- IT&Production - https://www.it-production.com -

Energiebewusste Produktionsplanung

Regenerative Energiequellen im Fokus

Energiebewusste Produktionsplanung

Die Industrie setzt, auch getrieben durch Regularien wie das Treibhausgas-Emissionshandelsgesetz, verstärkt auf den Einsatz regenerativer Energiequellen. Ein Prototyp in der SAP Future Factory in Dresden verdeutlicht, wie bereits in der Produktionsplanung der Anteil von Energie aus regenerativen Quellen maximiert werden kann.

Bild: SAP AG

Mit der Energiewende rückt auch der Einsatz regenerativer Energiequellen in den Fokus produzierender Unternehmen. Zum einen werden stetig steigende Energiekosten immer mehr zu einem wesentlichen Kostenfaktor bei der Produktion von Gütern. Zum anderen fordern neue Gesetze und Regularien Unternehmen zur Reduktion ihres Energieverbrauch und ihrer Treibhausgasemissionen auf. Ein Beispiel stellt das deutsche Treibhausgas-Emissionshandelsgesetz dar. Es verpflichtet Unternehmen mit Anlagen, die hohe Treibhausgasemissionen aufweisen, zur Ermittlung und Meldung aller Emissionen an die zuständige Behörde.

Dabei darf die Abgabemenge nicht die zuvor berechtigten Einheiten übersteigen. Andernfalls wird eine Gebühr für jede zu viel emittierte Tonne Kohlendioxidäquivalent fällig. Dies hat zur Folge, dass Emissionsrechte zwischen verschiedenen Unternehmen gehandelt werden. Somit wird der Verbrauch von nichtregenerativer Energie, auch als ’nicht-grüne Energie‘ bezeichnet, neben dem eigentlichen Energieverbrauch zum zusätzlichen Kostenfaktor in der Produktion. Weitere Gesetze dieser Art sind zu erwarten, denn vor allem die Europäische Union als Vorreiter im Klimaschutz hat sich als Ziel gesetzt, die Treibhausgasemission bis zum Jahr 2050 gegenüber dem Stand von 1990 zu halbieren. Das Verantwortungsbewusstsein gegenüber der Umwelt ist zudem für immer mehr Unternehmen Bestandteil ihrer Unternehmensethik: Wer eine grüne Produktion vorweisen kann, fördert sein Image.

Problem der ungleichen Verfügbarkeit

Der steigende Einsatz von regenerativen Energiequellen zur Energieerzeugung in Produktionsumgebungen bringt jedoch einen entscheidenden Nachteil mit sich: Die meisten erneuerbaren Energiequellen haben die Eigenschaft, nicht permanent in gleicher Intensität zur Verfügung zu stehen. Dies führt zu Schwankungen bei der Verfügbarkeit von Energie. Ursache hierfür sind vor allem Wetterabhängigkeiten, beispielsweise bei Wind- und Solarkraftwerken. Eine Speicherung temporär überschüssiger Energie ist hingegen aufwändig, teuer und verlustbehaftet. Kommt es zu einem Energiemangel, müssen traditionelle Energiequellen diesen ausgleichen.

Dynamische Preismodelle zunehmend verbreitet

Erzeugt eine Fabrik ihre Energie selbst, so besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Energieverfügbarkeit und den dafür aufzuwendenden Energiekosten. Deckt die selbst produzierte Energie den Bedarf der Produktion, so muss keine Energie zugekauft werden. Selbst wenn die Fabrik ihren Strom nicht allein produziert, besteht ein indirekter Zusammenhang zwischen Energieverfügbarkeit und Kosten, da Strom an Strombörsen wie der European Energy Exchange (EEX) in Frankfurt am Main gehandelt wird. Der Preis wird entsprechend Angebot und Nachfrage definiert, wodurch sich Verfügbarkeitsschwankung im Preis niederschlagen. Energieversorger reichen diese Preisschwankungen zunehmend an ihre Kunden weiter, indem sie entsprechende dynamische Preismodelle anbieten. Diese sollen die Kunden dazu bringen, Ihre Verbräuche an die Verfügbarkeit der Energie anzupassen und entsprechende Lastspitzen auszunutzen.

Energieplanung für Produktionsprozesse

Es ist daher betriebswirtschaftlich sinnvoll, Energie zu den Zeiten und an den Orten zu verbrauchen, an welchen diese erzeugt wird. Bestenfalls sollte der zusätzliche Parameter Energieverfügbarkeit bereits bei der Produktionsplanung berücksichtigt werden. Enterprise Resource Planning- und Produktionsplanungssysteme (ERP/PPS) unterstützen heutzutage unter anderem die Überwachung und Optimierung von Rohmaterialverbrauch, Produktionsaufträgen, Maschinenauslastung und Transporten. In der Regel gibt es jedoch keine Unterstützung für eine integrierte Energiedatensammlung und -auswertung sowie für eine Optimierung der Energieverbräuche und der damit verbundenen Kosten in der Produktion.

