WINGbusiness Heft 03 2022

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ISSN 0256-7830; 55. Jahrgang, Verlagspostamt A-8010 Graz; P.b.b. 02Z033720M 3/22 businessWING Energiebedarf in Lieferketten 21 Versorgungssicherheit: CO2Neutralität als Chance? 10 Digitalisierung und Ressourcenoptimierung Integriertes Ressourcenmanagement 6

Digitalisierung und Ressourcenoptimierung

ist, so zeigt sich derzeit doch – besonders ausgeprägt und in der öffentlichen Diskussion sehr präsent im Energie bereich – eine Entwicklung, die eine deutlich gesteigerte Fokussierung auf diese Thematik erfordert. Aufbauend auf den zumeist eher operativ orientierten Ansätzen zur Steigerung der Ressourceneffizienz gilt es dabei, sich ver mehrt auch strategisch mit dem Ressourcenthema ausein anderzusetzen und zu einer integrierten Ressourcenopti mierung zu gelangen.

Liebe Leserin, lieber Leser,

„Und jedem Anfang wohnt ein Zauber inne …“ schreibt Hermann Hesse 1941 in seinem Gedicht „Stufen“ und we nige Strophen weiter: „… Nur wer bereit zu Aufbruch ist und Reise, Mag lähmender Gewöhnung sich entraffen.“ Verfasst Mitte des letzten Jahrhunderts und eher als persönliche Reflexion auf die eigene transformatorische Entwicklung gedacht, besitzen diese Zeilen nach wie vor Gültigkeit und können durchaus auch als grundsätzliche Aufforderung an unsere Gesellschaft und damit auch an Unternehmen zum positiven Umgang mit Transformati onen, ja in Anlehnung an Schumpeter sogar als die al ternativlose Eigenschaft des Willens zum positiven Wan del zur wirtschaftlichen Weiterentwicklung interpretiert werden. Damit wird die häufig als Bedrohung verstandene Veränderung des Wettbewerbsumfelds zur positiven He rausforderung mit der Chance zur eigenen Stärkung und weiteren Differenzierung von den Wettbewerbern.

Derzeit wird der gesellschaftliche und wirtschaftliche Wandel maßgeblich von zwei großen Transformationen bestimmt. Einerseits steigt das Bewusstsein für die Not wendigkeit nachhaltiger Entwicklung und dem damit ein hergehenden optimierten Umgang mit Ressourcen, weil die Einflüsse unserer Lebens- und Wirtschaftsweise in Hinblick auf den Klimawandel und den gesellschaftlichen Zusammenhalt sowie den daraus zwischenzeitlich auch als Privatperson deutlich spürbaren Konsequenzen immer offenkundiger werden. Andererseits verändert und durch dringt die Digitalisierung alle Bereiche von Wirtschaft und Gesellschaft in – verglichen mit bisherigen techno logiegetriebenen Umwälzungen – atemberaubender Ge schwindigkeit. Um sich in dieser Zeit des Umbruchs auf die Seite der wirtschaftlichen Gewinner zu schlagen und einen nachhaltigen Wettbewerbsvorsprung zu erzielen, ist es unumgänglich, diese beiden transformatorischen Kräfte in einem koordinierten Prozess zusammenzufüh ren und die synergetischen Potenziale in Wertsteigerung umzusetzen.

Wenngleich die Optimierung des Ressourceneinsatzes seit jeher ein wesentlicher Aspekt erfolgreichen Wirtschaftens

Digitalisierung fußt im Wesentlichen auf der Verfügbar keit umfangreicher, relevanter Daten entlang der gesam ten Wertschöpfungskette über die Unternehmensgrenzen hinweg sowie dem Vermögen, diese mit erweiterten Ana lyseverfahren entscheidungsorientiert auszuwerten. Da raus resultieren Wertschöpfungsnetzwerke, in denen die physische Welt mit der Datenwelt verschmilzt und eine in tegrierte Gesamtoptimierung beispielsweise nach Kosten, Verfügbarkeit, Ressourcenverbrauch und Emissionsre duktion ermöglichen. In diesem Zusammenhang erweist sich die Digitalisierung als wesentlicher Faktor, um neben dem rein ökonomischen auch die ökologischen und sozi alen Zielsetzungen der Ressourcenoptimierung im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung voranzutreiben.

Eindrucksvoll zeigen sich die transformatorischen Aus wirkungen am Wandel des gesamten Energiesystems. Änderungen im Energiebezugsverhalten, eine stärkere Vernetzung der Energiesektoren und eine weitgehende Flexibilisierung des Energiesystems resultieren aus der Zusammenführung der transformatorischen Kräfte. Die Grenzen zwischen Demand und Supply werden verwischt (man denke an die sog. „Prosumer“, die sowohl Elektri zität erzeugen und verkaufen als auch beziehen) und die Grundlagen für die sog. „Smart Demand Response“, die die Nachfrage kurzfristig an geänderte Netzlastsituati onen anpasst, werden geschaffen, wodurch der Einsatz erneuerbarer Stromerzeugung gefördert wird.

In der vorliegenden Ausgabe werden wesentliche Aspekte der integrierten Ressourcenoptimierung und der digi talen Möglichkeiten aufgezeigt. Der Bogen spannt sich von einer grundsätzlichen Betrachtung des integrierten Ressourcenmanagements auf Basis des sog. „Resource Based View“-Ansatzes über die Anforderungen an die elektrische Netzinfrastruktur zur Aufrechterhaltung der Versorgungssicherheit bis hin zu konkreten Ressour cenoptimierungsansätzen in der Industrie und diesbezüg lich geeigneten Schulungsmöglichkeiten. Neben der in nerbetrieblichen und Supply-Chain weiten Steigerung der Energieeffizienz werden auch Ansätze zur Erzielung von standortbezogener CO2-Neutralität und das Datenqua litätsassessment im Kontext des Predictive Maintenance Ansatzes diskutiert.

Ich wünsche Ihnen viel Freude beim Lesen und verbleibe im Namen des gesamten Redaktionsteams mit freund lichen Grüßen

3WINGbusiness 3/2022 EDITORIAL
Wolfgang Posch
Univ.-Prof.
Dipl.-Ing. Dr.mont. Wolfgang Posch

Wolf,

Rüdele,

4 WINGbusiness 3/2022 TOP-Thema: Digitalisierung und Ressourcenoptimierung Stefan Philip Kernbauer, Alexandra Groiss Integriertes Ressourcenmanagement 6 Alexandra Groiss, Stefan Kernbauer, Laurens Simbeni, Philipp Hochstrasser Versorgungssicherheit: CO2-Neutralität als Chance? 10 Roland Bergmayer Normalzustand – Notzustand – Blackoutzustand und der regionale und überregionale Netzaufbau 16 Jürgen Schrampf, Gerda Hartmann Energiebedarf in Lieferketten 21 Ein Screening von exemplarischen Supply Chains zur Bestimmung von Energieverbrauchswerten Matthias
Atacan Ketenci, Christian Ramsauer, Markus Haidenbauer Anwendung von Energieflussanalysen zur Reduktion der produktionsbedingten CO2 Emissionen Fallstudie an einem Standort der Orasis Industries Holding GmbH 25 Kai
Atacan Ketenci, Matthias Wolf, Christian Ramsauer Lehrmodul Energieeffizienz in der LEAD Factory am Institut für Innovation und Industrie Management 32 Kraker Philipp Thomas, Kaiser Florian Datenqualitätsassessment vor der Implementierung von Predictive Maintenance 37

Inhaltsverzeichnis

Uninachrichten

Cycle

Groiss

Philipp Kraker

im Fokus

Maintenance Award

Top-Unternehmen

ermittelt

5WINGbusiness 3/2022
EDITORIAL Digitalisierung und Ressourcenoptimierung 3
Alexandra
PolyLifeCycle Life
Assessment Workshop 15
Instandhaltung
Der
Austria
jährlich die
im Bereich Instandhaltungsmanagement 20 IMPRESSUM Impressum 42

Integriertes Ressourcenmanagement

Durch die zunehmende Vernetzung und dadurch steigende Dynamisierung des Umfelds, sowie komplexer werdende Prozesse innerhalb der Unternehmen, stehen Entscheider in Unternehmen aufgrund der Vielzahl an Interdependenzen vor immer größeren Herausforderungen. Der Wandel des Energiemarktes und die damit einhergehende Thematik der Versorgungssicherheit führen vor Augen, wie rasch Veränderungen zu erfolgsentscheidenden Faktoren werden. Der Ansatz des ressourcenorientierten Managements, welcher seit den 1980er Jahren an Bedeutung in der wirtschaftlichen Praxis gewann, wird im nachfolgenden Artikel genauer beleuchtet, wobei der Mehrwert einer integrierten Ressourcen betrachtung unter dem Aspekt der Versorgungssicherheit aufgezeigt werden soll.

1 Der Ressourcenbegriff im Wandel der Zeit

Durch die gestiegene Dynamisierung des Unternehmensumfelds gegen Ende des vergangenen Jahrhunderts, wurde es für große, divisional orga nisierte Unternehmen (z.B. General Electrics, ABB) immer schwieriger mit kleinen weniger hierarchisch strukturierten Wettbewerbsteilneh mer mitzuhalten. Dies hatte in vielen Fällen eine Umstrukturierung der etablierten Großkonzerne zur Folge.1

Der bis dahin vorherrschende Ma nagementansatz fokussierte haupt sächlich auf externe Anreize und Anforderungen, welcher auch als Market-Based View (MBV) Bekannt heit erlangte. Bei dieser wachstumso rientierten, strategischen Ausrichtung von Unternehmen wurde weniger Aufmerksamkeit auf die systema tische Erfassung der ebenso wichtigen internen Einflüsse gelegt.2

1 Vgl. Collis, D. J.; Montgomery, C. A. (1995)

2 Vgl. Penrose, E. T. (2009)

Um der steigenden Dynamisierung des Marktes zu begegnen fokussierte sich der nun eingeschlagene Weg auf die unternehmens-interne Perspek tive, wobei verschiedene Manage mentphilosophien verfolgt wurden.

An dieser Stelle seien hierfür exem plarisch „In Search of Excellence“ von TOM PETERS UND ROBERT WATERMAN aus dem Jahr 1982, das Total Quality Management als Unternehmensstrategie sowie die ler nende Organisation angeführt.3 Jeder dieser Ansätze trug dabei zu einem verbesserten Verständnis bei, jedoch fehlte die effektive Verknüpfung mit der zuvor vorherrschenden, etablier ten Managementstrategie basierend auf dem externen Blickwinkel.4

In der Veröffentlichung von WERNERFELT 1984 mit dem Titel „A Resource-based View of the Firm“ (RBV) wurde festgehalten, dass durch die Erfassung des Ressourcen-Profils eines Unternehmens die optimale

3 Vgl. Collis, D. J.; Montgomery, C. A. (1995)

4 Vgl. Collis, D. J.; Montgomery, C. A. (1995)

Ausrichtung am Produktmarkt ge funden werden kann. In dieser Defi nition umfasst der Ressourcenbegriff all jene Aspekte, welche als Stärke oder Schwäche des jeweiligen Unter nehmens aufgefasst werden können. Hierfür wurden im Zuge der eben genannten Forschungsarbeit Metho den und Konzepte entwickelt, um das Ressourcen-Profil eines Unterneh mens abbilden zu können und daraus strategische Unternehmensausrich tungen abzuleiten.5

Die Veröffentlichung von TEE CE ET AL. im Jahre 1997 hat ana lysiert, dass bekannte Unternehmen wie beispielsweise IBM oder Texas Instruments, augenscheinlich eine solche ressourcenbasierte Unterneh mensstrategie verfolgt haben. Dies geschah durch die Ansammlung von wertvollen, idiosynkratischen und schwer-nachahmbaren technolo gischen Vermögenswerten, wobei an dieser Stelle angemerkt sei, dass sich aus dieser Strategie nicht in allen 5 Vgl. Wernerfelt, B. (1984)

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Foto: Pexels

Branchen ein signifikanter Wettbe werbsvorteil ergibt. Die Anpassung von Unternehmenskompetenzen an die Dynamik des Marktes, sowie das effektive strategische Management im Sinne der Adaptierung, Integra tion und der Rekonfiguration von internen und externen Fähigkeiten, Ressourcen und Kompetenzen der Organisation wurde von den Auto ren unter dem Begriff der „Dynamic Capabilities“ zusammengefasst. Da durch sollen die Unternehmen einen nachhaltigen Wettbewerbsvorteil durch die effektive Verbindung der internen (RBV) und externen (MBV) Sicht erhalten.6

Auch eine vielbeachtete Veröffent lichung mit dem Titel „Wettlauf um die Zukunft“ (engl.: „Competing for the Future“) von HAMEL UND PRAHALAT (1994), im Harvard Business Review, begründet die Not wendigkeit für eine ressourcenorien tierte Unternehmensführung mit dem möglichen Verlust der Positionierung im Wettbewerb durch die reine Fo kussierung auf gegenwartsorientierte, operative Prozessoptimierung. Dazu wurden Fragestellungen entlang der Kernaspekte der Theorie (Kunden, Wettbewerber, Kompetenzen) ge stellt, um einen aktiven Abgleich zwischen der Gegenwart und mög licher zukünftiger Entwicklungen zu ermöglichen. Mit den bis dahin etablierten Managementmodellen, deren Fokus auf der Erhöhung der Kosteneffizienz, sowie Qualitäts- und Produktivitätssteigerung, lag ist es aus Sicht der Autoren HAMEL UND PRAHALAT nicht möglich, einen langfristigen Wettbewerbsvorteil zu generieren. Damit die Unternehmen eine Vorreiterrolle einnehmen kön nen, muss die Unternehmensleitung sowohl interne Prozesse als auch ex terne Faktoren in eine ganzheitliche Sicht integrieren, um dadurch den Grundstein für die eine nachhaltige und zukunftsorientierte Unterneh mensausrichtung zu legen.7

2 Einteilung der Unternehmensres sourcen

Die einem Unternehmen zur Verfü gung stehenden Ressourcen können nach ihren Eigenschaften gegliedert werden. Firmen tendieren dazu, die 6 Vgl. Teece, D. J. et al. (1997) 7 Vgl. Hamel, G.; Prahalad, C. K. (1994)

Marktentwicklung jener Ressourcen genauer zu verfolgen und in die Unter nehmensplanung mitaufzunehmen, welche unter dem Begriff der strate gischen Ressourcen zusammengefasst werden. Wertvoll („valuable“), selten („rare“), unnachahmlich („inimita ble“) und nicht ersetzbar („non-sub stitubale“) sind jene Eigenschaften, die unter dem Akronym „VRIN“ zu sammengefasst werden und aufgrund derer strategische Ressourcen darstel len.8 Diese Benennung ergibt sich auf grund ihres Beitrags zur erfolgreichen Umsetzung der Unternehmensstrate gie. Die erfolgreiche Umsetzung einer Strategie hängt jedoch nicht nur von den VRIN-Ressourcen, sondern auch von den komplementären bzw. nicht strategischen Ressourcen (non-VRIN) ab. Mit der „Factor-Market Rivalry“ (FMR) Theorie wird das Hauptau genmerk auf diese nicht-strategischen Ressourcen gelegt, welche für sich betrachtet keinen nachhaltigen Wett bewerbsvorteil bringen.9 10 Die Tatsa che, dass nicht-strategische Ressour cen zur Entfaltung des Beitrags der strategischen Ressourcen zur Um setzung der Unternehmensstrategie notwendig sind, spiegelt wider, dass sich der Wert von Ressourcen dyna misch gestaltet.11 Ein gewichtiger Einflussfaktor in der dynamischen Wertgestaltung von Ressourcen ist die Verfügbarkeit, unabhängig von der Zuordnung bzw. Einteilung der Ressource. Als Konsequenz daraus, ergibt sich, dass nicht immer eine klare Zuordnung der Ressourcen vorgenommen werden kann.12 Wie BERGEN UND PETERAF (2002) in ihrer Forschungsarbeit warnen, ist es für Unternehmen notwendig, sich nicht nur auf den Absatz-, sondern auch auf den Beschaffungsmarkt zu konzentrieren, da Unternehmen auch am Beschaffungsmarkt in einem (indi rekten) Wettbewerb13 stehen können. Dies ergab sich auch aus der Publi kation von DYER ET AL. (1998), die die Zulieferermärkte der Autoindus trie untersucht haben und einen Vor teil im Wettbewerb um Ressourcen je nach Strategie der Zusammenarbeit ausmachen konnten.14 Besonders in

8 Vgl. Barney, J. (1991)

9 Vgl. Dyer, J. H. et al. (1998)

10 Vgl. Ellram, L. M. et al. (2013)

11 Vgl. Madhok, A. (2002)

12 Vgl. Ellram, L. M. et al. (2013)

13 Vgl. Bergen, M.; Peteraf, M. A. (2002)

14 Vgl. Dyer, J. H. et al. (1998)

Zeiten der Energiewende, welche für produzierende Unternehmen, eine Veränderung in der Gestaltung der verwendeten Betriebsmittel für die Herstellung bedeutet, stellt dies eine große Herausforderung dar. Daraus ergibt sich der Bedarf, durch eine in tegrierte Ressourcenbetrachtung eine effektive Einordnung und effiziente Nutzung der Unternehmensressour cen zu ermöglichen, um daraus ei nen nachhaltigen Wettbewerbsvorteil durch diese Kernkompetenzen zu ge nerieren.

Eine weitere Gliederung des Res sourcenbegriffs erfolgt laut SCHEUSS (2008) durch die Einteilung in mate rielle, immaterielle, finanzielle so wie organisatorische Ressourcen. Während unter den materiellen Ressourcen sämtliche Positionen des Umlauf- und Anlagevermögens zusammengefasst werden, zählen zu immateriellen Ressourcen Verfü gungsrechte, wie Patente, Lizenzen, Geschäftsgeheimnisse, etc., sowie das Image eines Unternehmens. Finanzi elle Ressourcen beschreiben hingegen beispielsweise die Liquidität oder die Zusammensetzung des Firmenkapi tals. Zu den organisatorischen Res sourcen zählen unter anderem In formations-, Kommunikations- und Controllingsysteme.

Materielle Ressourcen erlauben aus Sicht des Autors keine Differenzie rung im Wettbewerb, sondern weisen lediglich die zur Verfügung stehenden Kapazitäten aus. 15 Anhand der gegen wärtigen Situation kann jedoch argu mentiert werden, dass aufgrund von steigenden Energiepreisen, bedingt durch die eingeschränkte Verfüg barkeit und die Herausforderungen der Energiewende, eine Optimierung der Asset- und Energiemanagement strategie im Sinne des Managements materieller Ressourcen einen Wett bewerbsvorteil ermöglichen kann. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass aufgrund der Dynamik in der Wertgestaltung der Ressourcen, so wie der zeitlichen Komponente der Auswirkungen strategischer Ent scheidungen, materielle Ressourcen zumindest im mittelfristigen Zeit horizont einen Wettbewerbsvorteil erbringen und zum Unternehmenser folg einen wesentlichen Beitrag leisten können. Diese Dynamik trägt dazu bei, dass nicht-strategische Ressour 15 Vgl. Scheuss, R. (2008)

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cen zu strategischen Ressourcen wer den können und vice versa, wodurch verdeutlicht wird, dass eine effektive Bewertung und Zuordnung von Un ternehmensressourcen zur Erlangung einer Kernkompetenz, notwendig ist. Einschränkungen in der Infrastruk tur oder Unsicherheiten aufgrund po litischer Geschehnisse verstärken den Wettkampf am Beschaffungsmarkt für Produktionsfaktoren.16 Neben der oben erwähnten Dynamik rückt durch solche Umweltveränderungen auch die Versorgungssicherheit ver mehrt in den Fokus strategischer Un ternehmensausrichtungen. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, ist die Koordination verschiedener Un ternehmensbereiche durch ein integ riertes Ressourcenmanagement not wendig.

