Digitalisierung

Ganzheitliche Einführung von Industrie 4.0 zur Steigerung der Energietransparenz

Sebastian Schenk, Tobias Heinen

Aufgrund großer Intransparenz beim Energieeinsatz haben produzierende Unternehmen üblicherweise Probleme, die energetisch relevanten Kostentreiber in der Produktion zu identifizieren. Diese Transparenz kann durch die Ermittlung des Energieverbrauchs anhand geeigneter Messtechniken innerhalb einer Fabrik erreicht werden. Jedoch muss die gewonnene Transparenz intelligent genutzt werden, um wirtschaftliche Vorteile damit zu erzielen. Einen Lösungsweg dazu bietet der Einsatz von Methoden der Industrie 4.0. Größtmögliche Synergien können nur durch eine ganzheitliche Industrie 4.0-Herangehensweise, die das Geschäftsmodell, die Prozesse, die Technik und die Organisation berücksichtigt, erreicht werden. Eine entsprechende Strategie zur Einführung von Industrie 4.0 mit dem Ziel der Steigerung der Energietransparenz wird in diesem Beitrag vorgestellt.

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Digitalisierung

Prädiktive Energieflussregelung von Versorgungssystemen - Ein Optimierungsansatz für vernetzte, industrielle Versorgungssysteme unter Berücksichtigung dynamischer Energiemärkte

Niklas Panten, Eberhard Abele

Vor dem Hintergrund der Energiewende bieten sich insbesondere auch mit Digitalisierungstechnologien für Produktions- und Versorgungssysteme erhebliche Potenziale, durch einen effizienten sowie flexiblen Energieeinsatz die energiebezogenen Kosten an den Produktionsstandorten zu reduzieren. Durch eine thermohydraulische Vernetzung von Maschinen, technischer Gebäudeausstattung und dem Gebäude selbst wird in der ETA-Modellfabrik am Campus der TU Darmstadt demonstriert, wie u. a. Abwärme aus dem Produktionsprozess effizient zurückgewonnen und als Nutzenergie zur Klimatisierung und Prozesswärmeversorgung bereitgestellt werden kann. Dieser Ansatz einer gesamtenergetischen Betrachtung industrieller Produktionsbetriebe erhöht erheblich das Einsparungspotenzial, führt jedoch unweigerlich zu einer gesteigerten Komplexität der interagierenden (Teil-)Systeme. Durch das in diesem Beitrag beschriebene Konzept einer vorausschauenden (prädiktiven) Energieflussregelung, können auch unter dynamisch veränderlichen Randbedingungen, z. B. in volatilen Energiemärkten, die Erzeuger- und Speichersysteme im vielschichtigen Verbund optimal betrieben und Energiekosten reduziert werden.

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Logistik

Logistikszenarien für die Errichtung von Offshore-Windparks - Herausforderungen der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung neuer Logistikkonzepte

Stephan Oelker, Marco Lewandowski, Abderrahim Ait Alla, Jan-Hendrik Ohlendorf, Andreas F. Haselsteiner

Die Windenergie hat sich zu einer etablierten Technologie für die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien entwickelt. Allerdings sind in Deutschland geeignete Flächen für die Installation von Onshore-Windenergieanlagen beschränkt bzw. häufig schon bebaut. Folglich werden Offshore-Windenergieparks in Zukunft eine Schlüsselrolle für die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien darstellen, auch in Hinblick auf eine erfolgreiche Umsetzung der Energiewende. Die Installation eines Offshore-Windparks ist aufgrund der rauen Wetterbedingungen und der begrenzten Verfügbarkeit von Ressourcen jedoch anspruchsvoll und kostenintensiv. Dementsprechend gilt es, neue Konzepte für die Errichtung von Offshore-Windparks zu entwickeln und zu evaluieren, wobei hier die klassischen Werkzeuge zur Bewertung an ihre Grenzen stoßen. Diese Lücke lässt sich mittels einer Ablaufsimulation schließen.

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Digitalisierung

Integriertes Energie- und Instandhaltungsmanagement im Kontext Industrie 4.0 - Verbesserte Energieeffizienz und Instandhaltung durch Smart Devices und energieautarke kabellose Sensoren

Benjamin Neef, Christopher Schulze, Christoph Herrmann, Sebastian Thiede

In heutigen komplexen Produktionssystemen sind die systematische Identifikation und realitätsnahe Bewertung von Verbesserungspotenzialen schwierig umzusetzen. Die fortschreitende Entwicklung in der Digitalisierung und die Vernetzung der Produktion bieten in solchen hochkomplexen Umgebungen aber immer bessere Möglichkeiten, Prozesse detailliert zu analysieren und Informationen zum Energie- und Instandhaltungsbedarf von Produktionsmaschinen zu sammeln. Energieautarke Sensortechnik, mobile Kommunikation und Mensch-Technik-Interaktion nehmen in diesem Kontext eine wichtige Rolle ein. Mobile Smart Devices wie Tablet-Computer und Smartphones verfügen heutzutage über ein breites Spektrum an Funktionalitäten und bieten sich daher als ergonomische Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine an. Produktionsprozesse können durch die Bereitstellung von nutzerspezifisch aufbereiteten Maschinendaten zukünftig wirtschaftlich und ökologisch effizienter gestaltet werden.

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Produktionssysteme

Dezentrale Steuerung von
Energieflexibilität in der Produktion

Alexander Sauer, Sebastian Weckmann

Eine zunehmend fluktuierende Energieerzeugung und damit verbunden schwankende Energiepreise sind neue Herausforderungen für eine nachhaltige und kosteneffiziente Fertigung. Im Zuge einer wachsenden Volatilität in der Energieversorgung werden industrielle Verbraucher zunehmend in die Balance des Energiesystems einbezogen. Ziel ist es, Energie dann zu verbrauchen, wenn sie kostengünstig ist, und den Energieverbrauch in Zeiten hoher Energiepreise zu reduzieren. Auf Seiten der Industrie führt dies zu einem Spannungsfeld zwischen der flexiblen Nutzung von Energie und der Produktionsleistung. Während die aktuell im Vordergrund stehenden Smart Grids Lösungen Angebot und Nachfrage für regionale und höher strukturierte Energienetze balancieren, fehlen noch Lösungen für das industrielle Umfeld. In diesem Beitrag wird die laufende Forschung zur Entwicklung einer dezentralen energiesensitiven Steuerungslösung für ein industrielles Produktionssystem mit fluktuierenden Energiepreisen vorgestellt.

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