Energiemesstechnik und -monitoring decken Potenziale auf
Energie sparen rechnet sich, nicht nur für unsere Umwelt und auch nicht
erst seit den massiven Preisanstiegen bei den Primärenergien. Jede
nicht verbrauchte kWh Energie, jedes Kilogramm nicht freigesetztes CO
2
zählen. Beckhoff dreht deshalb schon seit Langem an den verschiedensten
Stellschrauben in der Produktion wie auch im Gebäudebestand, stets das
große Ziel vor Augen – die CO
2-Neutralität.
Schon 2016 hat Beckhoff erfolgreich ein Energiemanagementsystem
implementiert und wurde im gleichen Jahr vom TÜV Süd nach ISO 50001
zertifiziert. Das Energiemanagementsystem trägt dazu bei, die Kosten
und den Energieverbrauch des Unternehmens stetig zu verringern.
Voraussetzung dafür ist eine kontinuierliche Erfassung aller relevanten
Verbräuche. Deren Analyse zeigt Potenziale für weitere Maßnahmen zur
Reduzierung des Energieverbrauchs auf. Damit kommt Beckhoff nicht nur
den gesetzlichen Anforderungen nach, das Unternehmen wird auch seiner
Verantwortung für den Klima- und Umweltschutz gerecht. Denn weniger
Energieverbrauch führt automatisch zu einer massiven Reduzierung der
CO
2-Emissionen – die große Herausforderung der nächsten Jahre für alle
Unternehmen bei der Erreichung einer klimaneutralen Wirtschaft.
Beckhoff stellt sich dieser Herausforderung und setzt sich selbst
ambitionierte Ziele:
- Verbesserung der energiebezogenen Leistung um jährlich 0,5 %,
- klimaneutrale Standorte der Beckhoff Automation GmbH & Co. KG durch Reduktion und Kompensation der CO2-Emissionen.
„Wir haben uns verpflichtet, die Energieeffizienz unseres Unternehmens
zu steigern,“ so Johannes Beckhoff, der neben seiner Funktion als
Produktmanager XPlanar im Energieteam von Beckhoff für das Thema
Allgemeines Energiemanagement verantwortlich zeichnet. Konkret heißt
das: Die energiebezogene Leistung (Energieverbrauch in kWh pro 1.000
Euro Umsatz) kontinuierlich zu verbessern und langfristig vermehrt
regenerative Energiequellen zu nutzen. 2018 betrug die Kennzahl 14,32
kWh/1.000 Euro bei Beckhoff Automation Deutschland und konnte bis 2021
auf 13,35 kWh/1.000 Euro gesenkt werden.
Beckhoff bietet ein breites Produktspektrum für Energiemonitoring an, unter anderem SCT-Stromwandler und die
EtherCAT Leistungsmessklemme EL3453.
Inzwischen liegt der Anteil „Graustrom“ am Energiebedarf bei unter 1 %
(Stand: 2021) innerhalb der Beckhoff Gruppe in Deutschland (Beckhoff
Deutschland, Smyczek, Fertig Motors). Und von den genutzten 11 Mio. kWh
Ökostrom produziert Beckhoff bereits rund 10 % selbst mit eigenen
Photovoltaikanlagen, mit einer installierten Peak-Leistung von derzeit
1.081 kWp, Tendenz steigend. Als jüngstes Projekt führte Hans Beckhoff
auf der Hannover Messe die Installation weiterer Solarpanel am Standort
Verl an: Module mit insgesamt 509 kWp Leistung werden auf über 170
Solarcarports installiert. Eine weitere PV-Anlage mit 650 kWp auf einem
Produktionsgebäude ist in Planung. Nach Abschluss der vorgesehenen
Erweiterungen beträgt die installierte PV-Leistung 2240 kWp bei
Beckhoff, Smyczek und Fertig Motors. Weiterhin wurden in
Bestandsgebäuden die Heizungsanlagen teilweise erneuert und mit
Deckenheiz- und Kühlplatten sowie Wärmepumpen erweitert oder komplett
auf Nahwärme umgestellt. Wo immer möglich, erfolgt konsequent die
Umstellung der Beleuchtung auf LED-Technik und eine bedarfsorientierte,
tageslichtabhängige Steuerung. Längst tragen die bisher umgesetzten
Maßnahmen Früchte: Ausgewertet gemäß dem international anerkannten
Standard „The GHG Protocol: A Corporate Accounting and Reporting
Standard" ging die Beckhoff CO
2-Kennzahl von 2019 auf 2020 bereits
massiv zurück, von 23,7 t CO
2e (CO
2-Äquivalent) je einer Million €
Umsatz auf 14,9. Das entspricht einer Reduzierung von 37%. In Summe
wurden 2020 nur noch 13.763 t CO
2e emittiert. Und diese unvermeidlichen
Emissionen kompensiert Beckhoff über CO
2-Zertifikate der gGmbH
myclimate. „Natürlich steht die direkte Vermeidung von CO
2-Emissionen
an erster Stelle, gefolgt von deren kontinuierlichen Verringerung“,
betont Anne Schaper, Energiemanagementbeauftragte bei Beckhoff.
