Die unterschätzten Potenziale von Energiemanagementsystemen

In dem Artikel „Die unterschätzten Potenziale von Energiemanagementsystemen“ in der Novemberausgabe 2022 der Fachzeitschrift ew Magazin für Energiewirtschaft zeigt Dr. Ing. Peter Günther das komplette Potenzial von Energiemanagementsystemen für die Prozessoptimierung auf.

Optimierung von Betriebsprozessen

Im Unternehmenskontext ist der Umgang mit Energie nicht nur ein inhaltliches Thema, sondern auch ein politisches. So steigt auf jedes einzelne Unternehmen zunehmend der Druck, den Umgang und das Verhalten mit Energie und dessen Verbrauch zu reduzieren. Der Einsatz von Energiemanagementsystemen ist damit entscheidend und überlebenswichtig, um den Forderungen nachzukommen und den Anschluss nicht zu verlieren. Dabei bieten solche Systeme viel mehr Potenzial, als zunächst angenommen wird. Besonders in Kombination mit IoT-Lösungen basierend auf LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) entfaltet sich das gesamte Potenzial eines Energiemanagementsystems

Komponenten eines Energiemanagementsystems

Moderne Energiemanagementsysteme bestehen aus einer Kombination von Web-Applikation, integrierter performanter SQL-Datenbank, Webserver und Schnittstellenbausteinen für die Datenerfassung. So werden tausende Messpunkte in Minutenschritten erfasst und über mehrere Jahre hinweg ausgewertet. Verbrauchswerte werden in Lastwerte sowie in Kosten- oder CO2-Emissionen umgerechnet. Die Sammlung von Energiedaten in Quartieren, Liegenschaften und Unternehmen ist entscheidend für die Optimierung von Betriebsprozessen. Spezielle Energiemanagementsysteme können Sensordaten erfassen (zum Beispiel LoRaWAN-IoT-Sensoren) und diese zur Erstellung von unternehmensspezifischen Kennzahlen (KPI) mit Produktions- oder Unternehmensdaten kombinieren. LoRaWAN-Sensoren funktionieren batteriegepuffert bis zu 10 Jahre und sind daher sehr wartungsarm und energiesparend. Über ein drahtloses Netzwerk senden sie über einen langen Zeitraum periodisch oder ereignisbasiert Daten.

Umfangreiche Einsatzmöglichkeiten

Die Einsatzmöglichkeiten sind vielfältig und erstrecken sich beispielsweise von der Aufnahme von Temperatur- und Klimadaten über das Erfassen von Orts oder Bewegungsinformationen bis hin zum Auslesen von Strom-, Gas- oder Wasserzählern. Ein Energiemanagementsystem speichert diese Messwerte langfristig und kann sie in Bezug zu anderen Daten setzen, um Korrelationen anzuzeigen und Verhältnismäßigkeiten darzustellen. Das Potenzial eines solchen Energiemanagementsystems geht allerdings weit darüber hinaus, sodass der Umsetzung (fast) keine Grenzen gesetzt sind.

In größeren Institutionen wie Bildungseinrichtungen oder Krankenhäusern liegt der Schwerpunkt eines Energiemanagementsystems in der Überwachung der Umweltkonditionen, der Visualisierung von Belegungs- und Öffnungssituationen und besonders der Regelung von Klima- und Heizungsanlagen. Im Bereich produzierender Unternehmen steht hingegen der eigentliche Produktionsprozess im Fokus, sodass vor allem Veränderungen von Temperatur, Druck, Lautstärke und weitere Informationen für die vorausschauende Wartung genutzt werden. Ebenso können wichtige Faktoren wie der Lagerbestand oder der Materialeinsatz anschaulich visualisiert werden, und somit innerhalb des Prozesses der Produktoptimierung als Kennzahlen berücksichtigt werden.

