Ansatzpunkte der Energie- und Ressourceneffizienz in der Produktionstechnik

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1 Ansatzpunkte der Energie- und Ressourceneffizienz in der Produktionstechnik Dr.-Ing. Johannes Schilp

2 Kurzvorstellung der Projektgruppe RMV GRÜNDUNG ZIELSETZUNG Aufbau eines eigenständigen Fraunhofer-Instituts am Standort Augsburg AUFBAUPHASE Gemeinsames Wachstum mit dem iwb Anwenderzentrum über 5 Jahre Ausbauziel: 25 wiss. Mitarbeiter FÖRDERUNG Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie Abteilung Ressourceneffiziente Fabrik Abteilung Planung und Steuerung Abteilung Anlagen- und Steuerungstechnik Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart Hauptabteilungsleiter Projektgruppe RMV Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) Technische Universität München Abteilung Prozesse und Komponenten 2

3 Wie kann ich Energieverschwendungen in der Produktion identifizieren und beheben? Bild: MEV Verlag 3

4 Fräsen, grob Schleifen Rüsten Drehen schruppen Schlichten Fräsen, grob Rüsten Schleifen Messen Rüsten Fräsen, fein Schleifen Messen P Aufnahme in kw Schichtende Energiesparende Produktionsanlagen Untersuchungsgegenstand Eine Produktionsanlage, z. B. Werkzeugmaschine oder Reinigungsanlage Zielsetzungen :00 16:00 20:00 0:00 4:00 8:00 12:00 4 Projekttyp: Industrie, bilateral, ca. 1-1,5 Monate Transparenz über alle Energieströme während aller Betriebszustände Bestimmung von Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz Senkung der Betriebskosten

5 Beeinflussung Ursache Methodik des Energiewertstroms Untersuchungsgegenstand Wertschöpfungsprozesse von Produkten Energieverschwendungen bei eingesetzten Produktionsbetriebsmitteln Zielsetzungen Sensibilisierung der Mitarbeiter Bestimmung von Maßnahmen zur Reduktion von Energieverschwendungen und Identifikation von Synergiepotentialen in der Energienutzung Senkung der Betriebskosten Projekttyp: Industrie, bilateral, ca. 3-6 Monate Optional: Schulung in der Lernfabrik für Energieproduktivität, 1-2 Tage, Sensibilisierung und Grundlagen Energiewertstrom Energiewertstromanalyse Messen Visualisieren Analysieren Härteofen Härteofen BZ [Sec.] = 1680 ZZ [Sec.] = 54 RZ [Sec.] = 2700 Losgröße [Stk.]= 6 el. Energie [Wh/Stk.] = Bauteiltemp. [ C]= 880 Prozesstemp. [ C] = 900 Energiewertstromdesign Maßnahmen ableiten Priorisieren Wechselwirkungen identifizieren 0,1 0,1 Druckluft [bar] = 7,5 Druckluft [dm 3 /min] = 28 Druckluftsystem Härteofen Umsetzung 0 Leistung [kw] = 3,4 Druckluft [dm 3 /min] = 320 Druck [Bar] = 8,4 Temperatur [ C] = 48 Taupunkt [ C] = -24 0,1 BZ [Sec.] = 1680 ZZ [Sec.] = 54 RZ [Sec.] = 2700 Losgröße [Stk.]= 6 el. Energie [Wh/Stk.] = 87 Bauteiltemp. [ C]= 880 Prozesstemp. [ C] = 900 Druckluft [Bar] = 7,5 Druckluft [dm 3 /min] = 28 Druckluftleitung Druck (Anfang) [Bar]: 8,2 Druck (Ende) [Bar]: 8,0 Temperatur (Anfang) [ C]: 20 Temperatur (Ende) [ C]: 20 Länge [m]: 56 Förderband Bilder: 0 Anlagensteuerung Temperatur [ C] = 32 Leistung [kw] = 0,3 Anzahl Bauteile [Stk.] = 18 Leistung [kw] = 0,4 Temperatur [ C]= 728 Härteofen 0,1 Härteofen 0,1 BZ [Sec.] = 1680 ZZ [Sec.] = 54 RZ [Sec.] = 2700 Losgröße [Stk.]= 6 el. Energie [Wh/Stk.] = 87 Bauteiltemp. [ C]= 880 Prozesstemp. [ C] = 900 Druckluft [bar] = 7,5 Druckluft [dm 3 /min] = 28 5