3 Ressourcenmanagement im Kon text der Versorgungssicherheit

SIRMON ET AL. (2007) gliedert das Ressourcenmanagement von Un ternehmen in die Subprozesse Struk turierung, Bündelung und der Nut zenrealisierung der Ressourcen zum Unternehmensvorteil. Der Prozess der Strukturierung behandelt die Verwal tung des Ressourcenportfolios eines Unternehmens und weist die Prozess schritte der Aneignung, Anhäufung und Aufteilung von Ressourcen auf. Bei der Ressourcenbündelung, wel che das Zusammenspiel der Unter nehmensressourcen um die Verände rung bestehender oder Erschaffung neuer Fähigkeiten („Capabilities“) beschreibt, können die Teilaspekte der Stabilisierung, Erweiterung sowie der Erfindung bzw. Definition neuer Fähigkeiten genannt werden. Bei der Nutzenrealisierung der Unterneh mensressourcen werden die im Unter nehmen vorhandenen Fähigkeiten in Form von Mobilisierung, Koordinati on und Bereitstellung verwendet, um einen Nutzen für den Kunden bzw. Wertschöpfung für die Anteilseigner des Unternehmens zu schaffen.17

Um Herausforderungen wie der Ver sorgungssicherheit von Unternehmen zu begegnen, ist es notwendig, neben anderen, auch materielle und immateri elle bzw. strategische und nicht-strate gische Ressourcen effektiv zu struktu rieren, zu bündeln und auszunutzen.

16 Vgl. Ellram, L. M. et al. (2013)

17 Vgl. Sirmon, D. G. et al. (2007)

Strukturierung: Aufgrund der dy namischen Wertgestaltung von Res sourcen und der wechselseitigen Beeinflussung strategischer Entschei dungen kann für den Prozessschritt der Aneignung von Ressourcen, als Teil des Strukturierungsschrittes, die Erstellung eines Ressourcenportfolios ein möglicher Weg sein, der Heraus forderung der Versorgungssicherheit vorausschauend zu begegnen. In die ser Veröffentlichung soll zur Veran schaulichung das Beispiel der Energie potenzialmatrix im Zusammenhang mit der Versorgungsicherheit genauer erläutert werden. POSCH (2011) zeigt mit der Zusammensetzung des Ener giepotenzials aus den Dimensionen der Attraktivität, zusammengesetzt aus Kosten- und Nutzenattraktivität, sowie der Abschätzung für Preis- und Versorgungsrisiko, einen praktischen Anwendungsfall bei der Erhebung des Energiepotenzials für die Bereit stellung von Raumwärme an einem Unternehmensstandort auf (siehe Ab bildung 1).18 Der Durchmesser der Kreise stellt, in der gegebenen Abbil dung, eine Abschätzung der Investi tionskosten für eine Neuinstallation von Raumwärmetechnologien dar.

zials verschiedener Energieträger zur Bereitstellung von Raumwärme. Durch die Einstufung des Gefähr dungspotenzials, sowie in weiterer Folge der Attraktivität der jeweiligen Energieträger, ist es möglich daraus generische Energiestrategien eines Unternehmens abzuleiten.20

Bündelung: Um der Thematik der Versorgungssicherheit in einem zu nehmend dynamischen Umfeld zu begegnen, ist eine effektive und effi ziente Bündelung der Unternehmens ressourcen mit dem speziellen Fokus auf die Energieversorgung nötig. Die hierfür zuvor beispielhaft durchge führte Einordnung der verschiedenen Versorgungsmöglichkeiten zur Bereit stellung von Raumwärme im Schritt der Strukturierung der Energiever sorgung, kann herangezogen werden, um eine effektive Zusammenstellung der im Unternehmen vorhandenen Ressourcen durchzuführen.

Im19 Zusammenhang mit der Ver sorgungssicherheit von Unternehmen ist dabei vor allem die Risikobewer tung, welche als Gefährdungspoten zial in die Gesamtenergiematrix einfließt, von Bedeutung. Abgesehen vom ökonomischen Risiko durch die Preisgestaltung des Energieträgers, zeichnet sich ein hohes Maß an Ver sorgungssicherheit durch ein mög lichst geringes Versorgungsrisiko aus. Abbildung 1 zeigt eine beispielhafte Einstufung des Gefährdungspoten

18 Vgl. Posch, W. (2011)

19 Quelle: In Anlehnung an Posch, W. (2011)

Aufgrund der unterschiedlichen Lebens- bzw. Verwendungsdauer von Ressourcen ist im Zusammenspiel ne ben der Bündelung ein stetiges Auflö sen und Wieder-Zusammenfügen von Ressourcen notwendig.21 Nutzenrealisierung: Die daraus entstandene Fä higkeit des Un ternehmens die Einordnung der Energieträger in der Energiepo tenzialmatrix mit den vorhandenen strategischen und nicht-strate gischen Ressour cen zusammen zuführen, stellt mit Hinblick auf die Versor gungssicherheit eine Kernkompetenz dar. Darüber hinaus können sich Synergieeffekte aufgrund der Flexibilisierung in der Gestaltung der Energieversorgung für den Anwendungsfall der Raum wärmebereitstellung, sowie der Res ilienz gegenüber Ausfällen ergeben. Das Ausnutzen dieser Fähigkeit zum Wettbewerbsvorteil des Unterneh mens in Form des „Leveraging“, also des Einsatzes der Ressourcenbündel, stellt die Verknüpfung des Aneig nungsprozesses des Ressourcenma

20 Vgl. Posch, W. (2011)

Vgl. Black, J. A.; Boal, K. B. (2007)

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Abbildung 1: Energiepotenzialmatrix19

nagements mit der Ausrichtung des Energiemanagements im Unterneh men dar.

4 Conclusio

Die Entwicklung und Verbreitung des ressourcenorientierten Managemen tansatzes, der sowohl die unterneh mensinternen Prozesse als auch die Analyse des Unternehmensumfelds betrachtet, haben gezeigt, dass diese Sichtweise in einer globalisierten und vernetzten Welt notwendig ist, um nachhaltig erfolgreich zu wirtschaf ten.

Da sich die Wertgestaltung von Ressourcen aufgrund sich ändernder Unternehmensanforderungen, sowie Umwelt- und Marktentwicklungen verändert, ist eine Einteilung in stra tegisch und nicht-strategische Res sourcen zwar möglich, aber nicht im mer eindeutig durchführbar. Da aber ein effektives Bündeln der Ressourcen zur Bildung von Kernkompetenzen, welche einen Wettbewerbsvorteil mit sich bringen, notwendig ist, ist eine ganzheitliche Betrachtung und Bewertung der Ressourcen zur effek tiven Gestaltung der Unternehmens strategie notwendig. Hierzu wird in dieser Veröffentlichung beispielhaft eine Einteilung anhand der Energie potenzialmatrix herausgegriffen.

Ein nachhaltiger Wettbewerbs vorteil kann durch integriertes Ressourcenmanagement, in Form der Bewertung interner Unterneh mensressourcen, Bündelungen der Unternehmensressourcen unter Be rücksichtigung des Umfelds und zukunftsorientierter Ausrichtung (Nutzenrealisierung) der Unterneh

mensstrategie, umgesetzt werden

Literaturverzeichnis

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Madhok, A. (2002): Reassessing the fun damentals and beyond: Ronald Coase, the transaction cost and resource-based theories of the firm and the institutio nal structure of production. In: Strategic Management Journal, Jg. 23, Nr. 6, S. 535–550.

Penrose, E. T. (2009): The theory of the growth of the firm. 4th ed., Rev. ed,

Dipl.-Ing. Stefan

Philip Kernbauer

wissenschaftlicher Pro jektmitarbeiter für inte griertes Ressourcenma nagement am Lehrstuhl für Wirtschafts- und Betriebswissenschaften der Montanuniversität Leoben

Oxford ; New York: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-957384-4.

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AutorInnen:

Dipl.-Ing. Stefan Philip Kernbauer ist seit 2021 am Lehrstuhl für Wirt schafts- und Betriebswissenschaften der Montanuniversität Leoben als wissenschaftlicher Projektmitarbeiter im Bereich integriertes Ressourcen management tätig. Davor studierte er Industrial Management und Business Administration an der Montanuni versität Leoben.

Dipl.-Ing. Alexandra Groiss, BSc. ist seit 2021 am Lehrstuhl für Wirt schafts- und Betriebswissenschaften der Montanuniversität Leoben als Universitätsassistentin im Bereich Energiemanagement tätig. Davor stu dierte sie industrielle Energietechnik an der Montanuniversität Leoben.

Dipl.-Ing. Alexandra Groiss, BSc.

Universitätsassistentin für Energiemanagement am Lehrstuhl für Wirt schafts- und Betriebswis senschaften der Montan universität Leoben

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Versorgungssicherheit: CO2-Neutralität als Chance?

Die Industrie ist seit jeher auf die kontinuierliche Versorgung mit Rohstoffen, Betriebsstoffen und Energie angewiesen. Aktuelle Geschehnisse führen insbesondere der Industrie vor Augen, wie schnell eine vermeintlich sichere Versor gungssituation durch geopolitische Krisen negativ beeinflusst werden kann. Im Konnex mit der Klimaerwärmung und den damit verbundenen internationalen und regionalen Zielen, beziehungsweise Gesetzgebungen, ergeben sich für Un ternehmen Risiken ebenso wie auch Chancen. Vor allem eine wohldurchdachte Handhabe der Klimathematik bietet hierbei eine Chance, aktiv bei der Erreichung der Klimaziele mitzuwirken und sich gleichzeitig, durch die Entwicklung neuer Strategien in Bezug auf Energieversorgung, vom derzeit unsicheren Energiemarkt, unabhängig zu machen.

Einführung

Die produzierende Industrie zählt mit ca. einem Drittel, neben Mobili tät und privaten Haushalten, zu den Hauptverbrauchern von Energie in Österreich (Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mo bilität, Innovation und Technologie 2021). Dabei stehen vor allem Erdöl und Erdgas im Mittelpunkt der Auf merksamkeit, nicht zuletzt, da diese Medien in großen Mengen importiert werden müssen. Annähernd 84 % (42,2 % Erdgas, 41,7 % Erdöl) der gesamten Energieimporte Österrei chs belaufen sich allein auf diese En ergieträger (Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mo bilität, Innovation und Technologie 2021).

Die derzeitige geopolitische Situa tion birgt die Gefahr von Störungen, beziehungsweise Unterbrechungen, in der Versorgungskette dieser Medien.

Abbildung 1: Struktur der Energieimporte 2020 nach Energieträgern in Prozent (basierend auf Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie 2021) Abbildung 2: Struktur des energetischen Endverbrauches in Österreich nach wirtschaftlichen Sektoren in Prozent (basierend auf Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie 2021)

Einen weiteren wichtigen Faktor in diesem Zusammenhang stellen die kontinuierlich steigenden Preise dar. Als konkretes Beispiel hierfür kann die Erhöhung des Großhandelspreises für Erdgas von 311,3 % im Juli 2022 gegenüber Juli 2021 angeführt wer den (Austrian Energy Agency 2022).

Die Einschätzung, dass diese Preis entwicklungen bei der derzeitigen Infrastruktur schnell zu erheblichen Einbußen in der Wettbewerbsfähig keit von Unternehmen führen können, ist naheliegend. Die Berücksichtigung der europäischen Klimaziele, also eine Erreichung des Netto-Null Aus

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Foto: Siemens Mobility Austria GmbH, 2020 Alexandra Groiss, Stefan Kernbauer, Laurens Simbeni, Philipp Hochstrasser

stoßes von CO2 bis 2050 (European Commission 2019) beziehungsweise die Einhaltung der 1,5 Grad Celsi us Erderwärmung im Vergleich zum vorindustriellen Niveau (Mittelwert der Jahre 1850 – 1900) (United Na tions 2015), erfordert eine drastische Reduzierung, bis hin zur gänzlichen Vermeidung, von Erdgas und Erdöl und den damit verbundenen Emissi onen. Auf Grundlage dieser Rahmen bedingungen bietet sich der Industrie nun die Chance, durch frühzeitig gesetzte Maßnahmen nicht nur die politisch angestrebte Energiewende voranzutreiben und somit aktiv zur fristgerechten Erreichung der Klima ziele beizutragen, sondern gleichzeitig die Abhängigkeit von kritischen und erschöpflichen Rohstoffen, wie Erd gas und Erdöl, zu reduzieren. Dazu bedarf es einer Umstellung auf ein stabiles Versorgungsnetzwerk, basie rend auf der Stromerzeugung aus er neuerbaren und regional verfügbaren Energiequellen.

Vorausschauend hat Siemens Mo bility Austria GmbH daher aus oben genannten Gründen bereits im Jahr 2020 das Projekt „Carbon Neutral 2030“ gestartet. Wie der Titel be reits vorgibt, ist das ambitionierte (Haupt-) Ziel dieses Projektes CO2neutrales Agieren für die Siemens Mobility Standorte, innerhalb ih rer Geschäftstätigkeit, bis zum Jahr 2030, zu ermöglichen.

Im Rahmen des Projektes „Car bon Neutral 2030“ befasst sich der Standort der Siemens Mobility Aus tria in Graz Eggenberg, nicht zuletzt aufgrund der momentanen geopoli

tischen Situation, aktiv und intensiv mit der Gewährleistung der Versor gungssicherheit und der Umsetzung der angestrebten CO2-Neutralität. Dieses zukunftsweisende Vorhaben soll unter anderem durch ein gemein sames Kooperationsprojekt zwischen Siemens und dem Lehrstuhl für Wirt schafts- und Betriebswissenschaf ten (wBw) der Montanuniversität Leoben vorangetrieben werden. Das konkrete Ziel ist die Evaluierung ei ner möglichst ökonomischen und ökologischen Umstellung der Ener gieversorgung für die Raumwärme des Standortes mit der Intention, die Nutzung erneuerbarer Energie quellen und die damit einhergehende Unabhängigkeit von fossilen Energie trägern zu ermöglichen. Ein bedeu tender Nebeneffekt dieser Zielerrei chung liegt sowohl in der Reduktion des CO2-Ausstoßes, als auch in der Erhöhung der Energieversorgungssi cherheit.

Der vorliegende Artikel soll wei terführend einen Einblick in den Wandel des Siemens Mobility Austria Standortes Graz Eggenberg in Bezug auf dessen Energieversorgung geben und somit verdeutlichen, wie sich die Sichtweise der Versorgungssicherheit über die Zeit hinweg verändert hat, und genauer ausführen, inwiefern die Erreichung der CO2- Neutralität einen Beitrag zu den globalen, bezie hungsweise regionalen, Umweltzielen leisten kann.

Ausgangsituation

Die Siemens Mobility GmbH ist ein Unternehmen der Schienenfahrzeu

gindustrie mit ungefähr 38.500 Mit arbeiterInnen weltweit, verteilt auf 26 Standorte. Der Standort in Graz Eggenberg als Teil der Siemens Mo bility Austria GmbH, vormals Werk der Simmering Graz Pauker AG, bil det innerhalb des Siemens Mobility Konzerns das Weltkompetenzzen trum für Entwicklung und Fertigung von Fahrwerken für alle Schienen fahrzeuge (Straßenbahnen, Metros, Triebzüge, Hochgeschwindigkeitszü ge und Lokomotiven) mit 1.192 Mit arbeiterInnen (Stand 30.9.2021).

Die gesamte Betriebsfläche des Standortes beträgt ca. 69.500 m2, davon werden ca. 46.000 m2 als Produktionsfläche genutzt. Dabei beläuft sich die beheizte Fläche auf ca. 50.500 m2. Die Fertigungskapa zität des Werkes beläuft sich auf bis zu 3.500 Fahrwerke und ungefähr 1.500 Stromabnehmer für Schienen fahrzeuge (Pantographen) pro Jahr (Siemens Mobility Austria intern 2022). Die Wertschöpfung reicht von Forschung und Entwicklung über die Arbeitsvorbereitung, das Fügen, Bearbeiten und Vermessen von Fahr werken, bis hin zur Oberflächenbe handlung und bezieht die Montage von Radsätzen und den Customer Service, beziehungsweise die Instand haltung für Kunden, mit ein.

Standortentwicklung

Die Energieversorgung, insbesonde re die Bereitstellung von Wärme für die Aufrechterhaltung des Raumkli mas sowie für Produktionsprozesse, hat sich im Laufe der Jahre grund legend geändert. Die Umgestaltung vollzog sich von einer zentralen Wär meversorgung durch kohlebefeuerte Heißdampferzeugung, hin du einer dezentralen Inselversorgung einzel ner Bereiche in Form einer modernen gasbefeuerten Warmwasserversor gung.

Bei allen vollzogenen Verände rungen war es dabei für Siemens wichtig, sich stets am aktuellen Stand der Technik zu orientieren. Nachfolgend werden in einer Auf schlüsselung die Details der oben angeführten technischen, bezie hungsweise infrastrukturellen Ver änderungen erläutert und dargestellt.

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Abbildung 3: Gaspreisentwicklung (Austrian Energy Agency 2022)

Vor 1958:

Die Wärmeversorgung des damaligen Simmering Graz Pauker AG Werkes wurde vom zentralen Kesselhaus mittels kohlebefeuerter Hochdruck dampfkessel sichergestellt.

1958: Umrüstung der Hochdruckdampf kessel auf die Befeuerung mittels Heizöl Schwer.

1974-1977:

Austausch der drei bestehenden Kes sel gegen drei neue Drei-Zug-Dampf kessel: Die neuen Kessel waren bereits auf die Befeuerung mittels Heizöl, als auch Erdgas vorbereitet. Aufgrund der bereits vorhandenen Infrastruk tur wurde weiterhin Heizöl schwer als Brennstoff verwendet.

1999:

Planung und Umsetzung eines zu sätzlichen Heizhauses: Im Zuge dessen wurden drei gasbefeuerte Warmwasserkessel (Gesamtbrenn stoffleistung 4,3 GW) errichtet, die sowohl für die Bereitstellung von Prozesswärme, als auch zur Behei zung der umliegenden Hallen ausge richtet waren. Dies bildete zugleich den ersten Schritt zur Dezentrali sierung der Wärmeversorgung am Standort.

2004:

Planung und Umsetzung eines wei teren Heizhauses am Werksgelände:

Die Anlage besteht aus zwei gasbe feuerten Warmwasserkesseln (Ge samtbrennstoffleistung 1,3 GW) zur Beheizung der angrenzenden Pro duktionshallen und Büroräume.

2007:

Ab dem Jahr 2007 wurden die drei bestehenden Dampfkessel im ur sprünglichen Kesselhaus sukzessive durch zwei Warmwasserkessel mit einer Gesamtbrennstoffleistung von 8 GW und einem Pufferspeicher mit einem Volumen von 80 m3 (80.000 l) ersetzt.

Aktuelle und zukünftige Massnah men

Zukünftig werden im Rahmen des Projektes „Carbon Neutral 2030“ weitere grundlegende Änderungen am Standort Graz Eggenberg geplant, welche unter anderen durch die För derung klimaneutraler Technologien wesentlich für die Erreichung der betriebsinternen Klimaziele sind und somit auch einen engagierten Beitrag zur Bewältigung der globalen Klima krise leisten. Die Forcierung der Ziele kann unter anderem, bedingt durch die derzeitige schwierige geopoli tische Situation, in zwei Kategorien eingeteilt werden:

der Produktions- sowie der Bürobe reiche nicht mehr gewährleistet wer den, was wiederum in weiterer Folge zu ökonomisch relevanten Störungen von Produktionsprozessen führen kann. Es sind vor allem jene Prozesse betroffen, welche zur Aufrechterhal tung der Anforderungen an Genau igkeit und Qualität eine bestimmte Temperatur, beziehungsweise einen bestimmten Temperaturbereich, vo raussetzen. Um kurzfristig auf einen potenziellen Ernstfall in Form eines Versorgungsausfalls vorbereitet zu sein, wurde ein Notfallplan, basie rend auf drei Säulen, für den Standort Graz Eggenberg ausgearbeitet der die kurz- beziehungsweise mittelfristige Versorgungssicherheit gewährleisten soll:

1. Säule: Sicherstellen der kurzfri stigen Erdgasversorgung durch Ein lagerung

2. Säule: Notbetrieb zur Aufrechter haltung der Produktionsprozesse

3. Säule: Aufbau von dauerhaften Back Up Alternativen

„

Sicherstellung der kurz- und mit telfristigen Versorgungssicherheit „ Sicherstellung der langfristigen Versorgungssicherheit unter der Prämisse der CO2-Neutralität

Derzeit könnte im Falle eines Ausfalls der Erdgasversorgung die Beheizung

Zur Erreichung der langfristigen Ziele wurden im Rahmen des Projektes „Carbon Neutral 2030“ Kooperati onen mit Siemens Smart Infrastruc ture (Siemens SI) und dem Lehrstuhl für Wirtschafts- und Betriebswissen schaften (wBw) der Montanuniversi tät Leoben eingegangen.

