Managen statt verschwenden

Dr. Imad Jenayeh

Vor dem Hintergrund der Liberalisierung der Energiemärkte für Strom hat sich die Beschaffung von Energie aus Sicht von Industrieunternehmen stark verändert. Die Folgen des Wettbewerbs auf dem Energiemarkt sind konkurrenzfähige Preise, individuelle Vertragsbedingungen und alternative Beschaffungsmöglichkeiten, z. B. über Strombörsen. Dabei profitieren die Unternehmen am meisten, die in der Lage sind, flexibel am Energiemarkt zu agieren.

Hinzu kommt, dass Versorgungsverträge heute oft mehr oder weniger komplizierte Abrechnungsmodelle besitzen und somit erhebliche Informationsanforderungen an den Verbraucher stellen. So werden beispielsweise abrechnungsrelevante Verbrauchsprognosen gefordert. Daher bieten gute Prognosen Chancen zur Kostensenkung. Weiterer Druck entsteht durch Umweltschutzanstrengungen, die eine ständige Erhöhung der Energieeffizienz erfordern. Es besteht daher ein ständig steigender Bedarf, energiesparende Produkte einzusetzen, Einsparpotenziale zu suchen und an neuen Strategien im Energiebezug, in der -verteilung und -versorgung zu arbeiten. Dies erleichtern Energiemanagementsysteme (EMS). Sie leisten bei all diesen Problemen eine unverzichtbare Hilfe. Sie ermöglichen die Planung, Steuerung und Kontrolle aller Energieströme und die Nutzung vorhandener Freiheitsgrade zur Minimierung der Energiekosten. Zunächst muss hierzu ein Unternehmen klären, welche Energien und Medien im EMS abgebildet werden sollen und welche Betrachtungsgrenze gewählt wird. Typische Energien und Medien sind neben Strom und Gas auch Dampf, Wasser, Druckluft usw. Der Umfang des EMS kann sich von einem Betrieb über das ganze Unternehmen bis zu einem Konzern mit mehreren Standorten erstrecken. Für alle diese Anwendungen bestehen mit der hier vorgestellten Lösung bereits praktische Erfahrungen. Die Grafik zeigt eine Übersicht, die ein Unternehmen als Energiesystem darstellt. Anhand des Energiesystems kann zusammen mit dem Kunden der Umfang eines EMS festgelegt werden.

Zu den wichtigsten Funktionen eines EMS gehört die Prognoseerstellung. Die für eine optimale Planung benötigte, möglichst genaue Prognose des Energiebedarfes wird für viele Verbraucher mit besseren Konditionen belohnt. Daher muss ein EMS-System in die Zukunft gerichtet den Energie-bedarf planen und darauf basierend eine Prognose für den Energieversorger erstellen. Sie ist die Basis für die Abrechnung und wird üblicherweise getrennt für Strom, Dampf und Gas erstellt. Die Prognosen erstrecken sich für Strom typischerweise im 15-min.-Raster über den nächsten Tag bis zu einer Woche. Darin werden vom EMS sofort interne Abhängigkeiten für die Energiewandlung berücksichtigt. Dies ist bei Betrieben mit eigener Dampfwirtschaft und Eigenerzeugung von Strom der Fall. Für eine Prognose an einen externen Versorger ist es zwingend, neben der Stromprognose auch die Dampfprognose zu erstellen. Damit wird die Eigenerzeugung bestimmt und schließlich der extern notwendige Bezug abgeleitet.

Für die strukturierte Prognoseerstellung wird das Energiesystem in einzelne Einheiten aufgeteilt. Kriterien sind ihre Relevanz z. B. durch einen bedeutenden Anteil am Gesamtverbrauch. Weiterhin werden solche Prognoseeinheiten gewählt, die individuell planbar sind und einen charakteristischen Lastgang aufweisen. Für jede Einheit wird eine geeignete Methode gewählt. Als Prognosemethoden kommen zum Einsatz:

Weiterhin bieten auch What-if-Simulationen erweiterte Möglichkeiten zur Planung der Versorgung. Um den vorangemeldeten Energiebedarf (kosten-)optimal zu decken, bedarf es einer exakten Planung. Konkret werden die zur Verfügung stehenden Versorgungsquellen zu günstigsten Kosten kombiniert. Im Falle eines einzelnen Versorgungsvertrages ist dies noch ein einfacher Vorgang ohne Auswahlmöglichkeiten und Optimierungspotenzial. Bei mehreren alternativen Versorgungsmöglichkeiten mit teils komplizierter Struktur sowie Eigenerzeugung und Berücksichtigung der Brennstoffkosten, ist diese Aufgabe unmöglich ohne EMS zu lösen. Das EMS kann anhand eines Modells des Energiesystems mit allen Beschränkungen und Kosten eine optimale Lösung vorschlagen. In diesem Zusammenhang sind auch Szenariorechnungen möglich, mit denen Alternativen berechnet werden können. Interessante Fragen sind hier z.B. wie sich Preisänderungen auswirken würden oder welche Kosten mit Laständerungen verbunden wären. Solche Szenarien sind für den Kunden oftmals in der Übergangszeit vor einem neuen Vertrag interessant. Das EMS berücksichtigt dann noch die aktuell gültigen Vertragsbedingungen und kann gleichzeitig schon die Energieversorgung unter den neuen Vertragsbedingungen im Szenariomodus berechnen. Bei Verträgen, die auf Prognosen beruhen, sind diese abrechnungsrelevant. Die Erstellung guter Prognosen bedeutet daher direkt eine Kosteneinsparung, da ungenaue Prognosen sofort mit Mehrkosten verbunden sind. Der Überwachung des realen Verbrauches im Vergleich zu den Prognosen kommt daher große Bedeutung zu. Durch die Extrapolation auf das Periodenende ist sofort ein Vergleich mit der Prognose möglich und zugehörige Mehr-/Minderkosten werden berechnet.

Eng mit der Überwachung verbunden sind die Funktionen des Lastmanagements. Hierunter fallen alle Maßnahmen, die den Verbrauch so beeinflussen, dass Abweichungen zu den Prognosen bzw. vertraglich festgelegten Grenzen minimiert werden. Beispiele dafür sind die Abschaltung von Verbrauchern, die Leistungsreduzierung, variable Eigenerzeugung usw. Je umfangreicher die Möglichkeiten zum Lastmanagement sind, desto geringer können die Anforderungen an die Prognosegenauigkeit sein.

EMS ermöglichen die genaue Abrechnung der verbrauchten Energiemengen und zugehöriger Kosten auf die tatsächlichen Verbraucher. Dies schafft Transparenz und bietet neue Ansätze zum effizienteren Einsatz von Energie. Gerade bei einer Versorgung, die auf Prognosen beruht, ist eine Belohnung bzw. Pönalisierung der einzelnen Verbraucher notwendig, damit ein individueller Anreiz entsteht.

Ein vollständiges EMS besteht aus mehreren Ebenen. Im Feld ist es zunächst notwendig, die abzubildenden Energieflüsse messtechnisch zu erfassen. Hierzu wird möglichst auf bestehende Messungen zurückgegriffen, die bereits in Leitsystemen vorhanden sind. Sie werden über Schnittstellen ins EMS integriert. Dort, wo neue Instrumentierung erforderlich ist, werden die Signale örtlich verteilt erfasst.

Ziel ist es, alle Messungen online zur Verfügung zu haben. Alle Messungen laufen in einer Echtzeitdatenbank zusammen. Sie verarbeitet alle Messwerte, führt Berechnungen aus und archiviert die Daten in geeigneten Zeitrastern. Weiterhin kommen notwendige Daten aus diversen Planungssystemen wie PPS, CMMS und BDE.

Mit der zuvor beschriebenen Lösung hat ABB inzwischen eine ganze Reihe von EMS weltweit mit unterschiedlichem Umfang aufgebaut. In der wichtigen, intensiven Beratungs- und Spezifikationsphase werden neben technischen Fragen (Instrumentierung, Schnittstellen) vor allem konzeptionelle Probleme geklärt. Im Vordergrund steht meist die Prognoseerstellung und das Lastmanagement. In dieser Phase wird jeweils eine individuelle Lösung für den Kunden erarbeitet.

Nach der Spezifikation folgen Implementierung, Werkstest, Inbetriebnahme, Abnahmetest und ein Probebetrieb. Letzterer hat sich als sehr wichtig erwiesen. Ein funktionierendes EMS hat neben dem technischen auch einen organisatorischen Aspekt. Die Arbeit mit dem EMS, insbesondere die Prognoseerstellung, muss sich im betrieblichen Alltag etablieren. Dabei hat jeder Kunde seine individuelle Lernkurve bis er das EMS optimal nutzen kann.

Moderne EMS helfen Kunden in der Prozessindustrie, ihre Energiebeschaffung und interne Energieverwendung zu optimieren. Nur durch ein leistungsfähiges EMS sind die neuen Möglichkeiten bei der Energiebeschaffung nutzbar. Gleichzeitig wird durch den Aufbau eines EMS die interne Transparenz bzgl. der Energieverwendung enorm gesteigert. Dies motiviert alle Beteiligten zu großen Anstrengungen bei der Energieeinsparung, da erstmals Verbrauch und Kosten individuell sichtbar sind. Somit werden gleichzeitig die Kosten gesenkt und die Umwelt geschont.

dei 464

Optimierung der Wertschöfpungskette

Energiemanagementlösungen