Die Plantafel des Prototyps zeigt Produktionsaufträge und -vorgänge zusammen mit der Verfügbarkeit regenerativer Energien. Dabei werden auch Wetterdaten berücksichtigt. Bild: SAP AG

Zugriff auf Daten aus dem Unternehmenssystem

Um diese Lücke zu schließen wurde bei SAP Research in Dresden, der globalen Forschungsorganisation der SAP AG, gemeinsam mit der Sauter AG aus Basel ein Prototyp eines Energieüberwachungssystems für Produktionsumgebungen entwickelt. Dieser demonstriert, wie die Auswertung von Energiedaten eine grüne Produktionsplanung ermöglichen kann. Die integrierte Lösung vergleicht hierfür die Verfügbarkeit von Energie aus erneuerbaren Quellen mit den Energieverbräuchen, die für die Ausführung von geplanten Produktionsaufträgen benötigt wird. Durch die Betrachtung von historischen, aktuellen und zukünftigen Energieverfügbarkeitsdaten – beispielsweise aus Wind- und Solarparks – ermittelt der Prototyp zusammen mit Produktionsdaten aus einem ERP-System eine Energiebilanz je Produktionsauftrag. Diese Bilanz zeigt an, ob ausreichend regenerative Energie zur Verfügung steht, der geplante Energiebedarf zu hoch ist oder ob es gegebenenfalls Energiereserven gibt, die noch nicht vom jeweiligen Produktionsauftrag genutzt werden. Eventuelle Energiereserven stehen potenziell weiteren Aufträgen zur Verfügung.

Smart Meter und Wettervorhersagen als Datenquellen

Als Datenquellen für den Prototyp kommen verschiedene von der Sauter AG entwickelte Systeme und Geräte zum Einsatz: Smart Meter dienen der feingranularen Ermittlung von Energieverbräuchen jeder einzelnen Maschine. Diese Informationen können genutzt werden um intelligente Energieprofile bereitzustellen, die der Berechnung der Energiemengen für die vom ERP-System geplanten Produktionsschritte dienen. Darüber hinaus sind über die System-Komponenten eine Wetterstation und ein Wettervorhersagedienst im System integriert, welche aktuelle und zukünftige Wetterdaten, wie Windstärke und Sonneneinstrahlung, für den Standort der Energieerzeugung bereitstellen. Basierend auf den Wetterdaten zusammen mit Modellen der verwendeten Wind- und Solarkraftwerke kann die verfügbare Menge grüner Energie berechnet werden. Sofern der Strom selbst produziert wird, gibt diese Zahl eine ziemlich genaue Prognose über die zu erwartende Energieverfügbarkeit ab. Aber auch für den Fall, dass der Strom eingekauft wird, kann durch diese Energieprognosen zumindest auf kurzfristige Preisentwicklungstendenzen geschlossen werden, die in der Produktionsplanung berücksichtigt werden können.

Entscheidungsunterstützung für Produktionsplaner

Mittels des Systems kann ein Produktionsplaner so entscheiden, ob der Plan hinsichtlich der Verfügbarkeit regenerativer Enerigen ausgeglichen ist oder noch ausbalanciert werden sollte. In diesem Fall kann mit Hilfe des ERP-Systems unter Berücksichtigung etwa von Lieferterminen oder Ressourcenauslastung eine Umplanung durchführen. Damit hilft das System den Anteil der zur Produktion verwendeten grünen Energie zu maximieren und Energiekosten einzusparen.

 

Die Projektpartner

Die Future Factory Initiative ist eine gemeinsame Unternehmung der SAP AG sowie industrieller Anwender und Partner zur Unterstützung von Forschungsvorhaben in der Fertigungsindustrie. Die Institution ermöglicht Forschung und Entwicklung in einer realitätsnahen Umgebung und stellt die Infrastruktur für Tests, Validierungen und Demonstrationen. Die im Rahmen des Bereichs SAP Research betriebenen Forschungsaktivitäten reichen von Kooperationen mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie bis hin zu gemeinsamen Innovationen und maßgeschneiderten Projekten mit Unternehmenspartnern und Pilotkunden und erstrecken sich über ein Netzwerk aus 21 Forschungsstandorten weltweit. Dabei arbeitet das Unternehmen mit über 800 Partnern aus Industrie und Wissenschaft sowie öffentlichen Trägern zusammen. Die Sauter AG zählt zu den weltweit führenden Lösungsanbietern für Gebäudeautomationstechnologie in ‚Green Buildings‘. Das Unternehmen entwickelt, produziert und vertreibt Systeme für energieeffiziente Gesamtlösungen und bietet auch umfassende Dienstleistungen für den energieoptimierten Betrieb von Gebäuden und Produktionsanlagen an.