Im Zuge der Datenerhebung am Siemens Mobility Austria Standort in Graz wurden im ersten Schritt, unter Berücksichtigung des definierten Be trachtungsbereiches, die Verbräuche der Primär- und Sekundärenergieträ ger sowie der in der Produktion ver wendeten technischen Gase (z.B. Ace tylen, Sauerstoff, Kohlendioxid, etc.) ermittelt und die jeweiligen Einflüsse auf die Umwelt, durch Verbrennen oder Freisetzten in die Atmosphä re, anhand von CO2-Äquivalenten (CO2-eq.) berechnet. Auf dieser Grundlage soll in weiterer Folge eine Vergleichbarkeit der erfassten Ver bräuche ermöglicht werden. Im Zu sammenhang mit der Zielvorgabe der CO2-Neutralität werden dadurch die signifikanten Treibhausgasemittenten identifiziert.

Aus der Abbildung der prozen tuellen Verteilung der berechneten

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Abbildung 4: Timeline Entwicklung Standort Graz Eggenberg (eigene Darstellung)

Abbildung

Darstellung)

Emissionen ist ersichtlich, dass der größte Teil der CO2-Äquivalente durch die Verbrennung von Erd gas (97 %) verursacht wird. Die be triebsinterne Verwendung von Erd gas kann zum größten Teil auf die Beheizung der Produktionshallen, beziehungsweise der Büroräume und zu einem geringeren Teil auf die Be reitstellung von Prozesswärme und Warmwasser zurückgeführt werden. Aufgrund des hier dargestellten Er gebnisses wird bei der Umsetzung des Zieles der CO2-Neutralität ein Fokus auf die Erdgassubstitution gelegt. Da mit dieses Ziel erreicht werden kann, wodurch gleichzeitig die Problematik der Abhängigkeit von importierten, fossilen Energieträger minimiert wird, müssen die Befeuerungsanlagen zur betrieblichen Wärmeversorgung durch andere CO2-neutrale Alterna tiven ersetzt werden.

Innerhalb des Kooperationspro jektes sollen daher alle relevanten CO2-neutralen Alternativen identi fiziert und evaluiert werden. Dazu wird zur Auslegung des zukünftigen Heizungssystems, sowie für die Er füllung der technischen Anforderun gen, eine Machbarkeitsstudie, seitens Siemens Smart Infrastructure, durch geführt. Auf der Basis der dadurch generierten Ergebnisse und Daten wird durch den Lehrstuhl für Wirt schafts- und Betriebswissenschaften, eine wirtschaftliche Bewertung der einzelnen Optionen erstellt. Hierbei wird eine Wirtschaftlichkeitsberech nung, basierend auf der zuvor durch geführten Szenarioanalyse des Ener gieumfelds, durchgeführt, um eine Reihung der technisch relevanten

Alternativen zu er möglichen. Dadurch soll die ökonomisch und ökologisch effi zienteste Vorgehens weise zur Erreichung der CO2-Neutralität ermöglicht werden. Unabhängig von der schlussendlich ge wählten Alternative wird die angestrebte Umstellung der En ergieversorgung mit einer Erhöhung des Stromverbrauches einhergehen.

Zur Bewältigung dieser prognos tizierten Erhöhung wurden bereits verschiedene innovative Projekte an gedacht, beziehungsweise eingeleitet, oder teilweise umgesetzt. Unter an derem wurde ein Photovoltaik-Netz werk zur betriebsinternen Energiege winnung geplant und bereits teilweise umgesetzt. Der werksweite Ausbau wird dabei stufenweise umgesetzt und in den nächsten Jahren abge schlossen. Darüber hinaus wird die Projektidee zur Gründung einer mög lichen Energiegemeinschaft mit den MitarbeiterInnen, zur Bereitstellung von überschüssigem Photovoltaik–Strom aus privaten PV–Anlagen für die Siemens Mobility Austria, derzeit hinsichtlich einer möglichen und ge setzeskonformen Umsetzung geprüft.

Zusammenfassung

Die Ausgangsfrage, ob CO2-Neutra lität auch als Chance für die Industrie gesehen werden kann, muss anhand der im Verlauf des Kooperations-Pro jektes „Carbon Neutral 2030“ bisher gezogenen Schlüsse bejaht werden.

Die Bestrebungen des Siemens Standortes Graz Eggenberg, bis 2030 CO2-Neutralität zu erreichen, ist nicht nur derzeit aus ökonomischer Sicht, durch die Frage der Versor gungssicherheit, die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern und den damit einhergehenden Preisabhän gigkeiten von großer Bedeutung, sondern stellt auch einen Beitrag zu übergeordneten Themen wie dem Klimawandel und der Energiewende dar. Darüber hinaus bringt die, für

ein industrielles Unternehmen die ser Größe unübliche Lage, mitten im Stadtgebiet von Graz, eine besondere gesellschaftliche Verantwortung, wie beispielsweise die Luftreinhaltung beziehungsweise die Feinstaubbela stung, mit sich. Durch die Umsetzung des ambitionierten Projektes „Car bon Neutral 2030“ setzt die Siemens Mobility Austria GmbH nicht nur ei nen zukunftsweisenden Schritt auf lo kaler und regionaler Ebene, sondern trägt damit auch auf überregionaler und globaler Ebene zur positiven Vorbildwirkung bei, indem durch die Umsetzung der ökonomisch und öko logisch besten Lösungen zur Zieler reichung sowohl die Verantwortung gegenüber der Gesellschaft, als auch den Gesellschaftern, ermöglicht wird.

References:

Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innova tion und Technologie. 2021. Energie in Österreich Zahlen, Daten, Fakten Austrian Energy Agency. 2022. Ös terreichischer Gaspreisindex. Ener gyagency.at, Abgerufen am 12. Juli 2022, https://www.energyagency.at/ fakten/gaspreisindex European Commission. 2019. The European Green Deal. Ec.europa.eu, Abgerufen am 20. Juli 2022, https:// ec.europa.eu/info/sites/default/files/ european-green-deal-communica tion_de.pdf United Nations. 2015. Paris Agree ment. Unfccc.int, Abgerufen am 19. Juli 2022, https://unfccc.int/sites/de fault/files/english_paris_agreement. pdf

Siemens Mobility Austria intern. 2022. Standort Graz Factsheet. Ab gerufen am 15. Juli. 2022, Siemens Mobility Austria Intranet

AutorInnen:

Dipl.-Ing. Alexandra Groiss ist seit 2021 am Lehrstuhl für Wirtschaftsund Betriebswissenschaften der Mon tan Universität Leoben als Universi tätsassistentin tätig

Dipl.-Ing. Stefan Kernbauer ist seit 2021 am Lehrstuhl für Wirtschaftsund Betriebswissenschaften der Mon tan Universität Leoben als wissen schaftlicher Projektmitarbeiter tätig

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5: Prozentuelle Verteilung der berechneten CO2-eq.Emissionen (eigene

Laurens Simbeni, BSc. ist als Werk student in der Instandhaltung bei Sie mens Mobility Austria am Standort in Graz Eggenberg tätig. Er beschäf tigt sich mit der Optimierung von Instandhaltungsorganisation und -tä tigkeiten sowie CO2-Neutralität

Philipp Hochstrasser ist seit 2021 Leiter der Abteilung Plant Services (Standortverwaltung) am Siemens Mobility Standort in Graz Eggenberg

Philipp Hochstrasser

ist seit 2021 Leiter der Abteilung Plant Services (Standortver waltung) am Siemens Mobility Standort in Graz Eggenberg

Dipl.-Ing.

Alexandra Groiss, BSc.

Universitätsassistentin für Energiemanagement am Lehrstuhl für Wirt schafts- und Betriebswis senschaften der Montan universität Leoben

Dipl.-Ing. Stefan

Philip Kernbauer

wissenschaftlicher Pro jektmitarbeiter für inte griertes Ressourcenma nagement am Lehrstuhl für Wirtschafts- und Betriebswissenschaften der Montanuniversität Leoben

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PolyLifeCycle

Life Cycle Assessment Workshop

Neue Umweltauflagen und Richtlinien erfordern von Unternehmen, sich verstärkt mit den Auswirkungen ihrer Pro dukte auf die Umwelt auseinanderzusetzen. Lebenszyklusanalysen (Life Cycle Assessment – LCA) oder Ökobilanzen erfüllen diesen Zweck. An fünf Seminartagen im Juni und Juli 2022 lernten Vertreter:innen von fünf Unternehmen aus der Kunststoffbranche im „Innovationscamp S – LifeCycle Assessments zur Identifizierung von Green Polymers“, wie sie solche Lebenszyklusanalysen für ihre Produkte erstellen können. Veranstalter war der Lehrstuhl für Wirtschaftsund Betriebswissenschaften der Montanuniversität Leoben (wBw) in Kooperation mit dem Kunststoff- sowie Clean tech-Cluster der oberösterreichischen Standortagentur Business Upper Austria.

Durch die Kompetenz eine Le benszyklusanalyse (LCA) durch führen zu können, eröffnen sich neue Möglichkeiten und Chancen. Einerseits können sich Produkte da durch als „Green Materials“ für neue Märkte qualifizieren, oder neue Kooperationsmöglichkeiten mit an deren Unternehmen entstehen. An dererseits fördert die Einführung einer Ökobilanzierung als Teil eines bereits bestehenden oder entstehen den Umweltmanagementsystems den Innovationsgehalt der Produkte und deren Nachhaltigkeit. Durch eine Va riation des Untersuchungsrahmens, wie beispielsweise eine Gate-to-Gate Analyse oder eine Betrachtung des gesamten Lebenszyklus im Zuge ei ner Cradle-to-Grave Analyse, kön nen neue Effizienzsteigerungs- und demnach Einsparungsmöglichkeiten offengelegt werden. In dem Schu lungsprojekt wurden dazu alle the oretischen und praktischen Aspekte

zur Durchführung einer solchen LCA und LCC erarbeitet. Der mehrtägige Workshop, welcher in Form eines Kooperationsprojektes durchgeführt wurde, verfolgte das Ziel den teilneh menden Unternehmen die Kompetenz zu vermitteln, eine Lebenszyklusa nalyse für ihre Produkte durchzu führen. Durch die Durchführung mehrerer begleiteter Praxisübungen, mittels der am Lehrstuhl für Wirt schafts- und Betriebswissenschaften vorliegenden Softwarelösung, sowie der erfolgreichen eigenständigen Er stellung eines firmenrelevanten LCA Projektes, konnte eine Umsetzung des erlernten Wissens weiter gefördert werden. Durch die Kombination aus Theorie und direkt zugeschnittener und anwendbarer Praxis, mit spezi ellem Bezug auf die Kunststoffver arbeitung und dessen Lebenszyklus, wurde für die teilnehmenden Unter nehmen ein Grundstein für die öko logische Bewertung der von ihnen

erzeugten Produkte gelegt. Dadurch soll ein Bewusstsein für die gesteigerte Nachhaltigkeit dieser „grünen“ Kunst stoffe geschaffen werden, um so eine nachhaltigere und CO2-neutralere Zukunft zu ermöglichen. Durch die, mit der Lebenszyklusanalyse gleich zeitig durchführbare, Lebenszyklus kostenbewertung, wird es den teil nehmenden Unternehmen ermöglicht, neben den Nachhaltigkeitsaspekten, die mit grüneren Produkten einher gehen, auch wirtschaftliche relevante Aspekte mit zu berücksichtigen.

Autorin:

Dipl.-Ing. Alexandra Groiss, BSc. ist seit 2021 am Lehrstuhl für Wirt schafts- und Betriebswissenschaften der Montanuniversität Leoben als Universitätsassistentin im Bereich En ergiemanagement tätig. Davor studier te sie industrielle Energietechnik an der Montanuniversität Leoben.

Das Programm wird aus Mitteln des Bundesministeriums für Digitalisierung und Wirtschaftsstandort gefördert und von der FFG abgewickelt.

Dipl.-Ing.

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Alexandra Groiss, BSc. Universitätsassistentin für Energiemanagement am Lehrstuhl für Wirt schafts- und Betriebswis senschaften der Montan universität Leoben

Normalzustand – Notzustand – Blackoutzustand und der regionale und überregionale Netzaufbau

Die obersten Prämissen der Netzführung sind der sichere Netzbetrieb, die Gewährleistung der Versorgungssicherheit und -qualität sowie die Einhaltung der anzuwendenden Normen. Ist die Versorgungssicherheit gefährdet, so hat der Netzbetreiber alle ihm zur Verfügung stehenden Maßnahmen zu ergreifen, diese wiederherzustellen. Um die Sicherheit und Qualität des elektrischen Systems gewährleisten zu können, ist die Erbringung der sogenannten Systemdienstlei stungen durch die Netzbetreiber von wesentlicher Bedeutung. Der „Netzzustand“ bezeichnet den anhand der betrieb lichen Sicherheitsgrenzwerte beurteilten Betriebszustand des Netzes, bei dem es sich um den Normalzustand, den Not zustand, den Blackoutzustand oder den Netzwiederaufbauzustand handeln kann. Da der Systemzustand nach einer Großstörung direkt vom Störungsverlauf abhängt, müssen die Methoden des Netzwiederaufbaues für jede beliebige Ausdehnung des gestörten Netzbereiches anwendbar sein.

Betrieb elektrischer Netze

Die obersten Prämissen der Netzfüh rung sind der sichere Netzbetrieb, die Gewährleistung der Versor gungssicherheit und -qualität sowie die Einhaltung der anzuwendenden Normen. Die Anforderung hinsicht lich Versorgungssicherheit (speziell die damit verbundenen operational Technology Security), bedingt durch die voranschreitende Digitalisierung und zunehmende Vernetzung aller Marktteilnehmer, wird zukünftig zunehmend an Bedeutung gewinnen. Ausreichende (Online-)Informatio nen über das Netz und damit ein ho her Grad an Beobachtbarkeit gehören zu den Grundvoraussetzungen zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit und somit zur Vermeidung von Netzzuständen, die im worst

case Großstörungen nach sich ziehen könnten. Ist die Versorgungssicher heit gefährdet, so hat der Netzbetrei ber alle ihm zur Verfügung stehenden Maßnahmen zu ergreifen, die Versor gungssicherheit, bzw. bei regionalen Versorgungsunterbrechungen bis hin zu Großstörungsereignissen, die Versorgung selbst wiederherzustellen (Netzwiederaufbau). Vorbeugende Maßnahmen zur Vermeidung von Großstörungen wurden in dem TOR (TOR 2022) Systemschutzplan Öster reich (Technische Maßnahmen zur Vermeidung von Großstörungen und Begrenzung ihrer Auswirkungen) festgelegt und sind von den Netzbe treibern umzusetzen.

Die elektrische Energieversorgung ist ein Kernelement des öffentlichen Lebens und der öffentlichen Sicher heit. Um die Sicherheit und Qualität

des elektrischen Systems gewährlei sten zu können, ist die Erbringung der sogenannten Systemdienstleistungen durch die Netzbetreiber von wesent licher Bedeutung. Für die Spannungs haltung, die Netzführung und wenn erforderlich für den Netzwiederauf bau ist jeder Netzbetreiber in seinem Netz eigenverantwortlich, wobei die Verantwortung für das Gesamtkon zept für den Netzwiederaufbau dem Übertragungsnetzbetreiber obliegt.

Die Frequenzhaltung im System wird durch die Regelzonenführer (Anm.: in Österreich ist dies der Über tragungsnetzbetreiber APG) in enger Abstimmung mit den angrenzenden Regelzonen gewährleistet, wobei für diesen Zweck vermehrt Anlagen zur Regelleistungserbringung in den Ver teilernetzen eingesetzt werden. Die Gewährleistung der Versorgungssi

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Foto: https://www.pexels.com/de-de/foto/fotografie-von-elektrischen-turmen-im-feld-1133500/

cherheit ist somit eine gemeinsame Aufgabe aller Netzbetreiber, den Übertragungs- und Verteilernetzbe treibern. Der „Netzzustand“ bezeich net den, anhand der betrieblichen Sicherheitsgrenzwerte (u.a. Frequenz, Spannung, Strom) beurteilten, Be triebszustand des Netzes, bei dem es sich um den Normalzustand, den Notzustand, den Blackoutzustand oder den Netzwiederaufbauzustand handeln kann. (Siehe Tab. 1)

sam trifft. Ein Zusammenbruch der Netzstabilität eines einzelnen Landes in Europa kann damit bereits das Po tential haben, sich auf das gesamte europäische Stromnetz auszuwirken und im worst case in großen Teilen Europas, zumindest teilweise, Strom versorgungsunterbrechungen (Black out) zu verursachen. Unsere heutige Gesellschaft ist gewillt, in sämtlichen Lebensbereichen ein hohes Maß an Sicherheit zu erreichen. Der Wille ist

zweites Standbein zum überregio nalen Netzwiederaufbau)

„ Ständiges Netzwiederaufbautrai ning der relevanten Netz- und Kraftwerksbetreiber in einer ei gens dafür geschaffen Simulati onsumgebung

„ Kontinuierliche reale Netzwie deraufbauversuche mit den, ge mäß Konzept vorgesehenen, Kraftwerken

Bezeichnet den Netzzustand, in dem im ungestörten Betrieb zumindest ein betrieblicher Sicherheitsgrenzwert überschritten wird oder die Möglichkeit zur Systemführung aufgrund von Nichtverfügbarkeiten eingeschränkt ist.

Bezeichnet den Netzzustand, in dem die Versorgung ganz oder teilweise nicht gewährleistet werden kann (Verlust von mehr als 50% der Last oder Spannungslosigkeit in der Regelzone für mindestens drei Minuten).

Ein Übertragungsnetz befindet sich im Netzwiederaufbauzustand, wenn ein Übertragungsnetzbetreiber, dessen Netz sich im Notoder Blackoutzustand befindet, mit der Aktivierung von Maßnahmen seines Netzwiederaufbauplans begonnen hat.

Normalzustand Notzustand Black Out Zustand Netzwiederaufbauzustand Bezeichnet den Netzzustand, in dem im ungestörten Betrieb alle betrieblichen Sicherheitsgrenzwerte des Netzes eingehalten werden und alle Sicherheits mechanismen uneingeschränkt genützt werden können.

Tabelle 1

Mechanismen die zu einem Notzu stand führen können

Eine Vielzahl möglicher Ereignisse sind denkbar, die im elektrischen Netz zu regionalen bis hin zu großflä chigen überregionalen Versorgungs unterbrechungen führen könnten. Diese Ereignisse lassen sich in fol gende vier Überbegriffe unterteilen (siehe Tab 2):

opportun, das Ziel, eine 100 %-ige Sicherheit zu erreichen, jedoch nicht realistisch. Zur Erhaltung des Nor malzustands bzw. zur Minimierung der Wahrscheinlichkeit in den Not zustand oder Blackoutzustand zu gelangen bzw. zur Begrenzung der Auswirkungen, werden seitens der Netzbetreiber laufend eine Vielzahl von Maßnahmen im Netz präventiv umgesetzt.

