Die Ultraeffizienzfabrik Digitalisierungsanwendungen im Kontext Energieeffizienz aus der industriellen Praxis Plattform Energieeffizienz Berlin, 29. Juni 2017
Digitale Transformation Biologische Transformation Die Ultraeffizienzfabrik im urbanen Umfeld Effizienz und Effektivität statt Verzicht EFFEKTIVITÄT je mehr, umso besser je weniger, umso besser EFFIZIENZ Materialnutzgrad steigern Bestehende Prozesse optimieren Energieeinsatz reduzieren Zero-Waste- Prozesse Schließen von Stoffkreisläufen Einsatz erneuerbarer Energien Folie 2
Die Energiewende in und mit der Fabrik Systemische Konzepte sind die Lösung die Digitalisierung ein Enabler Energiegew innung: Regenerative, biobasierte Energiequellen Energiev erteilung und -flex ibilis ierung: Industrial Smart Grids (z. B. Reduzieren der Anlagenleistung bei hohen Energiepreisen) Speichertechnologien Bivalente Energieversorgung von Anlagen (z. B. hybrider Anlagenbetrieb mit Strom- und Gas) Energierückgew innung: Verstromung von Abwärme Rekuperation (z. B. beim Abbremsen von Robotern) Energy Harvesting (z.b: Betrieb von Sensoren) Bildquellen: elektro-ruehl.com; bgr.bund.de; muelacker.de; fit-for-energy.com Folie 3
Industrie 4.0 Die Entwicklungsstufen der digitalen Transformation Cyber-physische Systeme Autonome Systeme 3 Vernetzung 4 Autonom is ierung Mechatronische Systeme 2 Virtualis ierung 1 Digitalis ierung 1950 1980 1990 2000 Folie 4
Beispiel Vernetzung: Digitalisierung Druckluftprozess Energieeffizienzpotenzial durch eine Leckage-App Ansatz Digitale Dokumentation des Prüfvorganges des Druckluftsystems beim Anwender und Auswertung der gemessenen Daten mittels der Druckluft-Leckage-App. 17,29 TWh Strombedarf für Druckluft in D Einsparungen Energieeffizienzsteigerung 10% bis 35% Material (Papier, Verschleißteile) 0,86 bis 3,03 TWh/a ca. 463 bis 1.619 kt CO 2 1 Aufwand Smartphone, Computer, Sensoren 0,03 bis 0,07 TWh/a 16 bis 37,5 kt CO 2 Quelle: Ressourceneffizienz durch Industrie 4.0 - Potenziale für KMU des verarbeitenden Gewerbes, VDI ZRE, 2017; 1 Annahme: Bei 50% des Strombedarfs wird Potenzial erschlossen Folie 5
Beispiel Vernetzung: Transparenz in der Druckgussfertigung Energie- und Ressourceneffizienzsteigerung Sonstige (Personal, Fremdleistun gen, ) 60% Quelle: C&C Bark Folie 6 Gesamtkostenstruktur Quelle: C&C Bark Rohstoffund Materialkosten 20% Energie i.w.s. 10% Hilfs- und Betriebsstoffe10% Ansatz Einführung und Verwendung von Ortungs- und Lokalisierungssystemen für Produktionschargen Zustandsüberwachung der Gießzellen Durchgängige Datenintegration Einsparungen Reduzierung Transportaufwand um bis zu 25% Reduzierung Weiterverarbeitung fehlerhafter Bauteile um bis zu 25% Aufwand Quelle: Ressourceneffizienz durch Industrie 4.0 - Potenziale für KMU des verarbeitenden Gewerbes, VDI ZRE, 2017 Computer, Sensoren, Server, Impuls-Schnittstellen
Beispiel Autonomisierung: Smart Energy in Production Unternehmen werden energetische Prosumer Transparenz Flexibilität Effizienz Qualität Folie 7
Grundkonzept dezentraler energieflexibler Steuerungen Logistikanforderungen und Energieversorgung werden verbunden PPS Einbindung beliebiger Prozess 1 Lager Prozess 2 Auftrag 1 RZ Auftrag 2 Auftrag 1 RZ Auftrag 2 Tagesfeine Optimierung V V Tagesfeine Optimierung V Maschinen Integration von Energiespeichern Integration von regenerativer Eigenenergieerzeugung Energieversorgung Legende: RZ Rüstzeit Kommunikationsinfrastruktur Folie 8
Zusammenfassung Das Konzept der Ultraeffizienzfabrik betrachtet die Effizienzsteigerung multidimensional und schließt hierbei das Fabrikumfeld ein Die Digitale Transformation ist ein wesentlicher Treiber für das Konzept der Ultraeffizienzfabrik Es gibt mehrere Entwicklungsstufen auf dem (digitalen) Weg zur Autonomisierung Im Bereich der Vernetzung bestehen bereits heute wirtschaftliche Ansätze zur Steigerung der Energieeffizienz mit digitalen Werkzeugen Die Integration des Fabrikumfelds in die ganzheitliche energetische Optimierung von Fabriken im Sinne von Ultraeffizienz steht jedoch noch am Anfang Folie 9
Vielen Dank für Ihr Aufmerksamkeit Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Kfm. Alex ander S auer Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA Institut für Energieeffizienz in der Produktion EEP Telefon +49 711 970-3600 alexander.sauer@ipa.fraunhofer.de www.ipa.fraunhofer.de www.eep.uni-stuttgart.de