Industrielle Energieeffizienz dank digitaler Transformation

Während die Verbraucher während der COVID-19-Pandemie weniger Energie verbrauchten und damit für Schlagzeilen sorgten, entsteht im Hintergrund tagtäglich eine größere Quelle potenzieller Energieeinsparungen in allen Wirtschaftszweigen: ca. 63 % Verlustenergie, die für die Elektrizitätswirtschaft, den Verkehr, die Industrie, den Handel und die Haushalte erzeugt werden.

Wenn Unternehmen ihre Roadmap zur Erreichung ihrer Netto-Null-Ziele überprüfen, ist der Ausgleich von Energieverlusten ein leicht erreichbares Ziel, das die Dynamik und unmittelbare Schritte in Richtung Nachhaltigkeit voranbringen kann.

Ein Teil der Energie, die durch eine Brennstoffquelle wie Gas oder Kohle erzeugt wird, geht verloren – meist in Form von Abwärme, z. B. bei Kohlekraftwerken, Automotoren und Glühbirnen. Untersuchungen zeigen, dass in jeder Industrieanlage fast zwei Drittel (ca. 67,5 %) der Energie verloren gehen, bevor diese überhaupt erst zum Einsatz kommt – und zwar aufgrund verschmutzter Wärmetauscher, mangelhafter Verbrennungsregelung, undichter Druckluftsysteme oder defekter Kondensatableiter. Die Effizienz unserer Produktionsanlagen, Fahrzeuge und Glühbirnen bestimmt, wie viel Abwärme produziert wird und wie viel Kraftstoff und Strom produktiv genutzt werden können.

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Hören Sie zu, wie Mike Train, Chief Sustainability Officer bei Emerson, das Sankey-Diagramm von U.S. Energy erklärt.

Da der Industriesektor 23 % des Gesamtenergieverbrauchs ausmacht und ein typischer Industriebetrieb 30 bis 50 % seines Betriebsbudgets für Energie ausgibt, ist es von entscheidender Bedeutung, sich auf Energieeffizienz in der Industrie zu konzentrieren, um Energieverluste zu minimieren. Daten von Emerson zeigen, dass Industrieunternehmen den Energieverbrauch am Standort um 5 % bis 15 % senken können, indem sie Energiemanagementtechnologien und -software einsetzen, die eine verbesserte Energiemessung, -überwachung, -ausrichtung und -berichterstattung ermöglichen. Letztendlich summieren sich diese Einsparungen: Ein Raffineriekunde konnte in einem Jahr Energieeinsparungen von mehr als 20 Millionen USD erzielen.

Ein starkes Emissionsmanagement hat einen Multiplikatoreffekt: Insgesamt verbrauchen die Unternehmen des obersten Quartils 20 % weniger Energie und haben weniger als die Hälfte der Energieintensität der Unternehmen des unteren Quartils.

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Es gibt Schlüsselstrategien, die Unternehmen implementieren können, um das Energiemanagement des obersten Quartils zu erreichen.

Fortschrittliche digitale Technologien bieten Echtzeiteinblicke in die Energieleistung, die Betreibern rechtzeitige Korrekturmaßnahmen ermöglichen. Intelligente Sensoren, insbesondere Wireless-Geräte, sorgen seit Jahren für eine bessere Überwachung von Anlagen und ermöglichen eine frühzeitige Erkennung potenzieller Ausfälle, welche die Leistung beeinträchtigen und zu einem höheren Energieverbrauch führen könnten. Die Technologien des digitalen Zwillings helfen bei der Optimierung der Planung und des Betriebs von Anlagen und bieten neue Protokolle zur Energieeinsparung, ohne die Anlagenleistung zu beeinträchtigen. Selbst neue LED-Beleuchtungen können in großen Industrieanlagen immense Energieeinsparungen bewirken.

Der wahrscheinlich größte Fortschritt der letzten Jahre ist ein Energiemanagement-Informationssystem (EMIS), das wir als „Fitness-Tracker für industrielle Energie“ bezeichnen. In der Vergangenheit haben Industriebetriebe die monatlichen Energieverbrauchsdaten überprüft, um Energieverluste zu überwachen. Ein EMIS liefert aktuelle und aussagekräftige Informationen über den Energieverbrauch eines Standorts, sodass Ineffizienzen und Unregelmäßigkeiten besser identifiziert und Echtzeitdaten und Analysen zur Entscheidungsfindung bereitgestellt werden können. Dies spart jährlich Millionen ein.

Nehmen wir die Abqaiq-Werke von Saudi Aramco, die 15 % der weltweiten Ölproduktion liefern. Saudi Aramco implementierte EMIS von Emerson, um seinen Betrieb zu optimieren und seinen Energieverbrauch besser zu verwalten. Das System ermöglichte einen besseren Einblick in die Betriebsleistung, verkürzte die Zeitspanne bis zur Problemlösung erheblich und ermittelte die besten Ist- und Sollwerte, was zu Energieeinsparungen von 22 Millionen USD pro Jahr führte.