Menschen Naturereignisse Technisches Gebrechen

menschliches Versagen Kommunikation zwischen Marktteilnehmern Terrorismus

Tabelle 2

Stürme Hochwasser Eisregen / extremer Schneefall

Die nicht vorhandene Systemsta bilität stellt hierbei das Ereignis mit der größten Auswirkung hinsichtlich der flächenmäßigen Ausdehnung dar. Dies begründet sich darin, dass ein Ungleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch mit der damit ver bundenen Frequenzabweichung und den automatischen Gegenmaßnah men nicht regional begrenzt bleibt, sondern das gesamte zusammen hängende europäische Netz gleich

Alterung Materialfehler Software/ Firmeware fehler

Systemstabilität

Erzeugung und Verbrauch sind nicht deckungs gleich

„ Hohe Investitionen ins Netz (Er höhung Verkabelungsgrad, Digita lisierung der Netze, Erhöhung der Beobachtbarkeit des Netzes speziell in den unteren Spannungsebenen)

„ Strikte und harmonisierte Umset zung der in den Network Codes (Network Codes Home 2022) ge forderten Anforderungen an die Netze und Erzeuger

„ Redundanter Netzwiederaufbau (regionaler Netzwiederaufbau als

„ Jährliche Überprüfung der bei großflächigen Versorgungsunter brechungen erforderlichen Kom munikationseinrichtungen auf deren Einsatzbereitschaft

„ Vereinbarungen mit anderen Netzbetreibern zur gegenseitigen Störaushilfe (Aushilfslieferung, Störaushilfeplattform über Öster reichs Energie)

„ Vorhaltung eines ständig geübten Stör- und Notfalls- sowie Krisen managements

„ Bereithaltung von rund um die Uhr verfügbaren Entstör- und Be reitschaftsdiensten

„ Bereithalten von wichtigen Res sourcen (Aggregate, LKW, Mate rial, …)

Der regionale und überregionale Netzwiederaufbau

Für die Maßnahmen des Netzwieder aufbaus gelten folgende Grundsätze:

„ Sicherheit (sowohl der Personen als auch der elektrischen An lagen) hat Vorrang gegenüber Schnelligkeit

„ Auswirkungen auf die Netznut zer müssen minimal sein

„ Wirtschaftlichkeit

„ Minimalprinzip – nur Aktivie rung der notwendigen Maßnah men

„ Gesetzte Maßnahmen dürfen nicht dazu führen, dass ange schlossene Übertragungsnetze in den Not- oder Blackoutzustand übergehen

Die koordinierende Stelle im Netz wiederaufbaufall ist in Österreich der Übertragungsnetzbetreiber / Re gelzonenführer APG. Ihm obliegt das Ausrufen einer Großstörung, die Festlegung der Vorgangsweise samt des dafür notwendigen Kraft werkseinsatzes und die Abstimmung mit den Verteilernetzbetreibern bzgl.

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Last- und Erzeugungsaufnahme. Für die Kommunikation zwischen den Netzbetreibern innerhalb der Regelzone APG wurde das „Austri an Awareness System“ (AAS) einge führt. Das AAS ermöglicht im Nor mal- und Störungsbetrieb möglichst schnell die wichtigsten Informationen darzustellen und gegenseitig über die Leitsysteme auszutauschen. Dieses System reduziert den Bedarf an fern mündlichen Absprachen, dient somit der Entlastung der Mitarbeiter in den Leitstellen und erlaubt einen Über blick über die Gesamtsituation in den Netzen in Österreich. Mit dem AAS kann die APG als Regelzonenführer das Ereignis „Großstörung“ ausrufen. Während eines Netzwiederaufbaues werden die Leistungsvorgaben für die Übergabestellen Übertragungszu Verteilernetzbetreiber (Wirklei stungssollwert, Leistungsband, Lei stungsgradient) und die aktuellen Versorgungsgrade ausgetauscht bzw. es besteht die Möglichkeit, durch die APG einen Lastaufnahmestopp (Fre quenzruhe) auszurufen. Vor Beginn eines regionalen Netzwiederaufbaus in den Verteilernetzen sind folgende Maßnahmen durchzuführen: „ Lagebild „Netzzustand“ erstel len; wichtig hierbei ist vor allem, die Ursache des Großstörungssze narios, die Verfügbarkeit der eig nen Betriebsmittel und die Topo logie des Netzes (welche Schalter haben geöffnet) zu eruieren „ Information (über Festnetztelefo nie, Betriebsfunk, Melder) aller relevanten Stellen über die einge tretene Lage

o Landeswarnzentrale o Krisenmanagement

o Leiter der Zentralen Warte o vorgesehene Erzeuger für den regionalen Netzwiederau bau

o weitere Wartenmitarbeiter zur Unterstützung o Betriebsverantwortliche Mi arbeiter in den Regionen o Großkunden und Weiterve teiler

„ Vorbereitungsmaßnahmen für den Netzwiederaufbau werden gestartet (horizontale und verti kale Netztrennung); d.h. sämt liche Übergabestellen zwischen Verteiler- und Übertragungsnetz betreiber werden geöffnet und

der Ausgangszustand im 110-kV Netz für den regionalen Netzwie deraufbau im Verteilernetz wird hergestellt

„ Überprüfung, ob Nullspannungs auslösung überall sicher ausgelöst hat

Da der Systemzustand nach einer Großstörung direkt vom Störungs verlauf abhängt, müssen die Metho den des Netzwiederaufbaues für jede beliebige Ausdehnung des gestörten Netzbereiches anwendbar sein. Fol gend werden die grundlegenden Stra tegien des österreichischen Netzwie deraufbauplans beschrieben.

Unter dem Ansatz der Spannungs weiterschaltung (TOP-DOWN-An satz) ist das Wiederbespannen des eigenen Netzes von einem stabilen externen Netz aus zu verstehen, d.h. das betroffene Netz eines Verteiler netzbetreibers wird über die Überga bestellen zu dem Übertragungsnetz wiederbespannt oder das betroffene Netz eines Übertragungsnetzbetrei bers wird über die Kuppelleitungen zu einem anderen Übertragungs netzbetreiber wiederbespannt (Bsp.: Blackout in Italien 2003). Der über regionale Inselaufbau dagegen be ginnt mit der Bespannung des Über tragungsnetzes ausgehend entweder von einem schwarzstart- und insel betriebsfähigen Kraftwerk, von einer beim Zusammenbruch entstandenen Insel oder einer in einem Verteiler netz aufgebauten Insel. Generell ist die Strategie des Inselaufbaus kom plexer als die der Spannungsweiter schaltung, d.h. dieser Ansatz wird vom Übertragungsnetzbetreiber erst dann gewählt, wenn von angren zenden Übertragungsnetzen in ab sehbarer Zeit keine stabile Spannung zu erwarten ist. Auch im Verteiler netz kann ein Inselaufbau (regionaler Netzwiederaufbau NOTTOM-UP Ansatz) erfolgen. Dieser bietet neben der Möglichkeit von dieser ausgehend das Übertragungsnetz aufzubauen vor allem den Vorteil der schnelleren Wiederversorgung der eigenen An lagen und Netzkunden. Im nächsten Schritt muss die Synchronisation der regionalen Inseln zur überregionalen Insel erfolgen. Neben einer schnel leren Wiederversorgung von Kunden anlagen mit regionalen Netzinseln er geben sich auch weitere Vorteile:

„ Gesamtösterreichische Netzwie deraufbau wird erheblich be schleunigt

„ Vermeidung unnötiger öffent licher Gefährdung durch die raschere Versorgungswiederher stellung von Kundenanlagen mit regionalen Netzinseln

„ Erhöhung der Optionen der Start punkte eines Netzwiederauf baues nach einem großflächigen Blackout unter Berücksichtigung der Vielfalt der möglichen Aus fallsszenarien

„ Sicherstellung des Eigenbedarfes der Leitstellen, Schalt- und Er zeugungs-anlagen in den Verteil netzen (Sprach- und Datenkom munikation)

„ Rasche Wiederversorgung von Ballungsräumen und kritischer Infrastruktur

„ Reduktion des volkswirtschaft lichen Schadens durch kürzere Ausfallszeiten

„ Stabilisierung des übergeordneten Netzwiederaufbaus sowie schnel lere Versorgung von Gebieten, in denen ein regionaler Netzwieder aufbau nicht möglich ist

Die organisatorischen Vorausset zungen für einen erfolgreichen Netz wiederaufbau basieren auf drei Säu len:

„ Netzwiederraufbaukonzept

„ Inselbetriebsversuche

„ Netzwiederaufbautrainings

Die Basis für einen erfolgreichen Net zwiederaufbau bildet neben der Ver fügbarkeit geeigneter Kraftwerke ein funktionierendes Netzwiederaufbau konzept. Die Erhebung der relevanten Kraftwerksdaten und -charakteristi ka sowie Leitungsdaten, sowie die damit umsetzbaren dynamischen Modellrechnungen, führen dann zu den maximal möglichen Lastzu schaltungsschritten. Das Ergebnis ist ein theoretisches, wenn möglich unter wissenschaftlicher Begleitung erstelltes, Netzwiederaufbaukonzept, welches bis zur Erstellung eines re alen Netzwiederaufbaukonzepts die beiden weiteren Säulen noch durch laufen muss. Existiert ein reales Net zwiederaufbaukonzept muss dieses auch weiterhin den Regelkreis - reale Überprüfung anhand von Inselbe triebsversuchen – Simulatortrainings

– Anpassung des Konzepts durchlau

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fen. Die Durchführung realer Inselbe triebsversuche bildet die zweite Säule. Anhand des theoretisch erarbeiteten Netzwiederaufbaukonzepts wird deren Anwendbarkeit unter Realbe dingungen untersucht. Hierfür ist es erforderlich Teile des Netzes für den Versuch verfügbar zu machen, ohne dass die Versorgungsicherheit des Restnetzes dadurch gefährdet wird.

Eine weitere Herausforderung ist die Bereitstellung geeigneter Lasten. Pumpen von Pumpspeicherkraftwer ken oder von Beschneiungsanlagen eignen sich hierfür ausgezeichnet. Mit Pumpen kann das Verhalten des Kraftwerks in der Insel bei Lastzu schaltungen sehr gut untersucht wer den. Scharfe Lastsprünge sind mit Pumpen (Sanftanlauf oder umrich tergesteuerte Antriebe) jedoch nur be dingt möglich. Abhilfe verschafft hier das Synchronisieren des Inselnetzes mit dem ENTSO-E (Power Regions 2022) Netz, dem gesamteuropäischen Übertragungsnetz. Danach wird die Pumpleistung erhöht/gesenkt und das Inselnetzkraftwerk im Dreh zahlverstellmodus mit konstanter Leistung belassen. Durch plötzliches Wegschalten der Insel vom ENTSOE Netz (z.B. über die Querkupplung in einem Umspannwerk, auf wel chem auf einer Sammelschiene das ENTSO-E Netz und auf der anderen das Inselnetz hängt) ergibt sich in dieser Insel eine plötzliche Lastüber/-unterdeckung, ein künstlicher er zeugter Lastsprung. Dies muss das frequenzführende Kraftwerk in der Insel ausregeln können. Die Netzwie deraufbautrainings stellen schließlich die dritte und letzte organisatorische Säule dar. In einem Simulatortrai ningszentrum in dem das Netz und die relevanten Kraftwerksdaten hin terlegt sind, werden die erarbeiteten Netzwiederaufbaukonzepte noch malig auf ihre praktische Umsetzung überprüft, optimiert und dem Leit stellenpersonal verinnerlicht. Diese Netzwiederaufbautrainings finden jährlich mehrmals gemeinsam mit den Übertragungsnetzbetreibern, den relevanten Verteilernetzbetreibern und den relevanten Kraftwerksbe treibern statt. Weiters wird die Mög lichkeit geboten, in einer geschützten Simulatorumgebung neue Ideen aus zuprobieren. Die dabei gewonnenen

Erfahrungen zeigen, dass durch den regionalen Netzwiederaufbau zum einen kritische Infrastruktureinrich tungen viel rascher wiederversorgt werden können und zum anderen der Netzwiederaufbau des Übertra gungsnetzes wesentlich unterstützt und beschleunigt werden kann. Die Simulatortrainings haben weiters ge zeigt, dass ein >90 %-iger Wieder versorgungsgrad der Kundenanlagen in Österreich unter Anwendung der „Bottum Up“-Strategie innerhalb von etwa 24 Stunden erreicht werden kann. Neben den organisatorischen Voraussetzungen müssen für einen erfolgreichen Netzwiederaufbau auch die technischen Voraussetzungen ge geben sein.

Die Kommunikationsanlage muss eine blackoutsichere und redundante Stromversorgung aufweisen und aus technisch redundanten Gerätschaf ten (Festnetztelefonie über eigene Leitungen, Betriebsfunk) bestehen. Die Kommunikation muss von der Netzleitwarte aus zu allen relevanten Beteiligten für den Netzwiederaufbau möglich sein. Diese müssen ebenfalls eine blackoutsichere und redundante Stromversorgung aufweisen und sollten georedundant aufgebaut sein.

Die Datenkommunikation muss von der Netzleitwarte aus zu allen rele vanten Beteiligten für den Netzwie deraufbau möglich sein. Mit dieser Applikation (Austrian Awareness System – AAS) werden wichtige In formationen über den Netzzustand, über Lastzuschaltungen, den Versor gungsgrad, usw. zwischen den Netz betreibern ausgetauscht. Speziell für die Resynchronisierung von Insel netzen ist es erforderlich, hochauf lösende Frequenzmessungen in den für eine Synchronisierung vorgese henen Umspannwerken unverzögert in der Netzleitstelle zur Verfügung zu haben. Durch sogenannte Phasore Measurement Units (PMU) lassen sich zeitsynchronisierte, hochaufgelöste Frequenzmessungen aber auch Netz winkelmessungen in geeigneter Weise in der Netzleitstelle visualisieren. Die Aufgabe von den schwarzstart- und inselbetriebsfähigen Kraftwerken ist es, das Netz nach den Vorgaben des Netzbetreibers hinsichtlich Frequenz und Spannung stabil hochzufahren und einzelne Lastzuschaltungen de

cken zu können. Die Schwarzstart fähigkeit einer Erzeugungseinheit be deutet, dass diese ohne elektrischen Energiebezug aus dem öffentlichen Netz in Betrieb genommen werden kann. Die entsprechende Erzeugungs einheit muss nach Anforderung des Schwarzstarts durch den Netzbetrei ber innerhalb von einer zu vereinba renden Zeit Spannung am Netzan schlusspunkt vorgeben, dauerhaft halten und in einem festgelegten Be reich der Nennspannung variieren können. Hierfür werden die Kraft werke meist mit Notstromaggregaten ausgerüstet. Die Inselbetriebsfähig keit einer Erzeugungseinheit bedeu tet, dass nach Lastzuschaltungen im Netz diese Erzeugungseinheit in der Lage ist, die Frequenz und Spannung automatisch auf einen vom Netzbe treiber vorgegebenen Wert zu stabili sieren.

Anforderungen an schwarz- und inselbetriebsfähige Kraftwerke sind dabei:

„ Sie müssen auch ohne Energie bezug aus dem öffentlichen Netz hochfahren können.

„ Sie müssen die Vorgaben des Netzbetreibers hinsichtlich Fre quenz- und Spannungshaltung einhalten können.

„ Sie müssen Lastzuschaltungen ausregeln können, ohne dass die definierten Frequenzbänder ver letzt werden.

„ Primärenergie muss in ausrei chenden Mengen vorhanden sein.

„ Bei Nichtverfügbarkeit des Kraft werks muss ein adäquates Ersatz kraftwerk verfügbar sein, d.h. Geforderte Verfügbarkeit eines schwarz- und inselbetriebsfä higen Kraftwerks: 24/7

„ Blackoutsichere Daten- und Sprachkommunikation zu der Kraftwerks- und Netzleitwarte muss vorhanden sein.

Neben den organisatorischen und technischen Voraussetzungen wurde mit den wiederkehrenden Konformi tätstest ein Überprüfungsinstrument geschaffen, um die Einhaltung der Voraussetzungen auch stets sicherstel len zu können. Die Konformitätstests haben die Aufgabe, die Umsetzbar keit des Netzwiederaufbauplans si cherzustellen.

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Autor:

Dipl.-Ing. Roland Bergmayer

Technischer Betriebsleiter Bereich Strom der Energienetze Steiermark GmbH

- Leiter „Zentrale Warte“ der Ener gienetze Steiermark GmbH, verant wortlich für - die Netzführung des steirischen 110-kV Netzes sowie des zugeord neten Mittelspannungsnetzes und Gashochdrucknetzes - die Schutz-, Fernwirk-, Leit- und Systemtechnik - die Operational Security Krisenstabschef der Energie Steier mark, Mitglied in diversen Gremien

von Österreichs

Energie Literaturverzeich

nis:

Network Codes

Home (2022). On line verfügbar unter https://www.entsoe. eu/network_codes/, zuletzt aktualisiert am 17.08.2022, zu letzt geprüft am 17.08.2022. Power Regions (2022). Online verfügbar unter https://www.entsoe.eu/regions/, zu letzt aktualisiert am 17.08.2022, zuletzt geprüft am 17.08.2022.

Dipl.-Ing. Roland Bergmayer

Technischer Betriebs leiter Bereich Strom der Energienetze Steiermark GmbH

TOR (2022). Online verfügbar unter ht tps://www.e-control.at/marktteilnehmer/ strom/marktregeln/tor, zuletzt aktuali siert am 17.08.2022, zuletzt geprüft am 17.08.2022.

Instandhaltung im Fokus

Der Maintenance Award Austria ermittelt jährlich die Top-Unternehmen im Bereich Instandhaltungsmanagement

Im Mittelpunkt des jährlich zu ver gebenden MA2 – Maintenance Award Austria stehen Top Unterneh men im Bereich des Anlagenmanage ments.

Ziel der Initiative ist es, die be sten Instandhaltungsorganisationen und Innovationen auf dem Gebiet des Asset Managements vorzustel len. Dazu werden auch dieses Jahr wieder im Zuge des jährlich stattfin denden Instandhaltungsforums der Maintenance Award Austria für die exzellenteste Instandhaltung und der MA²-Innovationspreis für die ausge fallenste Produkt- oder Prozessinno vation aus dem Bereich Anlagenma nagement vergeben.

Die heurigen Finalisten für den Hauptpreis sind in alphabetischer Reihenfolge Liebherr Hausgeräte Li enz, die Melecs EWS GmbH aus Sie gendorf, die Miba Gleitlager aus Laa kirchen und Pöttinger Landtechnik aus Grießkirchen. Neben diesen drei Unternehmen mit ihren exzellenten Asset Management Organisationen freuen wir uns auch schon darauf Ih nen den Sieger des Innovation Award mit seiner spannenden Lösung vor stellen zu dürfen!

Sollten Sie Interesse daran haben, am MA² 2023 teilzunehmen und Ihre Instandhaltung mit den besten Or ganisationen Österreichs vergleichen

wollen, bewerben Sie sich ab Anfang Jänner bis Ende Mai 2023!

Nähere Infos zum Maintenance Award Austria und dem MA²Innovationspreis auf https://www. oevia.at/maintenance-award/

20 WINGbusiness 3/2022 TOP-THEMA
Philipp Kraker
UNINACHRICHTEN

Energiebedarf in Lieferketten

Ein Screening von exemplarischen Supply Chains zur Bestimmung von Energieverbrauchswerten

Das Wissen um die spezifischen Anforderungen von Lieferketten und die daraus resultierende Höhe des Energiever brauchs unterstützen dabei, den Energiebedarf und die potenzielle Wirksamkeit von Energieeffizienzmaßnahmen besser bewerten zu können. Einzelne Teilbereiche in der Logistik sind hierzu bereits gut analysiert, der Gesamtbe trachtung des Energieverbrauchs in Lieferketten wurde allerdings bislang nur wenig Augenmerk geschenkt. In einer aktuellen Studie hat ECONSULT im Auftrag des Bundesministeriums für Klimaschutz (BMK) exemplarisch 5 kon krete Produkte hinsichtlich ihres Energieverbrauchs in der Supply Chains analysiert und die Ergebnisse in einer Studie publiziert.

