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Timestamp: 2020-07-12 14:28:03+00:00

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Energiearten und deren Verteilung im Betrieb
- Energiearten und deren Verteilung im Betrieb
01. Wie erfolgt die Energieversorgung und -verteilung im Industriebetrieb?
02. Welche Anforderungen bestehen an Versorgungsnetze in Industriebetrieben?
03. Warum unterliegen Maschinen und Anlagen einem Verschleiß?
04. Welche Folgen können mit Betriebsmittelstörungen verbunden sein?
05. Wer ist im Betrieb für die Anlagenüberwachung zuständig?
06. Welche Strategien der Instandhaltung gibt es?
07. Wie gliedert sich die Instandhaltung?→ DIN 31051
08. Wie erfolgt die Planung der Instandhaltung?
09. Welche Möglichkeiten gibt es, den Energieverbrauch planmäßig zu steuern und ggf. zu senken?
10. Welche Schutzvorschriften für Energieversorgungsanlagen und Energieträger sind bei der Planung und Inbetriebnahme zu berücksichtigen?
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Der Industriebetrieb benötigt unterschiedlichste Energiearten zur Herstellung und Veredlung seiner Produkte.
Der Anteil der Energieträger am Primärenergieverbrauch in Prozent betrug in Deutschland im Jahr 2017 im Vergleich zu 2013 und 1995:
Energieträger Steinkohle Braunkohle Mineralöl Erdgas Kernenergie Erneuerbare
1995 14,4 12,2 39,9 19,6 11,8 2,1
2013 12,8 11,7 33,4 22,3 7,6 12,1
2017 11,0 11,2 34,6 23,7 6,1 13,2
Man kann daran erkennen, dass der Anteil der erneuerbaren Energieträger (dies sind überwiegend die regenerativen Energieträger wie Wind- und Solarenergie) deutlich gestiegen ist. Dieser Anteil soll nach dem Willen der Bundesregierung noch weiter erhöht werden, um den Rückgang des Anteils der Kernenergie aufzufangen (Energiewende).
Die folgende Abbildung zeigt schematisch die Versorgung des Industriebetriebes mit Energiearten unterschiedlichster Art und die Verteilung der Energie über die verschiedenen Leitungssysteme an die Verwender.
Der Einsatz von Anlagen und Energiearten mit hohem Wirkungskrad, die effiziente Nutzung der Energie sowie der Möglichkeiten ihrer Rückgewinnung sind in Deutschland bereits Realität.
Elektroenergieversorgung:
Elektroenergie ist kaum speicherbar und leitungsgebunden (Stromnetz).
Übertragungsmittel der Stromverteilung: Leitungsnetze, Transformatoren, Kabel, Umspannungs- und Übergabestationen usw.
Das Versorgungsnetz umfasst z. B.: Einphasenwechselspannung (230 V), Dreiphasenwechselspannung (400V/Drehstrom), Spannungen für besondere Anlagen/Sondermaschinen (≥ 440 V/660 V).
Sicherheitsvorschriften sind zu beachten (z. B. VDE, DIN, DGUV A3).
Trinkwasser muss u. a. keimarm, kühl, geruchlos, geschmacklich einwandfrei sein.
Versorgung: über Einzelversorgungsanlagen oder öffentliches Versorgungsnetz (direkt oder über Vorratsbehälter).
Für bestimmte Verwendungszwecke muss das Wasser aufbereitet werden (z. B. Enthärtung).
Beim Abwasser ist die Beschaffenheit zu beachten (Schmutz-, Regen-, Kühl-, Sickerwasser sowie kontaminiertes Wasser).
Versorgung mit Raumluft:
Anforderungen: z. B. bestimmte Temperatur, Feuchte, Reinheit, Bewegung
einfache Belüftung oder vollautomatische: z. B. freie Lüftung, einfache Lüftungsanlagen, Anlagen mit kombinierter Luftbehandlung (Anwärmen/Kühlen, Befeuchten/Entfeuchten), Klimaanlagen
In bestimmten Betrieben oder Abteilungen gelten besonders hohe Anforderungen an die Raumluft (z. B. EDV, Chipherstellung, Lackierbetrieb).
Versorgung mit Druckluft:
zentrale/dezentrale Erzeugung und Speicherung
Erzeugung über Kompressoren (Verdichter): z. B. Kolben-/Turboverdichter
Anforderungen an Druckluftverteilungsnetze: z. B. Vermeidung von deutlichem Druckabfall, Einhaltung der Druckluftqualität (Wassergehalt, Reinheit)
Leitungsverlegung: meist Ringleitungssystem mit Stichleitungen zu den Entnahmestellen.