6 Wie kann ich Energie dauerhaft als Planungs-/Steuerungsgröße implementieren? Bild: MEV Verlag 6

7 TP 7: Bewertung Bewertung der Energieflexibilität von Produktionsanlagen Untersuchungsgegenstand Vision: Energieflexible Fabrik, d.h. schnelle Anpassung unter geringem finanziellen Aufwand an kurzfristige Änderungen des Energiemarktes TP 6: Energieversorgung Planung Technik TP 3: Energiespeicherung und dez. Erzeugung TP 5: Produktionsplanung und -steuerung TP 4: Leitsystem TP 2: Anlagenbau Zielsetzungen Aufnahme der Energieströme einer Produktionsanlage TP 1: Transparenz TP 8: Demonstrator Bewertung der Energieflexibilität Auswahl möglicher Maßnahmen zur Umsetzung des an den Strompreis angepassten Verhaltens der Produktionsanlage Projekttyp: Forschung, bilateral oder ARGE, Dauer tbd ARGE = industrielle Arbeitsgemeinschaft 7

8 Konzeption der IT-Bebauung für eine energieautarke Produktion Untersuchungsgegenstand Vision: Energieautarke Produktion Implementierung von dezentraler Energieversorgung und Energiespeicherung in einer Fabrik Zielsetzungen Konzeption der Bebauung der Fertigungs-IT und Dokumentation in einem Lastenheft Einplanung und Bearbeitung von Aufträgen in den unterschiedlichen Fertigungsbereichen Berücksichtigung der Planungsgröße Energie Projekttyp: Industrie, bilateral, ca. 4-6 Monate Bilder: /Bernd Müller 8

9 Wie kann ich weitere Ressourcen in meiner Produktion berücksichtigen? 9

10 Effiziente Regenwassernutzung in der Produktion Untersuchungsgegenstand Machbarkeitsstudie der Nutzung von Regenwasser in Produktionsprozessen Simulation zur Auslegung des Tanks auf Basis realer Wetterdaten Zielsetzungen Minimierung der laufenden Kosten für Prozesswasser Einsparung von Trinkwasser Identifikation passender Systemanbieter und Risikoabschätzung Projekttyp: Industrie, bilateral, ca. 4-6 Monate Bilder: MEV Verlag; Fabrik: 10

11 Biologische Bauteilreinigung Untersuchungsgegenstand Machbarkeitsstudie der Nutzung von Biologischen Reinigungsverfahren bei organisch verschmutzten Bauteilen Zielsetzungen Bedarfsoptimierte Reinigung von Bauteilen Maximierung der Sauberkeit Schonung der Umwelt durch Einsatz biologischer statt chemischer Verfahren Projekttyp: Forschung, Dauer tbd Bilder: 11

12 Ökologischer Fußabdruck einer Produktionsanlagen Untersuchungsgegenstand Produktionsanlagen unterliegen Anforderungen zur Reduktion der Umweltwirkungen Qualifizierung der Ökobilanzierung zur Bewertung dieser Umweltwirkungen Zielsetzungen Methodik zur Bewertung des ökologischen Fußabdrucks einer Produktionsanlage Synchronisierung mit der Lebenszyklusbetrachtungen aus Kostensicht Ableitung von Gestaltungsempfehlungen und Entwurf von Kriterien für Betriebsmittelrichtlinien Projekttyp: Forschung, Dauer tbd Ressourcen -gewinnung/ -veredelung Produktion Distribution Nutzung des Produkts End-of-life CO 2 e Bilder: Oberender, VDI-ZRE; Projektgruppe RMV des Fraunhofer IWU; 12

13 Mehrwert der Zusammenarbeit Die Projektgruppe RMV des Fraunhofer IWU überträgt den aktuellen Stands der Forschung in die industrielle Anwendung, im Bereich: Energieflexibilität von Produktionsanlagen Ökobilanzierung von Produktionsprozessen und Produktionsanlagen Einsatz natürlicher Ressourcen in der Fabrikplanung und in Produktionsprozessen über verschiedene Lern- und Forschungsplattformen Lernfabrik für Energieproduktivität Sensibiliserung für Energie im Produktionsprozess Schulung der Methode des Energiewertstroms Green Factory Augsburg Forschungs-, Entwicklungs- und Lernplattform für seriennahe additive Fertigung Im Aufbau Seid

14 Ihr Weg zu uns Kontaktdaten Dr.-Ing. Johannes Schilp Abteilungsleiter Komponenten und Prozesse Projektgruppe Ressourceneffiziente mechatronische Verarbeitungsmaschinen Beim Glaspalast 5 I Augsburg Telefon I Fax -50 johannes.schilp@iwu.fraunhofer.de 14

15 Ihr Weg zu uns Anfahrt: Beim Glaspalast 5 martini park, Provinostr