Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Statistische Prognose elektrischer Lastbedarfe in Intralogistiksystemen

Die Auslegung der elektrischen Versorgungssysteme technischer Anlagen auf die Summe der installierten Einzelleistungen schafft größtmögliche Sicherheit, verursacht aber unnötige Kosten. Da nicht alle Verbraucher gleichzeitig und nicht stets unter Volllast arbeiten, ermittelt der Planer die Anschlussleistung anhand eines Gleichzeitigkeitsfaktors. Dafür gibt es zwar Richtwerte für bestimmte Industriezweige, sie berücksichtigen aber nicht den konkreten Anwendungsfall und sind für die Intralogistik nur bedingt anwendbar.

Das geplante Forschungsvorhaben verfolgt daher zwei Ziele: (a) Eine Erhöhung der Planungssicherheit durch eine verbesserte Prognose der Gleichzeitigkeit des Betriebs von Förderelementen in einem Materialflusssystem. (b) Eine Bewertung des Potentials für eine Reduzierung der Lastspitzen durch eine Steuerung der Leistungsaufnahmeverteilung.

Die Modellierung von Materialflusssystemen in Simulationssystemen ist ein Standardwerkzeug in der Planung. Damit wird die logistischen Leistung eines Systems bewertet, eine Verknüpfung mit Verbrauchsmodellen macht zudem Aussagen zum Leistungs- und Energiebedarf möglich. Die präzisen Ergebnisse der Simulation werden allerdings mit einem hohen Modellierungsaufwand erkauft. Darum sollen alternative Modellierungsmethoden erforscht werden:

Auf Basis statistischer Betrachtungen mit Methoden der zeitdiskreten Modellierung sollen Verteilungen der Einschalthäufigkeiten gewonnen werden. Sie erlauben eine Berechnung der Lastspitzenüberlagerungen der Förderelemente. Daraus wird ein systemspezifischer Gleichzeitigkeitsfaktor bzw. -korridor abgeleitet.

Auf dieser Basis wird ein Ansatz entwickelt, der eine Abschätzung des Potentials von Strategien zur Leistungsaufnahmeglättung erlaubt. Durch eine Verschiebung einzelner Anfahrvorgänge um wenige Sekunden kann z.B. eine merkliche Verringerung der Spitzenlast erreicht werden – ohne spürbare Reduzierung der logistischen Leistung.

Ergebniszusammenfassung:

Das Forschungsvorhaben verfolgte zwei Ziele: (a) eine Erhöhung der Planungssicherheit bei der Auslegung elektrischer Versorgungssysteme für Intralogistiksysteme, b) eine Bewertung des Potentials einer Reduzierung der Lastspitzen durch eine Leistungsaufnahmebegrenzung.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde ein neues Verfahren für die Abschätzung von elektrischen Lastspitzen entwickelt. Elektrische Lastspitzen entstehen insbesondere durch gleichzeitig stattfindende Transportstarts. Ausgehend von dieser Überlegung wurde ein Kalkulationsmodell für die Überlagerung von Anfahrvorgängen der RBG in einem Hochregallager erarbeitet, mit dem die Lastspitzen abgeschätzt werden können.

Eine Vorgehensweise zur Begrenzung der gleichzeitigen Transportstarts eines Lagersystems wurde entwickelt. Die Wirkung dieser Vorgehensweise auf die Transportleistung im System wurde untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass eine Begrenzung der Lastspitzen kaum Einbußen in der Transportleistung verursacht. Ein Softwaretool wurde entwickelt, mit dem die Auswirkung der Lastspitzenbegrenzung auf die Transportleistung bereits in der Planungsphase abgeschätzt werden kann. Das Softwaretool wurde in der Standardsoftware Excel implementiert und erfordert in der Anwendung keine spezifischen Softwarekenntnisse.

Das entwickelte Verfahren verbessert den bisherigen Ansatz der Planungspraxis, in dem zumeist eine pauschale Berechnung mit einem geschätzten Gleichzeitigkeitsfaktor angewendet wird. Eine präzisere Dimensionierung der elektrischen Versorgungssysteme wird möglich. Einsparungen ergeben sich hier durch den Abbau unnötiger Sicherheitspuffer gegenüber pauschal (über-) dimensionierten Planungsvarianten. Die Begrenzung der Lastspitzen ermöglicht zusätzliche Einsparungen durch eine schlankere Dimensionierung der elektrischen Versorgungssysteme. Damit ergibt sich als Nutzen für KMU eine höhere Planungsgüte und eine Einsparung von Investitionskosten im Bereich der elektrischen Versorgungssysteme.