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Ausgewählte Ausgabe: 11-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Industrielle Energieeffizienzpotenziale

ENERGIEEFFIZIENZ | In der Steigerung der Energieeffizienz liegt der Schlüssel für den Erfolg der Energiewende im industriellen Sektor. Während die energieintensive Prozessindustrie bereits im Fokus der Politik steht, fehlen in den übrigen Industriezweigen Daten und Analysen zur Ableitung wirksamer Energieeffizienzstrategien. Die vorliegende Studie greift diesen Punkt auf und liefert am Beispiel der Nahrungsmittelindustrie eine techno-ökonomische Analyse des Endenergieeinsparpotenzials und zeigt Wege zur Potenzialerschließung auf.


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Die Steigerung der Energieproduktivität ist ein zentrales Anliegen der deutschen Energiewende. Daher hat die Bundesregierung im Energiekonzept von 2010 das Ziel einer Steigerung der Endenergieproduktivität um 2,1 % / a im Zeitraum von 2008 bis 2050 gesteckt. Bis zum Jahr 2015 konnte die Energieproduktivität jedoch nur um 1,3 % / a gesteigert werden [1]. In der Steigerung der Endenergieproduktivität kommt der Industrie in Deutschland im Jahr 2015 mit einem Anteil von 29 % am Endenergieverbrauch und 26 % am Bruttoinlandsprodukt eine entscheidende Rolle zu. Zudem birgt die Industrie noch erhebliche Energieeffizienzpotenziale. Wo diese liegen und durch welche Maßnahmen sie gehoben werden können, wird im Folgenden am Beispiel der Nahrungsmittelindustrie diskutiert.
Die Nahrungsmittelindustrie verbraucht mit 58 TWh in etwa so viel Endenergie wie die Papierindustrie (70 TWh) oder die Verarbeitung von Steinen und Erden (53 TWh). Im Gegensatz zu den energieintensiven Industriezweigen weist die Nahrungsmittelindustrie allerdings eine große Heterogenität in den Produktionsprozessen und eine große Anzahl an Betrieben auf. Umso wichtiger ist die Schaffung von Transparenz über die Möglichkeiten zur Steigerung der Energieeffizienz in der Nahrungsmittelindustrie. Um der großen Heterogenität der Produktionsprozesse und damit auch der Energieverbrauchsstrukturen in der Nahrungsmittelindustrie Rechnung zu tragen, wird in der vorliegenden Analyse eine weitere Untergliederung nach Teilbranchen vorgenommen.
Für die Herstellung von Fleisch, Milch, Backwaren und Bier wird jeweils eine individuelle Analyse der Endenergieverbrauchsstruktur und der erschließbaren Energieeffizienzpotenziale vorgenommen. Diese Teilbranchen stehen gemeinsam für 45 % des Endenergieverbrauchs und 77 % der Unternehmen der Nahrungsmittelindustrie. Der erste Schritt in der Abschätzung der Energieeffizienzpotenziale ist die Erstellung von Anwendungsbilanzen für die betrachteten Teilbranchen auf Basis von Energieauditberichten und Experteninterviews. Daraus ergibt sich die Aufgliederung des Endenergieverbrauchs auf Beleuchtung, Druckluft, Kälte, Produktionsanlagen, Raumwärme, Warmwasser und Prozesswärme. Darauf wird im nächsten Schritt eine Datenbank von 122 Energieeffizienzmaßnahmen angewendet, die hinsichtlich der erreichbaren Endenergie- und Kosteneinsparungen bewertet werden. Die Datenbank zu Energieeffizienzmaßnahmen wurde auf Basis von Literaturrecherchen und der Auswertung von Energieaudits in einem dreijährigen Forschungsprojekt mit der EnBW AG erstellt [2]. In die kostenseitige Bewertung fließen auch zusätzlich entstehende Personalkosten (zum Beispiel für die regelmäßige Überprüfung von Armaturen) ein. Diese Kosten werden in Leitfäden und Ratgebern häufig vernachlässigt, können aber einen großen Effekt auf die Wirtschaftlichkeit von Energieeffizienzmaßnahmen haben. Darüber hinaus wird die Marktdiffusion einzelner Maßnahmen in die Potenzialabschätzung einbezogen. Es wird folglich berücksichtigt, wie hoch der Umsetzungsgrad einer Maßnahme in der Industrie bereits ist. Zudem wird berücksichtigt, dass bei der Umsetzung mehrerer Maßnahmen Kopplungseffekte auftreten können. Wird in der Drucklufterzeugung beispielsweise der Druck abgesenkt, hat dieses Auswirkungen auf die Effizienzsteigerung durch die Beseitigung von Druckluftleckagen. Die Bewertung der Kopplungseffekte erfolgt sequenziell gemäß der Umsetzungsreihenfolge der einzelnen Maßnahmen. Diese Reihenfolge wird durch die Ordnung der Energieeffizienzmaßnahmen nach zunehmenden Energieeinsparkosten festgelegt. Die ökonomische Bewertung der Maßnahmen der Energieeffizienzmaßnahmen erfolgt über den Betrachtungszeitraum von 2014 bis 2035, um die gesamten Lebenszykluskosten (LCC, Life-Cycle-Costing) der betrachteten Maßnahmen vollständig zu erfassen. Bei Maßnahmen mit einer geringen Lebensdauer muss eine erneute Investition vorgenommen werden. Zum Ende des Betrachtungszeitraums wird der Restwert der Maßnahme ermittelt, indem die Investition linear über die Lebensdauer abgeschrieben wird. Somit werden sämtliche über den Lebenszyklus der bewerteten Maßnahmen entstehenden Kosten und Einsparungen erfasst.
Für die ökonomische Bewertung der Energieeffizienzmaßnahmen wird eine Reihe von Annahmen getroffen. Die Energieträgerpreise entsprechen den durchschnittlichen Preisen für Industriebetriebe im Jahr 2014 [3]. Der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung wird ein in der Industrie üblicher Kalkulationszins von 15 % [4] zugrunde gelegt. Das Alter der installierten Anlagentechnik wird mit der Hälfte der Lebensdauer der Anlagen angenommen. Darüber hinaus werden entstehende Personalkosten quantifiziert, die in vielen Veröffentlichungen vernachlässigt werden, die aber insbesondere für organisatorische Maßnahmen sehr relevant sind. Die Ergebnisse dieser Analyse sind in Bild 1 in Form einer Endenergieeinsparkostenpotenzialkurve dargestellt.
Bild 1  Endenergieeinsparkostenpotenzialkurve für die Nahrungsmittelindustrie in Deutschland (Stand 2014).

