Energieeffizienz Wo sind noch Potentiale? Energiekongress der TechnologieRegion Karlsruhe Energieeffizienz Wo sind noch Potentiale? Karlsruhe 8. Dezember 2011 Prof. Dr.-Ing. Harald Bradke

World abatement of of energy-related CO2 emissions in the 450 Scenario IEA World Energy Outlook 2009 2

… und dann wären da noch einige Herausforderungen bei den Ressourcen … Erdöl: Erdgas: IEA World Energy Outlook 2009 3

Kostenanteile Verarbeitendes Gewerbe Deutschland 2008 bezogen auf Bruttoproduktionswert Quelle: Statistisches Bundesamt, FS 4, R 4.3; 2010

Energiekostenanteile Deutschland 2008 bezogen auf Bruttoproduktionswert Verarbeitendes Gewerbe Durchschnitt 2008: 2,1 % Quelle: Statistisches Bundesamt, FS 4, R 4.3; 2010; eigene Berechnungen

Energieverbrauch, Bruttowertschöpfung und Energieintensität nach Industriebranchen Deutschland 2007 Fläche der Kreise entspricht der Energieintensität rote Füllung: Energieintensität über 10 MJ je Euro 6 Quellen: AGEB 2010; Statistisches Bundesamt 2009

Stromverbrauchsanteile in der Industrie (EU) Pumpen Sonstiges 30% 30% Ventilatoren 15% Luftkom- pressoren 10% Kälte- maschinen 15% Andere Anwendungen: Mischen, Rühren, Transportieren: 30% Elektromotoren und -anwendungen 70%

Einsparmöglichkeiten bei Antrieben

Wirkungsgrade von Elektromotoren

Kosteneinsparpotential (Beispiel: 45 kW Motor)

Pumpensysteme – mehr als nur eine Pumpe Standardmotor Effizienz = 90% Anschluss Effizienz = 98% Drossel Effizienz = 66% Rohrnetz Effizienz = 69% Energie-Input 100 Energie-Input 43 drehzahlvariabler Antrieb Effizienz = 96% hocheffizienter Motor Effizienz = 95% Effizienz = 99% Pumpe Effizienz = 77% verbesserte Pumpe Effizienz = 88% Rohrnetz mit geringerer Reibung Energie-Output 31 Konventionelles Pumpensystem Gesamteffizienz = 31% Energieeffizientes Pumpensystem Gesamteffizienz = 72%

Energieeinsparung bei der Volumenstromregelung Bypass Drossel Drall Drehzahl theoretisch

Einsparung: 250 MWh/a, Amortisationszeit < 2 Jahre Beispiel elektronische Drehzahlregelung an einem Kühlschmierstoffsystem Einsparung: 250 MWh/a, Amortisationszeit < 2 Jahre Quelle "Mercedes-Benz CO2-Projekt"

„Energieausbeute“ Druckluftantriebe 1Nm3 pro Minute ohne Berücksichtigung der Leckagen u. Druckverluste DL mit 6 barü Bohrmaschine ca. 0,8kWWelle 9:1 Kompressor ca. 7kWel

Drucklufterzeugung: Zusammenhang zwischen Stromverbrauch und Einsparpotential Die obige Grafik stellt für die durchgeführten Audits den Zusammenhang zwischen der Höhe des Gesamtstromverbrauchs für die Drucklufterzeugung und dem ermittelten Energieeinsparpotential her. Die ermittelten Einsparungen lagen im Bereich zwischen 5 und 85 %. Dies ist ein möglicher Grund für die Tatsache, warum Unternehmen die Einsparpotentiale für nicht so groß halten, denn es gibt in der Industrie auch Druckluftanlagen die sehr effizient arbeiten. Deutlich zu erkennen ist zudem, dass mit steigendem Stromverbrauch die gefundenen Effizienzpotentiale geringer werden. Dies dürfte im wesentlichen zwei Ursachen haben. Zum einen haben Unternehmen mit einem höheren Stromverbrauch und damit auch höheren Kosten eher einen eigenen Mitarbeiter der sich um Energiefragen kümmert, zum anderen dürfte auch eine Rolle spielen, dass bei großen Druckluftanlagen das Verhältnis von Spitzenlast zu Grundlast wesentlich günstiger ist, und somit automatisch der Anteil des ungünstigen Teillastbetriebes bei diesen Unternehmen geringer ausfällt.

