Systemoptimierung und Energieeinspar-Contracting: Geringere Druckluftkosten – ohne zusätzliche Investitionskosten

Druckluft ist einerseits ein äußerst vielseitig einsetzbarer Energieträger und daher für die meisten produzierenden Betriebe unentbehrlich. Andererseits erfordert Drucklufterzeugung viel elektrische Energie, die langfristig immer teurer wird. Doch es lässt sich wirksam gegensteuern: Systematische Optimierung kombiniert mit einem Betreibermodell wie dem Energieeinspar-Contracting kann die Druckluftkosten deutlich senken – und zwar, ohne das Betriebsbudget mit hohen Investitionen zu belasten.

: Kompressorstation mit übergeordneter Steuerung (Ausschnitt)

Wer mit Hilfe von Druckluft effizient produzieren will, ist auf höchstmögliche Verfügbarkeit dieses Energieträgers sowie auf möglichst niedrige Gesamtkosten der Druckluftversorgung angewiesen. Doch von welchen Kosten ist hier die Rede? Es sind vor allem Energiekosten, denn: Selbst in optimierten Druckluftsystemen beanspruchen diese einen Anteil von knapp 70 Prozent der Gesamtkosten. Ein Kleinbetrieb mit einem Druckluftverbrauch von 90.000 m³/Jahr muss heute bei 1.500 Betriebsstunden (Bh) jährlich mit etwa 2.000 Euro rechnen. Mittlere Betriebe kommen je nach Verbrauch auf 25.000 bis 40.000 Euro (bei 3.000 Bh), Großbetriebe auf 360.000 bis 650.000 Euro (bei 6.000 Bh) (siehe Anmerkung 1). Diese Belastung droht durch erhöhten Bedarf und weitere Preissteigerungen noch erheblich zuzunehmen.

Einsparpotentiale ganzheitlich betrachten

Da Druckluftanlagen meist komplexe Systeme sind, müssen sie ganzheitlich analysiert und optimiert werden. Begrenzte Maßnahmen hingegen, wie etwa der Austausch eines älteren Kompressors gegen einen neuen, drehzahlgeregelten, haben erfahrungsgemäß nur begrenzte Wirkung. Als Wegweiser ganzheitlicher Optimierung hat sich das in enger Zusammenarbeit von Anwenderbetrieb und Druckluft-Fachleuten durchgeführte Druckluft-Audit erwiesen.

Druckluft-Audit: Computergestützte Analyse und Optimierung

Ausgehend von den Anwendungen ermittelt es mit Hilfe moderner Datenloggertechnik den tatsächlichen Druckluftverbrauch, seine Struktur und die wesentlichen Kostentreiber. Dazu gehören vor allem Verluste durch Leckagen, zu hoher Betriebsdruck, zu geringe Querschnitte im Rohrleitungsnetz sowie fehlende oder unzureichende Systemsteuerung. Zu berücksichtigen ist außerdem die gesamte Betriebs- und Gebäudestruktur, denn sie übt starken Einfluss auf die Druckluftverteilung aus. Auch veraltete Systemkomponenten beeinträchtigen die Effizienz erheblich. Sie müssen im Rahmen der Optimierung durch moderne Komponenten wie etwa Schraubenkompressoren mit energiesparenden Eff1-Motoren, Kältetrockner mit Aussetzregelung, niveaugesteuerte Kondensatableiter etc. ersetzt werden. Allein in den Kompressorstationen finden sich oft Einsparpotentiale von 30 Prozent und mehr.

