04

0.04

0.05

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0.10

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0.12

0.13

0.13

0.14

0.15

19.07.2003. 18:36:00 31.07.2003. 08:09:00Relation 1 : 34

Pt+ (MW) Mittelwert

Periodische Analyse (pertmp.mdt)

Elektrische Wirkleistungsmessungen an den Kompressoren (ganze Zentrale).

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps




Leistungsmessungen Wochenende

0

0.01

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0.20

19.07.2003. 18:36:00 22.07.2003. 08:00:00Relation 1 : 8

Pt+ (MW) Mittelwert


Ein Kompressor läuft während des ganzen

Wochenendes mit einer Leistung von ca. 71 kW

für die Deckung der Leckverluste durch.

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps




Was wurde weiter gemessen?

Druckmessungen am Druckbehälter (Druckverlauf während Zeit, Laden, Entladen des Druckbehälters)

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps




Welche Erkenntnisse ergaben sich?

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps

Leckverluste ca. 69%, ca. 55'000 Fr. nur Elektroenergiekosten

Leckverluste bei 8.3 bar vor Massnahmen

SFr. 55'3 39

SFr. 25'142

Leckverlus te Verb rauch für Pro dukt ion




Abweichungen gegenüber Katalog

Abweichungen Liefermengen Liefermengen Betriebskubikmeter pro Minute

(gemessene und Katalogwerte)

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

10.0 7.5 5.0 2.5

Behälterdruck (barü)

Lie

ferm

en

ge

(B

m3

/min

Kompressor 1 gemessener Volumenstrom [Bm3/min]



Kompressor 1+2 gemeinsam gemessener Volumenstrom / 2 [Bm3/min]

Kompressor 1 bis 3 Katalogwerte [Bm3/min]

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps




Abweichungen gegenüber Katalog

elektrische Wirk-Leistung in Abhängigkeit des Druckes (Werte hinterfragen)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1350

55

60

65

70

75

8080

54

P K1

kW

P K2

kW

P K3

kW

P K

kW

131.5 p B1

bar

p B2

bar,

p B3

bar,

p B

bar,

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps




Wirkungsgrad Einteilung

Spezifische Leistung

0123456789

10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Nenndruck [bar] Überdruck

Leis

tun

g [

kW

] p

ro [

m3

/min

]

Grenze

Guter Bereich

Schlechter Bereich

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps

Quelle: Energieeinsparungen bei Druckluftanlagen in der Schweiz




Wirkungsgrad Vergleich

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Nenndruck [bar] Überdruck

Leis

tung

[kW

] pro

[m3/

min

]

10.5

0

P GrenzekW

m3

min

P GutkW

m3

min

P SchlechtkW

m3

min

P K1kW

m3

min

P K2kW

m3

min

P K3kW

m3

min

P KatalogkW

m3

min

130 p N

bar

p N

bar,

p N

bar,

p mess1

bar,

p mess2

bar,

p mess3

bar,

p Katalog

bar,

Im schlechten Bereich (inkl. Lüfter)

GrenzeGuter Bereich

Schlechter BereichKatalog

Gemessen

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps




Leistungsmessung

0.01

0.02

0.02

0.02

0.03

0.03

0.03

0.04

0.04

0.04

0.05

0.05

0.05

0.06

0.06

0.06

0.07

0.07

0.07

0.08

0.08

30.11.2003. 22:00:00 30.11.2003. 22:45:00Relation 1 : 1

Pt+ (MW) Mittelwert


Leerlauf-, Anfahr- und Auslaufverluste 40-50%

Mittelwert der Leistung mit Anlauf-, Leerlauf- und Auslaufleistung.

Beginn Druck-luftproduktion

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps

Anstieg des Druckes im Netz und dadurch erhöhter Leistungsbedarf

Für die Leistung für die Druckluftproduktion werden nur die Werte über ca. 70 kW berücksichtigt (der Rest sind Leerlauf-, Auslauf- und Anfahrleistungen)




Zusammenfassung Erkenntnisse

Extrem hohe Leckverluste (ca. 65%).

Abweichungen der Werte gegenüber den Katalogdaten bei Liefermenge, aufgenommener Wirkleistung und spezifischer Leistung ("Wirkungsgrad").