Weitere wichtige Kennzahlen sind der Energieverbrauch je produzierter Einheit, da sich die Kosten der Produktion so auf den Verkaufspreis umlegen lassen, oder der Anteil der Energiekosten an den Gesamtkosten, mit dem sich besser kalkulieren und prognostizieren lässt. Doch nicht nur für Prognosen werden diese Kennzahlen dringend benötigt. Sie sind zudem ein grundlegender Baustein für den Nachweis verbesserter Energieeffizienz, wie es die ISO 50001er-Serie vorsieht. In diesem Zusammenhang muss die Verbesserung der Energieeffizienz nachweisbar sein, was nur mit Messinstrumenten und einer detaillierten Datenerfassung einhergeht.

Energiemanagementsysteme können im Anschluss an die eigentliche Datenerfassung sämtliche Daten nach den Vorgaben des Nutzers aufbereiten, in übersichtlichen Grafiken, Tabellen oder Diagrammen darstellen und in automatisierte Berichte transferieren. Durch den Vergleich historischer und aktueller Analysen lassen sich Verbesserungspotenziale erkennen und den Betrieb eines Quartiers, einer Liegenschaft oder eines Unternehmens optimieren.

Unter Verwendung der LoRaWAN-Technik und deren Sensoren wird die automatisierte Berichterstattung noch wichtiger. Diese Berichte werden für verschiedene Intervalle und Zeiträume erstellt, um Abweichungen und Gemeinsamkeiten erkennen zu können. So lassen sich Verbrauchseinheiten identifizieren, die zu Nebenzeiten noch aktiv sind und eigentlich nicht oder nur in geringerem Maße benötigt werden.

Weiterhin ist es möglich, automatisierte Berichte zu festgelegten Zeiten zu erstellen und zu verschicken. Mithilfe der LoRaWAN-IoT-Lösung lässt sich zudem der Energieverbrauch oder der Betriebszustand einzelner Maschinen ermitteln und analysieren. Diese Erkenntnisse sind nützlich, um den Verbrauch einzelner Prozessschritte zu ermitteln und Energieschwankungsmuster zu erstellen. Die Maschinen lassen sich daraufhin so einstellen, dass ihr Energieverbrauch optimiert oder die Produktionsqualität erhöht wird.

Auch im Bereich der Wartung von (komplexen) Anlagen gibt es großes Potenzial. Das Beobachten schleichender Veränderungen oder ungewöhnlicher Betriebszustände hilft dabei, Wartungsanforderungen bedarfsgerecht zu erkennen und Produktionsausfälle zu vermeiden. Weiterhin hilft die direkte Übertragung von Messwerten, indem starke Veränderungen umgehend gemeldet werden, sodass schnell gehandelt werden kann. So lassen sich zum Beispiel Leckagen sowie Ausfälle von Pumpen frühzeitig erkennen und beseitigen. Im Sinne der präventiven Instandhaltung (Predictive Maintainance) scheint dies ein unverzichtbares Instrument zu sein. Es lassen sich Wartungs- und Reparaturkosten senken, die Betriebszeiten verbessern sowie Sicherheits-, Gesundheits- und Umweltrisiken reduzieren. Ein optimierter und damit reduzierter Energieverbrauch trägt dazu bei, den CO2-Ausstoß zu senken.

Energiemanagementsysteme leisten somit einen wesentlichen Beitrag zur Erreichung der Klimaziele und helfen Unternehmen dabei, ihren CO2-Fußabdruck zeitnah und selbstständig zu verringern. Auch bei der Messung dieses Ziels kann der Einsatz von LoRaWAN-Systemen hilfreich sein, da sie die Umweltauswirkungen einfacher und detaillierter erfassen.

In dem Endverbraucher Zugriff auf Daten des Energieverbrauchs erhalten, gibt man ihnen die Möglichkeit, den Eigenverbrauch zu reflektieren und unter Umständen diesen aus Umweltschutz- oder Kostengründen eigenständig zu senken. Zumal liegt die Vermutung nahe, dass Unternehmen, die ein hohes Maß an Engagement bei der Erreichung von Klimazielen zeigen, besser in der Öffentlichkeit wahrgenommen werden, was zwangsläufig ein Wettbewerbsvorteil ist und eine bessere Marktpositionierung ermöglicht.

