7.4 Grüne Intralogistik Effizienzgewinne durch nachhaltige Gebäudeund Materialflusstechnik

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1 Grüne Intralogistik Effizienzgewinne durch nachhaltige Gebäudeund Materialflusstechnik Anna Struve, LogBW Folgender Artikel basiert auf den Präsentationen Effizienzgewinne durch nachhaltige Gebäude- und Materialflusstechnik Methoden, Umsetzung, Best Practice, Frieder Töpfer; TIM CONSULT GmbH, sowie LED-Licht in der Logistik als CO 2 - und Kostenkiller, Nicolas v. Wilcke, Nexplan, Gesellschaft für nachhaltige Entwicklung und Technologie mbh, beide gehalten auf dem 7. LogBW-Expertenworkshop am 10. Oktober 2013 in Mannheim. Energiekosten sind ein wesentlicher Kostenfaktor für Logistikdienstleister. Rund 76 Prozent der Energiekosten entfallen auf den Transport und rund 24 Prozent auf die Intralogistik. 1 Den größten Energiekostenanteil innerhalb der Intralogistik hat mit 48 Prozent der Bereich Fördertechnik-, Lager- und Kommissioniertechnik, gefolgt von der Heizungs- und Lüftungstechnik mit 35 Prozent. Rund 15 Prozent der in der Intralogistik anfallenden Energiekosten entfallen auf die Beleuchtungstechnik, wie in Abbildung 1 dargestellt ist. 2 Abbildung 1: Energiekostenaufteilung eines großen Logistikdienstleisters Fast die Hälfte des Energieverbrauchs lässt sich durch eine höhere Effizienz in der Gebäudetechnik vermeiden. 3 Hierfür gibt es zahlreiche innovative Ansätze, wie beispielsweise Gebäudeisolierung Wärmerückgewinnung aus Abluft Fußbodenheizung Regenerative Energien Photovoltaik Energiesparleuchten Selektive Beleuchtung nach Bedarf Während letztlich alle Ansätze zur Effizienzsteigerung in der Gebäudetechnik nur mit signifikanten Anstrengungen, mittelfristigen Planungen und auch nicht unerheblichen Investitionen verbunden sind, sind Effizienzgewinne im Bereich Beleuchtungstechnik relativ einfach umzusetzen. Auf diese wird daher im Folgenden eingegangen. 4 Effizienzsteigerung durch innovative Beleuchtungstechnik Der Anteil der Energie für Beleuchtung in Logistikimmobilien beträgt knapp 50 Prozent vom Gesamtstrom; dieser Energieverbrauch kann durch eine moderne und intelligente Beleuchtungstechnik um ca. 90 Prozent gesenkt werden % Intralogistik Der Intralogistikanteil setzt sich zusammen aus: 35 % Heizungs- und Lüftungstechnik 76 % Transportanteil 15 % Beleuchtungstechnik 2 % Rest 48 % Förder-, Lager- und Kommissioniertechnik Neben dem Einsatz von Bewegungsmeldern, die eine selektive Beleuchtung nach Bedarf ermöglichen, ist die Wahl des Beleuchtungsmittels für mögliche Energieeinsparungen essentiell. Forciert durch das im Februar 2009 vom EU-Parlament beschlossene Glühlampenverbot, das seit September 2009 schrittweise den Verkauf und die Herstellung von Glühlampen beschränkt, gewinnen innovative und effiziente Beleuchtungstechniken wie Lampen mit Leuchtdioden (LED 6 ) zunehmend an Verbreitung. Hervorzuheben ist insbesondere der deutlich höhere Wirkungsgrad von LED gegenüber konventionellen Glühlampen; dieser ist bei LED rund 89 Prozent höher als bei konventionellen Glühbirnen. 7 Quelle: Vanderlande (TU München), zitiert nach Töpfer, Töpfer Vgl. auch Gregori, Wimmer Töpfer Vgl. hierzu auch Artikel Nachhaltige Logistikimmobilien Aktuelle Best Practices in vorliegendem Schriftenband. 5 Wilcke 2013a 6 LED: Abk. für Light Emitting Diode (engl. für Leuchtdiode) 7 Ten Hompel 2011

