Energiesparmöglichkeiten in Sägereien

Einleitung

Energieanalyse

Energiesparen

Technologien

Zusammenfassung

Energie-ERFA des SHIV

Literaturhinweise

Zielwerte für Prozesse in Sägereien

Verbrauchsstatistik

Vorgehen bei den Grobanalysen

Resultate der Energieanalysen

Verallgemeinerung der Resultate

Rundholzbereich

Sägen und Trennen

Entsorgung

Trocknung

Nachbearbeitung

Energiekosten

Holztrocknung und Heizungsanlage

Optimierung der Absauganlage

Druckluft und elektrische Antriebstechnik


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© GLOOR ENGINEERING, CH-7434 SUFERS, 7. JULI 1996


Statistik

Die Sägereien der Schweiz benötigen für die Verarbeitung von 2 Millionen Festmeter ( 1 fm = 1 m³ Rundholzeinschnitt) etwa 60 Millionen kWh Strom pro Jahr. Dafür bezahlen sie 12 Millionen Franken an die Elektrizitätswerke (Durchschnittspreis 0.20 Fr./kWh). Die spezifischen Stromkosten pro Festmeter sind recht unterschiedlich:

 
Verteilung der spezifischen Stromkosten in 95 schweizerischen Sägereien.

In den untersuchten Betrieben liegt im Bereich Sägerei der spezifische Stromverbrauch bei 6 bis 21 kWh/fm. Er variiert um den Faktor 4 und grössere Sägereien sind im Mittelfeld. Angesichts dieser Unterschiede sind erhebliche Stromsparmöglichkeiten zu erwarten.

 
Vergleich des spezifischen Stromverbrauchs "Sägerei" von 13 Sägewerken.


Vorgehen bei der Grobanalyse

Der Wärmeverbrauch ist im allgemeinen für eine Sägerei kein Thema, weil kein Mangel herrscht. Alle untersuchten Betriebe bezogen ihre Wärme aus den eigenen Holzabfällen, jeder Zweite versorgt mit der Holzheizung zusätzlich betriebsfremde Objekte mit Wärme. In einer üblichen Sägerei ist die Werkhalle nicht beheizt, hingegen die Werkstatt und das Büro. Am meisten Wärme benötigt die technische Holztrocknung.

Von Interesse, und darum auch Thema der folgenden Ausführungen, ist die Elektrizität. Bei der Grobanalyse versuchte man Ende 1995 mit Messungen den Stromverbrauch der einzelnen Maschinen zu bestimmen. Dazu wurden mit einem Leistungsmessgerät die Abgänge im Verteilschrank gemessen. Als Messgerät diente ein EMU 3.x7 mit drei Stromzangen vom Typ LEM 125/250/500A. Bei der Messung nahm man die Leistung der Anlagen im Leerlauf und im Betrieb auf. Bei unterschiedlichen Lastzuständen wurde die Energieaufnahme über einen Zyklus gemessen und dann durch die Zykluszeit geteilt. Foto: Der Autor am messen. Die mittlere Leistungsaufnahme unter Last war bei allen Bearbeitungsanlagen tiefer (oft weniger als die Hälfte) als die Nennleistung der Motoren. Bei einigen Installationen konnte nicht festgestellt werden, welche Leitungen zu welcher Maschine gehören. Bei den grösseren Maschinen sind oft für den Hauptantrieb und die zugehörige Mechanisierung mehrere Abgänge vorhanden.

Anhand von Beobachtungen und Befragungen im Betrieb wurde abgeschätzt, wie gross der Lastanteil ist. Bei den meisten Anlagen konnte festgestellt werden, dass sie oft auch im Leerlauf liefen (Unterbrüche im Betriebsablauf). Zusammen mit den jährlichen Betriebsstunden errechnete man mit diesen Werte der jährliche Energieverbrauch der einzelnen Maschinengruppen. Die einzelnen Werte wurden dann soweit angepasst, bis der errechnete Stromverbrauch dem wirklichen Jahresverbrauch entsprach.

Die Leistungen aller Maschinen wurde zusammengezählt. Die Summe musste grösser als die wirkliche Spitzenlast sein. Aus dem Verhältnis Summe der Maschinenleistungen zur Spitzenlast kann abgeschätzt werden, welche Maschinen gleichzeitig laufen und welches Sparpotential für ein Spitzenlastmanagement vorhanden ist.

Ein Vergleich der verschiedenen Maschinen anhand der Leistungsaufnahme unter Last ist schwierig, weil dazu der Werkzeugzustand, die Holzqualität und die Betriebswerte festgelegt werden müssten. Die interessante Grösse ist aus diesem Grund die Leerlaufleistung. Mit ihr lässt sich die energetische Qualität der verschiedenen Anlagen vergleichen.


Resultate der Grobanalyse

Die Resultate der Stromverbrauchsmessung wurden für jede Sägerei separat in einer Tabelle dargestellt und mit dem Betriebsleiter besprochen. Es wurde versucht, pro Bereich den spezifischen Stromverbrauch zu ermitteln. Es wäre nun aber falsch, daraus das konkrete Stromsparpotential für den einzelnen Betrieb abzuleiten. Zu viele Parameter beeinflussen die Sanierungsmöglichkeiten, allen voran die Wirtschaftlichkeit. Für eine weitere Differenzierung der Vergleichswerte müsste eine grössere Anzahl von Betrieben untersucht und eine kompliziertere Struktur aufgebaut werden.

Der spezifische Stromverbrauch (kWh/fm und kWh/m³) eignet sich aber für die Orientierung. Er kann für die Betriebsführung (Stichwort Energiebuchhaltung) und als Richtgrösse bei Sanierungen und Neuanlagen herangezogen werden.