Simulation von Alternativen

Nach der Datenerhebung errechnet eine spezielle Software den Energiebedarf der analysierten Station und stellt ihn dem einer optimierten Station gegenüber. Die Software kann außerdem alternative Systemvarianten simulieren. Aus dem Vergleich dieser Varianten und einer Amortisationsberechnung ergibt sich dann für den Fachmann der Umfang der erforderlichen Optimierung: Neukonfiguration des Anlagenbestands, teilweiser oder vollständiger Ersatz. Erfahrungsgemäß lässt sich durch Druckabsenkung, Verringern der Verluste durch Leckagen, effiziente kompressorinterne und übergeordnete Steuerung und modernste Systemkomponenten viel Energie einsparen. Ganz erheblich ist der zusätzliche Einspareffekt durch Nutzen der Kompressorabwärme über ein Wärmerückgewinnungssystem: Immerhin lassen sich so bis zu 94 % der einem Kompressor zugeführten elektrischen Leistung wärmetechnisch nutzen.

Druckluft-Management: Betriebs- und Kostentransparenz

Ziel jeder Druckluft-Systemoptimierung sollte eine maßgeschneiderte Komplettlösung für den jeweiligen Anwenderbetrieb sein. Diese Lösung besteht nicht nur aus leistungsstarken und effizienten Einzelkomponenten; um ihr Effizienzpotential voll ausschöpfen zu können, bedarf es zusätzlich eines übergeordneten Druckluft-Managementsystems mit Auditfunktion. Moderne Systeme dieser Art basieren auf leistungsstarken Industrie-PC mit hoher Rechnerleistung und großem Arbeitsspeicher. Sie dienen zugleich als übergeordnete Steuerung, Monitoring-System und Webserver. Das Druckluft-Managementsystem stimmt den Betrieb aller Kompressoren genau und höchst energieeffizient aufeinander und auf den jeweiligen Druckluftverbrauch ab. Darüber hinaus liefert es Informationen über den Druckluftverbrauch, den Wartungszustand der einzelnen Kompressoren und weiterer Systemkomponenten sowie über Energieverbrauch und -kosten. Das System erzeugt in Echtzeit tabellarische und grafische Darstellungen der wichtigsten Informationen. Dazu gehören etwa Druckschwankungen, Druckluftverbrauch und genaue Energieverbrauchsdaten aller Kompressoren.

Benchmarking zu anderen Systemen

Die Steuerung kann außerdem alle diese Daten bis zu einem Jahr in einem Langzeitspeicher archivieren. So ist es möglich, für diesen Zeitraum Maschinenlaufzeiten, Nutzungsgrade, Energieverbrauchsdaten und -kosten rückwirkend darzustellen und auszuwerten. Das System liefert Kostenstellenberichte für die Druckluft und eine automatische Berechnung der "Güteziffer" der Kompressorstation hinsichtlich ihres spezifischen Leistungsbedarfs und der spezifischen Druckluftkosten. Der Betreiber erhält also umfassende Transparenz hinsichtlich der Kosten und Energieflüsse des Systems. Damit wird effektives Druckluft-Controlling durch Kostenüberwachung und Kostenvorgaben ebenso möglich wie das Benchmarking zu anderen Druckluftsystemen.

Einsatz energiesparender Druckluftverbraucher

Ein weiterer Schritt und eine mehr als sinnvolle Ergänzung aller genannten Maßnahmen auf Seiten der Drucklufterzeugung besteht in der Effizienzoptimierung der Druckluftverbraucher. Auch hier sollten – zumindest nach und nach – "Energiefresser" durch sparsamere Maschinen und Werkzeuge ersetzt werden. Insgesamt ergeben sich zehn wesentliche Optimierungsschritte:

Druckluft-Managementsystem mit Auditfunktion installieren,
Spitzenlast-,
Mittellast- und
Grundlastkompressoren mit verbrauchsangepassten Steuerungen einsetzen,
den Druck (soweit möglich) reduzieren,
Leckagen verringern,
Wärmerückgewinnung nutzen,
Einsparmöglichkeiten bei der Druckluftaufbereitung nutzen,
die Druckluftverteilung optimieren,
die Energieeffizienz der Verbraucher optimieren.