Die österreichische Logistik-Wirt schaft zeichnet für 160.000 Ar beitsplätze in 11.000 Unternehmen mit 33,6 Milliarden Euro Jahresum satz verantwortlich1. Der Anteil der Logistikkosten am Bruttoinlandspro dukt betrug im Jahr 2018 9,3 %.2 Im Jahr 2020 summierte sich das Ge samttransportaufkommen aller Ver kehrsträger in Österreich auf rund 725 Millionen Tonnen, was zu einer Gesamttransportleistung im Güter verkehr von 90,8 Mrd. Tonnenki lometer3 und einem entsprechenden Energieaufwand führte. Der energe tische Endverbrauch des Verkehrs be 1 bmk.gv.at/themen/mobilitaet/transport/ gueterverkehrslogistik.html vom 22.11.2021

2 de.statista.com/statistik/daten/stu die/1066549/umfrage/logistikkosten-im-ver haeltnis-zum-bip-in-ausgewaehlten-laendern/ vom 25.11.2021

3 Statistik Austria, Verkehrsstatistik 2020, Wien 2021, S. 22

trägt rund 410 Petajoule (PJ). Damit ist dies jener wirtschaftliche Sektor, der in Österreich die meiste Energie benötigt, gefolgt vom produzierenden Bereich.4 Weitere Energie wird in der Logistik neben dem Transport vor allem in den Bereichen Gebäude und Prozesse benötigt: Rund 40 % des gesamten Energieverbrauchs eines Unternehmens entfallen auf den Be trieb von Gebäuden5, die Beleuch tung zeichnet in einer Logistikhalle für rund ein Drittel des Energiever brauchs verantwortlich. Daneben sind Gebäudehülle (Wärmedäm mung, Sonnenschutz etc.), Heizung bzw. Kühlung, Klimatisierung und

4 BMK (Hrsg.): Energie in Österreich – Zahlen, Daten, Fakten, Wien 2020, S. 7 ff. 5 wirtschaftswissen.de/einkauf-produktionlogistik/logistik/energiefresser-ausschalten-en ergiekosten-senken-energieeffizienz-steigern-inder-logistik/ vom 21.11.2021

Druckluft wesentliche Verbraucher bei Gebäuden.6 Dass die Beschäfti gung mit Energie, Energieverbrauch und Energieeffizienz in der Logisti kbranche an Bedeutung gewinnt, hat zunächst vor allem ökonomische Gründe: Da Energie in der Logistik ein wesentlicher Kostenfaktor ist, ist Energieeffizienz eine wichtige Stell schraube für Kostenersparnis.7

In den vernetzten und globali sierten Wirtschaftssystemen gleicht kaum eine Lieferkette der anderen, es wurden daher Analysen zum Energie bedarf anhand von 5 exemplarischen Supply Chains (SC 1 – SC 5) durch geführt:

6 Industrie- und Handelskammer Region Stuttgart (Hrsg.): Energie und Energieeffizienz im Überblick, Leitfaden für Logistikbetriebe, Stuttgart 2019, S. 28 7 eha.net/blog/details/energieeffizienz-fuer-lo gistik-unternehmen-kostenfaktor-energie.html vom 21.11.2021

21WINGbusiness 3/2022 TOP-THEMA
Foto: https://www.pexels.com/de-de/foto/fotografie-von-elektrischen-turmen-im-feld-1133500/
Jürgen
Schrampf, Gerda Hartmann

Aus den gewonnenen Ergebnissen las sen sich nun sowohl absolute Energie verbrauchswerte für die Lieferkette eines Produkts als auch Kennzahlen und Benchmarks für die grobe Ana lyse von Supply Chains mit ähnlichen Ausprägungen ableiten.

Grundsätzlich entfallen die we sentlichen Energieverbräuche in einer Supply Chain auf den Betrieb von logistisch genutzten Gebäuden (La ger, Verteilzentren, Hubs etc.), auf die dort stattfindenden Prozesse zur Abwicklung (Förderung, Kommissi onierung, Verpackung etc.) und auf die Transporte zwischen den einzel nen Standorten (mittels LKW, Bahn, Schiffstransport, Air Cargo etc.). Da sich Logistikketten in vielen Aspekten voneinander unterscheiden, müssen sie für die vergleichende Betrachtung in einer standardisierten Struktur er fasst und dargestellt werden. Hierfür wurde ein vereinfachtes Modell mit zwei oder drei Transportabschnitten und ein oder zwei Lager- und/oder Umschlagpunkten definiert, in wel chem die untersuchten Lieferketten abgebildet werden können (Abbil dung 1).

Das Projekt wurde in Zusammen arbeit mit drei Unternehmen aus der operativen Praxis durchgeführt, mit welchen die zu betrachtenden Re ferenzprodukte sowie die dahinter liegenden Lieferketten definiert und evaluiert wurden. Die Praxispart ner erhoben dafür die erforderlichen Energieverbrauchsdaten betreffend Gebäude und Prozesse, hierfür wur den in den Unternehmen jeweils un

terschiedliche Quellen herangezogen, wie Abrechnungen des Energieversor gers oder intern kalkulierte Verbräu che pro Einheit. Auch die jeweilige durchschnittliche Lagerdauer fand in der Betrachtung Berücksichtigung, z.B. Schnelldreher und Cross-Do cking Artikel, normale Lagerartikel und Langsamdreher, da bei längerer Verweildauer ein höherer Anteil an der im Lager verbrauchten Energie diesen Waren oder Produkten zuzu rechnen ist. Zur Berechnung des En ergiebedarfs von Transporten wurden entweder konkrete Standorte (z.B. von Lieferanten) ausgewählt oder die für die jeweils betrachtete Sup ply Chain branchenüblichen Trans portentfernungen innerhalb Europas herangezogen. Generell erfolgte die Abgrenzung derart, dass die Ergeb nisse sich auf durchschnittliche inne reuropäische Lieferketten für Fertig produkte beziehen.

Die Transportweitenberechnung erfolgte anhand von Routenplanungs systemen, wobei neben den Gesamt kilometern auch die Wegegliederung nach Teilstrecken auf Autobahnen, Überlandstraßen und im Stadtver

kehr berücksichtigt wurden. Für die Referenztransporte wurden die kon kreten Strecken zwischen Produkti onsstätte und Zentrallager, zwischen Zentrallager und Regionallager oder zwischen Lager und Empfangsort modelliert. Anhand der Modelldaten für Strecken und Entfernungen und mit realen Fahrzeugverbrauchsdaten wurde der Gesamtenergieverbrauch des Fahrzeugs für die jeweiligen Stre cken berechnet. Um eine durchgän gige Betrachtungseinheit über alle Untersuchungsbereiche verfügbar zu haben, wurde der Treibstoffverbrauch von Litern in Kilowattstunden um gerechnet. Bei der Kalkulation von Energieverbrauchswerten im Eisen bahngüterverkehr konnten Referenz werte aus entsprechenden Studien herangezogen werden. Durch dieses Vorgehen lagen somit alle Daten zum Endenergieverbrauch im Transport und damit zu den Tank-to-Wheel En ergieverbräuchen durchgängig in der Einheit kWh vor (Abbildung 2).

Diese Systematik kann nun auf bei spielhaft ausgewählte Standort- und Liefernetzwerke angewandt werden und liefert als Ergebnis absolute En ergieverbrauchsdaten (in kWh). Dem methodischen Ansatz folgend, kön nen daraus grobe Benchmarks für den Energieverbrauch einer Einheit (Palette oder Kilogramm) berechnet werden, welche zur besseren Ver gleichbarkeit je zurückgelegtem Kilo meter in der Lieferkette herangezogen werden (unter Berücksichtigung der anteiligen Energieverbräuche durch Gebäude und Prozesse an den Lager-

22 WINGbusiness 3/2022 TOP-THEMA „ SC 1 Kommunale Versorgung „ SC 2 Handel Schnelldreher „ SC 3 Handel Normale Lagerarti kel „ SC 4 Handel Langsamdreher „ SC 5 Technisches Gewerbe
Abbildung 1: Übersicht über den Betrachtungsumfang Abbildung 2: Vorgehen Supply Chain Analyse

und Umschlagpunkten). Der gesamte Energieverbrauch für Gebäude, Pro zesse und Transporte einer Palette pro Kilometer in der Supply Chain reicht von knapp 0,05 kWh bis etwas über 0,2 kWh, der Energiebedarf un terscheidet sich somit zwischen der Supply Chain 1 (am Beispiel Schütt gut mit Bahn-Hauptlauf) und der Supply Chain 5 (am Beispiel Stückgut mit städtischer Feinverteilung) um den Faktor 4 (Abbildung 3).

lten Supply Chains unterscheiden sich nicht nur durch die transpor tierten Güter, sondern auch hinsicht lich anderer relevanter Faktoren und Parameter, welche Einfluss auf den Energieverbrauch haben. Wie die Einzelbetrachtungen zeigen, bewegt sich der Anteil des Energieverbrauchs von Gebäuden und Prozessen am Ge samtverbrauch in einer Bandbreite zwischen rund 10 % und 25 %. Die zurückgelegte Transportentfernung kann auf Basis der untersuchten Bei spiele als der wesentliche Einflussfak tor für den Gesamtenergieverbrauch innerhalb von Lieferketten betrachtet werden. Mit der Entfernung steigt annähernd proportional der Gesam tenergieverbrauch, basierend auf dem großen Anteil des Transports mit 75 % bis 90 %.

Bei der Betrachtung des Ener gieaufwands für den Transport je Teilstrecke und Supply Chain ist zu erkennen, dass die letzte Teilstrecke (Last Mile) mit ca. 5 % - 30 % ei nen sehr unterschiedlichen Anteil am Gesamtaufwand haben kann. Im

Berechnungsmodell wurden die Spe zifika der letzten Meile mit teilwei se kleineren Fahrzeugen, geringeren Konsolidierungs- und Bündelungs möglichkeiten und ungünstigeren Fahrsituationen mit höherem Kraft stoffverbrauch (Stop-and-Go-Ver kehre) in Stadtgebieten berücksichti gt. Dadurch ergibt sich, bezogen auf die Kilometer, ein in Relation höherer Anteil, aufgrund der langen interna tionalen Transportketten insgesamt, mit 500 km bis 1.000 km, bleibt der Anteil der Last Mile in der Gesamt betrachtung jedoch beim Beispiel ei ner mehrstufigen Transportkette im Non-Food-Bereich bei 6 % (SC 1) bis 13 % (SC 2) (Abbildung 4).

Die Studienergebnisse liefern kon krete Daten und Benchmarks: Eine Palette mit Handelswaren in einer

Lieferkette quer durch Europa be nötigt etwa 100 kWh Energie. Zum Vergleich, mit 1 kWh kann man 50 Tassen Kaffee kochen, 4 Stunden fernsehen oder 1 Mal die Waschma schine laufen lassen. Ein Haushalt in Österreich verbraucht pro Jahr um die 4.000 kWh. Die Dimensionen, wie viel Energie in unseren Lieferketten steckt, sind damit sehr greifbar ver anschaulicht. Kommen die Produkte und Waren per Containerschiff aus Asien, erhöht sich der Energiebedarf je Palette etwa um das Dreifache.

Die Zielsetzung ist es, die wesent lichen Bereiche im Energieverbrauch zu identifizieren, um dort mit Ein sparungsmaßnahmen anzusetzen, wo der Hebel am größten ist – dies ist eindeutig beim Transport der Fall. Bei den Gebäuden und den dort statt findenden Prozessen liegt das Poten zial für Einsparungen vorrangig in den Bereichen Beleuchtung, Heizung, Kühlung und den eingesetzten Auto matisierungstechnologien. Im Trans portbereich ist der Großteil der Ver kehrsleistung grenzüberschreitender Langstreckenverkehr, hier zählt jeder Prozentpunkt, der zur Optimierung beiträgt. Unternehmen haben vor allem mit lokalem oder regionalem Sourcing, also der Beschaffung über kürzere Entfernungen, eine Möglich keit, Supply Chains energieeffizienter zu gestalten, denn der Energiebedarf ist auch weiterhin direkt abhängig von der Transportentfernung – und das unabhängig vom eingesetzten En ergieträger.

23WINGbusiness 3/2022 TOP-THEMA
Abbildung
3: Gesamtenergieverbrauch pro Palette und Kilometer je Supply Chain Abbildung 4: Energieverbrauchsanteil der Transporte - Vergleich Teilstrecken T1, T2, T3

Quellen:

BMK - Bundesministerium für Klima schutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie (Hrsg.): Energiebedarf in Lieferketten, Wien 2022, Online unter: https://www. bmk.gv.at/themen/mobilitaet/trans port/publikationen/energiebedarf-inlieferketten.html

BMK (Hrsg.): Energie in Österreich – Zahlen, Daten, Fakten, Wien 2020, S. 7 ff. bmk.gv.at/themen/mobilitaet/trans port/gueterverkehrslogistik.html vom 22.11.2021 de.statista.com/statistik/daten/stu die/1066549/umfrage/logistikkostenim-verhaeltnis-zum-bip-in-ausgewa ehlten-laendern/ vom 25.11.2021

Statistik Austria, Verkehrsstatistik 2020, Wien 2021, S. 22 wirtschaftswissen.de/einkaufproduktion-logistik/logistik/ energiefresser-ausschalten-ener

giekosten-senken-energieeffizi enz-steigern-in-der-logistik/ vom 21.11.2021

Industrie- und Handelskammer Regi on Stuttgart (Hrsg.): Energie und En ergieeffizienz im Überblick, Leitfaden für Logistikbetriebe, Stuttgart 2019, S. 28 eha.net/blog/details/energieeffizienzfuer-logistik-unternehmen-kosten faktor-energie.html vom 21.11.2021

AutorInnen:

Mag. Jürgen Schrampf, Geschäfts führender Gesellschafter, ECON SULT Betriebsberatungsges.m.b.H. Mag. Jürgen Schrampf ist Geschäfts führender Gesellschafter der ECON SULT Betriebsberatungsges.m.b.H. Neben Beratungs- und Planungspro jekten werden im Rahmen des von ihm geleiteten Competence Centers „Public Projects“ Studien sowie For schungs- und Entwicklungsprojekte

zu sämtlichen Themenstellungen rund um Logistik und Güterver kehr durchgeführt, beispielsweise in den Bereichen Urbane Logistik, Last Mile, KEP-Logistik, Zero-EmissionGüterverkehr, Eisenbahngüterver kehr und Kombinierter Verkehr. Den Logistiksektor unterstützt er zusätz lich in seiner ehrenamtlichen Funkti on als Vizepräsident der BVL Bundes vereinigung Logistik Österreich.

Mag. Gerda Hartmann, Seni or Consultant, ECONSULT Betriebsberatungsges.m.b.H.

Mag. Gerda Hartmann ist Seni or Consultant bei der ECONSULT Betriebsberatungsges.m.b.H. und als Projektleiterin im Bereich Innovation, Forschung und Entwicklung tätig. Sie betreut die Erstellung von Studien zu diversen Themenstellungen im Be reich Logistik und begleitet Pilotpro jekte und Demonstrationsvorhaben mit Praxispartnern.

Mag. Gerda Hartmann

24 WINGbusiness 3/2022 TOP-THEMA
Mag- Jürgen Schrampf
Geschäftsführen
der Gesellschaf ter ECONSULT

Anwendung von Energieflussanalysen zur Reduktion der produktionsbedingten CO2 Emissionen Fallstudie an einem Standort der Orasis Industries Holding GmbH

Die Orasis Industries Holding GmbH reagiert auf die Herausforderungen des Klimawandels und richtet ihre Un ternehmensprozesse verstärkt nachhaltig aus. Basierend auf der, gemeinsam mit dem Institut für Innovation und Industrie Management (IIM) erarbeiteten, CO2-Bilanz (siehe WINGbusiness 2/2021) wurde weiterführend ein strukturiertes Vorgehen zur Reduktion des emittierten CO2 mit Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz im produzierenden Bereich erstellt. Im vorliegenden Beitrag wird eine Einzelfallstudie am Standort Slowenien be schrieben, bei der sowohl der Energieverbrauch als auch die damit verbundenen Treibhausgasemissionen signifikant reduziert wurden. Die ganzheitliche Analyse der Produktionsstätte zeigt, dass eine Verringerung der identifizierten Verluste um 44 % der Gesamtverluste potenziell erreichbar ist, was zu einer Verringerung der Emissionen um etwa 260 tCO2eq/Jahr (11 %) führt. Die erzielbaren jährlichen Kosteneinsparungen belaufen sich dabei auf über 38.000 € (13 % der gesamten Energiekosten), wobei die meisten Maßnahmen Amortisationszeiten von weniger als drei Jahren aufweisen.

1. Energieeffizienz in der Industrie

Der Bericht des zwischenstaatlichen Ausschusses der Vereinten Natio nen für Klimaänderungen (IPCC) zeigt, dass der Anstieg der globalen Treibhausgase (THG)-Emissionen das Klima zunehmend negativ be einflusst und bereits im Jahr 2030 zu einer globalen Durchschnittstem peratur von 1,5 °C über dem vorin dustriellen Niveau führen wird [1].

Die Bedeutung des Industriesektors in diesem Zusammenhang zeigt sich nicht nur global, wo die energiebe dingten THG-Emissionen 23 % der Gesamtemissionen ausmachen [2],

sondern auch auf nationaler Ebene.

In Österreich ist der Energie- und Industriesektor beispielsweise für mehr als 43 % der gesamten THGEmissionen verantwortlich ist [3].

Die EU fordert in ihren mittelfri stigen Klimazielen für das Jahr 2030 eine Reduktion des Treibhausgasaus stoßes um 55 % unter dem Wert von 1990. Dazu muss der Übergang zu einer ressourceneffizienten und kreis lauforientierten Wirtschaft und die Entwicklung umweltfreundlicherer und weniger energie-intensiver Tech nologien (Steigerung der Energieeffi zienz um zumindest 32,5 %) in der Industrie in der EU vorangetrieben

werden [4]. Aus Sicht der verarbei tenden Industrie ist auch bereits eine Schwerpunktverlagerung in Richtung Energieeffizienz zu beobachten, die durch steigende Energiepreise, neue Umweltvorschriften sowie veränderte Kundenanforderungen an umwelt freundliche Produkte und Dienstlei stungen angetrieben wird [5].

Folglich besteht weiterhin For schungsbedarf in Bezug auf eine nachhaltige Produktionsindustrie [4], um die Energieeffizienz von Indus triebetrieben zu erhöhen und damit die negativen Auswirkungen auf die Umwelt zu verringern. [7] Dies gilt insbesondere für kleine und mittlere

25WINGbusiness 3/2022 TOP-THEMA
Foto: Pixabay

Unternehmen, da sie nicht nur einen bedeutenden Anteil der europäischen Unternehmen ausmachen, son dern ihnen oft auch das notwendige Know-how oder die finanziellen und personellen Ressourcen fehlen, um Maßnahmen zur Reduzierung des Energieverbrauchs umzusetzen [4].

Das Institut für Innovation und In dustrie Management der Technischen Universität Graz blickt auf eine lan ge Tradition im Bereich des betrieb lichen Energiemanagements zurück. Durch die Identifikation von Einspar potentialen in der produzierenden In dustrie mittels Energieflussanalysen und die darauf aufbauende Ableitung von Maßnahmen zur Optimierung der Nutzung von Energie (z.B. Strom, Druckluft, Wärme) konnten viele Unternehmen der österreichischen Industrie bei der Einsparung von Pri märenergie unterstützt werden. Der Fokus dieser Projekte lag zumeist auf einer Verbesserung des Betriebsergeb nisses (EBIT) durch die Reduktion von Verschwendung. Unter den neuen Herausforderungen und Vorgaben im Hinblick auf industrielle Klimaziele erhält diese Kernkompetenz des IIM einen neuen Aufschwung.

2. Bestehende Ansätze zur Steige rung der Energieeffizienz

Bestehende Vorgehen und Normen (z.B. ISO 50001 - Energiemanage mentsysteme, 2018), weisen keinen angemessenen Detaillierungsgrad

auf, um die Energieflüsse innerhalb von Produktionsanlagen zu ermitteln [8]. Weitere Methoden in der Litera tur beschränken sich entweder auf erste Optimierungen [9], oder kon zentrieren sich auf energieintensive Industrien [8], und erlauben daher keine Verallgemeinerung bzw. keine adäquate Anwendbarkeit für KMUs. Außerdem besteht in der Industrie ein wachsender Bedarf an der Bewertung von Energieeffizienzverbesserungen [5], einschließlich Informationen über die potentiellen Energiekosten einsparungen, um eine angemessene Entscheidungsfindung zu ermögli chen [10]. Darüber hinaus beziehen sich viele der, in der Literatur vorge schlagenen Ansätze, entweder auf die Energieeffizienz oder den verringer ten Energieverbrauch. Dabei werden Maßnahmen erzielbaren CO2-Redu zierungen jedoch meist vernachlässigt [8]. Um diesem Problem entgegenzu wirken, bieten Energieflussanalysen einen geeigneten Ansatz um den En ergieverbrauch und die damit verbun denen Energiekosten zu reduzieren, da sie durch die Identifizierung ver besserbarer Energieflüsse eine Hand lungsgrundlage bieten.

