IA CC 088/11

Energiekosten trimmen

Aktives Lastmanagement in der Kunststoffverarbeitung
Simatic WinCC powerrate überwacht die Stromabnahme in Echtzeit und stellt die Leistungswerte dar. Analoganzeigen und Kurvenverläufe geben einen schnellen und präzisen Überblick über den aktuellen Verbrauch.
Kunststoffverarbeitung bedeutet in fast jedem Fall einen hohen Energiebedarf zu kalkulieren. Besonders teuer sind Lastspitzen. Um Überschreitungen auszuschließen und das vereinbarte Limit des Energieversorgers einzuhalten, hat eine schwäbische Firma in ihrer Kunststoffverarbeitung eine Lösung für effizientes Lastmanagement installiert.

Seit der Gründung im Jahr 1961 entwickelte sich Gardena vom Handelshaus für Gartengeräte zum weltweiten Hersteller von Produkten und Systemen für die Gartenpflege. Im Jahr 2007 übernahm die schwedische Husqvarna-Gruppe das Unternehmen. Zu den Tochtergesellschaften der Gardena mit Sitz in Ulm gehört unter anderem die Gardena Manufacturing in Heuchlingen, wo Kunststoffprodukte für Gartengeräte sowie Bewässerungstechnik gefertigt werden. Hinzu kommt die Entwicklung und Fertigung von OEM-Produkten.

Pro Jahr verarbeiten die 260 Mitarbeiter des Heuchlinger Werks auf den 100 Spritzgießmaschinen 11.000 Tonnen Kunststoffgranulat zu rund 500 Millionen Teilen. Produziert wird an sieben Tagen pro Woche an 330 und 335 Tagen im Jahr. „Unser Ziel war, eine Lösung zu finden, die zeitnah einen präzisen Überblick der Verbrauchswerte liefert und frühzeitig kostenintensive Lastspitzen aufdeckt“, erläutert Harald Wöhrle, zuständig für den Bereich Maintenance Building and Equipment. „Wir arbeiten von Montag bis Freitag im Drei-Schicht-Betrieb und beziehen im Mittel zwischen 2 und 2,3 MW an elektrischer Leistung.

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Leistungsspitzen führen zu erheblichen Mehrkosten

Am Wochenende sinkt der Energiebedarf je nach Auslastung auf 1 bis 2 MW. Montagmorgens steigen die Anforderungen erneut an – ein ideales, da immer wiederkehrendes Verbrauchsmuster für jeden Energieversorger“, so Harald Wöhrle.

Stromlieferverträge haben zwei Bestandteile: Den Preis für die gelieferte Arbeit in Kilowattstunden und den Leistungspreis für die Spitzen-Anschlussleistung in Kilowatt. Während es bei Unterschreitungen der Spitzenleistung keine Gutschrift gibt, werden Überschreitungen am Ende einer Abrechnungsperiode immer nachverrechnet. Selbst eine Leistungsspitze von nur wenigen Minuten im Jahr führt bereits zu erheblichen Mehrkosten. Dieser Kostenanstieg lässt sich mit einem Lastmanagement-System eliminieren. Es misst Verbrauchswerte indem es Energieimpulse und Zeitsignale auswertet und erstellt eine Hochrechnung auf das Ende der viertelstündlichen Messperioden. Droht eine Überschreitung, schaltet das System einzelne Verbraucher entsprechend einer Prioritätenliste automatisch ab.

Im Frühjahr 2010 wurde bei Gardena im Zuge des Umbaus einer Trafostation die Lastmanagement-Lösung installiert. Sie umfasst einen PC-Arbeitsplatz mit der Software Simatic WinCC Powerrate zur Erfassung, Visualisierung und Steuerung der Prozesse für das Lastmanagement. Die Grafikformate passten die Gardena-Mitarbeiter individuell an. Dazu Harald Wöhrle: „Für uns war die Messwerterfassung und -auswertung in Echtzeit sehr wichtig und ebenso der automatische Lastabwurf. Inzwischen können wir die Verbrauchswerte präzise messen und protokollieren.“

