Die Datenerfassung in der elektrischen Infrastruktur erfolgt in der Regel über spezielle Messgeräte oder kommunikationsfähige Schutz- und Schaltgeräte.

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Energiedatenerfassung auf Feldebene Einsparpotenziale aufspüren

06.09.2021

Gerade für energieintensive Industriebetriebe, aber auch für Betreiber von Gebäuden und Infrastrukturen wächst der Druck, den Energieverbrauch zu reduzieren – nicht nur aus finanziellen Gründen, auch zugunsten der Umwelt. Die Erfassung elektrischer Kennzahlen im laufenden Betrieb schafft die Basis.

Allein in den letzten zehn Jahren sind die Strompreise, laut Strom-Report, im europäischen Durchschnitt um 13 Prozent gestiegen, in Deutschland sogar um 20 Prozent. Den Verbrauch und damit Kosten zu reduzieren, steht deshalb auf der To-Do-Liste vieler Unternehmen. Auch von anderer Seite steigt seit Jahren der Druck, den Energieverbrauch nachhaltig zu senken: Im Zuge der Energiewende und des globalen Klimaschutzabkommens fordern staatliche Richtlinien immer höhere Effizienzstandards. In Deutschland zum Beispiel verpflichtet das Gesetz über Energiedienstleistungen und andere Energieeffizienzmaßnahmen (EDL-G) Firmen größere Firmen zu regelmäßigen Energieaudits.

Die erforderlichen Daten sind in den meisten Gebäuden, Infrastruktur- und Industrieeinrichtungen bereits vorhanden – erfassen und nutzbar machen lassen sie sich mittels geeigneter Geräte, die Energie- und Zustandsdaten auf Feldebene sammeln, und mithilfe von Software zur Visualisierung und Auswertung der relevanten Werte. Damit lassen sich nicht nur Verbräuche – und damit sowohl Kosten als auch CO2-Emissionen senken, sondern auch Wartungsarbeiten besser takten und der gesamte Betrieb effizienter und sicherer gestalten.

Schützen und Messen in Einem

Die technische Umsetzung ist heute vergleichsweise einfach. Die Datenerfassung in der elektrischen Infrastruktur erfolgt in der Regel über spezielle Messgeräte oder kommunikationsfähige Schutz- und Schaltgeräte. Diese messen präzise, reproduzierbar und zuverlässig elektrische Werte wie Spannung, Strom und Leistung für Einspeisung, elektrische Abgänge oder einzelne Anlagen und Verbraucher. Zudem liefern sie Informationen zur Beurteilung der Netzqualität und Anlagenzustände. Ein konkretes Beispiel: der neue offene Leistungsschalter 3WA von Siemens. Als Kernkomponente in Niederspannungs-Schaltanlagen schützt der Schalter elektrische Einrichtungen zuverlässig vor Schäden in Folge von Kurzschluss, Erdschluss oder Überlast. Gleichzeitig ist seine elektronische Auslöseeinheit (ETU) dafür ausgelegt, unterschiedliche Daten zu Energie, Netzqualität und Schalterzuständen mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Die Übermittlung der Daten an übergeordnete Energiemanagementsysteme erfolgt über Standardprotokolle wie Profinet oder Modbus TCP. Zusätzlich können diese über ein Gateway direkt ins IoT übertragen werden. Alle ermittelten Werte können dadurch entweder lokal oder cloudbasiert analysiert werden.

Gleiches ist möglich bis in den End­stromkreis: Neue kommunikationsfähige Leitungsschutzschalter aus dem Sentron-Portfolio von Siemens bringen die Digitalisierung auch in die Elektroinstallation und machen Stromflüsse bis zur Steckdose sichtbar. Elektrische Werte werden erfasst, Fehlerursachen automatisch identifiziert. Verbraucher mit erhöhtem Stromverbrauch sowie Unregelmäßigkeiten und Störungen in der Elektroinstallation lassen sich so sehr schnell erkennen und frühzeitig beheben. Visualisierung und Auswertung erfolgen wahlweise per PC, Tablet oder Smartphone, on- oder off-premise.

Transparent bis zur Maschine

Ein weiterer Blick auf die Verbraucherseite. In der EU sind etwa acht Milliarden Elektromotoren im Einsatz, die fast 50 Prozent des in der EU erzeugten Stroms verbrauchen [3]. Der größte Anteil entfällt dabei auf industriell genutzte Drehstrom-Asynchronmotoren, kurz Drehstrommotoren: Sie ziehen geschätzt rund 80 Prozent aller weltweit durch Elektromotoren verbrauchte Energie.

Moderne Motor- und Sanftstarter mit integrierten Messfunktionen können heute beispielsweise die kompletten Energiedaten erfassen und übergeordneten Steuerungen oder auch Energiemanagementsystemen zur Verfügung stellen. Aus der Analyse der Daten lassen sich wiederum vielfältige Optimierungsmaßnahmen ableiten, um industrielle Anlagen energieeffizienter, aber auch wartungsärmer und damit wirtschaftlicher zu betreiben. Ob es um die Präzisionsfertigung, effizientes Pumpen, Lüften oder Verdichten geht – die jeweiligen Stromverbräuche lassen sich mit messfähigen Schaltgeräten systematisch und direkt an der Maschine ermitteln. Energiemanager können so besonders energieintensive Anlagen identifizieren und auf einfache Weise ein effektives Lastmanagement betreiben. Werden zum Beispiel Stromspitzen bei der Entnahme aus dem öffentlichen Netz vermieden, lassen sich hohe Kosten einsparen – bei minimalem Aufwand.

Für eine präventive Wartung (Predictive Maintenance) lassen sich außerdem die Betriebswerte von Drehstrommotoren nutzen, um Veränderungen im Prozess, zum Beispiel bei Verletzung von Grenzwerten, schwergängigen Lagern oder verschlissenen Antriebskomponenten, aufzudecken. Hochwertige, innovative Sanftstarter und Frequenzumrichter bieten zusätzlich integrierte Spezialfunktionen wie die Detektion einer Verzopfung von Schmutzwasserpumpen. In diesem Fall wird das Schmutzaufkommen durch einen kurzen, automatisch angestoßenen Drehrichtungswechsel beseitigt. Was zuvor häufig zu einem Anlagenstillstand führte, lässt sich damit wirkungsvoll verhindern. Studien zufolge kann Predictive Maintenance die Produktivität um durchschnittlich 25 Prozent steigern. Die Zahl der Ausfälle reduziert sich um bis zu 70 Prozent – Wartungskosten sinken um bis zu 25 Prozent (Quelle Deloitte).

Die Einbindung in die industrielle Automatisierung schließlich erfolgt durch integrierte Kommunikationsschnittstellen. Visualisieren und analysieren lassen sich die Daten über geeignete Softwaretools. Beispiel Sirius Asset Monitor von Siemens: Mit der cloudbasierten App lassen sich Pumpen und andere Applikationen überwachen. Anwender erhalten auf einen Blick Informationen über Energieverbrauch, Wirk- und Scheinleistung. Zudem stellt die App Ereignisse übersichtlich dar, wodurch Betrieb und Wartung langfristig optimiert werden können.

Nachhaltiger dank Energiemanagement

Fest steht also: Wer professionelles Energiemanagement betreiben will, benötigt kommunikationsfähige Feldgeräte und intelligente Software. Der Nutzen, die sich durch ein durchgängiges Energiemonitoring in der elektrischen Infrastruktur in Gebäuden, Infrastruktur- und Industrieanwendungen erzielen lassen, ist enorm – wirtschaftlich und ökologisch.

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