2 7.4 Grüne Intralogistik Effizienzgewinne durch nachhaltige Gebäude- und Materialflusstechnik 189 Weitere Vorteile von LEDs sind: 8 Energieverbrauch und CO 2 -Emissionen verringern sich durchschnittlich um rund 65 Prozent Sehr zuverlässig, kaum stoß- und erschütterungsempfindlich, wenig Ausfälle und Sicherheitsrisiken Lange Lebensdauer (5 10 Jahre bei 24 Stunden Laufzeit) Bis zu 30 Jahre Standzeit bei dynamischer Steuerung Reduktion der Instandhaltungskosten um durchschnittlich rund 70 Prozent LED enthalten keine giftige Substanzen wie z.b. Quecksilber, welches immer noch in Leuchtstoffröhren und Energiesparlampen eingesetzt wird Geringe Wärmeproduktion: LED produzieren nur 3,4 BTU / h im Gegensatz zu 85 BTU / h bei Glühlampen. 9 Dadurch reduzierte Verletzungsgefahr und niedrigerer Energiebedarf für Klimaanlagen Tabelle 1 zeigt Kennzahlen dreier Referenzprojekte auf, die herkömmliche Beleuchtung auf LED-Beleuchtung umgestellt haben. Die Referenzbeispiele zeigen, dass sich durch den erheblich geringeren Energieverbrauch die Investitionskosten in weniger als 3,5 Jahren amortisiert haben. Darüber hinaus lassen sich nennenswerte Einsparungen an Kohlendioxidemissionen realisieren. Es empfiehlt sich, vorrangig in den Bereichen auf LED- Licht umzurüsten, die lange Anschaltzeiten (also 16 bis 24 Stunden bei sechs oder sieben Wochentagen) aufweisen, um möglichst hohe Energieeinsparungen und einen schnellen ROI erzielen zu können. Wie in Abbildung 1 ersichtlich ist, fallen mit 48 Prozent ein Großteil der Energiekosten eines Logistikdienstleisters in den Bereichen Fördertechnik, Lagerund Kommissioniertechnik an. Im Folgenden werden diesbezüglich relevante Möglichkeiten der Effizienzsteigerung in den Bereichen Regaltechnik Flurförderfahrzeuge Fördertechnik: Stetigförderer Regalbediengeräte (RBG) Lagersteuerung kurz skizziert. Tabelle 1: Referenzbeispiele für Umrüstung auf LED-Licht Brezan Automaterialen, Ede, NL VG Cargo GmbH, Airport Frankfurt-Hahn Nestlé, Berlin, Auszug Regalgang 50 m Jahr Bestand 643 St. T Watt + HQL 11 Außenlicht 430 St. T8 12 KVG 13, 75 Watt 8 St. Natriumdampf 215 Watt (real 460 Watt) Ersatz 643 St. LED 35 Watt + Außenlicht 420 St. LED Lichtband 33 Watt 5 St. LED-Multistrahler 215 Watt Betriebszeit h / Jahr Einsparungen kwh / Jahr kwh kwh kwh Einsparungen CO 2 / Jahr 170 Tonnen 80 Tonnen 13 Tonnen Einsparungen Euro / Jahr Euro Euro Euro Invest Euro Euro Euro ROI 14 3,3 Jahre 1,6 Jahre 1,8 Jahre Bemerkung Dynamische Steuerung, deutliche Reduzierung der Fehlpickrate 100 % Anschaltung ohne Dynamik Dynamische Steuerung, 94,6 % Reduktion Quelle: Wilcke, 2013b 8 Wilcke 2013a und 9 BTU / h: British thermal unit. 1 BTU entspricht 1055, Joule. 10 T5: Leuchtstofflampe mit 16 mm Durchmesser 11 HQL: Hochdruck-Quecksilberdampflampe 12 T8: Leuchtstofflampe mit 26 mm Durchmesser 13 KVG: Konventionelle Vorschaltgeräte 14 ROI: Return of Investment

3 190 Regaltechnik Ein bereits seit längerer Zeit in der Praxis umgesetzter Ansatzpunkt zur Effizienzsteigerung ist eine Regalkonstruktion in Form von vielfach gekanteten Profilen. Der technische Hauptvorteil eines vielfach gekanteten Profils liegt darin, dass die Profil-Wandstärken deutlich geringer als bei einem einfach gestalteten Profil sein können, trotzdem die Stabilität und Traglast aber deutlich höher ist. Für die Herstellung eines vielfach gekanteten Profils ist damit ein deutlich geringerer Materialeinsatz notwendig. Durch die geringeren Gewichte lassen sich darüber hinaus weitere Energieeinsparungen je transportierter Einheit beim Transport realisieren. Ein weiterer Ansatzpunkt zur ökologischen Effizienzsteigerung in der Regaltechnik ist die Verwendung von Holz statt Stahl. Prominentes Beispiel ist der Neubau des Alnatura-Verteilerzentrums in Lorsch. 