Die Erfassung aller Verbrauchsdaten und der Abgleich mit der Energieproduktion ist Voraussetzung für digitalisierte energieeffiziente Anwendungen.
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In der Produktion 4.0 werden alle Bereiche gemessen und vernetzt. "Die Vernetzung aller Domänen (z. B. Markt, Netzbetrieb, Privatkunden, Industrie und Gewerbe, Dienstleistungssektor) des Energiesystems durch die Digitalisierung erfordert den interdisziplinären Austausch von Fachleuten, um vorhandene Kompetenzen bündeln zu können, Innovationen zu entwickeln und diese gewinnbringend zu nutzen. Das zukünftige Energiesystem benötigt Interdisziplinarität, interdisziplinäre Fachleute und inhaltliche Vernetzung", beschreibt Springer Vieweg-Autor Maximilian Irlbeck eine wesentliche Herausforderung auf Seite 138 seines Buchkapitels Digitalisierung und Energie 4.0 – Wie schaffen wir die digitale Energiewende?
Voraussetzung für diese Vernetzung ist die Messung aller wesentlichen Produktionskomponenten. So können Energieströme je nach Produktionseinheit oder bezogen auf einzelne Produkte genau verfolgt und optimiert werden. Drei Ansätze, die derzeit schon praktiziert werden, werden hier vorgestellt.
Simulation von Alternativen
Das Thüringer Beratungsunternehmen Geon geht in vier Schritten vor: Analyse, Monitoringkonzepte, Management und Erzeugung. Die Analyse nimmt alle wesentlichen Daten der vorhandenen Situation auf. In einem Monitoring werden diese simuliert und gleichzeitig Alternativen erprobt. Diese wiederum werden auf das Produktionsmanagement ausgedehnt. Wenn es erforderlich ist, werden Energieerzeugung oder Energiebezug verändert.
Zur Anwendung kam dieses System bisher bei mehreren Mittelständlern, die im Schnitt einen Bedarf von vier bis fünf Millionen Kilowattstunden Strom haben. Der Schwerpunkt liegt dabei in der Metall- und Kunststoffindustrie. So wurde bei einer Firma die Granulattrocknung optimiert, was eine Einsparung von 56 Prozent oder 95.000 Kilowattstunden im Jahr ermöglicht. Bei einem Metallverarbeiter wurde aufgrund der Messungen ein energieeffizienter Laser angeschafft, der nun 160.000 Kilowattstunden im Jahr oder 26.000 Euro einspart.
Bei der Eon-Tochter Eon Contracting Energies wird ähnliches angegangen, aber mit anderem Aufwand. Hier sorgen nicht überall Messungen für Klarheit, sondern die Messgeräte werden nur an den Unterverteilern angebracht. Damit können Lastsprünge unterschiedlichen Verbrauchern zugeordnet werden, ohne überall Zähler einzubauen. Anhand einer Analyse wird dem Kunden dabei ein Einsparversprechen von in der Regel 10 Prozent gemacht, das auch immer eingehalten wird. In einzelnen Gewerken können die Einsparungen sogar bis 60 Prozent betragen.
Aufgrund der Messungen wird das Energiesystem optimiert oder ausgetauscht. Betroffen davon sind alle in einer Produktion vorstellbaren Medien wie Gas, Wasser, Kälte, Prozesswärme oder Druckluft. Begonnen wird allerdings meist mit einfachen Maßnahmen wie der Beleuchtungsoptimierung oder Heizungseinstellung. Eon übernimmt dann normalerweise für sieben Jahre die Anlagen als Contractor, ist also schon deswegen interessiert, dass die Einsparungen eingehalten werden.
Lastverschiebungen helfen sparen
Bei Bertelsmann-Tochter Arvato gibt es ein anderes Vorgehen. Das Augenmerk liegt hier auf einem Flexibilitätsmanagement mit der Verschiebung von Produktionsspitzen in Lastsenken. Voraussetzung dafür ist nicht nur zu wissen, wo in der Produktion welche Energiemengen gebraucht werden, sondern auch, wann Lastspitzen in der Stromerzeugung auftreten und diese genutzt werden können. So wurden von dem Unternehmen 380 Baumärkte einer Kette in Deutschland mit insgesamt 80.000 Messpunkten ausgestattet. Danach wurde der Energiebezug optimiert und 20 Prozent der Energiekosten eingespart.
"Viele Unternehmen erwarten sich durch den Einsatz von MES (Manufacturing Execution System) hohe Effizienzsteigerungen im Produktionsvollzug. Mit Hilfe der Simulation sind reale Produktionssysteme virtuell zu modellieren und mit den in MES gesammelten Prozessdaten zu befüllen", beschreiben die Springer Gabler-Autoren Herwig Winkler, Gottfried Seebacher und Bernhard Oberegger in ihrem Buchkapitel Effizienzbewertung und -darstellung in der Produktion im Kontext von Industrie 4.0 auf Seite 220 das analytische Vorgehen bei solchen Projekten.