Wenn Sie wüssten, wie viel der Betrieb dieses Geräts kostet

07-11-2013 | Energieeffizienz

könnten Sie dann bessere Entscheidungen in Bezug auf Betrieb und Wartung treffen?

von Randy Barnett

Entscheidungen müssen getroffen werden, um Energie zu sparen, um Geld zu sparen. Wenn belastbare Daten vorliegen, auf denen solche Entscheidungen basiert werden können, entfällt der „Ratefaktor“, was letztlich eine positive Auswirkung auf das Geschäftsergebnis hat. Aber können denn das Aufzeichnen von Daten, das Analysieren von Ergebnissen und das Treffen intelligenter Entscheidungen wirklich so große finanzielle Auswirkungen haben? Die Antwortet lautet „Ja, absolut!“

Vergleich von Luftkompressoren mit 200 PS

Betrachten Sie dieses Beispiel für einen Fertigungsbetrieb. Der Betrieb verfügte über zwei Luftkompressoren mit 200 PS für die Luftversorgung. Da die Nennleistung des ersten Kompressors leicht über der Nennleistung des zweiten Kompressors lag, wurde viele Monate zuvor die Entscheidung getroffen, den ersten Kompressor als Hauptprozessor und den zweiten als Zusatzgerät zu betreiben. Daher würde der Zusatzkompressor nur laufen, wenn der erste Kompressor den Systemdruck nicht halten konnte. Das klingt logisch, besonders da sie beide dieselbe Leistung haben. Der Unterschied in den elektrischen Betriebskosten sollte geringe oder nicht vorhanden sein.

Die Datenloggersoftware stellt den Energieverbrauch für einen Luftkompressor mit 200 PS automatisch grafisch dar. Aus diesem Kurzüberblick geht hervor, dass die Leistungsaufnahme des Kompressors bei dreitägigem Betrieb durchschnittlich etwas mehr als 50 kW beträgt. Wenn der Stromtarif in $/kWh bekannt ist, lassen sich die Betriebskosten des Kompressors in diesem Zeitraum einfach abschätzen.

An jedem Gerät wurden für mehrere Tage Power Logger installiert, um die tatsächlichen Stromkosten für den Betrieb zu bestimmen. Jedes Gerät wurde eigenständig betrieben, weil es nicht durch das andere Gerät beeinflusst werden sollte. Der zweite Kompressor stellte sich als deutlich energieeffizienter heraus und konnte die Luftversorgung des Betriebs ebenfalls recht gut gewährleisten. Der zweite Kompressor hatte ein neueres und energieeffizienteres Design als der erste.

Dem Betrieb wurden 0,07 $ pro Kilowattstunde (kWh) berechnet. Die Betriebszeiten und der Energieverbrauch in Kilowattstunden wurden aus den protokollierten Daten extrahiert und die tatsächlichen Betriebskosten wurden ermittelt. Derartige Berechnungen sind relativ einfach und können zur betriebsweiten Nutzung einfach in eine Tabelle gebaut werden. Fazit: Der Betrieb des zweiten Kompressors als primärer Betriebsluftkompressor führt zu geschätzten jährlichen Einsparungen von 29.510 $. Offensichtlich stellten sich die protokollierten Daten als genauer heraus als die Daten, die anhand der Angaben auf dem Typenschild geschätzt wurden. Das Installieren von Power Loggern und das spätere Herunterladen der Daten zur Analyse auf einen PC dauern nur wenige Minuten. In diesem Fall eine kleine Investition für eine große Rendite.

Was kostet es, während der Mittagspause fünfzig Mühlen zu betreiben?

In einem anderen Fertigungsbetrieb kam die Frage auf „Was kostet es, diese fünfzig Mühlen in der Mittagspause laufen zu lassen?“ Der Grund dafür, die Mühlen laufen zu lassen, wenn sie nicht genutzt werden, bestand darin, dass die Mühlen im Vergleich zu sehr viel größeren Geräten relativ kleine Lasten darstellten und das Schneidöl weiter durch die Mühle zirkulieren würde. Da die Mühle effektiv ohne Last „leer“ lief, lohnt es sich einfach nicht, die Mühle für so kurze Zeiträume abzuschalten.