Für die verschiedenen Aufgaben sind neun Multifunktionsmessgeräte Sentron PAC – entsprechend der Transformatorenzahl – installiert. Sie erfassen Spannungen, Ströme und Leistungen und leiten die Informationen weiter an die Software weiter. Sie vergleicht die Messwerte mit den zwischen Energielieferant und Gardena vereinbarten Leistungsgrenzen und erstellt anhand der Informationen eine Hochrechnung jeweils auf das Ende des viertelstündlichen Messzyklus. Kommt die Versorgungsleistung in einen kritischen Bereich – vereinbarter Grenzwert droht verletzt zu werden – wird über das Haustechniknetz einen Befehl an die zugeordnete Simatic-S7-Steuerung geleitet, Last gemäß der Prioritätenliste in Schritten von 20 bzw. 25 kW abzuwerfen, bis der Anstieg gestoppt ist. Ist das Limit unterschritten gibt WinCC die Verbraucher wieder frei.

Die neun Transformatoren sind so ausgelegt, dass sie mit 50 bis 65 Prozent ihrer Nennleistung laufen, was nach Aussage Wöhrles der optimale Betriebsbereich ist. Bei höherer Beanspruchung würde die Verlustleistung überproportional steigen. „Durch unser Vorgehen haben die Trafos ausreichend Reserven für eventuelle Leistungsspitzen. Selbst ein kurzzeitiger Anstieg auf hundertprozentige Leistung ist problemlos zu verkraften. Würden wir allerdings von Beginn an mit höherer Last fahren, könnte eine kritische Situation entstehen.“ Harald Wöhrle gibt zu bedenken, dass bei hoher Auslastung und hohen Außentemperaturen der Kühlleistungsbedarf erheblich steigt, was wiederum einen gesteigerten Energiebedarf nach sich zieht.

Energiekosten senken

Ein Ansatz, Energiekosten zu senken, findet sich im energieintensiven Bereich Trocknung. Viele der verarbeiteten Granulate müssen vorgetrocknet werden, um die gewünschte Qualitäte zu erreichen. Mit der Lastmanagement-Software ermitteln die Gardena-Mitarbeiter die günstigsten Zeitpunkte für das Anstoßen der Trocknungsprozesse. Die Trocknungsanlage entzieht dem Granulat die verbliebene Feuchtigkeit und bindet sie im Trocknungsmittel. Während der Regenerationsphase wird das Wasser durch Wärmezufuhr wieder verdampft. Der Regenerationsprozess läuft zwar zu Zeiten mit Lastsenken, aber für den Fall, dass Engpässe entstehen, ist in der Software für die Trocknung ein mehrstufiger Leistungsabwurf vorgesehen. Mittlerweile ist Gardena in der Lage, in Spitzenzeiten für 30 bis 60 Minuten bis zu 300 kW Last abzuwerfen. Das entspricht etwa 10 Prozent des gesamten Leistungsbezugs.

Transparenz im Energieverbrauch

Vor der Einführung der Lastmanagement-Lösung standen den Mitarbeitern ausschließlich die Angaben des Energieversorgers zur Verfügung, um den Verbrauch nachzuvollziehen. Heute liefert die Software auf einen Blick permanent Energie- und Leistungswerte und überwacht die Limits gemäß Vorgaben. Kurvendiagramme machen den Energiebedarf transparent und zeigen das jeweilige Lastprofil an. Die mitgelieferten Faceplates ermöglichen den Datentransfer im Microsoft Excel-Format ins SAP-System, wo sie dem Controlling für eine verursachergerechte Aufteilung der Energiekosten sowie Last- und Bedarfsprognosen zur Verfügung stehen, sodass sich die Planungssicherheit erhöht. Die optimierte Energieauslastung hilft Gardena, teure Verbrauchsspitzen zu vermeiden und ungenutzte Reserven besser auszuschöpfen. Daher plant das Unternehmen, in einem nächsten Schritt neben dem Stromverbrauch auch den Gas- und Wasserverbrauch mithilfe des Management-Systems zu optimieren.

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