Zäumen Sie Ihr Pferd auch von hinten auf?

Jeder Anlagenverantwortliche hat sich schon irgendwann mit Betriebsoptimierung auseinandergesetzt. Doch: Wie will man Anlagen optimieren, wenn man die Grundvoraussetzungen und Gesamtzusammenhänge eines Systems nicht genau kennt?

Von den 300 grössten Energieverbrauchern betreiben gerade einmal 30 % ein gezieltes Energie-Monitoring. Wissen Sie, wo das Potenzial Ihres Systems steckt?

Produktions- und Systemverständnis geht wesentlich über reine Input- /Output-Kosten hinaus. Häufig sind es verborgene Zusammenhänge, die grosse Auswirkungen zeitigen können. Was braucht es, damit Ihr Unternehmen tatsächlich so energieeffizient wird, um die Eigenkapitalrendite zu verbessern, die Liquidität zu erhöhen und die Produktionsplanung zu verbessern?

Ein Gespräch mit Mark Wunderlich
Energieingenieur/Projektleiter, Electrosuisse

..mit Erkenntnissen und Highlights aus der Tagung «FaktorEnergie»

Welches sind Deine persönlichen Highlights aus der FaktorEnergie?

Mark_Wunderlich_Electrosuisse_EnergieeffizienzexperteMein persönliches Highlight war, dass meine Theorie bestätigt worden ist, nämlich, dass das Systemverständnis sehr zentral ist, bevor man etwas verbessern kann. Das wurde während der Tagung mit mehreren Praxisbeispielen beleuchtet.

Den grossen Impact hat man dann, wenn man weiss, wo der Trigger im System liegt.

Bevor man den Trigger nicht kennt, tappt man im Dunkeln – man trifft ihn oder auch nicht. Schade ist, dass man oftmals viel guten Willen und sehr viel Geld investiert, ohne dass diese eine echte Wirkung zeigen. Mit dem Vorgehen, zuerst das System zu verstehen, kann man gezielt vorgehen. Wo sind die Trigger (wi? Wo habe ich den grössten Impact mit dem geringsten finanziellen Aufwand? Wenn ich während der Budgetphase technologische Erneuerungen plane – auch in Unternehmen, in denen wenig finanzielle Mittel zur Verfügung stehen – kann ich mit diesen Trigger-Punkten mit dem kleinsten Aufwand das Beste herausholen.

Häufig sind es nicht einmal die offensichtlichen Dinge, sondern eher die Verborgenen, die zuerst erkannt werden.

Das war die Schlüsselaussage an der FaktorEnergie, die von verschiedenen Perspektiven beleuchtet wurde.


Wer kann vom Energie-Monitoring profitieren – wen sprecht Ihr genau an?

Wirklich stark profitieren Produktmanager und -verantwortliche, Qualitätsverantwortliche oder Leiter für technische Infrastruktur. Wenn man diese Fachkräfte gezielt unterstützt und ihnen Hilfsmittel, beispielsweise für die finanzielle Argumentation mitgibt, unterstützt sie das extrem.


Wie sehen diese Hilfsmittel aus?

...Anlagen im Betrieb umfassend zu bewerten, welchen Ertrag sie generieren und zu welchen Kosten. Ermittelt wird das bisher kaum, da völlige Intransparenz herrscht, was eine Anlage im Betrieb wirklich kostet. Man hat zum Beispiel keinen Gesamtüberblick über die Anzahl Reparaturen, Stillstandzeiten – was noch ab und an gemessen wird – wie oft eine Anlage aufgrund einer Reparatur abgestellt werden muss oder wie teuer Ersatzteile sind. Zusammenfassend muss man sagen, dass das Monitoring von Anlagen bisher kaum bis gar nicht betrieben wird.

Wichtig ist auch die Kostenstellenstruktur. Oft gibt es bei der Beschaffung einen Budgetposten für Unterhalt und Erneuerung. Der ist jedoch sehr unspezifisch, d.h. nicht qualifiziert. Eigentlich müsste man die Kosten einer Anlage direkt zuordnen. Passt man die Kostenstellenstruktur an, sieht man sofort, welche Anlagen teurer sind als bisher gedacht. Oder es gibt Anlagen, die man vorher nicht auf dem Radar gehabt hat, die jedoch sehr günstig sind. Auch mit einer klaren Kostenstellenstruktur sieht man, was eine Anlage wirklich kostet. Man muss sie aus reinen Effizienzgründen nicht gleich entsorgen, solange sie einen Ertrag erwirtschaftet. Rein ideologische Gründe sollen gut durchdacht werden. 

