Industrie-PCs: Ansätze zur Energieeinsparung

Dipl. Ing. (FH) Mark Schetter, 07.02.2017

Energieeinsparungsmöglichkeiten bei Industrie-PCs

Industrie-PCs müssen im Gegensatz zu den Geräten im Office- oder privaten Bereich den speziellen und oft extremen Anforderungen der Einsatzorte genügen. Insofern sie energieeffizient gebaut und eingesetzt werden, können sie zusätzlich auch Kosten sparen. Im Folgenden wollen wir uns mit den Energiekosten der Industrie und Konzepten zur Energieeinsparung beschäftigen. Dabei werden wir besonders auf energieeffiziente Bauteile für Industrie-PCs eingehen.

 

 

 

 

Strompreise, Steuern und Abgaben

Um die CO2-Emmission zu reduzieren hat sich die EU dazu verpflichtet, ihren Energieverbrauch bis 2020 um 20% zu senken. In Deutschland will man dieses Vorhaben u. a. durch die Erhöhung des Anteils Erneuerbarer Energien an der Stromversorgung umsetzen. Um die Energiewende durchzusetzen, wurde das Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) eingeführt und damit die Grundlage für den Ausbau und die Förderung Erneuerbarer Energien in Deutschland gebildet. Damit einher geht auch der Ausbau der benötigten Infrastruktur, wie z. B. die Einspeisung der erneuerbaren Energien in das Stromnetz.

Die Kosten der Energiewende werden auf die Strompreise umgelegt (EEG-Umlage) und somit hauptsächlich von den Endverbrauchern getragen.

Obwohl die Beschaffungspreise an der Strombörse in den letzten Jahren deutlich gesunken sind, stiegen die Strompreise durch höhere Abgaben und Umlagen.

 

 

 

Zusammensetzung der Industriestrompreise in Deutschland

Sowohl die große Anzahl von Umlagen, als auch die Stromsteuer erhöhen den Strompreis und damit die Stromkosten. Für Industriekunden betrug der Anteil der Umlagen und Steuern 2014 die Hälfte des Strompreises, bei Haushaltskunden sogar etwas mehr (52%). Kleine bis mittlere Industriestromkunden zahlten 2016 nach Angaben des BDEW durchschnittlich 13,90 Cent pro kWh (ohne Steuern). Der Anteil staatlicher Abgaben, Umlagen und Steuern betrug 2014 6,82 Cent / kWh. Je nachdem wie hoch der Verbrauch des Industriebetriebs ist, schwanken die Abgaben.

Anteil der Energiekosten am wirtschaftlichen Erfolg

Durch die oben dargestellten Ausführungen wird klar: der Energiepreis ist ein zentraler Faktor für den wirtschaftlichen Erfolg und die Wettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens, denn je nach Branche stellen die Energiekosten neben den Rohstoffkosten einen wesentlichen Kostenfaktor für Unternehmen dar. Gemessen an der Brutto-Wertschöpfungskette, bzw. der Produktionskosten betrugen die Energiekosten 2011 je nach Industriezweig 8-30%. Die höchsten Energiekosten hatten dabei Branchen wie Chemie, Stein- und Erdenindustrie, die Metallerzeugung und die Papierindustrie. Losgelöst von der isolierten Sicht einzelner Unternehmen, bzw. Industriebereiche haben die Energiekosten zusätzlich auch Einfluss auf den wirtschaftlichen Erfolg anderer Wirtschaftszweige, da die einzelnen Industriezweige über Wertschöpfungsketten branchenübergreifend eng miteinander verflochten sind. Energiemanagement ist damit nicht nur ein zentraler Wettbewerbsfaktor für den Erfolg eines einzelnen Unternehmens, sondern ganzer Industriezweige.

Wettbewerbsfähigkeit deutscher Unternehmen

In einer aktuellen Studie hat das Unternehmen IHS Inc. den Einfluss der Energiepreise auf die Wettbewerbsfähigkeit von deutschen Unternehmen analysiert. Das Ergebnis zeigt, dass die Energiekosten mit der Höhe der Exporte verknüpft sind. Laut IHS sind im Zeitraum von 2008 bis 2013 52 Mrd. € an Nettoexportverlusten direkt den gestiegenen Industriestrompreisen zuzurechnen. Um die Belastungen der Industrie durch die Energiekosten zu reduzieren und damit die Wettbewerbsfähigkeit zu erhöhen, hat die Bundesregierung unterschiedliche Ausnahmeregelungen für die Industrie geschaffen.

Ausnahmeregelungen für die Industrie

Für die Stärkung der Industrie und die Erhöhung der Attraktivität des Industriestandorts Deutschland spielt die finanzielle Entlastung der Unternehmen bei den Energiekosten eine wichtige Rolle. Um die internationale Wettbewerbsfähigkeit von stromkostenintensiven Unternehmen zu erhalten, gibt es diverse Ausnahmeregelungen zur finanziellen Entlastung.

Eine Befreiung von der EEG-Umlage gibt es für Unternehmen, die z. B. in einem starken internationalen Wettbewerb stehen oder deren Strompreis einen hohen Anteil an den Produktionskosten hat. Betriebe, die Strom für den Eigenbedarf produzieren, können ebenfalls befreit werden.

