Transcript Energiekongress - Vortrag Prof. Bradke

Energiekongress
der TechnologieRegion Karlsruhe
Energieeffizienz
Wo sind noch Potentiale?
Karlsruhe
8. Dezember 2011
Prof. Dr.-Ing. Harald Bradke
World abatement of of energy-related CO2 emissions in the 450 Scenario
IEA World Energy Outlook 2009
2
… und dann wären da noch einige Herausforderungen bei den
Ressourcen …
Erdöl:
Erdgas:
IEA World Energy Outlook 2009
3
Kostenanteile Verarbeitendes Gewerbe Deutschland 2008
bezogen auf Bruttoproduktionswert
Personal
17%
Sonstiges
25%
Handelsware
11%
Energie
2%
Material
45%
4
Quelle: Statistisches Bundesamt, FS 4, R 4.3; 2010
Energiekostenanteile Deutschland 2008
bezogen auf Bruttoproduktionswert
Zement
Papierherstellung
Erz. Roheis., Stahl etc.
Glas, Keram., Verarb.
Grundstoffchemie
Metallerz., -bearb.
Chemische Industrie
Textil
Gummi- u. Kunststoffw.
Verarbeitendes Gewerbe
Durchschnitt 2008: 2,1 %
Ernährung
Verarb. Gewerbe insges.
Öl&Gas
Sonst. Brennstoffe
Strom
Maschinenbau
Elektrotechnik
Fahrzeugbau
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
14%
16%
18%
5
Quelle: Statistisches Bundesamt, FS 4, R 4.3; 2010; eigene Berechnungen
Energieverbrauch, Bruttowertschöpfung und Energieintensität
nach Industriebranchen Deutschland 2007
Fläche der Kreise entspricht der
Energieintensität
rote Füllung: Energieintensität
über 10 MJ je Euro
6
Quellen: AGEB 2010; Statistisches Bundesamt 2009
7
8
9
Stromverbrauchsstruktur Deutschland
im Jahr 2009
Verkehr;
58 PJ ; 3%
Haushalte;
501 PJ ; 28%
GHD;
484 PJ ; 27%
Industrie;
759 PJ ; 42%
10
Stromverbrauchsanteile in der Industrie
(EU)
Pumpen
30%
Sonstiges 30%
Luftkompressoren 10%
Ventilatoren
15%
Kältemaschinen
15%
Elektromotoren und
-anwendungen 70%
11
Andere Anwendungen:
Mischen, Rühren,
Transportieren: 30%
Einsparmöglichkeiten bei Antrieben
Maßnahmen
Systeminstallation oder Erneuerung
energieeffiziente Motoren (EEM)
korrekte Dimensionierung
energieeffiziente Motorreparatur
Antriebe mit veränderlicher Drehzahl
Getriebe/Untersetzungsgetriebe hoher Effizienz
Qualität der Stromversorgung
Systembetrieb und Wartung
Schmierung, Einstellung und Feinabstimmung
12
Einsparpotenzial
2-8 %
1-3 %
0,5-2%
10-50 %
2-10 %
0,5-3 %
1-5 %
Wirkungsgrade von Elektromotoren
13
Kosteneinsparpotential
(Beispiel: 45 kW Motor)
Betriebsstunden [h/a]
2000
Standard Motor
Jährliche Energiekosten 4451
Mittlerer Wirkungsgrad: 91% [EURO]
Preis: 1350 Euro
Jährliche Energiekosten /
3,3
Preis
Hoch Effizienz Motor, HEM Jährliche Energiekosten 4309
Mittlerer Wirkungsgrad: 94% [EURO]
Preis: 1690 Euro
Jährliche Energiekosten /
2,5
Preis
Preisdifferenz
340 Euro (ca. 25 %)
Differenz der jährlichen Energiekosten
142
Einfache Amortisationszeit (HEM vs. Standard)
2,4
14
4000
8901
8000
17802
6,6
13,2
8617
17234
5,0
10,0
284
1,2
568
0,6
Pumpensysteme – mehr als nur eine Pumpe
Konventionelles Pumpensystem
Gesamteffizienz = 31%
Standardmotor
Effizienz = 90%
Drossel
Effizienz = 66%
Anschluss
Effizienz = 98%
Energie-Input 100
Rohrnetz
Effizienz = 69%
Energie-Output 31
Pumpe
Effizienz = 77%
Energieeffizientes Pumpensystem
Gesamteffizienz = 72%
hocheffizienter Motor
Effizienz = 95%
Anschluss
Effizienz = 99%
Energie-Input 43
Energie-Output 31
drehzahlvariabler Antrieb
Effizienz = 96%
15
Rohrnetz mit
geringerer Reibung
Effizienz = 90%
verbesserte Pumpe
Effizienz = 88%
Energieeinsparung bei der
Volumenstromregelung
Bypass
Drossel
Drall
Drehzahl
theoretisch
16
Beispiel elektronische Drehzahlregelung an einem Kühlschmierstoffsystem
Einsparung: 250 MWh/a, Amortisationszeit < 2 Jahre
Quelle "Mercedes-Benz CO2-Projekt"
17
18
„Energieausbeute“ Druckluftantriebe
1Nm3
ohne Berücksichtigung der
pro
Minute
Leckagen u. Druckverluste
DL mit 6 barü
Bohrmaschine ca.
