Montag, 27. Januar 2025

Energie in der Organisation produktiver nutzen? So geht’s!

Jeder Organismus und jede Organisation benötigt Energie, um zu leben. Ein effizienter Betrieb nutzt seine Energie wertschöpfend und nicht verschwenderisch. Finden Sie mit diesem Bericht heraus, wo Sie stehen und wie Sie an den Honigtopf gelangen!

Wer seinen Energieverbrauch verstehen will, beginnt mit einer Bilanzierung. Lagerbare Energieträger wie Diesel, Holzpellets oder Heizöl werden dabei der Kategorie Scope 1 zugeordnet. Energie, die über Netze angeliefert wird, wie Strom, Gas oder Quartiersenergie (Wärme, Kälte), fällt in die Kategorie Scope 2. Stellt die Organisation selbst Elektrizität her, etwa mit einer Solar- oder Biomasseanlage, wird der Eigenverbrauch ebenfalls unter Scope 1 und die Netzeinspeisung unter Scope 2 verbucht. So erhalten Sie eine vollständige Energiebilanz Ihres Betriebs.

Abb. 1 - Betriebliche Energiebilanz

Eine jährliche Energiebilanz gemäß internationalen Reporting-Standards, wie dem führenden Greenhouse Gas Protocol, hilft nicht nur dabei, seinen Netto-Null-Zielpfad über Jahre zu kontrollieren, sondern ermöglicht auch Vergleiche mit ähnlichen Betrieben.

Mit Jahreszahlen kann das operative Management allerdings wenig anfangen, da die Bilanz nicht ausweist, ob Energie wertschöpfend oder verschwenderisch eingesetzt wird. Viele Faktoren beeinflussen den Energieeinsatz im Betrieb: Die Auswahl der Technik, die Notwendigkeit der Aktivitäten, strukturelle Engpässe, Sachverstand, Gewohnheiten, Vorgaben in der Organisation, das Wetter usw.

Mehr Transparenz vermitteln höher auflösende Messdaten im Wochen-, Tages- oder Minutentakt. Diese Energiedaten können in Diagrammen visualisiert werden, wodurch Muster sichtbar werden. Deshalb werden Lastprofile ausgewertet.

Abb. 2 - Lastprofile lassen sich mit etwas Übung einfach lesen. Beispiel einer Anlage mit zwei Leistungsstufen; Legende: (1) Standby Modus, (2) Betrieb bei Grundlast, (3) Betrieb bei Nennlast, (4) Betriebsoptimum gemäss Herstellerangaben, (5) Max. Nennlast gemäss Typenschild, (6) Zusatzaggregat eingeschaltet, (7) Spitzenlast an diesem Tag, (8) Stromunterbrechung

Weitere nützliche Diagramme für die Darstellung des Energiekonsums sind

  • Balken- und Sankey-Diagramme zwecks Interpretation der Anteile pro Energieträger in einer Organisation

  • Heatmaps und Dauerkennlinien zwecks Darstellung von Spitzenlast und Lastverteilung einer Anlage

  • Zeitreihen mit Regressionslinien und Streuung zwecks Darstellung von Mittelwerten, Ausreisser und Trends

Wer effizienter und schlanker werden will, braucht also mehr als eine Jahresbilanz. Doch wo fängt man in einer Organisation mit vielen Anlagen, Gebäuden und Personen an?

Starten Sie mit der Grobanalyse

Bei der Grobanalyse führen Sie mit minimalem Aufwand die wichtigsten Datenerhebungen durch. Messstellen werden im Betrieb mit folgenden spezifischen Absichten eingerichtet:

  1. Energieverschwendung aufdecken
    Identifizieren Sie im Betrieb unnötige Energieverbräuche, die Kosten verursachen und die Umwelt belasten. Werden Einsparpotenziale vermutet oder erkannt, können Verantwortliche ihre Prozesse und Anlagennutzung kritisch hinterfragen und Effizienzmassnahmen an Mensch und Technik umzusetzen.

