Nachhaltigkeit in der Niederspannungs-Energieverteilung

Antworten auf diese Herausforderung bieten effiziente Lösungen und Produkte zum Monitoring, zur Verteilung und zur Steuerung von elektrischen Energieflüssen. Immer mehr Unternehmen, Bauherren und Betreiber legen Wert auf Nachhaltigkeit, nicht zuletzt vor dem Hintergrund der von der EU-Kommission aktuell festgelegten Vorgaben und Anreize für nachhaltiges Wirtschaften (EU Green Deal, EU-Taxonomie). Im Gegenzug stellen sie an ihre eigenen Lieferanten und Lieferketten entsprechende Ansprüche.

Unterstützung auf dem Weg zu mehr Nachhaltigkeit

Aufschlussreich ist an dieser Stelle der Blick auf das durchschnittliche CO₂-Äquivalent (Global warming potential, GWP) der drei Phasen des Produkt-Lebenszyklus: Der mit Abstand höchste Anteil von bis zu 90 % und mehr entfällt – wenig überraschend – auf die Nutzungsphase, die bei elektrischen Komponenten weit über 20 Jahren betragen kann. Dies ist vor allem auf den Energieverbrauch des Produktes zurückzuführen.

Die Herstellungsphase ist bei dem heute üblichen Strommix hingegen weniger dominant. Allerdings wird die Bedeutung der Herstellungsphase bei einem in Zukunft zu erwartenden grünerem Strommix steigen. Nicht zu vernachlässigen ist weiterhin die dritte Phase des Produkt-Lebenszyklus am Lebensende (»end of life«). Hier geht es darum, Deponieabfälle zu vermeiden und die Produkte durch moderne Konzepte der Kreislaufwirtschaft dem Wertstrom wieder hinzuzufügen.

Produkte und Lösungen tragen damit umso mehr zur Realisierung von Nachhaltigkeit bei, je ressourcenschonender sie im laufenden Betrieb arbeiten und je wirkungsvoller sie zur allgemeinen Effizienz beitragen. Hier setzt Siemens an, indem das Unternehmen seine Kunden auf der gesamten Wegstrecke zu mehr Nachhaltigkeit begleitet. Speziell in Bezug auf Niederspannungs-Energieverteilung und industrielle Schalttechnik sind dabei vier Bereiche relevant: Planung & Engineering, Implementierung, Betrieb & Monitoring sowie das Ende des Produkt-Lebenszyklus.

Ansatzpunkte bei Planung & Engineering

Das Netzberechnungstool »Simaris design« zum Beispiel zeigt die zu erwartende Verlustleistung der gesamten konzipierten Energieverteilungsanlage an und zwar bezogen auf jeden einzelnen Stromkreis, jedes Gerät und jede Leitung. Auf dieser transparenten Datenbasis kann der Planer dann unterschiedliche Szenarien vergleichen und die nachhaltigste Lösung auswählen. Ein Beispiel: Kann statt eines »Sentron«-Kompaktleistungsschalters 3VA12 (250 A) mit thermisch-magnetischer Auslöseeinheit ein alternatives Modell 3VA22 mit elektronischer Auslöseeinheit eingesetzt werden, reduziert sich die Verlustleistung der Komponente um 16 %.

Auch die Software »Control Panel« – eine Funktion im TIA Selection Tool – unterstützt bei der effizienten Planung von industriellen Steuerschränken. Überdimensionierung und falsche Auswahl von Komponenten werden durch im Tool gespeichertes Dimensionierungs- und Normenwissen vermieden.

Transparenz bei der Komponentenauswahl gewährleistet auch eine Umwelt-Produktdeklaration (Environmental Product Declaration, EPD), wie sie Siemens inzwischen für viele »Sentron«- und »Sirius«-Produkte anbietet. Das Dokument informiert detailliert über alle umweltrelevanten Parameter eines Produkts wie etwa Materialzusammensetzung, Recyclingfähigkeit oder CO₂-Fußabdruck. Zudem verfügt das gesamte CE-zertifizierte Produktportfolio von Siemens über eine WEEE-Kennzeichnung gemäß der europäischen Richtlinie 2012/19/EU (Waste of Electrical and Electronic Equipment, in Deutschland umgesetzt als Elektrogesetz, ElektroG).

