Für eine langfristige Rentabilität von Prozessanlagen ist ein effizienter Betrieb unerlässlich. Angesichts steigender Energiepreise machen sich Investitionen in verbrauchssenkende -Maßnahmen für die Betreiber zunehmend bezahlt. Doch wie lässt sich die Effizienz am besten optimieren? Es gibt viele Ursachen dafür, dass wertvolle Energie ungenutzt verloren geht, z.B. unzureichende Planung, suboptimale Sollwerte in Regelkreisen, ungeeignete oder falsch eingesetzte Betriebsmittel. Nicht selten kommen noch Leckagen oder eine mangelnde Isolierung von Kesseln und Rohrleitungen hinzu. Ziel des Energy Improvement Program von ABB ist es, Energieeinsparungsmöglichkeiten in Prozessanlagen zu identifizieren und umzusetzen, wobei nachhaltige Einsparungen von bis zu 20% erzielt werden können.

Angesichts schwankender Brennstoffpreise und strengerer Emissionsvorschriften gehören die Senkung des Energieverbrauchs und die Reduzierung der Treibhausgasemissionen heute zu den wichtigsten Themen in der Prozessindustrie. Die Energie- und Versorgungssysteme von Prozessanlagen bieten vielfältige Einsparungsmöglichkeiten - besonders wenn das gesamte System und nicht nur einzelne Teilsysteme betrachtet wird. Ein erhebliches Einsparungspotential liegt in der Senkung des Verbrauchs von Betriebsstoffen (z.B. Dampf, Kühlwasser, Druckluft), der Minimierung von Verteilungsverlusten und der Verbesserung des Wirkungsgrads bei der Energieerzeugung. Tatsächlich kann durch die erfolgreiche Umsetzung dieser Maßnahmen eine Senkung des Energieverbrauchs um bis zu 20% erzielt werden. Doch um eine informierte Entscheidung über eine Optimierung treffen zu können, muss der Nutzen gegen die Kosten und mögliche Risiken abgewogen werden.

Da der Anteil der Energiekosten, hauptsächlich Strom, an den Gesamtbetriebskosten in vielen Unternehmen zunimmt, verlagert sich der Schwer-
punkt der Optimierung zunehmend auf diese Stoffe und die Stellen im Produktionsprozess, an denen sie verbraucht werden.

Auf der Grundlage langjähriger Erfahrung im Bereich der Prozessindustrie unterstützt ABB Engineering Services die Anlagenbetreiber bei ihrer Suche nach Verbesserungsmöglichkeiten und bei der Implementierung von Programmen zur raschen Umsetzung dieser Möglichkeiten. Mehr als 50 Unternehmen auf der ganzen Welt haben davon bereits profitiert. Im Rahmen eines solchen Programms beurteilen die erfahrenen Berater von ABB das Gesamteinsparungspotential in einem Betrieb mithilfe eines strukturieren Prozesses, bevor sie entsprechende Energie-einsparungsprojekte entwickeln und umsetzen. Diese Prozesse wiederum beruhen auf der sachverständigen Beurteilung der Prozesse, einer überlegten Datenerhebung und -beurteilung, Verbrauchssimulationen und, soweit möglich, Datenvergleichen mit früheren Projekten.

Identifikation von Einsparungspotentialen

Ein Prozess zur Verbesserung der Effizienz beginnt mit einem Überblick über die Energiebilanz des jeweiligen Betriebs und einer Beurteilung des Einsparungspotentials. Dabei werden sämtliche Aspekte der Energiekette von der Erzeugung über die Verteilung bis zum Verbrauch der Betriebsstoffe berücksichtigt. Die Verbesserungen können von einfachen Maßnahmen, die schnell und mit geringem oder gar keinem Kostenaufwand realisiert werden können, bis zur Implementierung energieeffizienter Technologien reichen. Schnelle Erfolge lassen sich bereits durch einfache Maßnahmen wie die Instandhaltung der Isolierung und die Reparatur von Leckagen erzielen. Andere Maßnahmen erfordern die Abkehr von „altbewährten" Verfahrensweisen. So können z.B. zentrale Anlagenteile abgeschaltet werden, anstatt sie laufen zu lassen, oder die Sollwerte für die Temperatur‑, Druck- oder Durchflussregelung der Betriebsstoffe hinterfragt werden.

Im Bereich der Effizienz steigernden Technologien gibt es zahlreiche Optionen, die von drehzahlgeregelten Antrieben bis hin zur gehobenen Prozessregelung reichen. Die besondere Herausforderung besteht darin, zu erkennen, welche dieser Technologien sich für die jeweilige Situation eignen, was wiederum eine sorgfältige Analyse der Vorteile und Risiken erfordert. Die Vorteile liegen normalerweise in den erzielten Energieeinsparungen, sie können aber auch mit anderen, nicht energiespezifischen Vorzügen wie einer höheren Zuverlässigkeit oder Leistungssteigerung einhergehen.