  2. Nachkontrolle
    Planer und Hersteller von Anlagen, Prozessen und Gebäuden schätzen deren Leistung und Energiebedarf anhand branchenüblicher Praktiken. Nach der Inbetriebnahme zeigt sich jedoch, dass die Realität weitaus komplexer ist als die Theorie. Wird der reale Betrieb gemessen, wird ein mehr oder weniger grosser Planungs-Gap deutlich. Aus diesen Erkenntnissen können Sie Lehren für besseres Planungs-Projektmanagement ziehen, gegebenenfalls Garantieansprüche geltend machen und Betriebsoptimierungen oder zusätzliche Anlagenverbesserungen in die Wege leiten.

  3. Betriebsüberwachung
    Das automatisierte Energiemonitoring zeigt wie und wo Energie in der Organisation verwendet wird. Der Informationsgewinn umfasst Produktiv- und Leerlaufzeiten, Anlagenbetrieb bei Grund-, Teil- und Volllast, Lastspitzen, Ausreisser, Effizienzsteigerungen langfristige Trends und Solarstromanteil. Das Energiemonitoring alarmiert bei Anomalien und liefert Informationen zur präventiven Anlagenwartung. Vor allem motiviert oder ermahnt sie Betriebsführer*innen zum Handeln, indem sie Wertschöpfungs- und Einsparpotenziale visualisiert.

  4. Modernisierung
    In der heutigen Zeit geht alles schneller. Die Innovationsrate in der Industrie ist generell hoch und die Nachhaltigkeitspolitik führt kontinuierlich zu Änderungen bei Produkten und Preisen. Es lohnt sich deshalb, regelmässig seine Anlagen mit der besten verfügbaren technischen Alternative im Markt zu vergleichen und Optimierungspotenziale in Bezug auf Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit rechtzeitig einzulösen.

Wer wettbewerbsfähig bleiben will, nutzt diese Chancen: Kontinuierliche Prozessverbesserungen und ein schlankes Energieregime zeigen unmittelbare Wirkung, und viele kleine Einsparungen summieren sich zu beachtlichen Beträgen. Ein Energiemonitoring auf der Ebene der Grobanalyse ist daher eine lohnende und zukunftssichere Investition!

Abb. 2: Energieverteilung mit Grob- und Feinabgänge auf einem Grundstück messen

Werden sie ein "Pro" mit der Feinanalyse

Energetische Feinanalysen gehen, wie der Name schon sagt, mehr ins Detail. Bedarf für eine Feinanalyse besteht aus vier Gründen:

  1. Wesentliche Energieverbraucher (SEU)
    Hauptleitungen versorgen in der Regel mehrere Anlagen und Geräte gleichzeitig. Überlagen sich die Verbrauchsdaten solcher Leitungsmessungen, verringert sich der Informationsgehalt. Dann kann es sinnvoll werden, die energieintensive Anlagen separat zu messen. Diese sog. Significant Energy Users (SEU) sind beispielsweise Kühlanlagen, Fahrzeugladestationen, Wärmepumpen, Öfen oder industrielle Produktionsanlagen.
    Wird ein SEU separat gemessen, kann sein Verbrauch von der Leitungsmessung subtrahiert werden. Diese virtuelle Messstelle zeigt die Differenz beziehungsweise das „Lastprofil des Restverbrauchs". Eine Untermessung liefert somit zwei Lastprofile.

  2. Verbrauchsabhängige Kostenumlage
    Häufig wird eine Anlagenleistung den Bezügern der Leistung direkt verrechnet, zum Beispiel bei der Warmwasserproduktion. Dann wird der Energieverbrauch der Produktionsanlage separat gemessen und in den Preis der Anlagenleistung eingerechnet. Damit die Anlagenleistung korrekt auf die Bezüger umgelegt werden kann, wird zudem der Bezug der Anlagenleistung pro Objekt gemessen (z.B. der Mietwohnungen) .

  3. Systembeurteilung
    Technische Systeme erfüllen spezifische Funktionen, indem sie mit einem definierten Input einen gewünschten Output erzeugen. Messstellen, Sensoren und Benutzerschnittstellen ermöglichen die Analyse von Input-, Output- und Einflussfaktoren. Ziel der Messungen ist es, die Qualität, Produktivität und Effizienz der Anlagen zu maximieren (dazu mehr im folgenden Abschnitt).

