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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bewertung und Optimierung der Energieeffizienz von Maschinen und Anlagen sowie ein Computerprogramm.
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Um Ressourcen zu sparen und den Energieeinsatz möglichst gering zu halten, wird versucht, Maschinen bzw. Anlagen, beispielsweise in Fabriken und Produktionsanlagen, möglichst optimal zu betreiben. Aus der
EP 3 133 451 A1 ist in diesem Zusammenhang eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zum Betrieb eines Systems zum Steuern, Überwachen und Regeln von Prozessen in industriellen Anlagen mit einer geschlossenen Rückkopplungsschleife bekannt. Der dort offenbarte Ansatz baut insbesondere darauf auf, dass immer mehr Geräte über ihre Sensorik Daten bereitstellen können, die in großen Datenbanken gesammelt und durch Algorithmen automatisiert analysiert werden können. Dieser Ansatz ist allerdings insofern aufwendig, als die Maschinen und Anlagen eben die entsprechende Sensorik aufweisen müssen. Zudem können mit diesem Ansatz zwar bereits vorhandene Systeme oder Geräte im Feld optimiert werden, eine Bewertung beispielsweise verschiedener Maschinen und Anlagen, insbesondere z. B. verschiedener Hersteller oder Maschinentypen, ist damit allerdings nicht möglich.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Bewertung und Optimierung der Energieeffizienz von Maschinen und Anlagen sowie ein Computerprogramm anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile beseitigen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Computerprogramm gemäß Anspruch 11 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zur Bewertung und Optimierung der Energieeffizienz von Maschinen und Anlagen die Schritte:
- - Vorgeben eines Zielwerts für eine Maschine oder Anlage;
- - Analyse des Maschinen- oder Anlageverhaltens, welches zum Erfüllen des Zielwerts benötigt wird;
- - Auswerten der Analyse bzw. Analysedaten zur Identifikation von Energieeinsparpotentialen;
- - Optimierung des Maschinen- und Anlagenverhaltens auf Basis der Energieeinsparpotentiale.
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Unter dem Zielwert ist beispielsweise ein Last- oder Anforderungsprofil für die Maschine bzw. Anlage zu verstehen. Gemäß einer Ausführungsform, und ohne eine Beschränkung der Allgemeinheit, handelt es sich bei der Maschine bzw. Anlage beispielsweise um eine (industrielle) Reinigungs- oder Waschanlage, wie sie in Produktionsanlagen zur Reinigung der dort produzierten Teile verwendet wird. Dabei kann der Zielwert eine bestimmte Zeitanforderung umfassen, welche vorgibt, wie viele Stunden am Tag oder in der Woche oder im Jahr die Reinigungsanlage laufen muss bzw. welche Reinigungsleistung (Stückzahl, Durchlaufzeit etc.) erzielt werden muss. Hierzu erfolgt vorteilhafterweise die Analyse des Maschinen- bzw. Anlagenverhaltens, welches zum Erfüllen des Zielwerts benötigt wird. Es wird z. B. analysiert und/oder real oder in der Simulation gemessen, wie und vor allem mit welchem Energieverbrauch die Anlage zur Erfüllung des Zielwerts laufen muss.
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Zweckmäßigerweise werden bei der Analyse Daten, insbesondere Eingangsdaten für die spätere Auswertung, bzw. Analysedaten generiert.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Analyse ein energetisches Vermessen der Maschine bzw. Anlage, bevorzugt umfassend sämtliche Energieverbraucher bzw. Medien, wie Strom, Druckluft etc. Mit Vorteil erfolgt im Anschluss das Auswerten der Analysedaten zur Identifikation von Energieeinsparpotentialen, insbesondere bereits vor einer Inbetriebnahme, mit anderen Worten vorteilhafterweise bereits vor der Anschaffung bzw. dem Kauf der Maschine bzw. Anlage, bevorzugt also in der Planungsphase. Auf Basis der identifizierten Energieeinsparpotentiale erfolgt vorteilhafterweise die Optimierung des Maschinen- oder Anlagenverhaltens. Mit anderen Worten kann mit den gewonnenen Erkenntnissen das Maschinen- oder Anlagenverhalten zweckmäßigerweise so geändert werden, dass der bzw. die Zielwerte mit einem möglichst geringen Ressourcen- bzw. Energieeinsatz erreicht werden kann bzw. können.
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Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Berechnung stückbezogener Energiekosten.
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Damit ist es möglich, den Energienutzungsgrad für die Wertschöpfung zu bestimmen und möglichst frühzeitig alle wesentlichen Kennzahlen für die Kaufentscheidung von Maschinen bzw. Anlagen zu erlangen.
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Mit Vorteil umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Standardisierte Übergabe der Analysedaten an eine Berechnungseinheit.
