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Entwicklung und Anwendung der Methodik der grenzwertorientierten Kennzahlen
Berliner Energietage 2019 – 3.07: Energieeffizienz neu bewerten und nachhaltig sichern
22.05.2019
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2Ciech Soda Deutschland GmbH & Co. KG
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Sodahersteller früher Sodawerk Staßfurt (gegründet 1882) Branche: Chemische Industrie Standort: Staßfurt Mitarbeiterzahl: ca. 450 Produktionsmenge: ca. 520.000 t/a
Produkte: Schwersoda und Leichtsoda (Natriumcarbonat - Na2CO3) Natron u.a. in pharmazeutischer Qualität,
(Natriumhydrogencarbonat NaHCO3)
Einergieeinsatz: ca. 1.825.000 MWh/a Dampf ca. 71,23 % Elektroenergie ca. 6,85 % Brennstoff ca. 21,92 %
DIN ISO 50001 / DIN ISO 90001 / DIN ISO 14001 www.ciechgroup.com/de/ciech-gruppe/gesellschaften-der-
ciech-gruppe/ciech-soda-deutschland/
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Der Prozess Wassermenge, Spezifische Wärmekapazität (Stoffwert), Anfangstemperatur, Endtemperatur
Das Prozessmodell:
erforderliche Wärmeenergie zur Erwärmung des Wassers aus den physikalischen Gesetzen berechnet (thermodynamischen Mindestenergieaufwand)
tatsächlich aufgewendete Wärmeenergie in Form von Strom Messwert (aufgewendete Energie)
Prozesswärme Analogie: Teewasser bereiten
Alltägliches
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Die Prozessüberwachung Auswertung von Messwerten
„Berechnung der Welt“ & Big data“1
Neuer Ansatz „Das Physikalische Optimum“2
Einführung einer neuen Kennzahl PhO-Faktor ��ℎ�
Unterschiedliche Betrachtungsweisen, Effektivität bzw. Effizienz, ergeben unterschiedliche Kennzahlen
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1) Die Berechnung der Welt Von der Weltformel zu Big Data, C.H. Beck Verlag, München 20142) Dissertation Dirk Volta: Das Physikalische Optimum als Basis von Systematiken zur Steigerung der Energie- und Stoffeffizienz von Produktionsprozessen; TU Clausthal 2014
Prozesswärme Kausaler Zusammenhang
Alltägliches
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Auswerten Zustandsgrößen Energiemengen
Kennzahlen
Zur Anwendung der Methode müssen wir:Messen und Rechnen,um Kennzahlen (Faktoren) zu erhalten.
Die Erwärmung im Becherglas und im Campingkocher erfolgte mit einer vorgewärmten Elektroherdplatte
Alltägliches
Prozesswärme Teewasser effizient bereiten
Einheit
Temperaturdifferenz K 43 83 43 83 43 83
Physikalisch optimaler
EnergiebedarfWh 25 48 25 48 25 48
gemessener
EnergieverbrauchWh 39 110 33 84 29 55
Energieform
zugeführte Energie- Strom Strom Strom Strom Strom Strom
PhO-Faktor (ohne
Primärenergiefaktor)- 1,56 2,29 1,32 1,75 1,16 1,15
Becherglas Campingkocher Wasserkocher
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Übersicht über Methoden zur Bewertung der Energie- und Ressourceneffizienz Theoretisch berechneter Energie- und Materialeinsatz Subjektiver existierender Idealzustand BDP: Best Demonstrated Practice (Bestmögliche Praxis) OEO: Operational Energy Optimum (operatives Energie Optimum) PEO: Plant Energy Optimum (Werk Energie Optimum) TEO: Theoretical Energy Optimum (Theoretisches Energie Optimum) Spezifischer Energieverbrauch nach dem Stand der Technik Spezifischer Energieverbrauch des besten Produktionsprozesses Best pactice observed (geringster spez. Verbrauch der Fabrik bei Volllast) Best practical means (geringster spezifischer Verbrauch der Fabrik unter Verwendung des Standes der Technik bei
angemessenen Kosten) BAT: Best available technology (geringster spezifischer Verbrauch der Fabrik unter Verwendung des Standes der
Technik ohne Berücksichtigung der Kosten) BVT: Beste verfügbare Technik Ökotec Studie …
Methode der grenzwertorientierten Kennzahlen
Probleme herkömmlicher Methoden
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Zertifizierung Bedroht
Unwissenheit über zu erreichenden Grenzwert des Verbesserungsprozesses
Fortlaufende Verbesserung wird angestrebt, aber potential energetisch fortschrittlicher Unternehmen schwer zu bestimmen
energetische Ausgangsbasis (EnB) scheinbar nicht zu definieren
Bildung geeigneter Energiekennzahlen (EnPI) unmöglich
Methode der grenzwertorientierten Kennzahlen
Probleme herkömmlicher Methoden
3) DIN EN 16247 4)DIN EN ISO 50006
3)
4)
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Physikalischer Referenzprozess: Gesetze der Naturwissenschaften oder ingenieurwissenschaftlichen Modellen
Vorteil: Vergleich zwischen realem Prozess und „Physikalischen Optimum“
der Referenzpunkt kann nicht unterschritten werden
Nutzt die gleiche Grundlagen, die auch zur Auslegung und Dimensionierung von Prozessen angewendet werden
A+++A+++
A++A++
A+A+
??
