Energy Management (Evonik)

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Effizientes
Energie
Management
REFA-Fachtagung – Neue Impulse zum
nachhaltigen Wirtschaften
Dr. Ralf Janowsky
17. Nov. 2010 - Dortmund
Inhalt
• Wie wichtig ist z.B. Druckluft?
• Energieverbrauch Evonik
• Opex / EEM und was noch?
• Was ist EEM und wie läuft es ab?
• Wo wurde es gemacht?
• Beispiele für Potenziale?
• Was gehört noch dazu?
• Erkenntnisgewinn durch
Energie Cockpits
REFA-Fachtagung: Neue Impulse zum nachhaltigen Wirtschaften – 17. Nov. 2010 - Dortmund
Folie | 2
Energiebedarf für
Druckluftanlagen in Deutschland
14 TWh = 14.000.000.000 kWh
Das entspricht der jährlichen
Stromerzeugung von 1,3
Kernkraftwerken…
… bzw. dem jährlichen
Stromverbrauch der
deutschen Bahn.
Folie | 3
Energiebedarf für
Druckluftanlagen in Deutschland
4% Nutzenergie
7% Entspannungsverluste
22% Kompressionsverluste
4% Motorverluste
1% Generatorverluste
46% Dampfturbinenverluste
7% Kesselverluste
9% Brennstoffaufbereitung
Folie | 4
Druckluft Spezifischer Stromverbrauch
20
Degussa Plants
15
kWh / 100Nm
3
Values for various
Evonik sites
"good"
range
10
adiabatic
5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Compression Ratio P/P0
Folie | 5
Evonik Elektrizitäts- und Erdgaskosten
Entwicklung in Mio. €
1.200
Strom
Erdgas
1.100
1.000
1.061
945
766
700
560
600
500
430
400
300
188
472
238
262
394
424
453
502
649
312
284
208
200
100
596
367
1.139
1.001
900
800
1.090
242
264
322
334
365
2003
2004
2005
2006
2007
578
607
637
637
637
2009
2010
2011
2012
2013
454
0
2008
Evonik Chemicals (weltweit)
Folie | 6
Effizientes Energie Management
OPEX führt die Spezialdiagnose EEM für alle Evonik
Degussa Standorte weltweit durch:
• Energie hat einen wachsenden Anteil an den Ausgaben
der BU’s mit einer hohen Relevanz für Evonik Degussa
• Energie Management hat drei Dimensionen für die
Optimierung (Technisches System, Management
Infrastruktur, Einstellung & Verhalten).
• Zusammenarbeit mit Verfahrenstechnik & Engineering
• Einbringen notwendiger Expertise in die Diagnose
• Prozesssimulation / Physikalische Stoffdaten
• Verbrennungsprozesse
• Wärme- & Stoffaustauschprozesse
• Spez. Aggregate z.B. Pumpen / Kompressoren
• Möglichkeit für Kostenschabschätzungen der Ideen
und Überführung in Projekte.
EEM ist Teamwork – Standort / Betrieb – OPEX – Verfahrenstechnik & Engineering
Folie | 7
EEM*-Analysen sind Bestandteil des
OPEX-Aktivitätenkatalogs
Fokus der
Spezialdiagnosen:
Produktion
Administration**
Logistik
USGQ
Standarddiagnosen
Spezialdiagnosen
ZINS***
Untersuchung von
• spezifischen
Funktionen/Bereichen
• Funktions-/Bereichsübergreifenden
Kostenblöcken
(variable und
Fixkosten)
• Schnittstellen
EEM*
EEM***
Environmental
Excellence****
• bislang nicht
analysierten
Funktions-/Kostenblöcken
Variable Kosten
* Effizientes Energie Management
** Im Umfang sind die Bereiche Controlling/Rechnungswesen, Personal, IT, USGQ und lokaler Einkauf enthalten
*** ZINS = Zielsystem Instandhaltung
**** Untersuchung der Effizienz von Umweltschutzeinrichtungen und Prozessen
REFA-Fachtagung:
Neue Impulse zum nachhaltigen Wirtschaften – 17. Nov. 2010 - Dortmund
Quelle: OPEX
Folie | 8
Der EEM – Prozessablauf
Kick-off
Vorbereitung
Diagnose
Diagnose
vor Ort
3 – 4 Wochen
2 - 4 Tage je Anlage
Ausarbeitung
Report
Follow up
4 – 6 Wochen
• Vorstellung Standort • Zusammenstellung • Werksbegehung
• Zusammenstellung • Diskussion aller
Standortdaten, z.B. • Intensive Diskussion Diagnoseergebnisse Maßnahmen
• Einführung
Diagnosen
• Erläuterung
Datenanforderung
• Klärung von
Schwerpunktthemen
sowie besonderer
Standortspezifika
Produktionsmengen
Energieverbräuche
Verfahrensfließbld.
