Energie in der Industrie

Große Dimensionen

Das seit 22 Jahren bestehende Motorenwerk der Audi AG in GyŐr, das in den letzten Jahren um eine Automobilproduktion erweitert wurde, fällt bereits von seinen Dimensionen aus dem Rahmen vieler üblicher Industriebetriebe. So umfasst das Werk eine Fläche von 5,2 Mio. m². Im Jahr 2014 wurden ca. 420 GWh Strom und 200 GWh Gas benötigt, um 1,973 Mio. Motoren und 135 232 Fahrzeuge zu ferti­gen. Bei weiteren zukünftigen Produktionssteigerungen wird auch der Energiebedarf weiter wachsen. Doch längst ist Energie ein Thema geworden, das eine genauere Betrachtung verdient, auch in der Industrie.

Dabei geht es auch um Glaubwürdigkeit: So sollen etwa neue Automobile nach den Wünschen des EU-Parlaments mit einem geringeren CO₂-Ausstoß ihren Anteil an den CO₂-Minderungszie­len beitragen. In gleichem Maße gelte dies auch für die Werke und die dortigen Energieflüsse, zeigt sich Dr. h.c. Thomas Faustmann, Vorsitzender der Geschäftsführung der Audi Hungaria Motor Kft., überzeugt: „Wir müssen das Thema auf den Tisch bringen.“

Die Audi Hungaria hat sich das Ziel gesetzt den Gesamt­energieverbrauch und somit auch die CO₂-Emissionen bis 2018 um insgesamt 25 % zu senken. Die Fabrikplanung der Audi Hungaria hat eigens dafür einen Masterplan entwickelt. Dieser Master­plan sieht ein umfangreiches Maßnahmenpaket vor mit dem dieses Ziel stufenweise bis 2018 erreicht werden kann. Die Be­rück­sich­tigung der standortspezifischen Besonderheiten sind dabei ebenso von Bedeutung wie die Bereitstellung der dafür not­wendigen Investitionsmittel.

Um Effizienzziele in der Produktion realistisch abbilden zu können, muss ein entsprechender Weg eingeschlagen werden: Die benötigte Energie je produzierter Einheit ist eine relevante Größe, die die verantwortlichen Ingenieure von Audi mitberück­sich­tigen müssen. So gilt beispielsweise die Einsparung in der Mo­to­renproduktion bezogen auf ein Stück Motor als Zielgröße, mit der geplant werden kann. Auf diese Einheit bezogen, gibt es eine ganze Reihe interessanter, bedeutender Projekte. Viele davon er­gänzen sich und zeigen, wie ein integraler Ansatz dazu führt, dass die abgeführte Energie, z.B. Abwärme, am Ende des einen Prozesses gut dafür geeignet sein kann, um damit einen anderen Prozess zu versorgen.

Erfassung der Verbraucher

Vor der Optimierung steht die Erfassung der Verbraucher. Eine Fülle an Zählern gibt konkreten Aufschluss darüber, wo, wann, wieviel Energie benötigt wird. Ständig werden zudem weitere Energie­zähler installiert, um Verbrauchsstellen noch genauer unter die Lupe nehmen und weitere Optimierungspotentiale aufdecken zu können.

Zusammenführung der Energieflüsse

Die Verknüpfung der in Industriebetrieben vorhandenen Energieversorgungssysteme generiert zusätzlich nutzbare Energieflüsse. Durch die Zusammenführung der Systeme kann Energie die nach der Nutzung in einem Bereich nicht mehr benötigt wird anderen Prozessen oder Zwecken zugeführt werden. Das zeigt sich etwa in Form von Kraft-Wärme-Kopplung.

Ein erstes Beispiel: Bei der Audi Hungaria wird ein wärmegeführtes BHKW eingesetzt, das an anderer Stelle noch deutlicher be­schrieben wird. Die erzeugte Wärme wird im Werk genutzt. Der dabei produzierte Strom, wird unter anderem für die werkseigene Drucklufterzeugung eingesetzt. Die Abwärme aus der Druckluftproduktion, insgesamt sind zwölf Kompressoren installiert, wird wiederum ebenfalls durch das Werk energetisch verwertet. 94 % der bei der Drucklufterzeugung anfallenden Abwärme wird somit als nutzbare Wärme über das werkseigene Fernwärmesystem einer weiteren Nutzung zugeführt.

