DLG e.V. - Rückblick: DLG-Forum FoodTec: Energiemanagement

Rückblick DLG-Forum FoodTec: Energiemanagement 16. Juni 2016 in Frankfurt am Main

Mehr Energieeffizienz nötig

Der effiziente Umgang mit Energie stand jetzt im Mittelpunkt des DLG-Forums FoodTec in Frankfurt am Main. Praxisbeispiele zur Optimierung des Stromlastenmanagements sowie effiziente Technologien zur Strom-, Wärme- und Kälteversorgung machten deutlich, dass modernste Fertigungsverfahren in der Lebensmittelproduktion immer relevanter für die Wettbewerbsfähigkeit werden. Denn häufig sind die Energiekosten in der Produktherstellung zu hoch.

Ressourcen bestmöglich verwerten, Abfall und Emissionen weitgehend vermeiden. Das ist für Unternehmen wichtiger denn je. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Kfm. Alexander Sauer, Leiter Institut für Energieeffizienz in der Produktion (EEP) an der Universität Stuttgart, erläuterte das Leitbild der Ultraeffizienzfabrik für die Lebensmittelindustrie. Ziel des ganzheitlichen Ansatzes der Ultraeffizienzfabrik ist es, auf technisch höchstem Niveau effizient und effektiv zu produzieren, dabei die Umweltbelastung zu minimieren oder zu vermeiden und Zielkonflikte zu lösen – kurz: die zukünftige industrielle Produktion mit dem urbanen Leben in Einklang zu bringen. Material, Energie, Personal und Kapital werden hierbei in einer Fabrik so eingesetzt, dass Wertschöpfungsprozesse geschaffen werden, durch die weder Abfall noch Abwasser und Abluft entstehen. Die Ultraeffizienzfabrik ist ein neuartiger Ansatz, um effizient mit so wenig Material und Energie wie nötig zu produzieren.

Im Projekt „Ultraeffizienzfabrik im urbanen Umfeld“ erforschen die Fraunhofer-Institute IPA, IAO und IRB, gefördert vom baden-württembergischen Umweltministerium, die nachhaltige, emissionsfreie und effiziente Produktion im städtischen Umfeld. Damit Unternehmen die Ansätze der »Green Economy« einhalten können, werden aktuell verwendete Technologien bewertet und mit nachhaltigen Technologieinnovationen gekoppelt.

Das Konzept der Ultraeffizienzfabrik ist auf alle Branchen übertragbar, also auch auf die Lebensmittelindustrie. Es bezieht sich auch auf alle Produktionsfaktoren: Material, Personal, Kapital und Arbeitsleistung – alles, was nötig ist, um einen industriellen Prozess am Laufen zu halten, soll mehr Wirksamkeit und einen geringeren Ressourcenverbrauch haben.

Helmut Kammerloher, Krones AG, stellte das Energiesystem der Brauerei Murau vor, das die Verknüpfung mit dem urbanen Umfeld schon verwirklicht hat. Mit einem Energieverbrauch von weniger als 19 thermischen Kilowattstunden pro Hektoliter ungeblendet produzierter Biere, ist die Brauerei Murau eine der sparsamsten der Welt. Möglich machen dies der Anschluss an das Nahwärmenetz der Stadtwerke Murau und der Einsatz eines effizienten Energiesparsystems aus dem Hause Krones. Enorme Einsparungen an Heizenergie in Form von Dampf wurden durch die Absenkung der Heizmitteltemperatur von ursprünglich 160 °C auf abstrahl- und verlustreduzierte Heizmitteltemperatur von maximal 115 °C in Form von Heißwasser ermöglicht. Hierdurch wurde auch eine umfangreiche Rückgewinnung von Wärmeenergie möglich. Maßgeblich für die komplette Umstellung auf regenerative Nahwärme war die Entwicklung eines neuartigen Energie-Schichtspeichers, an den alle thermischen Verbraucher in der Brauerei angebunden sind. Die Kaskadenverschaltung des zentralen Speichers erlaubt, verschiedene Verbraucher temperatur- und energieoptimiert einzubinden, um schließlich die hohe Effizienz der neuen Anlage zu verwirklichen.

