Neue Wege bei der Energiespeicherung
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Neue Wege bei der Energiespeicherung
Ausgabe 1 | Januar 2014 | siemens.de/processnews process news Das Magazin für die Prozessindustrie Neue Wege bei der Energiespeicherung Lösungen für Power-to-Gas process news 1/2014 | Inhalt Neue Wege bei der Energiespeicherung Power-to-Gas-Anlagen sind eine vielversprechende Antwort auf die zurzeit größte Herausforderung bei der Energiewende – die Speicherung von Ökostrom. Siemens entwickelt für diese Zwecke zuverlässige und sichere Automatisierungssysteme und hat bereits erste Anlagen ausgerüstet – darunter die weltweit größte Power-to-Gas-Anlage im niedersächsischen Werlte Titelbild: AUDI AG Editorial Engineering 03Energie effizienter nutzen, Wettbewerbsfähigkeit steigern 22Daten-Kraftwerk Comos verbessert das Daten- und Dokumenten management bei den Stadtwerken Hannover Titel 04 Neue Wege bei der Energiespeicherung Ökostrom speichern mit Power-to-Gas 06 „Die Energiewende ist nicht aufzuhalten“ Interview mit Eicke Weber, Fraunhofer Gesellschaft 08 Ein Schlüssel zur Energiewende Automatisierung von Power-to-Gas-Anlagen 11 „Grüner Wasserstoff“ Innovatives System für die PEM-Elektrolyse Energie-Audit 12 Gute Gründe für Umweltschutz Merck Serono reduziert Energieverbrauch dank Energie-Audit Energiemanagement Antriebstechnik 24 Süßer Erfolg Sunshine Sugar spart dank moderner Antriebstechnik 40 % Energie ein 26 Für „Feldarbeiten“ prädestiniert Die Eggersmann Gruppe profitiert von robusten Sinamics Umrichtern Nahrungsmittel und Getränke 28 Gut geplant, effizient gebraut Sitrans LR560 überzeugt in der Karmeliten Brauerei Prozessinstrumentierung 30 Sauber bleiben Die richtigen Prozessinstrumente für die hygienegerechte Gestaltung von Prozessanlagen 16 Einfach transparent Energieverbrauch analysieren mit B.Data Web Exclusive Erneuerbare Energien 32Neues Video zur Gasanalytik, Artikelserie zu Biogasprojekten auf process news online, neues Sipat-Special im Web 18 Zukunft energiegeladen Komplettlösung für eine Anlage zur Vergärung von organischen Abfallstoffen Dialog 33 Apps, Online, Heftvorschau 2 Energie effizienter nutzen, Wettbewerbsfähigkeit steigern Siemens AG Editorial | process news 1/2014 Der Energiehunger der Welt ist gewaltig und wird in den kommenden 30 Jahren um etwa weitere 60 Prozent zunehmen. Gleichzeitig steigen die Energiepreise. So haben sich zum Beispiel in Deutschland die Kosten für Industriestrom in den vergangenen zwei Jahrzehnten um rund die Hälfte erhöht; der Gaspreis hat sich mehr als verdoppelt. Vor allem für die energieintensive Prozessindustrie wird das Thema Energieeffizienz daher immer bedeutender. Wir möchten Ihnen in diesem Heft zeigen, wie Unternehmen Energie intelligenter nutzen und somit ihre Wettbewerbsfähigkeit erhöhen können. Industrieunternehmen haben grundsätzlich zwei Möglichkeiten, ihre Energiekosten zu senken: Zum einen können sie selbst Energie produzieren, etwa durch die Nutzung von Abwärme oder Abfallstoffen, aber auch mithilfe von Windkraft- oder Photo voltaikanlagen. Zum anderen können sie ihren Energieverbrauch senken. Aus regenerativen Quellen erzeugte Energie, die nicht ins Netz eingespeist werden soll, muss zuverlässig gespeichert werden. Denn das Angebot kann stark schwanken. Siemens hat hierfür ein System entwickelt, das Strom in lokal speicherbaren Wasserstoff, Methan oder Methanol umwandelt. Diese Stoffe lassen sich bei Bedarf wieder verstromen oder für chemische Verfahren nutzen. Wie das alles funktioniert, erklärt unsere Titel geschichte. Siemens-Produkte und -Systeme können aber auch dazu beitragen, Produktionsabfälle für eine autarke Energieversorgung zu nutzen, wie das Beispiel des fränkischen Unternehmens Südleder zeigt. Wir unterstützen unsere Kunden außerdem bei der Reduzierung des Energieverbrauchs, indem wir gemeinsam Prozesse analysieren und Einsparpotenziale identifizieren, um dann energiesparende Lösungen vorzuschlagen und zu implementieren. Das rechnet sich oft schon nach kurzer Zeit – wie beim Biopharmaunternehmen Merck Serono in der Schweiz. Ich hoffe, diese und weitere Themen der »process news« können Sie inspirieren, neue Wege in eine energiereiche Zukunft zu beschreiten. Ich wünsche Ihnen viel Spaß bei der Lektüre! Ihr Siegfried Russwurm CEO Sektor Industry, Siemens AG 3 process news 1/2014 | Rubrik kati ebner ETOGAS, Deutschland Neue Wege bei der Energiespeicherung Das Power-to-Gas-Verfahren von ETOGAS liefert überzeugende Antworten auf die zurzeit größte Herausforderung bei der Energiewende – die Speicherung von Ökostrom. Siemens hat das Stuttgarter Unternehmen von Anfang an begleitet und liefert für die Anlagen zuverlässige und sichere Automatisierungssysteme. B is zum Jahr 2050 sollen, so das ehrgeizige Ziel, in Deutschland 80 % der Energieversorgung aus erneuerbaren Energiequellen gespeist werden. Eine Voraussetzung dafür ist jedoch, dass es auch ausreichend Speichermöglichkeiten für Strom aus regenerativen Quellen gibt, so Michael Doll, Leiter Elektrotechnik bei ETOGAS: „Jeder kennt die Problematik, dass zu bestimmten Zeiten mehr Strom aus Wind und Sonne produziert als abgenommen wird. Unsere Anlagen können diesen überschüssigen Strom chemisch speichern.“ Dafür wird im ersten 4 Schritt mithilfe der Elektrolyse Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Im zweiten Schritt wird der Wasserstoff dann mit CO2 zu Methan (CH4) umgesetzt, das direkt in das Erdgasnetz eingespeist und in der vorhandenen Infrastruktur für die Erdgasspeicherung auch gespeichert werden kann. Von der Idee in die Praxis Die grundsätzliche Machbarkeit des Verfahrens wurde bereits 2009 am Zentrum für Sonnenenergie- Titel | process news 1/2014 und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW), dem F&E-Partner von ETOGAS, in einer Demonstrationsanlage erfolgreich im KilowattMaßstab nachgewiesen. Bereits im Oktober 2012 weihte das ZSW eine Forschungsanlage mit einer elektrischen Anschlussleistung von 250 kW ein. Diese Anlage besteht aus einem alkalischen Druckelektrolyseur, einer Methanisierungseinheit sowie einem Prozessleitsystem für die Steuerung und Rege lung, das bereits Stand der Technik für künftige industrielle Großanlagen ist. „Natürlich ist die Elek trolyse kein neues Verfahren, die Herausforderungen waren dennoch nicht zu unterschätzen“, berichtet Doll. „Wir sind die Ersten, die diese klassischen Verfahren Elektrolyse und Methanisierung schaltbar und damit auch lastfähig machen. Schließlich ist dies eine der Grundvoraussetzungen für die Eignung als Energiespeichermedium.“ Die Forschungsanlage mit einer Leistung von 250 kW kann flexibel auf ein wechselndes Stromangebot aus Windkraft- und Photovoltaikanlagen sowie auf plötzliche Ausfälle bei der Stromerzeugung reagieren. Betrieb. Die im Forschungsbetrieb gewonnenen Erfahrungen und Ergebnisse kommen nun der neuen Anlage zugute. Das mithilfe von erneuerbarer Energie gewonnene synthetische Methan, von Audi e-gas genannt, ist für Kunden des neuen A3 g-tron vorgesehen. Mit diesem Treibstoff können Autofahrer mit einer CO2-Bilanz von 20 Gramm pro Kilometer nahezu kohlendioxidneutral fahren. Die Gasmenge aus Werlte reicht aus, um 1.500 A3 g-tron mit einer jährlichen Fahrleistung von jeweils 15.000 Kilometern zu versorgen – insgesamt sind das 22,5 Millionen Kilometer. Den Prozess sicher führen Siemens AG Da es sich um ein chemisches Verfahren handelt, werden Power-to-Gas-Anlagen wie normale Prozessanlagen betrieben und auch automatisiert. Bei ETOGAS kommt das in der Prozessindustrie bewährte Prozessleitsystem Simatic PCS 7 zum Einsatz. Ein besonderer Vorteil von PCS 7 liegt für Etogas in der Skalierbarkeit des Systems: Da – wie übrigens bei vielen Erkenntnisse für die Zukunft Power-to-Gas-Projektvorhaben – mit einer Pilotanlage begonnen wurde, können die dort gewonnenen Trotz der großen Dimensionen in Werlte handelt es Erkenntnisse schnell und problemlos auf die Groß sich weiterhin um ein Forschungsprojekt. Und das anlage übertragen werden. „Die Forschungsanlage bedeutet, dass sich nach der Inbetriebnahme eine hätte man vielleicht auch anders automatisieren kön- zweijährige Forschungsphase anschließen wird. Der nen, aber es hat sich ausgezahlt, dass wir bereits die Remote Access des Automatisierungssystems Simatic erste Anlage mit PCS 7 ausgestattet haben. Dadurch PCS 7 ist daher nicht nur für die Diagnose bei einem wurde der Switch von der Pilot- auf die Produktions- eventuellen Fehler interessant, sondern vor allem auch im Hinblick auf die Optimierung des Gesamtanlage sehr vereinfacht“, verdeutlicht Doll. Und der Schritt in die Produktionsanlage folgte verfahrens. Denn die Daten aus dem laufenden nahtlos. Im niedersächsischen Werlte wurde die Betrieb werden vom ZSW analysiert, um die Anlage weltweit größte Power-to-Gas-Anlage entwickelt, noch weiter zu optimieren. gebaut und in Betrieb genommen. Die Anlage hat An Interessenten für das innovative Verfahren eine elektrische Anschlussleistung von 6 MW und mangelt es nicht: Windpark-, aber auch Netzbetreiwandelt Ökostromüberschüsse in Wasserstoff und ber oder die Kraftstoffindustrie informieren sich Methan um. Pro Jahr wird die Anlage durchschnitt- derzeit über die alternativen Möglichkeiten zur lich drei Millionen Kubikmeter synthetisches Methan Energie speicherung. Entscheidend dabei ist die erzeugen. Zum Einsatz kamen die gleichen automa- Dynamik des Prozesses, damit flexibel auf das wechtisierungstechnischen Komponenten auf Basis von selnde Angebot an Solar- und Windenergie eingeSimatic PCS 7 wie in der 250-kW-Anlage. Siemens lie- gangen werden kann – und so entwickeln ETOGAS ferte auch die Schaltschränke und übernahm Engi- und Siemens ihre Lösungen für die Energiespeicheneering-Leistungen wie einen Teil der Programmie- rung von Ökostrom ständig weiter. rung und die elektrotechnische Projektbetreuung sowie die elektrotechnische Anbindung der rund Info und Kontakt 1000 IOs. siemens.de/solar-industrie Nach erfolgreichen Tests der neuen Ö[email protected] [email protected] speichertechnologie ging diese erste Anlage im industriellen Maßstab im Herbst 2013 erfolgreich in Die in der Anlage installierten Feldgeräte liefern zuverlässig Werte über aktuelle Drücke und Temperaturen. Die Diagnosefunktionen der Geräte lassen sich zentral über das in PCS 7 enthaltene Softwaretool Simatic PDM auslesen und parametrieren 5 process news 1/2014 | Titel Interview mit Professor Eicke Weber, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) „Die Energiewende ist nicht aufzuhalten“ Die Speicherung elektrischer Energie aus erneuerbaren Quellen ist eine der zentralen Fragen in der Energiewendediskussion. Experten schätzen, dass der Bedarf an Speicherkapazität in Deutschland bis 2020 auf 14 GW wachsen wird. Gegenwärtig sind in Deutschland Energiespeicher in Form von Pumpspeicherkraftwerken und Druckluftspeichern mit einer Kapazität von rund 7 GW installiert. Wir sprachen mit Professor Eicke Weber darüber, wie diese „Speicherlücke“ für regenerative Energiequellen sinnvoll geschlossen werden kann. Herr Professor Weber, welche Rolle spielen Energiespeicher für die Energiewende? Eicke Weber: Die Energiewende ruht auf insgesamt vier Säulen – dem Thema Energieeffizienz, den erneuerbaren Quellen für Energie sowie den Themenkomplexen Netzausbau und Energiespeicher. Im Moment fokussieren sich die Verantwortlichen sehr stark auf den Ausbau der erneuerbaren Energien – und schaffen damit Herausforderungen für die Säulen Netzausbau und Speicherung. Denn die Quellen für erneuerbare Energie, wie insbesondere Sonne und Wind, fluktuieren – und Netze und Energiespeicher müssen diese Schwankungen sozu sagen wegpuffern und überschüssigen Strom speichern können. Ein Ansatz für die Langzeitspeicherung ist die Power-to-Gas-Technologie. Welche Rolle können diese Anlagen für die Energiespeicherung und -nutzung zukünftig spielen und welche Heraus forderungen gilt es dafür zu bewältigen? Eicke Weber: Power-to-Gas-Anlagen sind in der Tat gut geeignet, um Überschussstrom, also Strom, der über den Bedarf hinaus produziert wird, abzubauen. 