Fabrikenergiemanagementsystem für Produktionsanlagen (eMANAGE)

Der effiziente Umgang mit der Energieressource bedeutet nicht nur die Entwicklung und den Einsatz von energiesparenden Endprodukten. Enorme Einsparungspotenziale zeigen sich auch beim ressourcenschonenden Einsatz der bereitgestellten Energie. Betrachtet man die Abnahmeverteilung von Elektroenergie über einen Arbeitstag bei einer nominellen Grundlast, die auch in den Nachtstunden nicht absinkt, steigt der Energiebedarf von 6:00 Uhr bis 22:00 Uhr auf ein Tagesmittel an. Allerdings sind deutliche Energiespitzen in den Vor- und Nachmittagsstunden zu verzeichnen. Energieversorger können solche Bedarfsspitzen nur mit Spitzenlastkraftwerken abdecken. Auf Grund der kurzfristigen Verfügbarkeit zur Abdeckung des Spitzenbedarfs verursachen die Spitzenlastkraftwerke sehr hohe Betreiberkosten. Diese Kosten werden an die Abnehmer als Leistungskosten in Euro/kW neben den Verbrauchskosten in Ct/kWh in Rechnung gestellt. Der hohe Grundlastanteil an den Energiekosten im produzierenden Gewerbe ergibt sich u.a. dadurch, dass die Produktionsanlagen oft ganztägig eingeschaltet bleiben und nur für größere Umbauten bzw. Wartungen abgeschaltet werden. Das automatisierte Erkennen von Niedrigenergiebetriebsarten und das adaptive Abschalten von Baugruppen und Komponenten zur Berücksichtigung der Energieeffizienz und Ressourcenschonung sind weder in der Steuerungstechnik noch in der Schaltausrüstung enthalten. Diese sind jedoch gerätetechnisch so ausgerüstet, dass Informationen dieser Art durchaus zur Verfügung gestellt werden können.

Projektziele
Ziel des Projektes ist die Entwicklung, Erprobung und pilothafte Realisierung eines innovativen Fabrikenergiemanagementsystems für Produktionsanlagen. Speziell für mittelständische metallverarbeitende Produktionsbetriebe wird ein Energiemonitorsystem (Hardware, Software) methodisch so aufbereitet, dass der Betrieb von Maschinen und Prozessen nicht beeinträchtigt (z.B. Produktivität, Qualität, Verfügbarkeit) wird, aber eine Handlungsanleitung zur Elektroenergieeinsparung entsteht. Basierend auf der Erfassung von definierten Betriebszuständen und der aktuellen Leistungsabnahme von mehreren Maschinen bzw. Anlagen nimmt das System gezielt Einfluss auf den zeitlichen Ablauf der Gesamtanlage. Erreicht werden sollen die Einsparungen durch eine intelligente, softwarebasierte Prognose zur Vermeidung von Leistungsspitzen und hohem Energieverbrauch sowie einer intelligenten Regelung unter Nutzung von Maßnahmen wie z.B. Einschaltverzögerung und Pressenhubverlagerung bzw. -verschiebung. Dadurch soll die erforderliche Spitzenleistung für die Produktionsanlage in Summe ein reduziertes Maximum (Kontingent) nicht übersteigen.

Vorgehensweise
Grundsätzlich beinhaltet die Vorgehensweise der Projektpartner die Entwicklungsphasen der Analyse des Energieverbrauchs von Produktionsanlagen, die Konzeption einer Steuerung mit integrierten Energiemanagement und die Umsetzung und Verifikation an einem Demonstrator.
Kernpunkte der Lösungsstrategie bilden dabei die Erforschung, Entwicklung und Verifizierung von Methoden zur Erfassung und Auswertung von Energiedaten, zur vorausschauenden Energieprognose (Trendanalyse), zum Entwurf zustandsabhängiger Ablaufsteuerungen (Produktionsdaten) unter Energieverbrauchsaspekten und zur Beschreibung eines Energieplanungs-Assistenzsystems. Zum Erreichen der Zielsetzungen erfolgt die Analyse und Bewertung von Erfahrungswissen zum Energieverbrauch von Maschinen und Anlagen (Hersteller, Betreiber, Service- und Bedienpersonal), eine korrelierende Überwachung von Energieverbrauch und Bearbeitungszustand der Maschinen sowie die Entwicklung bzw. der Einsatz von Messwerkzeugen zur Leistungsmessung. Daran anschließend erfolgt das steuerungstechnische, energieverbrauchstolerante Verknüpfen ausgewählter Maschinen- und Anlagenkomponenten unter Berücksichtigung des Produktionsablaufes.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Das Projektziel ist erreicht, wenn die beteiligten Projektpartner ein pilothaftes Fabrikenergiemanagementsystem an einem Demonstrator realisiert haben, an dem auch die Funktionalität und Praxistauglichkeit nachgewiesen werden soll. Dazu werden umformtechnische energetisch kritische Prozesse ausgewählt und die Energieverbrauchsdaten ohne und mit Assistenzsystem verglichen. Mit der Umsetzung der Ergebnisse werden die Verbundprojektpartner in die Lage versetzt, durch die Integration zusätzlicher Funktionalitäten ihre derzeitigen bzw. zukünftigen Produktionsanlagen energetisch sehr effizient zu betreiben und dadurch ihre Marktposition wesentlich zu stärken. Die erhöhte Energieeinsparung und die Leistungsbedarfsreduzierung führen zu einer Kostensenkung, über die sich die mit den technischen Lösungen verbundenen Mehraufwendungen amortisieren.

• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• K&W Informatik GmbH
• Steeger GmbH