  4. Automatisation
    Selbstregulierende Systeme wie eine Raumklimatisierung liefern durch Automatik konstante Ergebnisse, etwa 21°C bei 50 % Luftfeuchtigkeit. Solche Anlagensteuerungen benötigen Echtzeit-Messdaten (Sensoren) und Schaltstellen (Aktoren), die speziell auf die Steuerung abgestimmt sind. Funktionale Einschränkungen der Automatisierung oder des Systems werden im Design bewusst in Kauf genommen.

Energie richtig beurteilen

Sapere aude … Habe den Mut, dich deines eigenen Verstandes zu bedienen!“

Immanuel Kant, 1784, aus seinem berühmten Traktat zu "Was ist Aufklärung".

Wer Energie intelligent nutzen will, muss verstehen, wovon er spricht. Energie ist kein Selbstzweck, sondern ein Input in ein technisches System, das einen definierten Zweck erfüllen soll, indem es einen spezifischen Output erzeugt. Dieser Output wird sowohl vom Empfänger als auch vom umgebenden Ökosystem beeinflusst. Die Bewertung der Energie erfolgt deshalb aus einer sozio-ökonomischen Perspektive und umfasst drei zentrale Begriffe:

Qualität

Qualität beschreibt den "Fit" zwischen Benutzerbedarf und Anlagen-Output. Um darüber eine Aussage zu machen, müssen beide Seiten verstanden und gemessen werden. Die Soll/Ist-Abweichung bestimmt die Qualität.

Qualität ist per Definition also immer relativ zum Zweck des Systems. Ändert sich der Bedarf oder die Nutzung einer Anlage, verändert sich auch deren Qualität! Erst nachdem die Qualitätskriterien bestimmt worden sind, können Toleranzgrenzen mit Mindest- und Höchstwerten festgelegt werden. Damit lassen sich akzeptable Ergebnisse, Nennwerte und Ausreißer (Fehler) technisch bestimmen.

Um es anders auszudrücken: Produziert das System mehr Output als nachgefragt wird, ist das nicht „mehr Qualität“, sondern Verschwendung. Es besteht ein Einsparpotenzial. Wird hingegen mehr nachgefragt als produziert oder wird ein anderes Ergebnis der Anlage gewünscht, hat das System ein Leistungsdefizit. Es besteht ein Wertschöpfungs-Potenzial.

Produktivität

Produktivität beschreibt das Verhältnis zwischen Output und Input. Ziel ist es, den gewünschten Output mit möglichst geringem Ressourceneinsatz und minimalen Kosten pro Einheit zu erzeugen.

Die Produktivität steht in direkter Relation zur Qualität. Liefert eine Anlage nicht den gewünschten qualitativen Output, wird die Beurteilung ihrer Produktivität obsolet.

Ein Vergleich der Produktivität zweier Anlagen ist deshalb auch nur dann sinnvoll, wenn beide die gleichen qualitativen Ergebnisse liefern müssen.

Abb. 4: Funktionale Systeme messen und beurteilen

Effizienz

Effizienz beschreibt das Verhältnis zwischen Input und Output. Ziel ist, mit möglichst wenig Input möglichst viel Output zu generieren.

Im Gegensatz zur abnehmerseitigen Qualität und Produktivität fokussiert die Effizienz das technische Einsparpotenzial der Anlage selbst. Die technische Effizienz kann durch drei Hebel optimiert werden:

  • Dimensionierung: Die Anlage sollte für die benötigte Output-Leistung minimal ausgelegt werden.

  • Wirkungsgrad: Die Anlage sollte ihre Funktion mit minimaler Betriebsenergie erfüllen.

  • Betriebsoptimum: Die Anlage sollte möglichst oft im optimalen Betriebsbereich laufen.

