E N E R G I E V E R G L E I C H S F A K T O R

Transkript

1 E N E R G I E V E R G L E I C H S F A K T O R Für die Umsetzung einer Effizienzmassnahme ist die Messbarkeit das entscheidende Kriterium. Darin liegt aber auch die große Herausforderung. Alle bisher bekannten Stromeinsparrmassnahmen beziehen sich auf einzelne elektrische Verbraucher, Verbrauchergruppen mit eindeutigen Systemgrenzen oder Prozess- und Verhaltensanpassungen. Diese sind in der Regel einfach zu messen bzw. zu belegen. Da unser Fokus auf dem gesamten elektrischen Verbrauchernetz liegt und es bisher kein geeignetes Messverfahren gab, musste diese entwickelt werden. Wichtig ist in jedem Projekt die Ermittlung des vergleichsfaktors, der als Referenzwert massgeblich ist. Dieser wird innerhalb von 24 Stunden durch einen einfachen Vergleich von 5 Minuten bezügen ermittelt. Um ein besseres Verständnis für diese spezielle messung zu bekommen, haben wir die nachfolgende Dokumentation erstellt. Wenn ein Ventilatormotor exakt Wirkleistung benötigt und Sekunde genau 1 Stunde läuft, bezieht er genau. auf die Läuft der Ventilatormotor 10 Stunden lang unter gleichen Bedingungen, dann wäre der bezug 10 x = 10 kwh kwh = Zeit x Der gesamte bezug in 10 Stunden bei gleichbleibender von 1000 Watt sind 10 kwh. Wir teilen diese 10 kwh in Stundenabschnitte ein, in je 10 gleiche Teile und bezeichnen die bezüge fortlaufend und abwechselnd in Werte A und Werte B. Weiter werden diese Abschnitte nummeriert, die erste messung mit der Nummer 1 und die letzte messung mit der Nummer 10. Nr.1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 Nr. 6 Nr. 7 Nr. 8 Nr. 9 Nr Stunden 10 kwh A + B 1

2 10 messungen aufgeteilt in A und B Grafische Darstellung: Aufteilung der 10 kwh in gleiche Zeitabschnitte von je 1 Stunde. A = Nr B = Nr Start der Messdauer 10 Stunden Ende der Nr.1 Nr. 3 Nr. 5 Nr. 7 Nr Nr. 2 Nr. 4 Nr. 6 Nr. 8 Nr ENERGIEVERGLEICHSFAKTOR BEI DIESEM BEISPIEL IST 0.00% E N E R G I E ist der bezug in Kilowattstunden kwh Wert A = 5 kwh VERGLEICH Differenz von Wert B zu Wert A Wert B = 5 kwh FAKTOR errechnete Differenz in Prozent % 0.00% Berechnung: Bezogene in 10 Stunden: 10 kwh Differenzberechnung zwischen A und B: A 5 kwh B 5 kwh = 0.0 kwh Gegenüberstellung und Abweichung in Prozente: B zu A = 0.0 % Da die Wirkleistung immer 1000 Watt und die messung genau gleich lang war, ist die Differenz zwischen A und B des bezugs 0,00%. 2

3 10 messungen in 50 Minuten Mit dieser Messmethode kann in jedem stromintensiven Unternehmen dieser ENERGIVERGLEICHSFAKTOR ermittelt werden. Der Unterschied liegt darin, dass bei einem Unternehmen mit hunderten elektrischen Verbrauchern Arbeitsprozesse und Wirkleistungen permanent verändert werden. Dementsprechend verändert sich auch der verbrauch (Kilowattstunden) in Bruchteilen von Sekunden. Das bedeutet, dass der bezogene verbrauch in Kilowattstunden nie gleich sein wird. Abbildung der bezogenen Wirkleistung kw (blau) / verbrauch kwh (rot) Messdatenerfassung alle 2-Sekunden. Der Abschnitt (schwarz eingerahmt) sind 50 Minuten von Uhr. Die bezogene Wirkleistung ändert sich in dieser Zeit permanent. (min Watt /max Watt). Wir betrachten das gesamte elektrische Netzwerk eines Gebäudes bzw. Unternehmens als ein elektrischer Verbraucher. Permanente Veränderung der bezogene Wirkleistung und des bezugs in kwh in einem Unternehmen. Die ständige Veränderung der Arbeitsprozesse mit den unterschiedlichsten elektrischen Verbrauchern ergeben keine lineare Wirkleistung und demzufolge auch kein gleichbleibender bezug in kwh. 50 Minuten skurve mit 2 Sekunden Messintervall kw Variable Watt Variabler bezug kwh! 3

