O+P Fluidtechnik 9/2020

ENERGIEEFFIZIENZ

ENERGIEEFFIZIENZ FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG AUF EINEN BLICK GENERELLE HERAUSFORDERUNGEN DER ANTRIEBSTECHNIK: n CO 2 -Footprint von Produkten wird nicht bestimmt n kein Abgleich von erwartetem und tatsächlichem Verbrauch von Industrieanlagen, da der Sollverbrauch nicht abgeschätzt wird n Defekte wie Leckagen bleiben dadurch unentdeckt HEMMNISSE BEI DER UMSETZUNG VON ENERGIEEFFIZIENZMASSNAHMEN.... ...in der Planungsphase: n Zuverlässigkeit energiesparender Lösungen wird angezweifelt. Als Folge davon: überdimensionierte Anlagen und erhöhter Energieverbrauch n Fokus auf den Herstellkosten und nicht auf den Lebenszykluskosten n Fehlendes Wissen für effizienzsteigernde Lösungen ...bei bestehenden Anlagen: n Angst vor Umbauaufwand und Stillstandzeiten n Fokus auf hoher Auslastung DER GRÖSSTE BEDARF AN UNTERSTÜTZUNG BESTEHT BEI: n Dimensionierung von Antrieben (z. B. Durchmesser) n Auswahl von energieeffizienten Komponenten n Parametrierung ZUMUTBARE AMORTISATIONSZEIT FÜR ENERGIEEFFIZIENZMASSNAHMEN: n 2,5 Jahre Fehlende „Soll-Daten“ verhindern eine Bewertung in Form eines Soll-Ist-Vergleichs. So bleiben Fehler unentdeckt und verursachen einen unnötigen Energieverbrauch. n Platz 2 – 62 %: „Beim Betrieb von Produktionsanlagen erfolgt kein Abgleich von geplantem (erwartetem) und tatsächlichem Verbrauch.“ Fehlerhafte Installationen und Defekte verursachen hohe Energieverluste, z. B. unbemerkte Leckagen in pneumatischen Systemen. Wie beim vorigen Punkt, kann eine Strategie der Fehlerüberwachung im Abgleich des erwarteten Energieverbrauchs einer Anlage mit gemessenen Verbrauchsdaten bestehen. Abweichungen vom Sollwert liefern Hinweise auf Fehlfunktionen. Dass diese Methode trotz ihrer Einfachheit nicht angewendet wird, kann an fehlenden Zuständigkeiten sowie an der unterschätzten Notwendigkeit liegen. n Platz 1 – 63 %: „Der CO 2 -Footprint der produzierten Produkte wird nicht bestimmt und auch nicht beobachtet. Er ist für die Außendarstellung des Unternehmens nicht sonderlich wichtig.“ Dieser Aspekt zeigt, dass der Bedarf an einer durchgängigen energieeffizienten Produktion noch nicht in allen Bereichen hohen Stellenwert erreicht hat. 3.2 HEMMNISSE IN DER PLANUNGSPHASE Im nächsten Teil sollten konkrete Hemmnisse bei der Umsetzung von Energieeffizienz-Maßnahmen bewertet werden. Der Fokus liegt dabei zunächst auf der Planungsphase einer Anlage. n Platz 3 – 63 %: „Effizienzsteigernde Komponenten und technische Lösungen sind oftmals nicht bekannt. Daher werden konservative Lösungen favorisiert.“ Dieser Aussage kann mit unterschiedlichen Strategien begegnet werden. Vorzugsweise sollten energiesparende Lösungen Teil der Lösungsdatenbank einer Auslegung sein und im Auslegungsprozess automatisch ausgewählt werden. Diese Strategie wird bspw. im Projekt EnAP verfolgt. Zusätzlich besteht die Notwendigkeit für Wissenstransfer (Info-Broschüren, Schulungen). n Platz 2 – 65 %: „Energieeffizienz wird bei der Planung nicht priorisiert. Der Fokus liegt auf den Herstellkosten der Anlage.“ Energieeffizienz ist laut dieser Aussage immer noch kein zentraler Bestandteil der Anlagenplanung. Herstellkosten lassen sich besser beziffern und sind einfacher zu bewerten. Ein Ansatz zur Lösung kann eine Auslegungsmethode sein, in der weitere Kostenanteile wie Betriebskosten berücksichtigt werden. n Platz 1 – 72 %: „Zuverlässigkeit steht an erster Stelle. Komponenten werden lieber ein paar Nummern zu groß geplant als zu klein.