Stromverbrauchsmessungen

Für die Darstellung komplexer Wechselwirkungen im Produktionsumfeld und die Bewertung von Energieeffizienzmaßnahmen sind detaillierte Kenntnisse über die Abhängigkeiten zwischen Produktionsleistung und Energiebedarf auf Ebene der Betriebsmittel, d.h. auf Ebene einzelner Verbraucher, erforderlich. Ein erster Datenabgleich bei den involvierten Unternehmen zeigte, dass die erforderlichen Fertigungsdaten vorliegen, jedoch Energieverbrauchswerte auf Anlagenebene erhoben werden müssen. Dies kann über Stromverbrauchsmessungen an den Standorten erreicht werden. Die im Projekt entwickelte Vorgehensweise basiert auf den folgenden sechs Schritten:

  1. Erstbegehung und Erstellung des Messkonzepts
  2. Vorbereitung der Messung
  3. Installation der Messgeräte
  4. Messgeräteabbau
  5. Auslesen der Messgeräte
  6. Auswertung der Messdaten

Für die spätere Durchführung der Schritte wurden entsprechende Checklisten/Arbeitsblätter erarbeitet. Bei Auf- und Abbau der Messgeräte sowie bei Erst- und/oder weiteren Begehungen sind alle erforderlichen Arbeiten an elektrischen Anlagen nur von der vom Unternehmen beauftragten Elektrofachkraft auszuführen.

(Der Begriff „Energieverbrauch“ ist nach der Lehre der Thermodynamik zwar inkorrekt, wird aber aufgrund der weit verbreiteten Verwendung im allgemeinen Sprachgebrauch verwendet.)


Erstbegehung und Erstellung des Messkonzepts

Im Vorfeld eines Messvorhabens an einem Logistik- und Produktionsstandort müssen Informationen eingeholt und konzeptionelle Vorbereitungen getroffen werden. Neben der Abstimmung des Messzeitraumes sind insbesondere spezielle Zielsetzungen der Messung zu definieren. Über das allgemeine Ziel der Messung hinaus hat jedes Unternehmen eigene Erwartungen an eine Energieverbrauchsanalyse und möchte individuelle Fragestellungen beantwortet haben, die gemeinsam festzulegen sind. Zusätzlich wird eine Standortbegehung zur Besichtigung des Messobjektes durchgeführt, um die örtlichen Gegebenheiten aufzunehmen, Besonderheiten festzustellen und das weitere Vorgehen zu diskutieren.

 

Vorbereitung der Messung

Im ersten Schritt erfolgt die Definition der Systemgrenzen, hier am Bespiel intralogistischer Prozessen dargestellt. Die Systemgrenze kann sich auf einen gesamten Standort beziehen, falls dieser lediglich intralogistische Prozesse aufweist (u.a. Distributionszentrum, Logistikdienstleister etc.), oder ist nur auf einen bestimmten Funktionsbereich beschränkt, sofern dieser Bestandteil eines nicht rein logistischen Standortes ist (z. B. an die Produktion angeschlossenes Vertriebslager). Je separater die logistischen Funktionen geführt und verwaltet werden (z. B. eigene Immobilie, eigene Netzstruktur, betriebswirtschaftlich eigenständige Logistikunternehmung), desto einfacher ist die Aufteilung und Zuordnung des erfassten Energieverbrauches auf die betrachteten Prozesse. Nach der Definition der Systemgrenzen erfolgt die Auswahl und Festlegung der Verbrauchergruppen, für die die Stromverbrauchsmessungen durchgeführt werden, wie z. B. Stromverbräuche von Produktions-, Förder- und Lagertechnik. In einem entsprechenden Messkonzept sind außerdem die aufzuzeichnenden Messwerte zu definieren, wie beispielsweise:

  • Strom, I
  • Spannung, U
  • Leistung
  • Scheinleistung, S
  • Wirkleistung, P
  • Blindleistung, Q
  • Arbeit
  • Scheinarbeit, WS
  • Wirkarbeit, W (bezogen, geliefert, gesamt)
  • Blindarbeit, WQ (induktiv, kapazitiv, gesamt)
  • Wirkfaktor, cos φ
  • Phasenwinkel, φ
  • Frequenz, f

Da die Konfiguration der Messgeräte je nach Größe des Messvorhabens einige Zeit in Anspruch nimmt, ist eine Fertigstellung des Messkonzepts spätestens eine Woche vor der Installation erforderlich.

 

Installation der Messgeräte

Im Rahmen des Projekts wurden Messgeräte verwendet, die induktiv über Kabelumbauwandler die Stromstärke messen können und Messungen im laufenden Betrieb, ohne die Stromversorgung zu unterbrechen, ermöglichen.

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Die Installation der Messgeräte stellt den Beginn der praktischen Messungsdurchführung dar. Anhand des angestrebten Messpunktes muss geprüft werden, ob und an welcher Stelle genau die Messung technisch installiert werden kann. Dazu müssen ggf. elektrische Kontakte zugänglich gemacht werden und ausreichend Platz für die Stromwandler vorhanden sein. Je Messpunkt in einem Drehstromnetz wird ein Messgerät eingesetzt. Zur Überwachung mehrphasiger Netzabschnitte benötigt das Messgerät jeweils ein Strom- und ein Spannungssignal je Außenleiter als physikalische Messgrundlage. Daraus können alle weiteren Parameter errechnet werden. Die Installation der Hardware wird generell möglichst nah am ausgewählten Messpunkt von einer Elektrofachkraft vorgenommen.

 

Messgeräteabbau

In diesem Schritt wird das Messequipment deinstalliert. Diese Arbeiten sind nur von einer befugten Elektrofachkraft auszuführen. Der Abbau der Messgeräte erfolgt umgekehrt analog zur Installation. Hier ist insbesondere darauf zu achten, dass erst die Stromwandler von der Messstelle entfernt und anschließend die Zuleitungen von den Messeingängen getrennt werden, um Beschädigungen der Wandlerkerne zu vermeiden.

 

Auslesen der Messgeräte

Zuerst sollten die Messdaten aus dem Gerätespeicher exportiert werden. Zu diesem Zweck eignet sich das eigens vom Fraunhofer IML entwickelte Export-Script. Mit der Ausführung des auf Java basierenden Scriptes auf einem verbundenen PC und der Eingabe der Messgerät-IP-Adresse werden sämtliche Messdaten auf den Computer übertragen und in Tabellen im CSV-Format abgelegt. Die hinterlegten Messdaten lassen sich mit wenig Aufwand visualisieren und können für eine erste Plausibilitätskontrolle herangezogen werden.

 

Auswertung der Messdaten

Die erfassten Messdaten müssen im Anschluss an die Messdurchführung aufbereitet und ausgewertet werden. Ziel ist, die Leistungsaufnahme der gemessenen Produktions- und Logistikanlagen in verschiedenen Betriebszuständen zu quantifizieren. Beispielsweise lässt sich der Leistungsbedarf einzelner Maschinen in Abhängigkeit zum Bearbeitungsstatus auswerten, um eine optimale Betriebsweisen von Anlagen und Maschinen zu ermöglichen.

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Projektkonsortium