6 Dabei ist der energetisch günstigste Weg, über eine Elektrolyse Wasserstoff herzustellen, der entweder als Grundstoff für chemische Prozesse verwendet werden oder aber auch ins Erdgasnetz eingespeist werden kann. Was viele nicht wissen: Wasserstoff kann schon heute einfach und völlig gefahrlos bis zu einem Gehalt von 5 % in das Erdgasnetz eingespeist werden. Dort steht in Form von Kavernen eine sehr leistungsfähige Infrastruktur für die Speicherung zur Verfügung, die man so auch für erneuerbare Energie nutzen kann. Gerade das Thema Wirtschaftlichkeit spielt in der Diskussion über die sinnvolle Nutzung regenerativer Energien eine große Rolle. Wie sieht es mit der Wirtschaftlichkeit von Power-toGas-Verfahren aus? Wann rechnen sich solche Anlagen? Eicke Weber: Gerade die Elektrolyse steckt als Technologie noch in den Kinderschuhen, und ich bin überzeugt, dass wir hier in den nächsten Jahren enorme Fortschritte sehen werden – und das wird sich auch auf die Kosten von Power-to-Gas-Prozessen auswirken. Aktuell muss man klar sagen, dass sich Titel | process news 1/2014 Prof. Dr. Eicke R. Weber, Fraunhofer ISE ist Leiter des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg sowie Inhaber des Lehrstuhls für Physik/Solarenergie an der Fakultät für Mathematik und Physik und an der Technischen Fakultät der Albert-LudwigsUniversität. Weber ist seit Januar 2013 Gründungspräsident des Bundesverbands Energiespeicher (BVES), Berlin. Im Mai 2013 wurde er zum Geschäftsführenden Direktor des Zentrums für Erneuerbare Energien der Albert-LudwigsUniversität Freiburg bestellt. Im Juni 2013 wurde Weber mit dem SolarWorld Einstein Award geehrt. die Rückverstromung des gewonnenen Wasserstoffs – welchen Beitrag können sie leisten und welche noch nicht lohnt – aber in 10 oder 15 Jahren wird Erwartungen haben Sie an diese Unternehmen? das sicher anders aussehen. Was sich schon heute Eicke Weber: Aus meiner Sicht kann Siemens für rechnet, ist der Einsatz von Wasserstoff als Kraft- Power-to-Gas eine Gesamtlösung anbieten und stoff für Fahrzeuge und als Grundstoff für die che- optimieren – und damit sicherlich bessere Ergebnisse erzielen, als es mit der Optimierung einzelner mische Industrie. Komponenten möglich wäre. Die Verfahrensoptimierung ist ein ganz entscheidender Punkt, um erHier nennen Sie ein gutes Stichwort: Es gibt ein neuerbare Energien effizient chemisch speichern zu starkes Interesse großer Unternehmen aus dem können. Daher müssen sich Technologieanbieter Bereich der chemischen Industrie und der diesen Herausforderungen stellen – denn eines ist Produktion technischer Gase, die Power-to-GasAnlagen teilweise mit entwickeln. Welche Vorteile klar: Die Energiewende ist global nicht aufzuhalten. Diese Chancen sollten sich Unternehmen nicht entversprechen sich diese Unternehmen davon? Eicke Weber: Wasserstoff ist ein wertvoller Rohstoff gehen lassen. für die Industrie und kann direkt in die chemische Synthese gespeist werden. Bislang wird der Wasser- Herr Professor Weber, wir danken Ihnen für das stoff aus Kohlenwasserstoffen gewonnen – jetzt Gespräch. ergeben sich Möglichkeiten, neue Synthesewege vom Wasserstoff und Kohlendioxid aus zu realisieren. Daraus eröffnen sich neue Ansätze für die Chemie industrie. Info und Kontakt Welche Rolle spielen Unternehmen wie Siemens bei der Entwicklung von Speichertechnologien siemens.de/solar-industrie [email protected] 7 Fotolia/Siemens AG process news 1/2014 | Titel 8 Titel | process news 1/2014 Aufgrund wetter- und tageszeitbedingter Schwankungen bei erneuerbaren Energien wie Sonne und Wind kommt es zunehmend dazu, dass an sonnigen oder windigen Tagen große Mengen erzeugter Energie ungenutzt bleiben. Daher müssen variable Energiespeicher mit großer Kapazität entwickelt werden D ie Vorteile der chemischen Speicherung von Strom in Form von Wasserstoff sind sowohl die hohen Energiedichten als auch die vielfältigen direkten Nutzungsmöglichkeiten von Wasserstoff und dem damit produzierten Methan für Mobilität, Energie wirtschaft und Industrie. In Power-toGas-Anlagen wird Wasserstoff mittels Elektrolyse aus Wasser hergestellt. Die dazu benötigte Energie liefert überschüssiger, regenerativ erzeugter Strom aus Photovoltaik- und Windkraftanlagen. In einem weiteren Schritt kann der Wasserstoff direkt verwendet oder unter Einsatz von Kohlendioxid in Methan umgewandelt werden. Viele Aspekte vereinbaren Die Automatisierung einer Power-toGas-Anlage ist eine multidimensionale Herausforderung: Shareholder erwarten Rentabilität, Anlagenbetreiber erwarten Qualität, Flexibilität und Termintreue, und Träger öffentlicher Belange erwarten die Einhaltung der geltenden Gesetzgebung, vor allem in umweltrechtlichen Angelegenheiten. Zudem muss für eine maximale Verfügbarkeit der Anlage und – besonders in explo sionsgefährdeten Anlagenteilen – für eine Reduzierung von Sicherheitsrisiken gesorgt werden. Durch die Integration aller Anlagenteile inklusive der zentralen Package Units in eine durchgängige Informations- und Steuerungsarchitektur können Anlagenbetreiber all diese Anforderungen erfüllen. Alle Teilanlagen und Feldgeräte sind in das System eingebunden. Die dadurch geschaffene Datentransparenz ermöglicht es, die Anlage über den gesamten Lebens zyklus effizient zu betreiben. Hierbei unterstützen auch die zahlreichen Automatisierung von Power-to-Gas-Anlagen Ein Schlüssel zur Energiewende Strom aus erneuerbaren Quellen lässt sich in Form von Wasserstoff aus Power-to-Gas-Anlagen speichern. Mit Lösungen für die Automatisierung der Anlagen kann diese Technologie effizienter als bisher eingesetzt werden. Diagnosefunktionen von Simatic PCS 7. Da im Bereich Power-to-Gas viele Projektvorhaben mit einer Pilotanlage beginnen, bietet die Skalierbarkeit von Simatic PCS 7 den Vorteil, dass die in der Pilotanlage gewonnenen Erkenntnisse schnell und problemlos auf die Großanlage übertragen werden können. Die offene Architektur von Simatic PCS 7 ermöglicht die reibungslose Integration von Teilanlagen, die von Maschinen- und Anlagenbauern geliefert werden. Sämtliche Daten und Dokumente der Anlage sind in einer zentralen Engineering-Datenbank organisiert, die auch von den Subsystem lieferanten einheitlich genutzt werden kann. Dadurch verkürzt sich die Zeit für Planung und Inbetriebnahme deutlich, wozu auch die zahlreichen vorkonfigurierten Bausteine beitragen. Klare Struktur, leistungsfähige Kommunikation Typischerweise sind Power-to-GasAnlagen in zwei große Einheiten gegliedert: die Elektrolyse sowie die Prozesstechnik und Hilfssysteme. Je nach Verfahrensvariante kann als dritter An la gen teil eine Methanisierung dazu kommen. Die Einheit Elektrolyse hat die Aufgabe, alle in der Anlage betriebenen Elektrolyseure und dazugehörigen Nebenanlagen zu steuern. Die Feldgeräte werden über Ein-/Ausgabegruppen auch in explosionsgefährdeten Bereichen eingebunden. Eine eventuell erfor derliche Verdichterstation mit eigener Steuerung kann über einen ProfibusLink eingebunden werden. Unter die Einheit Prozesstechnik/Hilfssysteme fallen alle weiteren Komponenten der Anlage, die entweder direkt über ex fähige Ein-/Ausgabegruppen oder bei eigener Steuerung über einen ProfibusLink angekoppelt werden. Profibus fähige Geräte, wie beispielsweise die Gasanalytik, können ebenfalls direkt 9 process news 1/2014 | Titel angebunden werden. Die Sicherheitstechnik lässt sich bei jeder Package Unit in die einzelnen Controller integrieren, sodass ein zusätzlicher Controller nur für die Sicherheitstechnik eingespart werden kann. Bei Großanlagen mit mehreren Elektrolyseuren und Reaktoren steht vor allem die Übersichtlichkeit im Vordergrund. Sie sind aus einzelnen Package Units wie zum Beispiel Elektrolyseur, Reaktor sowie Prozesstechnik und Hilfs systemen aufgebaut. Jede dieser Einheiten besitzt einen eigenen Controller mit eigenem Netzwerk, der individuell Know-how für optimale Lösung Diagnose- und Wartungsfunktionalitäten leisten die Prozessinstrumente einen Beitrag zu erhöhter Verfügbarkeit und deutlich reduzierten Stillstandzeiten. Für Power-to-Gas-Anlagen sind die Geräte auch in speziellen Varianten erhältlich, so zum Beispiel mit Spezialb e schichtungen der Druckmesszelle, um das Diffundieren von Wasserstoff zu minimieren. Über den Simatic PDM Device Manager können die Geräte schnell und einfach in das Prozessleitsystem Simatic PCS 7 eingebunden werden. Im Bereich der Prozessanalytik liefert Siemens die komplette Bandbreite vom Für die Effizienz der Anlage ist allerdings die Auswahl der richtigen Instrumentierung von wesentlicher Bedeutung. Da oftmals unterschiedliche Messverfahren eingesetzt werden können, diese jedoch in ihrem Ergebnis unter Umständen stark voneinander abweichen, sollte frühzeitig das vorhandene Applikations- und Instrumentierungs-Know-how eingebunden werden. Das Gleiche gilt für die Prozess analytik, wo Siemens eine spezielle Lösung für Power-to-Gas-Anlagen entwickelt hat. Dabei werden zwei voll automatische Analysenstrecken mit unterschiedlichen Trägergasen (Helium und Argon) betrieben und ermöglichen so die Auftrennung von insgesamt 14 Komponenten einschließlich der Bestimmung von Helium im Wasserstoff. Dadurch gelingt es, den Energie inhalt des Gases mit extrem hoher Genauigkeit zu bestimmen. Für alle 14 Komp onenten sind eichfähige Messbereiche