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Energiemanagement automatisiert optimieren

Bild 1. Das EMS basiert auf einer Zeitreihenanalyse, wobei der gemessene Leistungsverlauf analysiert und in die Zukunft extrapoliert wird

Energie ist ein begehrtes Produkt, das in den Kostenrechnungen produzierender Betriebe eine immer wichtigere Rolle spielt. So verwenden Fertigungsunternehmen wie die Automobilindustrie heute rund 70 % ihres Stromverbrauchs auf Produktionsanlagen. Grund genug, den Energieeinsatz und das Energiemanagement zu optimieren. Da Lieferverträge in der Regel exakt definierte Abnahmemengen vorsehen suchen Industriebetriebe aber auch Energieversorgungsunternehmen nach Möglichkeiten, Elektrizität und Gas zu besten Bedingungen zu beziehen. Ein sicheres und effizientes Management des Energiebezugs ermöglicht es Obergrenzen genau einzuhalten und vereinbarte Mengen optimal zu nutzen.

Liberalisierte Strommärkte bieten eine Vielfalt von Tarifen, bei denen die Leistungsabnahmen eine immer wichtigere Rolle spielen. So honorieren Energieversorger exakte Lastprognosen, die „Fahrplanlieferungen“ und damit Planungssicherheit ermöglichen. Kunden, die ihre individuellen Lastprofile einhalten, profitierten von günstigen Tarifen. Dagegen verursachen Abweichungen vom Fahrplan hohe Kosten für Ausgleichsenergie. Vermeiden Kunden teure Lastspitzen, können sie das höchste Einsparungspotenzial realisieren. Das intelligente zenon Energy Management System (EMS) von Copa-Data hilft bei der Planung, greift gezielt ein und sorgt dafür, dass der Bezug von Strom und Gas im vereinbarten Rahmen bleibt.
So gelingt es Unternehmen mit automatisiertem Energiemanagement, möglichst viel Energie zu einem möglichst niedrigen, vertraglich fixierten Preis zu beziehen. Außerdem ist das zenen EMS vollständig in die HMI/Scada-Software integriert. Dadurch benötigt der Anwender nur ein System für die Prozesssteuerung und das Energy Management. Alle Komponenten können im EMS berücksichtigt werden und tragen zur Gesamteffizienz bei. Dabei stehen die Daten in allen Modulen zentral zur Verfügung. Eine Schalthandlung im EMS wird ohne Umwege im Scada-System wahrgenommen und umgekehrt. Zudem lassen sich Schalthandlungen gezielt automatisieren und gegen Fehlbedienung absichern.
Ausblick führt zur Handlung
Der Bezug von Strom und Gas funktioniert ähnlich: Leistungspreise werden über höchste Leistungen, die in einer Berechnungsperiode auftreten, errechnet. Zusätzlich wird im Arbeitspreis die bezogene Energie verrechnet. Der große Unterschied ist der, dass sich Bezugsspitzen für Gas durch Reserven aus Speichern abfangen lassen. Bei Elektrizität muss man in erster Linie schnell mit Zu- oder Abschaltungen reagieren. Die zur Berechnung des Leistungspreises herangezogene mittlere Leistung lässt sich mit zenon wirksam reduzieren. Dazu begrenzen gezielte Eingriffe die Lastspitzen. Das gelingt vor allem durch den Lastabwurf schaltbarer Verbraucher, die Erhöhung der Eigenerzeugung oder die Nutzung von Reserven bei Gas-Verbrauchern. Damit das Energy Management optimal funktioniert ist ein möglichst exakter Ausblick in die Zukunft erforderlich. Deswegen analysiert zenon automatisch die mittlere Leistung einer Messperiode und bietet Maßnahmen zur Optimierung an (Bild 1).
Komplett Integriert
Um mit einem Energy Management Systems den Energiebezug optimieren und Fahrpläne exakt einhalten zu können, ist eine umfassende Analyse, eine exakte Prognose und die Abstimmung mit dem Prozessleitsystem erforderlich. Reine Hardware-Lösungen können also nur einen Teil der Aufgabe meistern. Sie reagieren zwar auf Triggerwerte, haben aber keine Möglichkeit, über gute Mittelwertbildung vorausschauend zu agieren oder gar andere Komponenten des Prozesses zu integrieren.
Da zenon die Energy Standards DIN EN 60870-5-101 und DIN EN 61850-5 erfüllt und zudem eine große Vielfalt an Treibern bietet, lassen sich damit unterschiedlichste Geräte problemlos einbinden. In den Prognosen kombiniert das EMS-System unterschiedlichste Methoden der Trendberechnung – vom Leistungstrend oder Energietrend über die Berechnung der Korrekturleistung bis hin zu Istwert- und Realwertprognosen.
Absenkung der Bezugsgrenze
Da der Lasttrend auch mit dem besten mathematischen Modell nie ganz exakt vorausgesagt werden kann und sich auch Abweichungen bei den Annahmen für die schaltbaren Lasten einstellen, ist es notwendig, den eigentlichen Bezugssollwert aus Sicherheitsgründen etwas zu unterschreiten. Die Bezugsregelung wird im Regelfall im Closed Loop Betrieb eingesetzt. Die Ergebnisse der Prognosen bilden dabei die Basis für Zu- und Abschaltungen. Im EMS Modul müssen dafür nicht die unmittelbaren Schaltpunkte bei den Geräten verwendet werden. Der Anwender kann sich frei entscheiden, ob er direkte Schaltungen durch zenon ermöglichen möchte oder diese erst vom Benutzer endgültig freigegeben werden. Die Leistungsermittlung der Verbraucher ist besonders wichtig, um den zu erwarteten Effekt einschätzen zu können. Allerdings ist die Leistung der abgeschalteten Verbraucher üblicherweise nicht direkt messbar und kann teilweise nur geschätzt werden. zenon eröffnet dem Anwender zwei Wege: Vorgabe eines festen Wertes durch Parametrierung oder Messung des aktuellen Wertes.
Als HMI/Scada-System ermöglicht es zenon unterschiedlichste Geräte über mehr als 300 Kommunikationsprotokolle direkt einzubinden. Außerdem kommuniziert die integrierte Scada-Logic straton direkt mit Hardware-IOs. Dementsprechend ist es kein Problem Messwerte direkt abzufragen. Welche Verbraucher zu- oder abgeschaltet werden, hängt von verschiedenen Faktoren ab, primär von der nötigen Energiemenge und der Verfügbarkeit. Ziel ist, über möglichst wenige Schalthandlungen den Energiebezug zu managen. Das beruhigt den Netzbetrieb und erhält die Verfügbarkeit der Verbraucher.

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Autor: Heike Sommerfeld ist Product Manager bei der Copa-Data GmbH in Ottobrunn.