Energiemanagement Kampf der Verschwendung

Sage keiner, es würde nichts getan. Wenig beachtet von den Massenmedien gehen die Bemühungen der Industrie, den Energieeinsatz zu senken, intensiv voran. Das wichtigste Werkzeug dafür sind die sogenannten Energiemanagementsysteme, die jetzt in immer mehr Unternehmen zum Einsatz kommen.

Effizienzsteigerung ist zur Chefsache geworden. Denn sie zahlt sich aus, oft schon nach wenigen Jahren. Der Nachfrage entsprechend steigt das Angebot an Mess- und Analysesystemen, die den Energieverbrauch ermitteln und in übersichtlicher Form grafisch darstellen. Ihre Entwickler sind überwiegend Klein- und Mittelstandsbetriebe. Grundsätzlich neu sind solche Energiemanagementsysteme (EnMS) dabei gar nicht. Die ersten gab es bereits vor Jahrzehnten – in wenigen besonders energieintensiven Großunternehmen, zunächst sehr einfach gestrickt und nicht einheitlich. Erst in den letzten Jahren sind sie zu größerer Verbreitung gekommen, derzeit nehmen sie lawinenartig zu; es sind bereits viele tausend in Betrieb. Sie entsprechen dem aktuellen gesetzlichen Regelwerk und werden immer ausgefeilter. Mittlerweile finden zu diesem Thema eigene Kongresse und Fachmessen statt, so etwa die EnergieEffizienz-Messe 2013 in Frankfurt/Main, sowie auch immer mehr regionale Veranstaltungen zum gegenseitigen Erfahrungsaustausch. Erläuterungen der Fachbegriffe finden sich in der Internet-Enzyklopädie Wikipedia (s. Kasten Nützliches Fachwissen im Internet).
Sehen die einzelnen Systeme auf den ersten Blick relativ ähnlich aus, so zeigen sich bei genauerem Hinsehen doch deutliche Unterschiede. Lösungen von der Stange sind in der Minderheit; meist sind sie individuell gestaltet. Erfolg ist nur dann sicher, wenn sie an die speziellen Gegebenheiten jedes Unternehmens angepasst sind. Eine detaillierte Definition eines EnMS findet sich in der VDI-Richtlinie 4602. Das wesentliche Ziel ist es, Prozesse zu verbessern, ungenutzte Energieeffizienzpotenziale zu erschließen, Energiekosten zu verringern und den Ausstoß von Treibhausgasen und andere schädliche Umweltauswirkungen zu reduzieren.
Nicht mit Kanonen auf Spatzen schießen
Grundsätzlich ist die Einführung eines EnMS freiwillig. Zur Pflicht wird sie, wenn ein Unternehmen sich als energieintensiv einstuft und von der EEG-Umlage und von der Strom- und Energiesteuer befreit werden will. Hier gilt seit Anfang 2013 Folgendes: Große Unternehmen des produzierenden Gewerbes mit über 250 Mitarbeitern oder mehr als 50 Mio. Euro Jahresumsatz sind zur Einführung eines EnMS verpflichtet, wenn sie auch weiterhin den Spitzensteuerausgleich nach § 10 Stromsteuergesetz bzw. § 55 Energiesteuergesetz nutzen wollen. Das Gleiche gilt für Betriebe mit einem Strombezug von mehr als 10 GWh pro Jahr und einem Stromkostenanteil von über 14 % an der Bruttowertschöpfung, die die Härtefallregelung nach § 41 EEG nutzen wollen. Das EnMS muss in diesem Fall nach DIN EN ISO 50001 zertifiziert sein. Diese internationale Norm, die die frühere deutsche Norm DIN 16001 abgelöst hat, legt fest, wie ein solches System aufgebaut sein muss, d.h., in welcher Weise es die Energieflüsse in einem Unternehmen (Energiequellen, Energieeinsatz, Energieverbraucher) erfassen und wie es den Stand der Energieeffizienz bewerten soll. Mit dazu gehören auch organisatorische Strukturen im Management und eine detaillierte Dokumentation. Das führt dazu, dass in Großunternehmen ganze Abteilungen damit befasst sind.
Kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) mit weniger als 250 Mitarbeitern und einem Umsatz von unter 50 Mio. Euro haben eine Wahlmöglichkeit: Sie können ebenfalls ein EnMS nach ISO 50001 einführen; der hohe Aufwand steht hier aber häufig in keinem Verhältnis zur Unternehmensgröße. Sehr viel wirtschaftlicher sind zwei andere Möglichkeiten, um die Energiesteuern zu senken: Ein jährliches Energieaudit nach DIN 16247-1 oder aber ein alternatives System nach der Spitzenausgleich-Effizienzsystemverordnung (SpaEfV) Anlage 2. DIN EN 16247 ist eine Europäische Norm, die Anforderungen an qualitativ gute Energieaudits festlegt, also an eine systematische Untersuchung des Energieeinsatzes und Energieverbrauchs. Die SpaEfV regelt Anforderungen an alternative Systeme zur Verbesserung der Energieeffizienz, die von kleinen und mittleren Unternehmen anstelle eines Energie- oder Umweltmanagementsystems eingesetzt werden können.

