Betriebszustände von Anlagen optimieren

Unterbrechungen von Maschinen und Anlagen in der Produktion sind keine Seltenheit, ob aufgrund von Pausen, Störungen, Wartezeiten oder eines Teil- bzw. Schichtbetriebs. Ein erheblicher Anteil des Energieverbrauchs von Anlagen entsteht in der Regel, wenn nicht produziert wird. Werden Anlagen oder Anlagenteile in diesen Zeiten gedrosselt oder ganz abgeschaltet, spart das Energie bei den entsprechenden Medien des Prozesses. Durch das entsprechende Anpassen der Vorgaben zum Standby-Betrieb sowie das Überprüfen von Aufheizzeiten in Wärmeprozessen kann die Energieeffizienz weiter gesteigert werden.

Im ersten Schritt müssen passende Anlagen ausgewählt werden. Es bietet sich hier an einen Rundgang durchzuführen und eine Energieverbraucheranalyse der Anlagen und Maschinen zu erstellen. Dafür werden eine Reihe an Informationen gesammelt, wie der Name, die Anschlussleistung, die Betriebsart (z. B. 2-Schicht-Betrieb), die Anzahl der Betriebsstunden oder die Verfügbarkeit eines Standby-Modus.

Bei der Identifikation von Optimierungsbedarfen empfiehlt sich ein Fokus auf Anlagen, die besonders wenig betrieben werden und sich somit häufig im Standby-Modus laufen. Um festzustellen wie hoch ihr Verbrauch ist, können mobile Messungen durchgeführt werden. Die Prozessschritte der Maschinen und Anlagen sollten hinsichtlich Mediennutzung und Anforderungen analysiert werden. Dabei sind die Qualitätsanforderungen zu berücksichtigen, z. B. müssen notwendige Prozesstemperaturen eingehalten werden.

Weiterhin ist zu prüfen, ob die Dauer oder der Grund des Anlagenstillstandes eine differenzierte Handhabung im Standby-Management erfordert. Die Mitarbeitenden, die für eine Abschaltung außerhalb der Produktionszeiten zuständig sind, sollten dahingehend sensibilisiert werden, dass sie die Maschinen, wenn möglich, in den Standby-Modus bringen.

In vielen Anlagen sind auch „Sleep“-Bausteine installiert, welche auf ihre Aktivierung zu überprüfen sind. Zwar verbrauchen die Anlagen im sogenannten SleepModus eine geringe Menge an Energie, jedoch bleiben wichtige Einstellungen oft eher erhalten als im Standby-Modus.

Erste Schritte bei der Umsetzung

• Passende Anlage auswählen
• Bearbeitungsprozess analysieren
• optional mobile Messungen durchführen
• Abschaltszenarien definieren
• Einstellungen (z. B. Sleep-Modus) prüfen und ggf. aktivieren
• Mitarbeitende sensibilisieren und hinsichtlich getroffener Regelungen informieren

Herausforderungen und Lösungsansätze

Die größte Herausforderung besteht in der aktiven Partizipation im Betrieb. Mitarbeitende, Produktionsleitung sowie das Qualitätsmanagement müssen für die Maßnahmen sensibilisiert und für deren Umsetzung gewonnen werden. Hier hilft es, die Prozesse und deren Medienverbrauch zu analysieren. Mithilfe dieser Daten ist eine Vorher-/ Nachher-Betrachtung möglich, um die Wirksamkeit der Einsparmaßnahmen nachzuweisen.

Auch ist für die wirksame Umsetzung eine ausreichende Datenlage notwendig. Diese kann beispielsweise mit einer temporären Messung über einen Produktionszyklus hinweg erhoben werden.

Umsetzung einer Lastreduzierung außerhalb der Produktionszeiten

In dem Beispielunternehmen werden aktuell 960 Fertigungsmaschinen, darunter Schleifmaschinen, ganze Produktionslinien sowie Bearbeitungszentren betrieben, die jährlich eine große Menge an Strom verbrauchen. Im Rahmen einer Standortanalyse kann anhand der erkennbaren Lastreduzierung in den Pausenzeiten eine theoretisch mögliche Lastreduzierung in diesem Produktionsbereich ermittelt werden.

Eine daraufhin erstellte wissenschaftliche Arbeit zeigt, dass folgende Einsparungen, differenziert nach Unterbrechungsdauer, möglich sind. Daraufhin werden Prozessanweisungen geschrieben, die festhalten, welche Anlagen wann ausgeschaltet werden müssen. Diese Änderung in den Abläufen wird durch die Schichtführer überwacht und mit vereinzelten Messungen geprüft. Der Produktionsbereich verbraucht ca. 23 GWh Strom im Jahr. Anhand der o. g. Darstellung ergibt sich durch eine mitarbeitergesteuerte Standby-Regelung ein Restverbrauch von 95,73 %, was ca. 22 GWh/ a entspricht. Hieraus resultiert eine mögliche Einsparung von ca. 980 MWh/ a.