zugelassen, wobei – als Vorbereitung auf zukünftige Entwicklungen der Wasserstoffbeimengung – der Mess b ereich für Wasserstoff bis auf 25 % erweitert wurde. Sitrans Druckmesstechnik und Sipart Stellungsregler im Einsatz an einem Wasserstoffbehälter an einer Wasserstofftankstelle Siemens AG Energie-Alternative mit Potenzial an die jeweiligen Anforderungen der einzelnen Einheiten angepasst werden kann. Instrumentierung und Analytik Neben der eigentlichen Prozesssteuerung unterstützt Siemens den effizienten und sicheren Betrieb von Power-toGas-Anlagen mit einem umfangreichen Portfolio an Geräten und Systemen für die Prozessinstrumentierung und -analytik. Damit lassen sich kontinuierlich Informationen über Temperaturen, Drücke oder Durchflussmengen zuverlässig und präzise erfassen. Dank moderner 10 einzelnen Analysengerät bis zur indi viduellen Systemlösung – angefangen beim Online-Prozess-Gas-Chromat o graph MicroSAM oder MicroSAM CV zur Qualitätskontrolle nach der Elektrolyse (Spurenmessung von O2 und N 2 in hochreinem H2) bis hin zum Sitrans CV für die eichpflichtige Gasbeschaffenheitsmessung bei der Einspeisung ins Erdgasnetz. Daneben lassen sich auch weitere Syntheseschritte, etwa die Methanisierung des Wasserstoffs, durch die leistungsfähigen Gasanalysatoren Ultramat und Oxymat 6 überwachen. Alle Geräte gibt es auch in Ex-Ausführung. Die Power-to-Gas-Technologie hat gegenüber etablierten Speicherverfahren einige entscheidende Vorteile in ihrer Speicherkapazität und Anwendungsvielfalt. Sie besitzt das Potenzial, künftig einen entscheidenden Beitrag in einer sicheren und sauberen Energieversorgung zu leisten. Deshalb lohnt es sich, frühzeitig Pilotanlagen zur Erprobung des Verfahrens zu bauen – und bereits in dieser Phase entsprechende Automatisierungstechnik zu nutzen. Mit Simatic PCS 7 kann diese Automatisierung schrittweise mit den Anlagen mitwachsen – und ermöglicht in jeder Phase einen sicheren und effizienten Betrieb. Info und Kontakt siemens.de/solar-industrie [email protected] Titel | process news 1/2014 PEM-Elektrolyse „Grüner“ Wasserstoff Siemens AG Mit dem Silyzer Elektrolysesystem auf Basis der PEM (Proton Exchange Membrane)-Technologie kann elektrischer Strom in Wasserstoff umgewandelt werden, um große Energiemengen aus erneuerbaren Quellen aufzunehmen und dann zu speichern. Das Silyzer System wandelt mit der PEM-Technologie elektrischen Strom in Wasserstoff um D ie Stromgewinnung aus erneuerbaren Energien unterliegt starken Schwankungen. Speicherverfahren für diese Energie müssen daher äußerst schnell und zuverlässig auf die fluktuierende Stromerzeugung reagieren können, um die Energie optimal nutzen und gleichzeitig auch zur Netzstabilität beitragen zu können. Siemens hat deshalb eine Elektrolyse-Technologie entwickelt, die gegenüber dem konventionellen alkalischen Verfahren Vorteile bietet: Die PEM-Elektrolyseure eignen sich für hohe Stromdichten und können innerhalb von Millisekunden auf die großen Sprünge bei der Stromproduktion von Wind- und Solaranlagen reagieren. Dynamisch und effizient Neben dieser hohen Dynamik haben die neuen Elektrolyseure den Vorteil, dass sie nicht auf einer bestimmten Betriebstemperatur gehalten werden müssen, sondern vollständig abschaltbar sind und vor dem Einschalten keine Vorwärmphase brauchen. Das eliminiert die Betriebskosten im Stand-by und ermöglicht einen effizienten und zuverlässigen Betrieb ohne Rückstände wie zum Beispiel Kalilauge. Außerdem liefern die PEM-Elektrolyseure den Wasserstoff mit einem Druck von mindestens 35 bar. Dadurch muss das Gas bei vielen Anwendungen nicht erst auf einen höheren Druck gebracht werden, um weiterverarbeitet oder gespeichert zu werden. Das spart Investitionskosten für Kompressoren. Erste Projekte Die von Siemens entwickelte PEM-Technologie ist mittlerweile so weit ausgereift, dass sie Anwendung in der Praxis findet, so zum Bespiel im Rahmen des Projektes CO2RRECT zusammen mit Bayer, RWE und zehn weiteren Partnern aus der Wissenschaft. Untersuchungsgegenstand des Projekts war die Umwandlung fluktuierender Energiequellen (Wind) in Polymere als Basis für weitere chemische Synthese prozesse. Reaktionsmedien waren dabei zum einen Wasserstoff aus dem Siemens PEM-Elektrolyseur und zum anderen Kohlendioxid aus einem konventionellen Kraftwerk. Der nächste Meilenstein ist die Aus lieferung eines Silyzer Elektrolyseurs für das Projekt „Energiepark Mainz – Elektrolysewasserstoff als Energiespeicher und -vektor“. Dieses Forschungsprojekt hat das Hauptziel, eine Energiespeicheranlage in einer Skala zu entwickeln, die sich für die dezentrale Bewirtschaftung von Netzengpässen eignet. Das System soll eine Spitzenleistung von bis zu 6 MW haben – und ist damit ein wichtiger Schritt auf dem Weg von heutigen kleinen (100 kW) zu zukünftigen großen (100 MW) Elektrolyse-Systemen. Info siemens.com/hydrogen-electrolyzer 11 process news 1/2014 | Energie-Audit Merck Serono, Schweiz Gute Gründe für Umweltschutz <KeineüberschneidendeVerknüpfung> Merck Serono Umweltschutz wurde bei Merck Serono im schweizerischen Aubonne schon immer groß geschrieben. Management und Mitarbeiter verpflichteten sich im Rahmen einer standortbezogenen Initiative darauf, die Ressourcen- und Energieeffizienz in der Produktion und den Nebenanlagen zu verbessern. Diese Ausgangsmotivation und ein Energie-Audit von Siemens ergaben zusammen gleich mehrere konkrete und mit Zahlen zu Einsparungen hinterlegte Projekte, mit denen Aubonne einen bedeutenden Beitrag zu Mercks unternehmensweitem Edison-Programm leisten kann. Mit Edison will Merck die CO2-Emissionen in allen Produktionsstätten des Unternehmens senken. 12 Energie-Audit | process news 1/2014 D er Standort Aubonne von Merck Serono S.A. ist nur wenige Kilometer vom Genfer See entfernt und hat einen spektakulären Blick auf die Schweizer Alpen. Vielleicht liegt es auch an dieser malerischen Lage, dass der Schutz der natürlichen Ressourcen und die Reduzierung von Emissionen sowohl bei der Belegschaft als auch beim Management in Aubonne schon immer einen großen Stellenwert hatten. Die Verantwortlichen am Standort unterstützten dieses Engagement zusätzlich durch die lokale GoGreen Initiative. Das unternehmensweite Edison-Programm umfasst außerdem eine Reihe von Incentives, die die Reduzierung von Emissionen und die Energieersparnis zum persönlichen Ziel für jedes Belegschaftsmitglied werden lassen, vom TopManagement bis zu den Mitarbeitern. „Für uns ist Energieeffizienz ein fixes Kriterium in unseren täg lichen Arbeitsabläufen. Wir sind hochmotiviert, den Betrieb diesbezüglich zu verbessern”, erklärt Bertrand Huguelet, Director of Technical Services and Project Management Office bei Merck Serono in Aubonne. „Das von der Merck Group ins Leben gerufene EdisonProgramm gab uns dabei einen zusätzlichen Anschub.” Ziel von Edison ist es, die Kohlendioxid emissionen (CO2) in den Produktionsstätten von Merck bis 2020 gegenüber den Werten von 2006 um insgesamt 20 % zu senken. Um die Produktionsstätten auf der ganzen Welt bei diesem ehrgeizigen Ziel zu unterstützen, hat Merck ein gesondertes Budget für passende Effizienzprogramme an allen Stand orten zur Verfügung gestellt. Zahlen liefern die nötigen Argumente „Die Herausforderung bestand darin, belastbare Zahlen zu einigen potenziellen Projekten zu bekommen, mit denen wir zusätzliche Energieeinsparungen erzielen wollten”, so Huguelet. „Unsere Teams und Experten hatten bereits einige Bereiche identifiziert, was uns jedoch fehlte, waren Analysen und Zahlen zu den tatsächlichen Einsparungen und den dafür notwendigen Investitionen.” Daher wandte sich Merck Serono an Siemens. „Eines unserer Argumente für einen externen Partner für das Energie-Audit war, dass wir objektive und detaillierte Analysen zum Einsparungspotenzial in den verschiedenen Bereichen erhalten wollten. Schließlich wollten wir geeignete Projekte für das Edison-Programm im Hinblick auf CO2-Einsparungen und ROI identifizieren. Dazu fehlt unseren Teams schlichtweg die nötige Zeit in ihrer täglichen Arbeit”, ergänzt Stefano Siviero. Er ist Merck Serono ist die biopharmazeutische Sparte von Merck. Das Unternehmen führte gemeinsam mit Siemens einen Energie-Audit durch, mit dem verschiedene Maßnahmen für eine bessere Energieeffizienz identifiziert wurden – sowohl in der Produktion als auch bei den Nebenanlagen. Dadurch spart Merck Serono in Aubonne Energie und Geld. Das Energie-Audit in Zahlen Am Ende des Audits hatte das Team 13 Bereiche für Verbesserungen identifiziert und analysiert. Die insgesamt möglichen CO2-Einsparungen betrugen über 1.100.000 kg pro Jahr und die jährlichen Einsparungen mehr als 700.000 €. Von diesen Bereichen wurden drei Projekte ausgewählt, die besonders bei Einsparungen und ROI hervorstachen: • Ersetzen der Kondensatableiter • Austauschen von Kühlaggregaten • Automatisierung von Beleuchtung und Beschattung Director of Engineering and Technology, Global Manufacturing and Supply bei Merck Serono und war verantwortlich für das Energie-Audit am Standort Aubonne. Siemens war dabei ein naheliegender Partner, so Siviero weiter: „Wir hatten mit Siemens bereits bei anderen Projekten zusammengearbeitet. Sie kannten sowohl den Standort als auch die Systeme, und wir wollten das Audit möglichst effizient durchführen, da wir ein Team aus Mitarbeitern für eine Woche für das Audit abstellten. Dieser Zeitaufwand sollte sich natürlich auszahlen. Entscheidend war aber der wirklich ausgezeichnet strukturierte Prozess, den Siemens für ein solches Energie-Audit entwickelt hat, sowie das dazu passende schlagkräftige Team bei Siemens aus Experten mit dem richtigen Fachwissen und der richtigen Motivation, die eng mit uns zusammenarbeiten konnten. Siemens führt für uns nicht nur das Audit durch, sondern kann uns außerdem auch bei den notwendigen Maßnahmen im Anschluss unterstützen – damit ist Siemens unser Partner für den gesamten Prozess rund um das Thema Energiesparen.