Die Auswirkungen der dezentralen Nutzung erneuerbarer Energien auf die Produktionsplanung und -steuerung - eine Simulationsstudie

Abstract

Kurzfassung Für produzierende Unternehmen entsteht sowohl angesichts schwindender fossiler Energieträger als auch bedenklicher Tendenzen im Bereich der globalen Erwärmung die Notwendigkeit, sich mit alternativen Konzepten der Energieversorgung zu befassen. Parallel zeigt sich, dass auch das gesellschaftliche Verlangen nach umweltbewusster Herstellung verschiedener Produkte deutlich zunimmt. Die dezentrale Nutzung erneuerbarer Energieträger ist im Rahmen dieser Problemstellungen ein vielversprechendes Konzept und birgt dabei enormes Potenzial bei der intelligenten Verbindung der Produktionsplanung und -steuerung (PPS) mit den Systemen des Energiemanagements (EM). Bisher publizierte Ansätze lassen jedoch einen Fokus auf explizit dezentrale Lösungsansätze vermissen und bieten den Unternehmen nur wenig Aufschluss über effektive Handlungsmöglichkeiten. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit den Auswirkungen der dezentralen Nutzung erneuerbarer Energieerzeugungsanlagen auf die PPS und verdeutlicht deren Zusammenspiel anhand der Entwicklung eines simulationsbasierten Planungswerkzeugs. Erstes Ziel der Arbeit war es, neben den Anforderungen auch bereits existierende Lösungsansätze für die vereinte Implementierung von Energiemanagementund PPS-Systemen mittels systematischer Literaturrecherche darzustellen. Im Anschluss daran wurde mit der Entwicklung eines Simulationsmodells und einer beispielhaften Fallstu-die darauf abgezielt, die effektive Gestaltung von kombinierten EM/PPS-Systeme zu unterstützen. Als zentrale Erkenntnis der Arbeit ist festzuhalten, dass durch energieorientierte, flexible Produktionspläne auch auf Grundlage von dezentralen, erneuerbaren Energieerzeugungsanlagen konkurrenzfähige Standards hinsichtlich logistischer und ökonomischer Zielgrößen erfüllt werden können, während gleichzeitig ein Beitrag zur Reduktion der CO2-Emissionen geleistet wird.

Considering ever dwindling fossil fuel resources as well as alarming tendencies in global warming, companies face the increasing necessity to address alternative concepts of energy supply. Simultaneously, social and political pressure towards sustainable manufacturing grows continuously. Regarding these developments, decentralised (on-site) electricity generation from variable renewable energy sources, such as solar and wind resources, represents a promising alternative approach. Implemented along-side a combination of production planning and control (PPC) and energy management (EM) holds further potential. Previous publications however, lack an explicit focus on decentralised solutions and provide insufficient information about possible options of action. This research examines the effects of decentralised use of renewable power plants on PPC and explores their interaction by the development of a simulation-based planning tool. The first objective was to outline specific requirements for the joint implementation of EM/PPC-systems, which was followed by a description of existing solutions in this field, conducted by means of a systematic literature search. Subsequently, the second objective was to develop a practical simulation model which, applied to a specific case study, would support the further design of combined EM/PPC-systems. The key findings of this study suggest that based on flexible, energy-oriented production plans, companies can still meet competitive standards with respect to logistic and economic targets by exclusively relying on renewable on-site generation, whilst considerably reducing of CO2-emissions.