Versorgung i. d. R. über das Leitungsnetz des örtlichen Energieversorgungsunternehmens (EVU)
innerbetriebliche Verteilung über eine Anschlussleitung an das Netz des EVU (Erdverlegung oder oberirdisch) und Weiterleitung an die Verbraucher (Betriebe, Öfen, Brenner, Heizsysteme, Verwaltungs- und Sozialräume)
Hilfsaggregate/Armaturen: Druckregel- und Messanlagen, Übergabestationen
Das innerbetriebliche Gasversorgungsnetz muss in regelmäßigen Abständen überprüft werden (lt. DVGW Regelwerk): Dichtigkeit, Korrosion, Funktion der Armaturen.
Anlagen unterliegen während ihrer gesamten Nutzungsdauer einem ständigen Verschleiß. Bewegliche Teile und sich berührende Teile werden im Laufe der Zeit in unterschiedlichem Maße abgenutzt.
Im Allgemeinen nimmt die Stör- und Reparaturanfälligkeit einer Anlage mit zunehmendem Alter progressiv zu und führt zu einem bestimmten Zeitpunkt zur völligen Unbrauchbarkeit. Der Verschleiß tritt aber sehr häufig auch bei nur geringer oder keiner Nutzung ein: Auch ein Stillstand der Anlage kann zur technischen Funktionsuntüchtigkeit führen (Rost, mangelnde Pflege, Dickflüssigkeit von Ölen/Fetten usw.). Die Störanfälligkeit steigt meist mit der Kompliziertheit der Anlagen.
Betriebsmittelstörungen – insbesondere längerfristige – können zu nicht unerheblichen Folgen führen:
nicht vorhandene Betriebsbereitschaft der Anlagen
Rückgang der Kapazitätsauslastung/Verschlechterung der Kostensituation
Terminverzögerungen/Verärgerung des Kunden mit der evt. Folge von Konventionalstrafen
Werkzeugschäden durch übermäßigen Verschleiß
Einbußen in der Qualität
Verlust von Aufträgen/Kunden.
Die Anlagenüberwachung kann vom Technischen Dienst verantwortlich übernommen werden (zentrale Organisation der Anlagenüberwachung). Er kann dabei Fremdleistungen heranziehen oder die gesamte Instandhaltung selbst durchführen (Make-or-Buy-Überlegung).
In der Praxis existiert häufig eine Mischform: Instandsetzung und Inspektion übernimmt der technische Dienst; Wartung und Pflege werden vom Mitarbeiter der Fertigung durchgeführt. Eine Ausnahme bildet dabei selbstverständlich die Kontrolle, Wartung und ggf. Instandsetzung elektrischer Anlagen wegen des Gefährdungspotenzials und der existierenden Sicherheitsvorschriften; hier ist ausschließlich Fachpersonal einzusetzen.
eine störungsbedingte Instandhaltung (= Austausch der Teile bei Funktionsuntüchtigkeit).
Ausfallbedingte Instandhaltung Instandsetzung nach Ausfall (Feuerwehrstrategie):
Präventiver Austausch einzelner Bauteile, wenn sich z. B. Verschleißgeräusche Ermüdungserscheinungen oder Spielvergrößerungen zeigen.
07. Wie gliedert sich die Instandhaltung?
→ DIN 31051
Instandhaltung (IH; Oberbegriff) umfasst alle Maßnahmen der Störungsvorbeugung und der Störungsbeseitigung. Nach der DIN 31051 versteht man darunter alle Maßnahmen zur Bewahrung und Wiederherstellung des Soll-Zustandes sowie zur Feststellung und Beurteilung des Ist-Zustandes von technischen Mitteln eines Systems. Die Instandhaltung wird in drei Teilbereiche gegliedert:
Inspektion ist die Feststellung des Ist-Zustandes von technischen Einrichtungen durch Sichten, Messen, Prüfen. Inspektion ist die Überwachung der Anlagen durch periodisch regelmäßige Begehung und Überprüfung auf den äußeren Zustand, ihre Funktionsfähigkeit und Arbeitsweise sowie auf allgemeine Verschleißerscheinungen. Das Ergebnis wird in einem Prüfbericht niedergelegt. Aus dem Prüfbericht werden Prognosen über die weitere Verwendungsfähigkeit der jeweiligen Anlage abgeleitet.