Transparente Energiedaten erschließen Optimierungspotenziale
Eine Schlüsselrolle bei der CO
2-Reduktion fällt dem Energiemonitoring
zu. Denn Grundvoraussetzung und Basis für die Zielerreichung liegen
darin, die Ist-Situation zu kennen. Hier setzt Beckhoff bereits seit
Jahren auf eine Software des Unternehmens Optenda aus Stuttgart. „Um
sich der Energieverbräuche bewusst zu werden und diese so gezielt
reduzieren zu können, muss man diese natürlich zuerst an möglichst
allen Verbrauchern messen und anschließend zentral zusammenführen“, so
Johannes Beckhoff. Seit 2019 werden alle Prozesse rund um die DIN ISO
50001 durch die Software Energy Monitor von Optenda bei Beckhoff und
Smyczek unterstützt. Das Tool macht die unterschiedlichen Energieflüsse
(Strom, Wärme, Druckluft und Stickstoffverbrauch) an den
Unternehmensstandorten transparent − erfasst über PC-based Control und
das umfangreiche Programm an Messtechnikklemmen und Stromsensoren. Die
durchgängige und systemintegrierte Energiemesstechnik schafft die
Voraussetzung, um direkt innerhalb der Steuerung den Soll- und
Ist-Zustand von Anlagen und Gebäuden abzugleichen und
Produktionskennzahlen im Blick zu behalten. Auf diese Weise lassen sich
drohende Schäden an den Anlagen oder unzweckmäßige Nutzungen der
Einrichtungen frühzeitig erkennen und Optimierungspotenziale einfacher
aufspüren.
Betriebsinterne Effizienzmaßnahmen wie die Steuerung der
Beleuchtungszeiten und Betriebszeiten für Raumlufttechnik (RLT) lassen
sich durch das Monitoring mit MWh-Einsparungen beziffern. So konnten in
Beckhoff-eigenen Produktionsgebäuden durch Optimierungsmaßnahmen
nachweislich 210 MWh/a eingespart werden. Durch das kontinuierliche
Monitoring der Produktionsverbräuche werden Nichtkonformitäten
frühzeitig erkannt und behoben, z. B. Leckagen im Druckluftnetz. Das
Erfassen der Verbräuche auf Produktionsebene ermöglicht es, den
Energieverbrauch pro Produkt zu beziffern und zu überwachen.
Die auf Basis des Energiemanagements aufgespürten Verbesserungspotenziale haben zu einem deutlich geringeren Energieverbrauch und damit weniger CO2-Emissionen geführt.
Vollständige Messkette unterstützt Datentransparenz
Kontinuierliches Datenmonitoring ist meist mit erheblichem Aufwand
verbunden, denn häufig müssen zusätzliche Sensoren nachträglich, d. h.
meist kostenintensiv und teilweise mithilfe von Sonderbauteilen
integriert werden. Mit den Energiemessklemmen, Stromwandlern,
Überstromschutzklemmen und Stromversorgungen von Beckhoff lässt sich
dies hingegen mit Standardkomponenten und entsprechend geringem Aufwand
realisieren – auch im Rahmen von Retrofits.