0,8kWWelle
Kompressor ca.
7kWel
19
9:1
Drucklufterzeugung:
Zusammenhang zwischen Stromverbrauch und Einsparpotential
100
Ermitteltes Einsparpotential
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1
10
100
1000
10000
Stromverbrauch für die Drucklufterzeugung [MWh/a]
Quelle: Fraunhofer ISI, Karlsruhe, November 2003
20
100000
Beispiel Druckluft:
Mehr als 30% Effizienz zu interner Verzinsung von 30-40%
Energieeinsparmaßnahme
Anwend-
Effizienz-
Gesamt-
barkeit %
gewinn (%)
Potenzial
(%)
Neuanlagen oder Ersatzinvestitionen
Verbesserte Antriebe (hocheffiziente Motoren, HEM)
25
2
0,5
Verbesserte Antriebe (drehzahlvariable Antriebe, ASD)
25
15
3,8
Technische Optimierung des Kompressors
30
7
2,1
Einsatz effizienter und übergeordneter Steuerungen
20
12
2.4
Wärmerückgewinnung für Nutzung in anderen Funktionen
20
20
4,0
10
5
0,5
Gesamtanlagenauslegung inkl. Mehrdruckanlagen
50
9
4,5
Verminderung der Druckverluste im Verteilsystem
50
3
1,5
5
40
2,0
Verminderung der Leckageverluste
80
20
16,0
Häufigerer Filterwechsel
40
2
0,8
Verbesserte Druckluftaufbereitung,
Kühlung, Trocknung, Filterung
Optimierung von Druckluftgeräten
Anlagenbetrieb und Instandhaltung
Summe
21
32,9
Lebenszykluskosten von motorisch betriebenen Systemen
5%
15%
Energiekosten
Investitionskosten
Wartungskosten
Beispiel Druckluftkompressor
Leistung 110 kW
80%
Lebensdauer 15 a
Betriebsstunden 4000 h/a
Energiepreis 6 ct/kWh
Viele Maßnahmen sind hochrentabel,
weil die Energiekosten 80 bis 95 % der Lebenszykluskosten ausmachen.
22
Interne Verzinsung von Energieeinsparinvestitionen als Funktion von
Amortisationszeit und Lebensdauer
geforderte Amorti-
Interne Verzinsung in % pro Jahr1)
sationszeiten
Anlagennutzungsdauer (Jahre)
Jahre
3
4
5
6
7
2
24%
35%
41%
45%
47%
49% 49,5% 50%
3
0%
13%
20%
25%
27%
31%
32%
33%
0%
8%
13%
17%
22%
23%
24%
0%
6%
10%
16%
17% 18,5%
4
5
6
8
unrentabel
0%
10
12
15
4% 10,5% 12,5% 14,5%
4,5%
7%
1)
9%
unterstellt wird eine kontinuierliche Energieeinsparung über die gesamte Anlagennutzungsdauer
abgeschnittene rentable Investitionsmöglichkeiten
23
Fördernde Faktoren:
Energieeffizienztechnologien & TCO
Quelle: Erhebung Modernisierung in der Produktion 2009, Fraunhofer ISI, N (KWK)= 1.153,
N (Prozess) = 1.163, N (Pumpen)1.371, N (E-Motor) = 1.380, N (Stand-by) = 1.385
24
Fördernde Faktoren:
Effizienztechnologien und Umweltkennzahlensysteme
Betriebe mit UKZ
Betriebe ohne UKZ
Elektromotoren mit
Drehzahlregelung
64%
44%
Rückgewinnung von Bewegungsund Prozessenergie
50%
28%
Steuerungskonzept zur Abschaltung
von Maschinen in
Schwachlastzeiten
47%
23%
21%
Kraft-Wärme(-Kälte)-Kopplung
13%
19%
Einsatz von Hocheffizienzpumpen
8%
11%
Wärmearme Fügeverfahren
5%
0%
20%
40%
60%
80%
Anteil von Betrieben mit Nutzung der Einspartechniken
Erhebung Modernisierung der Produktion 2009, Fraunhofer ISI
Quelle: Erhebung Modernisierung in der Produktion 2009, Fraunhofer ISI, N (KWK)= 1.153,
