Industrie-Digitalisierung aus der Energieperspektive

Die digitale Revolution - 2-seitiges Factsheet des Joint Research Center

Die digitale Revolution

UnterDigitalisierung versteht man die innovative Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnologien, insbesondere die großflächige Verbreitung von intelligenten Geräten und Sensoren, oft verbunden mit der Sammlung und Analyse von Big Data. Diese und andere relevante Technologien (wie Online-Plattformen, Cloud Computing, das industrielle Internet der Dinge, digitale Zwillinge, 3D-Druck, Roboter, künstliche Intelligenz und Blockchain) sind Elemente der fortschrittlichen Fertigung oder integrierten intelligenten Fertigung - der vierten industriellen Revolution.

DieDigitalisierung bietet Chancen für hochqualifizierte Beschäftigung und Innovation, die Integration erneuerbarer Energien und die Senkung der Betriebskosten. Sie optimiert industrielle Abläufe und Planungen, verbindet Energieerzeuger und -verbraucher und ermöglicht neue Geschäftsmodelle, die auf Kreislaufwirtschaft, Sharing und Leasing basieren.

Auf diese Weise trägt die Digitalisierung zu Veränderungen im Energiemarktdesign bei, treibt die Entwicklung intelligenter Städte, Fabriken, Gemeinden und Gebäude voran und macht Fernwärme und -kühlung billiger und effizienter. In der gesamten Wirtschaft verlagern sich die Strategien von der Nutzung der Digitalisierung zur reinen Kostensenkung und Produktionssteigerung hin zur Entwicklung von Umsatzströmen aus neuen Dienstleistungen und Individualisierung.

Nützliche Digitalisierung

DieDigitalisierung steigert die Effizienz in allen Industriezweigen, auch in den energieintensiven, und in jedem Schritt der Produkt- und Prozessentwicklung und -produktion:

• Fast alles wird mit Computersoftware entworfen, von Gebäuden über Handys bis hin zu Verpackungen. Der Einsatz digitaler Technologien zur Gestaltung von Produkten für Wiederverwendung, gemeinsame Nutzung, Wiederverwendung und Recycling kann zum Standard werden.
• Künstliche Intelligenz und intelligente Steuerungen können das Tempo und die Autonomie von Experimenten erhöhen, wodurch Forschung und Entwicklung billiger werden und die große Menge an Energie für die Belüftung reduziert wird.
• Digitale Zwillinge und Datenanalytik optimieren Fertigungsprozesse kontinuierlich auf Effizienz und Sicherheit, identifizieren Einsparmöglichkeiten und ermöglichen eine vorausschauende Wartung.
• Zu den Vorteilen von Robotern (insbesondere in der Automobil- und Elektronikfertigung) und 3D-Druck (in der Luft- und Raumfahrt, in der Medizintechnik und im Transportwesen) gehören verbesserte Genauigkeit und weniger Abfall.
• Das Internet der Dinge ermöglicht eine bessere Rückverfolgbarkeit von Materialien und Produkten (auch am Ende der Lebensdauer) und erhöht die Nutzungsraten von Konsumgütern, Fahrzeugen und physischer Infrastruktur. Die Anzahl der vernetzten Geräte weltweit wird voraussichtlich von 15 Milliarden im Jahr 2015 auf 75 Milliarden im Jahr 2025 ansteigen (Statista in IRENA, 2019).
• Blockchain kann genutzt werden, um Betriebskosten zu senken, die Sicherheit oder Effizienz von Transaktionen zu erhöhen, Eigentum, Herkunft oder Authentizität nachzuweisen, Betrug und Fälschungen zu vermeiden oder Verträge automatisch auszuführen. Zu den Herausforderungen gehören die Integration mit anderen digitalen Technologien, die Kosten der Migration und die Interoperabilität.
• Digitale Technologien verbessern die Lieferung durch die Optimierung von Sendungen, Routen und Verkehrssystemen. Es gibt auch Potenzial für eine verteilte Fertigung, um die Entfernungen entlang der Produktlieferketten zu verringern.

Digitale Technologien und die neuen Dienste, die sie ermöglichen, benötigen Energie für ihren Betrieb. In dem Maße, wie die Digitalisierung die Effizienz der Energienutzung verbessert, kann sie auch die Industrie dazu bringen, mehr davon zu nutzen. Insgesamt gibt es deutliche Hinweise darauf, dass Energieeffizienzgewinne durch den Einsatz fortschrittlicher digitaler Prozesssteuerungen zu erheblichen Einsparungen bei geringen oder keinen Nettokosten führen können (IEA, 2017). Angesichts der Ungewissheit über den potenziellen Nettoeffekt sind jedoch vorausschauende Ansätze angebracht. Für die gesamte Wirtschaft wird geschätzt, dass der Wandel hin zu intelligenten Produkten und Dienstleistungen (Automatisierung) im Jahr 2050 zu zusätzlichen Energieeinsparungen von 5 % in einem "Effizienten" Szenario und -11 % (d. h. verlorene Energieeinsparungen) in einem "Ineffizienten" Szenario führt (Fraunhofer ISI, 2019).