Verantwortung im Energiemanagement

Bei der Beschaffung und Modernisierung von Anlagen sind Eigentümer, Planer und Hersteller dafür verantwortlich, die Qualität (Funktion und Leistung) klar zu spezifizieren. Eine neue Anlage sollte korrekt ausgelegt werden, dem Stand der Technik entsprechen und einen sehr guten Wirkungsgrad aufweisen sowie so dimensioniert sein, dass sie ökonomisch effizient betrieben werden kann.

Der Betrieb bestehender Anlagen liegt in der Verantwortung der Betreiber und Betriebsoptimierer. Diese befassen sich nicht primär mit der Effizienz der Anlage, sondern mit ihrer Produktivität. Sie müssen die gewünschte Qualität liefern zu minimalen Produktionskosten und mit minimaler CO2-Belastung (siehe nachfolgend).

Für die Betriebsoptimierung liefert die Qualitäts- und Effizienzanalyse aufschlussreiche Erkenntnisse und zeigt Potenziale auf. Anlagen können damit optimal eingestellt werden und Mitarbeiter werden befähigt, gute Initiativen für bessere Anlagennutzung (Verhaltensregeln) und System-Upgrades zu ergreifen. Darüber hinaus werden Eigentümer und Planer über Mängel im System informiert und können Garantiefragen sachlich klären.

Energieeffizienz ist nicht gleich Kostenoptimierung

Der Begriff "Energieeffizienz" steht heutzutage in Bezug zur Nachhaltigkeit. Nicht mehr die Beschaffungs- und Kostenoptimierung steht im Vordergrund, wie bei der Produktivität, sondern die Reduktion der Treibhausgas-Emissionen. Diese fallen bei Ausführung einer Aktivität an beziehungsweise bei der Nutzung von Anlagen und Fahrzeugen. Was ist die Best Practice bei emissionsreduzierenden Massnahmen heute?

Priorität 1 hat die Ausmusterung aller Verbrennungsanlagen, die „unterirdische“ Energieträger wie Erdöl, Erdgas und Uran nutzen. Diese sogenannte Primärenergie muss aufwendig gefördert, verarbeitet, verteilt, verbrannt und entsorgt werden.

Verbrennertechnologien sollen nach Möglichkeit durch elektrische Anlagen ersetzt werden, weil elektrische Energie aus „überirdischen“ Ressourcen wie Sonne, Wind, Wasser und Biomasse hergestellt werden kann, die nachhaltig sind.

Allerdings kann diese Energie- und Antriebswende vorübergehend zu Engpässen im Kraftwerksangebot und in den Verteilnetzen führen, wenn der Umbau zu zögerlich umgesetzt oder gar aufgrund anderer Interessen bekämpft wird (siehe Bericht "Von Albert Einstein zum Strommarkt: Wer ist hier smart?")

Priorität 2 hat die Intervention in den Strommarkt. Der Staat erlässt strengere Zulassungsvorschriften beim Wirkungsgrad elektrischer Systeme und fördert den Ersatz veralteter Komponenten. Zusätzlich zu solchen Effizienzmassnahmen begünstigt der Staat den schnellen Ausbau dezentraler, erneuerbarer Energieerzeugungsanlagen.

Wird auf einem Grundstück Strom vor Ort produziert, wird aus dem traditionellen Stromverbraucher (Consumer) ein Prosumer, der sich mit einer Reihe zusätzlicher Herausforderungen auseinandersetzen muss (siehe Abb. 5).

Abb. 5: Übersicht über das Energiemanagement eines gewerblichen Prosumers

Der Staat will ein wirtschaftlich günstigeres Umfeld für Prosumer schaffen und macht zahlreiche Anpassungen im Gesetz. Diese betreffen den raschen Ausbau dezentraler PV-Anlagen, Quartiersenergieprojekte (Nahwärmenetze, Zusammenschluss zum Eigenverbrauch ZEV ) und den Verkauf überschüssiger Energie aus der dezentralen Stromproduktion (Abnahmepflicht für EWs, Lokale Energiegemeinschaften, Intraday Trading über die Börse).

