Modernisierung des Kesselhauses mit VLT® AQUA Drive spart Unilever 25% Energie

Die Untersuchungen von Unilever zur Effizienz des bestehenden Kesselhauses im Jahr 2009 zeigten, dass ein innovativer Ansatz zur Erneuerung des Kesselhauses eine Verringerung der CO₂-Emissionen um 25% erreichen kann.

Unilever in Rotterdam ist eine der größten Margarinefabriken der Welt und produziert neben den berühmten Produkten der Marke Calvé mehr als 200.000 Tonnen pro Jahr. Die Prozesse sind energieintensiv und erfordern für Wärme (Dampf und Warmwasser), Druckluft und Kühlung viel elektrische Energie. Ein Kesselhaus liefert einen Großteil des Energiebedarfs der Anlage. Eigene  Untersuchungen zeigten, dass sich die die CO₂-Emissionen des bestehenden Kesselhauses durch einen innovativen Ansatz zur Erneuerung des Kesselhauses um 25% senken ließen. Das Projekt liefvon  Anfang 2010 bis September des gleichen Jahres, als das neue Kesselhaus in Betrieb ging. 

Heute werden 1,6 MW elektrische und 2 MW thermische Energie mit einer Caterpillar-Kraft-Wärme-Kopplungsanlage (KWK-Anlage) erzeugt. Die Wärme wird zur Bereitstellung der Prozesswärmeversorgung bei 90 °C im Werk verwendet. Trotzdem benötigen viele Produktionsprozesse immer noch einen Heizkessel, um 6,5 Tonnen Dampf pro Stunde bei 12 bar zu erzeugen. Drei intelligent gesteuerte Luftkompressoren mit einer installierten Gesamtleistung von 500 kW stehen bereit.

Zudem kommen auch sechs Kältekompressoren zum Einsatz, deren Abwärme eine Wärmepumpe zurückgewinnt, die die Zentralheizung und das Warmwassersystem des Gebäudes versorgt.

SCADA-System

Hellebrekers Technieken entwickelte und installierte ein komplett neues ViSpro SCADA-Überwachungssystem für die Steuerung, Überwachung und den Betrieb des gesamten Kesselhauses.

Neben den üblichen Funktionen eines solchen Systems verfasste Hellebrekers kundenspezifische "Energieseiten" zur Überwachung und Protokollierung des Energieverbrauchs. Unilever kann so Energiewerte auf einen Blick mit Werten aus einer vorangegangenen Periode oder mit derselben Periode aus dem Vorjahr vergleichen. Dies lässt eine aktive Steuerung der Prozesse zu, um den Energieverbrauch und die CO₂-Emissionen noch weiter zu reduzieren.

Warmwasserverteilung

Zur Verteilung der erzeugten Wärme nutzt Unilever heißes Wasser. Es wird im Heizraum auf verschiedene Temperaturen erhitzt und in Puffertanks gespeichert. Zwei- oder dreifache Kreiselpumpensätze pumpen das Wasser um.

Es gab drei Hauptaspekte für das Pumpensystem:

• Das System musste so ausgelegt werden, dass das gesamte System nicht durch den Ausfall einer einzelnen Systemkomponente ausfällt.
• Die Energieeinsparung war der Hauptgrund für die Kesselhaussanierung, weshalb die Pumpeneffizienz maximiert werden musste.
• Die Wartung des Systems sollte möglich sein, ohne dass die Prozesse heruntergefahren werden müssen.

Ein Danfoss VLT® AQUA-Antrieb mit einem VLT® Extended Cascade Controller MCO 101 sorgt für die effiziente Steuerung der Pumpen. Eine externe 24-V-Versorgung stellt sicher, dass bei Ausfall des 400-V-Netzes die Steuerkreise eingeschaltet bleiben und die Profibus-Kommunikation ausgewählt wird, damit das SCADA-System alle Daten innerhalb des Systems weiter überwachen kann.

Dezentrale Steuerung

Die Wahl eines dezentralen Systems bietet zahlreiche Vorteile. Es erlaubt bestimmten Teilprozessen, unabhängig zu arbeiten. Zudem stellen die Systeme nur die für andere Prozesse erforderlichen Daten für den Import und Export zur Verfügung.

Der gesamte Prozess lässt sich in kleinere Teilprozesse unterteilen, was die Erfassung und Kontrolle wesentlich vereinfacht. Din ausgereiftes System zur Steuerung aller verfügbaren Standardfunktionen sparte Zeit bei Entwicklung, Engineering und  Debugging der Steuerungssoftware.

Pumpenkaskadensteuerung

Drei Pumpen arbeiten parallel, um eine ausreichende Kapazität zum Umwälzen des Warmwassers sicherzustellen. Ein Drucktransmitter steuert die Pumpen, der direkt mit der Kaskadensteuerung in einem der Frequenzumrichter verbunden ist. Eine Kaskadenregelung sorgt jederzeit für den richtigen Druck. Die Unilever-Installation besitzt Kaskadenkonfigurationen mit zwei und drei Pumpen, wobei die bewährte Danfoss-Pumpenkaskadensteuerung bis zu acht Pumpen steuern kann.

50% Reserve

Die drei Pumpen in diesem System sind so dimensioniert, dass sie 150% der berechneten Leistung erfüllen, so dass schon bei zwei laufenden Pumpen die volle Leistung erreicht wird. Um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten, legte Unilever das System mit einer Reserve von 50% aus, sodass bei einem Ausfall einer der drei Pumpen die Kapazität von 100% erhalten bleibt.

Betriebsstunden gleichmäßig verteilt

Die Intelligenz des integrierten Kaskadensystems verteilt die Betriebsstunden gleichmäßig auf die drei Pumpen. Bei einer Änderung der Kapazität oder eines eingebauten Kalenders stellt der Controller die einzelnen Pumpen als "Master" oder "Follower" ein.

Während des Betriebs kann der Bediener eine Pumpe auch manuell abschalten. Die Pumpensteuerung erkennt dies anhand des Druckabfalls und schaltet automatisch auf eine andere Pumpe um.

Prozessdaten

Alle Prozessdaten wie gemessener Druck, Sollwert, Durchfluss, Betriebsstunden usw. werden über den Profibus an das SCADA-System weitergeleitet, wo sie zu Steuerungs- und Überwachungszwecken verwendet werden können.

Durchflusskompensation

Der Danfoss VLT® AQUA Drive bietet eine Reihe von internen Softwarefunktionen, um sicherzustellen, dass Energieeinsparungen optimiert werden. Der eingebaute Durchflussausgleich sorgt dafür, dass auch kleine Druckminderungen eingestellt werden. Beispielsweise kann ein Betrieb bei einem Druck von 3 bar in Ordnung sein. Sollten aber 2,8 bar ebenso ausreichen, lässt sich die Anwendung damit aber wirtschaftlicher betreiben. Das System kann dies unabhängig steuern.

Inbetriebnahme mit dem VLT® Software Tool MCT10

Die Inbetriebnahme der Antriebe erfolgte unter Berücksichtigung der gewünschten Werte des Kunden mit der PC-Software VLT® MCT10 extrem einfach. Die Installation war innerhalb einer Stunde betriebsbereit und nach einigen geringfügigen Anpassungen in der folgenden Woche wurde die Steuerung optimiert.