3. Energieflussanalyse

Energieeffiziente Produktionssysteme stellen sowohl aus wissenschaftlicher als auch aus praktischer Sicht einen wichtigen und aktuellen Forschungs bereich dar [11]. Ein wesentlicher

Schritt zur Umsetzung von Maßnah men zur Steigerung der Energieeffi zienz in der verarbeitenden Industrie ist das Verständnis der Energieflüsse durch so genannte Energieaudits [12]. Diese Methoden schaffen nicht nur Transparenz in Bezug auf den Ener gieverbrauch, sondern dienen auch der Identifizierung von Verschwen dungen und führen dadurch zu ei ner Senkung der Energiekosten [13]. Allerdings zeigt sich in Bezug auf KMUs, dass bestehende Vorge hen zu Energieaudits verschiedene Einschränkungen, wie beispielsweise bestehende Ressourcen, vorhandenes Know-how und Mitarbeiterbewusst sein vernachlässigen [14]. Es zeigt sich auch, dass sich diese Methoden rein auf mögliche Kosteneinsparungen konzentrieren und dabei die erziel baren Emissionsreduktionen einzel ner Maßnahmen vernachlässigen.

Obwohl einige Methoden speziell für den Anwendungsfall in KMUs modifiziert wurden, fehlt es nach wie vor an ganzheitlichen Ansätzen, um die Energieeffizienz von KMUs des verarbeitenden Gewerbes zu bewerten und sie in Hinblick auf eine mögliche Reduktion von CO2-Emissionen zu optimieren [8].

Ausgehend von der beschriebenen Problemstellung befasst sich dieser Artikel mit der Entwicklung einer Methodik zur:

1.) Effizienten Durchführung einer Energieflussanalyse zur Identi fikation von Optimierungspotenzia

26 WINGbusiness 3/2022 TOP-THEMA
Abbildung 1: Übersicht der CO2-Emissionen nach Standort (2019)

Abbildung 2: Gegenüberstellung realer und berechnter Leistungsaufnahme von Betriebsmitteln

len in produzierenden KMUs anhand Praxisbeispiels; und zur 2.) Bewertung identifizierter Po tentiale hinsichtlich ökonomischer und ökologischer Auswirkungen, um geeignete Maßnahmen zur Reduktion der Energiekosten und Verbesserung der CO2-Emissionen auszuwählen.

4. Fallbeispiel zur Reduktion der produktionsbezogenen CO2 -Emis sionen mit Maßnahmen aus dem Bereich der Energieeffizienz

Die Orasis Industries Holding GmbH gliedert sich in zwei Divisionen, wel che Produkte und pyrotechnische Lösungen im Kontext der Automo bilsicherheit, des Bergbaus und der Metallverarbeitung (Division „Pyro“) sowie mobile und stationäre Anlagen für Systemlösungen bei der Aufberei tung von festen Abfällen und holz artiger Biomasse herstellt (Division „Environmental“). In Summe sind im Produktionsnetzwerk des Unter nehmens neun unterschiedliche Pro duktionsstandorte in den Ländern Österreich, Deutschland, Slowenien. Ungarn und Tschechien vertreten. Im Zuge des Projektes „CO2-Neutrali tät“ wurden an diesen Standorten sy stematisch CO2-Emissionen erhoben (Siehe Wing Business 2/2021), welche sich in Summe auf ca. 9.200 Tonnen CO2 Äquivalent belaufen (Siehe Ab bildung 1).

Basierend auf der CO2-Bilanzie rung auf Unternehmensebene konnten

drei Standorte mit hohen energiebe zogenen Emissionen identifiziert wer den. Davon wurden zwei Standorte (1 Standort je Division) ausgewählt, um eine strukturierte Reduktion der energiebasierten CO2-Emissionen durchzuführen. In den nachfolgenden Abschnitten werden die Ergebnisse dieser Analyse für einen der Stand orte im Detail beschrieben.

4.1. Identifikation relevanter Ener gieverbraucher am Standort

In einem ersten Schritt wurden die relevanten Verbraucher für eine de taillierte Analyse bestimmt. Dazu wurden die Energieflüsse je Werk zunächst qualitativ durch eine Bege hung der Produktionsstätte erfasst und anschließend quantitativ durch Erfassung der Nennleistungen und Betriebsstunden der Maschinen, An lagen und sonstiger Verbraucher be stimmt.

Insgesamt wurden über 110 Verbrau cher und deren Nennleistung erfasst und ihre Betriebs- und Rüstzeiten ent weder aus dem verwendeten Datensy stem ermittelt oder durch das Unter nehmen abgeschätzt. Die Berechnung der Verbräuche anhand der Nennlei stungen der Betriebsmittel und Anla gen (Auszug siehe Abbildung 2) un ter Berücksichtigung von Rüstzeiten ergab einen Stromverbrauch von ca. 5,5 Millionen kWh und einen Gasver brauch von rund 5,2 Millionen kWh.

Basierend auf Strom- und Gasrech nngen konnte der reale Verbrauch für das Referenzjahr mit rund 3,7 Milli onen kWh Strom und rund 4,4 Milli onen kWh Erdgas bestimmt werden. Aufgrund dieser Abweichung wur den am Standort Energiemessungen durchgeführt, um die realen Verbräu che zu bestimmen und die tatsäch lichen Einsparungspotentiale bewer ten zu können. Aus den Messdaten wurden durchschnittliche Verbräu che der Maschinen und Anlagen im typischen Betrieb ermittelt. Es zeigte sich im Mittel eine sehr große Abwei chung zu den angegebenen Nennlei stungen (Siehe Abbildung 2). Basie rend auf der bezogenen Nennleistung wurden die Verbraucher in die drei Klassen (1) Groß- (>50.000 kWh), (2) Mittel- (5.000-50.000 kWh) und (3) Kleinverbraucher (bis zu 5.000 kWh) eingeteilt. Für alle elektrischen Großverbraucher und ausgewähl te Mittelverbraucher (insgesamt 19 Verbraucher) wurden für jeweils 5-6 Tage die reale Leistungsaufnahme an den Verteilerkästen aufgezeichnet (ca. 1000 Stunden Messdaten). Durch die messtechnische Erfassung konnte die Abweichung zwischen berechnetem und bezogenem Stromverbrauch auf unter 3 % gesenkt werden. Aufgrund dieser geringen Abweichung wurde auf die Messung weiter Mittel- und Kleinverbraucher verzichtet (Siehe Abbildung 2).

Mit den Ergebnissen der Ver brauchsmessungen und den ermit

27WINGbusiness 3/2022 TOP-THEMA

telten Verlusten kann ein Energief lussdiagramm erstellt werden (Siehe Abbildung 3). Darin ist beispielsweise ersichtlich, dass sich der Strombedarf annähernd gleich auf beide Gebäude am Standort aufteilt, wohingegen der Großteil des Erdgases im zweiten Ge bäude erforderlich ist.

Weiters sind die Rezirkulation von Prozesswärme zur Beheizung und die berechneten Verluste ersichtlich. In Summe existieren 13 Großver braucher, die mit ca. 2,3 Millionen kWh ca. 60 % des gesamten Strom bedarfs ausmachen. Rund 13 % des jährlichen Strombedarfs entfallen auf die Kategorie Beleuchtung (ca. 480.000 kWh) und 8 % werden zur Erzeugung der benötigten Drucklauft eingesetzt (ca. 306.000 kWh). Die Gruppe der Mittelverbraucher und die Geräte zur Luftkonditionierung in den Gebäuden folgen mit jeweils 5 % (ca. 195.000 kWh) des Gesamt verbrauchs. Den nicht im Detail be trachteten Kleinverbrauchern werden somit nur noch lediglich rund 25.000 kWh (1 %) des Strombedarfs zuge rechnet.

Als größte Verlustquellen wurden (1) hohe Transmissionsverluste durch eine händische Regelung der Behei zungstemperatur in Kombination mit einer veralteten Gebäudehülle bei Ge bäude 1, (2) Energieumwandlungsver luste, (3) Druckluftleckagen und -ver brauch und (4) ungenutzte Abwärme von Kompressoren (obwohl Prozes sabwärme anderer Betriebsmittel bereits genutzt wird) identifiziert. Weiters konnten über die Analyse der Zeitreihen der Strommessungen ver schiedene Auffälligkeiten im Zusam menhang mit dem Standbybetrieb von Anlagen, Maschinen und Büro einrichtungen aufgezeigt werden. Die berechneten resultierenden Verluste belaufen sich auf ca. 2 Millionen kWh wovon ca. 910.000 kWh (45%) über entsprechende Maßnahmen ein gespart werden könnten.

4.2. Ableitung und Bewertung von Einsparpotentialen

Die identifizierten Maßnahmen wur den hinsichtlich Reduktion der En ergiekosten, der anfallenden CO2-

Emissionen sowie der statischen Amortisationszeit bewertet, um eine Priorisierung der Maßnahmen zu ermöglichen (siehe Tabelle 1). Mit Hilfe der Messdaten und den ermit telten Verlusten konnten verschie dene Potentiale identifiziert werden. Es konnte beispielsweise aufgezeigt werden, dass das Absaugsystem auch an Tagen an denen nicht gearbeitet wurde in Betrieb war. Die Abschal tung dieses Systems mit Hilfe einer Zeitschaltuhr ermöglicht jährliche Energieeinsparungen in der Höhe von ca. 65.000 kWh. Dies führt zu einer Kostenreduktion von über 3.500 €/ Jahr und reduziert die THG-Emis sionen um ca. 22 t/Jahr. In gleicher Weise lassen sich für unterschiedliche Verbraucher Einsparpotentiale durch bedarfsgerechte Abschaltung in un produktiven Zeiten (z.B. 3. Schicht, Wochenende, Feiertage, etc.) in Höhe von insgesamt ca. 290.000 kWh/Jahr oder knapp 16.000 €/Jahr ableiten. Eine weitere bedeutende Maßnah mengruppe beschäftigt sich mit dem Bereich Druckluft. Hier besteht das Potential durch verschiedene Maß

28 WINGbusiness 3/2022 TOP-THEMA
Abbildung 3: Visualisierung der Energieflussanalyse am Standort

Abbildung 4 Maßnahmensammlung zur Reduktion von Energiekosten und verbun denen CO2-Emissionen

nahmen wie den Einsatz von alterna tiven Technologien oder sparsamen Druckluftwerkzeugen den Bedarf deutlich zu reduzieren (ca. 17.000 kWh/Jahr) und durch eine systema tische Instandhaltung des Druck luftsystems um Leckageverluste zu minimieren (ca. 100.000 kWh/Jahr). Weitere vorgeschlagene Maßnahmen betreffen den (weiteren) Austausch der Hallenbeleuchtung auf energie sparende LED Leuchten (ca. 160.000 kWh), die Nutzung der Kompres sor-Abwärme zu Heizzwecken (ca.

80.000 kWh/Jahr) oder der automa tischen Regelung der Heizung über Temperaturfühler in der Halle (ca. 120.000 kWh/Jahr). Es konnten auch Potentiale identifiziert werden, die sich aufgrund ihrer hohen Amorti sationszeit aus derzeitiger Sicht nicht rentieren, wie z.B. die Dämmung eines der Werke am Standort zur Re duktion der Transmissionsverluste. Eine Auflistung der identifizierten Maßnahmen mit Energie-, Kostenund CO2-Einsparungen ist in Tabelle 1 ersichtlich.

In Summe konnten konkrete Maß nahmen zur Einsparung von 772.551 kWh/Jahr (ohne eine nachträgliche Dämmung bei Gebäude 1) erarbeitet werden, was 10 % des gesamten En ergiebedarfs des Standorts entspricht. Durch diese Summe lassen sich (rückgerechnet auf das Jahr 2019) 13 % der Energiekosten und 11 % der CO2-Emissionen einsparen. Das Verhältnis der dazu nötigen Gesamt investitionen zu den erzielbaren jähr lichen Kosteneinsparungen beträgt 1,3 (Siehe Abbildung 4) und ca. 70 % der vorgeschlagenen Maßnahmen amortisieren sich statisch bereits in unter drei Jahren.

5. Vorgehen zur gekoppelten Erhe bung und Umsetzung von Energieund CO2-Einsparungen in KMUs

Abgeleitet von dem vorgestellten Vor gehen der Fallstudie zur CO2 Bilan zierung in der Orasis Holding GmbH (WINGbusiness 2/2021) und diesem Artikel zur Energieflussanalyse und Erarbeitung und Bewertung von be trieblichen Maßnahmen lasst sich folgendes Vorgehen als Anhaltspunkt für andere KMUs ableiten (siehe Ab bildung 5).

In einem ersten Schritt werden re levante CO2-Treiber (z.B.: Energie träger, Roh- und Verbrauchsmaterial, Abfälle, Mitarbeitermobilität, etc.) definiert und die bezogenen Mengen

Abbildung 5: Vorgehen zur gekoppelten Erhebung und Umsetzung von Energie- und CO2-Einsparungen In KMU

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(basierend auf Jahresabrechnungen) erhoben. In einem zweiten Schritt empfiehlt sich eine Grobzuordnung des Energie- und Ressourcenver brauchs auf Bereichs- (z.B. Standort) oder Maschinenebene anhand von vorhandenen Daten z.B. Zählerstän den oder Nennleistungen. Durch die entsprechende Berechnung der CO2Equivalente (oder des Verbrauchs) und eine mengenbasierte Analyse (z.B. ABC-Analyse) lassen sich Hot spots identifizieren, welche detailliert betrachtet oder vernachlässigt wer den können. Wie in diesem Artikel gezeigt, ist eine detaillierte Daten erfassung der realen Aufwende und Verbräuche (z.B. Plan- und Ist-Zeiten, Ist-Verbrauch von Strom oder Druck luft, etc.) im nächsten Schritt für Groß- (und Mittelverbraucher) vor zunehmen falls der reale Jahresbezug und der errechnete Grobzuordnung stark voneinander abweichen. Eine Visualisierung der realen Verbräuche (z.B. Sankey Diagramm) unterstützt die Identifikation und Kommunika tion von relevanten Bereichen, Ver lusten und Potentialen. Um Potentiale ableiten und einschätzen zu können, empfiehlt sich ein interner oder ex terner Benchmark anhand relevanter Kennzahlen (z.B. CO2-Intensität, spezifische Energieeffizienz, etc.). Anhand dieser Kennzahlen können Vergleiche zu z.B. zeitlichen Schwan kungen der internen Energieeffizienz, oder zu der CO2-Intensität vergleich barer Konkurrenten gezogen und die eigene Performance eingeordnet wer den. Dabei werden bestehende Poten tiale ersichtlich, um mit Prozessexper ten konkrete Maßnahmen erarbeiten zu können. Im letzten Schritt bedarf es einer fundierten Bewertung der Einsparungen welche durch die erar beiteten Maßnahmen erzielt werden können (z.B. anhand der Energieein sparung, Kosten- und CO2-Reduk tion wie in diesem Fallbeispiel), um gegebenenfalls seine Investitionsfrei gabe zu erhalten und in die Umset zung gehen zu können. Basierend auf einer statischen Amortisationsrech nung können auch eventuelle zukünf tige Kosten einer CO2-Bepreisung bei solchen Entscheidungen mitberück sichtigt werden.

Das hier vorgestellt Vorgehen wur de weiterführend auch am zweiten energieintensiven Standort der Orasis

Gruppe (Automotiv Safety) durch geführt und führt, trotz sehr unter schiedlicher Ausgangssituationen, zu vergleichbaren Ergebnissen (Reduk tion des jährlichen Energiebezugs um 14 %, CO2-Emissionen 13 % Reduk tion, Energiekosteneinsparung 11 %, Gesamtinvest zu Einsparung 1,2 und Amortisationszeit unter 3 Jahren bei 75 % der Einzelmaßnahmen).

6. Ausblick

Das Ziel der Orasis Industries Hol ding GmbH ist die Klimaneutralität. Dies soll gemäß dem vom Umwelt bundesamt vorgeschlagenen Vorge hen mit den drei Schritten, (1) syste matische Bilanzierung, (2) Reduktion der Umweltauswirkungen durch z.B. Senkung des Energiebedarfs und (3) Vermeidung von Energieverschwen dungen durchgeführt werden. Erst im letzten Schritt sollen durch freiwil lige Kompensation unvermeidlicher Emissionen Klimaschutzprojekte durchgeführt werden. [15] Im Be reich der CO2-Bilanzierung konnte gemeinsam mit dem IIM der Grund stein für eine systematische Erfassung der Emissionen gelegt werden (siehe WINGbusiness 2/2021). Im Bereich der Energieeffizienz und durch Ver meidung von Verschwendung zeigt dieser Beitrag Potentiale zur Verbes serung der Energienutzung auf. Wie am Industriebeispiel der Orasis Indus tries Holding GmbH gezeigt, kann durch eine systematische Erfassung der relevanten THG-Emissionen und eine strukturierte betriebliche Ener gieflussanalyse Einsparungspotential hinsichtlich der eingesetzten Energien (Reduktion der Kosten) bei gleich zeitiger Reduktion der entstehenden Emissionen erreicht werden.

Literaturverzeichnis

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Autoren:

Dipl.-Ing. Dr. Matthias Wolf stu dierte WirtschaftsingenieurswesenMaschinenbau mit Schwerpunkt Energietechnik und promovierte im Jahr 2020 an der TU Graz. In sei ner Forschungsarbeit beschäftigte

sich Matthias Wolf mit Themen zur nachhaltigen, resilienten und mensch-zentrieten Gestaltung von Produktionsarbeit. Seit 1.1.2021 ist Matthias Wolf Assistenzprofessor am Institut für Innovation und In dustrie Management der TU Graz mit dem Schwerpunkt Industrial En gineering. Matthias Wolf war Leiter des gemeinsamen Projektes „CO2Neutralität“ mit der Orasis Indus tries Holding GmbH. Dipl.-Ing. Atacan Ketenci studierte Production Science & Management und ist seit 2019 am IIM tätig. In sei ner Forschungsarbeit beschäftigt er sich Atacan Ketenci mit Nachhaltig keit und Agilität in Produktionsnetz werken. Während seiner Anstellung hat er sowohl die Lehrveranstaltung „Industrial Energy Management“ als auch maßgeblich am vorgestell ten Projekt mitgewirkt. Univ.-Prof. Dr. Christian Ramsau er leitet seit 2011 das Institut für Innovation und Industrie Manage ment der TU Graz. Er startete sei ne Karriere 1999 als Berater bei McKinsey&Company. Zwischen 2005 und 2011 war er als geschäfts führender Gesellschafter bei einem

Industrieunternehmen in Salzburg und als Geschäftsführer bei einem Privat Equity Unternehmen in Mün chen tätig. Christian Ramsauer stu dierte WirtschaftsingenieurwesenMaschinenbau und promovierte an der TU Graz. Er forschte als PostDoc zwei Jahre an der Harvard Business School in Boston und habi litierte danach im Fach Produktions management. Er ist als Aufsichtsrat in mehreren Start-Ups und etablier ten Industrieunternehmen tätig.

Mag. Markus Haidenbauer ist seit 2018 CEO der Orasis Industries (vormals Hirtenberger Gruppe). Nach dem Studium der Betriebs wirtschaftslehre an der Karl Fran zens Universität Graz 1995 war er in verschiedenen Funktionen in der In dustrie sowie in einem Technologie Start-Up tätig. Dabei war er 18 Jahre bei der Knill Gruppe in leitenden Po sitionen tätig, wobei er ab 2005 als CFO und ab 2012 zusätzlich als Ge schäftsführer der Knill Energy Hol ding bis 2018 verantwortlich war. Weiters war er mehrere Jahre als Lektor an der FH-Campus 02 Graz nebenberuflich beschäftigt.