Die Energiekosten vieler Branchen in Deutschland sind an den gesamten Kosten der Produktherstellung im internationalen Vergleich hoch. Eine effiziente Nutzung von Energie und die Senkung der Energiekosten sind ein wesentlicher Wettbewerbsfaktor. Dr. Gökhan Dogan und Felix Kosak, Bosch Energy and Building Solutions GmbH, zeigten beim DLG-Forum an der Optimierung der Druckluftbereitstellung bei ausgewählten Maschinen im eigenen Unternehmen, wie Energiekosten dauerhaft gesenkt werden können. Eine wichtige Voraussetzung für eine effiziente Nutzung von Energie ist die vollständige Transparenz über den Energieverbrauch: Mit der Energy Plattform von Bosch erhalten Unternehmen einen umfassenden Überblick über alle Energiekosten. Intelligente Algorithmen erkennen Abweichungen vom Sollzustand, alarmieren bei Grenzwertüberschreitungen oder Störungen, liefern konkrete Lösungsvorschläge und setzen diese teilweise sogar vollautomatisch um. Hierdurch wird die Basis für weitere Optimierungsmaßnahmen und eine dauerhaft effiziente Energieversorgung geschaffen.

Gregor Schumm, Matthias Philipp und Florian Schlosser, Fachgebiet Umweltgerechte Produkte und Prozesse (UPP) der Universität Kassel, forschen am Lehrstuhl von Prof. Jens Hesselbach an KWK-gerechten Produktionsprozessen für klimafreundliche Lebensmittel. In der milchverarbeitenden Industrie ist Dampf der Standardenergieträger zur Versorgung von thermischen Produktionsprozessen. Die effiziente Bereitstellung von Energie durch Kraft-Wärme-Kopplung oder andere Möglichkeiten der Heißwasserbereitstellung (z. B. Wärmerückgewinnung oder Wärmepumpen) benötigen jedoch Wärmesenken im Niedertemperaturbereich. Die Umstellung von Dampf auf Heißwasserversorgung lässt sich in einigen Fällen leicht realisieren. Manche Prozesse benötigen jedoch Temperaturen, die nur bei ausreichend hoher Temperatur des Wärmeträgers sicher funktionieren. Durch die Entwicklung eines Hybrid-Erhitzersystems, das Dampf, Heißwasser und die Kombination beider Medien als Wärmequelle einbeziehen kann, wird eine Effizienzsteigerung erzielt.

Eine intelligente Steuerung der hydraulischen Verschaltung lässt einerseits eine direkte Nutzung von Heißwasser im Wärmeübertrager zu, kann aber jederzeit den Erhitzer vom Heißwassernetz entkoppeln und auf eine reine Dampfversorgung umschalten. Dieser Modus wird eingesetzt, wenn aufgrund von Wartung, Defekten oder Überlast der Heißwasserversorgung das Angebot an Niedertemperaturwärme nicht ausreicht. Hierdurch ist stets eine Sicherstellung der Zieltemperatur im Produkt gewährleistet. Neben dem Umschalten zwischen einer Versorgung mit Dampf oder Heißwasser ist auch ein kombinierter Betrieb realisierbar. Hierdurch ist es möglich, das Heißwasser zu nutzen, obwohl dessen Temperatur nicht ausreicht, um das Produkt auf seine Zieltemperatur zu bringen.

