Flexible Kernprozesse als Schlüssel für eine klimaneutrale Produktion

Klimaneutralität und damit null CO2-Emissionen ab 2050 sind das Ziel der EU-Kommission. Hierfür ersetzen nachhaltige Energiemedien sukzessive die fossilen Energieträger. Für die fertigende Industrie gilt es Konzepte zum Ausgleich der zu erwartenden Schwankungen in den Energienetzen zu finden, die gleichzeitig den Weg zur emissionsfreien Produktion ebnen.

Die EU-Kommission hat beschlossen, die CO2-Emissionen bis 2030 um 55 % zu reduzieren und bis 2050 klimaneutral zu sein. Um Synergien zu nutzen sowie Kosten- und Energieeffizienzvorteile zu schaffen, setzt sie Impulse für die intelligente Kopplung der verschiedenen Sektoren, wie Wärme, Mobilität, Strom, industrielle Prozesse sowie deren Infrastrukturen. Gleichzeitig hat die Bundesregierung für die Realisierung der Klimaziele Gesetze auf den Weg gebracht, u. a.

• Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG)
• Energiewende- (EWG)
• Klimawendegesetz (KWG)
• Kreislaufwirtschaftsgesetz
• nationale Wasserstoffstrategie

Diese Regulierungen flankieren den notwendigen Prozess weg von fossilen Energieträgern wie Kohle, Öl und Gas hin zu sektorübergreifenden Lösungen mit nachhaltigen Energiemedien. Dazu werden Kraftwerke mit fossilen Energieträgern abgeschaltet sowie Verkehr, Transport und Gebäude umweltfreundlich gestaltet.

Vielfältige Maßnahmen kommen hierfür zum Einsatz

• dezentrale Energieerzeugung (Wind-, Photovoltaik, etc.)
• Produktion von Wasserstoff (Power-to-X)
• Wärmespeicherung aus ‚volatiler‘ Energie (Energie, die sonst nicht genutzt werden könnte)
• Nutzung von Energieeffizienz, z. B. die Schaffung von Niedertemperaturnetzen bei Abwärme
• Umwandlung von CO2-Emissionen (Speicherung, Methangaserzeugung, u.a.)
• bidirektionales Laden bei der E-Mobilität und Nutzung von Batteriespeichern
• sukzessive Steigerung einer CO2-Steuer ab 2021 u.v.m.

Lösungen zum Umgang mit Energieschwankungen

Hieraus ergeben sich neue Bedingungen, die es beim Energiemanagement zu berücksichtigen gilt: So steigt nicht nur der Anteil dezentraler Energieerzeugung bei gleichzeitig wetterbedingten Schwankungen sowie politischen und sozio-ökonomischen Unsicherheiten. Auch in der Verteilung des Energieverbrauchs – bspw. durch E-Mobilität oder die Umstellung von Heizungen auf andere Energiemedien – ist ein weiterer Anstieg zu berücksichtigen. Diese Einflüsse und Veränderungen werden sich auch auf die Kernprozesse einer Produktion auswirken. Sie erfordern vor allem einen Energieschwankungsausgleich, um Engpässen sowohl unternehmensintern als auch im externen Energiesektor für eine störungsfreie Produktion vorzubeugen. Gerade an einem ausgeprägten Industriestandort wie Deutschland bedarf es daher intelligenter Konzepte zur Lösung oder Abmilderung regionaler bzw. lokaler Energienetzaspekte im öffentlichen Netz. So ist bspw. eine geschickte Verzahnung mit den regionalen/ lokalen Energienetzen in der Industrie denkbar.

In der Verteilung des Energieverbrauchs ist ein Anstieg zu berücksichtigen.

Nicht zuletzt gilt stärker zu beleuchten, welches Potenzial Maßnahmen zur Energietransformation auch für das Generieren von Umsätzen haben, z. B. durch:

• geringeren oder nicht notwendigen Aus- bzw. Umbau betriebsinterner Energienetzinfrastruktur

• Ausnutzen von Spielräumen durch individuelle Vertragsgestaltung mit einem Energiedienstleister

• Unterstützung zur Vermeidung von Stromausfällen und Erhaltung der betriebsinternen Netzstabilität, die ein hohes Kostenpotenzial haben können

• Einsatz neuer Technologien bei der Reduktion von CO2-Emissionen u. a.