15 Die Vorteile des Baustoffes Holz gegenüber Stahl sind: Nachwachsender ökologischer Baustoff (nachhaltig im ureigensten Sinne) Geringerer Energieverbrauch in der Herstellung Bessere Leistungswerte zum Brandschutz als Stahl Durch die Nutzbarkeit des Baustoffes Holz auch in automatisierten Lagern sind der praktischen Verwendbarkeit in diesem Bereich keine Grenzen gesetzt. Demgegenüber stehen jedoch monetäre Argumente: So liegen die Kosten eines Regals in Holzständerbauweise knapp 30 Prozent höher gegenüber einer Regalkonstruktion aus Stahl. 16 Flurförderfahrzeuge Wie einleitend erwähnt, verbrauchen Förder-, Lagerbzw. Kommissioniertechnik beinahe die Hälfte der aufgewendeten Energie (vgl. Abbildung 1); hier liegen demnach also auch die größten Einsparpotenziale. Einsparpotenziale für Gabelstaplerprozesse können zum einem mit schlanken Transportprozessen, beispielsweise mittels eines güterflussorientierten (Lager-) Layouts, und zum anderen durch die Nutzung neuer Steuerungsstrategien realisiert werden Siehe hierzu auch Artikel Nachhaltige Logistikimmobilien Aktuelle Best-Practice-Beispiele in vorliegendem Schriftenband 16 Töpfer Günthner, Tenerowicz, Galka o.j. Rund 30 Prozent der Fahrzeugbewegungen können durch den Einsatz von Staplerleitsystemen, die eine Optimierung der Auftragszuordnung ermöglichen, vermieden werden. 18 Weitere technische Ansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz bei Staplern liegen in den Bereichen 19 Anwendung moderner Antriebstechnik wie zum Beispiel Hybridantriebe, Wasserstoffmotoren oder Brennstoffzellen Start-Stopp-Automatik Leichtbauweise Energierückgewinnung beim Bremsen und Lastabsenken Verbesserung des Rollwiderstandes der Reifen Der in der Praxis vorherrschende permanente Stoppand-Go-Betrieb von Flurförderfahrzeugen kommt neuen Antriebsformen wie Elektro- oder Hybridantrieben zugute. Eng verknüpft mit der Entwicklung von Hybridantrieben ist die Weiterentwicklung der Batterien bzw. alternativer Energiespeicher, wie beispielsweise hydraulischer Blasenspeicher oder Kondensatoren, mit dem Ziel, die Energiedichte, Leistungsdichte, Ladezeit und energetischen Nutzungsgrad der Speicher zu verbessern. 20 Der Einsatz energieeffizienter Motoren kann die Energiever luste um rund 40 Prozent gegenüber konventionellen Typen verringern. 21 Fördertechnik: Stetigförderer Stetigförderer sind geeignet für den automatisierten Transport größerer Materialmengen auf festgelegten Strecken. Aufgrund der vielen elektrischen Antriebe weisen Stetigförderer einen hohen Stromverbrauch auf. Einsparpotenziale können durch den Einsatz energiesparender Antriebe, eine präzise Dimensionierung des Motors sowie eine Reduktion der in der Förderanlage auftretenden Übertragungsverluste vom Motor zum Tragmittel realisiert werden. Übertragungsverluste können beispielsweise durch Reibung zwischen dem Transportband und den Laufrollen eines Gurtförderers auftreten. Durch eine Nanobeschichtung der Gurte können die Gleitreibwerte zwischen Gurt und Gleitblech um bis zu 60 Prozent verringert werden. Als Folge der reduzierten Reibung verringert sich die benötigte Antriebsleistung, was wiederum zu einer Verringerung des Energiebedarfs führt Albrecht Vgl. Töpfer 2013 und Günthner, Tenerowicz, Galka o.j. 20 Günthner, Tenerowicz, Galka o. J. 21 Töpfer Günthner, Tenerowicz, Galka o. J