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Damit ist es vorteilhafterweise möglich, das Verfahren auch herstellerübergreifend zu nutzen, womit insbesondere ein Vergleich unterschiedlicher Hersteller ermöglicht wird. Zweckmäßigerweise umfasst die Berechnungseinheit eine herstellerübergreifende Datenschnittstelle, beispielsweise zu verschiedenen Messgeräten bzw. Herstellern. Zweckmäßigerweise ist die verwendete Sensorik nicht auf einen bestimmten Typ festgelegt. Dabei ist es mit Vorteil auch möglich, die Analysedaten „händisch“ einzugeben, wenn beispielsweise ein Hersteller nicht in der Lage wäre, ein bestimmtes Datenformat bereitzustellen.
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Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Verbraucherbezogene Analyse des Maschinen- oder Anlagenverhaltens.
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Zurückkommend auf das Beispiel der Reinigungsanlage bedeutet dies, dass jede Unterkomponente der Reinigungsanlage, beispielsweise ein dort verwendeter Ventilator, verschiedene Pumpen etc., individuell hinsichtlich ihres Energieverbrauchs erfasst bzw. analysiert und damit auch bewertet werden können.
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Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Auswerten von Lastprofilen einzelner Verbraucher.
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Typischerweise umfassen die Lastprofile Haupt- und Nebenzeiten. Die Optimierung ist zweckmäßigerweise dahingehend ausgelegt, etwaige Nebenzeiten, in welchen die Anlage oder Maschine läuft, ohne dass sie an der Wertschöpfung teilnimmt, möglichst zu identifizieren und zu minimieren. Bei einer Reinigungsanlage kann z. B. eine Pumpe laufen, ohne dass die Anlage gerade im Reinigungsmodus ist. Dies kann aus irgendeinem Grund nötig sein oder auch nicht und wird im Rahmen der Optimierung vorteilhafterweise hinterfragt. Zudem umfasst die Optimierung den Schritt, dass die Hauptzeiten, in welchen die Maschine bzw. Anlage tatsächlich „arbeitet“, dahingehend optimiert wird, dass dieses Lastprofil beispielsweise hinsichtlich der Zeiten bzw. des Leistungsbedarfs der einzelnen Verbraucher optimiert wird.
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Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Graphische Darstellung der Lastprofile.
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Damit ist es möglich, den Betrieb und den Einsatz der wesentlichen Verbraucher einer Maschine bzw. Anlage beispielsweise anhand einer Verbrauchsgraphik zu Betriebs- und Nebenzeiten zu diskutieren und analysieren und in der Folge zu optimieren.
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Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Identifikation von Abschalt- und Sparmaßnahmen.
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Wie bereits angedeutet, kann damit vorteilhafterweise ein unnötiger Betrieb einer Maschine bzw. Anlage möglichst komplett vermieden werden.
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Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Optimierung des Maschinen- oder Anlagenverhaltens bis zum Erreichen eines Abbruchkriteriums.
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Die Optimierungsschleife findet beispielsweise so lange statt, bis erkannt wird, dass alle denkbaren Energiesparmaßnahmen eingebracht sind.
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Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Erfassen und Berücksichtigen etwaiger Mehrkosten aufgrund Effizienzsteigerung.
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Eventuelle Mehrkosten wegen Energieeffizienzmaßnahmen können vorteilhafterweise extra erfasst und dargestellt werden, wobei diese Information zweckmäßigerweise für länderspezifische Förder- und Umweltprogramme weiter genutzt werden kann.
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Zweckmäßigerweise umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Berechnen und Vergleichen mehrerer Maschinen bzw. Anlagen.
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Das Verfahren wird zweckmäßigerweise im Wettbewerb mit verschiedenen Anbietern bzw. Herstellern der entsprechenden Maschinen bzw. Anlagen durchgeführt, wobei das Verfahren die Möglichkeit bietet, einen Hersteller daraus als Benchmark, z. B. betreffend die Energieeffizienz, zu ermitteln.
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Die Erfindung richtet sich weiter auf ein Computerprogramm, enthaltend eine Software mit Softwarecodeabschnitten, welche einen Computer dazu veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogramm auf dem Computer ausgeführt wird. Mit Vorteil ermöglicht das Computerprogramm die bereits angesprochene Visualisierung, beispielsweise der verschiedenen Lastprofile, bzw. stellt die Schnittstelle bzw. mehrere Schnittstellen zum Datentransfer bzw. -Austausch bereit.