Diese Gesetzesvorstöße stossen häufig auf den Widerstand der Verteilnetzbetreiber, die sich in einer schwierigen Lage befinden: Einerseits werden sie durch die Energie- und Antriebswende stark herausgefordert, andererseits unterliegen sie strengen Regulierungen, da die Netzversorgung ein natürliches Monopol darstellt. Netzkosten werden deshalb voraussichtlich steigen.

Energiemanagement in Organisationen mit vielen Standorten

Organisationen haben häufig mehrere Standorte. Ihre Gebäude weisen unterschiedliche Nutzarten, Bauweisen und Gebäudetechnik auf und die Produktionsmittel befindet sich im Eigentum, werden geleast, gemietet oder von Dritten als Service zur Verfügung gestellt. Abhängig vom Standort haben sie unterschiedliche Netzversorger, mit spezifischen Services und Tarifen. Ein einheitliches Energiemanagement wird dann zur Herausforderung in der Organisation. Wie geht man also vor?

Zuerst wird die Betriebsenergie aller Standorte einheitlich bilanziert. Die oberste Führungsebene muss den Bilanzierungs-Standard festlegen und top-down durchsetzen (siehe den Bericht "Energieeffizienz für Champions - Sind Sie der Leadertyp?"). Danach wird an allen Standorten der Energiefluss vollständig deklariert mit Angaben über Energieherkunft (Quelle), Verbrauch (Senke) und Speicherstände. Die Energiewerte und Messdaten werden zentral in einer Energiedatenplattform gespeichert und ausgewertet.

Abb. 6: Systematisches Energiemanagement mehrerer Standorte

Energiedaten sind im Idealfall automatisch übermittelte Datenreihen aus Smart Metern. Diese haben eine hohe Datenqualität. Stehen keine Smart Meter Daten zur Verfügung, müssen sie manuell erfasst werden, indem entweder Energiezähler vor Ort abgelesen werden oder die Verbrauchswerte aus Rechnungsbelegen entnommen werden. Manuell erfasste Energiedaten haben wenig Informationsgehalt (Zählerstände langer Zeitperioden) und sind relativ teuer, weil der Erfassungsprozess kleinteilig und fehleranfällig ist.

Voraussetzung für eine effiziente Datenverarbeitung im Energiemanagement ist ein gut fundiertes Datenkonzept mit passender Datenstruktur. Nur so können die Daten für die unterschiedlichen, sinnvollen Anwendungsfälle gemäss Grob- und Feinanalyse wirtschaftlich genutzt werden.

Grundfunktionen einer Energiedatenplattform
  • Data Modelling: Systematische Methode, die Energiemessdaten zu speichern, anzuordnen und zuzugreifen.

  • Data Processing Engine: Verteiltes Software-Framework für die Bearbeitung grosser, mehrjähriger Smart Meter-Datenmengen zwecks Transformation, Datenanalyse und Auswertungen

Ausgewertet wird die Betriebsenergie einzelner Standorte (Standortbilanzen) sowie die aggregierte Zusammenfassung der Organisation (Totalbilanz).

Zudem wird die Energie einzelner Anlagen ausgewertet. Anlagen desselben Typs, die sich an unterschiedlichen Standorten befinden, oder Fahrzeugflotten, können als Gruppe ausgewertet werden (Anlagen-Pooling). So kann der Anlagenbetrieb fachspezifisch koordiniert und zentral geführt werden, beispielsweise die Solarproduktion, die Wärmeproduktion, die elektrische KFZ-Ladestationen oder die bedarfsorientierte Strombeschaffung für Ihre SEUs.

Die Energiedatenplattform ist das wichtigste Hilfsmittel im Energiemanagement. Energiebeauftragte können damit Einspar- und Wertschöpfungspotenziale ermitteln und geeignete Massnahmen initiieren, welche sie zusammen mit internen und/oder externen Fachkräften evaluieren und umsetzen. Die Verantwortlichen messen und kontrollieren den Fortschritt, verifizieren Resultate und orientieren Führungskräfte. Sie sichern systematisch das Erreichen der Meilensteine auf dem strategisch Netto Null-Zielpfad der Organisation und beraten Energieeinkäufer, Planer und die Anlagennutzer in der Organisation.