Am einzelnen Betrieb kann aber aufgezeigt werden, für was wieviel Strom gebraucht wird. Im folgenden werden die Messergebnisse von drei Sägereien gezeigt:

Betrieb 1 Messung Energie
Anlage Betriebsstunden Last Leerlauf Lastanteil Leerlauf Total Anteil
Einheit h/a kW kW % kWh/a kWh/a %
Sägerei 6'600 fm/a = 19 kWh/fm 62'391 123'773 46%
Sortierwagen 800 20 9 80% 1'440 14'240 5%
Entrindung 300 13 9 90% 270 3'834 1%
Rindenmühle 300 12 6 90% 165 3'405 1%
Blockbandanlage 1'950 30 6 30% 8'190 25'740 10%
Mechanisierung 1'950 14 6 10% 9'653 12'383 5%
Besäumer 1'250 15 5 30% 4'375 10'000 4%
Sägemehlventilator 1'950 14 14 20% 21'372 26'715 10%
Hackanlage 1'300 27 19 30% 16'926 27'456 10%
Trocknen 2'000 m³/a = 54 kWh/m³ 48'900 108'300 40%
Trocknungsanlage 7'800 12 12 50% 46'800 93'600 35%
Heizung 3'000 14 1 30% 2'100 14'700 5%
Nachbearbeitung 1'300 m³/a = 12 kWh/m³ 1'350 15'600 6%
Diverse   10'902 22'327 8%
Summe   293 125   123'543 270'000 100%
Elektrizitätswerk 75 kFr. 160 Spitze     270'000 Arbeit

Eine Sägerei welche 6600 fm im Jahr auf der Blockbandanlage sägt. Die Entsorgung (Sägemehlventilator und Hackanlagen) brauchen mehr Strom als die Blockbandanlage und der Besäumer.

 

Betrieb 2 Messung Energie
Anlage Betriebsstunden Last Leerlauf Lastanteil Leerlauf Total Anteil
Einheit h/a kW kW % kWh/a kWh/a %
Sägerei 4'000 fm/a = 9 kWh/fm 7'540 36'340 26%
Rundholzförderer 100 6 2 20% 120 240 0%
Gattersäge 600 36 18 70% 3'240 18'360 13%
Besäumer 600 20 8 60% 1'800 9'000 6%
Sägemehlventilator 600 14 13 70% 2'340 8'220 6%
Hackanlage 100 6 2 80% 40 520 0%
Trocknen 1'000 m³/a = 90 kWh/m³ 9'104 90'464 65%
Nachbearbeitung 600 m³/a = 14 kWh/m³ 847 8'692 6%
Diverse   1'100 3'300 2%
Summe   256 71   18'591 138'796 100%
Elektrizitätswerk 33 kFr. 190 Spitze     140'000 Arbeit

Für 4000 fm/a auf dem Gatter wird relativ wenig Strom benötigt, dafür sehr viel für die Holztrocknung.

 

Betrieb 3 Messung Energie
Anlage Betriebsstunden Last Leerlauf Lastanteil Leerlauf Total Anteil
Einheit h/a kW kW % kWh/a kWh/a %
Sägerei 4'200 fm/a = 21 kWh/fm 21'400 87'000 70%
Sortierwagen 500 20 8 80% 800 8'800 7%
Gattersäge 1'000 50 30 80% 6'000 46'000 37%
Besäumanlage 800 15 10 30% 5'600 9'200 7%
Sägemehlventilator 1'000 10 10 80% 2'000 10'000 8%
Hackanlage 500 40 20 30% 7'000 13'000 10%
Trocknen 1'000 m³/a = 26 kWh/m³ 12'000 25'600 20%
Nachbearbeitung 420 m³/a = 21 kWh/m³ 1'560 8'700 7%
Diverse   1'300 3'700 3%
Summe   238 99   36'260 125'000 100%
Elektrizitätswerk 30 kFr. 120 Spitze     125'000 Arbeit

Die hohen Betriebsstunden auf der Gattersäge für 4200 fm/a verursachen einen überdurchschnittlichen Stromverbrauch, dafür wird relativ wenig für die Ventilatoren der Holztrocknungsanlage benötigt.


Stromverbrauch in einer Sägerei

Die Sägewerke wurden in die Bereiche Sägerei, Trocknen, Nachbearbeitung und Diverse unterteilt. In den Bearbeitungsstufen werden je nach Betrieb unterschiedliche Holzmengen und Qualitäten verarbeitet.

 

Typischer Stromverbrauch bei holzverarbeitenden Betrieben.

Zählt man den Stromverbrauch der Infrastruktur (Sortierwagen, Entsorgung, Trocknen ...) ab, so macht die eigentliche Holzbearbeitung (entrinden, sägen, besäumen, hobeln) nur noch etwa 20% aus. Zieht man davon noch die Verluste in den Maschinen (Leerlaufverluste) ab, so benötigt der eigentliche Prozess nur rund 10% des Stromverbrauchs einer Sägerei.

Wenn die eigentliche technische Prozessenergie nur einen Bruchteil des Stromverbrauchs ausmacht, so ist physikalisch gesehen mit erheblichen Energiesparmöglichkeiten zu rechnen.

Die bisherigen Auswertungen zeigen nur den Stromverbrauch pro Bereich, sie geben aber keine konkreten Hinweise auf die Energiesparmassnahmen. Wichtig für die Umsetzung sind die Ergebnisse, welche aus der Beobachtung in den Betrieben, den Messungen und den Diskussionen in der ERFA gezogen werden können.


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