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Methoden zur Energieeinsparung in
der Industrie

Die aktuelle Situation auf dem Strommarkt ist für Unternehmer nicht günstig. Die Energiepreise steigen stetig, was auch zu einem Anstieg der Unterhaltungskosten führt. Laut Money.co.uk sind allein im Jahr 2022 die Rechnungen für kleine und mittlere Unternehmen im Vergleich zum Vorjahr um durchschnittlich 280 % gestiegen, was die Unternehmen zwingt, ihren Stromverbrauch zu optimieren.* Dies zeigt sich auch in Branchenforen, in denen Unternehmerseigentümer nach Einsparmöglichkeiten suchen.

Dank der Durchführung spezifischer Maßnahmen in der Industrie, wie z. B.

☑ Austausch der Beleuchtung,

☑ automatische Leuchtensteuerung,

☑ Installation von Fotovoltaikanlagen,

☑ Kombination von PV mit Energiespeichern und einer Wärmepumpe,

☑ andere Methoden

kann der Energieverbrauch gesenkt und damit eine Reduzierung der Ausgaben des Unternehmens erreicht werden. Sie wirken sich auch positiv auf die Verringerung der Umweltbelastung durch das Unternehmen aus. Es gibt noch weitere Möglichkeiten zum Sparen von Energie, z. B. durch den Austausch energieintensiver Geräte oder die Modernisierung von Heizungsanlagen. In der folgenden Abhandlung konzentrieren wir uns jedoch auf diejenigen Aspekte, auf die wir uns bei Luxon LED spezialisiert haben.

*Quelle: Money.pl, „Ogromne podwyżki cen prądu dla firm. Nowe wyliczenia“ („Enorme Strompreiserhöhungen für Unternehmen. Neue Berechnungen“)

Ersatz der Beleuchtung durch energieeffiziente LEDs

Eine Möglichkeit zur Verringerung des Stromverbrauchs in der Industrie ist die Modernisierung der Beleuchtung. An solchen Orten ist der Einsatz von künstlicher Beleuchtung obligatorisch und wird durch die Notwendigkeit bestimmt, zumindest die erforderliche Mindestbeleuchtungsstärke an den Arbeitsplätzen aufrechtzuerhalten (diese Werte sind in der Norm DIN-EN 12464-1:2012 „Licht und Beleuchtung“ zusammengefasst). Besonders zu betonen sind hier Orte mit eingeschränktem Zugang zur Sonneneinstrahlung, z. B. großflächige Hallen und Bestandsanlagen, bei denen der Einbau von Fenstern oder Oberlichtern nicht möglich ist, sowie Anlagen, die im 3-Schicht-System arbeiten, weil dort die Möglichkeiten der Einsparung noch größer sein werden.

Der Austausch herkömmlicher Leuchten durch Leuchten mit LED-Technologie ermöglicht eine Senkung des Stromverbrauch. Dabei handelt es sich zugleich um eine Maßnahme zur Verbesserung der Beleuchtungsbedingungen mittels der Erhöhung der Lichtstärke, Vereinheitlichung der Lichtfarbe und Erhöhung des Farbwiedergabeindexes. Ein Beispiel, das die Größenordnung der Einsparungen nach einer Beleuchtungsmodernisierung verdeutlicht, ist der Vergleich von LED-Lichtquellen und Natriumdampflampen.

Herkömmliche Natriumdampflampen haben eine Lichtausbeute von 80 lm/W. Die Ultima LED-Leuchte hingegen wandelt 1 Watt Energie aus dem Stromnetz in 170 lm Licht um. Unter der Annahme, dass die Umrüstung der Beleuchtung im einfachsten Fall 1:1 erfolgt,d. h. je eine Natriumdampflampe durch eine LED-Leuchte ersetzt wird, würde der Energieverbrauch für die Beleuchtung um ca. 58 % reduziert werden. Ein solches Ergebnis ist insbesondere für im Mehrschichtbetrieb arbeitende Anlagen von Vorteil. Bei dieser Art von Einrichtungen ist das Ausmaß der Einsparungen sogar noch größer. Andererseits ist zu bedenken, dass ein zusätzlicher Vorteil der Installation neuer Lichtquellen auch darin besteht, dass die Ausfallrate und damit der Aufwand für die Fehlersuche verringert wird.

Es ist wichtig zu bedenken, dass die Umrüstung von Industriebeleuchtung nicht dasselbe ist wie der Austausch von Glühbirnen. Dem Austausch von Lichtquellen in Werken sollte ein Energieaudit vorausgehen. Eine korrekte und detaillierte Prüfung ist die Grundlage für Konzepte und Berechnungen, die die vorteilhaftesten Maßnahmen aufzeigen. Nur dieser ordnungsgemäß durchgeführte Prozess ist die Grundlage für die Installation einer neuen Beleuchtungsanlage, deren Zweck es ist, Energie zu sparen.

