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Stromintensive Fertigung

Energiekostenorientierte Belegungsplanung

Eine neue Produktionsplanungsmethode unterstützt Anwender, Lastspitzen in der energieintensiven Fertigung gering zu halten, um Stromkosten zu reduzieren. Dabei tragen die Entwickler dem Umstand Rechnung, dass verschiedene Fertigungsaufträge einen unterschiedlichen Stromverbrauch verursachen.

Bild: IPH2013

Im letzten Jahrzehnt sind die Energiepreise deutlich angestiegen. In Fertigungsbetrieben haben die Energiekosten daher einen erheblichen Anteil an den Produktionskosten. Zukünftige Ereignisse wie der Atomausstieg und der Netzausbau lassen weitere Preisanstiege erwarten. Insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) in energieintensiven Branchen wie der Schmiede-Industrie führt dies zu erheblichen finanziellen Belastungen. Daher haben diese Unternehmen ein Interesse daran, ihre Energiekosten zu senken. Um das zu erreichen, stehen verschiedene Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz zur Verfügung. Viele dieser Ansätze erfordern zuvor allerdings Investitionen beispielsweise bei der Erneuerung der technischen Gebäudeausrüstung. Dies führt kurzfristig zu einer weiteren Erhöhung der finanziellen Belastung.

Ein anderer Ansatz zur Kostenreduzierung besteht darin, bei konstantem Energieverbrauch die Kosten für die bezogene Energiemenge zu verringern. Diese Herangehensweise bietet den Vorteil, dass zumindest kurzfristig keine größeren Investitionen notwendig werden und dennoch Kosten eingespart werden können. Als Mittel zur Senkung der Energiekosten bei konstantem Energieverbrauch kann dabei die Produktionsplanung und -steuerung (PPS) dienen. Ein Bestandteil der PPS mit unmittelbarem Einfluss auf die Energiekosten eines Unternehmens ist die Belegungsplanung: Mit diesem Werkzeug werden Zeit und Reihenfolge der Fertigungsaufträge auf einer Maschine bestimmt. Dabei wird die Maschinenbelegung auf eine logistische Zielgröße – wie etwa Durchlaufzeiten – optimiert. Um die Belegungsplanung um die Möglichkeit zu erweitern, mit ihr Energiekosten reduzieren zu können, muss eine entsprechende Zielgröße hinzugefügt werden.

Hebel zur Reduzierung von Energiekosten

Die Energiekosten energieintensiver Unternehmen setzen sich aus verschiedenen Bestandteilen zusammen. Durch die Belegungsplanung lassen sich zwei dieser Bestandteile beeinflussen. Dies ist zum einen der Arbeitspreis, der für die bezogene elektrische Arbeit anfällt und mengenbezogen pro verbrauchte Kilowattstunde abgerechnet wird. Das Potenzial für einen verringerten Arbeitspreis geht in diesem Zusammenhang von dem Preisunterschied zwischen dem Hoch- und Niedertarif aus. Im Niedertarif, meist zwischen 22 und sechs Uhr, ist der Arbeitspreis geringer. Da diese Unterscheidung jedoch vom gewählten Stromtarif abhängt, kann das Potenzial zur Senkung der Energiekosten insgesamt als eher gering eingeschätzt werden. Der andere Hebel zur Kostenreduktion ist der Leistungspreis, welcher für die Bereitstellung der elektrischen Arbeit anfällt. Dieser wird über die Lastspitze in Kilowatt errechnet, die in einem festgelegten Zeitraum im Fertigungsbetrieb gemessen wird. Häufiger Bestandteil von Energietarifen ist zudem eine vereinbarte Leistungsobergrenze.

Diese legt eine Höchstleistung in Kilowatt fest, die das Unternehmen nicht überschreiten soll. Wird diese Obergrenze auch nur einmal im Jahr verletzt, erhöhen sich der Multiplikator zur Berechnung des Leistungspreises und somit die Energiekosten signifikant. Für diese Berechnung wird der Energieverbrauch eines Unternehmens über den Hauptzähler des Versorgers gemessen und als viertelstündlicher Mittelwert gespeichert. Der höchste Mittelwert stellt die Lastspitze dar. Bei produzierenden Unternehmen können durch zeitliche Überlagerungen einzelner Fertigungsaufträge große Schwankungen in der Energienachfrage auftreten. Wenn es vor diesem Hintergrund gelingt, Lastspitzen zu reduzieren und den Energieverbrauch besser über die Zeit zu verteilen, lässt sich das Kostensenkungspotenzial heben. Dies gilt insbesondere für Unternehmen, deren Energietarife eine vereinbarte Leistungsobergrenze beinhaltet.


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