Effizientes Energie Management REFA-Fachtagung – Neue Impulse zum nachhaltigen Wirtschaften
Dr. Ralf Janowsky 17. Nov. 2010 - Dortmund
Inhalt
• Wie wichtig ist z.B. Druckluft? • Energieverbrauch Evonik • Opex / EEM und was noch? • Was ist EEM und wie läuft es ab? • Wo wurde es gemacht? • Beispiele für Potenziale? • Was gehört noch dazu? • Erkenntnisgewinn durch Energie Cockpits
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Energiebedarf für Druckluftanlagen in Deutschland
14 TWh = 14.000.000.000 kWh Das entspricht der jährlichen Stromerzeugung von 1,3 Kernkraftwerken…
… bzw. dem jährlichen Stromverbrauch der deutschen Bahn. REFA-Fachtagung: Neue Impulse zum nachhaltigen Wirtschaften – 17. Nov. 2010 - Dortmund
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Energiebedarf für Druckluftanlagen in Deutschland 4% Nutzenergie
7% Entspannungsverluste
22% Kompressionsverluste 4% Motorverluste 1% Generatorverluste 46% Dampfturbinenverluste 7% Kesselverluste 9% Brennstoffaufbereitung
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Druckluft Spezifischer Stromverbrauch 20 Degussa Plants
15 kWh / 100Nm
3
Values for various Evonik sites
"good" range
10
adiabatic
5
0 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Compression Ratio P/P0 REFA-Fachtagung: Neue Impulse zum nachhaltigen Wirtschaften – 17. Nov. 2010 - Dortmund
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Evonik Elektrizitäts- und Erdgaskosten Entwicklung in Mio. € 1.200 Strom Erdgas
1.100 1.000
1.061 945 766
700 560
600 500
430
400 300
188
472 238
262
394
424
453
502
649 312 284
208
200 100
596
367
1.139
1.001
900 800
1.090
242
264
322
334
365
2003
2004
2005
2006
2007
578
607
637
637
637
2009
2010
2011
2012
2013
454
0 2008
Evonik Chemicals (weltweit) REFA-Fachtagung: Neue Impulse zum nachhaltigen Wirtschaften – 17. Nov. 2010 - Dortmund
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Effizientes Energie Management OPEX führt die Spezialdiagnose EEM für alle Evonik Degussa Standorte weltweit durch: • Energie hat einen wachsenden Anteil an den Ausgaben der BU’s mit einer hohen Relevanz für Evonik Degussa • Energie Management hat drei Dimensionen für die Optimierung (Technisches System, Management Infrastruktur, Einstellung & Verhalten). • Zusammenarbeit mit Verfahrenstechnik & Engineering • Einbringen notwendiger Expertise in die Diagnose • Prozesssimulation / Physikalische Stoffdaten • Verbrennungsprozesse • Wärme- & Stoffaustauschprozesse • Spez. Aggregate z.B. Pumpen / Kompressoren • Möglichkeit für Kostenschabschätzungen der Ideen und Überführung in Projekte. EEM ist Teamwork – Standort / Betrieb – OPEX – Verfahrenstechnik & Engineering REFA-Fachtagung: Neue Impulse zum nachhaltigen Wirtschaften – 17. Nov. 2010 - Dortmund
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EEM*-Analysen sind Bestandteil des OPEX-Aktivitätenkatalogs Fokus der Spezialdiagnosen:
Produktion Administration** Logistik USGQ Standarddiagnosen
Spezialdiagnosen
ZINS***
Untersuchung von • spezifischen Funktionen/Bereichen • Funktions-/Bereichsübergreifenden Kostenblöcken (variable und Fixkosten) • Schnittstellen
EEM* EEM*** Environmental Excellence****
• bislang nicht analysierten Funktions-/Kostenblöcken
Variable Kosten * Effizientes Energie Management ** Im Umfang sind die Bereiche Controlling/Rechnungswesen, Personal, IT, USGQ und lokaler Einkauf enthalten *** ZINS = Zielsystem Instandhaltung **** Untersuchung der Effizienz von Umweltschutzeinrichtungen und Prozessen REFA-Fachtagung: Neue Impulse zum nachhaltigen Wirtschaften – 17. Nov. 2010 - Dortmund Quelle: OPEX
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Der EEM – Prozessablauf Kick-off
Vorbereitung Diagnose
Diagnose vor Ort
3 – 4 Wochen
2 - 4 Tage je Anlage
Ausarbeitung Report
Follow up
4 – 6 Wochen
• Vorstellung Standort • Zusammenstellung • Werksbegehung • Zusammenstellung • Diskussion aller Standortdaten, z.B. • Intensive Diskussion Diagnoseergebnisse Maßnahmen • Einführung Diagnosen
• Erläuterung Datenanforderung
• Klärung von Schwerpunktthemen sowie besonderer Standortspezifika
Produktionsmengen Energieverbräuche Verfahrensfließbld.