“ Eine Woche für intensive Analysen Das eigentliche Audit dauerte eine Woche und wurde in der ersten Märzhälfte 2013 durchgeführt. „Wir haben alle Fakten von unserer Seite sorgfältig vorbereitet”, sagt Huguelet. Das Merck-Serono-Team sammelte alle verfügbaren Informationen, wie Pläne des Standorts und Details zu den größeren Verbrauchern. „Sowohl die Zusammenarbeit als auch die Vorbereitung durch Merck Serono waren wirklich hervor ragend”, bestätigt Walter Huewels, Projektleiter bei Siemens. „Diese exzellente Teamarbeit war entscheidend für die guten Resultate des Audits. Die Expertise und das Wissen der Mitarbeiter beim Kunden vor Ort sind sehr wertvoll, denn sie arbeiten täglich mit den Systemen und wissen, was warum wie gemacht 13 process news 1/2014 | Energie-Audit „Siemens hat einen ausgezeichnet strukturierten Prozess für das EnergieAudit und ein schlagkräftiges Team aus Experten mit dem richtigen Fach wissen und der richtigen Motivation. Siemens ist unser Partner für den gesamten Prozess rund um das Thema Energiesparen.” Publicis Stefano Siviero, Director Engineering and Technology, Global Manufacturing and Supply, Merck Serono wird – Informationen, die ein externer Partner benö- und das Optimierungspotenzial sowie eine erste Eintigt, um den besten Vorschlag zu erarbeiten.” In nur schätzung der potenziellen Energieeinsparungen und fünf Tagen erstellten das Team um Huewels und die der nötigen Investitionen für jede Maßnahme – komExperten von Merck eine technische Analyse vor Ort, plett mit einem vollständigen ROI Business Case und um die ersten Maßnahmen bezüglich der Energie- einem kompakten Report zu den Ergebnissen. effizienz zu identifizieren und die allgemeine Situation der Anlage bezüglich ihrer Energieeffizienz be- Veränderungen anregen, Kosten senken urteilen zu können. Das Audit-Team analysierte und bewertete alle Formen von Energie, die Energiever- Dem Management in Aubonne wurden dann in der sorgung und -verteilung, die Energiedatensammlung Tat sehr überzeugende Gründe für die geplanten und -archivierung sowie Verlustströme (z. B. Ab- Maßnahmen präsentiert, wie Huguelet bestätigt: wärme). Ergebnisse dieses Schritts waren ein Über- „Wir hatten endlich die Zahlen, um ganz klar darzu blick über geeignete Energieeffizienzmaßnahmen legen, wo wir wie viel Kosten für Energie unnötig Das Energy & Environmental Services Konzept von Siemens Audit-Report 14 Wirksamkeit Siemens AG Transparenz Bewusstsein Analyse Implementierungskonzept Konzept ManagementReview Entwicklung einer Strategie, von Tools und Prozessen DatentransparenzReview Entwicklung eines Datensammelkonzepts Technisches Energie-Audit Entwicklung eines Implementierungskonzepts Projektübergabe Implementierung ISO 50001Zertifizierung erlangen Implementierung eines EnergieDatenmanagementsystems Implementierung von technischen Verbesserungsmaßnahmen Service Bewusstsein erhalten Wertschöpfung durch Managed Services Nachhaltige Einsparungen erhalten Energie-Audit | process news 1/2014 „Wir hatten endlich die Zahlen, um ganz klar darzulegen, wo wir wie viel Kosten für Energie unnötig ausgeben, und was wir investieren müssen, um diese Kosten zu sparen.” Publicis Bertrand Huguelet, Technical Services and Project Management Office Director, Merck Serono, Aubonne ausgeben, und was wir investieren müssen, um diese Nächstes Audit auf gutem Weg Kosten zu sparen.” Die Ergebnisse bei Merck Serono sind ganz typisch für die Ergebnisse eines Energie- „Eine Woche zu finden, in der unsere Mitarbeiter ausAudits, so Huewels: „Die Quintessenz unserer Ana- reichend Zeit hatten, um sich gemeinsam mit Siemens lyse ist, dass wir aufzeigen, wo Unternehmen ein- dem Energie-Audit zu widmen, war nicht ganz einfach Geld zum Fenster hinauswerfen. Wenn unsere fach, aber der Aufwand hat sich gelohnt – und wir Kunden das sehen, ist man sich ganz schnell einig, haben positives Feedback von unseren Mitarbeitern erhalten, die das Audit als Chance erkannten, sich dass da etwas passieren muss.” In Aubonne wählte Merck Serono drei Projekte aus: wirklich mit der Situation zu beschäftigen. Das ist Erneuerung der Kondensatableiter für Prozessdampf, auch noch ein Argument für einen externen Partner: den Austausch eines Kühlaggregats sowie die Auto- Das Team kommt in die Anlage und dann muss man matisierung der Beleuchtung und Beschattung der sich Zeit nehmen. Es gibt einen Plan, und den muss Bürogebäude. Diese Projekte werden ergänzt durch man einhalten”, resümiert Siviero. Dank des Engageein neues System für die Erfassung und Über ments des Teams waren die Resultate in Aubonne so wachung des Energieverbrauchs, mit dem Merck beeindruckend, dass andere Standorte dieses Audit Serono sowohl die Ergebnisse der umgesetzten als Best-Practice nutzen werden, so Siviero weiter: Maßnahmen analysieren als auch weitere Einspar- „Aubonne war unser Pilotprojekt und die Resultate maßnahmen und Defizite bei bestehenden Systemen hier setzen den Standard für die nächsten Audits. Wir identifizieren will. Die Projekte werden in den nächs- sind gespannt, was andere Standorte erreichen könten zwei Jahren implementiert und befinden sich nen.” Vor dem Bürogebäude in Aubonne sprechen derzeit in der Konzeptphase. „Wir planen, die Kon- Huguelet und Siviero einen weiteren Aspekt des zeptphase Anfang 2014 abzuschließen und werden Audits an, der mit der schönen Umgebung des dann die Projekte in Abstimmung mit dem Betrieb Betriebs zu tun hat. „Wir glauben, dass wir zu einer bei uns umsetzen“, so Huguelet. Alle Projekte sollen nachhaltigen Gesellschaft beitragen müssen, nicht bis 2015 abgeschlossen sein. Dieser relativ lange nur in unserer Arbeit, sondern auch im privaten Zeitraum ist das Ergebnis betrieblicher Anforderun- Umfeld. Bei Energieeffizienz geht es nicht nur um gen. „Die Erneuerungen betreffen Nebenanlagen, Kosten und Investitionen. Es ist eine Einstellung, die für die Produktion unerlässlich sind”, erklärt die unsere Mitarbeiter mit nach Hause nehmen Huguelet. „Die Produktion sollte möglichst wenig be- können.“ einträchtigt werden, deswegen müssen wir die passenden Zeitpunkte für die Systemmodernisierung Info und Kontakt sorgfältig wählen. Die hier in Aubonne hergestellten siemens.de/pharma Biopharmazeutika werden auch anderen Produk [email protected] tionsstätten zur Verfügung gestellt, sodass wir dazu Mehr zu Siemens energy efficiency services: nicht nur unseren eigenen Terminplan, sondern auch siemens.de/energyanalytics die Anforderungen anderer Standorte berücksich tigen müssen.” 15 process news 1/2014 | Energiemanagement Energiemanagement Einfach transparent Wer die bestmögliche Entscheidung treffen will, braucht vor allem eine schnelle Analyse der relevanten Daten. Umfassende Transparenz ist darum wichtiger denn je. Wie aber bekommt man den großen Durchblick und die damit verbundene Entscheidungshilfe tatsächlich? Mit Simatic B.Data können Energiemanager jetzt neue Wege gehen. Energiedaten-Management schafft Transparenz Das Energiedaten-Management Simatic B.Data stellt gleich eine Reihe von leis tungsstarken Funktionen zur Verfü gung, die Unternehmen dabei helfen, den genauen Energieverbrauch zu ana lysieren. Dabei können auch spezifische Auswirkungen für einzelne Produk tionsstandorte ausgewertet werden. Der Anwender kann unter verschiede nen Visualisierungsmöglichkeiten wäh len, darunter auch Energie-Dashboards (Cockpits), die alle wichtigen Daten schnell erfassbar bereitstellen. Zusätzlich zu den typischen Anwen dungsfällen wie der Darstellung wichtiger Kennzahlen wie Verbrauch oder Kosten wird sogar der Einfluss klimatischer 16 Bedingungen wie Temperatur oder Energie kostengünstig einkaufen Luftfeuchtigkeit berücksichtigt. Simatic B.Data kann die Normierung automa Simatic B.Data hilft dem Anwender – tisch durchführen. Neben einem allge zusätzlich zur Effizienzsteigerung –, so meinen Verbrauchs-Überblick auf allen wohl den Bezugspreis mittels besserer Ebenen lassen sich auch Energiefresser Planbarkeit zu senken als auch den für aufspüren und selbst versteckte Poten das eigene Verbrauchsprofil passenden ziale im Betrieb von bereits optimierten Tarif auszuwählen. Ermöglicht wird das durch die Vorhersage des Energiebe Anlagen werden sichtbar. Ein leistungsfähiges Energiemanagement hilft, die Kosten für Energie durch ein verbessertes Controlling und effizientere Prozesse bei Einkauf und Betrieb zu senken Energiemanagement Ist-Zustand Gesamtkosten der Energieverund -entsorgung • Wärme • Strom • Gas • Wasser • Druckluft • Öl • Sonstige Energiecontrolling • Transparente und verursachergerechte Energie- und Stoffbilanzierung • Automatische Abrechnung und Übergabe ins Abrechnungssystem • Aufspüren von Anlagen-Optimierungspotenzialen Energieeinkauf • Bildung von aktuellen Vertragsgrundlagen • Prognose des Energieverbrauchs • Automatische Fahrplanerstellung • Einhaltung von Bezugsverträgen Energiebetrieb • Rasche aktive Entscheidungsfindung • Ressourcenschonung und personelle Entlastung • Fehlervermeidung Siemens AG S elbst das modernste Energiemana gement leidet unter einer beson ders hartnäckigen, chronischen Erkrankung: der Datenflut. Um mehr Transparenz bezüglich der Daten zum Energieverbrauch zu schaffen und schnell aussagefähige Auswertungen von Verbrauch und Bedarf zu erhalten, benötigen Unternehmen leistungs f ä hige Tools. Siemens AG Energiemanagement | process news 1/2014 Einfach und übersichtlich: Simatic B.Data unterstützt den Anwender durch zahlreiche Features bei Routineaufgaben rund um Energieeinkauf und -abrechnung sowie der Verbrauchsoptimierung darfs und des Lastverlaufs für einen oder mehrere Standorte, einzelne Ver braucher, Produktionsbereiche oder Gebäude. Der größte finanzielle Vorteil wird dadurch erzielt, dass die Differenz zwischen erwartetem und tatsäch lichem Verbrauch innerhalb einer de finierten Periode möglichst gering bleibt und gleichzeitig das Lastauf kommen auf Tarifzeiten verlagert wird, in denen der Energiebezug günstiger ist oder der Anwender seinen Bedarf durch eigene Energiequellen, bei spielsweise eine Photovoltaikanlage, decken kann. Simatic B.Data bietet dafür drei ver schiedene Prognoseverfahren an: ers tens die Regressionsanalyse, die die Tagesproduktionsmengen und die entsprechenden Verbrauchsdaten ana lysiert, zweitens die genaue analy tische Betrachtung eines Referenz zeitraums von Vergleichstagen und Schichtmodellen und drittens die Be rechnung des Energieverbrauchs auf der Basis des Produktionsplans. So kön nen alle Anwender, deren Verbrauchs profil von Batch- oder Materialmengen bestimmt wird, ihren Energiebedarf prognostizieren. Vielfältige Schnittstellen Bereits in der Konfigurationsphase gibt es viele Möglichkeiten, Berichte ein fach und schnell zu erstellen. Simatic B.Data unterstützt die Anwender mit automatisch generierten Berichten, unter anderem Kostenstellenberichten, die allen beteiligten Einheiten den je weiligen Verbrauch sowie die angefal lenen Kosten aufzeigen. Zum Einlesen von Verbrauchswerten verfügt Simatic B.Data über eine große Auswahl an Schnittstellen. Neben dem komfortablen WinCC Kanal für Simatic WinCC und PCS 7 stehen weitere Schnitt stellen wie OPC oder ASCII zur Verfü gung, über die Simatic B.Data Verbrauchs werte und Produktionsdaten von ver schiedenen Quellen gleichzeitig erfassen kann. Mit Simatic B.Data gibt es darüber hinaus die Möglichkeit, das System bei geringer Datenauslastung auf vorhan denen PC-Stationen des Anwenders zu installieren. Wahlweise kann es