Weitere Bespiele aus dem Bereich der Lüftungs- und Klimatechnik:

Das System zur Beheizung und Belüftung der Produktionsbereiche wurde zur Implementierung eines Niedertemperaturkonzeptes umfangreich optimiert. Dabei wurden die Heizflächen in den Lüf­tungs­anlagen und das Versorgungsnetz dahingehend modifiziert, dass das Temperaturniveau der Hallenbeheizung von 90 °C auf ca. 40 °C gesenkt werden konnte, um somit eine Abwärmenutzung grundsätzlich zu ermöglichen. Dadurch werden nun bis 15 550 MWh des jährlichen Lüftungswärmebedarfs der Produktionsbe­rei­che durch Abwärme mit einem Temperaturniveau von nur 40 °C aus der Kälte- und Drucklufterzeugung gedeckt.

Der Gebäudekomplex der technischen Entwicklung verfügt über ein besonders effizientes System zur Belüftung und Beheizung der Büroräume mit ihren rund 700 Arbeitsplätzen. Für die Büro­beheizung wird die Abwärme aus Kälteerzeugungsprozessen in der nahe gelegenen Energiezentrale genutzt. Diese Abwärme wird den Büros im Winter über das Kühldeckensystem als Wärme zu­ge­führt. Die Lüftungsmenge wird zudem mittels CO₂-Sensoren für die jeweilige Raumnutzung automatisch bedarfsgerecht geregelt.

Heizung und Wärmerückgewinnung

Die Energiezentrale dient zur Strom- und Wärmeenergieerzeugung im Werk. Neben dem BHKW werden derzeit drei gasbetriebe­ne Zweibrennerkessel mit je 26 MW_th für die Wärme­be­reit­stel­lung genutzt. Basis ist ein Gasmotor mit 2,5 MW_th. und 2,7 MW_el., der wärmegeführt betrieben wird. Dies führt dazu, dass mit dieser Anlage 22 000 MWh/a Strom erzeugt werden können. Die genutzte Abwärmemenge beträgt dabei ca. 20 700 MWh/a. Dabei wird auch die im Rauchgas enthaltene Wärme ebenfalls genutzt. Diese dient zur Vorerhitzung des Warmwassernetzes.

Die 14 Motorenprüfstände im Werk bieten die Möglichkeit bis zu 8 MW Wärme zu lie­fern. Die Wärme wird beim Testen der Motoren aus der Motorabwärme bezogen. In einem Jahr werden somit rund 1000 MWh Wärmeenergie aus den Motorenprüfständen bezogen, die für die Warmwasserbereitung genutzt werden. Zudem wird beim Abbremsen der Motoren die Bremsenergie genutzt und so über Generatoren Strom in Höhe von bis zu 6 MW erzeugt und direkt ins Stromversorgungsnetz zurückgespeist.

Lüftung-, Kälte- und Klimatechnik

Bereits mit Beginn der Produk­tion im Jahr 1993 wurden die RLT-Anlagen im Werk mit Wär­me­rückgewinnungssystem ausgerüstet. Heute stehen Anlagen mit einer Gesamtluftmenge von 12 450 000 m³/h bereit, die einzelnen Bereiche des Werkes mit Frischluft zu versorgen.

Bei der Kälteenergieerzeugung werden während der kal­ten Jahreszeit verschiedene Be­triebs­strategien angewendet. Zum einen werden bis zu 1000 MWh des Kälteenergiebedarfs der Produktion bei geeigneten Außenlufttemperaturen mittels freier Kühlung gedeckt. Dies führt dazu, dass Kompressions­kältemaschinen zeitweise vollständig abgestellt oder in Teillast betrieben werden können. Im Zusammenspiel mit dem bereits beschriebenen Niedertemperatur­system und der damit verbundenen Nutzbarkeit der beim Kälteenergieerzeugungsprozess entstehenden Abwärme werden die Kompressionskältemaschinen zum Teil aber auch während der kalten Jahreszeit betrieben.