4 7.4 Grüne Intralogistik Effizienzgewinne durch nachhaltige Gebäude- und Materialflusstechnik 191 Für die Aufteilung von Materialströmen auf Stetigförderer sind bisher häufig seitlich angeordnete pneumatisch betriebene Pusher im Einsatz. Diese benötigen einen hohen Druckluft-Einsatz mit einem entsprechend hohen Energieverbrauch. In den letzten Jahren haben sich zunehmend vollständig in die Förderstrecke integrierte Ausschleuser etabliert. Am häufigsten ist der Rollenausschleuser zu beobachten. Hiermit können rund 90 Prozent der Druckluft im Vergleich zum pneumatischen Pusher eingespart werden. 23 Darüber hinaus sollten zur Effizienzsteigerung in der Behälterfördertechnik ineffiziente Antriebe wie Flach- und Zahnriemen sowie Ketten durch Niedervoltantriebe ersetzt werden. Durch Niedervoltantriebe lassen sich folgende Verbesserungen realisieren: Reduzierung der Drehzahl Automatisierter und geregelter Getriebeeinsatz Anpassung der Motorenleistung an benötigte Leistungsanforderungen Damit lassen sich bei einem geringeren Energieverbrauch höhere Wirkungsgrade realisieren. Regalbediengeräte (RBG) Im Bereich der automatisierten Kleinteilelager gibt es zwei wesentlich voneinander verschiedene technische Lösungen: (a) den über die komplette Gassenhöhe vertikal fahrenden sogenannten Miniload / AKL sowie (b) den auf jeder Gassenebene installierten horizontal fahrenden Multi-Shuttle. Der Vorteil des Multi-Shuttles gegenüber dem Miniload liegt darin, dass er nur rund 10 Prozent des Gewichts eines Miniloads aufweist und damit einen deutlich geringeren Energieverbrauch hat. Durch den Einsatz leichter Verbundwerkstoffe kann das Eigengewicht weiter optimiert werden. Abbildung 2 visualisiert den Energieverbrauch beim Fahren in der Gasse im Vergleich. Abbildung 2: Energieverbrauch beim Fahren in der Gasse Watt Shuttle Quelle: DEMATIC, zitiert nach Töpfer, 2013 Neben einer Energierückspeisung beim Bremsen und Lastabsenken können in automatisierten Lagersystemen folgende Maßnahmen die Energieeffizienz steigern: 24 Nutzung energieeffizienter Antriebe gemäß der europäischen Standards IE3 und höher 25 Hauptschütz abschalten zur Reduzierung des Standby-Energieverbrauchs Nutzung frei werdender und generatorisch aufgenommener Energien für den Antrieb mittels Gleischstromzwischenkreisschaltung Einsatz vollsynthetischer Leichtlaufgetriebeöle zur Effizienzsteigerung Lagersteuerung AKL Über intelligente Software-Algorithmen in modernen Lagersteuerungssystemen lassen sich Spitzenlast und Stromverbrauch reduzieren, ohne die Leistungsanforderungen zu reduzieren. Insbesondere vor dem Hintergrund, dass beim Anfahren und Beschleunigen eine Belastungsspitze auftritt, kann ein intelligentes Steuerungssystem Spitzenlasten verhindern, indem ein zeitversetztes Anfahren, koordiniert über mehrere Gassen, realisiert wird. Ebenso können durch eine entsprechende Software-Steuerung Gassen und Ebenen bei fehlenden Fahraufträgen komplett ausgeschaltet werden, um so weitere Energieeinsparmöglichkeiten zu realisieren. 23 N.N Vgl. Augustin IE3: Premium Wirkungsgrad im System der Normierung für die Effizienzklassen von Elektromotoren (EN :2009).

