der energieoptimierte betrieb - einsparpotenziale im produzierenden gewerbe ihk koblenz...
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Der energieoptimierte Betrieb -
Einsparpotenziale im produzierenden Gewerbe
IHK Koblenz
Energieeffizienz im produzierenden Unternehmen
29. November 2005
Dr.-Ing. Harald Bradke
75
80
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115
1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002
1991
=10
0
Total finalIndustryTransportResidential-Tertiary
Energy Efficiency Index, Germany
- 18 %
- 18 %
- 44 %
+/- 0 %
0,320,340,34
0,350,350,34
0,370,360,38
0,380,380,39
0,270,270,28
0,270,28
0,300,310,31
0,320,320,33
0,250,260,26
0,260,260,25
0,26 0,26 0,26
0,28
0,050,060,060,060,070,080,080,080,070,080,080,09
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
1991 1993 1995 1997 1999 2001
toe / t Crude steelPulp, paperGlassCement
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1
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5
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7
8
9
10
51 befragte Betriebe aus der Gießereiindustrie
Ene
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%)
Betriebswerte
Mittelwert
Mittelwert der Besten
Energieeffizienz-Potenziale von 20 Betrieben, binnen vier Jahren realisierbar Beispiel Hohenlohe im Jahre 2003
Folie 7Pla
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Energiespar-Potenzial der Betriebsstätten im Modell Hohenlohe
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
14%
16%
18%
20%
kurzfristiges Potenzial mittelfristiges Potenzial
Energiespar-Potenzial in % des Verbrauchs mittlere Potenziale in drei Energieintensitätsgruppen
Betriebe mit geringer Energieintensität
Betriebe mit hoher Energieintensität
Betriebe mit mittlerer Energieintensität
Hauptursachen für unnötig hohen Energieverbrauch in den Betrieben
Energieverbrauch
schlechte Betriebsführung
schlechte Auslastung oder Dimensionierungmangelhafte Planung, veraltete Technikwirtschaftlich in bestehendem Werk
wirtschaftlich möglich auf der grünen Wiese
Einsparmöglichkeiten bei Antrieben
MaßnahmenEinspar-potenzial
Systeminstallation oder Erneuerungenergieeffiziente Motoren (EEM) 2-8 %korrekte Dimensionierung 1-3 %energieeffiziente Motorreparatur 0,5-2%Antriebe mit veränderlicher Drehzahl 10-50 %Getriebe/Untersetzungsgetriebe hoher Effizienz 2-10 %Qualität der Stromversorgung 0,5-3 %Systembetrieb und WartungSchmierung, Einstellung und Feinabstimmung 1-5 %
Verbesserter Wirkungsgrad bei hocheffizienten Motoren
70%
75%
80%
85%
90%
95%
100%
1,1 kW 5,5 kW 11 kW 90 kW
Energieeffiziente Motoren
Standardmotoren
+ 8,7%+ 8,7%
+ 1,2%+ 1,2%
Kostenein-sparung
11 kW 69 €/a 90 kW 266 €/a
Je kleiner die Leistung, desto schlechter der Wirkungsgrad
und desto größer die Einsparpotentiale
Absolut können auch kleine Verbesserungen bei größeren Leistungen zu beachtenswerten Einsparungen führen
81%
14%5%
Energiekosten
Investitionskosten
Wartungskosten
Lebenszykluskosten von motorisch betriebenen Systemen
Beispiel Druckluftkompressor
Leistung 110 kW
Lebensdauer 15 a
Betriebsstunden 4000 h/a
Energiepreis 6 ct/kWh
Viele Maßnahmen sind hochrentabel, weil die Energiekosten 80 bis 95 % der Lebenszykluskosten ausmachen.