• Produktions- und Energieflexibilität

Produktions- und Energieflexibilität

Der Ausgleich der zu erwartenden Netzschwankungen erfordert vor allem eine angepasste Energieabnahme. Hierfür bedarf es der Berücksichtigung kurz-, mittel- und langfristiger Flexibilität aus den Kernprozessen sowie dem internen Energieerzeugungsprozess bzw. der Speicherung in einem Betrieb.

Die Bedeutung von Kernprozessdaten sowie deren Anpassungs- bzw. Optimierungsmöglichkeiten (Flexibilität) nimmt folglich kontinuierlich zu. Dazu zählen Daten aus:

• der Kapazitätsplanung der Produktion (kurz-, mittel und langfristig),

• den Auftragskapazitäten und -prioritäten,

• der Analyse sowie das Bekanntsein des Energieverbrauchs jedes Teils und dessen Varianten,

• mögliche Abweichungen von Planungskapazitäten und Störungen im Unternehmen,

• internen Energiekapazitäten aus eigenen Energieerzeugungsprozessen und -speicherung (z.B. Batterien, aber auch Lagerkapazitäten der Produkte und Ausgangsmaterialien).

PSI kann sich dazu das folgende industrielle Umfeld vorstellen:

Eine externe Energieversorgung mit dem Energienetz und angeschlossenen Energieversorgern (z. B. mit PSIcontrol, PSIvorhersage, PSIsaso bzw. PSIprins) sowie in Unternehmen mit den zentralen Kernprozessen der Produktion und Logistik:

• eine Prozessüberwachung aus dem MES-System (z. B. mit Modulen von PSIpenta und PSImetals), dem Energie- und CO2-Vertragsmanagement (z. B. PSImarket) und
• einer integrierten Energieüberwachung bestehend aus einem Energieeffizienzsystem, einer Überwachung des Netzes (z. B. PSIcontrol, PSI Qualicision) sowie anderen Energieüberwachungssystemen für E-Mobilität (PSIsmartcharging, PSIingo, PSItms) oder auch Gebäudemanagement.

Der Prozess der Netzüberwachung gleicht die eingehenden Daten aus Kernprozessen und dem Energiesystem (aller zur Vefügung stehenden Energiemedien) kontinuierlich mit den Energievertragsdaten ab. Gleichzeitig wird überprüft, ob die Kapazität des Energienetzes optimiert ist. Bei Gefährdung der Energienetzstabilität (z. B. Einflüsse wie Engpässe, Störungen in den Kernprozessen bzw. dem Energiesystem) erfolgt eine Alarmierung des Produktionssystems, sodass von dort aus entsprechende Steuerungsmaßnahmen ergriffen werden können.

Der Kernprozess bezieht seine Energie über das kundenseitige Energienetz. Angeschlossen ist ein internes Energiesystem, das Energie erzeugt, speichert oder umwandelt. Es kann Energie in das unternehmenseigene Energienetz oder auch in das externe öffentliche Netz einspeisen. Die Verbindung beider Systeme sind individuell flexible Energieverträge, die je nach Bedürfnis des Kunden ausgelegt sind. Diese Verträge berücksichtigen die spezifische Flexibilität des Kernprozesses (aus den Produktionskapazitäten) und des kundenseitigen Energiesystems (aus der zur Verfügung stehenden Energie), die wiederum dem Energiedienstleister zur Verfügung gestellt werden. Dieser liefert über die Verträge entsprechende Informationen zu Energieverfügbarkeit und dazugehöriger Preisgestaltung.

Die eigene Kreativität und Flexibilität

Im Kontext der Energiewende sind Produktionsunternehmen gefordert, die eigene Flexibilität und Kreativität zur Umgestaltung zu kennen bzw. zu erarbeiten. Denn mit den ermittelten Daten lassen sich Kernprozesse nicht nur energiebezogen effizienter gestalten. Vor allem bieten sie die Grundlage für eine nachhaltige Zukunft mit einem sukzessiv wachsenden Anteil grüner Energie und damit für die Realisierung einer CO2-neutralen Produktion bzw. des viel zitierten, grünen Fußabdrucks.