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Wie die Energieeffizienz in Gewerbe und Industrie erhöht werden kann

In Industrie und Wirtschaft gibt es erhebliche Möglichkeiten, um Energie effizienter zu nutzen und so weniger Energie zu verbrauchen.

Das trägt zum Klimaschutz bei und senkt die Kosten der Unternehmen. 20 bis 40 Prozent des Energieverbrauchs der Industrie könnten zu wirtschaftlich vernünftigen Bedingungen bis 2020 eingespart werden.

Allein die elektrischen Antriebe verursachen in der Industrie rund zwei Drittel des Stromverbrauchs.

Die Industrie konnte in den letzten Jahren ihren Gesamtenergieverbrauch verringern – obwohl die Produktion stieg.

Dennoch muss hier noch viel erreicht werden, um in Zukunft eine saubere, sichere und bezahlbare Energieversorgung zu gewährleisten. Ziel der Bundesregierung ist es, die Energieproduktivität bis 2020 gegenüber 1990 zu verdoppeln.

Im Jahr 2020 würde dann in Deutschland pro Einheit Bruttosozialprodukt nur noch halb so viel Energie verbraucht wie 1990.

Das ist für die Zukunft von Industrie- und Handwerksbetrieben in Deutschland auch deshalb entscheidend, um bei steigenden Energiepreisen international wettbewerbsfähig zu bleiben und Arbeitsplätze zu sichern.

Nachfolgend werden Beispiele dargestellt, wie die Energieeffizienz in Gewerbe und Industrie erhöht werden kann und damit Kosten einzusparen sind.

Unter „Querschnittstechniken“ finden sich Informationen für alle Branchen, unter „Tipps für einzelne Branchen“ Hinweise für verschiedene Wirtschaftsund Einsatzbereiche.

Grundsätzlich sollte jedes Unternehmen über verbesserte Einzeltechniken hinaus auch prüfen, ob – etwa im Rahmen eines Energiemanagements – die Produktion in ihrem Gesamtzusammenhang energieeffizienter und damit auch wirtschaftlicher gestaltet werden kann. Von der Papierindustrie bis zu Bäckereien: Energieeffizienz lohnt sich – für das Klima und die Unternehmensbilanz.

Querschnittstechniken

Querschnittstechniken bieten enorme Möglichkeiten, Energie effizienter zu nutzen und Kosten einzusparen. Sie können in allen Branchen von Industrie und Gewerbe zum Einsatz kommen.

Druckluft

Fast alle Branchen setzen Druckluft für die verschiedensten Anwendungen ein, etwa Schnellschrauber, Meißel oder pneumatische Förderanlagen. Dabei geht oft sehr viel Energie verloren. Dem kann durch Hochwirkungsgrad-Motoren und Umrichter zur Änderung von Frequenzen und Spannungsamplituden abgeholfen werden.

Außerdem lässt sich der Gesamtwirkungsgrad eines Druckluftsystems wie folgt verbessern:

  • Leckagen beheben

  • Kompressor für die jeweilige Endanwendung optimal auswählen (keine Überdimensionierung)

  • Kompressortechnik bei Verdichtern verbessern, zum Beispiel durch Mehrstufen-Kompressoren

  • Abwärme für andere Zwecke nutzen

  • Luftbehandlung verbessern, zum Beispiel trocknen oder filtern

  • regelmäßige und sorgfältige Wartung und Instandhaltung

  • verbesserte Luftführung im Rohrnetz, um Druckverlust durch Reibung zu vermindern

  • unnötigen Verbrauch vermeiden.

Bis zu 50 Prozent können hier eingespart werden. Um dieses Potenzial zu erschließen, muss das gesamte System betrachtet werden – nicht allein der Verdichter.

Elektromotoren

Elektrische Antriebe sind im Bereich der Industrie für rund 70 Prozent des Stromverbrauchs verantwortlich.

Mehr als 90 Prozent der Gesamtkosten eines Elektromotors über die Lebensdauer entfallen auf den Stromverbrauch, weniger als zehn Prozent auf die Anschaffung.

Effiziente Elektromotoren mit höherem Wirkungsgrad führen entsprechend zu erheblichen Einsparungen – sowohl auf gesamtwirtschaftlicher als auch betrieblicher Ebene. Dabei ist der Wirkungsgrad in einigen Fällen allein durch einfaches Umklemmen der Motorwicklungen zu verbessern.

Der Zentralverband Elektrotechnikund Elektronikindustrie e. V. (ZVEI) hat errechnet, dass durch den Einsatz von Energiesparmotoren in der deutschen Industrie 5,5 Milliarden Kilowattstunden (kWh) Strom wirtschaftlich eingespart werden könnten. Energiesparmotoren sind Motoren, die die europäische Effizienzklasse EFF1 einhalten.