Der Stellenwert und die Reihenfolge der einzelnen Schritte sind von der Situation im Anwenderbetrieb abhängig. Grundlage der Optimierung muss in jedem Fall eine gründliche, ganzheitliche Systemanalyse sein.

Finanzierungsmodell Energieeinspar-Contracting

Aktuell steht zur Erschließung der Energieeinsparpotentiale die Nutzung von "Energieeinspar-Contracting"in nahezu allen Bereichen der Wirtschaft und zunehmend auch bei Kommunen im Fokus von Realisierungsentscheidungen.

Im Kern zielt ein Contractingmodell zur Energieeinsparung auf die Veränderung bzw. Optimierung bestehender energieintensiver Anlagentechniken, wie z. B. einer Druckluftanlage, einschließlich deren Finanzierung und Garantieübernahme für die Einsparung. In der Regel sind auch Wartung und Reparatur Bestandteil dieses Modells und damit finanziell und materiell über den Contractingvertrag abgesichert. Die erforderliche Refinanzierung erfolgt ausschließlich auf Basis der eingesparten Energie.

Refinanzierung auf Basis Einsparung

Da der Kunde/Nutzer die Energiekosten auf Basis seines betrieblichen Istzustandes bereits an seinen Energielieferanten abführt, stehen die eingesparten Energiekosten aus der geplanten Prozessoptimierung für den Kapitalbedarf der Gesamtmaßnahme zur Verfügung. Voraussetzung dafür ist, dass die eingesparte Energie den Investitionsaufwand in vertretbaren Zeiträumen rechtfertigt.

Konkret heißt das: Der Nutzer bekommt neue energieoptimierte Technik inklusive aller erforderlichen Dienstleistungen zur Sicherung der Funktion, ohne dass dafür zusätzliche finanzielle Aufwendungen entstehen.

Weitere Vorteile des "Rundum-Sorglos-Paketes"sind die definierte und garantierte Energieeinspargarantie, die Schonung der eigenen Bilanz, die technische und kaufmännische Risikofreiheit für den zu optimierenden Prozess sowie die Möglichkeit des kostenfreien Abbaus von Investitionsstau. Die Erfahrungen haben gezeigt, dass die Einsparpotentiale von Druckluftanlagen häufig allein ausreichen um Neuanlagen ohne zusätzliche Investitionskosten zu realisieren.

Natürlich bietet sich immer eine Komplexanalyse mit anderen Gewerken wie Heizung, Klima, Beleuchtung und Kälte an, um prozessbeeinflussende Faktoren wie die Abwärme von Kompressoren und die dann eventuell mögliche Quersubventionierung von Einsparpotentialen im Sinne der Refinanzierungszeit für die Gesamtmaßnahme zu nutzen.

Anmerkung 1:
Folgende Daten wurden bei der Berechnung zugrunde gelegt:

Kleinbetrieb: installierte Kompressorenleistung: 7,5 kW, Liefermenge: 1 m³/min, Druckluftverbrauch: 90.000 m³/a, Betriebsstunden: 1.500 h/a
Mittelbetrieb: installierte Kompressorenleistung: 55/90 kW, Liefermenge: 10/16 m³/min, Druckluftverbrauch: 1.800.000/2.900.000 m³/a, Betriebsstunden: 3.000 h/a
Großbetrieb: installierte Kompressorenleistung: 500/900 kW, Liefermenge: 100/180 m³/min, Druckluftverbrauch: 36.000.000/65.000.000 m³/a, Betriebsstunden: 6.000 h/a

Anmerkung 2:
Siehe dazu: Blaustein, Edgar; Radgen, Peter (Hrsg.): Compressed Air Systems in the European Union. Energy, Emissions, Savings Potential and Policy Actions. Stuttgart 2001.

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Johann Varga
RKW Sachsen GmbH Dienstleistung und Beratung
Prokurist und Bereichsleiter RKW Expert
Tel.: 0351 8322-350
E-Mail: varga@rkw-sachsen.de

Artikel vom 16.03.2009

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