5 Schritte zur Steigerung der Energieeffizienz in der Fertigung

Nachhaltigkeit ist nicht länger eine Option. Laut dem Statistischen Bundesamt hat sich der Energieverbrauch der Industrie für die Herstellung von Waren zwischen 1995 und 2019 kaum verändert. 2019 lag dieser mit 3.874 Petajoule etwa auf dem Niveau der Vorjahre. Bis 2050 soll der ⁠Primärenergieverbrauch⁠ Deutschlands um 50 % sinken. Dafür muss die Industrie ihren Beitrag leisten.

Primary energy consumption of the manufacturing industry
Source: Statistisches Bundesamt

Einführung

Für viele Unternehmen stellt sich die Frage, wie sie mehr Energieeffizienz leisten können und wie sie einen durchgängigen Nachweis über die Einsparungen führen sollen.

Ohne eine Gesamtstrategie für neue Energiemanagementsysteme in der Produktion ist es fast unmöglich, den Wandel in den Unternehmen anzuführen und globale sowie einheitliche Initiativen voranzutreiben. Nur ein engagiertes Energieteam, dass von der gesamten Organisation unterstützt wird, kann eine entsprechende Strategie ausarbeiten, ein Energieaudit durchführen und einen Energieeffizienzplan aufstellen, um Energieeffizienzmaßnahmen zu ergreifen.

Ein möglicher Weg zur Vermeidung von zu hohen Energiekosten in den Unternehmen trotz steigender Energiepreise wird in unserem Ansatz zur Umsetzung aufgezeigt.

Die 5 Schritte für eine bessere Energieeffizienz

1. Verbrauch messen

In der Fertigungswelt beginnt alles mit der Transparenz. Es kann nicht optimiert werden, was nicht gesehen werden kann.

Die Transparenz schafft Bewusstsein und ermöglicht den Aufbau von Wissen und Erkenntnissen, die für fundierte, datengestützte Entscheidungen unerlässlich sind.

Eine gute Visualisierung, welche die Grundlage für eine zentrale Datenquelle bildet, ermöglicht es Ihnen, spezifische Projekte zur Energieeinsparung zu definieren. Ohne diesen Schritt sinkt die Erfolgschance auf mehr Energieeffizienz erheblich.

Eine 360°-Sicht auf Ihre Energie

Es reicht jedoch nicht aus, nur Daten über den aktuellen Energieverbrauch in der Industrie von Stromzählern zu haben. Bei den heutigen komplexen Fertigungsabläufen ist es unerlässlich, die gemessen Daten mit weiteren Informationen, wie z. B. mit den Daten der Produktionsplanung, der Fertigungsanlage oder des Produktionsprozesses, sinnvoll in Korrelation zu bringen.

Nur diese Art der Betrachtung, die einen ganzheitlichen Überblick über verschiedene Faktoren bietet, kann dabei helfen, die Bereiche mit den höchsten Energieverbräuchen in Ihren Produktionsanlagen zu optimieren.

Unsere Empfehlung

Der erste Schritt besteht immer darin, über ein System, wie einsatz z.B. einer IIoT-Plattform, als zentrale Datenquelle zu verfügen. Diese sammelt die Daten aus verschiedenen Quellen, stellt sie in einen Kontext und bietet eine Möglichkeit, diese in verwertbare Projekte zu übersetzen. Auf der Grundlage der Vielzahl unserer Erfahrungen in diesem Bereich haben wir den <a href="https://ttpsc.com/de/loesungen/energy-advisor-for-manufacturing/">Energy Advisor für Fertigungsunternehmen</a> entwickelt - ein erster Schritt auf dem Weg zum Verständnis und zur Senkung des Energieverbrauchs in der Industrie.

2. Significant Energy Uses (SEUs)

Hierbei geht es darum, den wesentlichen Verbraucher (SEUs) zu benennen und dessen Verbrauchsleistung festzustellen. Wichtig ist, dass 80% der Anlagenleistung erfasst sein müssen. Dies kann durch eine einfache Datenanalyse erfolgen, da die SEUs meistens im Unternehmen bekannt sind.

Primär wird das im Unternehmen vorhanden Wissen durch Zahlen gestützt und ein Nachweis gegenüber dem Auditor, Ansprechpartner oder Kunden geführt.