N (Prozess) = 1.163, N (Pumpen)1.371, N (E-Motor) = 1.380, N (Stand-by) = 1.385
25
Weitere Gründe, warum viele Betriebe nur einen Teil
der rentablen Potentiale realisieren
26
Ÿ
Mangelnde energietechnische Kenntnisse und Marktüberblick bei
Betrieben und Beratern
Ÿ
Hohe innerbetriebliche Such- und Entscheidungskosten
(Transaktionskosten)
Ÿ
Andere Prioritäten der Geschäftsleitung (Arbeitsproduktivität,
Umsatzsteigerung, Produktqualität)
Ÿ
Begrenzt gute Erfahrungen mit externer Beratung,
Energieverantwortlicher will sein Gesicht nicht verlieren
Ÿ
Keine Produktionslinien-bezogene Messung und Rechnungsstellung
für Energie und Medien, sondern Gemeinkosten-Konzept
Energie Effizienz Netzwerke nach LEEN
Zeitspanne 3 bis 4 Jahre
Phase 0
(3 – 9 Monate)
Phase 1
(5 – 10 Monate)
Informationsveranstaltung
Identifizierung
von
wirtschaftlichen
Energieeinsparpotenzialen
Konzept
- Organisation
- Ablauf
- Kosten
Letter of intent/
- Initialfragebogen
- BetriebsBegehung
- Initialbericht
Zielvereinbarung
Offizieller Start
des Netzwerks
- Energiereduktion
- CO2-Reduktion
Phase 2
(2 – 4 Jahre)
Festlegen relevanter Themen
Regelmäßige Treffen
(3 - 4 pro Jahr):
- Betriebsbegehungen
- Fachvorträge von Experten
- Ergebnispräsentationen
realisierter Maßnahmen
- Erfahrungsaustausch
Monitoring der Ergebnisse
27
Energieeinsparung Modell Hohenlohe
•Energiekostenreduktion ab 2007: ca. 120.000 €/ a
Basierend auf 9 Unternehmen
•CO2-Reduktion ab 2007: ca. 17.000 t/ a
•Gewinn pro reduzierter Tonne CO2: 10 – 20 €
Durchschnitt aller
bisheriger Netzwerke:
Verminderung des
spezifischen Energieverbrauchs um 2 bis 3 %
pro Jahr (Durchschnitt
der Industrie 1 % pro
Jahr)
28
Mittelwerte aus 70 ausgewerteten
Initialberatungen
Vorgeschlagene Maßnahmen pro Betrieb
25
Wirtschaftliche Maßnahmen pro Betrieb
17
Investition für wirtschaftl. Maßn. pro
Betrieb
Jährliche Einsparung pro Betrieb
ca. 100.000 €/a
Jährliche CO2-Reduktion pro Betrieb
ca. 500 t/a
Interne Verzinsung (wirtschl. Maßn.)
ca. 38 %
Statische Amortisationszeit
(wirtschaftliche Maßnahmen)
29
230.000 €
2,3 Jahre
Schlussfolgerungen –
Energieeffizienz als Innovationsmotor
 Es existieren genügend wirtschaftliche Energie- und THG-Einsparpotenziale,
um auch bei einem beschleunigten Umbau der Energiewirtschaft
anspruchsvolle Energie- und Klimaziele zu erreichen.
 Die Energieeffizienz ist hoch rentabel, aber unentdeckt und es ist nicht
einfach, sie rechtzeitig im Re-Investitionszyklus anzupacken.
 Energieeffizienz ist eine Versicherung gegen die Wirkung steigender
Energiepreise.
 Energieeffizienz schafft Arbeitsplätze: durch IEKP bis 2020 Schaffung von
380.000 bis 630.000 neuen Arbeitsplätzen möglich.
 Ordnungsrechtliche Instrumente und ihre bessere Kontrolle, stärkere
finanzielle Anreize sowie ggf. preis- u./o. mengenpolitische
Steuerungsmechanismen können zu einer stärkeren Ausschöpfung der
Potenziale beitragen.
30
Heutige
Situation
Energieeffizienz
Neu denken
Neu gestalten
Nachbessern
Zeit
31