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Für das Computerprogramm gelten die im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnten Vorteile und Merkmale analog und entsprechend. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform des Verfahrens mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigen:
- 1: einen möglichen Verfahrensablauf in schematischer Darstellung;
- 2: zwei Lastprofile vor und nach einer Optimierung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines möglichen Verfahrensablaufs umfassend mehrere Verfahrensschritte. Ein Verfahrensschritt S1 bezeichnet das Vorgeben eines Zielwerts für eine Maschine oder Anlage. Auf Basis dieses Zielwerts erfolgt im Verfahrensschritt S2 eine Analyse des Maschinen- oder Anlagenverhaltens, welches zum Erfüllen des Zielwerts benötigt wird. Zweckmäßigerweise werden hierbei der Betrieb und der Einsatz der wesentlichen Verbraucher einer Maschine bzw. Anlage anhand einer Verbrauchsgraphik zu Betriebs- und Nebenzeiten erfasst, mit anderen Worten Analysedaten bzw. Daten für die spätere Auswertung erzeugt, vgl. Bezugszeichen D. Dies ermöglicht mit Vorteil im Verfahrensschritt S3 ein zielgerichtetes Auswerten der Analysedaten zur Identifikation von Energieeinsparpotentialen. Im Schritt S4 erfolgt eine Optimierung des Maschinen- oder Anlagenverhaltens auf Basis der identifizierten Energieeinsparpotentiale. Diese Optimierung kann beispielsweise darin bestehen, Nebenzeiten bestimmter Verbraucher zu reduzieren bzw. Hauptzeiten hinsichtlich des Energiebedarfs zu optimieren etc. Im Schritt S5 erfolgt eine Entscheidung, ob bereits alle denkbaren Energiesparmaßnahmen realisiert wurden. Ist dies der Fall, liegt ein Ergebnis E vor. Andernfalls wird, wie durch die Schleife S6 skizziert, beispielsweise zum Verfahrensschritt S2 zurückgesprungen, um eine erneute Analyse bzw. Optimierung zu starten.
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2 zeigt zwei Diagramme mit Lastprofilen h bzw. k, welche beispielsweise zwei verschiedenen Verbrauchern einer Maschine oder Anlage, wie beispielsweise einer Reinigungsanlage, zugeordnet sind. Beispielsweise kann es sich bei den Lastprofilen h und k um zwei Lastprofile von zwei verschiedenen Pumpen handeln. Das Lastprofil h weist Nebenzeiten h1 und h3 sowie eine Hauptzeit h2 auf. Entsprechend weist das Lastprofil k Nebenzeiten k1 und k3 sowie eine Hauptzeit k2 auf. Mit Bezug auf das Beispiel „Reinigungsanlage“ bedeutet der Begriff „Hauptzeit“, dass zu diesem Zeitpunkt eine Reinigungsfunktion erfüllt werden muss, die Anlage also „arbeitet“. Beide Pumpen müssen zu diesem Zeitpunkt beispielsweise zwingend in Betrieb sein. Nach Auswerten der Analysedaten bzw. der Lastprofile zur Identifikation von Energieeinsparpotentialen konnte erkannt werden, dass das Lastprofil h hinsichtlich der Nebenzeiten h1 und h3 verbessert werden kann. So wurde beispielsweise herausgefunden, dass der entsprechende Verbraucher zu den Nebenzeiten h1 und h3 komplett abgestellt werden kann. Im vorliegenden Beispiel war dies für den Verbraucher des Lastprofils k nicht möglich. Allerdings konnte dort die Hauptzeit k2 optimiert werden.
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Mit dem vorgeschlagenen Ansatz können effektiv Energiekosten, beispielsweise stückbezogen, ermittelt und der wertschöpfende Energieanteil erfasst werden. Insbesondere kann dieser Ansatz bereits vor dem Kauf einer Maschine bzw. Anlage realisiert werden, um damit eine Maschinen- und Anlagenoptimierung aus Energiesicht so weit wie möglich schon vor dem Kauf der Anlagen zu ermöglichen. Dies ermöglicht, die Lebenszyklus-Energiekosten kennenzulernen und beim Kauf von Maschinen bzw. Anlagen nicht einfach die kostengünstigste Maschine bzw. Anlage zu nehmen, welche energetisch auf lange Sicht Nachteile bringen würde. Mit Vorteil können auch eventuelle Mehrkosten, welche aus Energieeffizienzmaßnahmen resultieren, exakt dargestellt werden, um diese bei länderspezifischen Förder- und Umweltprogrammen zu berücksichtigen bzw. zu nutzen.
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Bezugszeichenliste
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- S1
- Verfahrensschritt
- S2
- Verfahrensschritt
- S3
- Verfahrensschritt
- S4
- Verfahrensschritt
- S5
- Verfahrensschritt, Gabelung
- S6
- Schleife
- E
- Ergebnis
- D
- (Analyse- bzw. Eingangs-) Daten
- h
- Lastprofil Verbraucher 1
- h1
- Nebenzeit
- h2
- Hauptzeit
- h3
- Nebenzeit
- k
- Lastprofil Verbraucher 2
- k1
- Nebenzeit
- k2
- Hauptzeit
- k3
- Nebenzeit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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