Unsere Empfehlung

Nicht alles SEUs können auf einmal optimiert werden. Nehmen Sie sich die 5 Haupt-SEUs als erstes schritt vor und setzten sie mögliche Projekte zur Energieeinsparung dort um. Die Definition von SEUs sollte sich auf physikalische Maschinen und Anlagen beziehen, nicht auf Abteilungen von Unternehmen oder Standorte – sonst steigern Sie die Komplexität ohne einen Mehrwert zu erzielen. Die Zusammenfassung der Daten zu einem Standort oder einer Abteilung kann durch die IIoT-Plattform bei Bedarf erfolgen.

3. Kritische Betriebsparameter

Kritische Betriebsparameter sind vor allem jene Einflussfaktoren, die bei der Betriebsführung aktiv gemanagt werden können. Mittels Regressionsanalyse werden enge Korrelation ermittelt. Dabei sind diese kritischen Betriebsparameter zu definieren und in der weiteren Folge für die Kennzahlen und die Betriebsführung zu berücksichtigen. Diese Parameter werden in einer Regressionsanalyse weiter analysiert und mit weiteren Daten korreliert.

Die in der Regressionsanalyse ermittelten Betriebsparameter sollten nun auf ihr Einsparpotential untersucht werden und entsprechend des zukünftige Verbrauchs simuliert werden. Dabei gibt es verschiedene Faktoren, welche einen unterschiedlichen Einfluss auf das gesamte Einsparpotential der jeweiligen SEU haben.

Unsere Empfehlung

Es ist sehr wichtig, die kritischen Betriebsparameter zu definieren. Hierbei geht es um Parameter, welche in den Anlagen durch Ihre Mitarbeiter beeinflussbar sind, wie z.B. Temperaturen oder Geschwindigkeiten. Es geht hierbei nicht um Parameter, welche nicht durch Sie beeinflussbar sind, wie Außentemperatur oder Luftfeuchtigkeit. Sollten diese Parameter allerdings eine Rolle spielen, dann müssen die Anlagen so gestaltet werden, dass diese Parameter kontrolliert werden können (z.B. Kapselung). Erstellen sie eine Liste für die zu untersuchende Anlage und schreiben sie die Parameter auf, welche sie beeinflussen können. Der Datenanalyst kann in der Datenbank dann gezielt nach Korrelationen suchen und schnelle Ergebnisse liefern. Eine Priorisierung der Einflussparameter finden in dieser Phase noch nicht statt.

4. Regression und die Festlegung von Kennzahlen

Die Regressionsanalyse ist ein mathematisches Verfahren zur Modellierung von Beziehungen von einer abhängigen und mindestens einer unabhängigen Variabel x und y. Bei der Regression werden Zusammenhänge beschrieben und Werte der abhängigen Variable prognostiziert. Die häufigste Form in der Anwendung ist die lineare Regression.

In der Praxis werden jedoch bei der Vorhersage praktisch immer Fehler gemacht, da die Punkte nie auf einer Geraden liegen.

Wir wird nun die Gerade der Punktewolke angepasst? Es wird die Summe der positiven und negativen Differenzen (Fehler) zwischen Vorhersage- und Beobachtungswerten minimiert.

So kann über die Regression bestimmt werden, mit welchen weiteren Variablen die kritischen Betriebsparameter im Zusammenhang stehen, sowie Zukunftsvorhersagen getroffen werden.

Um den Energieverbrauch managen zu können, bedarf es einer oder mehrerer Kennzahlen auf Basis der oben genannten korrelierten Betriebsparameter des wesentlichen Verbrauchers (SEU). In diesen Kennzahlen wird der Energieverbrauch (elektrisch oder thermisch) in Bezug zu z.B. Produktionseinheit (Tonne pro erzeugter Platte), oder Einflussfaktoren wie z.B. Mischungsverhältnis, Temperatur oder Druck gesetzt, je nachdem welche Korrelationen in der Regressionsanalyse als aussagekräftig herausgekommen sind.

Festlegung notwendiger Betriebsführung

Für jede relevante Anlagenkomponente des wesentlichen Verbrauchers muss eine energieeffiziente Betriebsführung erfolgen. Solch eine Betriebsführung kann beispielsweise in einer Arbeitsanweisung oder Funktionsbeschreibung verankert sein. Diese Betriebsführung ist mit den verantwortlichen Schicht- oder Anlagenführern abzustimmen.