“ Diese Aussage zeigt erneut die Notwendigkeit einer ganzheitlichen Auslegung. Wichtigster Aspekt im Auslegungsprozess ist die technische Funktion einer vorgeschlagenen Lösung. Ist diese gewährleistet, lässt sich nach Kriterien von Effizienz und Wirtschaftlichkeit nach einem Optimum suchen. Die Auslegung nach einer nachvollziehbaren Methode steigert dabei die Glaubwürdigkeit und erzeugt Vertrauen beim Anwender. 3.3 BEDARF AN UNTERSTÜTZUNG IN DER PLANUNGSPHASE In verschiedenen Arbeitsschritten der Anlagenplanung kann zur systematischen Umsetzung energieeffizienter Lösungen auf Unterstützung von Komponentenherstellern zurückgegriffen werden. In diesem Teil der Umfrage wurde identifiziert, bei welchen Schritten der größte Unterstützungsbedarf besteht. n Platz 3 – 68 %: „Parametrierung und Programmierung der Ansteuerung (z. B. Wahl eines geeigneten Versorgungsdrucks).“ Bei der Parametrierung von Lösungen wird ein relativ hoher Unterstützungsbedarf artikuliert. So könnte bspw. bei zu niedrigem 40 O+P Fluidtechnik 2020/09 www.oup-fluidtechnik.de

ENERGIEEFFIZIENZ Versorgungsdruck die technische Zuverlässigkeit der Anlage gefährdet sein, bei zu hohem Druck hingegen lässt die Effizienz nach. Im Idealfall gehört die Parametrierung zum Auslegungsprozess, bei dem der Komponentenhersteller entsprechende Methoden und Tools zur Verfügung stellen sollte. n Platz 2 – 70 %: „Auswahl von energieeffizienten Komponenten (z. B. einfachwirkender Zylinder).“ Wie bereits erwähnt, liegt die höchste Priorität im Auslegungsprozess auf der technischen Zuverlässigkeit. Sollen dabei Aspekte der Energieeffizienz berücksichtigt werden, so ist der Anwender in hohem Maß auf Unterstützung durch den Hersteller angewiesen. Auch hierbei können transparente Methoden und Auslegungstools einen wertvollen Beitrag leisten. n Platz 1 – 76 %: „Dimensionierung (Auslegung) herkömmlicher Antriebe (z. B. Durchmesser von Pneumatikzylindern).“ Der größte Bedarf an Unterstützung wird bei der Auslegung herkömmlicher Antriebslösungen gesehen. Ursache hierfür ist vermutlich der Standpunkt, dass in vielen Anwendungen keine speziellen Energiesparlösungen zum Einsatz kommen werden, da Nutzen und Aufwand vermeintlich in keinem vertretbaren Verhältnis stehen. In diesem Fall ist dennoch eine bedarfsgerechte Dimensionierung notwendig, da anderenfalls auch herkömmliche Antriebe stark ineffizient betrieben würden. Eine Auslegungsmethode soll daher sowohl herkömmliche als auch spezielle energiesparende Lösungen im Lösungsraum beinhalten. Dieser Ansatz wurde im EnAP-Projekt verfolgt. 3.4 HEMMNISSE BEI BEREITS BESTEHENDEN ANLAGEN Im Gegensatz zu bisherigen Aussagen lag der Fokus der Umfrage im nächsten Abschnitt auf bereits bestehenden Anlagen. n Platz 3 – 64 %: „Der Aufwand zur Parametrierung und Einstellung wird höher eingeschätzt als bei herkömmlichen Komponenten.“ Das ist sicherlich zutreffend, zumal hierbei ein laufender Produktionsprozess unterbrochen wird. Im Idealfall müssen sich als Ergebnis der Auslegung effizienter Antriebslösungen sämtliche notwendigen Einstellparameter ergeben, sodass klare Vorgaben erfolgen können und keine Iterationen an der Hardware notwendig sind. n Platz 2 – 65 %: „Energieeffizienz wird beim Betrieb der Anlage nicht priorisiert. Der Fokus liegt auf einer hohen Auslastung.“ Dass die Energieeffizienz im laufenden Betrieb kein zentrales Ziel ist, kann u. a. an der Ausgestaltung von „Key Performance Indikatoren“ (KPI) liegen, mit denen die Effektivität von Produktionsanlagen messbar gemacht wird. Meist wird eine hohe Ausbringung an gefertigten Teilen positiv bewertet. Der entstehende Energieverbrauch wird nur untergeordnet bzw. gar nicht berücksichtigt. Über die Einrichtung von KPI, in denen auch die Effizienz einer Anlage bewertet wird, ließe sich in der Betriebsplanung ein Anreiz für einen energieeffizienten Betrieb schaffen. n Platz 1 – 70 %: „Es wird befürchtet, dass Umbaumaßnahmen aufwändiger sind und länger dauern als geplant.