Kosteneinsparpotential (Beispiel: 45 kW Motor)
Betriebsstunden [h/a] 2000 4000 8000 Jährliche Energiekosten [EURO]
4451 8901 17802 Standard Motor Mittlerer Wirkungsgrad: 91% Preis: 1350 Euro Jährliche Energiekosten /
Preis 3,3 6,6 13,2
Jährliche Energiekosten [EURO]
4309 8617 17234 Hoch Effizienz Motor, HEM Mittlerer Wirkungsgrad: 94% Preis: 1690 Euro Jährliche Energiekosten /
Preis 2,5 5,0 10,0
Preisdifferenz 340 Euro (ca. 25 %) Differenz der jährlichen Energiekosten 142 284 568 Einfache Amortisationszeit (HEM vs. Standard) 2,4 1,2 0,6
Energieeinsparmaßnahme Anwend-
barkeit %
Effizienz-
gewinn (%)
Gesamt-
Potenzial
(%)
Neuanlagen oder Ersatzinvestitionen
Verbesserte Antriebe (hocheffiziente Motoren, HEM) 25 2 0,5
Verbesserte Antriebe (drehzahlvariable Antriebe, ASD) 25 15 3,8
Technische Optimierung des Kompressors 30 7 2,1
Einsatz effizienter und übergeordneter Steuerungen 20 12 2.4
Wärmerückgewinnung für Nutzung in anderen Funktionen 20 20 4,0
Verbesserte Druckluftaufbereitung,
Kühlung, Trocknung, Filterung10 5 0,5
Gesamtanlagenauslegung inkl. Mehrdruckanlagen 50 9 4,5
Verminderung der Druckverluste im Verteilsystem 50 3 1,5
Optimierung von Druckluftgeräten 5 40 2,0
Anlagenbetrieb und Instandhaltung
Verminderung der Leckageverluste 80 20 16,0
Häufigerer Filterwechsel 40 2 0,8
Summe 32,9
Beispiel Druckluft: Mehr als 30% Effizienz zu interner Verzinsung von 30-40%
Folie 13Pla
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Date
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Leckageverluste
Luftverlust
(bei 6 bar)
mm l/s kW EURO1
1 1,2 0,3 268
3 11,1 3,1 2.777
5 30,9 8,3 7.435
10 123,8 33,0 29.561
Lochdurch-
messerEnergieverlust
1) Annahme:8760 h/a, Strompreis: 0,10 cent/kWh
Im letzten Drittel derDruckluftverteilung
entstehen die meistenLeckagen
Leckagen erkennen durch - Geräuschentwicklung - Leckspray - Ultraschall
Zusammenhang zwischen Stromverbrauch und Einsparpotential
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1 10 100 1000 10000 100000
Stromverbrauch für die Drucklufterzeugung [MWh/a]
Erm
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insp
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al
Quelle: Fraunhofer ISI, Karlsruhe, November 2003
Energieverschwendung bei PumpenF
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Volumenstrom
Arbeitskennlinie Drosselung
Effizienz
Leistung
Eff
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Volumenstrom
Arbeitskennlinie Drosselung
Effizienz
Leistung
Eff
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nz
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ng
Pumpen arbeiten häufig abseits des Bestpunktes aufgrund
Überdimensionierung bei der Auslegung Änderungen gegenüber
Auslegungsbedingungen Variation im Förderstrom Deutlich Abnahme der Effizienz
Alterung:
Verschlechterung der Effizienz um 10 bis 15 % bei schlechter Wartung
Pumpensysteme – mehr als nur eine Pumpe
Standardmo to rEffi zienz = 90%
A nsch lussEffi zienz = 98%
Dro sselEffi zienz = 66% Ro hrnetz
Effi zienz = 69%
Energie-Input 100
Energie-Input 43
drehzah lvariab ler A ntriebEffi zienz = 96%
hocheffi zienter M o to rEffi zienz = 95%
A nsch lussEffi zienz = 99%
PumpeEffi zienz = 77%
verbesserte PumpeEffi zienz = 88%
Ro hrnetz m itgeringerer Reibung
Effi zienz = 90%
Energie-O utput 31
Energie-O utput 31
Ko nventio nelles Pum pensystemG esam teffi zienz = 31%
Energieeffi zientes Pum pensystemG esam teffi zienz = 72%
Einsparmöglichkeiten bei Pumpensystemen
Maßnahme Energie-einspar-
potential Sys-tem (EEP)i
Marktdurch-dringung
(MDD)i
Wirkungsgrad-faktor
(1 - EEP*MDD)i
Drehzahlregelung 70 % 20 % 86,0 %
Betriebszeiten 10 % 15 % 98,5 %
HEM 4 % 40 % 98,4 %
Systemauslegung 15 % 4 % 99,4 %
Reduzierte Druckverlus-te im Leitungssystem
8 % 15 % 98,8 %
Energie Einsparpotential 18,1 %
Maßnahme Einsparpotential
[%-Punkte]
Reduzierung Oberflächenrauhigkeiten 10 %
Reduzierung interner Leckströme (Spaltverluste) 6 %
Geometrieoptimierung von Laufrädern 3%
Pumpe
Pumpensystem
Einsparmöglichkeiten und Zusatzkosten bei Ventilatoren
Ventilatoren Typ Einsparpotenzial [%] Zusatzkosten [%]
Propeller- oder Schraubenlüfter 15-20 2-12
Axial-Rohrventilator 2-10 4-10
Strahlventilatoren 4-8 5-7
Radial Ventilatoren mit vorwärtsgekrümmten Schaufeln
5-15 7-10
Radial Ventilatoren mit geraden Schaufeln 10 6-10
Radial Ventilatoren mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln
2-5 8-12
Sonstige Ventilatoren 5-10 8-10
