Energetische Masterplanung: Der Weg zur Green Factory

Mit Hilfe einer energetischen Masterplanung können Unternehmen CO₂-Ziele erfolgreich umsetzen und Einsparungen von 15–20 % erreichen. Dabei ist vor allem die ganzheitliche Betrachtung von Energiesystem und Fabriksystem entscheidend, die bereits in der Konzeptphase beginnen sollte. Die frühzeitige Prognose und Analyse des Betriebs schafft für Unternehmen einen messbaren Mehrwert – und ermöglicht auch langfristige Optimierungen, z.B. zur Anpassung und Verbesserung im laufenden Betrieb.

Für eine erfolgreiche Transformation hin zu einem nachhaltigen und effizienten Fabrik- und Energiesystem benötigen Unternehmen eine maßgeschneiderte Roadmap, die sowohl den Kapitalaufwand (CAPEX) als auch die Betriebskosten (OPEX) optimiert. Diese Roadmap wird von unseren Experten durch die Optimierung verschiedener Investitionspfade ermittelt.

Unsere Methode bietet Unternehmen einen doppelten Nutzen, da das entwickelte Modell nicht nur Kosten senkt, sondern auch in Zukunft flexibel eingesetzt werden kann – z.B. bei neuen Standorten, geänderten Rahmenbedingungen oder anderen externen Einflüssen.

Übrigens: Eine Optimierung ist auch im laufenden Betrieb, im Bestandsgebäude oder während eines Investitionsstopps möglich: Denn bereits durch angepasste Betriebsweisen lassen sich erhebliche Einsparungen realisieren.

Produzierende Unternehmen müssen ihre Prozesse umweltfreundlicher gestalten und CO₂-Emissionen reduzieren. Neben dem Druck durch steigende Energiepreise und das Erreichen des 2-Grad-Ziels ist auch der Wunsch nach mehr Unabhängigkeit von der Preisentwicklung ein wichtiger Treiber. Für diese komplexe Umstellung benötigen sie gut durchdachte und innovative Lösungen.

Warum ist eine energetisch optimierte Produktion wichtig?

• Gesetzliche Vorgaben: Strengere Gesetze verlangen energieeffiziente und nachhaltige Produktionssysteme.
• Kostensenkung: Optimierte Prozesse sparen Energie und Ressourcen, was langfristig die Betriebskosten senkt.
• Strategische Wettbewerbsvorteile: Energetisch optimierte Fabriken ermöglichen Kosteneinsparungen, die in Nachhaltigkeitsmaßnahmen investiert werden können.

Wie kann die Produktion energieeffizient optimiert werden?

• Prozessoptimierung: Produktionsprozesse können mit Hilfe einer detaillierten Analyse effizienter und umweltfreundlicher gestaltet werden.
• Ganzheitlicher Ansatz: Eine integrierte Betrachtung von Produktionsprozessen, Gebäuden und technischer Ausstattung ist entscheidend für Energieeinsparungen – sowohl im laufenden Betrieb als auch bei der Planung neuer Produktionsstätten.
• Frühzeitige Planung: Das Zusammenspiel zwischen Produktion und Infrastruktur muss bereits in der Konzeptphase berücksichtigt werden, um maximale Energieeffizienz und langfristige Kosteneinsparungen zu sichern.

Fallstudie: Digitaler Zwilling für maximale Energieflexibilität und Kosteneffizienz

Gerade kleine und mittelständische Unternehmen benötigen bei der Umsetzung dieser Optimierungen gezielte Unterstützung. Eine aktuelle Fallstudie zeigt, wie die Zusammenarbeit von Ingenics Consulting und RIZM durch die Modellierung eines digitalen Zwillings im Fabrik- und Energiesystem einen konkreten Fahrplan zur CO_2e-Neutralität und Verbesserung der Kostenstruktur entwickeln konnte.

Der digitale Zwilling kombiniert Produktions- und Energiedaten und ermöglicht so eine umfassende Optimierung, die nicht nur Lebenszykluskosten reduziert, sondern auch die Grundlage für maximale Energieflexibilität schafft.

Die Transformation des Energiesystems hin zu einer Green Factory erfolgt in vier Phasen:

1. Zielsetzung & Analyse:
   • Im ersten Schritt legen wir die Ziele und Rahmenbedingungen fest, analysieren die aktuelle Situation und definieren die Aufgabenstellung. Systemgrenzen und relevante Szenarien bilden die Grundlage für den weiteren Prozess.
2. Datenakquise & Modellierung:
   • Im Anschluss sammeln und analysieren wir Energiedaten wie Strom, Druckluft und Wärme – und modellieren das Fabriksystem, einschließlich Produktionsprozessen, Infrastruktur und Gebäuden. Dabei kommt u.a. Software wie RIZM zur Optimierung der Energieströme zum Einsatz.
3. Auswertung & Interpretation:
   • Wir analysieren die Energie- und CO_2e-Flüsse. Zudem bewerten wir die Kosten und CO_2e-Reduktionspotenziale, um Synergien und mögliche Zielkonflikte zu ermitteln.
4. Ableitung von Empfehlungen:
   • Auf Basis der Ergebnisse entwickeln wir Handlungsempfehlungen für nachhaltige Entscheidungen. Dabei berücksichtigen wir auch langfristige Auswirkungen und unterstützen bei der Planung von Greenfield- und Brownfield-Projekten zur CO₂-neutralen Optimierung des Energiebezugs bis 2045 (Treibhausgasneutralität).

Ein mittelständisches Unternehmen plant, in den nächsten Jahren zu wachsen und dabei die Dekarbonisierung der Produktion voranzutreiben. Die Unabhängigkeit im Energiebezug, ein optimiertes Betriebsergebnis und ein positiver Beitrag zum Klimaschutz stehen dabei im Fokus – unterstützt durch lokale Energieerzeugung auf dem eigenen Gelände.
 