4 Vergleich 10 Stunden 1 Ventilatormotor zu 50 Minuten Maschinenpark Theorie immer gleich! EIN Verbraucher EIN zähler immer die gleiche und gleicher bezug. Praxis nie gleich! VIELE Verbraucher EIN zähler nie die gleiche nie der gleiche bezug! 10 fortlaufende messungen in 5 Minuten Abschnitte. Datum / Zeit zählerstand bezug in kwh en 29/05/ /05/ /05/ /05/ /05/ /05/ /05/ /05/ /05/ /05/ /05/ kwh Wert A kwh Wert B kwh Wert A kwh Wert B kwh Wert A kwh Wert B kwh Wert A kwh Wert B kwh Wert A kwh Wert B Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 Nr. 6 Nr. 7 Nr. 8 Nr. 9 Nr. 10 Messdauer 50 Minuten bezug: = kwh Kontrolle: bezug A + B = kwh 10 messung in je 5 Minuten Abschnitte 4

5 10 messungen mit variabler (Watt) Grafische Darstellung: Aufteilung der 462,6 kwh in gleiche Zeitabschnitte von je 5 Minuten. A = Nr B = Nr Start der Messdauer 50 Minuten Ende der Nr.1 Nr. 3 Nr. 5 Nr. 7 Nr W W W W 46.8 kwh kwh kwh kwh kwh Nr. 2 Nr. 4 Nr. 6 Nr. 8 Nr W W W W W B = 5 min 47.5 kwh kwh kwh kwh kwh ENERGIEVERGLEICHSFAKTOR BEI DIESEM BEISPIEL IST 0.0% Ergebnis der 10 messungen E N E R G I E ist der bezug in Kilowattstunden kwh A= kwh B= kwh VERGLEICH Differenz von Wert B zu Wert A B A = = - FAKTOR errechnete Differenz in Prozent % : x 100 = ENERGIEVERGLEICHSFAKTOR % Feststellung der 10 messungen Trotz den 10 unterschiedlichen bezügen konnte nur eine sehr kleine Differenz (vergleichsfaktor) festgestellt werden. 5

6 Fortlaufende 5-Minuten messungen während 24 Stunden Die Grafik zeigt das Lastprofil (Wirkleistung in kw) in einem produzierenden Unternehmen mit einem grossen Maschinenpark. Nun wird der vergleichsfaktor innerhalb von 24 Stunden ermittelt. Die fortlaufenden messungen (288) in Zeitfenstern von 5 Minuten mit dem Wert A und Wert B werden geteilt und am Schluss addiert und gegenseitig verglichen. Das ergibt in Summe 144xA und 144xB messungen. Die Wirkleistung schwankt zwischen bis Watt. Blau = skurve (Watt) Rot = zähler (kwh) Start 29/05/ Messdauer 24 Stunden Ende 30/05/ Nr.1 Nr. 3 Nr. 285 Nr W W W W 46.8 kwh kwh + weiter 5,7,9. 281, kwh Nr. 2 Nr. 4 Nr. 286 Nr W W W W B = 5 min 47.5 kwh kwh + weiter 6,8, , kwh kwh ENERGIE ist der bezug in Kilowattstunden A= kwh B= kwh VERGLEICH Differenz zwischen Wert B zu Wert A BERECHNUNG DES FAKTOR wieviel sich der Wert B gegenüber den Wert A in Prozent verändert hat. DER ENERGIEVERGLEICHSFAKTOR BEI DIESER MESSUNG IST B A = = 0.3 kwh : x 100 = % 6