Audit

Konzept

Berechnung

Die Berechnung oder Kosten-Nutzen-Analyse ist der Schritt, der das Potenzial für die Senkung des Stromverbrauchs durch die Lösung und die Rentabilität der Investition veranschaulicht. Sie zeigt, welche Energie- und Kosteneinsparungen das neue Beleuchtungssystem mit sich bringt. Um zu veranschaulichen, wie sich der Austausch einer veralteten Beleuchtung gegen moderne LEDs auf die Beleuchtungseinsparungen eines Betriebes auswirken kann, wurden die Kosten sowie deren Reduzierung im 8-Stunden-Ein- und Mehrschichtbetrieb eines mittelständischen Unternehmens gegenübergestellt.

Nach dem Austausch der Beleuchtung im Werk reduzieren sich die Kosten bei Einschichtbetrieb um 9.000 PLN (ca. 1.900 Euro), bei Dreischichtbetrieb erhöht sich der eingesparte Betrag auf etwa 27.000 PLN (5.800 Euro). Rechnet man jedoch zu der einfachen Rechnung noch die Vorteile der Lichtsteuerung und der Reduzierung der Verluste durch das Leuchtendesign hinzu, lässt sich der Stromverbrauch um weitere 30 % senken.

Auswahl einer automatischen Lichtsteuerung

In einem Unternehmen ist es keine praktikable Lösung, zum Einsparen von Energie einfach die Regel „Das Licht ausschalten“ aufzustellen. Der Werksleiter hat schlicht nicht die Möglichkeit, stets dafür zu sorgen, dass die Mitarbeiter das Licht ausschalten. Um die Arbeitssicherheit zu erhalten und den Energieverbrauch zu optimieren, lohnt sich daher der Einsatz eines Lichtsteuerungssystems.

Das Beleuchtungssteuerungssystem soll die Steuerung der Beleuchtung erleichtern und die Sicherheit und Effizienz im Gebäude erhöhen. Die Steuerung kann kabelgebunden oder drahtlos, manuell oder automatisch erfolgen. Je nach Wahl des oben genannten Typs kann der Betrieb der Beleuchtung auf verschiedene Weise erfolgen. Dank der automatischen Steuerung und der Ergänzung des Systems durch zusätzliche Komponenten wird das Energiesparen noch effizienter.

Zu den wichtigsten Funktionalitäten der Beleuchtungssteuerung gehören die Verwaltung von Leuchtengruppen, die Möglichkeit, sie mit voreingestellten, sich im Laufe der Zeit ändernden Parametern zu programmieren, die automatische Einstellung oder die Erkennung von Fehlern und Ausfällen. Ihre Umsetzung wird durch die Ausstattung des Systems mit zusätzlichen Bewegungs-, Anwesenheits- und Tageslichtsensoren sowie Betriebszeitplänen erleichtert. Mit ihnen ist es möglich, den Energieverbrauch zu senken, indem die Beleuchtungsstärke verändert und die Leistung der Leuchten reduziert wird.

Ein Steuerungssystem ermöglicht die Reduzierung des von Lichtquellen verursachten Stromverbrauchs. Das obige Diagramm zeigt die vereinfachte Funktionsweise einer Beleuchtungsanlage, die mit einer Steuerung und Lichtsensoren für die Messung der Intensität des einfallenden Sonnenlichts ausgestattet ist. Während der Nacht, wenn die künstliche Beleuchtung notwendig ist, um die richtige Menge an einfallendem Licht zu erhalten, arbeiten die Leuchten mit ihrer höchsten Leistung. Im Gegensatz dazu wird tagsüber, wenn das Tageslicht auf das Gebäude einfällt, die Intensität der künstlichen Beleuchtung reduziert. Wenn man bedenkt, dass in Polen die natürliche Strahlung im Jahresdurchschnitt mehr als 11 Stunden pro Tag genutzt werden kann, wird durch die Anpassung der Leistung der Leuchten der Stromverbrauch erheblich gesenkt, ohne dass dabei der Nutzungskomfort der Anlage beeinträchtigt wird. Dadurch werden die mit der Wartung einer Industrieanlage verbundenen Kosten, insbesondere im Mehrschichtbetrieb, deutlich reduziert. Die für den Betrieb der Beleuchtungsanlage aufgewendete Energie kann in einigen Fällen um bis zu 90 % gesenkt werden.

Installation einer Fotovoltaikanlage

Ständig steigende Strompreise zwingen Investoren, nach Möglichkeiten zur Energieeinsparung im Unternehmen zu suchen. Eine Möglichkeit ist die Installation einer eigenen Stromquelle, d. h. einer Photovoltaikanlage. Eine einzelne Stromquelle kann den Bedarf für den Betrieb des Unternehmens entweder ganz oder teilweise decken. Diese Lösung kann erheblich zu einer Senkung der Unterhaltungskosten beitragen. Es ist wichtig zu wissen, dass die Photovoltaik in einem Industriebetrieb in einem von drei Systemen arbeiten kann:

Die höchsten Einsparungen werden Sie dann erzielen, wenn Sie den Verbrauch der selbst hergestellten Energie maximieren. Bereits mit einer installierten Leistung von 1 kWp können etwa 900-1.100 kWh Energie pro Jahr erzeugt werden, sofern die Paneele in einem optimalen Winkel von 30 Grad nach Süden ausgerichtet sind.

