Effiziente Druckluftanlagen-Regelung

Druckluft-Effizienz: So gelingt die datenbasierte Optimierung der Druckluftanlagen

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Die grundsätzlichen Ziele der Challenge beschreibt Storms so: Ein aktives Verfolgen von Nachhaltigkeitszielen (das sei u.a. relevant für die DIN EN ISO 50001-Energiemanagment-Zertifizierung), hinzu komme die Optimierung des Betriebes und damit finanzielle Vorteile.

Datenbasierte Optimierung und Regelung von Kompressorstationen

Im Übrigen ist diese Vorgehensweise bei Xervon Instandhaltung bereits bewährt: In einem vergangenen Projekt entwickelte der Dienstleister mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI / Machine Learning) ein Assistenzsystem, das den Betrieb der von Xervon Instandhaltung betreuten Kühltürme am Standort Köln-Merkenich erleichtert. Der energieoptimierte Betrieb der Anlage ist stark abhängig von Umgebungsfaktoren wie der Außentemperatur und relativen Luftfeuchtigkeit und auch betriebsinternen Parametern wie der Maschinenauslastung und Kühlwassertemperatur. Das im Rahmen des Projektes entwickelte Tool erzeugt mithilfe dieser Daten und einem Regressionsmodell (Machine Learning) eine Zukunftsprognose zum energetisch optimalen Betrieb der Kühltürme. Hier wurde ebenfalls mit mehreren Partnern zusammengearbeitet, darunter IT-Beratungshäuser und KI-Experten.

Praxisbewährt: Audits zur Anlagenoptimierung

Auch das IPA (Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung / Industrielle Energiesysteme) ist mit daten-basierenden Projekten aktiv, wie Dennis Bauer, M.Sc., Gruppenleiter Energieflexible Produktion & Energiedatenanalyse, Leiter Koordinierungsstelle Kopernikus-Projekt SynErgie, berichtet: „Wir arbeiten mit Partnern an zwei Forschungsvorhaben – zum einen geht es um die Ermittlung des physikalischen Optimums des Betriebs bei gleichzeitiger Bewertung der Effizienzmaßnahmen mit künstlicher Intelligenz, zum anderen um die Anomalie-Erkennung in Druckluftverteilnetzen zur energieeffizienten und vorausschauenden Regelung der Drucklufterzeugung.“

Und wie geht ein Hersteller von Kompressoren wie Kaeser die Aufgabenstellung ‚Energieeffizienz-Optimierung‘ an? Ein stets empfohlenes Audit stelle sicher, dass Drucklufterzeugung und -bedarf Hand in Hand gehen. Anlagensplitting, das heißt die Aufteilung der Kompressoren in Grundlast-, Mittellast- und Spitzenlast-Anlagen, gewährleiste, dass jeder Druckluftbedarf – egal ob nun niedrig oder punktuell hoch - immer so kostengünstig wie möglich produziert werde. Mehr noch: Der Einsatz eines übergeordneten Druckluft-Managementsystems wiederum sorge dafür, dass die Komponenten der Station untereinander perfekt zusammenarbeiten und ermögliche unter anderem Echtzeitüberwachung, Analysen, Energiemanagement und die Nutzung von vorausschauender Wartung und anderen Anwendungen im Sinne von Industrie 4.0.“

Druckluft und KI: Wie intelligent sind die Verdichter wirklich?

Das ist selbstverständlich nicht trivial: Um die einzelnen Komponenten im Sinne von Industrie 4.0 nutzen zu können, müssen sie so ausgestattet sein, dass sie einerseits in einem Verbund effizient steuerbar und andererseits in der Lage sind, Betriebsdaten für eine Echtzeitüberwachung zur Verfügung zu stellen und an übergeordnete Systeme weiterzugeben.

Kompressoren und Komponenten für die Druckluftaufbereitung von Kaeser verfügen daher über interne Steuerungen auf Industrie-PC-Basis, die mittels Schnittstellen, zum Beispiel via Ethernet, in der Lage sind, diese Daten an ein übergeordnetes System zur Verfügung stellen zu können.

Die Daten, die von den Komponenten generiert werden, gehen zunächst an eine übergeordnete Steuerung, wie zum Beispiel den Sigma Air Manager 4.0 (SAM 4.0). Diese Steuerung hat eine Doppelfunktion. Sie ist zum einen Managementsystem, das heißt sie regelt die Drucklufterzeugung nach den Prinzipien der Sicherheit und Wirtschaftlichkeit und sammelt die relevanten Informationen aller angeschlossenen Komponenten und des Erzeugungssystems. Zum anderen dient sie als Knotenpunkt zur Weiterleitung der gewonnen Daten an die Zentrale Leittechnik des Betreibers und oder an den Hersteller der Druckluftstation.

Die Herausforderungen für ein solches Managementsystem sind sehr hoch. Es muss einerseits in der Lage sein, unter Berücksichtigung von zum Beispiel Schaltverlusten, Regelverlusten etc., die Kompressoren effizient und insbesondere auch vorausschauend zu schalten. Andererseits auch die Fülle der Daten, die aus der Kompressorstation geliefert werden, zu sammeln und für die Weitergabe an ein übergeordnetes Servicecenter bereitzustellen.

Fazit: Die heute dominierenden technologieorientierten Geschäftsmodelle werden bis 2025 erheblich an Bedeutung verlieren, so eine Studie (VDMA, 2020). Digitale, datengesteuerte Dienste und Serviceleistungen werden ihren Marktanteil hingegen deutlich ausbauen. Xervon Instandhaltung verweist dazu auf beispielhafte Projekte. Keine Frage, dass auch Fraunhofer ebenso wie Kaeser dazu praxisgerechte Vorgehensweisen anbieten. Wann entdecken Datenspezialisten wie Google und Amazon diesen Markt?●

* * Der Autor ist freier Mitarbeiter bei PROCESS.

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