Optimierung der Energiekosten unter Verwendung von modernen Werkzeugen bei den Vorrichtungen für die Analyse der Qualität der Versorgung

Die Optimierung des Verbrauchs der elektrischen Energie in der Zeit des dynamisch steigenden Preises wurde zu einer Notwendigkeit der kommerziellen und individuellen Subjekte. Viele Empfänger und Prosumente überlegen jetzt, wie sie ihre Energiekosten tatsächlich reduzieren können.

Es ist sehr wichtig, dass man bereits am Anfang die Quellen der potentiellen Verluste präzise identifiziert. Erst dann sind die Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Dies hängt gewöhnlich mit bestimmten Kosten zusammen. Durch die erreichten Ersparnisse müssen die Optimierungsaufwände aufgefangen werden. Vor allem muss man entsprechende Werkzeuge verfügen, die eine Diagnostik und Überwachung der ausgewählten Punkte unserer elektrischen Anlage ermöglichen.

Zu solchen Werkzeugen gehören die Messgeräte der Firma Sonel. Sonel PQM-707 ist ein Dreiphasen-Analysator der Energiequalität. Bei Sonel MPI-540 und Sonel MPI-540-PV handelt es sich um multifunktionelle Messgeräte für die Parameter der elektrischen Anlagen. Sie haben auch ein Dreiphasen-Erfassungsgerät am Bord für die qualitätsbezogene Parameter der Qualität der Energie in einer vereinfachten Form im Vergleich zu Sonel PQM-707 implementiert. Die Erfassung der grundlegenden Parameter der Anlage wie Strom, Spannung, Wirkleistung, Blindleistung und Energiedurchfluss in der Zeit ermöglicht eine Analyse, die dann eine Grundlage für die Maßnahmen darstellt, die es zum Ziel haben, die Rechnungen für elektrische Energie zu reduzieren. Die Analyse kann durch die Funktionen beschleunigt und plausibilisiert werden, die in allen oben genannten Geräten verankert sind. Dazu gehören alle nachfolgend genannten Funktionen.

Verlustrechner

Integrierter Rechner der Energieverluste ermöglicht eine einfache Abschätzung der zu erwartenden Kosten aufgrund schlechter Netzqualität. Zusätzlich erhält der Benutzer die Information zu den Ursachen dafür. Die Kosten, die mit den Verlusten aus Widerstand der Leitungen, Oberschwingungen, Asymmetrie oder aus Blindleistung werden separat in einer vordefinierten Währung für den ausgewählten Zeitraum kalkuliert. Dadurch bekommen wir sofort eine Information, ob es sich lohnt, die Maßnahmen zu ergreifen, dank denen die Finanzverluste eingeschränkt werden können. Der Rechner schätzt sie für die Zukunft auf Grund der eingegebenen und überwachten Parameter ab.

Abb. 1. Verlustrechner – Einstellungen der Parameter der Leistungen

Im ersten Schritt sind die Parameter der Speiseleitung einzustellen, wie Anzahl der Phasen, Leitungsquerschnitt, Material der Leitung und die Länge der Leitungen.

Abb. 2. Verlustrechner – Einstellungen der Parameter der Energiekosten

Dann müssen wir für korrekte Ermittlung der potentiellen Verluste die Parameter angeben, die mit Energiekosten des Benutzers zusammenhängen, wie z.B.:

Kosten von 1 kWh der aktiven Energie,
Kosten von 1 kWh der passiven Energie bei einem Leistungskoeffizienten PF ≥ 0,8,
Kosten von 1 kWh der passiven Energie bei einem Leistungskoeffizienten PF < 0,8,
Währung, in der die Kosten abgerechnet werden.

Abb. 3. Verlustrechner – Einstellungen der Parameter der Energiekosten

Der Rechner kann auf Grund der laufenden Ablesungen potentielle Finanzverluste in Bezug auf Stunden, Tage, Monate oder Jahre ermitteln - je nach der ausgewählten Option. Die Verluste werden dem Benutzer sowohl in einer Leistungseinheit als auch direkt in Form von konkreten Beträgen dargestellt.