Zur Überprüfung der Entscheidung wurde ein Digitalmultimeter mit Aufzeichnungsfunktion in Kombination mit einer Wechselstrommesszange verwendet, um die tatsächlichen Betriebskosten einer Mühle während der Mittagspause zu ermitteln. Interessanterweise beliefen sich die Einsparungen auf lediglich 0,55 $ für eine Mühle. Wenn man jedoch die 0,55 $ mit fünfzig Mühlen multipliziert, kommt man auf Einsparungen in der Mittagspause von 27,50 $. Unter Berücksichtigung der Variablen Schichtarbeit und Urlaub belief sich die geschätzte jährliche Gesamtersparnis durch das Abschalten der Mühlen während der Mittagspausen auf knapp 8.000 $. Noch einmal: Eine dreißigminütige Prüfung enthüllte erhebliche Einsparungen, die erzielt werden könnten, indem man an jeder Mühle lediglich zwei Tasten drückt: vor der Mittagspause auf „Stop“ und nach der Pause auf „Start“.

Betriebskosten für größere Motoren

Bei größeren Motoren für verschiedene Anwendungen sollten die Betriebskosten immer bekannt sein. In einem Betrieb wurde ein 100-PS-Motor eingesetzt, um Wasser aus einem Haltebecken über mehrere Hundert Meter an den Ort zu pumpen, wo das Wasser zur Prozesskühlung verwendet wurde. Während der Arbeitszeiten lief der Motor kontinuierlich durch. Es wurden auch andere Möglichkeiten für das Kühlwasser erkundet. Die Frage, die vor einer Entscheidung beantwortet werden musste, um die Rentabilität zu bestimmen, lautete: „Wie viel kostet uns der Betrieb des vorhandenen Pumpensystems?” Durch die Aufzeichnung der vom Motor aufgenommenen Leistung und der Zahl der Betriebsstunden während eines Betriebszyklus stellte sich heraus, dass der 100-PS-Motor fast immer mit seiner vollen Leistung von 100 PS lief. Die jährlichen Kosten für das Unternehmen beliefen sich auf 33.241 $. Anschließend wurde die unternehmerische Entscheidung getroffen, das bestehende System durch eine effizientere Konstruktion aus Motor und Pumpe zu ersetzen.

Aber warum kann man sich nicht einfach auf die Angaben auf dem Typenschild verlassen, um die Kosten für den Betrieb eines Motors zu ermitteln? Letztlich werden NEMA-Motoren mit den erforderlichen Nennwerten einschließlich Leistung und Wirkungsgrad markiert. Die Antwort besteht darin, dass Motoren selten nach den Angaben auf dem Typenschild betrieben werden. Bei den Betriebskosten sollte man immer mit Schwankungen rechnen.

Der Betrieb eines 460-Volt-Drehstrommotors mit 100 PS beispielsweise, der 8760 Betriebsstunden pro Jahr unter Volllast betrieben wird, kostet bei einem Stromtarif von 0,10 $ pro kWh wahrscheinlich etwas über 48.000 $ pro Jahr. Wie sieht es jedoch aus, wenn der Motor nicht ständig unter Volllast betrieben wird? Dann können die Gesamtbetriebskosten deutlich geringer ausfallen. Gewissheit erlangt man nur durch das Messen und Aufzeichnen von Daten. Anschließend analysieren Sie die Daten und ermitteln den wahren Anteil des Motors an der Stromrechnung. Je nach Anwendung kann ein solcher Motor beim Einsatz eines Antriebs mit variabler Frequenz ein Kandidat für große Energieeinsparungen sein.

10-Sekunden-Durchschnitt der Messwerte über einen Zeitraum von einer Minute
Durchschnittliche Leistungsaufnahme des Motors über die letzten 10 Sekunden

ZeitMinimum der Gesamtwirkleistung (Watt)Durchschnitt der Gesamtwirkleistung (Watt)Maximum der Gesamtwirkleistung (Watt)
08:10:07 0 ms32110,23832097,15232031,729
08:10:17 0 ms32064,44132090,61132142,949
08:10:27 0 ms32097,15232103,69532129,865
08:10:37 0 ms32097,15232103,69532149,492
08:10:47 0 ms32090,61132123,32232123,322
08:10:57 0 ms32084,06832110,23832136,408

Die Beleuchtungskosten

Die Beleuchtung gehört in den meisten Industrie- und Gewerbebetrieben zu den größten Verbrauchern elektrischer Energie. Die jährlichen Beleuchtungskosten in einem Industriebetrieb mit 15.000 Quadratmetern beispielsweise belaufen sich auf ungefähr 85.030 $. Derartige Beträge können häufig schnell und deutlich reduziert werden, wenn man weiß, wo die größten Einsparpotenziale liegen. Viele Beleuchtungsoptionen sind verfügbar, und die Auswahl der Methode erfordert intelligentes Entscheidungsverfahren.