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1.   Systemverständnis erlangen
Dazu braucht es u.a. verschiedene Kennzahlen von verschiedenen Anlagen, die übereinandergelegt werden können. Damit kann festgestellt werden, welche Anlage mit welcher interagiert. Diese Kenntnisse entwickeln sich erst über einen längeren Zeitraum. Darauf basierend lassen sich erste Kennzahlen ableiten.
 

2.   Systemverständnis führt zu Transparenz
Man versteht, welches System zeitgleich, wie viel Energie verbraucht, was von welchen Systemen abhängt, wo Synergien oder Interaktionen bestehen oder sich ergeben könnten. Solange die einzelnen Komponenten unbekannt sind, kann kein Systemverständnis entstehen.
 

3.   Verständnis über die wichtigen Kenngrössen erlangen
Wie flexibel, bzw. unflexibel, ist das System? Wo verträgt die Produktion Schwankungen, beispielsweise in der Temperatur oder Menge, und ab wann wirken sich Schwankungen verheerend aus?
 


Beispiel – Lebensmittel-Tiefkühllager

Grundlage: Das Lager reagiert empfindlich auf Temperaturschwankungen. Sollte es wärmer als -18°C werden, dann entsteht das erste grosse Problem. Sollte der Lagerraum kälter als -40°C werden, spielt das kaum eine Rolle. Wenn das Lager zusätzlich unterkühlt wird, ist das zwar schlecht für den Wirkungsgrad, aber nicht problematisch für das Produkt.

Lösungsansatz: Grosse Kühllager können beispielsweise ans Stromnetz angeschlossen werden. Wenn zu viel Strom vorhanden ist, kann zusätzlich gekühlt werden, um den überschüssigen Strom aus dem Netz zu verbrauchen (Netzausgleich). Es ist hier völlig irrelevant, wann es kalt wird. Wenn es hingegen wärmer als -18°C wird, wird es zum ersten Mal kritisch. Das sind in diesem Beispiel wichtige Grössen, die man kennen sollte. Es ist demnach wichtig zu wissen, wo ein System flexibel, bzw. unflexibel ist. Erst dann kann man entscheiden. Fasst man die ersten drei Massnahmen zusammen, entsteht ein erstes Bild, die Voraussetzungen.



4.   Massnahmen 
Aufgrund der Erkenntnisse und Resultate kann man nun Grenzgrössen fürs System definieren. Daraus lässt sich ein System-Überwachung und -Monitoring erstellen. Erst jetzt kann die Anlage auch entsprechend bewertet werden: Wo kann man mit dem geringsten finanziellen Aufwand unter den gegebenen Bedingungen am Meisten erwirken? Dadurch werden auch kritische Systemteile und Anlagen bekannt. Die Kosten sind nun besser beeinflussbar, die Systemsicherheit steigt und die Verfügbarkeit ist besser planbar. Bei einem Ausfall ist die Reserve, resp. Reaktionszeit bekannt. Nehmen wir das Beispiel des Tiefkühllagers: Wie gestaltet sich der Auftauzyklus? Bei einem Systemunterbruch oder einer Reparatur kann man zuverlässig vorhersagen, wie lange und bis zu welcher Temperatur die Anlage ausser Betrieb sein darf, ohne Risiken für das Kühlgut einzugehen. Durch das laufende Monitoring ist auch ein frühzeitiger Ausfall erkennbar und die Überwachung des Anlagezustands gewährleistet die Früherkennung von Systemproblemen. Sobald eine Grösse eines bestimmten Bereiches abweicht, wird deutlich, dass etwas nicht stimmt. Die Kennzahl ist dimensionslos und sehr individuell, d.h. systemspezifisch, und kommt nur einmal vor. Je nach Wichtigkeit einzelner Faktoren kann die Kennzahl in eine x-beliebige Formel integriert werden. Nehmen wir wiederum das Beispiel des Kühllagers: Temperaturdifferenz, Tiefst- oder Höchsttemperatur kann mit einem Quadrat versehen werden. Wenn diese unwesentlich abweicht, verändert sich automatisch die Kennzahl im Quadrat. Als Folge ermöglicht dies eine kurze Reaktionszeit.


