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Erweiterte Logistiksystemplanung unter Einbeziehung des Energieverbrauchs

 

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Verwendung effizienter Betriebsstrategien und Komponenten zur Optimierung der Energiekosten bei der Neu- und Umplanung intralogistischer Anlagen
 

Ausgangsituation

Bei der Logistiksystemplanung stehen nach wie vor die Investitionskosten bei der Auswahl aus verschiedenen Planungsalternativen im Mittelpunkt des Entscheidungsprozesses. Trotz des nachweislich hohen Einsparpotenzials ist die Energieeffizienz intralogistischer Anlagen in der Planungsphase kaum von Bedeutung. Erst bei vergleichbarem Anschaffungspreis werden längerfristige Betrachtungen zu Energie- und Wartungskosten zur Entscheidungsfindung herangezogen. Angesichts steigender Energiepreise kann diese Nichtbeachtung des Faktors Energieeffizienz bei der Auswahl von Planungsvarianten in der Nutzungsphase hohe Zusatzkosten mit sich bringen.

Neben der Entwicklung am Energiemarkt steigern geänderte gesetzliche Rahmenbedingungen die Bedeutung energieeffizienter Lösungen noch zusätzlich. So beschäftigt sich beispielsweise die EU-Richtlinie 2005/32/EG (bzw. Ökodesign-/EuP-Richtlinie) mit der umweltgerechten Gestaltung energiebetriebener Produkte. Derartige Gesetze fördern u.a. auch die Nachfrage nach einer energieeffizienten Fördertechnik. Als dritter Treiber für ein Umdenken in Sachen Energieverbrauch lassen sich Überlegungen zum Unternehmensimage anführen. Vor dem Hintergrund einer gesteigerten öffentlichen Wahrnehmung des Zusammenhangs zwischen Energieverbrauch und dessen Umweltauswirkungen (z.B. Klimawandel) können mit entsprechenden energiesparenden Produkten aber auch mit effizienten Produktions- und Logistikanlagen positive Marketingeffekte erzeugt werden.

Um die Einsparpotenziale aufzuzeigen und den häufig höheren Investitionsaufwand bei der Anschaffung solcher Systeme zu rechtfertigen, ist eine Betrachtung der gesamten Anlagenlebensdauer nach dem Prinzip der Lebenszykluskosten erforderlich. Der während der Nutzung anfallende Energiebedarf intralogistischer Anlagen wird bereits in der Planungsphase festgelegt. Dies geschieht einerseits durch die Auswahl technischer Komponenten, auf der anderen Seite aber auch durch die Gestaltung von Prozessabläufen (vgl. Abbildung 1).

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Abbildung 1: Einfluss der Materialflussplanung auf Energieverbrauch und Lebenszykluskosten

Bei den Betreibern intralogistischer Anlagen herrscht vielfach Unklarheit über den tatsächlichen Energieverbrauch einzelner Teilsysteme und Komponenten. Folglich ist eine Quantifizierung von Einsparpotenzialen in der Planungsphase kaum möglich. Mit den Ergebnissen dieser Arbeit soll Transparenz über die Kosten während der Betriebsphase der Anlagen geschaffen werden. Durch eine Optimierung der Energiekosten wird eine Reduzierung der Lebenszykluskosten möglich. Zusätzlich dienen effiziente Betriebsstrategien als neuer Stellhebel für einen wirtschaftlichen Anlagenbetrieb. Darüber hinaus ermöglicht das Wissen über die Zusammensetzung der Gesamtenergiekosten eine flexiblere Reaktion auf geänderte Rahmenbedingungen (z.B. schwankende Energiepreise, gesetzliche Vorgaben).

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Abbildung 2: Beispiel zu Energiekosten in Abhängigkeit der Betriebsstunden 
 

Zielsetzung

Ziel des Projektes ist es, die Berücksichtigung des Energieverbrauchs bei der Auswahl von Planungsalternativen zu erleichtern oder erst zu ermöglichen. Dazu müssen bereits in der Grobplanungsphase aussagekräftige Energiebilanzen abgeleitet werden. Betrachtungsgegenstand sind Betriebsstrategien sowie technische Komponenten intralogistischer Systeme. Das Forschungsprojekt zielt darauf ab, einerseits den Nutzen einer erweiterten Logistiksystemplanung unter Einbeziehung des Energieverbrauchs herauszustellen, andererseits den Aufwand für die Erstellung von Energiebilanzen für unterschiedliche Planungsalternativen so gering wie möglich zu halten und somit die Akzeptanz in der Wirtschaft zu steigern.

