Energieeffizienz

Wo sind noch Potentiale?

Karlsruhe8. Dezember 2011

Prof. Dr.-Ing. Harald Bradke

Energiekongressder TechnologieRegion Karlsruhe

World abatement of of energy-related CO2 emissions in the 450 Scenario

IEA World Energy Outlook 2009

2

IEA World Energy Outlook 2009

… und dann wären da noch einige Herausforderungen bei den Ressourcen …

Erdöl:

Erdgas:

3

4

Kostenanteile Verarbeitendes Gewerbe Deutschland 2008 bezogen auf Bruttoproduktionswert

Quelle: Statistisches Bundesamt, FS 4, R 4.3; 2010

Personal17%

Handelsware11%

Energie2%

Material45%

Sonstiges25%

5

0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16% 18%

Fahrzeugbau

Elektrotechnik

Maschinenbau

Verarb. Gewerbe insges.

Ernährung

Gummi- u. Kunststoffw.

Textil

Chemische Industrie

Metallerz., -bearb.

Grundstoffchemie

Glas, Keram., Verarb.

Erz. Roheis., Stahl etc.

Papierherstellung

Zement

Öl&Gas

Sonst. Brennstoffe

Strom

Energiekostenanteile Deutschland 2008bezogen 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

Quellen: AGEB 2010; Statistisches Bundesamt 2009

Fläche der Kreise entspricht der

Energieintensität

rote Füllung: Energieintensität über 10 MJ je Euro

6

7

8

9

10

Haushalte; 501 PJ ; 28%

Industrie; 759 PJ ; 42%

GHD; 484 PJ ; 27%

Verkehr; 58 PJ ; 3%

Stromverbrauchsstruktur Deutschland im Jahr 2009

11

Stromverbrauchsanteile in der Industrie (EU)

Elektromotoren und-anwendungen 70%

Pumpen30%

Ventilatoren

15%

Kälte-maschinen

15%

Andere Anwendungen:Mischen, Rühren,Transportieren: 30%

Luftkom-pressoren 10%

Sonstiges 30%

12

Einsparmöglichkeiten bei Antrieben

MaßnahmenEinspar-potenzial

Systeminstallation oder Erneuerungenergieeffiziente Motoren (EEM) 2-8 %korrekte Dimensionierung 1-3 %energieeffiziente Motorreparatur 0,5-2%Antriebe mit veränderlicher Drehzahl 10-50 %Getriebe/Untersetzungsgetriebe hoher Effizienz 2-10 %Qualität der Stromversorgung 0,5-3 %Systembetrieb und WartungSchmierung, Einstellung und Feinabstimmung 1-5 %

13

Wirkungsgrade von Elektromotoren

14

Kosteneinsparpotential (Beispiel: 45 kW Motor)

Betriebsstunden [h/a] 2000 4000 8000 Jährliche Energiekosten [EURO]

4451 8901 17802 Standard Motor Mittlerer Wirkungsgrad: 91% Preis: 1350 Euro Jährliche Energiekosten /

Preis 3,3 6,6 13,2

Jährliche Energiekosten [EURO]

4309 8617 17234 Hoch Effizienz Motor, HEM Mittlerer Wirkungsgrad: 94% Preis: 1690 Euro Jährliche Energiekosten /

Preis 2,5 5,0 10,0

Preisdifferenz 340 Euro (ca. 25 %) Differenz der jährlichen Energiekosten 142 284 568 Einfache Amortisationszeit (HEM vs. Standard) 2,4 1,2 0,6

15

Pumpensysteme – mehr als nur eine Pumpe

StandardmotorEffizienz = 90%

AnschlussEffizienz = 98%

DrosselEffizienz = 66% Rohrnetz

Effizienz = 69%

Energie-Input 100

Energie-Input 43

drehzahlvariabler AntriebEffizienz = 96%

hocheffizienter MotorEffizienz = 95%

AnschlussEffizienz = 99%

PumpeEffizienz = 77%

verbesserte PumpeEffizienz = 88%

Rohrnetz mitgeringerer Reibung

Effizienz = 90%

Energie-Output 31

Energie-Output 31

Konventionelles PumpensystemGesamteffizienz = 31%

Energieeffizientes PumpensystemGesamteffizienz = 72%

16

Energieeinsparung bei der Volumenstromregelung

Bypass

Drossel

Drall

Drehzahl

theoretisch

17

Beispiel elektronische Drehzahlregelung an einem Kühlschmierstoffsystem

Einsparung: 250 MWh/a, Amortisationszeit < 2 Jahre

Quelle "Mercedes-Benz CO2-Projekt"