Die Größe eines eigenen Kraftwerks wird in der Regel auf der Grundlage des Stromverbrauchs der Anlage und der baulichen Kapazität des Gebäudes oder des Standorts auf dem Gelände ausgewählt. Bei Industrieanlagen wird jedoch meist die Installation auf Dächern gewählt. Bei der Auslegung einer Photovoltaikanlage sollten auch die damit verbundenen Einschränkungen berücksichtigt werden. Zunächst einmal wirkt sich die Größe des Systems auf die Notwendigkeit aus, zusätzliche Messungen durchzuführen und relevante Dokumente zu erlangen. Vor der Installation eines Systems auf einer Dachfläche muss eine Tragfähigkeitsanalyse durchgeführt werden. Ein mittleres Unternehmen investiert in der Regel in eine Anlage von bis zu 50 kWp. Dies ist darauf zurückzuführen, dass keine zusätzlichen Genehmigungen und Dokumente erforderlich sind, insbesondere nicht für das Bauvorhaben. Diese Art von Anlage kann bis zu 50.000 kWh Energie pro Jahr erzeugen. Und die Investitionsrendite wird aufgrund der ständig steigenden Energiepreise in sich stetig verkürzenden Zeiträumen erzielt.

Installation eines Energiespeichers und Ausstattung der Anlage mit Wärmepumpen

Die Optimierung der mit dem Stromverbrauch in einer Industrieanlage verbundenen Kosten kann auch durch andere Methoden erreicht werden. Sowohl die Installation des Energiespeichers als auch die Ausstattung der Anlage mit Wärmepumpen ermöglichen eine maximale Nutzung des von der eigenen Photovoltaikanlage produzierten Stroms. Durch den Einsatz beider Lösungen steigt der Eigenverbrauch und damit die Einsparung.

Die Energiespeicherung in Akkumulatoren ist eine der Möglichkeiten, den Stromverbrauch aus dem Stromnetz zu optimieren. Die von den PV-Modulen erzeugte überschüssige Energie wird in einen Speicher übertragen, von dem aus später die Geräte vor Ort mit Strom versorgt werden können. Dadurch kann die Energie, anstatt zu ungünstigeren Konditionen an Netzbetreiber verkauft zu werden, ganz oder zu einem Großteil im Unternehmen genutzt werden. Der Vorteil eines Energiespeichers ist auch die Möglichkeit, Lastspitzen bei Hochleistungsgeräten zu reduzieren. Infolgedessen muss die bestellte Leistung nicht so hoch ausfallen, was die Rechnungen senkt. Der Strom aus den Akkumulatoren kann auch bei vorübergehenden Stromausfällen im Netz helfen.

Die Zusammenarbeit von Photovoltaik und Wärmepumpe, zwei erneuerbaren Energiequellen, ist eine umweltfreundliche und kostengünstige Lösung. Auch wenn sie nicht ohne die Spannung auskommen, die ein Kompressor für seinen Betrieb benötigt, lassen sich die Betriebskosten der Anlage im Vergleich zu herkömmlichen Systemen dennoch in vielen Fällen senken. Wärmepumpen in der Industrie werden am häufigsten zum Heizen und Kühlen verwendet und können auch eine Warmwasserquelle sein. Zu diesem Zweck werden verschiedene Arten von Anlagen installiert, z. B. Luft-Wasser- oder Salzlake-Wasser-Anlagen. Das erwärmte Medium kann u. a. an Heiz-/Kühl-/Lüftungsgeräte und Gebläsekonvektoren weitergeleitet werden. Normalerweise reicht eine Wärmepumpe nicht aus, daher werden sie in Sets kombiniert, wodurch eine größere Heiz-/Kühlleistung erreicht wird.

Suche nach anderen Einsparungsquellen

Es gibt auch andere Methoden, um den Energieverbrauch in einem Unternehmen zu senken. Zu diesem Zweck ist die Beobachtung und Vermessung der Entnahmestellen unerlässlich. Dazu werden Energiemanagementsysteme eingesetzt. Sie ermöglichen die Überwachung, Kontrolle und Steuerung einzelner Elemente der Anlage. Dadurch wird sichergestellt, dass z. B. die Garantie für die installierte Beleuchtung hinsichtlich ihrer Betriebsdauer den tatsächlichen Bedingungen Rechnung trägt. Darüber hinaus können Sie mit einem solchen System Zeit sparen, die für die Fehlersuche oder die Optimierung des Energieverbrauchs aus dem Netzwerk aufgewendet wird.

Auch die zusätzliche Erzeugung von Blindleistung kann der Grund für eine hohe Stromrechnung sein. Um die mit dem Stromverbrauch einer solchen Anlage verbundenen Kosten zu reduzieren, ist es ratsam, die Wirk- und die Blindleistung auszugleichen. In einigen Fällen werden diese Maßnahmen durch den Einsatz von Blindleistungskompensatoren umgesetzt.

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