Die Frage lautet dann: „Was kostet es die Lichter anzulassen?“ Anhand der veröffentlichten Daten können dann Schätzungen für neuere, effizientere Ersatzsysteme angestellt werden. Sie können ziemlich genaue Schätzungen abgeben, wenn sie die Leuchten zählen, die Wattzahlen und Lampentypen ermitteln, den Ballastbetrieb berücksichtigen und wenn Sie wissen, wann welche Lichter eingeschaltet sind. Zu Entscheidungszwecken können mithilfe einer einfachen Wechselstrommesszange schnelle und genaue Daten in den fraglichen Lichtschaltkreisen erhoben werden.

Aus scheinbar gutem Grund wurden zum Beispiel bestimmte Leuchtstoffröhren in einem Gewerbebetrieb über längere Zeiträume brennen gelassen. Ein häufiges Missverständnis besteht darin, dass es energieeffizienter sei, Leuchtstoffröhren eingeschaltet zu lassen als sie auszuschalten. Das ist aber nur bis zu einem gewissen Grad richtig, da man glaubt, durch die Vermeidung des geringen Einschaltstroms beim Einschalten dieser Lampen Energie sparen zu können. Außerdem kann häufiges Ein- und Ausschalten, z. B. mehrmals täglich, die Lebensdauer der Röhren verkürzen . Die grobe Richtschnur des Energieministeriums der Vereinigten Staaten lautet, dass Leuchtstoffröhren ausgeschaltet werden sollten, wenn ein Raum länger als fünfzehn Minuten ungenutzt bleibt. In einigen Teilen des Landes kann diese Zeit jedoch auch bei nur 5 Minuten liegen, wenn die Strompreise hoch sind.

Es ist ganz einfach, mit einer Wechselstrommesszange die Spannung und den Strom eines Lichtschaltkreises zu messen, um schnell genaue Zahlen zu erhalten. Sie können eine schnelle Berechnung für die Betriebskosten des Lichtschaltkreises anstellen. Was wäre jedoch, wenn Sie annehmen, dass die Lichter zu bestimmten Zeiten ausgeschaltet werden, dies jedoch nicht der Fall ist? Schließlich haben Sie ein Schild aufgehängt, das alle Arbeiter daran erinnert, am Ende ihrer Schicht sämtliche Arbeitsbeleuchtungen an den Arbeitsplätzen auszuschalten. Sie werden vermutlich nicht überrascht sein, dass der elektrische Strom und die Leistung am Ende des Tages nicht in allen Lichtschaltkreisen auf Null gehen. Wie viel kosten Sie also Lichter, die nicht ausgeschaltet wurden? Sie wissen dies erst, wenn Sie es messen. Hängen Sie anschließend Schilder auf, die den Arbeitern die Geldbeträge vor Augen führen, die mit den Lichtkosten verbunden sind. Sie können sich sicher sein, damit Aufmerksamkeit zu erregen.

Die Betriebskosten pro Stunde von Geräten

Manchmal möchten Betriebe und Manager einfach wissen, wie viel der Betrieb eines bestimmten Geräts pro Stunde kostet. Derartige Informationen sollten bei einer Last von 100 Prozent, 90 Prozent, 80 Prozent usw. bereitgestellt werden. Anschließend können die Informationen von Managern extrapoliert werden, um betriebliche Entscheidungen zu treffen. „Was wäre, wenn ich bei diesem Projekt Presse 5 statt Presse 3 verwende? Mit welcher Presse kann ich dasselbe Teil zu geringeren Kosten produzieren?“ Eine berechtigte Frage, die eine konkrete Antwort verdient hat.

Ein Blick auf die Stromrechnung genügt, um die monatlichen Kosten zu ermitteln. Diese Rechnung zu managen und zu senken, ist das Ziel des Energiemanagements und erfordert die Kooperation alle Mitarbeiter eines Betriebs. Um intelligente Entscheidungen treffen zu können, müssen Sie wissen, wo die elektrische Energie jeden Monat hingeht. Sie müssen Energiedaten zu großen elektrischen Geräten und Systemen messen und aufzeichnen. Die Verwendung eines Power Loggers für mindestens einen Betriebszyklus ist optimal. Ermitteln Sie die stündlichen und jährlichen Kosten für den Betrieb des Geräts. Dokumentieren Sie diese Daten so, dass Sie sie greifbar haben, und informieren Sie sich über die Betriebskosten Ihres Geräts. Es ist deutlich angenehmer, Entscheidungen auf der Grundlage von Tatsachen statt auf Schätzungen und Vermutungen zu treffen.