Als Erstes Transparenz schaffen

Der Zweck eines EnMS ist, zunächst einmal die Energieflüsse in einem Unternehmen genau in den Blick zu bekommen. Der nächste Schritt ist dann eine Bewertung der Effizienz, insbesondere der für den gesamten Energieverbrauch bedeutsamen Anlagen und Prozesse. Diese Erfassung ist dann die Grundlage für die darauf basierenden Verbesserungsmaßnahmen. Darüber hinaus sind auch strategische und organisatorische Managementansätze nötig: die Definition einer Energiepolitik im Unternehmen mit der Verpflichtung, die Energiebilanz zu verbessern. In ISO 50001 geht das bis zu Schulung und Motivation der Mitarbeiter, was in der SpaEfV nicht gefordert ist.
Die generelle Vorgehensweise verläuft nach dem „Deming-Ansatz“ in der wiederholten Abfolge von „Plan –Do – Check – Act“ (PDCA):
Planung: Erstbewertung der Energiesituation, Ermittlung der eingesetzten Energieträger, der Energienutzung und der Energiekosten, Suche nach Möglichkeiten zur Effizienzverbesserung; Ermittlung der relevanten Rahmenbedingungen (Gesetze, Verordnungen usw.), Aufstellen eines Aktionsplans. Umsetzung: Entwicklung einer sinnvollen Energiedaten-Erfassungsstruktur, z.B. Zähler an relevanten Messpunkten, Inbetriebnahme des EnMS, Erfassung der aktuellen Verbrauchswerte, Datenübertragung an einen zentralen PC, grafische Darstellung. Dokumentation der Ergebnisse, Überprüfung, internes Audit. Verantwortlichkeiten definieren, Prozesse und Abläufe regeln, die Einfluss auf den Energieverbrauch des Unternehmens haben, Nachweis der Energieeffizienz. Verbesserung: Korrektur- und Vorbeugemaßnahmen, bei Abweichungen und Unregelmäßigkeiten frühzeitig eingreifen, einer Verschwendung entgegenwirken. Weiterentwicklung, der Kreislauf beginnt von neuem. Das System verbessert sich kontinuierlich.

Lastmanagement spart Geld

Ist dann ein allgemeiner Überblick über die Situation erreicht, können gezielte Maßnahmen ergriffen werden. Eine davon ist Lastmanagement – Vergleichmäßigung der vom Energieversorgungsunternehmen bezogenen elektrischen Leistung. In vielen Betrieben gibt es Großverbraucher, die nicht durchgehend laufen müssen und deren Einschaltzeiten nicht starr festliegen. Statt mehrere davon gleichzeitig laufen zu lassen, ist es günstiger, sie zeitlich zu staffeln. Damit spart man zwar keine Energie, wohl aber Kosten. Denn die Stromrechnung enthält außer einem Teil für die bezogene Energie („Arbeitspreis“ in Euro/kWh, verbrauchsabhängig) auch noch einen anderen für die bereitgestellte (aber nicht immer abgerufene) Leistung (Grundpreis in Euro/kW, verbrauchsunabhängig). Die bezogene Leistung schwankt dann weniger in ihrer Höhe und wird dafür zeitlich gestreckt, was auch sehr im Interesse des EVU ist.