P_opt / C_opt – Leistungsverluste / Kosten, die damit am Widerstand der Leitungen zusammenhängen (bei der Annahme, dass keine höheren Harmonischen, keine Asymmetrie und keine Blindleistung vorkommen).
P_dis / C_dis – Leistungsverluste / Kosten, die damit zusammenhängen, die sich aus höheren Harmonischen ergeben.
P_unb / C_unb – Leistungsverluste / Kosten, die damit zusammenhängen und sich aus der Asymmetrie des Netzes ergeben.
P_rea / C_rea – Leistungsverluste / Kosten, die damit zusammenhängen und sich aus dem Vorhandensein der Blindleistung ergeben.
C_pf – Kosten verursacht durch einen niedrigen Leistungsfaktor (große Blindleistung)
P_tot / C_tot – Gesamtverluste / Kosten, die damit zusammenhängen (Summe der oben genannten).
P_sav / C_sav – Verluste / Kosten, die damit zusammenhängen, können durch die Verbesserung der qualitätsbezogenen Parameter eingeschränkt werden (z.B. Kompensierung der Harmonischen, Beseitigung der Asymmetrie), die sich aus dem Verhältnis P_sav = P_tot – P_opt ergeben.

Es ist anzumerken, dass es sich hier nur um ein Tool handelt, das den Benutzer unterstützt, aber auch die Mängel aufweisen kann. Deswegen muss es mit Bedacht benutzt werden. Die Abschätzung erfolgt auf Grund der Momentwerte der qualitätsbezogenen Netzparameter und basiert auf der Annahme, dass die gleichen Werte auch in der Zukunft in dem vordefinierten Zeitraum vorkommen werden. Die Ergebnisse sollten also eine Grundlage für eine tiefere Analyse in Form der Erfassung der qualitätsbezogenen Parameter in einem längeren Zeitraum an diesem Punkt der Anlage sein, damit die Prognosen bestätigt werden können, die durch den Verlustrechner ermittelt wurden. Die beiden Maßnahmen können erst ein Argument für einen Eingriff in unsere Anlage sein.

Energiekosten-Rechner

Dieses Tool ermöglicht es, den Abrechnungstarif für elektrische Energie, die durch einen bestimmten Betreiber geliefert wird, optimal auszuwählen. Im Gegensatz zum Verlustrechner, der auf den Momentwerten der qualitätsbezogenen Parameter basiert, basiert der Energiekosten-Rechner auf den Werten, die bereits in einem bestimmten Zeitraum in der Vergangenheit erfasst wurden. Wenn unter den erfassten Parametern die Wirkleistung EP vorhanden ist, können die Energiekosten gem. der durch den Benutzer bestimmten Tarifordnung ermittelt werden. Wenn der Benutzer das Angebot des Energieverkäufers kennt, kann er also verschiedene Preisvarianten eingeben und sie miteinander vergleichen.

Abb. 4. Energie-Tarifordnung – grundlegende Festlegungen

Eine gründliche Betrachtung der Spitzenzeiten des Energieverbrauchs und ihrer Zyklen kann uns wesentlich bei der Auswahl eines Tarifs des Betreibers helfen. Eine wesentliche Rolle können hier zum Beispiel die Wochenenden oder ein Arbeitsschichtsystem im Betrieb spielen. Die grundlegenden Parameter, die wir eingeben müssen, sind die Sätze, die in den jeweiligen Tarif-Zonen gelten, und die Abschnitte, in denen diese Zonen gelten.

Abb. 5. Energie-Tarifordnung – Einstellungen der Abrechnungszonen

Eine übersichtliche Schnittstelle ermöglicht es, die Tages- und Stunden-Abschnitte zu bearbeiten.

