Energiemanagement für die Industrie So identifizieren Sie ein geeignetes Energiemanagementsystem

Autor / Redakteur: Achim Schreck* / Sariana Kunze

Die Anforderungen an ein Energiemanagement für die Industrie sind deutlich höher und stärker am Monitoren der Prozesse orientiert, als es viele Systeme leisten können, da sie eher auf das Auslesen und Auswerten von Zählerdaten ausgelegt sind. Erfahren Sie, was ein geeignetes Energiemanagementsystem auszeichnet.

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Mit automatisierten Reports decken Energiemanagementsysteme für die Industrie gezielt Lastspitzen auf.
Mit automatisierten Reports decken Energiemanagementsysteme für die Industrie gezielt Lastspitzen auf.
(Bild: GTI Control)

Signifikante Energieeinsparungen werden – nach Auffinden offensichtlich unnötiger Energieeinsätze – im Wesentlichen durch die Optimierung der teilweise sehr komplexen Prozesse erreicht. Reduzierung von Durchlaufzeiten, Stillständen und energetisch reduzierte Prozessphasen sind dabei der Schlüssel für nachhaltige Energie- und damit Kosteneinsparungen. Das hierfür erforderliche System muss im umfangreichen Maße Prozessdaten und Prozesszustände parallel zu den Energiedaten erfassen und Zusammenhänge aufzeigen können. Um die energetische Effizienz von Prozessen bewerten zu können, ist die Erfassung und Auswertung sehr vieler Prozessgrößen notwendig. Bei typischen Industrieanlagen ist das Verhältnis von Zählerwerten zu Messwerten und Zustandsinformationen aus den Produktionsprozessen bei 1:3 bis 1:5. Dazu kommt, dass Zustandsgrößen nicht erst alle ¼ h (wie bei Zählerwerten üblich), sondern bei jeder Änderung erfasst werden sollten. Ähnliches bei Prozesswerten: Die Erfassung ist orientiert an den jeweiligen Größen und meist erheblich häufiger als im 15 min Rhythmus.

Interfaces zu Prozess- und Maschinensteuerungen notwendig

Damit ein Energiemanagementsystem (EnMS) das leisten kann, sind neben den üblichen Modbus-RTU/TCP-Zählerschnittstellen viele weitere Interfaces zu den üblichen Prozess- und Maschinensteuerungen notwendig. Auch hier sollte eine Entkopplung zu dem eventuellen standortübergeordneten Server zur Auswertung in Form eines Datenloggers erfolgen. Die energetische Bilanz von Produktionsprozessen fällt für verschiedene Produkte unterschiedlich aus. Um das auswerten zu können und in einem standortübergreifenden Benchmark zu vergleichen, muss ein Produkt- oder Chargenbezug möglich sein. Der kann z.B. einfach über einen Rezeptnamen aus der Steuerung zugeordnet werden oder könnte auch per Datenaustausch mit einem MES- oder ERP-System erfolgen. Damit kann die Energieeffizienz verschiedener Anlagen miteinander verglichen werden oder die produktspezifischen Energiekosten ermittelt werden. Absolut wichtig für die Erfassung von Messgrößen ist deren Prüfung auf Plausibilität durch das System. Nichts behindert eine Auswertung mehr als ungültige Werte. Dafür kann es viele Ursachen geben:

  • Messwertaufnehmer ist defekt;
  • Busverbindung ist ausgefallen;
  • Vorverarbeitung einer komplexen Auswertung passt nicht.

Mit einer konfigurierbaren Überwachung können diese Ursachen erkannt und entsprechende Maßnahmen ausgeführt werden:

  • Unterdrückung der Aufzeichnung;
  • Erzeugen eines Ersatzwertes;
  • Auslösen eines Alarms mit Weiterleitung per Mail.