In der Lebensmittelindustrie liegen große energetische Einsparpotentiale auch im Bereich Kühlung bzw. Klimatisierung. Dr.-Ing. Johannes Wagner und Tobias Heidrich, Fachgebiet Umweltgerechte Produkte und Prozesse (UPP) an der Universität Kassel, bearbeiten die Energieeffizienzsteigerung in der Süßwarenindustrie durch lokale Klimatisierung und systemische Kopplung von Energieströmen im Rahmen des Projektes Smart Consumer: Zum einen kann auf alternative, effizientere Kühltechnologien umgestellt werden, zum anderen sollte nur noch dort gekühlt werden, wo niedrige Temperaturen benötigt werden. Für die Produktion bedeutet dies, dass nicht mehr die gesamte Produktionshalle klimatisiert wird, sondern nur noch ein kleiner Bereich um die Produktionsstraße. Das Ziel besteht darin, durch konstruktive und lufttechnische Maßnahmen einer „Punktklimatisierung“ des Produkts möglichst nahe zu kommen. Gleichzeitig bietet die intelligente Kopplung der Verbraucher mit der Energiebereitstellung weitere Energieeffizienzpotentiale.

Zusätzlich zu den Umbauten ist es wichtig, die einzelnen Energieströme erfassen, bewerten und steuern zu können. Daher wird ein Energiemonitoring-System implementiert, das die Basis für eine intelligente Steuerung der Energieströme ist und eine Prognose über zukünftige Energiebedarfe liefert. Deren Vorhersage ermöglicht zudem eine kostenoptimierte Beschaffung von Strom und trägt gleichzeitig zur Entlastung der Stromnetze bei. Auf diesem Wege wird der Verbraucher zum Smart Consumer und damit zentraler Baustein eines zukünftigen Smart Grids.

Über die vernetzte Medienversorgung und Wärmerückgewinnung in einer Mittelstandsbrauerei berichtete Franz Stolz, FS Industrielle Energieberatung. Bei der Schwarzbräu GmbH wurden die Kesselanlage, die NH3-Kälteanlage und Teile der Druckluftversorgung erneuert. Sie wurden in das Wärmenutzungskonzept eingebunden und in ein zentrales übergeordnetes Steuerungssystem integriert. Sämtliche Prozesse der bereits umgebauten Bereiche können überwacht und bedient werden. Durch das neue Prozessleitsystem können zudem voneinander unabhängige Teilprozesse einfach verknüpft werden und automatisch an den aktiven Verbraucher angepasst werden. Eine bedarfsgerechte Sollwertanpassung erfolgt ebenfalls. Durch die Echtzeit-Visualisierung der Prozesse können Störungen leichter identifiziert werden. Das Konzept bringt somit weitreichende Optimierungsmöglichkeiten bei idealer Transparenz.

Einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leisten auch Batteriesysteme. Sie stellen die erforderliche Leistung bereit und unterstützen die Netzwerkstabilität. Lars Stephan, Younicos AG, stellte Batteriesysteme in der Industrie vor. In der Lebensmittelindustrie können Batteriesysteme zu einem effizienten Energiemanagement beitragen. Mithilfe hochintelligenter Software kann die Batterietechnologie mit Leistungselektronik verknüpft werden und in Verbund- oder Inselnetze integriert werden. Dadurch ist es möglich, die Produktion gegen Risiken aus dem Netz abzusichern, die Produktionsprozesse und die Energiebeschaffung zu optimieren, aber auch Einnahmepotentiale aus dem Batteriesystem zu schaffen.

Eine sichere Stromversorgung ist im Falle einer längeren Stromunterbrechung gewährleistet: Der Batteriespeicher ist dabei das netzbildende Element einer elektrischen Insel. Er dient als werkseigenes Kraftwerk zum Schwarzstart, kritische Produktionsprozesse werden aufrecht gehalten. Schwankungen in der Stromqualität können durch Batterien innerhalb von Millisekunden die Frequenz korrigieren und die Versorgungsqualität sichern. Zudem können Lastspitzen verschoben werden und somit hohe Leistungspreise beim Netzbetreiber umgangen werden. Auch die Optimierung von Produktionsprozessen und die Integration erneuerbarer Energien sind möglich. Somit können Batteriesysteme für ein effizienteres und sicheres Industrienetz sorgen.

Kontakt

Ulla Mikosch
DLG e.V.
Fachzentrum Lebensmittel
Eschborner Landstraße 122
60489 Frankfurt am Main

Tel.: +49 (0) 69/24 788-311
Fax: +49 (0) 69 24 788-8311
FachzentrumLM(at)DLG.org