5 192 Weitere Vorteile einer intelligenten Steuerung sind: 26 Aktuelle Belastungszustände einer Lagerautomatisierung werden berücksichtigt, wodurch sich Stehzeiten, Verschleiß, Alterung sowie Instandhaltungs- und Wartungskosten reduzieren und die erforderlichen Anschlusswerte für die Stromversorgung sinken Daten und Status zu allen Lagerbereichen sind schnell verfügbar Wege und Routen bei der Auftragsabwicklung werden optimiert Online-Monitoring, um schnell und dynamisch in laufende Prozesse einzugreifen Darüber hinaus sind nennenswerte Energieeinsparungen durch eine Konsolidierung der Server möglich, da dadurch vorhandene Rechnerkapazitäten besser ausgenutzt und die benötigte Kühlleistung reduziert wird. 27 Die Verwendung moderner Server-Systeme ( Green- IT ) haben einen deutlich geringeren Energieverbrauch als herkömmliche Systeme. Konsolidiert man zum Beispiel fünf Server mit je 10 Prozent Last zu einem Server mit 50 Prozent Last, so reduziert sich die gesamte Leistungsaufnahme im Rechenzentrum (Server und Klimatisierung) um bis zu 75 Prozent. 28 Literatur Albrecht, W. (2008): Energieeinsparungen durch moderne Lagersteuerung. Tagungsband Energieeffizienz im Lager. Köln. Augustin, H. (2011): Lagergestaltungsmethodik für das Green-Warehousing. In: Schenk, Zadek, Müller, Richter, Seidel (Hrsg.): Tagungsband 16. Magdeburger Logistiktage Sichere und Nachhaltige Logistik. Online verfügbar unter (letzter Zugriff ). Günthner, W. A.; Tenerowicz, P.; Galka, S. (o.j.): Roadmap für eine nachhaltige Intralogistik. Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik (fml). Technische Universität München. Online verfügbar unter Roadmap%20f%C3%BCr%20eine%20nachhaltige%20Intralogistik.pdf. N.N. (2008): (Energie)Sparen beim Fördern. Materialfluss Mai Verlag Moderne Industrie, S Ten Hompel, Prof. Dr. Michael (2011): Sinn und Unsinn grüner Intralogistik. Fraunhofer IML. Vortrag gehalten auf dem LogiMAT Forum Online verfügbar unter (letzter Zugriff ). Töpfer, F. (2013): Effizienzgewinne durch nachhaltige Gebäude- und Materialflusstechnik Methoden, Umsetzung, Best Practice. Präsentation gehalten auf dem 7. LogBW-Expertenworkshop am 10. Oktober 2013 in Mannheim. Wilcke, N. von (2013a): LED-Licht in der Logistik als CO 2 - und Kostenkiller. Präsentation gehalten auf dem 7. LogBW-Expertenworkshop am 10. Oktober 2013 in Mannheim. Wilcke, N. von (2013b): LED-Best Pratice als CO 2 - und Kostenkiller in der Logistik. LogReal.direkt. Ausgabe 2/2013. Online verfügbar unter de/cms/upload/logrealdirekt_ausgaben/download/logreal.direkt_ pdf (letzter Zugriff ). Gregori, G., Wimmer, T. (2011): Grünbuch der nachhaltigen Logistik. Handbuch für die ressourcenschonende Gestaltung logistischer Prozesse. Eigenverlag der Bundesvereinigung Logistik (BVL) Österreich. Wien, Bremen. 26 Vgl. Gregori, Wimmer Augustin Töpfer 2013

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