Damit wird die Aufzeichnung ungültiger Werte unterdrückt und die aufwändige manuelle Korrektur nicht notwendig. Zudem ist eine zeitnahe Störungsbeseitigung möglich und damit wird eine große Lücke in der Datenaufzeichnung vermieden.

Energie automatisiert auswerten und überwachen

Energiemanagement lebt von Kennzahlen wie KPIs oder ENPIs. Mit dem Zugriff auf die Prozessinformationen können einfach Kennzahlen berechnet werden. Als Beispiel ein Vergleich: Der Tagesverbrauch eines Fahrzeugs ist als Auswertekriterium wenig hilfreich. Der spezifische Verbrauch auf 100 km dagegen schon. Verfeinerungen sind mit Einbeziehen der Durchschnittsgeschwindigkeit oder der Nutzlast möglich. Neben dem Verbrauch sind dazu Geschwindigkeit, Gewicht und der Produktbezug notwendig. Auf Basis der KPIs ist anschließend auch eine einfache automatisierte Überwachung auf Grenzwerte möglich. Diese sollte zeitabhängige Grenzwerte unterstützen und auch über eine Kalenderfunktion, abhängig vom Produktionsplan oder von Wartungsschichten, gemacht werden können. Um ein direktes Monitoring mit Feedback in die Prozessanlage zu ermöglichen, sollte das EnMS auch mit einer grafischen Oberfläche ausgestattet sein. Diese sollte als Website innerhalb der Produktion dargestellt werden können und erlaubt damit eine Rückkopplung der energetischen Fahrweise an die Anlagenfahrer. Alternativ können in Echtzeit vom EnMS berechnete KPIs in die Prozesssteuerungen rückgekoppelt werden. Automatisierte Reports sind Standard und dienen dem klassischen Reporting. Doch für die Analyse von Prozessen und deren Energieeffizienz wird weit mehr benötigt. Hierbei sollten folgende Möglichkeiten verfügbar sein:

Energiemanagementsystem mit Echtzeitanzeige

  • Kurvendiagramme mit der Möglichkeit, beliebig viele Messwerte und Zustandsinformationen mit mehreren Skalen und beliebigen Zeitbereichen. Dabei sollten in einem Diagramm auch Messwerte zweier verschiedener Zeitbereiche miteinander verglichen werden können. Die Kommentierung von auffälligen Kurvenverläufen sollte ebenfalls möglich sein.
  • Sankeys für die Darstellung der Energieverteilung. Dazu muss der Energiefluss modelliert und es sollten nicht gemessene Energieflüsse mit kalkulierten Werten angenähert werden können.
  • Heatmaps für die Darstellung der zeitlichen Verteilung von Leistungen. Damit können schnell Leistungsspitzen über Farbcodes erkannt werden.

Alle Arten der Darstellung sollten in individuellen Profilen speicherbar sein und zu Cockpits kombiniert werden können.

Die Zahl der am Markt verfügbaren EnMS-Systeme ist schwer überschaubar. Alleine die BaFa-Liste der relevanten Systeme lag zum 1. Januar 2018 bei 222. Die Freigabe für die Aufnahme in diese Liste wird auf Basis einer Selbstauskunft vorgenommen und stellt daher kein Qualitätsmerkmal dar. Schon aussagekräftiger ist die Zertifizierung durch eine anerkannte Gesellschaft, wie dem TÜV. Viele Systeme benötigen proprietäre Messtechnik und sind daher bedingt flexibel erweiterbar und für die Erfassung von Informationen aus Prozess- oder Maschinensteuerungen geeignet. Oft wird bei der Systemauswahl auf die Kosten für eine erste Ausbaustufe geachtet und damit ein kostengünstiges, aber wenig ausbaufähiges System gewählt. Die höheren Kosten für ein Energiemanagement entstehen während des Betriebs (TCO). Hier wirkt sich jede gesparte Stunde des Teams auf die Kosten aus.

* *Achim Schreck, Geschäftsführer, GTI-Control

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