aber auch auf einem gesonderten Einzel-PC und bei höherem Datenvolumen oder bei verteilten Standorten auf mehreren PCs installiert werden. Außerdem bie tet die Skalierbarkeit in Simatic B.Data dem Anwender die Chance, mit einem einzigen Standort und/oder geringe rem Mengengerüst zu starten und das System später zu erweitern. Zum einfachen und kostengünstigen Systemaufbau unterstützt Simatic B.Data außerdem die Anbindung von Web-Clients, sodass die Anwender ihre individuell für den Web-Client einge richtete Sichtweise des Monitorings, Controllings oder der Prognose weiter hin nutzen und dank Unterstützung für mehrere Browser mobil bleiben können. Fazit Energiemanagement ist zu einem Muss für jedes Unternehmen geworden, und grundlegende Transparenz bildet die Basis dafür. Schon allein eine Ver brauchsdarstellung führt nachweislich zu einer Verhaltensänderung. Wenn noch weitere unterstützende Funktio nen wie Controlling und Prognose zur Verfügung stehen, dann wird Energie management zum Erfolgsfaktor. Info und Kontakt siemens.de/bdata [email protected] 17 Siemens AG process news 1/2014 | Rubrik SÜDLEDER GmbH & Co KG, Deutschland Siemens AG Zukunft energiegeladen 18 Erneuerbare Energien | process news 1/2014 Die Biogas-Anlage bei SÜDLEDER arbeitet mit dem REHAU TanERGY®-Prozess, der über die Vergärung der organischen Inhaltsstoffe aus Leimleder und Abwasser die energetische Verwertung von Produktionsabfällen aus Gerbereien ermöglicht Im oberfränkischen Rehau ist die kommunale Energiewende in vollem Gange. Das zeigt sich vor allem bei der SÜDLEDER GmbH & Co KG, die mit ihren organischen Abfällen den gesamten Strom- und Wärmebedarf ihrer Gerberei deckt. Geplant und realisiert wurde die Anlage von der REHAU Energy Solutions GmbH aus Plauen, die sich dabei für eine integrierte Automatisierungs- und Instrumentierungslösung auf Basis von Siemens-Technologie entschieden hat. W er sich auf den Weg nach Rehau in Oberfranken im Landkreis Hof macht, begibt sich auf eine kleine Zeitreise. „Hier kann man heute schon viel von dem erfahren, was die Zukunft in Sachen Energiewende bringen und wie sich vieles verändern wird“, erklärt Bürgermeister Michael Abraham begeistert. Wer vor die Tore der Stadt fährt, Industriestandort mit mehr als 80.000 MWh Jahresstromverbrauch. Dass dieses herausragende Ziel überhaupt angesteuert werden kann, ist den Visionen der örtlichen Unternehmen wie SÜDLEDER, der REHAU AG, dem Land, der Stadt und der Behörden zu verdanken. Mit seinen 240 Mitarbeitern gehört SÜDLEDER zu den „Die Anlage gewährleistet eine perfekte Vergärung der organischen Inhaltsstoffe aus Leimleder und Abwasser. Dadurch ist die Gerberei der SÜDLEDER GmbH & Co KG nahezu energieautark.“ Eric Priller, REHAU Energy Solutions GmbH, Plauen dem fällt sofort eine Baustelle ins Auge – und auf die ist man besonders stolz. Sogar aus dem Ausland schaut man nach Rehau. Das bislang einzigartige Projekt eines kommunalen Bio-Energie-Zentrums nimmt immer mehr Gestalt an. In den vergangenen Monaten wurde im ersten Schritt eine Bio-Energie-Anlage (BEA) fertiggestellt. Demnächst wird das Zentrum dann um eine Bioabfallvergärung (BVA) erweitert. Das liegt zwar für viele Kommunen voll im Trend, doch in Rehau passiert deutlich mehr: Soll nach den Plänen der Bundesregierung bis zum Jahr 2020 der Anteil aus erneuerbaren Energien am Gesamt stromverbrauch bei 35 % liegen, wird das in Rehau mit 40 % schon 2014 erreicht – erstmals an einem führenden Lederherstellern in Europa. Kein Wunder also, dass in seiner Gerberei bei der Produktion von feinstem Leder jährlich ca. 70.000 Tonnen organische Abfälle anfallen, die bisher als Sondermüll entsorgt werden mussten und jetzt zur Energieerzeugung genutzt werden können. Komplettlösung für Automatisierung, Antriebstechnik, Messtechnik und Analytik Seit diesem Jahr wird durch eine betriebseigene Bio-Energie-Anlage der gesamte Strom- und Wärmebedarf der Gerberei gedeckt. Das aus dem Gärungsprozess gewonnene Gas wird in ein selbstbetriebenes 19 process news 1/2014 | Erneuerbare Energien Gasnetz gespeist, das rund 1,4 MW Strom und 1,6 MW Wärme erzeugt. Damit ist SÜDLEDER ein praktisch energieautarkes Unternehmen und Vorreiter in diesem Bereich. Dass diese Neuausrichtung in verhältnismäßig kurzer Zeit realisiert werden konnte, ist der REHAU Energy Solutions GmbH aus Plauen und SiemensExperten aus Berlin und Leipzig zu verdanken. REHAU Energy Solutions hat mithilfe der Siemens-Technologie hierfür ein patentiertes Verfahren zu Umwandlung der bisherigen Substrate in Biogas (TanERGY®) für die lederverarbeitende Industrie entwickelt und trägt hiermit wesentlich zur Abfallreduzierung bei. Die Elektrotechnik der Anlage wurde mit modernstem Know-how sowie Geräten und Maschinen einheiten von Siemens umgesetzt. Kernstück der Automatisierungslösung ist ein Simatic PCS 7 Ein platz s ystem mit einem leistungsfähigen AS414 Automatisierungss ystem, das von dem Solution Partner AllTec aus Borna realisiert wurde. Insgesamt sind rund 200 Prozessobjekte im System implementiert. Die Signale aus dem Prozess werden über Profibus eingebunden, darunter auch die autarken Steuerungen der drei Blockheizkraftwerke und des Heizungscontainers sowie die Prozessinformationen aus der Prozesswasseraufbereitung der Gerberei. Insgesamt 13 Sinamics G120 Frequenzumrichter sorgen für den energieeffizienten Antrieb der Rührwerke und Pumpen in der Anlage. Ebenfalls über Profibus ist der größte Teil der 68 Sensoren an die Anlage angebunden: 15 Sitrans P300, P Compact sowie P210 Druckmessumformer für die Druckmessung, 11 Grenzstandschalter CLS200 und LVL200 für die Füllstandüberwachung in Schächten und Behältern, ein Sitrans MAG 3100 Durchflussmesser für die Erfassung des Präzipitats im Vorlagebehälter sowie diverse Sitrans T Temperaturfühler und -messumformer. Der Füllstand wird wegen der anspruchsvollen Mess bedingungen durch mehrere Sitrans LR 200 und LR 250 Radarmessgeräte überwacht. Rein- und Rohgaszusammensetzung werden jeweils von einem Ultramat 23 im SetBGA Analytik-Komplettsystem analysiert und ausgewertet. Zusätzlich zur lokalen Steuerung kann die Anlage auch über einen sicheren Remote-Zugang über ein Scalance S Security Modul von der Produktion von SÜDLEDER aus der Ferne überwacht werden. Zukünftig 20 Siemens AG Die Anlage ist mit einer umfangreichen Lösung aus Siemens Prozessinstrumenten ausgerüstet, darunter auch ein magnetischinduktiver Durchflussmesser für die Messung des Präzipitats im Vorlagebehälter rehau-energy-solutions.com Mit Gründung der Energy Solutions GmbH hat sich REHAU frühzeitig auf den Markt und das Potenzial erneuerbarer Energien spezialisiert. In Rehau, Oberfranken, wird nicht auf Windkraft oder Solarstrom gesetzt, sondern in erster Linie auf Energie aus Abfällen. Die von Energy Solutions entwickelten Verfahren sind darauf konzipiert und machen bereits europaweit Schule: • TanERGY®: Das weltweit bislang einzigartige Verfahren generiert Energie aus Produktionsabfällen – in Rehau aus Reststoffen aus der Gerberei, die einen Energieanteil von bis zu 76 % liefern. Über Vergärung entstehen Strom und Wärme. • WastERGY®: Mit diesem neu entwickelten Verfahren könnten künftig kommunale Bioabfälle das Substrat für ein Vergärungs prinzip liefern, das Energie aus Kompost bergen gewinnt. • NetERGY®: Ein übergeordnetes, selbst lernendes Steuerungssystem könnte künftig alle Parameter einer kommunalen Selbstversorgung mit Energie aus Bioabfällen erfassen und regeln. Neben Witterungseinflüssen wie Wind, Sonnen kraft und Außentemperatur beobachtet das System auch das Verhalten der Energieerzeuger und -verbraucher. Erneuerbare Energien | process news 1/2014 Rein- und Rohgaszusammensetzung werden von einem SetBGA Analytik-Komplettsystem analysiert und ausgewertet ist auch eine Anbindung an die geplante Bioabfallvergärung Hochfranken über Industrial Ethernet vorgesehen. Einsparungen bei Emissionen und Kosten Siemens AG Siemens AG Seit ihrer Inbetriebnahme leistet die Biogasanlage einen wichtigen Beitrag dazu, dass die drastische Reduzierung der CO2-Produktion als Folge der eingesparten Heizenergie und der Stromproduktion aus betriebseigenen Abfallmengen und der damit einhergehenden Entsorgungskosten gewährleistet werden kann. „Das sind immerhin weitere 5.500 Tonnen“, erklärt SÜDLEDER-Geschäftsführer Peter Pöppel. Die Wärmeproduktion selbst findet für den eigenen Prozess statt. Die Notstromversorgung für die Gerberei ist dadurch auch aus eigenen Mitteln gewährleistet. „Die Einkünfte aus der Stromproduktion sowie die Einsparungen bei der Wärmeversorgung und der Leimlederentsorgung führen dazu, dass sich die Investition schon in wenigen Jahren amortisieren wird“, beschreibt Eric Priller, REHAU Energy Solutions GmbH, die Zukunftsaussichten für SÜDLEDER. Das Unternehmen profitiert zudem von der hohen Inves titionssicherheit und zukunftssicherer Technologie sowie reduzierten Total Cost of Ownership. Alle Informationen laufen im Simatic PCS 7 Prozessleitsystem der Anlage zusammen Schritt für Schritt zur Energiewende Das alles ist ein großer Schritt in Richtung Bio-EnergieZentrum Hochfranken. Mit der Energiewende setzt die oberfränkische Stadt ein Zeichen: Die weitere Standortentwicklung wird sich vor allem am Einsatz regenerativer Energien beweisen. Ein ehrgeiziges Ziel, das man mit Fortune angeht. Betrug bis 2010 die Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen in Rehau gerade einmal 3.700 MWh, so wird sie in diesem Jahr insgesamt mehr als 65.000 MWh erreichen. Derzeit laufen die Planungen für eine Bioabfallver gärung. Wenn dieses Projekt realisiert wird, werden REHAU Energy Solutions GmbH und Siemens als Projektpartner wieder mit an Bord sein. Info und Kontakt siemens.de/biokraftstoffe [email protected] 21 process news 1/2014 | Rubrik Das Gemeinschaftskraftwerk Linden Stadtwerke Hannover AG Daten-Kraftwerk Die Softwarelösung Comos sorgt im Gemeinschaftskraftwerk Linden dafür, dass die richtigen Daten immer zur richtigen Zeit der richtigen Person zur Verfügung stehen, und unterstützt einen flexiblen und effizienten Anlagenbetrieb. enercity K 22 ommunale Energieversorgungsunternehmen stehen vor der großen Herausforderung, den lokalen Energiebedarf von privaten Haushalten und der Industrie jederzeit problemlos zu bedienen. Gleichzeitig müssen diese Unternehmen trotz steigender Kosten weiterhin wirtschaftlich arbeiten. So auch das kommunale Energieversorgungs- und Dienst leistungsunternehmen „Stadtwerke Hannover AG (enercity)“. Das Unternehmen betreibt unter anderem das Gemeinschaftskraftwerk Linden, das 1962 in Betrieb ging und seitdem mehrfach modernisiert wurde. Im Jahr 1998 wurde mit einer Gasturbine und der alten Dampfturbine aus dem Jahr 1962 die erste Gas- und Dampfturbinenanlage (GuD-Anlage) in Betrieb gesetzt. 