• Erstellung eines
detaillierten
Ablaufplanes
• Diskussion
Ausgangslage /
Datenlage
gemeinsam mit
Standort
der Verfahrensfließbilder und
Prozessabläufe
• Durchführung von
Datenanalysen
• Erarbeitung von
Optimierungs- und
Einsparpotenzialen
• Vergleich mit
inkl. Quantifizierung
der Potenziale
• Übergabe der
vorläufigen
Dokumentation an
die Standortleitung
• Einholen des
Feedbacks vom
Standort
Benchmarkdaten
sofern vorhanden
• Erste Information
der Standortleitung
über Ergebnisse
(Definition
akzeptiertes
Potenzial)
• Festlegung
weiteres Vorgehen
• Erstellung
Abschlussbericht
• Erstellung
Handlungsprogramm
(Roadmap)
Ergebnisse:
• Identifiziertes Potenzial
• Akzeptiertes Potenzial
• Handlungsprogramm
Folie | 9
Erfolgsfaktoren
• Energetische Potenziale gibt es in unterschiedlicher Höhe an jedem Standort
• Der Wille zur Senkung der Energiekosten existiert überall
• Betriebsverantwortliche und Opex-MA erarbeiten gemeinsam
Optimierungsmaßnahmen
• Die Einbindung von interner und externer Fachexpertise und Erfahrungen aus anderen
Werken ist entscheidend für den Erfolg
• Die ganzheitliche und werksweite energetische Betrachtung führt zu weiteren
Potenzialen
• Der EEM Prozess ist weltweit und geschäftsgebietsübergreifend einsetzbar. Bedingt
durch Standardisierung und inzwischen hohe betriebliche Übung ist er ein effektives
Optimierungswerkzeug
• Der pragmatische Prozessablauf führt zu hoher Akzeptanz bei allen Beteiligten
EEM - Effizientes Energie Mangement bei Evonik Degusssa GmbH
Prämiert mit dem 3. Platz beim „Energy Efficiency Award 2009“ der
Deutschen Energie-Agentur dena, am Beispiel der Optimierung einer
thermischen Nachverbrennungsanlage
Folie | 10
Seit 2006 hat OPEX weltweit
58 EEM-Analysen durchgeführt
STATUS: 01. Okt. 2010
Canada (1)
Germany (27)
China (4)
Rest of
Europe (6)
USA (19)
Brazil (1)
REFA-Fachtagung:
Quelle: OPEX
Folie | 11
Dabei konnte ein Einsparpotenzial
von > 55 Mio. € identifiziert werden
STATUS: 1. Okt. 2010
Standorte
58 EEM-Untersuchungen an in- und ausländischen Standorten
der Evonik Degussa GmbH
Umfang
rd. 100 Potenzialanalysen gemeinsam mit annähernd 400
Standortmitarbeitern durchgeführt
Maßnahmen
ca. 550 Optimierungsmaßnahmen identifiziert
Ergebnis
Hohes 2-stelliges Millionen Einsparpotenzial 55 Mio. € erarbeitet
Hilfsmedien Kälte Druckgas
Verteilung
Potentiale
56
26
Wärme
Strom
REFA-Fachtagung:
Quelle: OPEX
9
6 3
Folie | 12
Beispiel für Prozessoptimierung
ca. 1,6
Mio €
ca. 2,8
Mio €
ca. 4,7
Mio €
ca. 5,7
Mio €
Beispiel:
Energiekosten 10 Mio €
Feedstock 58 Mio €
Quelle: http://www.pvti.org/plantdes.htm
REFA-Fachtagung:
Folie | 13
Optimierung Kühlwassersystem
KW
Vorlauf
4,2 bar
KW
Verbraucher
KW
Rücklauf
5,0 bar
B-502
Aktueller KW Bedarf 980 m3/h
Folie | 14
Optimierung Kühlwasserpumpen
P-503, P-504, P-505, P-506
• Derzeitige Situation:
• 4 Pumpen
• 1000 m3/h
• 165 kW
• 5 bar Enddruck
• Notwendiger Einspeisedruck
• Ca. 2,5 bar
Folie | 15
P-503, P-504, P-505, P-506
• Vorschlag:
• Abdrehen der Laufräder von
• 3 Pumpen
• Je 250 m3/h
• 2,5 bar Enddruck
• Je 25 kW
• Kosten ca. 7.000,-- €
(insgesamt)
Folie | 16
P-503, P-504, P-505, P-506
• Vorschlag:
• Neubeschaffung
• 1 Pumpe Etanorm 150-315
• Mit FU
• 250 – 450 m3/h
• 2,5 bar Enddruck
• 21 - 36 kW
• Kosten ca. 21.500,-- €
(Pumpe + FU + Einbau)
Potenzial: 32,2 T €
Invest: 28,5 T€
Folie | 17
Druckabbau in
Kühlwassereinspeisung
• Technische Daten und grobe Schätzpreise für die Energierückgewinnung:
• Mit einer rückwärts laufenden Pumpe (als Turbine eingesetzt) kann man ca. 42
kW hydr. Leistung zurückgewinnen. Der Generatorwirkungsgrad beträgt ca. 93 %.