Ausgangspunkt: Modellierung mit einem digitalen Zwilling

Ingenics Consulting entwickelte für dieses Unternehmen einen digitalen Zwilling, der das gesamte Fabriksystem und dessen energetisches Verhalten modelliert. Zum Einsatz kam dabei die  RIZM-Software, die durch eine interaktive Oberfläche sowie voreingestellte Parameter und Technologien eine schnelle Szenarioplanung ermöglichte. Optimierungen konnten so in verschiedenen Szenarien getestet und die Ergebnisse mithilfe interaktiver Diagramme analysiert werden.
 

Optimierung und Test: Vier Szenarien zur Erreichung der CO₂-Neutralität

Es wurden vier Szenarien untersucht: ein Vergleichsszenario und drei Szenarien, die unterschiedliche Investitionsbudgets zur Erreichung der CO_2e-Neutralität berücksichtigen. Trotz des Ausbaus der Produktionskapazitäten erreichen alle drei Investitionsszenarien die CO_2e-Ziele (Abb. 2). Lediglich das Vergleichsszenario verfehlte die CO₂-Ziele.

Ergebnis: Nachhaltiges Wachstum benötigt strategische Planung

• Szenarien mit höheren Investitionsbudgets senken Energiekosten und CO₂-Emissionen schneller, indem sie die lokale regenerative Erzeugung und den frühzeitigen Ersatz alter, energieintensiver Anlagen fördern.
• Die Erzeugung von Strom auf den eigenen Dachflächen ist in jeder Situation vorteilhaft. Sie verringert die Energiekosten und minimiert die Abhängigkeit von zukünftigen Strompreisentwicklungen.
• Die Szenarien verdeutlichen zudem, dass zukünftiges Wachstum eine strategische Planung benötigt – wobei die bestehende Energieinfrastruktur, Speichermöglichkeiten und die Flexibilität des Produktionssystems berücksichtigt werden müssen.
• Durch Einsatz des digitalen Zwillings kann eine kostenoptimale Systemkonfiguration entworfen werden, die unternehmerische Nachhaltigkeitsziele einhält.
   

Elektrifizierung der Prozesse als Erfolgsfaktor für Dekarbonisierung

Die Analyse zeigt auch, dass die Elektrifizierung der Prozesse ein Schlüssel zur Dekarbonisierung der Produktion ist. Der Optimierungsalgorithmus verzichtet auf fossile Brennstoffe wie Erdgas und setzt stattdessen auf effizientere Alternativen wie Wärmepumpen in Kombination mit Abwärmenutzung (Abb. 3).

Diese haben höhere Wirkungsgrade und basieren auf Strom, der durch die voranschreitende Dekarbonisierung des Strommixes einen geringeren CO_2e-Fußabdruck hat.

Nachhaltigkeit und Kostenstruktur im laufenden Betrieb verbessern

Der ganzheitliche Blick auf das Energie- und Produktionssystem und dessen Flexibilisierungspotenziale verbessert nicht nur die Nachhaltigkeit, sondern auch die Kostenstruktur im laufenden Betrieb. Grüner Wasserstoff wird in dieser Konfiguration aufgrund der hohen Kosten und eingeschränkten Verfügbarkeit nur bedingt eingesetzt und durch kosteneffizientere Maßnahmen ersetzt, mit denen die Energieeffizienz weiter gesteigert werden kann.

Grüner Wasserstoff wird in dieser Konfiguration aufgrund der hohen Kosten und eingeschränkten Verfügbarkeit grüner Quellen nur bedingt eingesetzt und durch kosteneffizientere Maßnahmen ersetzt, mit denen die Energieeffizienz weiter gesteigert werden kann.

Wie energetische Masterplanung Kosten senkt und Nachhaltigkeit steigert

Mit einer energetischen Masterplanung können Unternehmen ihre Energiekosten und CO_2e-Emissionen effektiv reduzieren. Frühzeitige Prognosen zu den Betriebsbedingungen können zudem Kosteneinsparungen von bis zu 20 % ermöglichen.

Vor allem die Elektrifizierung der Prozesse und der Einsatz von Technologien wie Wärmepumpen und Abwärmenutzung spielen dabei eine Schlüsselrolle. Ein langfristiger Planungshorizont und die Berücksichtigung des gesamten Lebenszyklus einer Fabrik helfen dabei, zukünftiges Wachstum zu steuern und nachhaltige, kosteneffiziente Entscheidungen zu treffen.

Der Einsatz einer Modellierung bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten und kann Unternehmen auch dabei unterstützen, ihre Strategie zur Energiebeschaffung zu optimieren und Flexibilisierungspotenziale in der Produktion weiter auszubauen.

Ein besonders vielversprechender Anwendungsfall ist die Optimierung bestehender Fabriksysteme und Anlagen. Hier können Unternehmen durch gezielte Maßnahmen im laufenden Betrieb Effizienzsteigerungen erzielen und Kosten senken, ohne sofort große  Summen investieren zu müssen. Eine kontinuierliche Verbesserung der Betriebskosten (OPEX) ebnet zudem den Weg für langfristige Erfolge und unterstützt Unternehmen bei der  Umsetzung ihrer Nachhaltigkeitsziele.

Auch ohne aktuelle Investitionsprojekte lohnt sich ein genauer Blick auf Ihre bestehenden Abläufe. Ingenics Consulting unterstützt Sie dabei, Ihre Roadmaps durch gezielte Optimierungen und kontinuierliche Einsparungen zu erreichen – für einen effizienteren und nachhaltigen Betrieb, der Ihre CO₂-Ziele greifbar macht.