2011 wurde dann eine weitere Gasturbine eingebaut und die Dampfturbine gegen eine deutlich größere gemeinsame Dampfturbine ausgetauscht. Dadurch werden pro Jahr 210.000 Tonnen CO2 eingespart. Durch den Einsatz moderner Technologie, wie etwa solcher hochproduktiven GuD-Anlagen, steigt auch die Datenmenge innerhalb der Kraftwerke an. Deshalb entschloss sich enercity, in ein elektro nisches Anlagen- und DokumentenmanagementSystem zu investieren. „Wir suchten kein reines Dokumentenablage-System, sondern ein intelligentes Datenmanagement-System, mit dem wir schnell und einfach die Anlage digital abbilden und weitere Engineering | process news 1/2014 „Bei den vorliegenden Daten und Dokumenten haben wir jederzeit die Sicherheit, dass diese auch den ‚As-built‘Zustand des Kraftwerks abbilden.“ enercity David Röbbing, Systemadministrator von enercity im Heizkraftwerk Linden Planungen vornehmen können“, beschreibt David Röbbing, Systemadministrator im Heizkraftwerk Linden, die Anforderungen an die Software. Einheitlich und immer aktuell (R&I)“-Schemata, Lagepläne, Freischaltpläne, SingleLine-Pläne, Regelschemata, das BrandmeldeanlageSystem, Daten von Aggregaten sowie diverse weitere Dokumente implementiert – alleine für die neue GuD-Anlage 400 DINA4-Ordner mit ca. 300.000 Dokumenten. Trotz der enormen Datenmenge kann mit der leistungsstarken Softwarelösung schnell und einfach mit den Daten gearbeitet werden. „Bei den vorliegenden Daten und Dokumenten haben wir jederzeit die Sicherheit, dass diese auch den ‚As-built‘Zustand des Kraftwerks abbilden“, nennt David Röbbing einen weiteren Vorteil von Comos. Nach intensiver Analyse verschiedener Softwareprodukte entschied sich enercity für die Softwarelösung Comos. Diese Softwarelösung basiert auf einer einheitlichen Datenplattform und verfolgt einen objekt orientierten Ansatz. Damit wurde eine lückenlose, konsistente und navigierbare Datenbank zur Abbildung der Bestands- und Erweiterungsanlage (beginnend mit der neuen Gasturbine) realisiert. Das kom- Integrierte Lösung plette Kraftwerk lässt sich mittlerweile im aktuellen Ist-Zustand digital abbilden. Als übergeordnetes An- Die Softwarelösung wird zudem auch für die Projektlagenkennzeichensystem wird das KKS in der Daten- und Anlagenplanung verwendet. Dies hat den Vorbank verwendet. Bevor im Kraftwerk Linden mit der teil, dass die Mitarbeiter nur mit einem System arbeiDatenimplementierung der Anlagendokumentation ten müssen – das spart zusätzlichen Aufwand für begonnen wurde, entwickelten die zuständigen Schulungen und Systempflege. Mitarbeiter gemeinsam ein Konzept für das spätere Daneben hat der Kraftwerksbetreiber schon vor Dokumentenmanagement-System und definierten einigen Jahren damit begonnen, ein spezifisches Ineine Grundstruktur, an die dann die Standard-Soft- formationssystem für die Mitarbeiter im Kraftwerk warelösung kundenspezifisch angepasst wurde. „Ein Linden aufzubauen. Mittlerweile beinhaltet dieses großer Vorteil von Comos ist, dass die Software fle- „elektronische Schichtbuch“ über 145.000 Einträge, xibel an die gegebenen Arbeitsprozesse angepasst auf denen die Mitarbeiter über Freitextsuche zugreiwird und nicht umgekehrt, wie es sonst bei anderen fen können. Das Informationssystem ist außerdem Software-Produkten üblich ist“, beschreibt System- mit der Softwarelösung über eine Schnittstelle veradministrator Röbbing die Softwareanpassung. Nach knüpft. Dadurch können die Mitarbeiter bei Bedarf der Festlegung der Datenbankstruktur wurden die weitere Informationen zu den in Comos abgelegten Daten erfasst und eingegeben und die Dokumente Objekt- bzw. Anlagenbauteilen aufrufen und somit implementiert. Bei der Definition der Datenbank- wesentlich schnellere und bessere Entscheidungen struktur, der Kapitelkartenentwicklung, dem Daten- treffen. import und der Dokumentenmigration unterstützte das Berliner Ingenieurbüro Thielert den KraftwerksInfo und Kontakt betreiber. siemens.de/comos In die Datenbank wurden Blockdiagramme, [email protected] fahrensschemata, „Rohrleitungs- und Instrumenten 23 process news 1/2014 | Antriebstechnik Sunshine Sugar, Australien Süßer Erfolg Sunshine Sugar produziert Rohzucker aus Zuckerrohr in seinen Zuckerfabriken in New South Wales, Australien, und betreibt zusätzlich die Zuckerraffinerie Manildra Harwood Sugar Refinery (MHS) als 50:50 Joint Venture mit den Unternehmen der Manildra Group. Der gesamte produzierte Rohzucker wird an MHS weiterverkauft, die die nötige Kapazität hat, um ihn weiterzuverarbeiten Matthew Krumins „Wechselstrom oder Gleichstrom?” – diese Frage stellte sich Sunshine Sugar beim Austausch des in die Jahre gekommenen Zentrifugenantriebs. Das Unternehmen entschied sich am Ende für eine Kombination aus Antrieb und Motor mit Wechsel spannung von Siemens, mit der sich der Energieverbrauch um 40 % reduzieren ließ. D ie Entscheidung, den 298-kW-Gleichstroman- gemäß und sogar unter dem veranschlagten Budget trieb der Zentrifuge durch eine Kombination umgesetzt wurde. „Siemens verwies auf weltweit aus Motor und Antrieb mit einer Wechselspan- 1.200 Referenzen, in denen Zentrifugen erfolgreich nung von 184 kW zu ersetzen, fiel den Verantwort- mit AC-Antrieben arbeiten. Weitere Vorteile waren lichen bei Sunshine Sugar zunächst nicht leicht, aber die Reduzierung von Motor- und Antriebsgröße Siemens hatte gute Argumente für seine einzigar- durch das Steuern der Schalthäufigkeit der IGBTs tige Lösung, wie Werkleiter Stephen King erklärt. (Insulated-Gate Bipolar Transistors). Ein Experte für Siemens half dem Unternehmen bei der Entschei- Antriebstechnik aus dem Competence Center für dung für ein Upgrade des Antriebssystems, das frist- Zucker aus Deutschland besuchte uns, um uns genau 24 Antriebstechnik | process news 1/2014 zu erläutern, warum dies die richtige Lösung ist”, so Stephen King. Siemens für ein I/O Device, um die Lösung in das bestehende Leitsystem zu integrieren. Die richtige Technik Beträchtliche Einsparungen Brian Jackson, verantwortlich für die elektrische Aus- Seit Inbetriebnahme des neuen Antriebs konnte rüstung bei Sunshine Sugar, war ebenfalls beein- Sunshine Sugar seinen Stromverbrauch erheblich druckt: „Das 184-kW-Antriebssystem hat uns auch reduzieren. „Unsere Aufzeichnungen bestätigen, mit der Active-Front-End-Technologie überzeugt. Mit dass der Stromverbrauch der Zentrifuge von 1,7 auf diesem Standardfeature bei Sinamics Antriebssys 1,0 kWh pro Tonne gesunken ist – und das noch vor temen können wir Motor- und Antriebsgröße ohne der Optimierung des Antriebs. Wir planen deshalb Leistungsverlust reduzieren, Oberwellen von weni- weitere Analysen, um die endgültigen Einsparunger als 1 % erreichen und folglich unsere Energie gen zu ermitteln”, sagt Brian Jackson. Angesichts kosten erheblich senken.” AC-Antriebe können die für der guten Ergebnisse verwundert es nicht, dass Active Front End Die für Umrichter in zentrifugalen Antrieben gebräuchliche Technik bietet einige wichtige Vorteile: • Selbstgeführte Umrichter mit IGBTs und einem Clean Power Filter am Eingang • Sinusförmige Ströme und Spannungen ohne netztypische Oberwellen und dadurch minimale Netzrückwirkung auf der Systemseite; somit keine Kompensationsund Filterkreisanlagen erforderlich, der gesamte Leistungsfaktor cos phi = 1 • Dank aktiver Auslösung keine Ableitung durch ausgelöste Sicherungen infolge von Netzunterspannung oder Ausfall im Generatorbetrieb; macht die Lösung besonders geeignet für schwache oder instabile Systeme • Kompensation von Netzunterspannung mithilfe des spannungserhöhenden Modus • Außergewöhnliche Dynamik Mit der neuen AC-Motor- und Antriebslösung für seine Zentrifuge konnte Sunshine Sugar bereits Energieeinsparungen von 40 % realisieren • Von Oberwellen ausgelöste Netzresonanz ist ohne Einfluss auf die Netzspannung Zentrifugen erforderliche Leistung bereitstellen – die größten Zentrifugen fassen 1.200 kg pro Ladung. Drehzahlgeregelte AC-Antriebe sind wartungsarm, robust und langlebig, können eine ganze Kampagne lang durchlaufen und sind insgesamt zuverlässiger als drehzahlgeregelte DC-Antriebe. Bei Sunshine Sugar ist jetzt eine Sinamics AC-Antriebs- und Motorlösung im Einsatz, die von Siemens vor Ort in Betrieb genommen und optimiert wurde. Zusätzlich sorgte Matthew Krumins • Keine Verzerrung der Netzspannung durch Einbrüche in der Kommutierungsspannung Sunshine Sugar Siemens damit beauftragt hat, das Antriebssystem einer zweiten Zentrifuge zu mod er nisier en. Info und Kontakt siemens.de/antriebe [email protected] 25 process news 1/2014 | Antriebstechnik Eggersmann-Gruppe, Deutschland Für „Feldarbeiten“ prädestiniert Siemens AG Die hohe Schutzart IP55 war für einen Hersteller innovativer Biorecycling- und Biogasanlagen das entscheidende Argument für den Ersteinsatz neuer Frequenzumrichter. Die Umrichter lassen sich ohne Schaltschrank im Feld montieren und zudem einfach in Automatisierungslösungen einbinden und komfortabel fernwarten. Über sogenannte Tunneleintragsgeräte von Eggersmann Anlagenbau (hier in einem Fermentertunnel) werden auch die neuen Rottetunnel mit zerkleinerten Bio- und Grünabfällen beschickt 26 D as Metier der Eggersmann-Gruppe in Marien- Zusammenarbeit mit Siemens ist, wie Holger Iderhoff, feld sind innovative Anlagen für das Verwerten Leiter Automatisierungstechnik bei Eggersmann biogener Reststoffe zu hochwertigen Kom- Anlagenbau in Bad Oeynhausen, betont: „Steuerungs-, postprodukten und zunehmend auch Biogas. Der Antriebs- und Visualisierungssysteme von Siemens familiengeführte Verbund aus den vier eigenständi- sind weltweit bekannt und schnell verfügbar. Auch gen Unternehmen Bauwesen, Anlagenbau, Kompotec Fachpersonal, das damit umgehen kann, findet man und Objektmanagement ist sowohl Entwickler und nahezu überall.