Messen an vielen Punkten

Die Messeinrichtungen sind in den einfachsten Fällen Stromzähler – keine uralten Ferraris-Scheiben mehr, sondern rein elektronische mit LC-Display, für eine oder drei Phasen, mit Fernablesbarkeit von einem zentralen PC aus über Kabel oder Funkverbindung (Bild 1). Zusätzlich zum Gesamtzähler für den ganzen Betrieb installiert man jetzt viele Unterzähler – eigene für jede Abteilung oder für große Verbraucher. Die ermittelte Messgröße ist meist nur (Wirk-)Leistung mal Zeit, also Energie, aufintegriert über einen bestimmten Zeitraum. Manche Versionen erfassen zusätzlich auch Blindleistung. Dem Vorteil des sehr einfachen Betriebs steht als Nachteil gegenüber, dass die Messwerte nicht in Echtzeit vorliegen, sondern immer verzögert sind, minimal im Viertelstundentakt. Die Ein- und Ausschaltzeiten der Verbraucher sind nicht genau erkennbar.
Sehr viel aufschlussreichere Informationen liefern Stromsensoren an den Zuleitungen von Verbrauchern. Sie messen galvanisch getrennt, meist nach dem Prinzip des Stromwandlers (Rogowski-Spule, Luftspule ohne ferromagnetischen Kern, nur für Wechselstrom) oder mittels Hall-Effekt oder magnetoresistiven Elementen (auch für Gleichstrom). Dank ihrer hohen Messbandbreite erfassen sie auch Oberschwingungen und Spikes. Sie messen verzögerungsfrei in Echtzeit und liefern dadurch Informationen über die tatsächliche momentane Situation des Stromverbrauchs. Einige Ausführungen erlauben eine unterbrechungsfreie Installation: Die Toroid-Spule ist zunächst offen, der Kontakt wird nach Herumlegen um den Leiter geschlossen (s. Elektronik 2013, H. 19, S. 17). Es sind Ausführungen für Ströme bis zu mehreren 1.000 A verfügbar (Bild 2). Eine Spannungsmessung ist seltener nötig, nur in solchen Fällen, wo die Netzspannung am Ort des Verbrauchers stark vom Nennwert 230 V abweichen kann. In dem Fall würde eine reine Strommessung für die Bestimmung der tatsächlichen Leistung nicht ausreichen. Auch dafür stehen geeignete Messumformer zur Verfügung. Bei Verbrauchern mit stark induktivem Verhalten misst man auch den Phasenwinkel φ bzw. den Leistungsfaktor cosφ. Damit lässt sich die Blindleistung bestimmen; sie ist unerwünscht und muss nach Möglichkeit kompensiert werden. In manchen Fällen sind auch Oberschwingungen zu analysieren, um die Wirksamkeit von Maßnahmen zu ihrer Beseitigung überprüfen zu können. Außerdem sind vielfach auch nichtelektrische Größen zu erfassen: Verbräuche von Gas, Wasser, Fernwärme, Druckluft usw. sowie auch Temperaturen an wichtigen Stellen. Letztere manchmal auch im Außenbereich, z.B. bei großen Kälteanlagen, die im Sommer mehr verbrauchen als im Winter. Dafür stehen geeignete Sensoren mit passenden Schnittstellen reichlich zur Verfügung. Nützlich sind in manchen Fällen parallel zu den Messungen auch Videoaufzeichnungen, um eine genaue Zuordnung zu bestimmten Vorgängen zu ermöglichen. Nicht in jedem Fall müssen die relevanten Größen ständig aufgenommen werden. Oft genügt es, sie mit einer zeitweise installierten Messeinrichtung zu registrieren und dann auf längere Zeiträume hochzurechnen. Für solche Zwecke gibt es mobile Geräte, etwa in Form von Messkoffern (Bild 3). Weitere Hardware-Komponenten sind Datenlogger und -speicher. Denn man braucht auch immer historische Daten, über einen längeren Zeitraum angesammelt. Alle Teile sind üblicherweise modular aufgebaut, damit sich das Gesamtsystem später leicht erweitern lässt. Speziell die Versionen für KMU, die nicht immer einen eigenen Energiespezialisten haben, sind auf intuitive, selbsterklärende Bedienung und einfache Installation ausgelegt, nach dem Prinzip „Plug & Play“. Die Übertragung der Messwerte an die Zentralstelle läuft meist über Kabel (Netzwerk wie Ethernet, Telefonleitung, Powerline usw.) oder über Funkverbindungen, in seltenen Fällen bei starken Störfeldern auch über Lichtwellenleiter. Die Zentralstelle kann unter Umständen sehr weit weg liegen, bei größeren Unternehmen mit mehreren Niederlassungen in einer anderen Stadt. Die Übertragung geht dann über das Internet mit dem üblichen TCP/IP-Protokoll, normalerweise verschlüsselt. Ein Beispiel: Der Migros-Konzern in der Schweiz hat 130 Filialen mit Energiekosten von mehr als 30 Mio. SFr pro Jahr. Die rund 120.000 Messpunkte sollen alle von einer Stelle aus überwacht werden.