• Erstellung eines detaillierten Ablaufplanes
• Diskussion Ausgangslage / Datenlage gemeinsam mit Standort
der Verfahrensfließbilder und Prozessabläufe
• Durchführung von Datenanalysen
• Erarbeitung von Optimierungs- und Einsparpotenzialen
• Vergleich mit
inkl. Quantifizierung der Potenziale
• Übergabe der vorläufigen Dokumentation an die Standortleitung
• Einholen des Feedbacks vom Standort
Benchmarkdaten sofern vorhanden
• Erste Information der Standortleitung über Ergebnisse
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(Definition akzeptiertes Potenzial)
• Festlegung weiteres Vorgehen
• Erstellung Abschlussbericht
• Erstellung Handlungsprogramm (Roadmap)
Ergebnisse: • Identifiziertes Potenzial • Akzeptiertes Potenzial • Handlungsprogramm Folie | 9
Erfolgsfaktoren • Energetische Potenziale gibt es in unterschiedlicher Höhe an jedem Standort • Der Wille zur Senkung der Energiekosten existiert überall • Betriebsverantwortliche und Opex-MA erarbeiten gemeinsam Optimierungsmaßnahmen • Die Einbindung von interner und externer Fachexpertise und Erfahrungen aus anderen Werken ist entscheidend für den Erfolg • Die ganzheitliche und werksweite energetische Betrachtung führt zu weiteren Potenzialen • Der EEM Prozess ist weltweit und geschäftsgebietsübergreifend einsetzbar. Bedingt durch Standardisierung und inzwischen hohe betriebliche Übung ist er ein effektives Optimierungswerkzeug • Der pragmatische Prozessablauf führt zu hoher Akzeptanz bei allen Beteiligten EEM - Effizientes Energie Mangement bei Evonik Degusssa GmbH Prämiert mit dem 3. Platz beim „Energy Efficiency Award 2009“ der Deutschen Energie-Agentur dena, am Beispiel der Optimierung einer thermischen Nachverbrennungsanlage
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Seit 2006 hat OPEX weltweit 58 EEM-Analysen durchgeführt
STATUS: 01. Okt. 2010
Canada (1)
Germany (27)
China (4)
Rest of Europe (6)
USA (19)
Brazil (1)
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Dabei konnte ein Einsparpotenzial von > 55 Mio. € identifiziert werden STATUS: 1. Okt. 2010
Standorte
58 EEM-Untersuchungen an in- und ausländischen Standorten der Evonik Degussa GmbH
Umfang
rd. 100 Potenzialanalysen gemeinsam mit annähernd 400 Standortmitarbeitern durchgeführt
Maßnahmen
ca. 550 Optimierungsmaßnahmen identifiziert
Ergebnis
Hohes 2-stelliges Millionen Einsparpotenzial 55 Mio. € erarbeitet Hilfsmedien Kälte Druckgas
Verteilung Potentiale
56
26
Wärme
Strom
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9
6 3
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Beispiel für Prozessoptimierung
ca. 1,6 Mio €
ca. 2,8 Mio € ca. 4,7 Mio €
ca. 5,7 Mio €
Beispiel: Energiekosten 10 Mio € Feedstock 58 Mio € Quelle: http://www.pvti.org/plantdes.htm REFA-Fachtagung: Neue Impulse zum nachhaltigen Wirtschaften – 17. Nov. 2010 - Dortmund
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Optimierung Kühlwassersystem
KW Vorlauf
4,2 bar
KW Verbraucher
KW Rücklauf
5,0 bar
B-502
Aktueller KW Bedarf 980 m3/h
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Optimierung Kühlwasserpumpen P-503, P-504, P-505, P-506 • Derzeitige Situation:
• 4 Pumpen • 1000 m3/h • 165 kW • 5 bar Enddruck
• Notwendiger Einspeisedruck • Ca. 2,5 bar
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Optimierung Kühlwasserpumpen P-503, P-504, P-505, P-506 • Vorschlag:
• Abdrehen der Laufräder von • 3 Pumpen • Je 250 m3/h • 2,5 bar Enddruck • Je 25 kW
• Kosten ca. 7.000,-- € (insgesamt)
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Optimierung Kühlwasserpumpen P-503, P-504, P-505, P-506 • Vorschlag:
• Neubeschaffung • 1 Pumpe Etanorm 150-315 • Mit FU • 250 – 450 m3/h • 2,5 bar Enddruck • 21 - 36 kW
• Kosten ca. 21.500,-- € (Pumpe + FU + Einbau)
Potenzial: 32,2 T € Invest: 28,5 T€ REFA-Fachtagung: Neue Impulse zum nachhaltigen Wirtschaften – 17. Nov. 2010 - Dortmund