“ Der Planung von Maßnahmen wird nicht das notwendige Vertrauen entgegengebracht. Daraus lässt sich ein Bedarf an Unterstützung seitens der Komponentenhersteller ableiten, z. B. in Form von Berechnungstools. Auch müssen vertrauensbildende Maßnahmen in Betracht gezogen werden wie Simulationen, transparente Berechnungen und vergleichbare Beispielprojekte. 3.5 AMORTISATIONSZEIT Da energiesparende Lösungen im Aufbau und in der Parametrierung oft komplizierter sind als herkömmliche Lösungen, ist mit ihrem Einsatz ein finanzieller Mehraufwand verbunden, der sich jedoch während der Betriebsphase über Energieeinsparung wieder amortisieren sollte. In der Umfrage wurde abgefragt, welche Amortisationszeit zumutbar ist. Die zumutbare Amortisationszeit ist an neuen und bereits bestehenden Anlagen nahezu identisch und wird im Durchschnitt mit ca. 2,5 Jahren angegeben. Die Streuung liegt dabei im Bereich von 1 bis 4 Jahren. Werte von über 4 Jahren werden kaum akzeptiert. 4. FAZIT Die Ergebnisse der Umfrage zeigen, dass die größte Herausforderung bei der praktischen Umsetzung energieoptimaler Lösungen nicht das Anbieten der Lösungen ist, sondern ihre Akzeptanz. Es muss für jeden Einsatzfall nachvollziehbar sein, welche Lösung das jeweilige Optimum hinsichtlich Erfüllungsgrad, Energieeffizienz und anderen Kriterien darstellt. Ist die Gesamtheit der Anforderungen erfüllt, können sich energieeffiziente Lösungen flächendeckend durchsetzen. Der Fokus sollte dabei auf die Planungsphase neuer Anlagen gelegt werden. Die geforderte Amortisationszeit liegt bei ca. 2,5 Jahren, unabhängig davon, ob es sich um neue oder bestehende Anlagen handelt. Der Umrüstaufwand bei bestehenden Anlagen ist allerdings wesentlich höher, denn es muss der laufende Betrieb unterbrochen, alte Komponenten ersetzt und die vorhandene Anlagenstruktur berücksichtigt werden. Bei bestehenden Anlagen ist es daher schwieriger, die geforderte Amortisationszeit einzuhalten. Der Auslegungsprozess stellt eine komplizierte Aufgabe dar, bei der Anlagenhersteller und -betreiber auf Unterstützung der Komponentenhersteller angewiesen sind. Die optimale Lösung kann im Einzelfall nur dann gefunden werden, wenn alle Eigenschaften der Lösungen im betrachteten Anwendungsfall bekannt sind. Über eine Vielzahl an verfügbaren Komponenten und verschiedenen Herstellern hinweg ist dies nur dann möglich, wenn transparente Auslegungsverfahren angeboten werden, die alle Anforderungen der Automatisierungsaufgabe berücksichtigen. Dabei wird es dem Anwender im Einzelfall nicht möglich sein, jeden Auslegungsschritt nachzuvollziehen. Ein hohes Maß an Transparenz ist trotzdem notwendig, bspw. indem dargelegt wird, warum in der konkreten Anwendung eine bestimmte Lösung favorisiert wird. Dies schafft beim Anwender das benötigte Vertrauen, wirkt den angesprochenen Hemmnissen entgegen und steigert die Bereitschaft, von konventionellen und ggf. energetisch ineffizienten Lösungen abzurücken. 5. FÖRDERUNG Das beschriebene Vorhaben „EnAP“ wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie unter den Förderkennzeichen 03ET1385A bis 03ET1385E gefördert. Foto / Grafiken: Aufmacher: Festo-Medialib / TU Dresden www.enap-projekt.de www.oup-fluidtechnik.de O+P Fluidtechnik 2020/09 41