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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

�� =��

�� (��)

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


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?


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Prozess

Verbrauchsperspektive

Energiewandlungsprozesse

Bedarfsperspektive

Energieanwendungsprozesse

Aufwand(PhO)

Aufwand

Nutzen Nutzen(PhO)

Ener

giem

enge

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�� (��)≤ � ��

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��(��)≥ �

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Ener

giem

enge

Die Änderung der Perspektive ergibt andere Kennzahlen! Achtung! Aufwand / Nutzen müssen vergleichbar sein

Auf die Perspektive kommt es an


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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


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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


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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


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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


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Produktionsauslastung

Zeitlicher Verlauf der Leistungswerte vs. Auslastung

Verbrauch und Leistung


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„top down“ statt „bottom up“

Sinnvolle Messungen sind erforderlich

Prozesse mit hohem Verbrauch identifizieren

Prozessmodell für Teilprozesse etablieren

Systematisches Vorgehen


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Erweiterte Pareto-Analyse (Verbrauchswerte)

Werkzeuge


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Verlustkaskade

Physikalisch notwendiger Bedarf

Eingesparter Wasserverbrauch

Dynamische Verluste

Statische Verluste

Werkzeuge


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Äquivalente Prozessbewertung

Qualität Lichtstärke Emissionen Kosten

�� =

��

��

Werkzeuge


PhO-Anteil

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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

greoKEMS @ WIPANO

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Projektablauf


greoKEMS @ WIPANO

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


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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


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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


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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Rechteinhaberin erfolgen. © 2019 Referent(in) / Veranstalter(in)

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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

https://www.energietage.de/

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