“ Hersteller als auch langjähriger Betreiber dieser Anlagen. Ein Beispiel ist der Kompopark Gütersloh, Wirtschaftlich belüften der jüngst um eine innovative Biogaserzeugung mit Blockheizkraftwerk und eine zweite Kompost Das Kompostieren ist ein rauer, in weiten Teilen aulinie erweitert wurde. Die Anlagen und Verfahren tomatisiert geführter Batchprozess. In dessen Verlauf von Eggersmann sind längst auch weltweit gefragt, müssen die Stoffströme unter anderem gefördert, was wiederum ein maßgeblicher Grund für die gemischt, zerkleinert, befeuchtet, temperiert und Siemens AG Siemens AG Antriebstechnik | process news 1/2014 Sämtliche Prozesse im Kompopark können zentral von der Warte aus über Simatic WinCC bedient und beobachtet werden Rund 30 Frequenzumrichter Sinamics G120P wurden dank hoher Schutzart IP55 ohne zusätzlichen Schaltschrank direkt im Feld platziert vor allem belüftet werden. Letzteres übernehmen im Kompopark Gütersloh diverse Großlüfter an zwei sogenannten Rottehallen bzw. an acht jetzt neu hinzugekommenen Rottetunneln. Die rund 30 Lüfter werden drehzahlgeregelt betrieben, um die erforder lichen Luftmengen individuell und flexibel an die Gegebenheiten der biologischen Prozesse anpassen zu können. Im Rahmen der Erweiterung des Kompoparks wurden die Lüfter jetzt mit dezentralen Umrichtern Sinamics G120P ausgerüstet und auch die Steuerungen und Umrichter für die Lüfterantriebe in den Rottenhallen auf den neuesten Stand gebracht. Die in Schutzart IP55 (UL Type 12) ausgeführten Umrichter sind staubdicht, vollständig vor äußeren Zugriffen geschützt und strahlwasserfest, sie können daher ohne zusätzlichen Schaltkasten in der Anlage verteilt eingebaut werden. Das spart Zeit und Geld, auch weil nur das kurze Stück Leistungskabel zwischen Umrichter und Motor abgeschirmt ausgeführt werden muss. Zum Bedienen und Beobachten direkt am Umrichter setzt Eggersmann durchgängig auf das Sinamics BOP-2 Basic Operator Panel mit zweizeiliger Anzeige und Menüführung. Die Fäden der weitläufigen Anlage laufen über Profibus- und Profinet-Kommunikation auf mehreren Steuerungen Simatic S7-300 zusammen – wo nötig in fehlersicherer Ausführung. Zum Bedienen und Beobachten sämtlicher Anlagenteile von zentraler Stelle aus nutzt der Kompopark Simatic WinCC. Engineering-Systems Drive ES Basic nutzen. Aus der Ferne kann auch ein ausgetauschter Umrichter Sinamics G120P schnell und kostengünstig neu parametriert, die Software eingespielt und der Antrieb wieder in Betrieb genommen werden, wie Holger Iderhoff erläutert: „Der Betreiber ruft kurz an, man baut die Verbindung auf und behebt Störungen gemeinsam in kürzester Zeit – unsere Anlagen sind dadurch ein weiteres Stück verfügbarer. Außerdem lässt sich das gesamte Automatisierungsprojekt einfach zusammenfassen und dokumentieren.“ Letzteres wird unterstützt und beschleunigt durch vorgefertigte PDF-Dateien, die der Anlagenbauer teilweise auf dem Visualisierungs system bereitstellt. Auch das beschleunigt die Fehlersuche und hält die Verfügbarkeit hoch. Durchgängige Ferndiagnose Die durchgängige Lösung von Siemens ermöglicht eine effiziente und zugleich sichere Ferndiagnose bis in die Antriebsebene. Für gezielte Diagnosen lassen sich dazu auch die integrierten Funktionen des Drive- Alles aus einer Hand Der Anlagenbetreiber profitiert ebenfalls von der zuverlässigen und integrierten Automatisierungs- und Antriebslösung. „Damit sind wir beim Vergären von Grünabfällen und der Methangasgewinnung vor dem Kompostieren auf der gewohnt sicheren, zuverlässigen und komfortablen Seite“, so Betriebsleiter Sebastian Böhme, „wie auch bei der Übergabe an das eigene Blockheizkraftwerk (BHKW), das aus dem Bio(roh)gas Strom und Wärme erzeugt.“ Pro Jahr sollen rund 5,7 Millionen Kilowattstunden in das Netz der Stadtwerke Gütersloh eingespeist werden. Mit etwa 15 % des erzeugten Stroms wird der Eigenbedarf des Werks gedeckt. Info und Kontakt siemens.de/sinamics-g120p [email protected] 27 process news 1/2014 | Nahrungsmittel und Getränke Karmeliten Brauerei, Deutschland Gut geplant, effizient gebraut In der Brauereibranche herrscht ein hoher Wettbewerbsdruck. Um am Markt bestehen zu können, setzen viele Unternehmen deshalb auf sparsame Energiekonzepte. So auch die Karmeliten Brauerei im niederbayerischen Straubing: In den nächsten fünf Jahren soll dort gemeinsam mit der Firma Ziemann International GmbH und Siemens eine energieeffiziente Produktion realisiert werden. „Gerade für uns als mittelständisches Unternehmen ist es wichtig, möglichst energieeffizient zu produzieren, um gegen die Großen der Branche bestehen zu können und unsere Wettbewerbsfähigkeit langfristig Siemens AG zu sichern.“ Christoph Kämpf, Geschäftsführer der Karmeliten Brauerei Karl Sturm GmbH & Co. KG 30 Nahrungsmittel und Getränke | process news 1/2014 C hristoph Kämpf ist Geschäftsfüh- Betriebsabläufe zu optimieren, Energie rer der Karmeliten Brauerei Karl zu sparen und den Ausstoß bei gleichSturm GmbH & Co. KG und ein bleibenden oder kleineren Kapazitäten Pionier seiner Branche. Seine Vision: zu erhöhen. Durch den Einsatz von Er will sein klösterliches Bier energie MES-Anwendungen wie Simatic IT kann autark brauen. Hintergrund sind die die Brauereileitung mittels der erfasssteigenden Energie- und Produktions- ten Daten die Prozesse auswerten und kosten sowie der zunehmende Kosten- fortlaufend optimieren. Diese Informadruck. „Wenn ich mir jeden Monat die tionen lassen sich in handfeste wirtRechnungen angesehen habe, ist mir schaftliche Vorteile ummünzen: So schnell klar geworden, dass wir han- wurde etwa der Wasserverbrauch für deln müssen“, sagt Kämpf. Allein von die Herstellung von einem Liter Bier in 2012 auf 2013 sind die Ausgaben für den letzten zwei Jahrzehnten von rund Energie um rund 20 % gestiegen. Bei 10 l auf durchschnittlich 3,5 l reduziert. einem Energieverbrauch von mehr als Mit neueren Automatisierungslösun650.000 kWh Strom und über 2 Millio- gen lassen sich nicht nur mehr Daten nen kWh Gas kommt da schnell eine verarbeiten, sondern die einzelnen Prohohe Summe zusammen. zessschritte auch besser vernetzen und Anlagen umfassend über einen LeitVon Anfang an durchdachte stand zentral steuern. Vorteil für die Brauereien: Die Produktion ist flexibler, Planung die Schwankungsbreiten bei HauptproAnlagenbauer Ziemann und Siemens zessen zur Bierherstellung werden verunterstützen die weitsichtigen Pläne ringert und auch Nebenprozesse lassen der Brauerei mit einem breiten Angebot sich präziser steuern. an Lösungen und Dienstleistungen zur energietechnischen Optimierung der Transparenz ermöglicht Effizienz Prozesse, Maschinen und Anlagen – angefangen bei einer vorausschauenden Diese Automatisierungslösungen sind Planung. Rund 43 % der benötigten Wär- Teil eines breit gefächerten Energieeffimeenergie werden im Sudhaus ver- zienzkonzeptes, mit dem Siemens seine braucht – in dem Teil der Bierbrauerei, Kunden in den verschiedensten Indusin dem die Würze produziert wird. Rund trien unterstützt. Ziel ist es, die Produkzwei Millionen Euro hat die Brauerei in- tivität der eingesetzten Energie in der vestiert, um das 1980 in Betrieb genom- Getränkeindustrie kontinuierlich zu ver mene Sudhaus komplett zu erneuern. bessern: vom Design der Anlagen über Der Einsatz von Informationstechno- die Produktionsplanung und das Engilogie leistet einen entscheidenden Bei- neering bis hin zum realen Betrieb und trag, um in bestehenden Brauereien den entsprechenden Services. Der Einsatz von Auto matisierungs- und Antriebstechnik in den Fertigungsanlagen von Sudhäusern trägt dazu bei, dass Brauereien ihre Biersorten schneller, kostengünstiger und mit gleichbleibender Geschmacksqualität ausliefern können Die Transparenz über Prozesse und Energiebedarf zu erhöhen, ist dabei eine wesentliche Voraussetzung für Energieeffizienz. Mit dem Energiedatenmanagementsystem Simatic B.Data lassen sich wichtige Kennzahlen zum Energieverbrauch erfassen, wie zum Beispiel der Energiebedarf in Bezug zur Produktionsmenge oder in Bezug zu Hilfsstoffen. Über spezielle Services unterstützt Siemens den Anwender zudem dabei, geeignete Energieeffizienzmaßnahmen zu identifizieren und den Allgemeinzustand der Anlage bezüglich der Energieeffizienz zu bewerten. Ein Beispiel ist die energetische Maschinenund Linienanalyse, die Experten vor Ort mit mobilen Messsystemen durchführen, um versteckte Energiesparpotenziale zu heben. Am Ende der Analyse stehen Energieeffizienzmaßnahmen und ein passendes Umsetzungskonzept. Dies kann zum Beispiel der Einsatz eines Energie datenmanagementsystems, die Ins tal lation einer Wärmerückgewinnungs anlage oder die Modernisierung der installierten Basis beispielsweise mit Simatic Steuerungen oder Simotics Motoren sein. Ausgezeichnetes Energiekonzept In Straubing zahlen sich die Investitionen in eine energieautarke Produktion bereits heute aus: Die Karmeliten Brauerei erhielt für ihr Konzept der energie autarken Brauerei mit optimaler Rohstoffnutzung den „Bundespreis 2013 für hervorragende innovatorische Leistungen des Handwerks“. Laut Begründung der Jury überzeugte das entwickelte individuelle Konzept vor allem durch seine Energieeffizienz: „Das ressourcenschonende Gesamtkonzept der Karmeliten Brauerei Karl Sturm GmbH erreicht durch den Einsatz des innovativen Sudhaus-Konzepts Cascade von Ziemann Energieeinsparungen von ca. 30 % sowie die Reduktion des benötigten Bedarfs an elektrischer Energie von ca. 12 % bei gleichzeitiger Einsparung von bis zu 20 % an Trinkwasser“, heißt es dort. Siemens AG Info und Kontakt siemens.de/food&beverage siemens.de/energieeffizienz [email protected] 29 Siemens AG process news 1/2014 | Prozessinstrumentierung Instrumentierung im hygienischen Umfeld Sauber bleiben Die Gestaltung von leicht reinigbaren Prozessanlagen, das sog. „Hygienic Design“, ist in bestimmten Industrien Voraussetzung für eine sichere Produktion. Eine hygienegerechte Gestaltung gilt auch für die Prozess instrumentierung, die eine sichere und kontaminationsfreie Aufnahme von Messwerten gewährleisten muss. D er Kerngedanke einer hygienegerechten Pro duktion ist schnell formuliert: Prinzipiell geht es darum, durch bestimmte Maßnahmen zu verhindern, dass biologisch aktives Material, bei pro spielsweise Keime oder giftige Stoffwechsel dukte bestimmter Bakterien oder Pilze, ein Produkt kontaminieren. Ausgehend von der Lebensmittel industrie hat sich dabei aus Gründen der Wirtschaft lichkeit die ortsgebundene Reinigung (cleaning in place – CIP) bzw. Sterilisierung (sterilization in place – SIP) durchgesetzt. Hygienisch gestaltete Produktionsanlagen und ein zelne Bauteile müssen daher einige wesentliche Kri terien erfüllen: leichte Reinigbarkeit, Verhinderung von Keimwachstum, keinerlei Beeinflussung des Pro dukts und absolute Beständigkeit gegenüber Reini gungsprozessen. Diese Anforderungen bestimmen die Bereiche Materialauswahl, Oberflächenqualität, 30 Konstruktion und Verbindungsgestaltung. Das heißt insbesondere, dass auf Spalte, Vertiefungen, kons truktive Toträume und strömungsfreie Bereiche so weit wie möglich verzichtet wird, da hier Ablagerun gen oder Festsetzungen drohen oder sich leicht Biofilme bilden können. Der Einsatz von Messtechnik macht in den meisten Fällen eine Intervention ins Prozesssystem notwendig und stellt somit ein erhöhtes Kontaminationsrisiko dar. Um dieses Risiko zu minimieren, sollten Prozessan schlüsse einfache Dichtgeometrien aufweisen und möglichst keine Kanten und Vorsprünge haben. Die Dichtungen sollten selbstzentrierend sein und sich möglichst wenig thermisch ausdehnen, wobei