Ennepe-Ruhr-Wupper

Industrie 4.0 und die Energiewende

Fernuniversität Hagen, 16. Mai 2019
     
Fernuniversität_Hagen.jpegRingvorlesung "Energie, Umwelt & Nachhaltigkeit" an der Fernuniversität Hagen

Professor Dr. Thomas Volling für Produktions- und Dienstleistungsmanagement an der TU Berlin, ehemaliger Professor am Lehrstuhl für Produktion und Logistik an der Fernuniversität Hagen, hat am 16.05.2019 im Rahmen der Ringvorlesung Energie, Umwelt & Nachhaltigkeit an der Fernuniversität Hagen einen Vortrag über Industrie 4.0 und die Energiewende gehalten. In der Ringvorlesung beleuchten Expert*innen aus Wissenschaft, Politik und Wirtschaft regelmäßig interessante Fragestellungen rund um das Thema Energie und Umwelt. Unter der Führung des Senior Advisors Prof. Dr. Alfred Endres forschen Gruppen von Wissenschaftlern interdisziplinär an verschiedenen Lehrstühlen der Fernuniversität Hagen im Rahmen von bestimmten Forschungsschwerpunkten. Anknüpfend an das Projekt "MaXFab - Management energieflexibler Fabriken" trug Prof. Volling nun zum Thema "Industrie 4.0 trifft Energiewende - warum man beides zusammen denken sollte" vor. Dabei ging es insbesondere um die Versorgung von energieintensiven Industrieunternehmen mit Energie für flexible Fertigungsverfahren im Lichte einer veränderlichen Energieeinspeisung aus erneuerbaren Energieträgern und schwankender Strompreise an der Strombörse. Ziel soll sein, eine möglichst reibungslose und preiswerte Stromversorgung für Produktion, Logistik und Geschäftsprozesse über die Zeit sicherzustellen. Dazu bedarf es innovativer rechengestützter Optimierungsverfahren für ein flexibles Energiemanagement.

Die Beschaffungskosten für Energie erreichen in manchen Industrieunternehmen einen Anteil von bis zu 47%. Um die Energiewende einzuleiten, wird die Einspeisung von erneuerbaren Energien vom Staat gefördert und subventioniert, insbesondere auch über die EEG-Umlage auf den Strompreis. 2018 lag der Anteil von Ökostrom um die 40%. In Hinblick auf eine veränderliche Lasteinspeisung bei regenerativen Energieträgern wie Wind- oder Solarenergie, deren Lastverlauf stark über die Zeit schwankt, z.B. wegen ungünstiger Witterungsbedingungen, ist der Lastverlauf nicht gleichmäßig. Das kann bedeuten, dass entweder zu viel regenerative Energie zur Verfügung steht ("Upward-Flexibility") oder zu wenig ("Downward-Flexibility"). Es bedarf also neben einem guten Netzausbau vor allem auch geeigneter Energiespeichermedien, um diese Unterschiede auszugleichen. Wenn zu wenig Energie geliefert wird, also ein Minus vorhanden ist, dann spricht man von Residuallast, die entweder durch herkömmliche Energieträger ausgeglichen werden muss oder dadurch vermindert wird, dass durch Lastabwurf weniger verbraucht wird. Neben schwankenden Energiepreisen an der Strombörse hat man es also mit einem stark veränderlichen und schlecht vorhersagbaren Verhalten bei der Stromeinspeisung zu tun. Aus dem Blickwinkel eines energieintensiven Industrieunternehmens ist man also gezwungen, die Produktion optimal an die veränderlichen Rahmenbedingungen anzupassen.

Wie kann das erreicht werden? Nach der Meinung von Volling sollten die Unternehmen in verschiedenen Branchen lokal und regional miteinander kooperieren und einen Verbund bilden, ihre Produktion so weit es geht gemeinsam planen und so Lastunterschiede bestmöglichst ausgleichen. Das kann auch bedeuten, dass z.B. für Glasschmelzen, bei denen der Anheizprozess besonders energieintensiv ist, die Öfen nicht gleichzeitig zu Beginn der Schicht, sondern zeitverzögert bereits nachts hochgefahren werden, die Schichten zeitlich flexibel gehalten werden oder Losgrößen, Ablaufpläne oder Reihenfolgen in der Produktion angepasst werden. Dafür entwickelt Volling zurzeit mathematische Optimierungsverfahren, die neben den Betriebskosten in der Produktion auch Energie- und Netzpreise beinhalten. Dazu gibt es auch die Möglichkeit an der Strombörse sogenannte Futures zu handeln, also Kontingente von Strom, die in der Zukunft zu bestimmten Konditionen verfügbar sind. Dadurch wird auch die subjektive Bedürftigkeit und Wirtschaftlichkeit der einzelnen Unternehmen bewertet, indem vorrangig die Unternehmen zum Zuge kommen, die dem Strom am dringendsten bedürfen und so produzieren, dass sie sich die Kosten auch leisten können. Auf diese Weise lassen sich die Energiekosten am besten untereinander bewerten und den entsprechenden Bedingungen anpassen.

Eine mögliche Lösung des Problems könnte nach Meinung des Verfassers darin liegen, lokal oder unternehmensübergreifend die Produktion zu planen und zu optimieren und anhand der Ergebnisse mittelfristig den Strom z.B. über Futures zu beschaffen. Ist der Trend auf dem Beschaffungsmarkt für Energie einigermaßen stabil, könnte ein optimales Ergebnis für einen Verbund von Unternehmen bereits schon nach wenigen solcher Durchläufe erreichbar sein. Allerdings sind die nicht vorhersagbaren Schwankungen um den Trend, also nicht vorhersagbare Lastunterschiede, ein großes Problem. Eine nicht-lokale Optimierung unter vollkommener Ungewissheit (und begrenzter Information) ist praktisch unlösbar. Praktisch gesehen braucht es also auch lokal verteilte Speichermedien wie z.B. Pumpspeicherwerke, Energiespeicher wie Batterien, Wasserstofferzeugung und verteilte Netze.

Das Besondere daran ist aber, dass für die Industrie der Zukunft die Forderung nach regionaler Kooperation laut wird, indem die Lasten untereinander verschoben oder aufgeteilt werden unter Anwendung von lokalen Netzen und Speichermedien sowie gemeinsamer Fertigungsplanung mit gewissen zu definierenden Schnittstellen. Anstatt einem blinden Wettbewerb der Unternehmen gegeneinander bei knappen Ressourcen das Wort zu reden, wie üblich, ist die Energiewende der Zukunft nur dann sinnvoll umsetzbar, wenn Unternehmen kooperieren. Dies entspricht gerade der Idee der Gemeinwohl-Ökonomie, gemäß der Kooperation vor Konkurrenz steht.

(Autor: Olaf Kintzel)