7 Differenz Wert B zu A in Prozent Differenz Wert B zu A in kwh -30,30-17,80-8,60-9,90-10,50-0,90-5,40-4,20-0,90-0,10-3,80-0,30 0,40 6,10 8,60 8,90 9,30 5,00 7,00 4,50 3,50 14,10 10,10 11,40 9,00 6,00 1,70 4,40 4,60 2,60 2, Wie verhaltet sich der vergleichsfaktor während 31 Tagen in einem stromintensiven Unternehmen? Nach dem gleichen Muster wird nun ein Monat (31 Tage) lang mit Abschnitten gemessen und verglichen. Zeitfenstern von 5 Minuten- Bild 1: Aufteilung des bezugs kwh in Werte A und Werte B pro 24 Stunden. Bild 2: Differenz in kwh zwischen Werte A und Werte B. Die grösste Differenz an Tag Nr. 4 bei kwh mit kwh oder mit dem vergleichsfaktor (Bild 3) von -0.46%. Die kleinste Differenz an Tag Nr. 20 bei kwh mit 0.10 kwh und einem vergleichsfaktor von 0.00% Bild , , , , , , , ,00 0,00 A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B A B Bild % 0.09% 0.15% 0.16% 0.15% 0.08% 0.22% 0.18% 0.13% 0.08% 0.05% 0.19% 0.00% 0.17% 0.09% 0.07% 0.02% Bild % 0.04% -0.00% 0.04% -0.15% -0.17% -0.02% -0.10% -0.06% -0.02% -0.06% -0.19% -0.30% -0.46% 7

8 Endergebnis 31 Tage lang wurde in einem stromintensiven Unternehmen gemessen und analysiert. Kein Produktionstag war identisch mit einem anderen. Insgesamt wurden in diesen 31 Tagen ,4 kwh elektrische bezogen. Der vergleichsfaktor ( in diesen 31 Tagen) wurde mit der fortlaufenden 5 Minuten vergleichsmessung ermittelt. Anzahl messung: A = x 5 Minuten = Minuten (372 Std.) B = x 5 Minuten = Minuten (372 Std.) G E S A M T A = kwh B = kwh B A = = kwh B A : B x 100 = vergleichsfaktor in % : x 100 = ENERGIEVERGLEICHSFAKTOR 0.010% E n e r g i e 8

9 Ermittlung des vergleichsfaktors in 16 stromintensiven Unternehmen während 31 Tagen. Das gleiche Messverfahren wurde in vielen weiteren branchenunabhängigen Unternehmen durchgeführt. Zahlen und Fakten dazu: Gesamt bezug Anzahl messungen à 5 Minuten = Anzahl en Anzahl en A = Anzahl en B = A = kwh B = kwh B A = kwh kwh = kwh B A : B x 100 = vergleichsfaktor in % über alle 16 Anlagen während 31 Tagen kwh kwh : kwh x 100 = 0.069% ENERGIEVERGLEICHSFAKTOR 0.069% Lebensmittelgeschäft 320A Industrie / Lebensmittel 800A Restaurant / Gastrobetrieb 400A Industrie / Montage 500A Metallindustrie Präzisionsdrehteile 600A Mettalindustrie Drehen und Fräsen 1000A Industrie Herstellung von Verpackung 1000A Metallindustrie Präzisionsdrehteile 1250A Herstellung pharmazeutische Wirkstoffe 1400A Kunststoffindustrie Spritzgusstechnik 2000A Medizinaltechnik Präzisionsdrehteile 1250A Kunststoffindustrie Spritzgusstechnik 1400A Kunststoffindustrie Verzahnungstechnik 1400A Metallindustrie/ Kalt-Massivumformung 2500A Metallindustrie Präzisionsdrehteile 1800A Warenhaus / Lebensmittel / Restaurant 2500A 9