Ihr Einsatz lohnt sich in der Regel schon ab einer jährlichen Nutzungsdauer von 2000 Betriebsstunden. Zudem ist es mit heute verfügbarer Technik möglich, Antriebe mit Drehzahlsteuerung („Stellglieder“) elektronisch zu regeln.

Damit wird die Prozesssteuerung verbessert, und gleichzeitig werden Verschleiß und Geräuschpegel vermindert. Insgesamt könnte durch den Einsatz der elektronischen Drehzahlregelung der Verbrauch um etwa ein Viertel vermindert werden.

Durch den verstärkten Einsatz der Drehzahlregelung bei Elektromotoren könnten in Deutschland zusätzliche 22 Milliarden Kilowattstunden wirtschaftlich eingespart werden.

Schon wenn 35 Prozent der Elektromotoren in der deutschen Industrie mit Drehzahlregelung betrieben würden, könnten 1,2 Milliarden Euro eingespart werden.

Bei Anlagen, die vor allem bei voller Last laufen, lohnt sich der Einsatz nicht – wegen des Eigenverbrauchs der Drehzahlsteuerung. Läuft die Anlage überwiegend mit Teillast, so werden diese Verluste durch die Ersparnis schnell ausgeglichen. Drehzahlregler sind wegen der hohen Energieeinsparung von 20 bis 50 Prozent in der Regel in höchstens zwei Jahren refinanziert. Außerdem können Frequenzumrichter für Synchron- und Asynchronmaschinen eingesetzt werden. Der höhere Anschaffungspreis wird durch geringere Wartungskosten in den meisten Fällen überraschend schnell ausgeglichen. Und das wirtschaftliche Potenzial ist sehr groß – je nach Stromkosten, Lebensdauer und jährlicher Laufzeit.

Eine #Ziegelei verringerte ihren Stromverbrauch pro Ziegelstein durch Einsatz von Umrichterantrieben um 8,7 Prozent. In weniger als fünf Monaten (1,4 Jahren) waren die Anschaffungskosten durch die Ersparnis wieder reingeholt.

Pumpensysteme

Pumpen halten viele Industrieprozesse am Laufen.

Durch neue Techniken, Aggregate und Komponenten ist viel Strom zu sparen.

Das gilt auch für Innovationen bei den Verfahren, die weniger Antriebe und Pumpen benötigen. Der Wirkungsgrad der Pumpen kann vor allem dadurch erhöht werden, indem der richtige Typ für die jeweilige Anwendung und Betriebsumgebung ausgewählt wird.

Was kann außerdem verbessert werden, um Strom zu sparen?

˘ Saugstutzen der Pumpe verbessert gestalten

˘ Doppelpumpenbetrieb

˘ Rotorblätter effizienter gestalten, etwa die Änderung des Anstellwinkels der Laufschaufeln

˘ Motor-Drehzahl richtig wählen.

Das technische Einsparpotenzial liegt bei 25 Prozent, das wirtschaftliche bei zwölf bis 15 Prozent.

In einer #Fabrik fördert eine Kreiselpumpe Kondensat zum Kessel zurück.

Es zeigte sich, dass der Pumpendruck zu hoch gewählt war. Die erforderliche Drosselung führte zur Instabilität (Kavitation) der Anlage und damit zu Störungen und hohen Betriebskosten. Durch einen kleineren Durchmesser beim Pumpenrad konnte die Pumpe ungedrosselt laufen und benötigte rund 30 Prozent weniger Leistung. Es genügte dadurch ein kleinerer Motor mit 75 statt 110 Kilowatt. Die Anlage läuft nun stabil – mit erheblich weniger Energie: 197 Megawattstunden pro Jahr. Die Fabrik spart dadurch an Betriebs- und Wartungskosten rund 22.000 Euro pro Jahr ein. Die Kosten für die Umrüstung waren bereits nach rund elf Wochen ausgeglichen.

Lüftung, Kühlung und Kälte

Lüfter gibt es für verschiedene Anwendungen.

Diese reichen von sehr kleinen Einheiten – etwa denen zur Kühlung elektronischer Baugruppen in Computern – bis zu sehr großen Einheiten wie Brennluft-Gebläsen in Kraftwerken.

Beim Betrieb von Lüftungsanlagen kann Energie viel effizienter genutzt werden, wenn die Leistung der Anlage gemäß dem tatsächlichen Bedarf ausgelegt, die Anlage also nicht überdimensioniert ist.

Was kann verändert werden?

  • Lüftungsmotoren mit veränderbarer Drehzahl einsetzen

  • hohe Drehzahlen möglichst vermeiden

  • dezentral lüften

  • im kleinen Leistungsbereich EC-Ventilatoren verwenden – das sind Ventilatoren, die von bürstenlosen Motoren mit sehr hohem Wirkungsgrad angetrieben werden

  • Lüftungsanlagen gebrauchen, die Wärme hocheffizient zurückgewinnen können.