2011 gab es für 570 Unternehmen eine Befreiung. 2013 waren es bereits ca. 3.000 Betriebe die keine EEG-Umlage zahlen mussten.

Die Ausnahmeregelungen führen zu höheren Belastungen bei den übrigen Stromverbrauchern. Ein großer Teil der Kosten für die Energiewende wird somit von den Großverbrauchern auf die kleineren Unternehmen und auf die Privathaushalte umgelegt. 2017 bedeutet das eine Belastung um zusätzliche 1,33 Cent je Kilowattstunde für deutsche Haushalte.

Steigender Stromverbrauch durch IT-Nutzung

Die Digitalisierung und IT-Nutzung ist in fast jedem Industriezweig angekommen und spielt eine wichtige Rolle in vielen Unternehmensbereichen. Der Umgang mit den immer größer werdenden Datenmassen und vielfältigen digitalen Diensten verursacht hohe Energiekosten. Serveranlagen und IT-Bereiche beanspruchen ca. 1,8% der gesamten verbrauchten Energie in Deutschland.

Datenverkehr wächst jährlich um 22%

Das US-amerikanische IT-Unternehmen Cisco hat in seiner Visual Networking Index -Studie herausgefunden, dass der globale Datenverkehr jährlichen um 22% ansteigen wird. Bis 2020 wird er um das Dreifache angestiegen sein.

Für das enorme Datenwachstum sind u.a. Innovationen im Bereich Internet der Dinge (IoT), intelligente Stromzähler, digitale Gesundheitssensoren und M2M-Services (Machine-to-Machine) verantwortlich. Alleine die Maschinen-Vernetzung wird weltweit auf 12,2 Milliarden Geräte und damit um fast ein Drittel anwachsen. Mit etwa 80% werden Videos den größten Anteil am Datenverkehr ausmachen.

Green-IT - Energie aus Erneuerbaren Energien

Greenpeace untersucht in seiner Studie "Grüner Klicken" regelmäßig die 15 führenden IT-Firmen, die Serverfarmen betreiben und Speicherplatz als Dienstleistung anbieten. Es wird überprüft, welche Firmen Erneuerbare Energien und welche klimaschädliche oder riskante Energiequellen nutzen. Der Elektronikkonzern Apple ist, was saubere Energieversorgung angeht, auch 2016 wieder Spitzenreiter, gefolgt von Google und Facebook. Apple bezieht 83% Strom aus regenerativen Energien.

Der Einfluss von Industrie PCs auf die Energiekosten

Nach dieser umfassenden Einleitung betrachten wir nun, welchen Stellenwert Industrie PCs beim Energiemanagement einnehmen und skizzieren Einsparmöglichkeiten beim Einsatz dieser PCs. Industrie PCs (IPCs) werden für Aufgaben im industriellen Bereich hergestellt und sind in der Regel besonders robust z. B. gegenüber Umwelteinflüssen oder elektromagnetischen Störungen. Das kann z. B. durch hochwertige Hardware garantiert werden.

Die Hardware muss den äußeren Einflüssen, wie z. B. Luft, Temperatur, Feuchtigkeit, mechanische Einwirkungen, etc. angepasst sein. Je nach Anforderungen werden Industrie PCs durch extrem dichte Gehäuse geschützt oder es werden robuste Steckverbindungen oder an die Umgebung angepasste Kühlungssysteme eingebaut.

Von Industrie PCs wird eine lange Lebensdauer unter hohen Anforderungen erwartet. Ohne viel Wartungsaufwand zu verursachen, sollen sie zuverlässig funktionieren und eine geringe Ausfallrate garantieren. Hinzu kommt der wirtschaftliche Aspekt der Einsparung durch einen geringen Energieverbrauch.

Anforderungen an Industrie PCs

  • lange Lebensdauer
  • hohe Zuverlässigkeit
  • geringer Wartungsaufwand
  • geringer Energieverbrauch

Möglichkeiten der Energieeinsparung durch PC-Netzteile

Ein Industrie-PC-Netzteil soll je nach Anforderungen z. B. lüfterlos, leistungsstark, zuverlässig, langlebig und besonders robust funktionieren. Netzteile gehören zu den redundanten Komponenten. Fällt ein Netzteil aus, übernehmen die übrigen Netzteile die komplette Stromversorgung und verhindern eine Unterbrechung des Systems oder Abfall der Arbeitsleistung. Redundante Netzteile sind z. B. in Serverfarmen eine wichtige Sicherheitskomponente, die allerdings auch mehr Energiekosten produziert. Um Kosten zu sparen sollte auf die technische Qualität und den Wirkungsgrad geachtet werden.