Ansatzpunkte bei der Implementierung

Viele Schutz- und Schaltgeräte sind heute entweder kleiner als ihre Vorgänger oder sie bieten bei identischen Abmessungen mehr Funktionen. Die »Sentron« FI/LS-Schalter 5SV1 etwa vereinen Fehlerstrom- und Überlastschutz in einer Teilungseinheit (TE), was einem um 50 % reduzierten Platzbedarf bzw. Materialeinsatz im Schaltschrank entspricht. Da auf einen zusätzlichen FI-Schutzschalter verzichtet werden kann, lassen sich bei identischer Schutzwirkung vier TE pro sechs Stromkreise einsparen. In der industriellen Schalttechnik ermöglicht die Hybridschalttechnik der kompakten »Sirius« Sanft- und Motorstarter ebenfalls Platzeinsparungen im Schaltschrank von 50 % bis zu sogar 75 % gegenüber herkömmlichen Lösungen. Die bestehenden Hutschienen können bei einem Retrofit jeweils problemlos und ohne Umbauten weitergenutzt werden.

Ansatzpunkte bei Betrieb & Monitoring

In den letzten Jahren sind die Strompreise bekanntermaßen explodiert. Nicht nur aus dem Wunsch nach einer nachhaltigen Unternehmensführung heraus steigt damit für energieintensive Industriebetriebe jeder Größe, aber auch für die Betreiber von Gebäuden und Infrastrukturen der Druck, den Verbrauch an elektrischer Energie zu reduzieren und dadurch Kosten zu senken. Die notwendige Grundlage für entsprechende Optimierungsmaßnahmen legt ein systematisches Energiemonitoring, wie es Siemens mit dem »Sentron digital«-Portfolio ermöglicht: Dieses umfasst die komplette Hard- und Software zur Erfassung, Visualisierung und Auswertung der entsprechenden Energiedaten – von den Feldgeräten bis zur Cloudlösung.

Für mehr Nachhaltigkeit sorgt aber auch eine Upgrade-Fähigkeit von Schutz- und Schaltgeräten. Beispiel: offene Leistungsschalter. Sie sind die Langstreckenläufer unter den Niederspannungs-Produkten. Siemens-Leistungsschalter sind für bis zu 30.000 Schaltspiele ausgelegt und erfordern dabei nur eine Inspektion pro Jahr. Ihre potenzielle Lebensdauer liegt unter Laborbedingungen nachweislich bei mehr als 100 Jahren.

In der Praxis sind herkömmliche Leistungsschalter aber durchschnittlich oft nur rund zehn Jahre im Einsatz. Aus einem einfachen Grund: Was vor zehn Jahren als »State of the Art« galt, wird heutigen Standards kaum mehr gerecht. Die »Sentron« offenen Leistungsschalter 3WA begegnen dieser herausfordernden Situation, indem sie sich flexibel an kommende Aufgaben anpassen lassen, ohne dass sie physisch ausgetauscht werden müssen. Die Voraussetzung dafür schaffen webbasierte Upgrades.

Mit bewährten Methoden wie Redundanz, Selektivität und präventiver Instandhaltung lässt sich in der elektrischen Energieverteilung ein hoher Grad an Anlagenverfügbarkeit gewährleisten. Kosten und Aufwand sind dabei allerdings hoch. Die Digitalisierung eröffnet auch hier effizientere Alternativen, um Stillstände und dadurch bedingte Ausfallkosten zu vermeiden: Eine systematische Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) schafft die Voraussetzung für eine vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance). Auch bei Komponenten und Systemen in der elektrischen Energieverteilung lassen sich entsprechende Konzepte gewinnbringend realisieren. Die technische Voraussetzung dafür ist ein systematisches, datenbasiertes Condition Monitoring, das heißt eine automatische Zustandsüberwachung von Anlagen und Geräten.

Den gesamten Produkt-Lebenszyklus im Blick

Als Zulieferer wie auch als Unternehmen insgesamt hat sich Siemens auch selbst hohe Nachhaltigkeitsziele gesetzt. Vor diesem Hintergrund arbeitet das Unternehmen konsequent daran, die negativen Auswirkungen auf die Umwelt für jedes einzelne Produkt zu minimieren. Denn das Thema Nachhaltigkeit ist auch in Bezug auf die Komponenten, Anlagen und Systeme der Niederspannungs-Energieverteilung und der industriellen Schalttechnik sehr komplex. Eine ganzheitliche Perspektive geht dabei weit über den Aspekt Energieeffizienz hinaus. Vielmehr betrachtet ein solcher umfassender Ansatz in drei Phasen den gesamten Lebenszyklus eines Geräts von der Herstellung über den Betrieb bis zur Entsorgung, wobei die Nutzungsphase heute die größte Rolle spielt.

Autor: Christopher Warter, Produkt Manager, Siemens Smart Infrastructure – Electrical Products