Beispiel 1: Chemikalienhersteller

Ein Voraudit, das für den Betrieb eines europäischen Chemikalienherstellers durchgeführt wurde, versprach ein Einsparungspotential in Höhe von 10% der Gesamtversorgungskosten. Wie dieser Wert zustande kam, soll im Folgenden näher erläutert werden. Zunächst wurden bei einer Betrachtung des Energieverbrauchs der Anlage zahlreiche Möglichkeiten zur Senkung der Versorgungskosten identifiziert und durch eine Nutzen-Risiko-Analyse auf vier Hauptbereiche eingegrenzt: das Tarifmanagement, die Dampfverteilung, die Wärmerückgewinnung und der Einsatz von drehzahlgeregelten Antrieben.
Tarifmanagement: Die ABB-Ingenieure stellten fest, dass bei der bestehenden Tarifstruktur während der Wintermonate über einen Zeitraum von drei Stunden pro Tag ein sehr hoher Strompreis gezahlt wurde. Tatsächlich waren die Gesamtkosten für die in diesem Zeitraum verbrauchte Elektrizität genauso hoch wie für den Rest des Tages. Durch eine optimierte Produktionsplanung, die den Einsatz stromintensiver Prozesse in diesem Zeitraum minimiert, ließen sich ganz ohne zusätzlichen Kapitalaufwand erhebliche Einsparungen erzielen. Ein weiteres interessantes Einsparungspotential boten zwei 160-kW-Kühlwasserpumpen, für die zwei dieselgetriebene Pumpen als Reserve bereitgehalten wurden. Diese Reservepumpen wurden jede Woche zwei Stunden lang getestet, und zwar außerhalb des teureren Stromtarifs. Durch die Verlegung der Probeläufe in eben diesen Zeitraum könnten Kosten von rund 4.500 € im Jahr eingespart werden. Würde man die Betriebszeit der Dieselpumpen so verlängern, dass sie den kostenintensiven Zeitraum an fünf Tagen pro Woche abdecken, könnten jährlich 21.000 € eingespart werden.

Dampfverteilung: Dampfleckagen konnten durch eine bessere Instandhaltung der Kondensatableiter reduziert und der Gesamtdampfverbrauch durch eine Verbesserung der Wärmerückgewinnung gesenkt werden. Die Wärmetauscher, in denen der heiße Ablauf einer Dampfstippkolonne zur Erwärmung- des Zulaufs genutzt wird, erwiesen sich als unterdimensioniert, sodass die verfügbare Wärme nicht vollständig zurück gewonnen wurde.

Drehzahlgeregelte Antriebe: Die Ingenieure fanden heraus, dass die Schlammpumpen und Luftgebläse der Trocknungsanlage überdimensioniert waren und vielfach mit weniger als der Hälfte ihrer Nennlast arbeiteten. Hier bietet sich der Einsatz drehzahlgeregelter Antriebe an, mit denen der Energieverbrauch der Pumpen- und Gebläsemotoren um bis zu 6% gesenkt werden kann1).

Beispiel 2: Spezialchemikalienhersteller

In einem anderen Fall benötigte ein Hersteller von Spezialchemikalien zur Herstellung mehrerer seiner Hauptprodukte eine zuverlässige Kühlung. Dadurch, dass die Kühlleistung des vorhandenen Kältesystems nachließ, waren die Produktionsmengen begrenzt, und der Energieverbrauch stieg an, weil statt einem zwei Kompressoren betrieben werden mussten. Die ursprüngliche Anlage umfasste zwei Kolbenverdichter (einer für den Betrieb und einer zur Reserve) mit R22 als Hauptkältemittel, einen Ölabscheider, ein Drosselventil und Verdampfer mit Öl-Rektifikationssystem und einen weiteren- Ölabscheider. Das System war für Temperaturen bis -48°C ausgelegt.

ABB führte eine genaue Untersuchung des Prozesses und aller mechanischen Aspekte durch. Versuche mit der Anlage und Datenanalysen ergaben, dass die Probleme auf mechanische Fehler und die Verschmutzung der Wärmetauscher zurückzuführen waren. Eine Reinigung der Wärmetauscher führte sofort zu einem Anstieg der Anlagenleistung. Darüber hinaus wurden mechanische Modifikationen zur schrittweisen Umsetzung festgelegt, um künftige Verschmutzungen zu verhindern. In der letzten Phase des Verbesserungsprogramms wurde ein verbesserter Wärmetauscher installiert, um die Leistung des Kältesystems zu erhöhen. Durch die höhere Kühlleistung konnten die Zykluszeiten der Chargen verkürzt, die Produktionsraten erhöht und die Reaktionsausbeute gesteigert werden. Außerdem stieg die Zuverlässigkeit des Kältesystems, und durch den Einsatz von nur einem Kompressor konnten Energiekosten in Höhe von 72.000 € im Jahr eingespart werden.