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Druckabbau in Kühlwassereinspeisung • Technische Daten und grobe Schätzpreise für die Energierückgewinnung: • Mit einer rückwärts laufenden Pumpe (als Turbine eingesetzt) kann man ca. 42 kW hydr. Leistung zurückgewinnen. Der Generatorwirkungsgrad beträgt ca. 93 %. Daraus ergibt sich eine elektrische Leistung von ca. 39 kW. Die Turbine läuft bei Synchrondrehzahl und wird direkt ans Netz gekoppelt, woraus sich kaum Verluste ergeben. Sie wird im Bypass eingebaut. Empfohlen wird eine elektrisch betriebene An- und Abfahr Armatur hinter der Turbine und eine Isolationsarmatur vor der Turbine. Um große Geschwindigkeiten und somit große Verluste zu vermeiden schlagen wir einen Bypass in DN 400 vor. • Turbine: Etanorm R 250-330: 15.300,-- EUR (inkl. PaT, Generator, Grundplatte, Kupplung, Kupplungsschutz) • Armaturen: 5.200,-- EUR (2 Klappen mit Edelstahlscheibe in DN400; eine mit EMotor) • Schaltschrank IP44: 8.000,-- EUR (Standardschaltschrank zur Energieeinspeisung) • Umbauarbeiten und weiteres Zubehör: 10.000,-- EUR Potenzial: 18,2 T € Invest: 38,5 T€ REFA-Fachtagung: Neue Impulse zum nachhaltigen Wirtschaften – 17. Nov. 2010 - Dortmund
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Maximize internal steam usage 350 psig external steam
150 psig steam
DI-water
Reactor
Savings: 666 T USD No Capex
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Turn off N2 flow over the weekends Current: • The Nitrogen demand is only reduced by 33% during the weekend shutdown • Flow meters show a nearly constant flow Recommendation: • Identify weekend users and either shut down or reduced to minimum required • Consider developing a weekend Nitrogen shutdown checklist Potential saving calculation Estimated weekend average 150 Weekend usage 360,000 Nitrogen unit price 0.079 Current cost $ 28,548 Reduction would save 90% Estimated savings $ 25,693
m3/h m3/a $/m3 $/a
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Weekend
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Nachhaltige Ergebnisse erfordern Verbesserungen in drei Dimensionen Alle drei Bereiche des Energiemanagement müssen weiter optimiert werden, um einen nachhaltigen Erfolg sicherzustellen Schlüsselelemente/ Haupthebel: • • •
•
•
B A
Effizienzsteigerung Energieerzeugung Vermeidung von Energieverlusten Reduzierung des spezifischen Energieverbrauchs Optimierungen außerhalb der Werksgrenzen (Verträge) …
Technisches System
Management Infrastruktur
C Einstellung & Verhalten
• • • •
• • •
• •
Definition und Verfolgung Energie KPIs Energie Performance Management Dialog Klare Ziele zur Verbesserung des Energieverbrauchs Organisationsstruktur und Kommunikation …
Bewusstsein für Energiebedarf und -verluste Energieeinsparungs- und Kostenbewusstseins Umfrage Training der Mitarbeiter Fähigkeiten im Umgang mit Energie …
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Beispiele für Management Infrastruktur Die CO-Anlagen in Mobile, AL betreiben die Anlagen mit minimalem Energieeinsatz durch Visualisierung des spezifischen Energieverbrauchs. Die BU-CO hat zusammen mit der Verfahrenstechnik ein Plant Performance Monitoring System oder Energie Cockpit entwickelt, daß die Energiesituation im Isophoronstrang darstellt. IP IP
PPMON Plant utilization Plant Performance Natural Gas Index 350# steam Index 150# steam Index 50# steam Index Electricity Index
%
IPN IPN
IPD IPD
IPDI
IPDI
CO CO Utilities Utilities
80%
102%
85%
96%
75%
0.90
0.85
0.80
1.18
0.90
0.85
1.10
Total
0.9
1.05
0.88
0.90
0.92
1.10
0.95
0.80
0.93
0.89
1.20
0.96
0.98
1.10
1.15
1.08
1.01
Plant Performance Monitor
0.86
0.91 0.95
0.87
1
0.8
1.1 1.2
0.7
1.3 1.4
0.6
0.86
Der spezifische Energieverbrauch für Erdgas, Dampf und Strom wird mit theoretischen Werten verglichen und in einer einzigen Zahl (Key Performance Indicator) als grafische Anzeige im Leitstand dargestellt. Dadurch werden die Leitstandfahrer nicht durch zusätzliche Alarme unnötig abgelenkt, können aber gleichzeitig durch einen einzigen Blick auf die Anzeige sehen ob alles noch im sprichwörtlich grünen Bereich ist. Falls erforderlich kann man jederzeit in eine detailliertere Anzeige wechseln, die es erlaubt Anlagenteile zu identifizieren, die zu einem erhöhten Energieverbrauch beitragen. Die Detaillierung Neue kann bis auf die Ebene einzelner (z.B. Wärmetauscher) erfolgen. REFA-Fachtagung: Impulse zum nachhaltigen Wirtschaften – 17.Aggregate Nov. 2010 - Dortmund
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Energiecockpit H2O2-Anlage - Mobile, AL
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Cockpits schaffen Übersicht Qualität und Energieverbräuche
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Cockpits zur Grenzwertüberwachung
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Cockpits zur Grenzwertüberwachung
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