Bild 01: Die Netzvisualisierungssoftware Gridvis im Einsatz bei den Quarzwerken in Frechen (Quelle: Martin Witzsch)
Quarzwerke ist ein mittelständisches Familienunternehmen mit über 140-jähriger Erfahrung in der Gewinnung, Aufbereitung und Veredelung von Industriemineralien. Die mittlerweile global agierenden Quarzwerke haben ihre Wurzeln in Frechen, westlich von Köln, wo 1884 der erste Standort des Traditionsunternehmens entstand. Das dortige Quarzsandvorkommen, das primär aus dem namensgebenden Mineral Quarz und damit aus Siliziumdioxid besteht, ist eines der bedeutendsten in Europa. Obwohl Siliziumdioxid sehr häufig vorkommt, ist es in der Reinheit von über 99 % und Menge wie in Frechen sehr selten. Der Quarzsand dient als Rohstoff vor allem für die Glas- und die Gießerei-Industrie (Bild 2).
Die nötigen Prozesse, wie der Abbau, die Nassaufbereitung und die Trocknung, sind energieintensiv. Besonders teuer sind dabei die Lastspitzen. Deshalb entwickelte Manfred Schaffgans schon 2009 in Eigenregie ein erstes Spitzenlastmanagement, um den Stromverbrauch zu glätten.
Er ist seit fast vier Jahrzehnten bei den Quarzwerken beschäftigt. Als verantwortliche Elektrofachkraft für den Standort leitet er die Instandhaltung und spezielle Projekte. Er beschreibt die Bemühungen, den Energieverbrauch zu regulieren: „Wir haben früh angefangen, weit bevor es Forderungen vom Gesetzgeber gab. Wir konnten durch Vergleichmäßigung von „Base to Peak“ unsere Spitze im ersten Schritt von 6,4 MW auf 5,2 MW senken. Inzwischen sind wir bei 4,5 MW.“ Einer dieser Schritte war die Entkopplung der beiden energieintensiven Prozesse Gewinnung und Nassaufbereitung. Früher musste das gleichzeitig passieren. Durch den Bau von Silos konnte man diese beiden Großverbraucher entkoppeln. „Wir können in einer Schicht die Gewinnung mit 1 MW laufen lassen. Danach läuft in der zweiten Schicht die Nassaufbereitung mit 1,3 MW. Ohne die Silos benötigten wir an die 2,5 MW Leistung“, erläutert M. Schaffgans.
Automatisierung und Messtechnik für den Umstieg auf erneuerbare Energien
Maßnahmen wie die Entkopplung sorgen zwar dafür, dass die teuren Lastspitzen entfallen – sie ändern aber nichts an dem prozessbedingt hohen Gesamtverbrauch an elektrischer Energie und Wärme mit einem entsprechenden CO2-Fußabdruck.
Mit dem vermehrten Einsatz an erneuerbaren Energien wird der Carbon-Footprint allerdings deutlich gesenkt. Ein wesentlicher Baustein in Frechen ist ein eigener PV-Park mit einer installierten Nennleistung von 6,5 MWPeak (Bild 3) und ein Blockheizkraftwerk (BHKW) mit einer maximalen elektrischen Erzeugungsleistung von 2 MW. Während die Wärme zur Trocknung der Sande genutzt wird, fließt der parallel erzeugte Strom in die weiteren Anlagenprozesse. Dadurch ist das BHKW hocheffizient und optimiert damit schon seit Langem den Carbon-Footprint des Werks.
Ein langjähriger Partner der Quarzwerke ist die Firma Atcom. Als Experte für industrielle Automatisierung begleitet sie die Weiterentwicklung der verschiedenen Standorte. Vor Kurzem hat der Messtechnikspezialist Janitza [1] das Unternehmen übernommen. Er wird damit im Rahmen des Projektgeschäfts seinen Kunden einen noch besseren Service bieten. Mit dem Kauf wechselt auch Projektleiter Guido Müllers zu Janitza, der die Entwicklung begrüßt: „Janitza hat die Schwerpunkte Energie, Messtechnik, Lastmanagement und Monitoring. Die beiden Welten ergänzen sich gut. Beispielsweise bewirkt ein Lastmanagementsystem, dass eine Anlage ab- oder zugeschaltet wird. Da wir aus der Automatisierung kommen, sind wir für diese Arbeiten sehr gut geeignet. Wir kennen die Steuerungen des Kunden und programmieren entsprechend die Logikfunktionen, die Grenzwertüberwachung etc.“ Der Drei-Schicht-Betrieb im Werk Frechen wird von Montag bis Samstagmorgen von gerade einmal 30 Mitarbeitern bestritten. Außerdem können Lkw-Fahrer am Samstag per Karte eine automatische Verladung starten. Das ist nur möglich, weil der Standort Frechen hochautomatisiert ist. Rund 40 SPS, die größten mit bis zu 400 EA – 500 EA, sorgen für einen reibungslosen Ablauf. Für den Einstieg in einen klimaneutralen Betrieb ist deshalb ein profundes Wissen über die Anlagensteuerung unabdingbar.