A A
B B
C C
AA
BB
CC
D D
E E
F F
Welche Bedeutung hat diese Betrachtung?
Methode der grenzwertorientierten Kennzahlen
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Prozess
Verbrauchsperspektive
Energiewandlungsprozesse
Bedarfsperspektive
Energieanwendungsprozesse
Aufwand(PhO)
Aufwand
Nutzen Nutzen(PhO)
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Die Änderung der Perspektive ergibt andere Kennzahlen! Achtung! Aufwand / Nutzen müssen vergleichbar sein
Auf die Perspektive kommt es an
Methode der grenzwertorientierten Kennzahlen
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Das Physikalische Optimum wird für der Seite des Aufwands berechnet
Betz-Faktor ( bei x = v2/v1=1/3): FPhO=16/27
„Wir wollen aus dem Aufwand den größten Nutzen ziehen“
Verbrauchsperspektive
Methode der grenzwertorientierten Kennzahlen
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Das Physikalische Optimum für die Seites des Nutzens berechnet.
Carnot-Wirkungsgrad
„Wir wollen möglichst nur den Aufwand treiben, der zur Erreichung unseres Nutzens erforderlich ist “
Bedarfsperspektive
Methode der grenzwertorientierten Kennzahlen
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Aufwand und Nutzen sind durch den Transport begrenzt definierter Nutzen oder Aufwand bilanziell ausgeglichen: �̇� = �̇�
doch der Transport ist limitiert
Auslegung der Heizfläche A mit Komponenten: physikalisch optimale Fläche APhO, Schmutzfläche AVS, Reserve AS
Bewertung des Übertragungsverhaltens mögliche Übertragungskapazität real genutzte Übertragungskapazität
Transport
Methode der grenzwertorientierten Kennzahlen
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Bewertung und Verbesserung
Verbrauchswerte Beurteilung der Prozesse über einen Zeitraum Bewertung von Maßnahmen
Energieabrechnung / monatliche Reports
Leistungswerte Betrachtung und Bewertung separater
Prozesszustände (An- bzw. Abfahren von Prozessen, Teillastverhalten, Überlasten oder Schwankungen des Regelbetriebes)
Steuerung des Prozesses
Steuerung der Prozessfahrweise
Anfahren von Anlagen
Verbrauch und Leistung
Methode der grenzwertorientierten Kennzahlen
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Produktionsauslastung
Zeitlicher Verlauf der Leistungswerte vs. Auslastung
Verbrauch und Leistung
Methode der grenzwertorientierten Kennzahlen
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„top down“ statt „bottom up“
Sinnvolle Messungen sind erforderlich
Prozesse mit hohem Verbrauch identifizieren
Prozessmodell für Teilprozesse etablieren
Systematisches Vorgehen
Methode der grenzwertorientierten Kennzahlen
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Erweiterte Pareto-Analyse (Verbrauchswerte)
Werkzeuge
Methode der grenzwertorientierten Kennzahlen
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Verlustkaskade
Physikalisch notwendiger Bedarf
Eingesparter Wasserverbrauch
Dynamische Verluste
Statische Verluste
Werkzeuge
Methode der grenzwertorientierten Kennzahlen
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Äquivalente Prozessbewertung
Qualität Lichtstärke Emissionen Kosten
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��������� ���� ������
���������
Werkzeuge
Methode der grenzwertorientierten Kennzahlen
PhO-Anteil
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Wandlungsmatrix
Werkzeuge
Methode der grenzwertorientierten Kennzahlen