Als Automatisierungsspezialist ermöglicht Beckhoff die Zusammenführung
der relevanten Energieversorgungskomponenten zu einem transparenten
Gesamtsystem. Erst solch ein kombinierter Einsatz ergibt einen
umfassenden Überblick über die Energieversorgung, angefangen bei
einzelnen Maschinen bis hin zu Produktionshallen und Bürogebäuden. Mit
den Stromwandlern der Serie SCT hat Beckhoff die Energiemesskette von
der Aufnahme des physikalischen Messwerts bis hin zur Datenübermittlung
in die Cloud komplettiert. Das breite Portfolio an Stromwandlern deckt
alle relevanten Applikationen von 1 bis 5.000 A ab. Dabei kann zwischen
zwei Konzepten gewählt werden, die jeweils über verschiedene Bauformen
und Leistungsklassen skalierbar und daher für vielfältigste
Applikationen geeignet sind. Von kostengünstigen 3-phasigen
Wandlersätzen auch für die Gebäudetechnik über
Standard-Industriewandler für den Maschinenbau bis hin zu Lösungen für
Prüf- und Teststände mit besonders hohen Genauigkeitsanforderungen ist
die SCT-Serie breit gefächert.
Eine besonders effiziente und kostengünstige Möglichkeit, um auch in
komplexeren Systemen exakte Leistungsmessdaten zu erhalten, bietet das
Konzept der verteilten Leistungsmessung: Deren zentrales Element ist
die 6-kanalige Strom-Eingangsklemme EL3446 für bis zu 1 A
AC/DC-Messstrom. Mit ihr lassen sich auch bei räumlich getrennter
Spannungs- und Strommessung genaue Leistungswerte ermitteln.
Entscheidend ist dabei, dass sich mit der EL3446 als reiner
Strommessklemme alle relevanten elektrischen Daten des
Versorgungsnetzes inklusive echter Leistungsmesswerte ermitteln lassen.
Die für die Berechnung der Leistungsdaten erforderlichen Spannungswerte
erhalten die Klemmen über EtherCAT von einer separat nur einmal pro
Netzwerk zu installierenden 3-Phasen-Leistungsmessklemme EL3443
übermittelt – über die verteilten Uhren (Distributed Clocks) von
EtherCAT zeitlich exakt synchronisiert. Dieses Konzept der verteilten
Leistungsmessung minimiert den Hardware- und Installationsaufwand.
Mit kompakten Embedded-PCs und Energiemessklemmen werden die Energieverbräuche in der Produktion erfasst.
Embedded-PCs bilden mit ihren flexiblen Kommunikationsmöglichkeiten über OPC UA das Rückgrat für die Erfassung der Verbräuche und wirkungsvolle Gegenmaßnahmen.
Mehr Transparenz durch OPC UA und PC-based Control
Mit TwinCAT 3 Building Automation steht ein umfangreiches Paket an
Funktionsbausteinen für die Gebäudeautomation zur Verfügung. Zur
Einbindung der Steuerung in eine Management- und Bedienebene ist die
Kommunikation via BACnet und OPC UA direkt integriert. Aufgrund der
Offenheit von PC-based Control konnte Optenda ihren Energy Monitor über
OPC UA schnell mit der bestehenden Messinfrastruktur von Beckhoff
vernetzen. „Bei den mehr als 200 relevanten Datenpunkten ein großer
Vorteil, wie sich im Projektverlauf schnell zeigte“, betont Dennis
Ulke, Manager Sales und Business Development bei Optenda.