Während EMIS einen umfassenden Einblick in das Energiemanagement bietet, gibt es weitere, sehr spezifische Anwendungen, die beweisen, dass tatsächlich nur kontrolliert werden kann, was sich messen lässt. In Kombination mit Software wie Analyse-Tools liefern Messungen die Daten für eine bessere Entscheidungsfindung zur Optimierung von Energieeffizienz, Sicherheit und Zuverlässigkeit. Hier finden Sie fünf wichtige Messprioritäten für das Energiemanagement.

Überwachung von Kondensatableitern. Die meisten Industriebetriebe nutzen Dampfwärme, um die für ihren Betrieb erforderliche Energie zu erzeugen. Die Energiekosten einer typischen Anlage können 20 bis 30 Millionen US-Dollar pro Jahr betragen. Tausende von Kondensatabscheidern, die in diesen Anlagen das Kondenswasser aus den Dampfsystemen ableiten, werden allzu oft übersehen. In Dampfsystemen, die drei bis fünf Jahre lang nicht gewartet wurden, sind nach Angaben des US-Energieministeriums zwischen 15 und 20 % der Kondensatabscheider ausgefallen. Diese Kosten können sich summieren: ein Kraftwerk stellte beispielsweise fest, dass ein undichter Kondensatabscheider 2.200 US-Dollar pro Tag kostete. In der Regel werden Kondensatableiter einmal im Jahr manuell inspiziert, jetzt können diese jedoch mithilfe intelligenter Geräte akustisch überwacht werden, so dass die Aufmerksamkeit des Bedienpersonals auf defekte Geräte gelenkt wird. Dieser Energieverlust kann durch Überwachung von Kondensatabscheidern erfasst werden. Das südafrikanische Petrochemieunternehmen Sasol Technology installierte Akustikmonitore an nur 20 seiner kritischsten Kondensatabscheider und sparte jährlich 42.000 US-Dollar an Dampfkosten sowie 15.000 US-Dollar an Wartungskosten ein. Die intelligenten Überwachungsgeräte haben sich in weniger als drei Monaten amortisiert.
Messung von Versorgungsmedien wie Wasser, Luft, Gas und Dampf. Obwohl Anlagenbetreiber wissen, wie viel Erdgas sie jedes Jahr kaufen, wissen sie nicht immer, wie viel von den einzelnen Prozesseinheiten verbraucht wird. Durchflussmesser helfen dabei, Lecks oder ungewöhnliche Schwankungen im Energieverbrauch zu erkennen, den Energiefluss zu den Verbrauchsstellen auszugleichen und Energiesparmaßnahmen zu priorisieren. Eine Zellstoff- und Papierfabrik in New England führte Technologien zur Durchflussmessung ein und erfasst nun fast den gesamten Energieverbrauch der Fabrik. Das Projekt hat sich in weniger als acht Monaten amortisiert, mit Einsparungen von weit über 1 Million Dollar an Energiekosten im ersten Jahr.
Messung von Druckluft. Druckluftsysteme sind große Energieverbraucher und können gleichzeitig Hauptquellen für Leckagen sein. Ein südamerikanisches Chemiewerk, das mit gestiegenen Betriebskosten, höherem Kapazitätsbedarf und Druckluftknappheit konfrontiert war, führte Technologien zur Durchflussmessung ein und konnte so die Gesamteffizienz des Druckluftsystems um 10 % verbessern sowie die Stromkosten um 750.000 US-Dollar pro Jahr senken.
Präzise Regelung der Wasserfüllstände in Dampfkesseln. Ziel ist es, die Kessel ohne kostspielige Abschalt-, Spül- und Neustartzyklen stabil zu betreiben. Eine Papierfabrik in den Vereinigten Staaten hatte Produktionseinbußen und erhöhte Betriebskosten aufgrund von Kesselstörungen. Nachdem jedoch fortschrittliche Messtechnologien implementiert wurden, weist die Fabrik nun eine höhere Effizienz auf, minimiert ungeplante Stillstände und steigert die Produktion.
Verbesserung der Wärmetauscherleistung. Industrieanlagen verfügen mitunter über Hunderte von Wärmetauschern, die im Laufe der Zeit verschmutzen können, was die Produktionskapazität mindert sowie Wartungskosten und Energieverbrauch erhöht. In Zusammenarbeit mit Emerson hat Chevron eine Cloud-basierte Überwachungslösung für die Wärmetauscher in einer seiner Raffinerien implementiert. Anstatt Wärmetauscher manuell zu überprüfen, lieferten fortschrittliche Messtechnologien den Betreibern von Chevron Daten zu Wärmeübertragung, Verschmutzung und anderen Degradationserscheinungen, damit die Wärmetauscher mit optimaler Leistung laufen.

Noch nie zuvor verfügten Industrieanlagen über Software, Datenanalysen und fortschrittlichen Messtechnologien, um die dynamische Energieoptimierung in Echtzeit zu verstehen, die Unternehmen dabei unterstützen kann, ihre Netto-Null-Ziele zu erreichen. Wenn die Branche diese Technologien kollektiv einführt, wird dies schnelle und bedeutende Auswirkungen haben.