Der Wirkungsgrad von PC-Netzteilen

Ein wichtiges Merkmal eines PC-Netzteils ist sein Wirkungsgrad, der von der technischen Qualität der Konstruktion und der elektrischen Belastung abhängt. Allgemein gilt ein Wert von 80% als untere Grenze für ein Netzteil mit "gutem" Wirkungsgrad. Die besten Netzteile erreichen einen Wirkungsgrad von rund 88% bei 20% Last und Volllast, sowie über 90% Wirkungsgrad bei 50% Last.
Eine Optimierung des Wirkungsgrades hängt z. B. von den verwendeten Kondensatoren ab.
Elektrolyt-Kondensatoren haben im Gegensatz zu Polymer-Kondensatoren Anlaufprobleme bei niedrigen Temperaturen. Die Lebensdauer von Polymer Kondensatoren im typischen Betriebsbereich ist etwa um den Faktor 2,5 bis 6 höher.

80Plus_Label

80-Plus - Das Label für den hohen Wirkungsgrad von PC-Netzteilen

Die Initiative 80 Plus wurde von der US-amerikanische Firma EPRI-Solution initiiert und zertifiziert besonders effiziente PC-Netzteile mit einem hohen Wirkungsgrad. Um das Label zu erhalten müssen die PC-Netzteile einen Wirkungsgrad von mindesten 80% bei einer Auslastung von 20, 50 und 100% aufweisen. Die Zertifizierung gliedert sich in höhere Stufen nach "80 PLUS Bronze", "80 PLUS Silver", "80 PLUS Gold", "80 PLUS Platinum" und "80 PLUS Titanium".
BMC verbaut beispielsweise bei ihren Industrie PC Auftragsystemen Bicker Netzteile, die nach dem 80 Plus Standard zertifiziert sind: https://www.bicker.de/index.php/bicker/Produkte/Industrie-PC-Netzteile/AC-Eingang/BEA-540H

Energieeinsparung durch SSD-Festplatten

Die schrittweise Einführung von SSD-Festplatten bietet ein großes Potential zur Energieeinsparung in Industrie-PCs. In modernen Serversystemen werden SSD-Platten im Mix mit Standard Festplatten eingesetzt. So wird eine optimale Zugriffsgeschwindigkeite erreicht. Es ist davon auszugehen, dass in Zukunft mechanische Festplatten ganz verschwinden werden, was zu einer deutlichen Reduzierung des Energieverbrauchs führen wird.

Stromsparen durch Energiemonitoring

Energiemonitoring ist ein Bestandteil des Energiemanagements und bietet Unternehmen die Möglichkeit die eigene Wettbewerbssituation durch Steigerung der Energieeffizienz und damit Kosteneinsparungen zu verbessern. Durch eine Senkung und Kontrolle der Kosten sowie die Einführung entsprechender Sparschritte koppeln sich Firmen zudem ein Stück weit von steigenden Energiepreisen ab.

Das Energiemonitoring setzt sich aus verschiedenen Arbeitsschritten zusammen, in denen die Energiekosten erfasst und z. B. nach Energieverursacher aufgeschlüsselt werden. Dies könnte z. B. durch den Einsatz von Datenloggern ermöglicht werden, welche z.B. den Stromverbrauch von Maschinen und Geräten messen. Anhand der Daten kann eine Optimierung der Prozesse und Ressourcen statt finden.

Fazit:

In den kommenden Jahren wird der Einsatz von IT-Komponenten in Unternehmen zunehmen und Unternehmen werden dadurch mit einem höheren Energieverbrauch rechnen müssen. Es gibt allerdings viele Möglichkeiten Energie und damit Kosten einzusparen.
Eine Möglichkeit bietet die Optimierung der physischen Komponenten, wie z. B. Industrie PC-Netzteile oder Speichermedien in Industrie PCs. Diese können energieeffizienter genutzt oder nach energiesparenden Werten ausgesucht werden. Eine weitere Möglichkeit bietet die Prozessoptimierung durch Datensammlung. Mit Hilfe von IT-Technologie, wie z. B. Datenloggern können Energieverursachern ermittelt und ersetzt, bzw. optimiert werden.

Quellen:
http://www.industry-press.com/energiemonitoring-energieeffizienz-faengt-mit-dem-aufdecken-der-einspar-potenziale/
http://www.cisco.com/c/de_de/index.html
http://www.ecofys.com/files/files/ecofys-fraunhoferisi-2015-stromkosten-der-energieintensiven-industrie.pdf
http://www.deutschlandfunk.de/eeg-umlage-industrie-muss-keine-umlage-auf-eigenen-strom.766.de.html?dram:article_id=364511
https://www.bdew.de/internet.nsf/id/23AB0D60851F2923C1257E88002EFA3E/$file/BDEW_Energie-Info_Industriestrompreise_160715_final_ohne_AP.pdf (nicht mehr verfügbar)
http://www.computerwoche.de/a/der-perfekte-tower-server,1929909,4
http://www.verivox.de/eeg-umlage/
https://de.wikipedia.org/wiki/PC-Netzteil#Wirkungsgrad
https://de.statista.com/statistik/daten/studie/252029/umfrage/industriestrompreise-inkl-stromsteuer-in-deutschland/
http://www.kwh-preis.de/strompreis-dossier-teil-3-vergleich-strompreise-industrie-und-privathaushalt
http://www.elektroniknet.de/markt-technik/e-mechanik-passive/strom-sparen-mit-steckverbindern-und-kabeln-132274.html