Für die Produktion wird Betriebswasser benötigt. Dafür wurden 200 m tiefe Brunnen im Werk gebohrt. Das daraus stammende Wasser bietet aufgrund seiner gleichmäßig niedrigen Tempera­tur ein interessantes Kälte­po­ten­tial, das zur Klimatisierung genutzt werden kann. Dazu wurde die Brunnenanlage mit Wär­me­tauschern und Anschlüssen an das Kühldeckensystem des Labor- und Analysezentrum aus­gestattet. Auf diese Weise können 300 kW Kälteleistung bereitgestellt werden, mit der 600 m² Büro- und Laborflächen gekühlt werden können.

Um zukünftig das hochwer­tige Grundwasser aus den Tiefbrun­nen nicht mehr als Betriebswasser nutzen zu müssen, wird die bestehende Betriebswasserversorgung derzeit umfangreich um­ge­baut. Dazu werden 19 Flach­brunnen mit einer Tiefe von bis zu 20 m und einer Gesamtleistung von 300 m³/h an Grundwasser zur Verfügung stehen. Das oberflächennahe Grundwasser verfügt über ausreichend Kältepotential, um zur Kälteenergieversorgung der Produktion genutzt werden zu können. Bis zu 2 MW sollen ab November 2015 installiert sein, um rund 45 % des Kälteenergiebe­darfs der Automobilproduktion abdecken zu können.

Geothermie

Das pannonische Becken, in dem die Stadt GyŐr geologisch gesehen, liegt, bietet einen hohen geothermischen Gradient von 50 K/km Tiefe. Das heißt bei einer Bohrung steigt die Temperatur um 5 K je 100 m Tiefe. In weiten Teilen Europas sind 30 K/km üblich. Nicht umsonst ist die ungarische Hauptstadt Budapest für seine warmen Thermalquellen als Bäderstadt berühmt. Aber auch im Umland von Győr gibt es Aquifere, die es erlauben, zukünftig einen Teil des Wärme­bedarfs im Audi-Werk durch Geo­thermie abzudecken.

So wird derzeit in Pér, rund 15 km Entfernung vom Werk, ein Aquifer in 2500 m Tiefe erschlossen. Damit wird 100 °C heißes Ther­malwasser gefördert, das seine Energie über einen Wärme­tauscher abgibt und anschließend über eine zweite Bohrung wieder in die Erde geleitet wird. Die gewonne­ne Wärmeenergie wird über eine Fernwärmeleitung direkt in die Energiezentrale des Werkes geliefert. Geplant ist eine Nennleistung von 20 MW. Damit kann die Wärmelieferung zukünftig zu über 60 % auf geothermischer Basis und damit regenerativ erfolgen.

Das geothermische Wärmeversorgungssystem wird bereits so ausgelegt, dass eine weitere Steigerung der Wärmeleistung möglich ist. Die zusätzliche Wärme kann dann von der Stadt Győr für das städtische Fernwärmenetz genutzt werden.

Nachdem bereits die erste Bohrung inkl. der dazugehörigen Leistungstests erfolgreich abgeschlossen worden ist, wird der derzeit die zweite Bohrung durchgeführt. Des Weiteren laufen bereits umfangreiche Bautätigkeiten zur Errichtung des benötig­ten Fernwärmesystems. Zum Jahreswechsel 2015/2016 wird der geregelte Betrieb der geothermischen Wärmeversorgung auf­ge­nommen.

Photovoltaik und

Solarthermie

2012 kam es zum ersten Einsatz einer Photovoltaikanlage im Motorenanlaufzentrum. Hier wurden 135 m² Photovoltaikfläche geschaffen, mit der ein Stromertrag von 35 MWh/a erzielt wird.