die Dehnung stets zur prozessabgewandten Seite erfol gen sollte. Zusätzlich sollten die Anschlüsse voll CIPund SIP-fähig sein sowie nur FDA-konforme (Food and Drug Administration) Dichtmaterialien enthalten. Prozessinstrumentierung | process news 1/2014 Siemens AG Der Coriolis-Durchfluss- messer Sitrans FC430 ist für den hygieneger echten Einsatz zertifiziert und prädestiniert für ans pruchsvolle Anwendungen wie schnelles Befüllen, Batch-Steuerung oder exaktes Mischen und Dosieren Hygienic Design in der Praxis Besonders für den Einsatz in der sterilen Herstellung von Pharmazeutika, der sicheren Lebensmittelferti gung oder biologischen Wirkstoffproduktion ist der Drucktransmitter Sitrans P300 in einer speziellen hy gienegerechten Ausführung erhältlich, die sich dank eines Gehäuses aus elektropoliertem Edelstahl, der Ausführung in Schutzart IP69K (Hochdruckreini gung) und dem gelaserten Typenschild optimal rei nigen lässt. Der Druckmessumformer kann neben fast 100 Anschlussvarianten auch nach DIN 11864-1, -2 oder -3 aseptisch an den Prozess angebunden wer den. Die Messzellen sind so konstruiert, dass prozess seitig keinerlei Dichtung verwendet werden muss: Die Messzellenmembranen werden direkt mit dem Prozessanschluss verschweißt, ebenfalls in EHEDGkonformer Ausführung. Mit denselben Stärken tritt der Sitrans FC430 im Bereich Durchflussmessung nach dem Coriolisprinzip an. Neben den EHEDG- und 3A-Zeugnissen verfügt dieses System auch über FDA- und NAMUR-Konfor mität. Der Durchflussmesser ist CIP- und SIP-tauglich und wurde bereits während der Entwicklung nach Hygienic-Design-Richtlinien zertifiziert. Ein anderer hygienegerechter Ansatz lässt sich mit sogenannten Clamp-on-Produkten verfolgen. Diese Sensoren werden von außen auf produktführende Rohre aufgebracht. Neben Ultraschall-Durchfluss messern sind beispielsweise auch Widerstandsthermometer in Clamp-on-Ausführung erhältlich. Da es hierbei im Gegensatz zur Inline-Messung keine direkte Medienberührung gibt, ist eine dichtungs-, schweißnaht-, totraum- und verwirbelungsfreie Messung garantiert. Zukünftig auch Sensoren zum Wegwerfen Neue Anforderungen an das Hygienic Design resultie ren aus sogenannten „single use“ bzw. „disposable“ Sensoren. Sie finden einmalige Verwendung in Bio reaktoren und werden nach Abschluss der Reaktion und Abziehen des Produkts zusammen mit dem Re aktor entsorgt. Hier ist eine preiswerte und robuste Sensortechnik mit hoher Messgenauigkeit gefragt. Momentan werden meist optische Sensoren ein gesetzt, die aufgrund des lichtempfindlichen Mess prinzips aber nicht für alle Anwendungen infrage kommen. Außerdem lassen sich Messgrößen wie Temperatur, pH-Wert oder Sauerstoffgehalt nicht exakt optoelektronisch erfassen. Für neue Impulse könnte hier der Einsatz von RFID-Technik sorgen. Es wird aber noch eine Zeitlang dauern, bis die EinmalSensoren die Messgenauigkeit und Flexibilität ihrer hygienegerechten dauerbetriebenen Kollegen errei chen. Info und Kontakt siemens.de/prozessinstrumentierung [email protected] 31 process news 1/2014 | Web Exclusive Dreimal „Grüne Energie“ E xklusiv aus process news online: Gleich dreimal entschied sich die Firma Thöni Industriebetriebe GmbH aus Telfs in Österreich für Siemens als Partner bei der elektrotechnischen Ausrüstung von Biogasanlagen in Italien und Großbritannien. Siemens war für Projektierung und Engineering, Montage und Installation sowie die Inbetriebnahme inklusive der erforderlichen Schulungen und der Dokumentation der Mess-, Steuerungs- und Regeltechnik verantwortlich. Die Steuerung übernimmt jeweils ein zentraler Simatic S7-300 Controller. In der Anlage kommen die leistungsfähigen und effizienten Sinamics bzw. Micromaster Antriebe zum Einsatz, die Prozessdaten werden über Sitrans und Pointek Geräte erfasst. Gasanalytik spart Emissionen D ank Gasanalytik von Siemens konnte die Firma Nitto Europe nicht nur ihre CO2-Emissionen um rund 9.000 Tonnen pro Jahr verringern, sondern auch ihre Produktionskosten senken. Ein speziell konfigurierter Gas-Chromatograph überwacht seit einiger Zeit die Rückgewinnung der Lösemittel, die bei Nitto in der Produktion von Klebebändern anfallen. Zuvor musste Nitto Europe die beladene Luft in Nachbrennern thermisch oxidieren – bis das Unternehmen sich an Siemens wandte. „Wir haben Siemens als Lieferanten ausgewählt, weil sie uns als einziges zugelassenes Unternehmen mit unseren Spezifikationen helfen konnten. Siemens hat seine Analytik-Expertise genutzt und einen für unsere Anwendung genau passenden Gas-Chromatographen entwickelt“, berichtet Paul Clusters, Utilities Specialist von Nitto Europe. Um die ganz individuellen Anforderung des Kunden genau erfüllen zu können und eine optimale Analytiklösung für die Aufgabenstellung zu ermitteln, führte Siemens eine „Front Engineering Design“-Studie durch. Das Ergebnis ist ein Gas-Chromatograph mit einer außerordentlich kurzen Zykluszeit und einer sehr niedrigen Nachweisgrenze für die spezifizierten Verunreinigungen. Nitto ist mit der Lösung hochzufrieden. Mehr im Video auf Youtube! Scannen Sie dazu den QR-Code mit Ihrem iPhone oder iPad Lesen Sie die kompletten Artikel online: siemens.de/processnews Sipat Special Eingebaute Qualität P rocess Analytical Technology (PAT) ist einer der ganz entscheidenden Ansätze, mit denen die Pharmaindustrie ihre Prozesse fit machen kann – fit für mehr Wettbewerb, mehr Effizienz und vor allem für mehr Qualität. Ein Themen-Special auf process news online zeigt, welche Lösungen Siemens rund um PAT bietet und wie Unternehmen von diesen Lösungen profitieren können. Eberhard Franke +++ WEB EXCLUSIVE +++ WEB EXCLUSIVE +++ Video zur Gasanalytik Biogas-Referenzen aus Österreich Lesen Sie mehr: sie.ag/18BHpzL oder scannen Sie den QR-Code mit Ihrem iPhone oder iPad +++ siemens.de/processnews +++ 32 Dialog | process news 1/2014 Apps +++ Vorschau +++ Vorschau +++ [email protected] - Fotolia Viele Siemens-Kundenmagazine können Sie sich jetzt auch über die App „Siemens Publications“ auf Ihr Android Tablet oder iPad laden und lesen – natürlich nach wie vor kostenfrei. Auch die beiden letzten Ausgaben der process news stehen bereits im Store – angereichert mit Zusatzinformationen und interaktiven Inhalten. Siemens Publications für iOS process news 2/2014 Schwerpunkt Brasilien Siemens Publications für Android A Online Das Onlineportal der process news bietet Ihnen einen schnellen Zugang zu allen früheren Ausgaben und informiert Sie mit zusätzlichen News, Fallbeispielen, detaillierten Technologieartikeln und Videos zu Kernthemen in der Prozessautomatisierung. Bleiben Sie auf dem Laufenden: siemens.de/processnews Weitere Magazine von Siemens Industry: siemens.de/industry-magazines ufschwung unterm Zuckerhut: In den letzten Jahren hat sich Brasilien – getrieben von boomenden Rohstoffmärkten und umfangreichen Investitionen in Industrie und Infrastruktur – zu einer der größten Volkswirtschaften der Welt entwickelt. Mit der Fußball-WM und den Olympischen Spielen ist Brasilien zudem auch Gastgeber zweier internationaler Groß ereignisse, die das Land ebenfalls in den Mittelpunkt der internationalen Berichterstattung rücken. Gleichzeitig rüsten sich Unternemen in Brasilien wie überall auf der Welt für die kommenden Herausforderungen: nachhaltiges Wachstum, ein verantwortungsvoller Umgang mit natürlichen Ressourcen und insbesondere ein effizienter Einsatz von Energie. Seit über 100 Jahren ist Siemens ein zuverlässiger Partner von Unternehmen in Brasilien – angefangen von der Modernisierung der Infrastruktur über das Gesundheitswesen bis hin zu Automatisierungs- und Antriebslösungen für die Industrie. Erfahren Sie mehr über aktuelle Projekte und die speziellen Herausforderungen, denen sich Unternehmen in Brasilien gegenüber sehen, in der nächsten Ausgabe der process news. Die process news 2/2014 erscheint Anfang Juni. Impressum: process news 1/2014 Herausgeber: Siemens AG, Industry Sector, Communications Werner-von-Siemens-Str. 50, D-91052 Erlangen siemens.de/industry Drive Technologies Division Industry Automation Division Customer Services Division Verlag: Publicis Publishing, Postfach 32 40, 91050 Erlangen [email protected] Redaktion: Kerstin Purucker Layout: Nadine Wachter C.v.D., Schlussredaktion: Sabine Zingelmann DTP: Mario Willms; TV Satzstudio GmbH Presserechtliche Verantwortung: Ralf Schmitt Druck: Wünsch, Neumarkt Auflage: 17.500 Erscheinungsweise: viermal jährlich; 19. Jahrgang Verantwortlich für den Inhalt: Cornelia Dürrfeld ISSN 1430-2284 (Print) IWI: TPOG Artikelnummer: E20001-M6114-B100 Redaktionsbeirat: Heiko Dambach, Ute Forstner, Petra Geiss, Michael Gilluck, Walter Huber, Doina Pamfilie, Elke Pilhöfer, Verena Schlierf, Rüdiger Selig, Roland Wieser © 2014 by Siemens Aktiengesellschaft München und Berlin. Alle Rechte vorbehalten. Diese Ausgabe wurde auf Papier aus umweltfreundlich chlorfrei gebleichtem Zellstoff gedruckt. Printed in Germany Wenn Sie der Zusendung der process news gemäß des Widerspruchsrechts des Bundesdatenschutzgesetzes §28 IV Satz 1 BDSG widersprechen möchten, senden Sie eine E-Mail unter Angabe Ihrer Adresse an: [email protected] Die folgenden Produkte sind eingetragene Marken der Siemens AG: COMOS, MicroSAM, PCS 7, S7-300, SCAL ANCE, SIMATIC, Simatic IT, SIMOTICS, SINAMICS, SIPAT, SITR ANS, TIA, TIA Portal, ULTR AMAT, WinCC Wenn Markenzeichen, Handelsnamen, technische Lösungen oder dergleichen nicht besonders erwähnt sind, bedeutet dies nicht, dass sie keinen Schutz genießen. Die Informationen in diesem Magazin enthalten lediglich allgemeine Beschreibungen bzw. Leistungsmerkmale, welche im konkreten Anwendungsfall nicht immer in der beschriebenen Form zutreffen bzw. welche sich durch Weiterentwicklung der Produkte ändern können. Die gewünschten Leistungsmerkmale sind nur dann verbindlich, wenn sie bei Vertragsschluss ausdrücklich vereinbart werden. Gewinne optimiert man nicht über Nacht. Aber Tag für Tag. Realisieren auch Sie das Potenzial energieeffizienter Lösungen siemens.de/energieeffizienz Knapper werdende Ressourcen, steigende Energiekosten sowie immer strengere Umweltauflagen verschärfen den Druck auf die Industrie, effizienter als bisher mit Energie umzugehen. Und das Potenzial ist riesig. Bis zu 70 % der eingesetzten Energie in Industriebetrieben werden allein durch elektrische Antriebe und Motoren verbraucht. Ob moderne Energiesparmotoren oder innovative SoftwareAnwendungen – wir bieten Ihnen entlang des gesamten Produktionsprozesses ein umfangreiches Portfolio an energieeffizienten Produkten und Lösungen sowie umfassende Energieberatung. Damit erzielen Sie innerhalb kurzer Zeit auf Dauer Effizienzgewinne, die Sie immer wieder machen. Answers for industry.