Aktuell / 13.08.2015

Autoteile energiesparend herstellen

Das Energieeffizienz-Controlling wurde bei drei Anwendungspartnern aus dem Automobilbereich erprobt. Im BMW Werk Leipzig konnten bereits etwa 5 % der Primärenergie eingespart werden. © BMW Group

Eine neue Software für ganzheitliches Energieeffizienz-Controlling reduziert den Verbrauch von Produktionsanlagen und Versorgungssystemen. Forscher aus der Energie- und Produktionstechnik entwickelten und erprobten das System in Kooperation mit produzierenden Unternehmen aus der Automobilindustrie. Schon während der Projektlaufzeit konnten 15 GWh/a eingespart werden.

Energie-Effizienzcontrolling am Beispiel der Automobilindustrie (EnEffCo)

Die Übersicht zeigt die Effizienz- und Optimierungsziele des EnEffCo-Systems. © Ökotec
Überblick über energietechnische Anlagen und Energieinfrastrukturen eines Produktionsstandorts © Ökotec

Mit ihrem Konzept für ein ganzheitliches Energieeffizienz-Controlling optimierten Forscher Energieflüsse und -verbrauch in der Automobilproduktion. Als Optimierungsgröße wählten sie das Verhältnis von Produktionsmenge zu Energieverbrauch. Diese Energieeffizienz ist aussagekräftiger als der Energieverbrauch der Produktionsanlage, da dieser von vielen auch externen Faktoren beeinflusst wird. Durch Veränderung von Produktionsroutinen und Nutzung funktionaler Energiespeicher lassen sich Einsparungen ohne negative Auswirkungen auf das Produkt erreichen. Die Erkenntnisse sind auch in anderen Branchen, insbesondere der Stückgutfertigung, anwendbar. Unter der Leitung von Ökotec erarbeiteten Wissenschaftler der Technischen Universität Berlin (Ensys, DAI-Labor) und des Fraunhofer Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK ein Softwarepaket. Dieses erprobten sie bei einem Automobilhersteller sowie zwei Zulieferbetrieben.

Exemplarisch analysierten die Wissenschaftler die Energieverbrauchsstrukturen und Einsparpotenziale im BMW-Werk Leipzig und bei den Automobilzulieferern Brose in Würzburg und Witte Niederberg. Schwerpunkte lagen bei Lüftung, Strom, Wärme, Kälte und Druckluft. Noch während der Projektlaufzeit konnten 15 GWh/a eingespart werden.
Knut Grabowski, Gesamtleiter des Verbundprojektes EnEffCo und Leiter Technische Entwicklung bei ÖKOTEC, ist mit dem Ergebnis zufrieden: „BMW setzt die Software zum Energieeffizienzcontrolling inzwischen deutschlandweit ein, Witte an drei Standorten und Brose bereitet die Einführung bei allen Werken vor.“

 

Software überwacht und steuert die Produktion

Mit anlagenübergreifenden Kennzahlen hilft das neue Energieeffizienz-Controlling-System Unternehmen der Automobil- und Zulieferindustrie, Produktionsanlagen und Versorgungssysteme energieoptimiert zu betreiben und damit Energieverbrauch und -kosten zu senken. Die Software ermöglicht es, die relevanten Energieströme kontinuierlich zu erfassen, zu überwachen und auszuwerten. Einschließlich sämtlicher vorgelagerter Prozesse können Energiekosten, CO2-Emissionen und Primärenergie den jeweiligen Produkten zugeordnet werden. Durch Energieeffizienz-Kennzahlen lässt sich für alle energierelevanten Prozesse das Verhältnis von Nutzen zu Aufwand verdeutlichen. Möglich sind Planung und Erfolgskontrolle von Einsparmaßnahmen, ein einfaches Benchmarking von Anlagen und Prozessen sowie die Überwachung von Anlagen. Außerdem können (verfälschende) Einflussgrößen wie Witterung oder Auslastung herausgerechnet werden.
Das Grundmodul kann technologieunabhängig Energieströme erfassen und vergleichen. Es ermöglicht eine dynamische Anlagenüberwachung, durch die mit den aktuellen Einflussgrößen der Sollwert berechnet und so der Anlagenzustand eingeschätzt werden kann.
Das Modul Benchmark berechnet automatisiert Einsparpotenziale von Anlagen und das Modul Vernetzung bildet die Effekte vorgelagerter Anlagen auf den betrachteten Anlagenteil ab und erzeugt automatisch Kennzahlen zu Aufwand und Nutzen.

Wie läuft die Optimierung im Betrieb

Ein Unternehmen, das Betriebsabläufe optimieren will, entwickelt zunächst ein individuelles Kennzahlen- und Messkonzept, mit dem die Effizienz von Anlagen und Prozessen überwacht werden kann. Im nächsten Schritt bindet es die vorhandenen Datensysteme über Schnittstellen an Planung und Projektsteuerung an. Nachdem die Softwarelösung eingerichtet ist, können die energierelevanten Daten kontinuierlich und automatisch erfasst, ausgewertet und analysiert werden.
Rund anderthalb Jahre nach Einführung der Software fand im Juni 2015 in Berlin ein erster EnEffCo- Workshop statt, bei dem neue Funktionen und Module der Software sowie Lösungskonzepte aus der Praxis vorgestellt wurden. Themenschwerpunkte waren unter anderem Energieberichtswesen, dynamische Anlagenüberwachung und Produktionsdatenverwaltung.

