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 potentieller Energieeinsparungen in allen Wirtschaftszweigen: ca. 63 % verlorene Energie, 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 oder 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 Mike Train, Chief Sustainability Officer bei Emerson, wie er das Sankey-Diagramm der US-Energie 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 die 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 erzielte in einem Jahr Energieeinsparungen von mehr als 20 Millionen Dollar.

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 ein Energiemanagement im obersten Quartil zu erreichen.

Fortschrittliche digitale Technologien bieten Echtzeiteinblicke in die Energieleistung, damit Betreiber Korrekturmaßnahmen ergreifen können. Intelligente Sensoren, insbesondere Wireless-Geräte, sorgen seit Jahren für eine bessere Überwachung von Anlagen und ermöglichen eine frühzeitige Erkennung potentieller Ausfälle, die 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 Tausende an Energiekosten einsparen.

Der wahrscheinlich größte Fortschritt der letzten Jahre ist, was wir als „Fitness Tracker für industrielle Energie“ bezeichnen – ein Energiemanagement-Informationssystem (EMIS). 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, um Ineffizienzen und Unregelmäßigkeiten besser zu identifizieren und Echtzeitdaten und Analysen zur Entscheidungsfindung bereitzustellen, was jährlich Millionen einsparen kann.

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 Werte und Sollwerte, was zu Energieeinsparungen von 22 Millionen US-Dollar pro Jahr führte.

EMIS bietet zwar einen umfassenden Überblick über das Energiemanagement, es gibt jedoch auch andere, sehr spezifische Anwendungen, die das Sprichwort bestätigen: Man kann nicht verwalten, was man nicht messen kann. In Verbindung mit Software wie Analysetools liefern Messungen die Daten zu einer verbesserten Entscheidungsfindung - für höhere Energieeffizienz, Sicherheit und Zuverlässigkeit. Hier sind fünf wichtige Messprioritäten für das Energiemanagement.
 

• Überwachung von Kondensatabscheidern. 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 Betriebsflüssigkeiten wie Wasser, Luft, Gas und Dampf. Anlagenbetreiber wissen zwar, wie viel Erdgas sie jedes Jahr einkaufen, jedoch wissen sie nicht in jedem Fall, wie viel die einzelnen Prozesseinheiten verbrauchen. 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.
• Druckluftmessung. 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 des Wasserstands in Dampfkesseln. Das Ziel ist ein stabiler Betrieb der Kessel ohne kostspielige Zyklen von Abschaltung, Spülung und Neustart. 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 Leistungsmerkmale von Wärmetauschern. 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 nachsichziehen.