Wartung ist die Bewahrung des Soll-Zustandes durch Reinigen, Schmieren, Auswechseln, Justieren. Wartung umfasst routinemäßige Instandhaltungsarbeiten, die meistens vom Bedienungspersonal selbst durchgeführt werden und häufig in Betriebsanweisungen festgelegt sind und auf den Wartungsplänen des Herstellers basieren.
Instandsetzung (Reparatur) ist die Wiederherstellung des Soll-Zustandes durch Ausbessern und Ersetzen. Instandsetzung umfasst die Wiederherstellung der Nutzungsfähigkeit einer Anlage durch Austausch bzw. Nacharbeit von Bauteilen oder Aggregaten.
Verbesserung ist die Steigerung der Funktionssicherheit, ohne die geforderte Funktion zu verändern.
Störung ist eine unbeabsichtigte Unterbrechung oder Beeinträchtigung der Funktionserfüllung einer Betrachtungseinheit.
Schaden ist der Zustand nach Überschreiten eines bestimmten (festzulegenden) Grenzwertes, der eine unzulässige Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit bedingt.
Ausfall ist die unbeabsichtigte Unterbrechung der Funktionsfähigkeit einer Betrachtungseinheit. Von Bedeutung sind Dauer und Häufigkeit der Ausfallzeit.
Die Planung der Instandhaltung muss sich an den Kostenverläufen orientieren. Sie muss sowohl Schadensfolgekosten durch Abschalten, Stillstand und Wiederanlauf als auch Zusatzkosten durch Verlagerung der Produktion auf andere Anlagen, Überstun denlöhne und andere Zusatzkosten berücksichtigen. Diesen Kosten sind die Vorbeugekosten durch entsprechende Wartung gegen-überzustellen.
Die Versorgung der Instandhaltung mit den erforderlichen Ressourcen ist planerisch zu gewährleisten:
Die Personalbereitstellung für IH-Aufgaben ist mit der Personaleinsatzplanung der Fertigung abzustimmen; das IH-Personal in nach erforderlicher Quantität und Qualifikation auszuwählen (z. B. notwendige spezifische Qualifikationen für bestimmte Anlagen, Qualifikation als Elektrofachkraft).
IH-Betriebsmittel und -material sind rechtzeitig zu disponieren bzw. der Lagerbestand von Ersatzteilen ist zu prüfen. Beschaffung und Transport der IH-Materialien/- Betriebsmittel sind in die Beschaffungslogistik zu integrieren.
Die permanente Beachtung und Steuerung des Energieverbrauchs ist heute aus ökologischer und ökonomischer Sicht eine Selbstverständlichkeit. Eine wichtige Voraussetzung ist dazu, dass der Verbrauch der unterschiedlichen Energiearten im Betrieb mengen- und wertmäßig erfasst und dokumentiert wird.
Die nachfolgende Übersicht zeigt Beispiele zur Steuerung und Senkung des Energieverbrauchs bzw. der Energiekosten:
Dazu ausgewählte, zentrale Beispiele und Hinweise auf Gesetze des Arbeitsschutzes und Arbeitssicherheitsvorschriften, die der Industriemeister bei der Planung und Inbetriebnahme von Energieversorgungsanlagen berücksichtigen muss:
Generelle Schutzvorschriften:
► DGUV Vorschrift 1 Allgemeine Vorschrift zur Unfallverhütung
(Grundsätze zur Prävention)
► ArbSchG § 1 … dient dazu, Sicherheit und Gesundheitsschutz der Beschäftigten bei der Arbeit … zu sichern und zu verbessern.
§ 2 Maßnahmen des Arbeitsschutzes … sind … Verhütung von Unfällen …, arbeitsbedingte Gesundheitsgefahren … Maßnahmen der menschengerechten Gestaltung der Arbeit.