Daraus ergibt sich eine elektrische Leistung von ca. 39 kW. Die Turbine läuft bei
Synchrondrehzahl und wird direkt ans Netz gekoppelt, woraus sich kaum
Verluste ergeben. Sie wird im Bypass eingebaut. Empfohlen wird eine elektrisch
betriebene An- und Abfahr Armatur hinter der Turbine und eine Isolationsarmatur
vor der Turbine. Um große Geschwindigkeiten und somit große Verluste zu
vermeiden schlagen wir einen Bypass in DN 400 vor.
• Turbine: Etanorm R 250-330: 15.300,-- EUR
(inkl. PaT, Generator, Grundplatte, Kupplung, Kupplungsschutz)
• Armaturen: 5.200,-- EUR (2 Klappen mit Edelstahlscheibe in DN400; eine mit EMotor)
• Schaltschrank IP44: 8.000,-- EUR
(Standardschaltschrank zur Energieeinspeisung)
• Umbauarbeiten und weiteres Zubehör: 10.000,-- EUR
Potenzial: 18,2 T €
Invest: 38,5 T€
Folie | 18
Maximize internal steam usage
350 psig
external steam
150 psig
steam
DI-water
Reactor
Savings: 666 T USD
No Capex
Folie | 19
Turn off N2 flow over the weekends
Current:
• The Nitrogen demand is only reduced by 33% during the weekend shutdown
• Flow meters show a nearly constant flow
Recommendation:
• Identify weekend users and either shut down or reduced to minimum required
• Consider developing a weekend Nitrogen shutdown checklist
Potential saving calculation
Estimated weekend average
150
Weekend usage
360,000
Nitrogen unit price
0.079
Current cost
$ 28,548
Reduction would save
90%
Estimated savings
$ 25,693
m3/h
m3/a
$/m3
$/a
Weekend
Folie | 20
Nachhaltige Ergebnisse erfordern
Verbesserungen in drei Dimensionen
Alle drei Bereiche des Energiemanagement müssen weiter optimiert
werden, um einen nachhaltigen Erfolg sicherzustellen
Schlüsselelemente/
Haupthebel:
•
•
•
•
•
B
A
Effizienzsteigerung
Energieerzeugung
Vermeidung von
Energieverlusten
Reduzierung des
spezifischen
Energieverbrauchs
Optimierungen
außerhalb der
Werksgrenzen
(Verträge)
…
Technisches
System
Management
Infrastruktur
C
Einstellung
&
Verhalten
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Definition und
Verfolgung Energie KPIs
Energie Performance
Management Dialog
Klare Ziele zur
Verbesserung des
Energieverbrauchs
Organisationsstruktur
und Kommunikation
…
Bewusstsein für Energiebedarf und -verluste
Energieeinsparungs- und Kostenbewusstseins Umfrage
Training der Mitarbeiter Fähigkeiten im Umgang mit Energie
…
Folie | 21
Beispiele für
Management Infrastruktur
Die CO-Anlagen in Mobile, AL betreiben die Anlagen mit minimalem Energieeinsatz durch
Visualisierung des spezifischen Energieverbrauchs.
Die BU-CO hat zusammen mit der Verfahrenstechnik ein Plant Performance Monitoring System
oder Energie Cockpit entwickelt, daß die Energiesituation im Isophoronstrang darstellt.
IP
IP
PPMON
Plant utilization
Plant Performance
Natural Gas
Index
350# steam
Index
150# steam
Index
50# steam
Index
Electricity
Index
%
IPN
IPN
IPD
IPD
IPDI
IPDI
CO
CO Utilities
Utilities
80%
102%
85%
96%
75%
0.90
0.85
0.80
1.18
0.90
0.85
1.10
Total
0.9
1.05
0.88
0.90
0.92
1.10
0.95
0.80
0.93
0.89
1.20
0.96
0.98
1.10
1.15
1.08
1.01
Plant Performance Monitor
0.86
0.91
0.95
0.87
1
0.8
1.1
1.2
0.7
1.3
1.4
0.6
0.86
Der spezifische Energieverbrauch für Erdgas, Dampf und Strom wird mit theoretischen Werten
verglichen und in einer einzigen Zahl (Key Performance Indicator) als grafische Anzeige im
Leitstand dargestellt.
Dadurch werden die Leitstandfahrer nicht durch zusätzliche Alarme unnötig abgelenkt, können
aber gleichzeitig durch einen einzigen Blick auf die Anzeige sehen ob alles noch im sprichwörtlich
grünen Bereich ist.
Falls erforderlich kann man jederzeit in eine detailliertere Anzeige wechseln, die es erlaubt
Anlagenteile zu identifizieren, die zu einem erhöhten Energieverbrauch beitragen. Die
Detaillierung Neue
kann
bis auf
die Ebene
einzelner
(z.B. Wärmetauscher) erfolgen.
REFA-Fachtagung:
Impulse
zum nachhaltigen
Wirtschaften
– 17.Aggregate
Nov. 2010 - Dortmund
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Energiecockpit
H2O2-Anlage - Mobile, AL
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Cockpits schaffen Übersicht Qualität und Energieverbräuche
Folie | 24
Cockpits zur Grenzwertüberwachung
Folie | 25
Cockpits zur Grenzwertüberwachung
Folie | 26
Folie | 27

Energy Management (Evonik)

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