Dipl.-Ing. Dr. Matthias Wolf Assistenzprofessor am Institut für Innovation und Industrie Management der TU Graz

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Dipl.-Ing. Atacan
Ketenci
Universitätsassistent
am
Institut
für
Innovation
und
Industrie
Management der
TU Graz Univ.-Prof. Dr. Christian Ramsauer Vorstand des Instituts für Innovation und Industrie Management der TU Graz Mag. Markus Haidenbauer CEO der Orasis Industries Holding GmbH

Lehrmodul Energieeffizienz in der LEAD Factory am Institut für Innovation und Industrie Management

Nicht nur die steigenden Energiepreise, sondern auch die strikteren Umweltschutzbestimmungen zwingen Industrieun ternehmen mehr denn je zu einer Auseinandersetzung mit dem Themengebiet der Energieeffizienz. Lernfabriken bieten zunehmend Lehrmodule an, die sowohl Industrieunternehmen bei der Energieeffizienz-Analyse unterstützen als auch Studierende frühzeitig für dieses Thema sensibilisieren. Erstmalig wurde jetzt das Potential einer derartigen Schulung auf die erzielbaren Energieeinsparungen hin untersucht. Im Rahmen einer Lehrveranstaltung in der LEAD Factory an der Technischen Universität Graz wurde ein Schulungsmodul zu Energieeffizienz entwickelt, gelehrt und anschließend mittels einer randomisierten Kontrollstudie evaluiert. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass mit der Vermittlung ent sprechender theoretischer Grundlagen und praxisorientierteren Beispielen, Einsparpotentiale beim Energieverbrauch besser identifiziert werden.

1. Bedeutung der Energieeffizienz

1.1 Energieeffizienz in Industrieun ternehmen

Bereits seit einigen Jahren spielen Richtlinien und Bestimmungen, wel che die Verminderung von Energie verschwendung und Umweltschutz zum Ziel haben für die Industrie eine zunehmend wichtige Rolle [1]. In den vergangenen Monaten sind es jedoch vor allem die stark stei genden Energiepreise [2], welche das Thema Energieeffizienz noch stärker in den Vordergrund gerückt haben.

Für nicht wenige Industriebetriebe sind Energiekosten zu einem bestim menden Faktor geworden und ent scheidend für die Wettbewerbsfähig keit [3].

In Österreich wird mindestens 40 % des elektrischen Stroms und über 70 % des Erdgases durch indus trielle Unternehmen verbraucht [4]. Diese Werte verdeutlichen auch den gesellschaftlichen Stellenwert einer energieeffizienten Industrie.

Obwohl die Industrie zuletzt ihre Verbräuche senken konnte [4], blei ben dennoch Hürden bestehen, die einer Umsetzung von Energiespar maßnahmen im Wege stehen [5]. Ur sachen hierfür sind unzureichendes Bewusstsein für Energieverbräuche, fehlendes Wissen über Einsparmög lichkeiten, sowie Unkenntnis über Optimierungsansätze [6]. Zur Über windung dieser Hemmnisse gehört vor allem die Kompetenz, sich mit der Komplexität der Energieeffizienz und ihrer Interdisziplinarität auseinander zusetzen. Weiters ist die Fähigkeit nö

tig theoretisches Wissen in der Praxis anwenden zu können; beispielsweise, wenn Energieeffizienzpotentiale in der Produktion identifiziert werden sollen. Entsprechende Fähigkeiten können in Lernfabriken zielführend vermittelt werden [7].

1.2 Energieeffizienz als Schulungs thema in Lernfabriken

Das Prinzip der kontinuierlichen Ver besserung ist Grundlage der Didak tik in Lernfabriken: Mittels verein fachten, aber dennoch realitätsnahen Produktionsumgebungen können ansonsten rein theoretische Inhalte durch praktische Übungseinheiten angewandt werden. Interaktive Betei ligung der Teilnehmer am simulierten Produktentstehungsprozess ermög lichen experimentelles und problem

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Foto: IIM, TU Graz

orientiertes Lernen [8]. Universitäre Lernfabriken können mit einem pas senden Schulungsangebot nicht nur Unternehmen bei aktuellen Heraus forderungen helfen, sondern auch dem Ingenieursnachwuchs wichtige Schlüsselqualifikationen vermitteln.

Seit Beginn der 2010er-Jahre wer den Energieproduktivität und -effi zienz in Lernfabriken angeboten [9]. Seitdem hat sich gezeigt, dass Lern fabriken in diesem Themenbereich bessere Lernerfolge erzielen als bei spielsweise Frontalvorlesungen [10].

Dennoch fehlt es an wissenschaftli chen Beiträgen, die den Einfluss sol cher Schulungen auf die tatsächlich erzielbaren Energieeinsparungen um somit auf die potentielle Erhöhung der Energieeffizienz aufzeigen [11].

2. Energieeffizienz in der LEAD Factory

2.1 LEAD Factory am IIM

Die LEAD Factory (ein Akronym für die Lehrinhalte und Forschungs schwerpunkte Lean Production, Energieeffizienz, Agilität und Digi talisierung) ist die Lernfabrik des In stituts für Innovation und Industrie Management der TU Graz und die authentische Nachbildung einer Mon tagelinie für einen Scooter. Eine Viel zahl der abgehaltenen Schulungen be ginnen mit einem suboptimalen, aber veränderbaren Ausgangszustand. Nach kurzen Theorieeinheiten, die sowohl in das Thema einführen als auch Lösungsansätze vermitteln, können TeilnehmerInnen das Erlernte unmittelbar anwenden und so den Ausgangszustand iterativ verbessern.

Bereits 2017 wurden in der LEAD Factory erste Laborübungen zu den Themen Ressourcen- und Energieef fizienz abgehalten. Hierfür wurden die einzelnen Montagestationen der Lernfabrik unter anderem mit intel ligenten Stromzählern ausgestattet. Die Schulungsunterlagen beinhal ten neben einem „Energy Walk“ zur Identifikation von Energieverlusten auch ein „Energy Stream Mapping“ in Analogie zur bekannten Wertstro manalyse für die Produktion.

Um aktuelle Entwicklungen und Trends gut vermitteln zu können be schäftigt sich der „Digital State“ der Lernfabrik mit Themen der Digitali sierung (Digitalisierungspotentiale, Datenbeschaffung mittels Sensorik, Datenanalyse mittels Software, (Echt zeit) Datenvisualisierung, etc.) und den Mehrwerten den Unternehmen dadurch entstehen können. Die dafür eingesetzten (digitalen) Technologien bilden auch die Basis der entwickelten Energieeffizienzschulung. In diesem Zustand kann den TeilnehmerInnen unter anderem gezeigt werden, wie Energieüberwachungssysteme imple mentiert und genutzt werden können [12]. Hierzu wurden in Summe 14 Stromzähler über ein Netzwerk ver bunden. Jedem Messpunkt ist eine IP-Adresse zugewiesen, sodass Daten nicht nur laufend erfasst und zentral abgespeichert werden, sondern auch rückverfolgbar sind. Messergebnisse lassen sich beliebig gruppieren (z.B. nach Arbeitsstationen) und im Zeit verlauf analysieren. So konnte bei spielsweise gezeigt werden, dass durch Adjustierungen am 3D-Drucker die Heizphase um zwei Minuten je Vor gang reduziert werden kann, was wiederrum zur Reduktion des Ener

gieverbrauchs führt (siehe Abbildung 1). Diese Daten werden vorrangig auf einem zentralen Bildschirm (digitales Shopfloor Management Board) inner halb der Lernfabrik angezeigt.

Diese detaillierte Datenbasis mit real gemessen Werten ermöglicht die Erstellung von Simulationsmodellen mit Tecnomatix Plant Simulation. Diese erlauben eine szenarienbasierte Analyse des Energieverbrauchs und können zur Ableitung von Maßnah men zur Energienutzung verwendet werden. Abbildung 2 zeigt das ge nutzte Simulationsmodell inklusi ve aller erfassten Arbeitsstationen und Verbraucher der LEAD Factory. Veränderungen, beispielsweise von Taktzeit, Equipment und Auslastung lassen sich damit ohne aufwendige Implementierung auf ihre Auswir kungen auf den Energieverbrauch be werten. Dies lässt auch Rückschlüsse auf Kosteneinsparungen und Amorti sationszeiten zu [13].

Für die Lehreinheit zur Energieef fizienz sind vor allem der eingesetzte Trocknungsofen, der 3D-Drucker, das Shopfloor Management Board, sowie die Elektroschrauber relevant. Da der Ofen als größter Stromver braucher innerhalb der LEAD Fac tory identifiziert wurde, kommt ihm ein besonderer Stellenwert bei der Optimierung zu. In absoluten Zahlen gemessen, lässt sich hier bei diesem tatsächlich die meiste Energie einspa ren (ca. 390 kWh pro Jahr). Würden Ofen und Elektroschrauber durch sparsamere Geräte ersetzt werden, ließe sich allein hier ein Drittel an Energie einsparen. Abhängig vom zu Grunde liegenden Strompreis ergeben sich allerdings Amortisationszeiten von mehreren Jahren. Das prozen

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Abbildung 1:
Visualisierung des Energieverbrauchs des 3D-Druckers vor und nach der Analyse

tual größte Einsparpotential ergibt sich aus einem bewussteren Einsatz des Shopfloor Management Boards (SFMB). Indem dieses nur im Be darfsfall eingeschalten wird, sinkt dessen jährlicher Stromverbrauch um zwei Drittel von über 500 kWh auf 170 kWh. Am Beispiel des 3DDruckers lässt sich gut erkennen, wie sehr Geräteeinstellungen zur Ener gieeffizienz beitragen können; durch Absenken der Drucktemperatur lässt sich der Energieverbrauch mehr als halbieren, ohne dabei Qualitätsver luste in Kauf nehmen zu müssen. Die beiden letztgenannten Verbes serungen gehen ohne Neuanschaf fungen und Investitionen einher. Rechnerisch lässt sich so der jähr liche Energieverbrauch der LEAD Factory in Summe um über 1.100 kWh reduzieren [13]. Die exakten Zahlenwerte lassen sich Tabelle 1 entnehmen.

2.2 Schulungsmodul „Energieeffizi enz“ in der LEAD Factory

Die neu entwickelte EnergieeffizienzSchulung (siehe Abbildung 3) der LEAD Factory wurde zielgerichtet und strukturiert gemäß dem so ge nannten Learning-Factory-Curricu lum Guide [14] aufgebaut. Dieses di daktische Konzept unterscheidet drei Ebenen. Auf der Makroebene werden Lernziele, Infrastruktur und Teilneh merkreis definiert. Welche Techno logien und Bereiche der Lernfabrik im Schulungsmodul zum Einsatz kommen und welche Kompetenzen vermittelt werden sollen wird auf der Mesoebene festgelegt. Konkrete Sze narien und das dazugehörige Schu lungsmaterial sind Gegenstand der Mikroebene.

Das Schulungsmodul „Energieeffi zienz“ basiert auf dem digitalen Zu stand der Lernfabrik. Dies ermöglicht

die Zuhilfenahme von Informationsund Kommunikationstechnologien, wie beispielsweise das Energieüber wachungssystem oder das Simula tionsmodell in dem die energierele vanten Daten bereits eingearbeitet sind (siehe dazu [13]).

Zunächst werden den Teilneh merInnen im Rahmen eines kurzen theoretischen Vortrags die Grund lagen zu den Themen Energieeffizi enz und Energieflussanalyse näher gebracht. Nach dem einführenden Theorieteil sind die Teilnehmer in der Lage, im Rahmen eines „Ener gy Walks“ Energieverbräuche und -flüsse zu ermitteln und Energiever schwendungen innerhalb der LEAD Factory zu identifizieren. Hierbei liegt der Fokus nicht nur auf den ein zelnen Arbeitsplätzen, sondern auch auf der vorhandenen Infrastruktur. Damit soll sichergestellt werden, dass Studierende oder Industriepart ner auch den möglichen Einfluss des verwendeten Beleuchtungssystems oder der verwendeten Heiztechnik kennenlernen. Darauf aufbauend, bekommen die TeilnehmerInnen ent sprechend Zeit um Optimierungs potentiale zu erkennen und deren Umsetzbarkeit in Kleingruppen zu diskutieren. Im nächsten Schritt wer

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Abbildung 2: Simulationsmodell der LEAD Factory [13] Tabelle 1: Simulierte Energieeinsparungen [13]

den die ausgewählten Optimierungs potentiale monetär bewertet sowie statische Amortisationszeiten von Maßnahmen durch entsprechend er forderlicher Investitionen berechnet. In einer abschließenden Diskussion werden einerseits die Vorgehensweise und andererseits die erzielten Ergeb nisse reflektiert [15].

3. Ergebnisse

Um beurteilen zu können, ob und falls ja, wie sehr das Schulungsmodul die Ergebnisse beeinflusst, wurden die Studierenden in zwei Gruppen aufgeteilt. Eine Gruppe durchlief das oben beschriebene Schulungsmodul und erhielt vorab eine theoretische Einführung. Die zweite Gruppe wur de ohne weitere Instruktionen gebe ten, die Energieeffizienz der Lernfab rik zu steigern.

Während die instruierte Gruppe elf Optimierungspotentiale identi fizieren konnte und sieben davon auch bewertete, konnte die Gruppe ohne vorherige Einweisung nur vier Potentiale erkennen und bewerten. Die Versuchsgruppe erkannte auch ein breiteres Spektrum an Optimie rungspotentialen als die unvorberei tete Kontrollgruppe: neben organisa torischen Maßnahmen (Verwendung von Bildschirmen und des digitalen Shopfloor Management Boards nur bei Bedarf) wurden auch technische Aspekte (zum Beispiel der Einsatz eines verbrauchsarmen Trocknungs ofen sowie eines energiesparenden Servers) und prozessuale Verbesse rungen (z.B. effizienterer Einsatz von

Fräsmaschine und 3D-Drucker) er kannt und bewertet.

Die Versuchsgruppe konnte den Energieverbrauch insgesamt um 34,5 % gegenüber der Ausgangs situation reduzieren.

Bei der Kon trollgruppe beliefen sich die Ein sparungen auf lediglich 18,6 %. Dies stellt eine Differenz zwischen den beiden Gruppen von 15,9 Pro zentpunkten dar. Ferner zeigte sich, dass nur die Versuchsgruppe alle Arten von Optimierungspotentiale verlässlich bewerten konnte. Eine Auflistung der Maßnahmen sowie der detaillierte Vergleich der beiden Gruppen findet sich in [15].

In einer abschließenden Befra gung zeigte sich die Versuchsgruppe deutlich zufriedener als die Kontroll gruppe. Die instruierte Gruppe gab an, ein besseres Verständnis vom Ziel und der Erwartungshaltung gehabt zu haben. Außerdem hatten die TeilnehmerInnen dieser Gruppe auch verstärkt den Eindruck, dass das entwickelte Modul ihre Problem lösungsfähigkeiten weiterentwickelt hat [15].

4. Ausblick

Auf Basis der Evaluierungsergebnisse wurden die entsprechenden Lehrund Praxisinhalte angepasst. Das Schulungsmodul findet nun nicht nur Einsatz in den Lehrveranstaltungen „Industrial Energy Management“ oder „LEAD Factory“, sondern wird auch Industriepartnern im Rahmen einer Executive Education angebo ten.

Durch die Implementierung neuer Technologien werden die vermittel baren Lehrinhalte sukzessive weiter ausgebaut. Unter anderem liegt ein Fokus dabei im Bereich der Prozess industrie mit deren energieintensiven Abläufen. Dazu wird derzeitige In frastruktur um eine Galvanikana lage erweitert. Ferner wird durch die baldige Integration einer BohrFräsmaschine der Eigenfertigungs anteil erhöht. Mittels Sensoren zur Erfassung von Maschinendaten und einem System zur Bilderkennung soll der Digitalisierungsgrad der LEAD Factory weiter ausgebaut werden. Dadurch ergeben sich auch neue Lehrinhalte, wie etwa zur Qualitäts sicherung und Six Sigma.

Zusätzlich werden in den kom menden Monaten und Jahren ne ben der Energieeffizienz weitere Schwerpunkte zum Themenbereich Nachhaltigkeit in der LEAD Facto ry realisiert. Vorrangige Schulungs themen werden aus dem Bereich der Ressourceneffizienz und des Product Carbon Footprinting stammen.

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Abbildung 3: Aufbau des Schulungsmoduls „Energieeffizienz“ [15]

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Autoren:

Kai Rüdele, MSc studierte Techno logie- und Managementorientierte Betriebswirtschaftslehre an der TU München. Nach vier Jahren als Un ternehmensberater wechselte er 2021 an das IIM. Sein Forschungsschwer punkt sind Ökobilanzen. Dipl.-Ing. Atacan Ketenci studierte Production Science & Management und ist seit 2019 am IIM tätig. In sei ner Forschungsarbeit beschäftigt er sich Atacan Ketenci mit Nachhaltig keit und Agilität in Produktionsnetz werken. Währen seiner Anstellung hat er sowohl die Lehrveranstaltung „Industrial Energy Management“ als auch das in diesem Beitrag vorstellte Schulungsmodul zum Thema Ener gieeffizienz mitentwickelt und evalu iert.

Dipl.-Ing. Dr. Matthias Wolf stu dierte WirtschaftsingenieurswesenMaschinenbau mit Schwerpunkt

Energietechnik und promovierte im Jahr 2020 an der TU Graz. In sei ner Forschungsarbeit beschäftigte sich Matthias Wolf mit Themen zur nachhaltigen, resilienten und mensch-zentrieten Gestaltung von Produktionsarbeit. Seit 1.1.2021 ist Matthias Wolf Assistenzprofessor am Institut für Innovation und Industrie Management der TU Graz mit dem Schwerpunkt Industrial Engineering. Univ.-Prof. Dr. Christian Ramsau er leitet seit 2011 das Institut für Innovation und Industrie Manage ment der TU Graz. Er startete sei ne Karriere 1999 als Berater bei McKinsey&Company. Zwischen 2005 und 2011 war er als geschäfts führender Gesellschafter bei einem Industrieunternehmen in Salzburg und als Geschäftsführer bei einem Privat Equity Unternehmen in Mün chen tätig. Christian Ramsauer stu dierte WirtschaftsingenieurwesenMaschinenbau und promovierte an der TU Graz. Er forschte als Post-Doc zwei Jahre an der Harvard Business School in Boston und habilitierte danach im Fach Produktionsma nagement. Er ist als Aufsichtsrat in mehreren Start-Ups und etablierten Industrieunternehmen tätig und seit 2021 der Präsident der International Association of Learning Factories.

Dipl.-Ing.

Kai Rüdele M.Sc.

Universitätsassistent am Institut für Inno vation und Industrie Management der TU Graz

Atacan Ketenci

Universitätsassistent am Institut für Innovation und Industrie Management der TU Graz

Dipl.-Ing. Dr. Matthias Wolf

Assistenzprofessor am Institut für Innovation und Industrie Management der TU Graz

Univ.-Prof. Dr. Christian Ramsauer

Vorstand des Instituts für Innovation und Industrie Management der TU Graz

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Datenqualitätsassessment vor der Implementierung von Predictive Maintenance

Anhand eines Datenqualitätsassessments (DQA) werden verschiedene Use Cases zur Eignung für Predictive Mainte nance Strategien überprüft. Über ein Reifegradmodell wird dabei die Datenqualität bewertet im Detail bewertet und durch die Beschreibungen der einzelnen Reifegrade können direkt Verbesserungspotenziale abgelesen werden.

EINLEITUNG

Besonders durch die Digitalisierung wuchsen die Möglichkeiten zur Opti mierung von Instandhaltungsorgani sationen in den letzten Jahren stark, beispielsweise durch die Entwicklung der Predictive Maintenance (PdM) Strategie. Mit den Potenzialen stie gen jedoch auch die Anforderungen an die benötigten Daten. In diesem Beitrag wird ein Vorgehen zur Bewer tung eines ausgewählten Use Cases hinsichtlich der theoretischen Um setzbarkeit von PdM und zur Aufde ckung von Potenzialen in der Daten qualität in diesem Zusammenhang vorgestellt.

