Der erste Schritt Energie einzusparen ist zu wissen wo wie viel verbraucht wird. Dann können konkrete Maßnahmen folgen.

Der erste Schritt Energie einzusparen ist zu wissen wo wie viel verbraucht wird. Dann können konkrete Maßnahmen folgen.Arsdigital – Fotolia.com

Für viele Unternehmen ist ein Messsystem der Einstiegsschritt, um die Energieeffizienz zu steigern. Dabei sehen sie sich mit Fragen konfrontiert wie: Können die bestehenden Energiezähler integriert werden? Lassen sich die Daten aus der Maschinen- und Prozesssteuerung nutzen? Wie hoch sind die Investitionen? Muss gleich ein umfangreiches System installiert werden oder ist ein Ausbau schrittweise möglich? Und liefern die Berichte tatsächlich Ansatzpunkte für Verbesserungen?

Aufgrund der Fülle dieser Fragen empfiehlt es sich, zu Beginn eine Analyse des Status quo der Messtechnik durchzuführen, um daraus ein Ziel für die Energie-Datenerfassung zu definieren. Anhand dieser Aufstellung lässt sich ein Systemdesign erstellen, das in eine Hard- und Softwareübersicht mündet. Die Zieldefinition sollte zudem einen Kriterienkatalog für die Software-Auswahl enthalten. Strebt das Unternehmen eine Zertifizierung an, kann eine Dokumentationsunterstützung für das Energie-Managementsystem sinnvoll sein. Denn die DIN EN ISO 5001 fordert eine Dokumentation, die die Kernelemente und das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten beschreibt.

Bei den meisten Unternehmen stehen der Energieeinsatz und damit auch die messtechnische Infrastruktur bislang nicht im Fokus. So ist es nicht verwunderlich, dass bei den Unternehmen häufig entweder nur eine einzige Messstelle, nämlich die des Energieversorgers, oder Messstellen mit unterschiedlichen Standards vorhanden sind. Das macht es unumgänglich, Messtechnik nachzurüsten. Bei historisch gewachsenen Infrastrukturen sind auch begrenzter Bauraum, mangelhafte Zugangsmöglichkeiten sowie vernachlässigte Dokumentation im Rahmen von Umbauten ein Problem. In diesem Fall bieten sich im Strombereich Sensoren mit flexiblen Stromwandlern, wie Rogowski-Spulen, an. Sie kommen zum Beispiel im Stromsensor Econ Sens+ zum Einsatz. Dadurch ist dieser handlich sowie leicht und schnell zu installieren, bei Bedarf auch unterbrechungsfrei ohne Abschaltungen.

Technik im Detail

Die Rogowskispule

Die Rogowskispule ist eine Ringspule ohne ferromagnetischen Kern und dient als Bestandteil elektrotechnischer Messgeräte zur Messung von Wechselstrom. Da diese Spule keinen Kern aufweist, zählt sie zu der Gruppe der Luftspulen. Die grundlegende Idee zu ihrem Aufbau, der die von Wechselströmen in Luftspulen induzierten Spannungen ausnutzt, hatte Arthur Prince Chattock 1887. Die Bezeichnung ist seit der Veröffentlichung des deutschen Elektrotechnikers Walter Rogowski als Rogowskispule oder Rogowski-Stromwandler bekannt.
Quelle: wikipedia.org

Daten sammeln

Nach der Installation der Messtechnik gilt es, die Messdaten zu sammeln und zusammenzuführen. Hierfür müssen unterschiedliche Kommunikationsstandards integriert werden – beispielweise Impulse, analoge Signale oder dem M-Bus sowie Feldbusstandards, wie Modbus. Zähler, Fühler und Sensoren, die über derartige Standards kommunizieren, lassen sich einfach über einen Datenlogger mit entsprechenden Schnittstellen, wie der Econ Unit, integrieren. Diese speichert die Daten im Minutentakt und ermöglicht dadurch eine Detailanalyse, die über die Abrechnungsebene des Energieversorgers hinausgeht. Dieser ist lediglich in der Lage, die 15-Minuten-Leistungsmittelwerte zur Verfügung zu stellen, was für eine energetische Prozessanalyse in der Regel nicht ausreichend ist.

Bestehende Systeme im Unternehmen, wie Prozess- oder Gebäude-Leitsysteme, bieten sich eher für eine Software-seitige Integration an. Der OPC (OLE for Process Controls) Standard bietet ein standardisierte, herstellerunabhängige Kommunikationsebene, die es ermöglicht, unterschiedliche Systeme in ein Energie-Managementsystem zusammenzuführen. Auch Systeme der Maschinen- und Betriebsdatenerfassung liefern häufig wertvolle Daten für die Energieanalyse. Somit kann eine Integration auf Datenbankebene per SQL ebenfalls notwendig sein. Die Nutzung von Software-Konnektoren wie dem Econ OPC Connect oder Econ SQL Connect sorgen für die bedarfsbezogene Übernahme relevanter Datenpunkte unabhängig vom Hersteller.

Im nächsten Schritt müssen die Daten aus den unterschiedlichen Quellen in einer Datenbank zusammenfasst werden, um sie zum richtigen Zeitpunkt bedarfsbezogen bereitzustellen. Ein zentraler Server, der sich auch virtualisieren lässt, sorgt für die zentralisierte Datenhaltung. Werden die Analysen, Reports und Berichte dann mittels Browser bereitgestellt, können Anwender sie unabhängig vom Arbeitsplatz oder  PC einsehen, analysieren und bewerten.