Bild 1
Endenergieeinsparkostenpotenzialkurve für die Nahrungsmittelindustrie in Deutschland (Stand 2014).

Jede bewertete Maßnahme wird in dieser Kurve durch ein Rechteck dargestellt, dessen horizontale Ausdehnung die eingesparte Endenergiemenge und dessen vertikale Ausdehnung die spezifischen Endenergieeinsparkosten visualisiert. Die spezifischen Endenergieeinsparkosten ergeben sich aus der Differenz der diskontierten Zahlungsströme von Referenzanlage und Energieeinsparmaßnahme bezogen auf die eingesparte Endenergiemenge. Maßnahmen mit negativer vertikaler Ausdehnung führen entsprechend zu monetären Einsparungen. Die Fläche des Rechtecks ist das Produkt aus den spezifischen Endenergieeinsparkosten und den jährlichen Endenergieeinsparungen über den Betrachtungszeitraum. Damit entspricht sie dem negativen annualisierten Kapitalwert der jeweiligen Maßnahme.

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Autoren

M. Sc. Stefan Wolf

Jahrgang 1984, studierte Systems Engineering an der Universität Bremen und anschließend Regenerative Energien und Energieeffizienz an der Universität Kassel. Seit 2011 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER) an der Universität Stuttgart. Dort beschäftigt er sich mit Technologie- und Energiesystemanalysen mit dem Fokus der Energieeffizienz in Gewerbe und Industrie.
stefan.wolf@ier.uni-stuttgart.de

PD Dr.-Ing. Markus Blesl

Jahrgang 1968, studierte Physik an der Universität Stuttgart, Promotion und Habilitation erfolgten am Institut für Energiewirtschaft und Rationelle Energieanwendung (IER) der Universität Stuttgart. Seit 2016 leitet er die dortige Abteilung für Systemanalytische Methoden und Wärmemarkt (SAM).

Dr.-Ing. Alois Kessler

Jahrgang 1965, studierte Maschinenbau an der Universität Stuttgart und promovierte 1997 nebenberuflich an der Staatlichen Materialprüfungsanstalt (MPA). Seit April 2000 ist er im F&E-Bereich der EnBW AG für Forschungsfragen rund um erneuerbare und dezentrale Energietechnologien zuständig.

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