§§ 3 ff. Allgemeine Grundsätze, Grundpflichten und besondere Pflichten des Arbeitgebers
§ 5 Gefährdungsanalyse
§ 10 Erste Hilfe i. V. m. DGUV Vorschrift 1, BGR V A1 und DIN 13169, 13175 (Verbandkasten)
► BImSchG Luftreinhaltung
► WHG Wasserhaushaltsgesetz
► KrWG Kreislaufwirtschaftsgesetz
► ProdSG Das Produktsicherheitsgesetz ist seit 2011 in Kraft
► GefStoffV Verordnung zum Schutz vor Gefahrstoffen
► VerpackV Verpackungsverordnung
► BetrSichV Betriebssicherheitsverordnung
► ArbStättV Anforderungen an Arbeitsstätten nach § 3 Abs. 1 der Verordnung Inhaltsübersicht
4 Sanitärräume Pausen- und Bereitschaftsräume, Erste-Hilfe-Räume, Unterkünfte
► TA Lärm Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm i. V. m. BGV B3 Lärm
► TA Luft Emissions-/Immissionsgrenzwerte
► TA Abfall Bestimmungen zur Abfallbehandlung
► PSA-R PSA-Richtlinie (Persönliche Schutzausrüstung)
Gesetzliche Vorschriften zum Umgang mit elektrischem Strom:
► VDE 0100 Bestimmungen für das Errichten von Starkstromanlagen bis 1.000 V (VDE = Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V.)
► DGUV Elektrofachkraft:
Vorschrift 3 § 2/3 Der Unternehmer hat dafür zu sorgen, dass elektrische Anlagen und Betriebsmittel nur von einer Elektrofachkraft oder unter Leitung und Aufsicht einer Elektrofachkraft errichtet, geändert und instand gehalten werden. Die fachliche Qualifikation als Elektrofachkraft wird im Regelfall durch den Abschluss einer Ausbildung als Elektroingenieur, Elektrotechniker, Elektromeister oder Elektrogeselle nachgewiesen.
Gesetzliche Vorschriften zur (Trink-)Wasserversorgung:
► DIN 1988-200 Bau und Betrieb von Wasserversorgungsanlagen
► TrinkwV Anforderungen an Trinkwasser; die neue Bezeichnung für „Brauchwasser“ lautet „Nutzwasser“ entsprechend der TrinkwV vom 21.05.2001
► WHG Regelungen zur Entnahme, Verwendung und Einleitung von
Gesetzliche Vorschriften zur Lüftungs- und Klimatechnik:
► DIN 1946 Blatt 1-5: Grundregeln für lüftungstechnische Anlagen
► DIN 1945 Raumlufttechnik
Gesetzliche Vorschriften zur Versorgung mit Druckluft:
► VDI Richtlinie 2045 Bl. 2: Anforderungen an die Versorgung mit Druckluft
Gesetzliche Vorschriften zur Gasversorgung:
► DVGW Arbeitsblatt G 260: Technische Regeln zur Gasversorgung (DVGW = Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches e. V.)
► DVGW Arbeitsblatt G 600: Technische Regeln für Gasinstallation
► DVGW Regelwerk: Prüfung der Gasanlagen in regelmäßigen Abständen durch Fachpersonal
► DVGW Fachpersonal nach DVGW:
Versicherte Personen, die aufgrund ihrer fachlichen Ausbildung, praktischen Tätigkeit und Erfahrung ausreichende Kenntnisse auf dem Gebiet der ihnen übertragenen Arbeitsaufgabe haben (z. B. für Gas- und Wasseranlagen).
► Ex-RL Richtlinien für die Vermeidung der Gefahren durch explosionsfähige Atmosphäre
► EnWG Energiewirtschaftsgesetz: Bestimmungen über leitungsgebundene Energieanlagen
Spezielle Vorschriften des Arbeitsschutzes, die auf Energieversorgungsanlagen und Energieträger anzuwenden sind:
Bundes-Immissionsschutzgesetz (BImSchG), u. a.: Errichtung und Betrieb von Anlagen; speziell:
Verordnung über Großfeuerungsanlagen
Sondervorschriften für Überwachungsbedürftige Anlagen u. a.:
Druckbehälter-Verordnung
Verordnung über elektrische Anlagen in explosionsgefährdeten Räumen
Die permanente Beachtung und Steuerung des Energieverbrauchs ist, nur aus ökologischer Sicht, eine Selbstverständlichkeit.
Die permanente Beachtung und Steuerung des Energieverbrauchs ist, nur aus ökonomischer Sicht, eine Selbstverständlichkeit.
Die permanente Beachtung und Steuerung des Energieverbrauchs ist aus ökonomischer und ökologischer Sicht eine Selbstverständlichkeit.
Die Anlageüberwachung ist und dezentral organisiert.

References: § 1

§ 2

§ 5

§ 10
 § 3
 § 2