Beispiel Druckluft: Mehr als 30% Effizienz zu interner Verzinsung von 30-40% Energieeinsparmaßnahme Anwend- barkeit % Effizienz- gewinn (%) Gesamt- Potenzial (%) Neuanlagen oder Ersatzinvestitionen Verbesserte Antriebe (hocheffiziente Motoren, HEM) 25 2 0,5 Verbesserte Antriebe (drehzahlvariable Antriebe, ASD) 15 3,8 Technische Optimierung des Kompressors 30 7 2,1 Einsatz effizienter und übergeordneter Steuerungen 20 12 2.4 Wärmerückgewinnung für Nutzung in anderen Funktionen 4,0 Verbesserte Druckluftaufbereitung, Kühlung, Trocknung, Filterung 10 5 Gesamtanlagenauslegung inkl. Mehrdruckanlagen 50 9 4,5 Verminderung der Druckverluste im Verteilsystem 3 1,5 Optimierung von Druckluftgeräten 40 2,0 Anlagenbetrieb und Instandhaltung Verminderung der Leckageverluste 80 16,0 Häufigerer Filterwechsel 0,8 Summe 32,9

Lebenszykluskosten von motorisch betriebenen Systemen Beispiel Druckluftkompressor Leistung 110 kW Lebensdauer 15 a Betriebsstunden 4000 h/a Energiepreis 6 ct/kWh Viele Maßnahmen sind hochrentabel, weil die Energiekosten 80 bis 95 % der Lebenszykluskosten ausmachen.

Energieeffizienztechnologien & TCO Fördernde Faktoren: Energieeffizienztechnologien & TCO Quelle: Erhebung Modernisierung in der Produktion 2009, Fraunhofer ISI, N (KWK)= 1.153, N (Prozess) = 1.163, N (Pumpen)1.371, N (E-Motor) = 1.380, N (Stand-by) = 1.385 24

Fördernde Faktoren: Effizienztechnologien und Umweltkennzahlensysteme Quelle: Erhebung Modernisierung in der Produktion 2009, Fraunhofer ISI, N (KWK)= 1.153, N (Prozess) = 1.163, N (Pumpen)1.371, N (E-Motor) = 1.380, N (Stand-by) = 1.385

Weitere Gründe, warum viele Betriebe nur einen Teil der rentablen Potentiale realisieren Mangelnde energietechnische Kenntnisse und Marktüberblick bei Betrieben und Beratern Hohe innerbetriebliche Such- und Entscheidungskosten (Transaktionskosten) Andere Prioritäten der Geschäftsleitung (Arbeitsproduktivität, Umsatzsteigerung, Produktqualität) Begrenzt gute Erfahrungen mit externer Beratung, Energieverantwortlicher will sein Gesicht nicht verlieren Keine Produktionslinien-bezogene Messung und Rechnungsstellung für Energie und Medien, sondern Gemeinkosten-Konzept

Energie Effizienz Netzwerke nach LEEN Zeitspanne 3 bis 4 Jahre‏ Phase 0 (3 – 9 Monate)‏ Informations-veranstaltung Konzept - Organisation - Ablauf - Kosten Letter of intent/ Offizieller Start des Netzwerks Phase 1 (5 – 10 Monate)‏ Identifizierung von wirtschaftlichen Energieeinspar-potenzialen - Initialfragebogen - Betriebs- Begehung - Initialbericht Zielvereinbarung - Energiereduktion - CO2-Reduktion Phase 2 (2 – 4 Jahre)‏ Festlegen relevanter Themen Regelmäßige Treffen (3 - 4 pro Jahr): - Betriebsbegehungen - Fachvorträge von Experten - Ergebnispräsentationen realisierter Maßnahmen - Erfahrungsaustausch Monitoring der Ergebnisse

Energieeinsparung Modell Hohenlohe Energiekostenreduktion ab 2007: ca. 120.000 €/ a CO2-Reduktion ab 2007: ca. 17.000 t/ a Gewinn pro reduzierter Tonne CO2: 10 – 20 € Basierend auf 9 Unternehmen Durchschnitt aller bisheriger Netzwerke: Verminderung des spezifischen Energie-verbrauchs um 2 bis 3 % pro Jahr (Durchschnitt der Industrie 1 % pro Jahr)

Mittelwerte aus 70 ausgewerteten Initialberatungen Vorgeschlagene Maßnahmen pro Betrieb 25 Wirtschaftliche Maßnahmen pro Betrieb 17 Investition für wirtschaftl. Maßn. pro Betrieb 230.000 € Jährliche Einsparung pro Betrieb ca. 100.000 €/a Jährliche CO2-Reduktion pro Betrieb ca. 500 t/a Interne Verzinsung (wirtschl. Maßn.) ca. 38 % Statische Amortisationszeit (wirtschaftliche Maßnahmen) 2,3 Jahre 29

Schlussfolgerungen – Energieeffizienz als Innovationsmotor Es existieren genügend wirtschaftliche Energie- und THG-Einsparpotenziale, um auch bei einem beschleunigten Umbau der Energiewirtschaft anspruchsvolle Energie- und Klimaziele zu erreichen. Die Energieeffizienz ist hoch rentabel, aber unentdeckt und es ist nicht einfach, sie rechtzeitig im Re-Investitionszyklus anzupacken. Energieeffizienz ist eine Versicherung gegen die Wirkung steigender Energiepreise. Energieeffizienz schafft Arbeitsplätze: durch IEKP bis 2020 Schaffung von 380.000 bis 630.000 neuen Arbeitsplätzen möglich. Ordnungsrechtliche Instrumente und ihre bessere Kontrolle, stärkere finanzielle Anreize sowie ggf. preis- u./o. mengenpolitische Steuerungsmechanismen können zu einer stärkeren Ausschöpfung der Potenziale beitragen.

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