Predictive Maintenance wird als zustandsorientierte Instandhaltung gesehen, die aus Analysen oder be kannten Merkmalen und der Bewer tung der wesentlichen Parameter die Degradation des Bauteils ableiten kann und Prognosen erstellen kann. (DIN EN 133606:2018) Mit Hilfe

dieser Strategie kann vorhergesagt werden, wann das Bauteil ausfallen wird und wann es ausgetauscht wer den soll.(Ran Y. et al., 2019) Eine Studie von Deloitte aus dem Jahr 2017 zeigt, dass mit einer Einfüh rung von prädiktiver Instandhaltung die Betriebszeit von Anlagen, um 10 bis 20 %, erhöht werden kann, die Wartungskosten um 5 bis 10 % re duziert werden können und die Pla nungszeit um 20 bis 50 % reduziert werden kann.(Deloitte, 2017) Trotz der vielen Vorteile die eine prädik tive Instandhaltung mit sich bringt, treten bei der Einführung auch viele Herausforderungen auf, welche Pro jekte teilweise scheitern lassen, oder eine große Menge an Ressourcen dafür aufgebracht werden müssen. Diese Herausforderungen sind meist vielfältig und reichen von organisa torischen, kulturbedingten bis hin zu den datengetriebenen, wobei die kri tischsten Schwierigkeiten aufgrund der benötigten Daten entstehen.(Tid dens W, 2018)

Anhand verschiedener Studien wurde nachgewiesen, dass viele Un ternehmen größtenteils eine reaktive Instandhaltungsstrategie verfolgen und proaktive Strategien wie PdM meiden, obwohl der Nutzen solcher Strategien bereits bekannt ist.(Yli pää T., 2017) Ein Hindernis für die Implementierung tritt bereits in den ersten Schritten auf, Unternehmen folgen bei der Einführung oft kei nem strukturierten oder standardi sierten Vorgehen, wodurch wichtige Aspekte der Einführung ausgelassen oder vernachlässigt werden.(Veldman J., 2011) Komplexe Strukturen der realen Anlagensysteme stellen eine weitere Herausforderung dar.(Olde Keizer M. et al., 2011) Zu den tech nischen und datengetriebenen Schwie rigkeiten zählen die Bestimmung der richtigen Komponenten, die Auswahl der geeigneten Messmethoden und die Verwendung der passenden Da tenanalytikmodelle.(Selcuk S., 2017)

Für die Entwicklung der richtigen Al gorithmen werden meist Prozessdaten

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Foto: Pixabay Kraker Philipp Thomas, Kaiser Florian

der Anlagen, sowie Daten während eines Fehlers benötigt, um die Algo rithmen für reale Situationen zu trai nieren. Gerade die Daten von Fehlern sind oft nicht in ausreichender Qua lität oder Quantität vorhanden.(Go yal D., 2015) Allgemein zählt zu den Herausforderungen im Umgang mit den Daten die Erfassung davon, die Analyse für weiterführende Entschei dungen und die notwendige Kompe tenz der Mitarbeiter, damit der größt mögliche Nutzen generiert werden kann.(Stecki J. et al., 2013) Aufgrund der vielen Herausforderungen die mit einer Implementierung von PdM ein hergehen und den damit verbunden Kosten, schrecken viele Unternehmen vor einer Einführung zurück.

Nachfolgend wird das angewandte Modell sowie die methodische Vorge hensweise näher beschrieben, bevor auf die Ergebnisse des untersuchten Use Cases eingegangen wird.

DQA – MODELL & METHO DISCHE VORGEHENSWEISE

Angelehnt ist das folgend vorgestellte Assessment an das Reifegradmodell von Bernerstätter, welches die Wich tigkeit der Inputfaktoren für daten analytische Anwendungen behandelt (Bernerstätter, 2019). Das Reifegrad modell, auf welchem das DQA ba siert, besteht aus sechs Kategorien (Datenerfassung, -bereitstellung, -for mate, -darstellung und -codierung, -umfang, -konsistenz) und vier Rei fegraden (deskriptiv, diagnostisch, prognostisch, präskriptiv), welche nachfolgend beschrieben werden.

Die Reifegradkategorien:

Die Datenerfassung ist entscheidend für die Evaluation und die Planung des Einsatzes des erstellten Modells. Anhand dieser Kategorie wird be stimmt, ob eine spätere Implemen tierung des Modells möglich ist. Es wird bewertet, wie der Zustand eines Objektes, Prozesses oder der Umwelt in Form von Daten abstrahiert wird. Die Erfassung kann manuell oder au tomatisch, digital oder analog, sowie regelmäßig oder unregelmäßig erfol gen.

Die Datenbereitstellung ist wichtig für die Operationalisierungsphase des

CRISP-DM. Die Art der Datenarchi tektur und –modellierung spielt hier eine Rolle. Die Bereitstellung von Da ten ist wesentlich für eine reibungs lose Integration des Modells in den laufenden Geschäftsbetrieb. Schnitt stellen und Medienbrüche führen bei der Datenübertragung zu Problemen und Leistungsverlusten. Ein spezielles Problem bilden proprietäre Schnitt stellen, welche für Dritte nicht offen zugänglich sind. Echtzeitdatenüber tragung vermeidet das Fehlen von Daten in bestimmten Momenten bzw. falscher Übertragung in das Sys tem durch nachträgliche Eingabe. In dieser Kategorie wird untersucht, wie aufgezeichnete Daten für die Weiter verarbeitung bereitgestellt werden.

In der Kategorie der Datenformate wird festgehalten, wie die Daten se mantisch und syntaktisch abgebildet werden. Eine Kombination mehrerer Datenformate ist im Echtzeitbetrieb aufwendig aufzubereiten und daher für den Einsatz bei zeitkritischen Aufgabenstellungen unmöglich. Die Formalisierung und Standardisierung zwischen den Daten ist ein Grund stein für die maschinengestützte Aus wertung der Daten.

Die Datencodierung behandelt das Skalenformat, in welchem Daten ab gebildet sind bzw. ob sie strukturiert oder unstrukturiert vorliegen, geht also über die Betrachtung der Daten formate hinaus. Die gesamte Durch führungsphase wird durch diese Ka tegorie beeinflusst. Sind die Daten unstrukturiert (z.B. Texte in natür licher Sprache), müssen Informatio nen aufwendig extrahiert werden, um sie für die spätere Modellierungspha se zugänglich zu machen. Für die Mo dellierung ist diese Kategorie wichtig, da unterschiedliche Skalenformate unterschiedliche Analysealgorithmen erlauben.

Der Datenumfang bzw. dessen Be stimmung ist besonders relevant für die Modellierung. Die Datenmenge erlaubt es maschinellen Lernalgo rithmen allgemein gültige Muster zu erkennen. Ein geringer Datenumfang kann die Datenaufbereitung vor die Herausforderung stellen Daten oder Merkmale zusätzlich zu erzeugen. Für einfache Visualisierungen und

manuell durchgeführte Analysen sind große Datenmengen weder nötig noch zielführend.

Die zeitliche Konsistenz schränkt den Einsatz von Methoden zur Dar stellung von Sequenzen und Abläufen ein. Eine schlechte Konsistenz der Da ten, speziell auf zeitlicher Ebene, er fordert unter Umständen aufwendige Aufbereitungsschritte, um die Konsi stenz der Daten herzustellen. Grund voraussetzung für die Abbildung der Realität ist das Vorhandensein eines Zeitstempels bzw. eine ausreichende Granularität, welche abhängig vom datenanalytischen Ziel definiert wer den muss.

Die Reifegradstufen:

Die Reifegrade ergeben sich aus der Fähigkeit, datenanalytische Frage stellungen beantworten zu können. Sie spiegeln die Bandbreite des Daten managements und der Datenstruktur von der rudimentären oder nicht vor handenen Digitalisierung bis hin zur vollständigen horizontalen und verti kalen Integration wider.

Reifegradstufe 1 (Deskriptive Rei fe) erfüllt nur die Voraussetzungen für deskriptive Analysen wie jene der deskriptiven Statistik, mit welcher die Frage „Was ist geschehen?“ beant wortet werden kann. Der Aufwand dieser Analysen (einfach numerisch oder visuell) ist gering, da keine groß en Datenmengen vorliegen und diese manuell aufbereitet und ausgewertet werden können. Die Analysen in die sem Reifegrad dienen vorrangig der Berichterstellung.

Die Reifegradstufe 2 (Diagnos tische Reife) ermöglicht das Finden von Gründen für bestimmte Ereig nisse, da Muster und Zusammenhän ge (Korrelationen und Kausalitäten) aufgezeigt werden können. In diesem Reifegrad kommen explorative Ana lysen der Statistik, die datengesteuert nach Mustern suchen, zum Einsatz. Strukturprüfende Verfahren wie jene des unüberwachten Lernens sind die sen zugeordnet und beantworten die Frage „Warum ist etwas geschehen?“.

Reifegrad 3 (Prognostische Reife) beschreibt den Übergang zur voll ständigen horizontalen und verti

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1: Methodisches Vorgehen Datenqualitätsassessment

kalen Integration der IT-Systeme. Daten werden teilweise automatisch aufgezeichnet und Standards bei den Formaten und der Darstellung um gesetzt. Eine Analyse und die Erstel lung von Prognosemodellen mit ho her Güte ist möglich, wenn auch die Zusammenführung von Daten aus unterschiedlichen Quellen mit erheb lichem Aufbereitungsaufwand ver bunden sein kann. Die Fragestellung „Was wird geschehen?“ kann in die sem Reifegrad beantwortet werden.

In Reifegrad 4 (Präskriptive Rei fe) ist die vollständige horizontale und vertikale Integration vollzogen. Ein durchgängiges Daten- und In formationsmanagement sichert Stan dards in der Datenaufzeichnung, den Formaten, der Darstellung sowie der Speicherung und Weitergabe.

Die Analyse setzt eine Kombination komplexer Algorithmen ein, um die Frage zu beantworten „Was soll ge schehen?“. Wie bei der prädiktiven Analyse werden Vorhersagen auf der Grundlage aktueller Parameter und verfügbarer historischer Daten durchgeführt. Im Gegensatz dazu be rücksichtigt die prädiktive Analyse jedoch Beziehungen, für die es keine historischen Daten gibt, die aber eine definierte Wahrscheinlichkeit haben, dass sie auftreten werden. Die prä skriptive Analyse verhilft einem Sys tem dazu, autonom Entscheidungen zu treffen.

Das methodische Vorgehen (Abbil dung 1):

In einem ersten Schritt ist das Ziel hinter dem Data-Mining Vorhaben

zu definieren. Es gilt einen business relevanten Use-Case inklusive der da für notwendigen Daten zu schaffen, welche anschließend gesammelt und beschrieben werden müssen. Dabei ist sowohl das erforderliche Daten volumen, die Datenformate, verfüg bare Skalenniveaus, etc. zu achten. Diese Daten sind nach Überprüfen ihrer Quellen auf Konsistenz in eine Datenbank zu integrieren. In diesem Schritt kann es notwendig sein, Da ten aus unterschiedlichen Quellen zu verknüpfen und Use-Case spezifische Datentabellen zusammenzustellen.

Nachfolgend ist der definierte UseCase detailliert aufzubereiten. So gilt es, im multidisziplinären Team Störungsmerkmale und -ursachen zu definieren und festzulegen, welche vorhandenen Daten diese bereits ab bilden bzw. welche noch fehlen. Auf Basis des definierten Use-Cases wird eine passende Data Mining Methode gewählt. Die Wahl des Data Mining Verfahrens ist notwendig, weil diese die Anforderungen an die Datenreife erheblich beeinflussen kann.

Im nachfolgenden Schritt erfolgt die eigentliche Bewertung der Daten lage in Bezug zum definierten UseCase. Die vorhandenen Daten sowie die dahinterliegende Infrastruktur (z.B. Schnittstellen) werden mithilfe statistischer Methoden, bestimmter Visualisierungen und anderen Instru menten der explorativen Datenanaly se untersucht und mittels des Daten reifegradmodells evaluiert. Innerhalb der sechs Reifegradkategorien wer den sowohl qualitative Kriterien als auch quantitative Qualitätsmetriken,

unter Berücksichtigung von Domä nenwissen der Prozessexperten, zur Beurteilung eingesetzt.

Abschließend wird die Bewertung sowohl des Gesamtdatenbestandes als auch der einzelnen wesentlichen Datenquellen (Instandhaltungsdaten, Prozessdaten…) in das Reifegradmo dell überführt und das Ergebnis hin sichtlich der Umsetzbarkeit des UseCases beschrieben. Dies bildet die Basis für weitere Entscheidungen, sei es eine Umsetzung des Projektes oder das Setzen von Maßnahmen zur Da tenqualitätssteigerung oder gar eine Neuorientierung auf Grund einer für eine Umsetzung nicht ausreichenden Datenqualität.

ERGEBNIS

Bei der folgenden Ergebnisdarstellung wird ein Use Case gezeigt, der in Koo peration mit Pro2Future und der vo estalpine Stahl GmbH durchgeführt wurde. Am Standort der voestalpine befindet sich eine Vielzahl an Krä nen, die regelmäßig inspiziert werden müssen, ob sich an den Drahtseilen bereits Drahtbrüche gebildet haben, welche zu einer Ablegereife des Draht seils führen. Um diese regelmäßigen Inspektionen zu verringern, sowie die Lebensdauer des Seils bestmöglich auszunutzen, wird das Ziel verfolgt, die Seilablegereife mit Hilfe von Pre dictive Maintenance vorherzusagen. Dadurch kann die Inspektionszeit der Mitarbeiter reduziert werden, sowie durch die längere, bzw. optimierte Nutzungszeit der einzelnen Seile, Ko sten gespart werden. Ob dieser Use Case mit den gegebenen Bedingungen und Daten für den Einsatz von Pre

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Abbildung

dictive Maintenance geeignet ist, wird mit Hilfe des Datenqualitätsas sessments bewertet. Wie im vorhe rigen Kapitel beschrieben, muss min destens ein Reifegrad der Stufe drei in allen Kategorien erreicht werden, um prognostische Methoden anwen den zu können, die für PdM eine Vo raussetzung sind. Ein weiterer Vorteil des Datenqualitätsassessments ist der reduzierte Aufwand für die Erstein schätzung des Use Casees, da nur we nig Ressourcen dafür in Anspruch ge nommen werden. Folgend werden die Ergebnisse des DQA für einen auto matisch betriebenen Kran dargestellt.

Anhand der Bewertung mit dem Reifegradmodell und dem struktu rierten Vorgehen konnten für die einzelnen Systeme, die für die Daten erfassung verwendet werden, die Rei fegrade festgestellt werden. In Abbil dung 2 stehen die unterschiedlichen Farben für die verschiedenen Systeme, die für den Use Case ausgewählt wur den und für die Bewertung herange zogen werden. Dabei sind die aufge zeichneten Messdaten, die direkt von der Sensorik des Krans aufgezeichnet werden, in blau eingezeichnet. Die Auftragsdaten, die für die Steuerung dienen und somit die gesamten Auf träge und Kranfahrten abbilden in violett. Als letztes werden die Daten der Instandhaltungstätigkeiten, wie Inspektionen, Reparaturen und War tungen für den Use Case erfasst, diese Informationen sind in der Abbildung in gelb dargestellt.

Die erfassten Messdaten werden in einem hohen Level automatisch er fasst und befinden sich bei der Bewer tung auf Reifegrad 4. Mit Reifegrad 3 wird die Bereitstellung bewertet, wo durch die erhaltenen Informationen für prognostische Modelle geeignet sind. Die Formate, sowie Codierung der Informationen aus diesem System sind in sehr guter Qualität vorhanden und dadurch auf Reifegrad 4, ebenso die Datenkonsistenz ist in diesem Sys tem auf diesem Level. Lediglich der Datenumfang wurde mit Reifegrad 1 bewertet, was auf die Speicherung der historischen Werte zurückzufüh ren ist. Ein sehr ähnliches Bild zei gen die Auftragsdaten der Steuerung, hier sind lediglich die Erfassung und die Konsistenz auf Reifegrad 3, was besagt, dass die Daten für prognos tische Modelle geeignet sind.

Wie bei den Messdaten ist der Da tenumfang mit dem Reifegrad 1 be wertet, allerdings nicht aufgrund der Datenhistorie, sondern der geringen Anzahl an unterschiedlichen Parame tern. Bei den Instandhaltungsdaten befindet sich die Einstufung zwi schen Reifegrad eins und zwei. Dies liegt hauptsächlich an der aktuell noch unzureichenden Erfassung der Tätigkeiten im Informationssystem. Des Weiteren ist eine Verknüpfung zu den anderen Systemen schwer, da die Aufzeichnungen der Tätigkeiten nachgelagert zur Durchführung ge schehen und dadurch die zeitliche Zuweisung nur unter sehr hohem ma

nuellem Aufwand gelingt. Die Infor mationen im Freitext der Instandhal tungsmeldungen, in welchem Details zur Durchführung hinterlegt werden, sind nur mit größerem Aufwand ver arbeitbar.

Für eine erfolgreiche Einführung ist es notwendig, den Umfang der Daten in allen Systemen zu erhöhen, sodass die historischen Daten für ein Prognosemodell verwendet werden können. Die Instandhaltungsdaten müssen in allen Kategorien auf Rei fegrad drei gebracht werden, um die Datenqualität für prognostische Modelle sicherstellen zu können. Da durch soll eine Verbindung zwischen den Instandhaltungstätigkeiten und den Messdaten geschaffen werden. Anhand der strukturierten Bewer tung im Reifegradmodell konnte fest gestellt werden, was an den einzelnen Systemen noch verbessert werden muss, um ein Projekt zur Einführung einer Predictive Maintenance Strate gie erfolgreich umsetzen zu können.

ZUSAMMENFASSUNG

Für eine erfolgreiche Einführung von Predictive Maintenance ist die Wahl des richtigen Pilotprojekts entschei dend. Mit der strukturierten Vorge hensweise des CRISP-DM und dem Datenqualitäts-Assessment für die Bestimmung der geforderten Daten qualität können die passenden Use Cases ausgewählt werden. Durch die Vorstudie können höhere Kosten für

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Abbildung 2: Ergebnis Reifegradmodell

Versuche vermieden werden und dank der danach besseren Umsetz barkeit von Predictive Maintenance steigt die Akzeptanz und Motiva tion zur Durchführung weiterer Schritte in Richtung Industrie 4.0.

ACKNOWLEDGEMENT

Diese Forschungsarbeit wird in Zu sammenarbeit mit Pro2Future und voestalpine Stahl GmbH durch geführt. Diese Arbeit wurde von der FFG unterstützt, Vertrag Nr. 881844: "Pro²Future".

REFERENCES

Bernerstätter, R. (2019), Reifegrad modell zur Bewertung der Input faktoren für datenanalytische An wendungen – Konzeptionierung am Beispiel der Schwachstellenanalyse. Dissertation. Montanuniversität Le oben.

Deloitte (2017), Predictive Mainte nance Taking pro-active measures based on advanced data analytics to predict and avoid machine failure DIN EN 13306:2018-02, Instand haltung_- Begriffe der Instand haltung; Dreisprachige Fassung EN_13306:2017.

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Autoren:

Dipl.-Ing. Philipp T. Kraker ist seit 2020 am Lehrstuhl für Wirt schafts- und Betriebswissenschaf ten der Montanuniversität Leoben als wissenschaftlicher Projektmi tarbeiter im Bereich Anlagenwirt schaft und Qualitätsmanagement tätig. Davor studierte er Werkstoff wissenschaften an der Montanuni versität Leoben.

Dipl.-Ing. Florian Kaiser ist seit 2018 am Lehrstuhl für Wirtschaftsund Betriebswissenschaften der Montanuniversität Leoben als wis senschaftlicher Projektmitarbeiter im Bereich Anlagenwirtschaft und Datenanalytik tätig. Davor studier te er Petroleum Engineering an der Montanuniversität Leoben.

Dipl.-Ing.

Philipp T. Kraker

und Qualitätsmanagement

am Lehrstuhl für Wirtschafts- und Betriebswis senschaften der Montan universität Leoben

Dipl.-Ing.

Florian Kaiser

wissenschaftlicher Pro jektmitarbeiter für An lagenwirtschaft und Da tenanalytik am Lehrstuhl für Wirtschafts- und Betriebswissenschaften der Montanuniversität Leoben

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wissenschaftlicher Projektmitarbeiter für Anlagenwirtschaft

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