Praxisbeispiel

Der Augsburg Innovationspark, der auf einem 70 Hektar großen modernen Campusgelände Wissenschaft und Wirtschaft zusammenbringt und zudem einer der größten Innovationsparks Europas ist, dient der Vernetzung von Nachwuchskräften, Experten, Dienstleistern und Unternehmen. Dort beschäftigt man sich besonders mit den Themen Ressourceneffizienz, Innovationsbeschleunigung und Förderung von Wachstumsprozessen.

Angesiedelt sind unter anderem Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus den Bereichen Leichtbau, Automation, Mechatronik, IT und Umwelttechnologie – zum Beispiel die Fraunhofer-Gesellschaft, das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), die Universität Augsburg, das Bayerische Landesamt für Umwelt, das Unternehmen Fujitsu Technology Solutions und der Airbus-Zulieferer Premium Aerotec.

In Zusammenarbeit mit der Berg GmbH wurde die Komplettlösung Efficio als Kontrollinstrument für Energiekosten und -verbrauch implementiert. Das Energiemanagementsystem liefert dem Innovationspark Augsburg seither exakte Daten zum Energieverbrauch, eine eindeutige Bestimmung von Kosten und Kostentreibern sowie ein transparentes Reporting für alle Nutzer und Gesellschafter der Stadt und des Landkreises Augsburg. Mit der Berichtsfunktion der Komplettlösung erstellt der Innovationspark in regelmäßigen Abständen detaillierte Energiereportings über die Verbrauchskosten und übermittelt diese an das Controlling. In solchen Berichten lassen sich einfach mittels Drag-and-Drop- Funktion Tabellen, Grafiken und Kommentare zusammenfügen.

Die gesamte Gebäudeleittechnik im Innovationspark Augsburg wird über eine eigene Software verwaltet, die über ein Interface an die Mess- und Analyselösung Efficio angebunden ist. Da alle 275 Messpunkte sowie 10 Datenlogger den einzelnen Verbrauchern zugeordnet sind, kann monatlich verbrauchsgerecht abgerechnet werden. Dies ist besonders sinnvoll, denn die Verbräuche unterscheiden sich teils stark voneinander. Weiterhin ist es mit diesem System möglich, Vorhersagen des Verbrauchs zu treffen, die in Budgetierungen eine große Rolle spielen.

Fazit und Ausblick

Auf dem Gebiet der Energieeffizienz bietet der Einsatz digitaler Energiemanagementsysteme sehr viel Unterstützung und damit ein großes Potenzial. Im Hinblick auf die bereits sehr hohen und wahrscheinlich weiter steigenden Energiekosten ist die zeitnahe Implementierung eines modernen Energiemanagementsystems unverzichtbar. Je schneller vermeintliche Energielecks identifiziert werden, desto eher lässt sich der Energieverbrauch senken und dadurch nicht nur CO2 einsparen. Global betrachtet kann der flächendeckende Einsatz dieser Software-gestützten Systeme ein Gamechanger in der Klimakrise werden. Durch den Einsatz der idealen Software lässt sich dieses Potenzial schnell heben. Es können rasch Effizienzmaßnahmen umgesetzt und weitere Entscheidungen getroffen werden, da sich gesammelte Daten sinnvoll und schnell verarbeiten und in Kennzahlen ausgeben lassen. Damit sind hohe Einsparungen bei Ressourcen und Kosten möglich.

Autor: Dr. Ing. Peter Günther, Technischer Geschäftsführer/ CTO, Bereichsleiter Entwicklung, Berg GmbH, Martinsried

Quellen:

Fachzeitschrift ew Magazin für die Energiewirtschaft Ausgabe11/2022

https://emagazin.ew-magazin.de/de/profiles/a21024e15cd4/editions/0b328f5132396b0438a3