Energieeinsparung in Ventilatorensystemen
Quelle: LfU, Stuttgart, 2002
Einsparmöglichkeiten bei VentilatorsystemenMaßnahme Energieeinspar-
potential Sys-tem (EEP)i
Marktdurch-dringung
(MDD)i
Wirkungsgrad-faktor
(1 - EEP*MDD)i Regelungssystem und Nachfragesteuerung 30 % 20 % 94,0 %
Hocheffizienzmotoren (HEM) 5 % 20 % 99,0 %
Richtige Motor Dimensionierung 15 % 5 % 99,3 %
Optimierte Kraftübertragung 8 % 60 % 95,2 %
Optimierte Kanäle 15 % 30 % 95,5 %
Sonstige Maßnahmen 12 % 15 % 98,2 %
Energie Einsparpotential 17,5 %
SEC (GJ/t) as a function of production (company: 36921-0004): Cement
0
1
2
3
4
5
6
0 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000 700.000
Monthly production in tonnes
SE
C in
GJ
/t
monthly SEC, (GJ/t)
Linear (monthly SEC, (GJ/t))
SEC (GJ/t) as a function of production (company: 36921-0004): Cement
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3
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6
0 100.000 200.000 300.000 400.000 500.000 600.000 700.000
Monthly production in tonnes
SE
C in
GJ
/t
monthly SEC, (GJ/t)
Linear (monthly SEC, (GJ/t))
Capacity use and SECCement company in Thailand
Capacity use and SECCement company in Thailand
2
76-95
45
67-84
60
0,1 0,3
53-66
1014 18
0
20
40
60
80
100
120
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1880
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Gas
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[Im
/W]
1 A
1 B
2 B, 3
Farbwieder-gabestufe:
Leuchtstofflampen 58 W, Stabform
Gerastert: Verbesserung durchelektronisches Vorschaltgerät
0
20
40
60
80
100
120
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27
E-B
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Mögliche Energie-Einsparung im Jahr 2000:
40 bis 60 Millionen Fr.
pro Jahr, falls in der Schweiz ab sofort nach RAVEL-Standard saniert
wird.
SIA-Zielwert
Energieverbrauch
in MJ/m2 a
Art der NebenanlageEffizienz-potential
InterneVerzinsung
11 MW Luftverdichterstation 30 % 20 %
25 MW Wärme- und Dampferzeugung 35 % 25 %
4 MW Wärmerückgewinnung zur Vorerwär-mung von Glasrohstoffen und Altglas
40 % 18 %
90 kW Wasser-Zirkulationspumpen 25-35 % 20 %
75 kW Beleuchtung eines Lagers und einerProduktionshalle
20-30 % 15 %
100 kW Luftverdichteranlage (Ventile undSteuerung durch das Bedienpersonal)
25 % 20 %
1 MW Abwärmenutzung von Kunststoffher-stellungsmaschinen
40 % 18 %
1) einschließlich Planungskosten
Interne Verzinsung von Energieeinsparinvestitionen als Funktion vonAmortisationszeit und Lebensdauer
geforderte Amorti- Interne Verzinsung in % pro Jahr1)
Sationszeiten Anlagennutzungsdauer (Jahre)
Jahre 3 4 5 6 7 10 12 15
2 24% 35% 41% 45% 47% 49% 49,5% 50%
3 0% 13% 20% 25% 27% 31% 32% 33%
4 0% 8% 13% 17% 22% 23% 24%
5 0% 6% 10% 16% 17% 18,5%
6 unrentabel 0% 4% 10,5% 12,5% 14,5%
8 4,5% 7% 9%1) unterstellt wird eine kontinuierliche Energieeinsparung über die gesamte
Anlagennutzungsdauer
abgeschnittene rentable Investitionsmöglichkeiten
Productivity Benefits of Real Projects
Measured results of energy efficiency projects found many that have productivity benefits
Average Simple Payback Period
4.2
1.9
0
1
2
3
4
5
Excluding Including
Productivity Benefits
Pa
yb
ac
k P
eri
od
(y
ea
rs)
n = 52CADDET Database
118
130
150
4,2%
5,0%
6,0%
40
60
80
100
120
140
160
im Umweltschutz passiveBetriebe(n=513)
im Umweltschutz aktiveBetriebe(n=341)
Betriebe mit Umweltaudit
(n=84)
Wert
schöpfu
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(Media
n)
3,0%
4,0%
5,0%
6,0%
Um
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Wertschöpfung je Mitarbeiter Umsatzrendite
Erhebung Innovationen in der Produktion 1999
Performance der Betriebe und Umwelt-schutzaktivitäten
Primärenergie-Einsparung durch
Recycling
Aluminium: rund 90 %
Stahl: rund 75 %
Papier: rund 40 %
Glas: rund 20 %
Folie 30Pla
tzh
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Date
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en
The weight of bottles
has been reduced by 45 %
during the last 40 years.
a further reduction by 30 %
is envisaged by manufacturing
ultra light polyethylene coated
bottles.
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dva
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presentsituation
rethink
redesign
refine, IPPC,Ecoefficiency
time
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Harald.Bradke@isi.fraunhofer.de
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