Wie aus Daten Informationen werden

Doch die Daten alleine sind noch wenig nutzbringend. Ohne adäquate Auswertungstools verschwinden sie schnell in einem Datengrab und das Energiemanagement bleibt ergebnislos. Auch bunte Linien und Balken verlieren schnell ihren Charme, wenn der  Anwender nicht unmittelbar Erkenntnisse daraus ableiten kann. Geht es um die Identifikation von Spitzen, ist der Verlauf der Leistungsaufnahme entscheidend, das heißt die Darstellung durch ein Liniendiagramm über die Zeit auf der x-Achse. Steht der Verbrauch im Vordergrund, sind Balkendiagramme hilfreich, bei denen je ein Balken den Verbrauch über ein vorselektiertes Zeitintervall darstellt. X-Y-Plots ermöglichen die Korrelationsanalyse von zwei oder mehr Messwerten, was insbesondere bei temperaturabhängigen Anlagen Erkenntnisse zu den Betriebszuständen liefert.

Dabei gilt: Nicht jede Analyse ist für alle Verantwortlichen gleich wichtig. So interessiert sich beispielsweise die Produktion für Wochenberichte, aus denen der Energieeinsatz pro Produktionseinheit hervorgeht. Für die Geschäftsleitung sind Analysen zu den Kosten pro Werk oder Geschäftsbereich viel entscheidender. Deshalb lassen sich mit dem Berichtsmappen-Generator der Energie-Controlling-Software Econ App nutzerspezifische Berichte individuell zusammenstellen. Der Generator erstellt automatisch Berichtsmappen, die verschiedene zuvor definierte grafische und tabellarische Analysen enthalten. Der Versand an die festgelegten Empfänger erfolgt automatisch. Die wichtigsten Berichte lassen sich in ein Dashboard so integrieren, das der jeweilige Nutzer sofort nach dem Login eine Schnellübersicht über die für ihn wichtigsten Kennzahlen und Größen erhält.

Maßnahmen zum Energiesparen identifizieren

Kompressoranlage Wochentag (oben) vs. Wochenende (unten)

Kompressoranlage Wochentag (oben) vs. Wochenende (unten)Econ

Wie solche Daten zu Maßnahmen und letztlich zu Einsparungen führen, zeigt das Beispiel der Analyse eines Druckluftsystems. Bei der Analyse eines Leistungsverlaufs einer Kompressoranlage mit zwei Kompressoren à 25 kW Leistungswert zeigte sich, dass die Leistungsaufnahme am Wochenende rund 40 % des Anschlusswerts eines Kompressors beträgt – ein inakzeptabler Zustand vor dem Hintergrund einer effizienten Energienutzung. Eine detaillierte Ursachenanalyse führte zu einer Trocknungsanlage für Kunststoffgranulat, die mit Druckluft versorgt wird. Sie verfügte nicht über ein automatisiert angesteuertes Absperrventil im Falle von Produktionsunterbrechungen. Ein Test über das Wochenende mit manuell abgesperrter Druckluftleitung zeigte, dass bei Produktionsstillstand ein automatisiertes Absperrventil die Leistung um rund 5 kW verringern kann. Die Automatisierung der Absperrriegel bewertete das Unternehmen mit circa 500 Euro, dem stehen jährliche Einsparungen von über 2.000 Euro gegenüber.

Auswirkung der manuellen Betätigung des Absperrventils

Auswirkung der manuellen Betätigung des AbsperrventilsEcon

Bei einem Kunststoff verarbeitenden Unternehmen war die Energierechnung das einzige Medium im Bereich des Energiecontrollings. Stromzähler waren hauptsächlich an den Produktionsanlagen installiert und wurden manuell abgelesen. Aufgrund steigender Kosten wollte das Unternehmen in einem ersten Schritt eine Analyse der Energieverteilung im Unternehmen vornehmen. Da die Ablesungen und deren Überwachung keinem geregeltem Ablauf unterlagen, gab es nur grobe Vermutungen, wie sich der Verbrauch im Unternehmen aufteilte. Aus Kostengründen war die umfangreiche Installation von Messtechnik keine Lösung. Zudem waren die gewachsenen Werksstrukturen und Elektroinstallationen ein Problem bei der Identifikation geeigneter Messpunkte. Deshalb entschied sich das Unternehmen für das Econ-Starter-Paket, bestehend aus zwei Datenloggern Econ Unit, zehn Stromsensoren Econ Sens+ sowie einem virtualisierten Server mit der Software Econ App. Das Messkonzept kennzeichnet sich durch einen Top-Down-Ansatz, bei dem zunächst die Abgänge der Hauptverteilung gemessen und analysiert werden. Auf diese Weise gewannen die Verantwortlichen eine konkrete Übersicht über die Energieverteilung im Unternehmen – sowohl als Grundlage für die Verbesserung des Energieeinsatzes als auch für die Bewertung der aktuell bestehenden Messpunkte sowie weitere Ausbaupotenziale. So ist die strukturierte Vorgehensweise bei der Einführung des Energiemonitoringsystems eine solide Grundlage für effektives Energiemanagement und effiziente Energienutzung.

Stephan Theis

: Geschäftsführer der Econ Solutions GmbH in Karlsruhe-Durlach

(mf)

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