Zur intelligenten Steuerung aller Gewerke verknüpft PC-based Control
Beleuchtung, Sonnenschutz, Fenstersteuerung, Heizung, Lüftung und
Klimatisierung auf einer zentralen Plattform. Damit verringern sich die
Anzahl der einzelnen physikalischen Datenpunkte und die
Fehleranfälligkeit. Außerdem stehen darüber alle Daten in einem System
bereit – die Grundvoraussetzung für ein erfolgreiches
Energiemonitoring. Funktionen wie Sonnenschutz, Thermoautomatik und die
tageslichtabhängige Beleuchtungsregelung tragen erheblich zur
Energieeinsparung bei. Hinzu kommen aus dem TwinCAT-Paket
HLK-Funktionen wie Sommernachtkühlung, Sommerkompensation, Stützbetrieb
und Zeitschaltpläne. Mithilfe dieser HLK-Bausteine lassen sich durch
die präsenzabhängige Steuerung von Gewerken weitere
Energieeinsparmöglichkeiten ausschöpfen.
Die Schaltzentrale für das Energiemonitoring bilden verschiedene
Embedded-PCs wie der CX9020, CX5100 oder CX7000. Der Embedded-PC CX9020
eignet sich mit seinem lüfterlosen ARM-Cortex™-A8-Prozessor (1 GHz
Taktfrequenz) hervorragend für kleine bis mittlere Projekte im Bereich
der Gebäudeautomation. In Verbindung mit der TwinCAT 3 Lighting
Solution lässt sich mit dem CX9020 beispielsweise die Beleuchtung
ganzer Hallen betreiben; mit TwinCAT 3 Building Automation die
Verschattung, Lichtsteuerung und Klimatisierung von Büroräumen. Der
leistungsstärkere Embedded-PC CX5100 ist die optimale
Steuerungsplattform, um Gebäude mit vielen Datenpunkten zu
automatisieren. Mit dieser Baureihe können z. B. problemlos mehr als
2000 BACnet-Objekte gesteuert und verwaltet werden. Für kleine
Stand-alone-Lösungen im Gebäude, z. B. eine kompakte Lüftungsanlage
oder Raumautomation, ist der Embedded-PC CX7000 konzipiert. Mit seinen
acht integrierten Multifunktionseingängen und vier
Multifunktionsausgängen stellt er eine sehr kostengünstige
Kompaktsteuerung dar.
Signifikante Einsparungspotenziale bereits nach drei Monaten aufgespürt
Ausgestattet mit diesen Komponenten konnte Beckhoff in den eigenen
Liegenschaften und Anlagen bereits kurz nach Beginn der
Verbrauchserfassung ein großes Einsparpotenzial innerhalb einer
raumlufttechnischen Anlage feststellen: 63 t CO2. Der Energy Monitor
mit seiner nutzerfreundlichen Bedienoberfläche machte die Analyse und
erste Optimierungspotenziale schnell sichtbar und sorgt im Nachgang
auch für die entsprechende Ergebniskontrolle. „Drei Monate nach
Inbetriebnahme waren Einsparungen in Höhe von ca. 20.000 Euro jährlich
identifiziert und realisiert – und das nachhaltig, da die Einsparungen
im Zeitverlauf bestehen bleiben. „Hätte man nichts unternommen, würden
die 20.000 Euro Einsparungen hingegen als stetig wiederkehrende Kosten
zu Buche schlagen – bei steigenden Energiepreisen wäre es immer teurer
geworden. Es lohnt sich also, Ineffizienzen aufzuspüren und schnell
abzustellen. Wir sind sehr froh, dass wir mit unserer Software das
richtige Werkzeug stellen dürfen,“ so Dennis Ulke.
Die Software Energy Monitor erfasst dabei nicht nur den Stromverbrauch,
sondern auch alle relevanten Verbrauchsdaten von anderen Energieformen
wie Wärme und Druckluft. Mit ihr lassen sich ebenso schnell die
CO
2--Emissionen für die jeweilige Energieart darstellen und auswerten.
Dies macht die Bilanzierung, die zur Erreichung der CO
2-Neutralität die
verbindliche Richtgröße darstellt, erheblich schneller und einfacher.
Denn effizientes Energiemanagement bedeutet effizientes
CO
2-Emissionsmanagement.
Mehr Informationen finden Sie unter folgenden Links:
www.optenda.de
www.beckhoff.com/building
www.beckhoff.com/stromwandler
Bild: © Beckhoff