Funktionale Energiespeicherung aktivieren

Verbrauchseinrichtungen im Unternehmen können als sogenannte funktionale Stromspeicher den Strombezug für die Produktion bilanztechnisch verschieben. Dadurch werden Verbrauchsspitzen gekappt, Strom kann zu günstigeren Preisen am Spot-Markt eingekauft werden. Damit dies funktioniert, müssen die Anlagen erfasst, in ein Kommunikations- und Steuerkonzept eingebunden und die Verfügbarkeit prognostiziert werden. Die Forscher simulierten Betriebsweisen von Anlagenteilen mit relevantem Energieverbrauch. Passend zu den Produktionszielen und prognostizierten Energiepreisen macht der Simulator Vorschläge, wie Energie möglichst sparsam und kosteneffizient eingesetzt werden kann.

Einheitliche Datengrundlage EnergyMiner

Für eine energieeffiziente Produktion müssen Stückzahlen und reale Verbräuche des gesamten Produktionssystems erfasst und zur Erstellung und Analyse von Energieverbrauchsprofilen ausgewertet werden. Eine neue Datenbankanwendung sammelt und speichert kontinuierlich anfallende Daten der Systeme. Ein automatisiertes Analysewerkzeug, der EnergyMiner, erkennt u. a. charakteristische, zyklische Prozessmuster, wie einzelne Arbeitstage oder den Takt einer Maschine. Er hilft, reproduzierbare Arbeitsabläufe zu definieren oder Effizienzkennzahlen aufzustellen und auszuwerten. Außerdem ermöglicht er es, Anomalien im Prozessverhalten frühzeitig zu erkennen.

Industrieroboter-Systeme effizienter machen

Zur Optimierung des Einsatzes von Industrierobotern untersuchten die Forscher beispielsweise, wie sich der Energieverbrauch eines Bewegungsablaufs durch eine Reduzierung der Geschwindigkeit ändert. Dabei betrachteten sie die gesamte Zeit zwischen zwei Bearbeitungszyklen, nicht nur die Phase während einer Roboterbewegung. Die möglichen Einsparungen hängen ab vom eingesetzten Roboter und der für die Ausführung verfügbaren Zeit. Besondere Flexibilität ergibt sich, wenn ein Roboter beispielsweise nicht das taktzeitbestimmende System ist. Er kann sich dann entweder kontinuierlich oder möglichst schnell bewegen und anschließend warten. Je nach Robotertyp kann so der ideale Energieverbrauch pro Taktzeit definiert werden.

  BMW-Werk Leipzig (Energiezentrale und Karosseriebau) Brose Würzburg Witte Niederberg EnEffCo gesamt
Einsparpotenzial Primärenergie (GWh/a) 27,2 (24%) 20,4 (26%) 4,8 (23%) 52,4 (25%)
Realisierte Einsparung Primärenergie (GWh/a) 5,3 (5%) 8,7 (11%) 1,6 (5%) 15,6 (7%)
Weitere in 2013 geplante Maßnahmen (GWh/a) 12,8 (11%) 1,5 (2%) 1,8 (9%) 16,1 (8%)

Die im EnEffCo-Projekt erfassten Einsparpotentiale und die während der Projektlaufzeit erreichten Einsparungen.

Verknüpfte Projekte

  • Wenn Werkzeugmaschinen ein komplexes Bauteil bearbeiten, fließt oft nur etwa 20% der eingesetzten Energie in die eigentlichen Spanprozesse. Hauptverbraucher sind vielmehr periphere Komponenten der Maschine, wie Kühlsysteme oder hydraulische Antriebe. Im Projekt Maxiem zeigen Wissenschaftler der TU Darmstadt gemeinsam mit Partnern aus der Industrie, wie sich dieser Energiebedarf im Idealfall mehr als halbieren lässt. ... mehr

Mehr zum Projekt

Verbundprojekt:
Energie-Effizienzcontrolling am Beispiel der Automobilindustrie (EnEffCo)

Entwicklungspartner:

Projektleitung, Analyse Energieverbrauchsstruktur:
ÖKOTEC Energiemanagement GmbH

EnergyMiner
Fraunhofer Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

Anlagen-Simulation
Technische Universität Berlin, DAI-Labor

Funktionale Stromspeicher:
Technische Universität Berlin,
Fachgebiet Energiesysteme ENSYS

Anwendungspartner:

BMW AG Werk Leipzig

Brose Fahrzeugteile Würzburg

WITTE Automotive

Förderkennzeichen:
0327843A-F

Laufzeit:
2009 – 2012