Wichtig ist, den Mut aufzubringen, das System zu hinterfragen und herauszufinden, welche Werte bekannt sind. Das mag im ersten Moment banal erscheinen, aber darin steckt eine grosse Schwierigkeit. Häufig steckt man tief im Prozess drin, es wurden Prozesse nicht hinterfragt und eine übergeordnete Kostenstellenbetrachtung nie angestellt.
 

 

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Beispiel EBNAT – Absauganlagen

Der Produktionsbetrieb der Firma EBNAT wird ausgebaut. Dabei werden neue Absauganlagen benötigt. Die Verantwortlichen haben aufgrund der Informationen, die sie während der Tagung FaktorEnergie erhalten haben festgestellt, dass Sie mit der aktuellen Projektierung wohl neben der Ideallösung liegen. Die Verantwortlichen haben sich auf ihre subjektiven Erfahrungen verlassen und deshalb nicht hinterfragt, welches die zentralen Grössen dieser Anlage sind. Im bestehenden Betrieb wurden lokale, kleine Absauganlagen für Hobelspäne installiert. Das führte zu einer hohen Raumwärme, da die Anzahl der kleinen Anlagen entsprechend viel Wärme absorbierte. Aufgrund dieser Tatsache sollte die neue Absauganlage zentral und ausserhalb der Halle angebracht werden. Die Konsequenz dieser Entscheidung ist, dass riesige Mengen Frischluft zugeführt werden müssten, da die Warmluft herausgesaugt würde. Nun stellt sich die Frage, ob der Ansatz mit dieser Form der Absauganlage auch der Ideale ist.

Bisher hat EBNAT keine Kennzahlen über die Menge der abzusaugenden Luft zur Entfernung der Hobelspäne erhoben. Dies waren bis anhin reine Schätzungswerte. Aufgrund des neuen Ansatzes muss jedoch erst geklärt werden, wieviel Luftleistung effektiv benötigt wird. Es könnte sein, dass kleine lokale Absauganlagen vielleicht doch die bessere Lösung sind, allerdings in einer anderen Dimensionierung. Da die Anlagen nur noch halb so gross sind, reduziert sich die Abwärme entsprechend, was gegenwärtig das Hauptproblem darstellt. Im Sommer mag es dadurch vielleicht etwas wärmer werden. In der Nähe fliesst jedoch ein Bach, der zur Kühlung genutzt werden darf. Diese Option besteht mit der grossen Anlage nicht, da die Abwärme mittels «Bachkühlung» nicht angewendet werden kann.

Es ist wichtig zu wissen, was zu meinem System gehört und wie gross dieses ist.



Aktuell herrscht in den Betrieben eher der End-of-Pipe-Ansatz: Das Problem x ist an einer Stelle gelöst und weg. Es taucht zwar ein Neues woanders auf, betrifft jedoch einen anderen Verantwortungsbereich.

«Die Anlage ist ein Organismus»

Dieses Verhalten ist vergleichbar mit einer chirurgischen Intensivstation: Es wird an der Stelle akut gearbeitet, wo es nötig ist und dann ist gut. Nach der Verlegung auf die allgemeine Station kann gesamtheitlich geheilt werden, um die Systemprobleme zu definieren und zu beheben.

«Symptomatische Systembehandlung» – Hauptsache «Change»?

Neue Prozesse, neue Ideen, ja klar – aber wie kann man die Mitarbeitenden auf dieser Reise mitnehmen? Zuerst sollte überhaupt die Idee einer Reise bestehen, um anschliessend die Mitreisenden davon zu überzeugen, ebenfalls Teil der Reise zu werden. Es könnte sein, dass die grossen Herausforderungen während der Reise viel einfacher zu bewältigen sind, wenn die Mitarbeitenden frühzeitig involviert sind. Hinzu kommt die technologische Komponente. An der FaktorEnergie wurde diese Reise als Strategie formuliert. In Workshops wurden die aktuellen Problematiken mit den Mitarbeitenden ermittelt. Was dabei vor allem gefordert ist, ist eine klare Führung, Sozialkompetenz und Kommunikation. In der Regel sollte dies ein laufender Prozess sein. Wenn das detaillierte Systemverständnis erreicht ist, stellt sich der Ablauf zur Energie- und Ressourceneffizienz wie folgt dar:

Suffizienz, Effektivität, Dimensionierung und Betriebsoptimierung.
 