10 Warum der vergleichsfaktor als effizienznachweis? Wir betrachten das gesamte elektrische Netzwerk eines Gebäudes bzw. Unternehmens. Der Messpunkt befindet sich nach dem Mittelspannungstransformator auf der Niederspannungsseite und umfasst somit das gesamte, elektrische Verbrauchernetz. Durch die Analyse unzähliger skurven und verbräuche in unterschiedlichsten Branchen und Unternehmen mit enorm schwankenden Verbräuchen, konnte trotz allen Einflüssen ein vergleich gemacht werden. Durch die Feststellung dieser Kennzahl, die wir vergleichsfaktor nennen, kann heute in stromintensiven Unternehmen mit unterschiedlichen Produktionsabläufen, ein elektrischer vergleich in Kilowattsunden (kwh) durchgeführt werden. Weiter wurde festgestellt, dass mit diesem Messverfahren der vergleichsfaktor immer nahezu 0 Prozent ist. Wie unsere Beispiele der 16 Unternehmen zeigen, lag die kleinste Abweichung bei -0.01% und die höchste bei 0.24%. Der aller en lag bei 0.069% Was bedeutet der vergleichsfaktor für die elektrische effizienz? Wird durch eine elektrotechnische Massnahme in einem gesamten elektrischen Verbrauchernetzwerk den Wert A oder Wert B verändert, muss diese Wirkung messbar sein. 288 en werden verglichen ohne Wirkung einer Effizienztechnologie 144 x A gegenüber 144 x B 288 en werden verglichen mit Wirkung einer Effizienztechnologie 144 x A gegenüber 144 x B 10

11 Der Vergleich und Unterschied des vergleichsfaktors von 1 Minute bis 15 Minuten in 16 Unternehmen. Messdatenvergleich von Wert B und Wert A mit je en. Auf Basis dieser weitreichenden Analysen und Vergleiche mit 16 verschiedenen Unternehmen wurden weitere zahlreiche, neue Erkenntnisse gewonnen. Je kleiner das gemessene Zeitfenster, desto geringer der vergleichsfaktor. Es ist klar zu erkennen, dass im Bereich 1 Minute bis 5 Minuten die Unterschiede Wert A und Wert B am geringsten ist. Der vergleichsfaktor liegt hier zwischen Prozent. 0,35 Je grösser der Messintervall ist, desto grösser wird der prozentuale vergleichsfaktor! 0,30 0, % 0, % 0.22% 0,15 0,10 Der vergleichsfaktor ist hier am geringsten 0.12% 0.14% 0.16% 0.12% 0.17% 0.14% 0.20% 0,05 0, % 0.05% 0.06% 0.07% 0.07% 1. Min. 2. Min. 3. Min. 4. Min. 5. Min. 6. Min. 7. Min. 8. Min. 9. Min. 10. Min. 11. Min. 12. Min. 13. Min. 14. Min. 15 Min. Um eine Effizienzsteigerung in einem gesamten elektrischen Netzwerk messtechnisch nachweisen zu können ist es also erforderlich den vergleichsfaktor zu ermitteln und zwar innerhalb von maximal 5 Minuten. Dieser gilt dann als Bezugswert für jegliche Effizienzsteigerungsmaßnahme, die direkt nach dem Mittelspannungstransformator installiert und gemessen wird. Der vergleichsfaktor über 5 Minuten wird zu ungenau. Beispiel: der 15 Minuten vergleichsfaktor gegenüber den 5 Minuten ist um 185% höher. 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 Liniendiagramm: Abweichung 1 Minute bis 15 Minuten 0,

12 Warum der 5-Minuten vergleichsfaktor als Massstab? Das EPplus-System ist mit einem ABB-Lastschalter EMaxx2 ausgestattet und kann während dem laufenden Betrieb ein und ausgeschaltet werden. Da jede Umschaltung eine hohe Belastung für den Schalter ist, müssen gemäß Herstellerangaben mindestens 5 Minuten zwischen den Schaltungen liegen, damit die einwandfreie Funktion garantiert und gewährleistet werden kann. Durch dieses patentierte BYPASS-System und der Ermittlung des vergleichsfaktors als Referenzwert ist das Messverfahren und die Messmethode entstanden. Somit ist es erstmals möglich, überhaupt einen Vergleich mit Wirkung oder ohne Wirkung einer Effizienztechnologie, (Filter etc.) in einem gesamten elektrischen Verbrauchernetz belegen zu können. Das Messverfahren kann auf Wunsch des Kunden auch mehrere Male wiederholt werden. EP-plus-System BYPASS Schalter Der vergleichsfaktor ist hier am geringsten 1. Min. 2. Min. 3. Min. 4. Min. 5. Min. 6. Min. 7. Min. 9. Min. 10. Min. 11. Min. 12. Min. 13. Min. 14. Min. 15 Min. 12