Außerdem sollte die Wärme der abgesaugten Luft genutzt werden. Das ist vor allem bei der Abwärme von Trocknungs- oder Glühöfen sinnvoll. Sie kann dazu genutzt werden, um die Zuluft in Wärmetauschern vorzuwärmen. Dies gilt übrigens nicht nur für Lüftungs-, sondern auch für Produktionsanlagen. Offene Lüftungssysteme sind nutzbar, um große Maschinen zu kühlen. Solche Systeme benötigen erheblich weniger Energie als Kompressionskältemaschinen, obwohl sie Ventilatoren verwenden.

Raumwärme und Warmwasser

Bei Raumwärme und Warmwasser hat das Nutzungsverhalten großen Einfluss.

Wie lange beispielsweise belüftet und wie die Temperatur in der Nacht abgesenkt wird, das beeinflusst in hohem Maße den Energieverbrauch. Eine nachträgliche Wärmedämmung sollte erwogen werden.

Welche Effekte es hat, wenn das Verwendung des Brauchwarmwasser effizient geregelt wird, hängt stark vom Wasserverbrauch und dessen Anteil am Energieverbrauch eines Unternehmens ab.

Das meiste Warmwasser wird in Sanitäranlagen und Umkleideräumen benötigt. Weite Wärmewege verursachen bis zu 60 Prozent Wärmeverluste.

Weitere Möglichkeiten

  • ältere, meist überdimensionierte und ineffiziente Wärmeerzeuger gegen moderne und leistungsoptimierte Systeme austauschen

  • Flansche, Pumpen, Verschraubungen und Leitungen des Rohrnetzes dämmen

  • Heizungsanlagensteuerung optimieren

  • Kesselleistung dem tatsächlichen Bedarf anpassen

  • Warmwasserbereitung nicht zu groß auslegen. Ist sie zu groß dimensioniert, führt das zu ungünstigen Betriebszuständen mit häufigen Start- und Abschaltvorgängen.

  • druckgeregelte Hocheffizienz-Heizungspumpen verwenden – dadurch lassen sich Stromverbrauch und -kosten von Heizungspumpen um bis zu 70 Prozent reduzieren

  • hydraulischen Abgleich durchführen – dadurch muss die Pumpe nicht gegen unnötigen Widerstand arbeiten, und die Heizkörper werden gleichmäßig warm.

Industrieöfen

Industrieöfen werden zum Brennen, Schmelzen, Erwärmen, zu Guss- und Verformungszwecken, zur Wärmebehandlung, zum Sintern und Kalzinieren benötigt.

Im Kleingewerbe spielen Öfen vor allem bei Bäckereien und zum Teil bei der Herstellung von Glas- und Steingut und im Metallgewerbe eine wichtige Rolle.

Industrieöfen sind ein wesentlicher Schwerpunkt des Energieverbrauchs in der Industrie.

Nach wie vor könnten die Öfen bei vielen Anwendungen technisch erheblich verbessert werden.

Ein großer Teil der dafür erforderlichen Maßnahmen zahlt sich wirtschaftlich bald aus. Durchlässige Strahlungswände tragen hier dazu bei, den Energieverbrauch zu senken.

Solche permeablen Wände sind Wabenkörper, die in die Abgaskanäle eingebaut sind und dort durch heißes Abgas aufgeheizt werden.

Ihre Wärme wird als Strahlungswärme an das zu nutzende Gut abgegeben.

Dieses Prinzip führt zu einer realisierbaren Energieeinsparung von zwei bis fünf Prozent bei gleichzeitiger Leistungssteigerung des Ofens. Außerdem:

˘ moderne Brennertechnologie mit hoher Luftvorwärmung einsetzen (Rekuperator-, Regenerator- sowie FLOX-Brenner zur flammenlosen Oxidation)

˘ sauerstoffangereicherte Verbrennungsluft und Sauerstofflanzen einsetzen

˘ Messtechnik verbessern

˘ modellgestützte Ofenführung einsetzen

˘ Wärmedämmung verbessern

˘ Abwärme nutzen.

Die Verbrennung mit Sauerstoff allein führt nicht zur Energieeinsparung.

Wegen des verringerten Stroms von Abgas lassen sich die Abgasverluste jedoch erheblich reduzieren und damit der Brennstoffverbrauch senken. Wenn die interne Abwärmenutzung im Prozess ausgeschöpft ist, sollte die verbleibende Abwärme an anderer Stelle im Betrieb genutzt werden. Ist das nicht möglich, gilt es, eine externe Nutzung der Abwärme anzustreben.

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