18

19

„Energieausbeute“ Druckluftantriebe

1Nm3 pro

MinuteDL mit 6 barü

Kompressor ca. 7kWel

Bohrmaschine ca. 0,8kWWelle

ohne Berücksichtigung der

Leckagen u. Druckverluste

9:1

20

Drucklufterzeugung: Zusammenhang zwischen Stromverbrauch und Einsparpotential

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 10 100 1000 10000 100000

Stromverbrauch für die Drucklufterzeugung [MWh/a]

Erm

itte

ltes

Ein

spar

po

ten

tial

Quelle: Fraunhofer ISI, Karlsruhe, November 2003

21

Energieeinsparmaßnahme Anwend-

barkeit %

Effizienz-

gewinn (%)

Gesamt-

Potenzial

(%)

Neuanlagen oder Ersatzinvestitionen

Verbesserte Antriebe (hocheffiziente Motoren, HEM) 25 2 0,5

Verbesserte Antriebe (drehzahlvariable Antriebe, ASD) 25 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 20 20 4,0

Verbesserte Druckluftaufbereitung,

Kühlung, Trocknung, Filterung10 5 0,5

Gesamtanlagenauslegung inkl. Mehrdruckanlagen 50 9 4,5

Verminderung der Druckverluste im Verteilsystem 50 3 1,5

Optimierung von Druckluftgeräten 5 40 2,0

Anlagenbetrieb und Instandhaltung

Verminderung der Leckageverluste 80 20 16,0

Häufigerer Filterwechsel 40 2 0,8

Summe 32,9

Beispiel Druckluft:Mehr als 30% Effizienz zu interner Verzinsung von 30-40%

22

80%

15%5%

Energiekosten

Investitionskosten

Wartungskosten

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.

23

Interne Verzinsung von Energieeinsparinvestitionen als Funktion von Amortisationszeit und Lebensdauer

geforderte Amorti- Interne Verzinsung in % pro Jahr1)

sationszeiten Anlagennutzungsdauer (Jahre)

Jahre 3 4 5 6 7 10 12 15

2 24% 35% 41% 45% 47% 49% 49,5% 50%

3 0% 13% 20% 25% 27% 31% 32% 33%

4 0% 8% 13% 17% 22% 23% 24%

5 0% 6% 10% 16% 17% 18,5%

6 unrentabel 0% 4% 10,5% 12,5% 14,5%

8 4,5% 7% 9% 1) unterstellt wird eine kontinuierliche Energieeinsparung über die gesamte Anlagen-nutzungsdauer

abgeschnittene rentable Investitionsmöglichkeiten

24

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

25

Fördernde Faktoren: Effizienztechnologien und Umweltkennzahlensysteme

5%

8%

13%

23%

28%

44%

11%

19%

21%

47%

50%

64%

0% 20% 40% 60% 80%

Wärmearme Fügeverfahren

Einsatz von Hocheffizienzpumpen

Kraft-Wärme(-Kälte)-Kopplung

Steuerungskonzept zur Abschaltung von Maschinen in Schwachlastzeiten

Rückgewinnung von Bewegungs-und Prozessenergie

Elektromotoren mit Drehzahlregelung

Betriebe mit UKZ Betriebe ohne UKZ

Erhebung Modernisierung der Produktion 2009, Fraunhofer ISI

Anteil von Betrieben mit Nutzung der Einspartechniken

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

26

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

27

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

28

Energieeinsparung Modell Hohenlohe

Basierend auf 9 Unternehmen•Energiekostenreduktion ab 2007: ca. 120.000 €/ a

•CO2-Reduktion ab 2007: ca. 17.000 t/ a

•Gewinn pro reduzierter Tonne CO2: 10 – 20 €

Durchschnitt aller bisheriger Netzwerke:Verminderung des spezifischen Energie-verbrauchs um 2 bis 3 % pro Jahr (Durchschnitt der Industrie 1 % pro Jahr)

29

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

30

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.

31

Neu denken

Neu gestalten

Nachbessern

En

erg

ieef

fizi

enz

Heutige Situation

Zeit