Leerlauf-, Anfahr- und Auslaufverluste 40-50%

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps




Vorgeschlagene Massnahmen

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps

Druckabsenkung ("Sofortmassnahme")Absenkung des Betriebsdruckes um 1 bar ergibt gemäss Literatur Einsparungen von ca. 7%.Bei einer Reduktion des Druckes von ca. 8.3 barü auf ca. 7.5 barü kann auf Grund der Messungen und Abschätzungen von einer Leistungsdifferenz von ca. 4.2% ausgegangen werden.Zudem .........




Betriebsdruck-Leckverluste

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps

Ein niedriger Betriebsdruck reduziert die Leckverluste

200 400 600 800 1000 12000

2

4

6

87.5

1.5

p BüE

bar

1.073 103×285 Z E

s

Entladekurve (Behälter)

Gesamthaft ca. 18% weniger Elektroenergie-bedarf (durch geringeren Leistungsbedarf und geringere Leckverluste)




Einsparungen Drucksenkung

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps

Differenz 8.3 / 7.5 bar SFr. 12'425 (nur Elektroenergiekosten, keine Instandhaltekosten)




Massnahme Leckverluste minimieren

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps

Leckverluste bei 7.5bar verursachen Elektroenergiebedarf von Fr. 43'929.-Können die Verluste um 2/3 reduziert werden, ergeben sich Einsparungen von Fr. 29'286.-Dies sind immer noch ca. 35% Leckverluste ("normal" sind 5-15%)Im Teil Sägerei wurden Leckagen behoben (Nachmessungen: Einsparungen Fr. 16'250.-)Auf eine Erweiterung der Druckluft-produktion konnte vorerst verzichtet werden (Energiesparen reduziert Investitionskosten).




Weitere vorgeschlagene Massnahmen

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps

Produktionsbereiche mit automatischen Absperrklappen ausrüsten (Schichtarbeit)





Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps

Kompressoren mit FU-Regulierung und Kompressorleitsystem ausrüsten, oder ev. zusätzlicher kleiner Kompressor.

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0.09

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0.13

30.11.2003. 22:30:00 01.12.2003. 00:30:00Relation 1 : 1

Pt+ (MW) Min Pt+ (MW) Mittelwert Pt+ (MW) Max






Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps

Energiecontrolling (fix installierter Elektrozähler für Druckluftzentrale)

www.elko.ch





Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps

Mitarbeitersensibilisierung (wie wertvoll [teuer] Druckluft ist und Sensibilisierung für Leckbehebung)Optimierung Druckverluste (z.B. Leitung)Weiter Massnahmen (Belüftung / Wärmeabfuhr Kompressorenraum, Wärmerückgewinnung, Absaugungen anstelle von Abblasen)Gesamteinsparungen Druckluft-Massnahmen: ca. Fr. 60'000.-




Hinweise und Tipps

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps

Checklisten und Beispiele erstellt (pdf)Präsentation auch als pdf auf unseren Webseiten verfügbarForschungsbericht des ganzen Projektes auf:www.electricity-research.ch oder www.wyrschtech.choderwww.dolder-ing.ch

http://www.electricity-research.ch/

http://www.wyrschtech.ch/

http://www.dolder-ing.ch/




Zusammenfassung

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps

Leckverluste werden häufig unterschätzt, mit einfachen Messungen können sie quantifiziert werden.

Druck nur so hoch wie nötig. Druckverluste vermeiden.

Kompressorgrösse, Regulierung und Steuerung so, dass Leerlauf-, Anfahr- und Auslaufverluste minimiert werden können.




Dank

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps

Danke Ihnen für die Aufmerksamkeit!

Bei Fragen kontaktieren Sie uns!

Für Ihre Optimierungsprojekte viel Erfolg und ........




... und einen grossen Nutzen!

Betrieb angetroffen

Vorgehen

Erkenntnisse

Massnahmen

Hinweise und Tipps

ökonomischer Nutzen

ökologischer Nutzen


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Referat Einsparung von elektrischer Energie in …...zHinweise und Tipps zEin niedriger Betriebsdruck reduziert die Leckverluste 200 400 600 800 1000 1200 0 2 4 6 8 7.5 1.5 p BüE