Übersichtliche Darstellung

Die Software ist meist wie ein Standard-Webbrowser zu bedienen. Man ruft einfach die IP-Adresse der entsprechenden Messstelle auf. Möglich sind verschiedene visuelle Darstellungen auf dem Bildschirm (Bilder 4, 5, 6) oder auch Excel-Tabellen. Die Programme erlauben die verschiedensten arithmetischen Berechnungen von einfacher Addition mehrerer Messgrößen bis hin zu komplexen statischen Auswertungen, darüber hinaus auch Bewertung und Überwachung in dem Sinne: Ist die Anlage in Ordnung oder wird irgendein Grenzwert über- und unterschritten? Komfortablere Versionen führen auch Trendberechnungen durch: Bei fortschreitender Annäherung an einen Grenzwert erscheint eine Frühwarnung („gelbe Karte“) vor dem eigentlichen Alarm, bei dem es möglicherweise schon zu spät sein kann („rote Karte“). Daraufhin können rechtzeitig korrigierende Maßnahmen ausgelöst werden, beispielsweise Abschaltung eines Verbrauchers oder Senkung der zugeführten Leistung, wo dies möglich ist. Auch in diesem Fall ist es wichtig, noch historische Daten zu haben, um die Vorgeschichte eines Alarms rückverfolgen zu können.
Die komplexeren Programme verarbeiten dann nicht nur technische Größen, sondern auch monetäre. In die finanzielle Analyse fließen die Kosten der Energie pro Prozess oder pro produzierte Menge ein, die Höhe der Einsparungen, Zuordnung zu einzelnen Kostenstellen usw. Sie erstellen automatisch Berichte und Dokumentationen, weitgehend standardisiert. In Großbetrieben, wo die Zahl der Messstellen in die tausende gehen kann, ist dafür eine topologische Unternehmensdarstellung wichtig, damit man die betreffende auch finden kann.

Schnell wachsendes Angebot

Die Zahl der Anbieter ist in den letzten Jahren ständig gestiegen. Zu unterscheiden sind hier reine Energieberater – oft Kleinstunternehmen mit nur einigen wenigen Mitarbeitern – zweitens Software-Anbieter, die mit Fremd-Hardware arbeiten, drittens Gesamtsystem-Lieferanten mit eigener Hard- und Software (s. Kasten Anbieter von Energiemanagementsystemen). Genaueres über die sehr unterschiedlichen Angebote ist den Webseiten zu entnehmen. Generell halten sie im internationalen Wettbewerb eine exzellente Position und haben sehr gute Exportchancen. Einige schicken ihre Mitarbeiter bis nach Fernost, um sie dort Schulungen in Energieeffizienz durchführen zulassen.
Wie schnell sich die Investition amortisiert, ist von Fall zu Fall unterschiedlich. Lohnend ist ein EnMS praktisch immer, nicht nur rein monetär gesehen. Denn ein Unternehmen, das gegenüber der Öffentlichkeit nachweist, dass es sich in Richtung Energieeinsparung engagiert, steigert sein Ansehen. Ein Geschäftsführer, der noch zögert, sollte sich über die verschiedenen Förderungsmaßnahmen durch die KfW informieren. Einen weiteren positiven Effekt hat das fortgeschrittene Energiebewusstsein in Deutschland. Immer mehr Mitarbeiter beginnen aktiv mitzudenken und bringen nützliche Vorschläge ein. Energieeinsparungen in der Größenordnung 20 % sind realistisch und in der Praxis schon vielfach erreicht worden. Und auch dabei muss es nicht bleiben. Je mehr Aufmerksamkeit auf das Thema fließt, desto größer werden auch die Erfolge.

Anbieter von Energiemanagementsystemen

Anbieter aus dem deutschsprachigen Raum (ohne Anspruch auf Vollständigkeit):

abado: www.abado-energiemanagement.de

Berg Energie:www.berg-energie.de

econ solutions:www.econ-solutions.de (s. Elektronik Nr. 19/2013, S. 17)

emsol: www.emsol-energiemanagement.de

Ensys: www.ensys.de

envidatec: www.envidatec.com, www.iso50001.de

ERN: www.ern-energie.de

eSight Energy: www.esightenergy. com

IhrEnergiemanager: www.spaefv.de

KEVAG: www.energiemanagementsystem.net

Phoenix Contact: www.phoenixcontact.de

sbc: www.saia-pcd.de 

 

Nützliches Fachwissen 

Wikipedia http://de.wikipedia.org/wiki/.... 

Audit EN_16247 Energiecontrolling Energieeffizienz

Energieeinsparverordnung Energiekennzahl Energiemanagement

Energiesteuergesetz Energiewirtschaftsgesetz Erneuerbare-Energien-Gesetz ISO_50001

Kontinuierlicher_Verbesserungsprozess PDCA-Zyklus

Stromnetzentgeltverordnung Stromeinspeisungsgesetz Strompreis

Stromsteuergesetz 

 

und viele weitere sonstige Links:

www.dekra-energiemanagement.de www.dekra.de/de/spaefv

www.zeit.de/2012/35/Gruene-Energie-Energiewende-Strompreisluege-Verbraucher