Ergänzend wird Sonnen­ener­gie ebenfalls zur Trink­was­ser­erwär­mung in einem Büro- und Sozialgebäude genutzt. Hierfür wurde 2013 eine 40 m² große An­lage aufgebaut, die Warmwas­ser für 80 Büros und 800 Umkleideplätzen mit Duschen bereitstellt.

Zukunftsprojekte

Der durch die Fabrikplanung der Audi Hungaria entwickelte Masterplan definiert die Eckfeiler zur Weiterentwicklung der Energie­versorgung des Standortes Audi Hungaria.

Neben vielen kleinen Projek­ten zur Effizienzsteigerung beinhaltet der Masterplan unter an­derem weitere Großprojekte wie zum Beispiel die Einrichtung einer Photovoltaikanlage auf den Dachflächen der Produktionshallen. Derzeit werden verschiedene Konzepte mit einer Größe von bis zu 12 MW_Peak untersucht. Grundsätzlich soll die Photovoltaikanlage die größte Anlage Ungarns werden, modular aufgebaut und somit stufenweise erweiterbar sein. Der erzeugte Strom soll vollständig zur eigenen Nutzung ver­wendet werden.

Die Optimierung der bestehen­den Druckluftversorgung durch eine deutliche Reduzierung des Betriebsdruckes auf bis zu 3 bar ist ein weiteres wichtiges Vor­haben zur Senkung des Energie­verbrauches. Derzeit werden verschiedene Möglichkeiten, wie zum Beispiel der Ausbau eines zweiten Druckluftnetzes für niedrigere Betriebsdrücke untersucht. Bei der Auslegung neuer Produktionssysteme mit Druckluftbedarf wird bereits jetzt die Minimierung des Versorgungsdruckes durchgängig verfolgt.

Bisherige und zukünftige Projekterfolge

Bisher ist es der Audi Hungaria gelungen mit insgesamt 381 Einzel­maßnahmen über 57,7 GWh Energie einzusparen. Seit dem Jahr 2010 konnte der spezifische Energieverbrauch für die Her­stel­lung eines Motors bereits um über 10 % gesenkt werden.

Wurden 2010 noch 225,57 kWh bei der Produktion eines Motors aufgewendet, waren es 2013 nur noch 200,96 kWh. Ins­gesamt wurden zwischen 2010 und 2013 durchschnittlich 3,7 % weniger Energie im Jahr verbraucht. Mit der Zielsetzung des Unternehmens den Gesamt­energieverbrauch bis 2018 um insgesamt 25 % zu reduzieren, soll der spezifische Energiebe­darf zur Herstellung eines Motors weiter bis auf nur noch 169 kWh gesenkt werden. Dies wird nur durch weitere Maßnahmen möglich sein. Dabei kommt der Bereich Fabrikplanung eine wichtige Aufgabe zu, wie Dipl.-Ing. Dipl.-Ing. Sabine Martin, Leite­rin Fabrikplanung, berichtet. Frau Martin ist darüber hinaus für das Facility Management im Werk sowie die digitale Planung zuständig und hat so nicht nur die Planung, sondern auch die Betriebs­kosten im Blick. Beim Beleuchtungskonzept sollen die bisher eingesetzten T5-Leuchtstofflampen bis 2018 sowohl in den Büros als auch in den Werkhallen auf LED-Leuchtkörper umgerüstet werden.

Fazit

Kleine Projekte und große Investitionen ergänzen sich bei der Audi Hungaria optimal. Es geht schließlich darum, Energieoptimie­rungen auf wirtschaftlicher Basis durchzuführen. Dies ist ein wesentliches Unternehmensziel. Man will eine Vorbildfunktion einnehmen. Dies geht dann am besten, wenn sich die Optimierungen als wirtschaftliche Lösung zeigen. Darunter sind auch solche, mit Amortisationszeiten über zwei Jahren. Dabei wird eines deutlich: Energie ist ein Thema der Unternehmensleitung. Durch deren Unterstützung können viele Maßnahmen angegangen werden die dazu beitragen die Erfolgsgeschichte der Audi Hungaria fortzuschreiben. Oder wie es Dr. h.c. Thomas Faustmann zuver­sicht­lich nennt: „Wir sind die Vorreiter.“