Mit EW Smart Metern die Energiebilanz optimieren und Betriebskosten senken

Organisationen erstellten bisher - wenn überhaupt - eine Energiebilanz mittels zeitaufwendiger Buchhaltung. Eine Chance zur Automatisierung schafft nun das neue Schweizer Stromgesetz. Dieses schreibt vor, dass die Netzversorger in Neubauten, PV-Anlagen > 30 kWp, Industrieanlagen und Energiegemeinschaften die neuen Smart Meter installieren müssen. Bis 2027 werden zudem alle Altbauten mit den neuen Smart Metern nachgerüstet. Deshalb werden digitale Daten für alle Standorte einer Organisation verfügbar!

Ein weiterer Vorteil, die Verantwortung für die Qualität der Daten liegt bei den EWs. Sie müssen moderne Messgeräte auswählen und deren Installationen, Datenübermittlung, Datenspeicherung und Datenplausibilisierung gemäss Vorschriften umsetzen. Weil die (Netz-)Energie vollständig abgerechnet werden muss, wird der Energiefluss pro Grundstückanschluss stets zu 100% erfasst was eine entsprechende Messstellenplanung der EWs notwendig macht.

Per Gesetz sind diese qualitativ guten EW-Messdaten täglich als lückenloses Lastprofil mit 15'-Werte erhältlich. Da die Daten verfügbar und bezahlt sind, sollten sie genutzt werden. An die Messdaten der EW Smart Meter gelangen Sie auf zwei Wegen:

  1. Standardisierter Datenaustausch (SDAT in Schweiz, heisst in Europa ebIX)

    Als Messdienstleister müssen EWs die 15'-Werte der Smart Meter einmal täglich über das Internet an alle versenden, welche die Daten auswerten. Das sind Energieversorger, Energiehändler, Systemdienstleister (siehe Bericht "Strommarkt in 7 Minuten erklärt") und neu auch private Prosumer. Voraussetzung für den Erhalt der Daten ist der Betrieb eines eigenen SDAT-Servers.

  2. Smart Meter Kundeninterface

    EWs müssen auf eigene Kosten den Zugang zu Smat Meter-Messdaten direkt am Gerät schaffen. Das erfolgt über eine technische Kundenschnittstelle. Das klingt einfacher als es ist, weil das EW die verschlüsselte Schnittstelle zuerst freischalten muss und sie dafür erst noch Dienstleistungen einrichten müssen. Zudem muss der Kunde die Datenübetragung an sein Energiemanagement System selber organisieren und umsetzen.

Bringen wir es auf den Punkt:

Die Ungewissheiten in der Energiepolitik und Energieversorgung – insbesondere bei Verfügbarkeit und Preisen der Energie – bleiben noch eine Weile bestehen. Gleichzeitig beschleunigen sich die Innovationszyklen für Anlagen, Geräte und intelligenten Steuerungen weiter. In dieser Dynamik veralten Anlagen immer schneller. Oder anders formuliert, das Wertschöpfungs- und Verschwendungspotenzial nimmt in Ihrem Betrieb laufend zu.

Die Energiebilanz einer Organisation ist für das Management einer Organisation der Weg , seiner Potenziale, Chancen und Gefahren rund um die "lebensnotwendige Betriebsenergie" bewusst zu bleiben. Die strategischen Ziele Qualität, Produktivität und Netto-Null-Zielpfad stehen im Fokus.

Dies erfordert ein adäquates Energiedatenmanagement und das Hilfsmittel ist ein Energiedaten-Hub, der sehr hohe Smart Meter Datenvolumen zuverlässig, sicher und wirtschaftlich verarbeitet. Hohe Datenvolumen und Datenqualität generiert wertvolle Informationen für das strategische und operative Management.

Verfügt die Energiedatenplattform über eine SDAT-Schnittstelle, werden bereits bezahlte, hochwertige EW Smart Meter-Daten im eigenen System nutzbar. Besonders Organisationen mit mehreren Standorten und unterschiedlichen Liegenschaften, Anlagen und Prozessen profitieren davon!

Author: ROOCKiE / Marc Holthuizen

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