Ergebnisse

Um den jährlichen Energiebedarf schnell, aufwandsarm und bereits in der Planungsphase von Logistiksystemen zu ermitteln, werden analytische Modelle für Stetigförderanlagen sowie Regalbediengeräte entwickelt. Die Energiebedarfsermittlung von Stetigförderanlagen basiert auf einer zyklusabhängige Modellierung, wodurch eine Berücksichtigung der Betriebsweise sowie des Jahresdurchsatzes möglich wird. Auch beim analytischen Modell für Regalbediengeräte wird der Energiebedarf durchsatzabhängig mittels der Anzahl an Einzel- bzw. Doppelspielen abgebildet. Für die einzelnen Spiele wird ein mittlerer Energiebedarf bestimmt. Zusätzlich werden die durch Stillstandszeiten verursachten Standby-Verluste berücksichtigt.

Beide Modelle werden in einem Softwarewerkzeug implementiert, welches eine praktikable Anwendung ermöglicht. Innerhalb des Werkzeugs können verschiedene Planungsvarianten angelegt, deren jährlicher Energiebedarf bestimmt und hinsichtlich der Energiekosten verglichen werden. Um das volatile Verhalten des Strompreises bei dieser Betrachtung zu berücksichtigen, können verschiedene Strompreisentwicklungen abgebildet werden.

Durch Betriebsstrategien kann der Energiebedarf verschiedener Fördermittel merklich reduziert werden. Energieeffiziente Betriebsstrategien von Regalbediengeräten können in Lagerbewirtschaftungs- und Verfahrstrategien unterteilt werden. Die Untersuchungen von energieeffizienten Verfahrstrategien zeigen die Vorteile auf. Die Abhängigkeit zwischen dem Lagertyp sowie der Antriebskonfiguration wird deutlich herausgestellt. Für Stetigförderanlagen stellt die Blockbildung eine Betriebsstrategie dar, die sowohl die Laufzeit als auch den Energiebedarf reduziert. Auf Basis dieser Erkenntnisse werden Handlungsempfehlungen für die Nutzung der Ergebnisse generiert. Auch die weiteren Projektergebnisse werden in Handlungsempfehlungen über-führt und in das Softwarewerkzeug eingebunden.

Mittels Lebenszykluskostenuntersuchungen für verschiedene Szenarien kann die Bedeutung der Energiekosten herausgestellt werden. Die Energiekosten sind abhängig vom Strompreis, der einen komplexen Betrachtungsgegenstand darstellt. Dieser setzt sich aus einer Vielzahl an Komponenten zusammen und ist von Unternehmen zu Unternehmen unterschiedlich, was eine Abstraktion bei der Betrachtung notwendig macht.

Mit den erarbeiteten Berechnungsansätzen und abgeleiteten Handlungsempfehlungen kann eine Berücksichtigung des Energiebedarfs in der Planungsphase von Logistiksystemen erfolgen.



Veröffentlichungen

 2014

Ertl, R.; Habenicht, S.; Günthner, W. A.
Energieeffiziente Betriebsstrategien für Regalbediengeräte Teil 1/2
Hebezeuge Fördermittel, 54 (2014), 1-2, S. 40-42

Günthner, W. A.; Habenicht, S.; Luber, M.
Stromfressern auf der Spur
LOGISTIK HEUTE, 36 (2014), 1-2, S. 66-67, ISSN 0173-6213

 2013

Günthner, W.A.; Habenicht, S.
Erweiterte Logistiksystemplanung unter Einbeziehung des Energieverbrauchs
Forschungsbericht, Lehrstuhl fml, Garching, 2013, ISBN 978-3-941702-36-3
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Habenicht, S.; Ertl, R.; Günthner, W. A.
Analytische Energiebedarfsermittlung von Intralogistiksystemen in der Planungsphase
In: Hompel, Michael ten, Tagungsband WGTL-Kolloquium, Verl. Praxiswissen, Dortmund, 2013, S. 77-90, ISBN 9783869750859
 pdf -Dokument

Habenicht, S.; Günthner, W. A.
Energiebedarfsermittlung in der Grobplanungsphase - Welche Ansätze eignen sich?
Hebezeuge Fördermittel, 53 (2013), 3, S. 128-130
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Vorträge

 2013

Habenicht, S.; Ertl, R.
Analytische Energiebedarfsermittlung von Intralogistiksystemen in der Planungsphase
WGTL-Kolloquium, LogistikCampus Dortmund, 2013
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Download Projektblatt


 

Das IGF-Vorhaben 17168 N/1 der Forschungsvereinigung Bundesvereinigung Logistik e.V. - BVL, Schlachte 31, 28195 Bremen wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

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 Ansprechpartner

Mitarbeiter::Sebastian Habenicht::

 

Förderung

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Projektträger

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FV
17168 N/1

 

Forschungsvereinigung

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Projektpartner

  • CIM GmbH Logistik-Systeme
  • Geis Automotive Services GmbH
  • Hörmann Logistik GmbH
  • ifp consulting
  • Jungheinrich AG
  • Kühne + Nagel (AG & Co.) KG
  • SAFELOG GmbH
  • Schenker Deutschland AG
  • Schmidt-Seeger GmbH
  • trilogIQa
  • viastore systems GmbH
  • Weissenborn Logistik-Consulting