Abb. 6. Bildschirm mit Ergebnissen der Energie-Tarifordnung

Die Ergebnisse der Vergleichsanalyse werden uns direkt als Beträge präsentiert, die wir für den jeweiligen Zeitraum bei den ausgewählten Tarifen bezahlen würden. Dadurch können wir die Tarife sehr schnell auswerten und dann einen Tarif auswählen. In den Ergebnissen bekommen wir auch den Energieverbrauch in kWh für den Zeitraum, in dem die Parameter erfasst wurden. Man darf nicht vergessen, dass hier nur die Rede von der Wirkleistung ist, ohne dass eine große Menge der Blindleistung berücksichtigt wird, die einen Einfluss auf die Rechnung hat. Das wird von uns im nächsten Kapitel beschrieben.

Kompensierung der Blindleistung, Vierquadrant-Energiezähler

Es handelt sich hier nicht um die Funktionalität, die direkt in den Messgeräten Sonel PQM-707, Sonel MPI-540, Sonel MPI-540-PV verankert ist, sondern um eine Methode zur Reduzierung der Rechnungen durch den Einsatz dieser Vorrichtungen. Die entnommene aktive Energie wird direkt in den Gebrauchsbetrieb der Geräte umgewandelt. Die Blindleistung, die für einen ordnungsgemäßen Netzbetrieb erforderlich ist, erzeugt unnötige Kosten und beeinflusst die Verschlechterung der qualitätsbezogenen Netzparameter. Die Betreiber der elektrischen Energie erheben gewöhnlich die Gebühren für die Einführung der kapazitativen Blindleistung in das Netz und für die Überschreitung der zulässigen induktiven passiven Energiemenge. Ein wesentlicher Parameter ist hier der Koeffizient tgφ, mit dem das Verhältnis der induktiven passiven Energie zur aktiven Energie bestimmt wird. Wenn sein Wert überschritten wird, werden die Vertragsstrafen angerechnet. In meisten Fällen sollte der Wert von tgφ nicht mehr als 0,4 betragen. Alle genannten Messgeräte können den Energiedurchfluss unter Einsatz eines Vierquadrant-Zählers messen, wodurch nicht nur die Menge der Blindleistung, sonder auch ihr Charakter ermittelt werden kann. Es ist eine Grundlage für die Kompensierung durch den Einsatz der Kondensatoren-Batterien (bei induktiver Blindleistung) oder der Batterien von Kompensierungsdrosseln (bei kapazitativer Blindleistung).

Abb. 7. Bildschirm mit der Konfiguration der Parameter des Erfassungsgeräts

Vor der Inbetriebnahme des Erfassungssystems ist das Messgerät entsprechend an die Anlage unter Verwendung der Stromzange anzuschließen, die standardmäßig im Lieferumfang des Messgerätes enthalten sind. Eine einfache Schnittstelle ermöglicht die Konfiguration verschiedener Varianten des Netzlayouts mit grundlegenden Parametern.

Die immer teurer werdende Energie scheint nicht vorläufig zu sein. In dieser Situation ist es wichtig, zu merken und zu überprüfen, ob der Energieverbrauch in unserer Anlage optimal ist. Die oben genannten Tools ergänzen sich gegenseitig und sind nicht die einzigen Methoden zur Erzielung der Ersparnisse. Wir können sie aber dank den Funktionalitäten erreichen, die in den Messgeräten Sonel MPI-540, Sonel MPI-540-PV und Sonel PQM-707 implementiert wurden. Bei einem eventuellen Einkauf darf man nicht vergessen, dass beide Geräte viel größere Möglichkeiten bei den Messungen und bei der Diagnostik der elektrischen Anlagen haben, die in Betracht gezogen werden könnten. Hier präsentieren wir nur die Geräte, dank denen die Optimierung der Energiekosten unterstützt werden kann.

Autor:
Tomasz Gorzelańczyk
Produktmanager, SONEL S.A.

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In der Zeit der steigende Medienpreise ist jede Ersparnis sehr gewünscht. Möchten Sie geeignete Maßnahmen ergreifen, um Ihre Energiekosten zu optimieren? Beispiele für die Anwendung von Sonel-Produkten im Bereich der Verbesserung der Energieeffizienz finden Sie auf: Energieeffizienz – Energie sparen!