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Projektförderung für Standardisierung
greokEMS – „Entwicklung von Methoden zur Anwendung von grenzwertorientierten Kennzahlen für das Energiemanagement in der Verfahrenstechnik über Standardisierung“
www.greokems.de
Projektstart: September 2018 Projektdauer: 24 Monate
www.innovation-beratung-foerderung.de/INNO/Navigation/DE/WIPANO/wipano.html
grenzwertorientierte Kennzahlen im Energie Managementsystem
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Projektablauf
grenzwertorientierte Kennzahlen im Energie Managementsystem
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Projektmonat 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
AP1Erarbeitung und Abstimmung des Entwurfsmanuskripts VDI 4663 Blatt 1 im Richtlinienausschuss
AP2 Prozessauswahl und Modellgeneration, Kennzahlenbildung
AP3 Ermittlung der Messtechnischen Erfassung und –verarbeitung
AP4 Überprüfung der Methodik und Modelle nach Modellgeneration
AP5 Messung 1 und Auswertung
AP6 Überprüfung der Methodik und Modelle
AP7 Messung 2 und Auswertung
AP8 Überprüfung der Methodik und Modelle
AP9 Wirtschaftliche Auswertung der Methodenanwendung, Kosten-/Nutzenanalyse
AP10Einspruchsverfahren VDI 4663 Blatt 1, Erarbeitung des Entwurfs VDI 4663 Blatt 2, Abschlussbericht
AP11 Weißdruck der VDI 4663 Blatt 1 sowie der Entwurf der VDI 4663 Blatt 2
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Kühlung und Abwärmenutzung Komplexes Abwärme- und Kaltwassersystem
Kaltwasserversorgung Einleitebedingungen Prozessgrenzen Apparative Ausstattung Vernetztes System
grenzwertorientierte Kennzahlen im Energie Managementsystem
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Gründruck Bewertung von Energie- und Stoffeffizienz - Methodische
Anwendung des Physikalischen Optimums
Veröffentlichung der VDI-RL 4663 Blatt 1 im April 2019
Methodik Werkzeuge Referenzformeln
Anhang A: Physikalisches und betriebswirtschaftliches Optimum Anhang B: Beispiele
Einspruchsverfahren: www.vdi.de/richtlinien/details/vdi-4663-blatt-1-bewertung-von-energie-und-stoffeffizienz-methodische-anwendung-des-physikalischen-optimums
grenzwertorientierte Kennzahlen im Energie Managementsystem
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VDI 4663 Blatt 1 Weißdruck September 2020
VDI RL 4663 Blatt2 Weitere Anwendungen und Beispiele
VDI-Seminar 4663 „Bewertung und Steigerung von Energie- und Stoffeffizienz“ 09. - 10. September 2019, Düsseldorf 03. - 04. Dezember 2019, Berlin 04. - 05. Februar 2020, Hamburg www.vdi-wissensforum.de/weiterbildung-prozessindustrie/bewertung-energie-
und-stoffeffizienz/
Weitere Werkzeuge Best Practice Softwaregestützte Anwendung Branchentypisch inkl. EnPI und unter Berücksichtigung der EnB
Methode der grenzwertorientierten Kennzahlen
Ausblick
!
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Dr.-Ing. Carsten KeichelProjectmanager ProductionProduction
Mail: [email protected].: +493925263209Mobil: +491626781136
Adresse: CIECH Soda Deutschland GmbH & Co.KGAn der Löderburger Bahn 4a39418 Staßfurt, Deutschland
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Die Leitveranstaltung der Energiewende in Deutschland fand 2019
vom 20. bis zum 22. Mai im Ludwig Erhard Haus in Berlin statt.
Weitere Informationen und viele Vortragsunterlagen zu über 390 Vorträgen
aus 58 Veranstaltungen im Rahmen der Berliner ENERGIETAGE 2019 finden Sie unter
www.energietage.de
Ein Vortrag im Rahmen der