Betrachtet man das Unternehmen als Ganzes und versteht man die Abhängigkeiten der einzelnen Prozesse, sind die Voraussetzungen geschaffen, um erstaunliche Optimierungspotenziale zu erzielen.



Beispiel Kardanwelle Getriebe 

Durch ein optimiertes Design könnte der Benzinverbrauch von Fahrzeugen um ca. 10 % gesenkt werden. Die Welle ist effizienter und hat weniger Reibung. Die Einsparung findet nicht beim Hersteller der Welle statt, sondern im System selbst. Der Hersteller war jedoch der Ansicht, dass er das nicht am Markt geltend machen kann, sofern kein neues Design umgesetzt wird. Fazit:

Wenn der Ertrag ausserhalb des eigenen Systems anfällt, dann ist die Bereitschaft zur Umsetzung gering.

Investitionssicherheit

In der Politik steht gegenwärtig kein Druckmittel zur Verfügung, um solche Energieeffizienzmassnahmen umzusetzen. Finanziell gäbe es heute mehr Verlierer als Gewinner. Daher sind die Politiker zurückhaltend. Ausserdem sind die aktuellen Rahmenbedingungen nicht eindeutig formuliert, so dass Unternehmer sich nicht auf Investitionswagnisse betreffend Energieeffizienz einlassen möchten.

Ein gutes Systemverständnis ermöglicht Unternehmern, Abhängigkeiten zu reduzieren. Die Betriebsstabilität lässt sich erhöhen, z.B. durch die Reduzierung der Abhängigkeit durch Energiekosten, Senkung der Ressourcenkosten, weniger Emissionsgenerierung etc.

«Reduzierung von Abhängigkeiten führt zu erhöhter Stabilität»



Zusammenfassung

Kennzahlen führen zu Systemverständnis. Kennt man die Outputs, kann man Handlungsansätze definieren:

  • Suffizienz: Alles was von selbst funktioniert, braucht keinen Antrieb
  • Effektivität: Ist die richtige Technologie am richtigen Ort eingesetzt?
  • Effizienz: Ist die richtige Grösse ausgewählt?
  • Betriebsoptimierung: Feinjustierungen

 

Meistens wird versucht, das Pferd von hinten aufzuzäumen. Die Betriebsoptimierung wird vorrangig proklamiert. Beim Fokus auf diesen eigentlich letzten Schritt, ohne die anderen vorher getan zu haben, ist die Wirkung mehr als bescheiden.


Die FaktorEnergie-Tagung ist das Bindeglied zwischen Industrie und Technik. Wir zeigen Möglichkeiten auf, wie durch den richtigen Denkansatz und geeigneter Technologie Kosten gesenkt und Energieeffizienz verbessert werden kann.

FaktorEnergie – der Hotspot für neue Technologien und Denkansätze. 

An der FaktorEnergie gibt es mehr als nur Anwendungsbeispiele. Wir klären, wo Potenziale liegen und wohin die Reise geht. Wir setzen an geeigneten Punkten an und betrachten das Gesamtsystem. Wer würde denn schon in einem alten, abbruchreifen Haus einzig die Heizung optimieren…?
 

Electrosuisse_Energieeffizienz_Infografik


Veranstaltungshinweise


Licht aus Halbleitern, Glühdrähte und Leuchtstoffröhren weichen Halbleiterchips (Artikel, bulletin.ch)

Licht mieten (Blog)

Wenn nicht jetzt, wann dann? (Blog)

Digitalisierung in der Gebäudetechnik (Blog)

Unwissenheit und fehlende Erfahrung bremsen die Energiestrategie 2050 (Blog)


Interview+Bilder: Electrosuisse / Mark Wunderlich


 

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