Personen mit Einfluss auf wesentlichen Verbraucher

Jene Personen, die am wesentlichen Verbraucher ihre Arbeit verrichten, sind meist auch ein Einflussfaktor auf den Energieverbrauch. Daher müssen diese Personen darauf aufmerksam gemacht werden, was ihre Aufgaben sind, um diesen so gering wie möglich zu halten. Es müssen konkrete Aufgaben und Lösungen für sie beschrieben werden (z.B. bei Überschreitung eines vorher festgelegten Grenzwertes muss Maßnahme XY folgen).

Unsere Empfehlung

Ein Projekt besteht immer aus den Faktoren „Prozess“, „Menschen“ und „Technologie“. Der wichtigste -und zugleich schwierigste- Faktor sind die Menschen. Sie müssen abgeholt werden, den Sinn in der Änderung sehen und den neuen Prozess mitgestallten können. Die beste Lösung nützt nichts, wenn sie durch eine schlechtes oder nicht durchdachtes User-Interface nicht genutzt wird. Stellen Sie den Menschen in dem Projekt in den Mittelpunkt – und zwar ALLE, die von dem Thema betroffen sind.

5. Projekte umsetzten

Verbesserungsmöglichkeiten ausarbeiten

Jede Verbesserungsmöglichkeit muss sichtbar gemacht und dokumentiert werden.

Durch die Regressionsanalyse lassen sich spezifische Projekte durch die Vorhersage einordnen und die mögliche Einsparung vorhersagen. Wenn diese im Zusammenhang mit den notwendigen Investitionen und einer Terminschiene gesetzt wird, dann lassen sich sehr schnell die Prioritäten ableiten.

Diese Verbesserungen können bestenfalls auch in die KVP-Datenbank eingebracht werden. Sollte der Verbesserungsvorschlag genehmigt werden, wird er für diesen wesentlichen Verbraucher in den dafür vorgesehenen Maßnahmenkatalog aufgenommen. Es ist wichtig, dass diese Entscheidungen transparent gefällt werden und der Ideengeber entsprechende Rückmeldung erhält.

Trainingsbedarf bestimmen

Gerade Veränderungen an den Anlagen müssen den Betriebsführern verständlich erklärt werden. Daher sollten die zuvor erarbeiteten Schritte in einem Trainingsplan festgehalten werden, der als Schulung der relevanten Personen im jeweiligen Anlagenbereich dient.

Projektreporting aufbauen

Die Energieeinsparung und die neue geplante Betriebsführung müssen in Projekte übersetzt werden. Die Fertigungsabteilung hat den Fokus auf Projekte und nicht auf die Energieeinsparung. Daher ist es wichtig, die Projekte in ein Projekt-Management Tool zu überführen und die Maßnahmen dort zu verfolgen und zu organisieren. Gleichzeitig muss für den Energieverantwortlichen die tatsächliche Energieeinsparung aus den einzelnen Projekten sichtbar sein. Somit ist eine Integration des Projektmanagement Tools in die Datenanalyse sehr elementar.

Unsere Empfehlung

Durch die Regressionsanalyse lassen sich Lösungen für werthaltige Energieeinsparungsprojekte finden: Konkret, detailliert und effektiv. Durch ein integriertes Projektmanagement-Tools lassen sich die Maßnahmen am besten planen und verfolgen und die tatsächlich erreichte Energieeinsparung auf „Knopfdruck“ ermitteln. Mit diesen Tools sind Sie für die Zukunft gewappnet.

Schlussfolgerungen

Es kann viele Gründe geben, sich auf Energieeinsparungen zu konzentrieren: die Notwendigkeit, die Wettbewerbsfähigkeit auf einem anspruchsvollen Markt zu steigern, die Bedürfnisse und Anforderungen der Compliance im Zusammenhang mit der Berichterstattung oder der Wunsch, einen positiven Einfluss auf die Umwelt zu haben, bzw. gesetzliche Anforderungen. Unabhängig davon, welche dieser Möglichkeiten die Richtige ist, ist eine gute Herangehensweise und die Wahl der richtigen Initiativen, besten Bereiche und Instrumente entscheidend.