Die potenziellen Einsparungen variieren je nach Art der Tätigkeit, der Managementsysteme, der Kultur und des Grads der Integration in die Lieferkette. Viele Industrieanlagen werden in der Lage sein, alternative Investitionen zu identifizieren, die mehr Energie einsparen können als die Digitalisierung für sich genommen. Es gibt jedoch wichtige Synergien, die man berücksichtigen sollte: Digitale Technologien erleichtern andere Energieeffizienzmaßnahmen, die wiederum noch vorteilhafter werden, wenn die Energieeffizienz verbessert wurde. Eine Reihe weiterer Vorteile sollte ebenfalls berücksichtigt werden, wie z. B. reduzierte (und weniger schwankende) Betriebskosten, weniger Ausfallzeiten und eine bessere Produktqualität.

So kann beispielsweise die Montage von Windkraftanlagen durch die Rückverfolgbarkeit von Daten optimiert werden. Basierend auf etablierten Prozessen aus der LKW-Fertigung hat SiemensGamesa Renewable Energy ein Just-in-Sequence-System implementiert, um Produktionsausfälle zu minimieren, sowie ferngesteuerte, selbstfahrende Modultransporter, um fertige Teile von der Montagelinie auf spezielle Roll-on/Roll-off-Schiffe zu transportieren.

Die Digitalisierung in der Industrie kann auch zur Aufrechterhaltung der Netzstabilität und -zuverlässigkeit beitragen. Die Nutzung des Internets der Dinge zur Verbindung, Aggregation und Steuerung von Lasten kann es der Industrie ermöglichen, an Märkten zur Frequenzregulierung teilzunehmen und Ausgleichsleistungen für das Netz zu erbringen. Demand Response wird bereits in Finnland, Frankreich und anderswo eingesetzt. Mit der Zeit sollte dies die Entwicklung intelligenter Energiesysteme vorantreiben, die Industriecluster mit der Stromerzeugung, Wohngebäuden und Fernwärme und -kühlung verbinden.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist, dass die Digitalisierung die Elektrifizierung von Prozessen und damit die Integration eines größeren Anteils an erneuerbaren Energien fördert. Breitere gesellschaftliche Vorteile wie eine verbesserte Luftqualität sollten ebenfalls berücksichtigt werden.

Was muss getan werden?

Das Prinzip "Energieeffizienz zuerst" sollte in allen Phasen der Planung und Einführung angewandt werden - und alle entstehenden Rebound-Effekte sollten sorgfältig überwacht werden. Auf dieser Grundlage sollte die Politik die breite Einführung digitaler Technologien fördern und die Teilnahme an der Nachfragesteuerung ermöglichen.

Der Grad der Digitalisierung und die Akzeptanz von Technologien variiert je nach Mitgliedstaat, Region und Unternehmensgröße erheblich. Öffentliche Investitionen können notwendig sein, um dies zu beheben, ebenso wie die Ausweitung von Festnetz- und Mobilfunkbreitband mit hoher Kapazität auf weniger bevölkerte und abgelegene Regionen.

Obwohl Europa in Bezug auf die Forschungsqualität und die Anzahl der Start-ups gut dasteht, liegt es bei der Anzahl der jährlich angemeldeten oder erteilten Patente für künstliche Intelligenz hinter Japan, Korea und den USA zurück (OECD in González Vázquez, 2019). Darüber hinaus müssen digitale Technologien für industrielle Prozesse absolut zuverlässig sein, was hochqualifizierte Software-Ingenieure und umfangreiche Tests erfordert. Die Forschungs- und Entwicklungsförderung sollte aufgestockt werden, auch für neue Geschäftsmodelle, und die Aktivitäten zur Standardisierung und Interoperabilität sollten intensiviert werden.

Die Digitalisierung bringt wirtschaftliche Vorteile durch höhere Produktivität und neue Arbeitsplätze in der fortschrittlichen Fertigung und bei unterstützenden Dienstleistungen. Ihre Einführung erfordert jedoch eine sorgfältige Abwägung der Auswirkungen auf bestehende Arbeitsplätze, insbesondere solche, die vorhersehbare, routinemäßige und sich wiederholende physische Aufgaben beinhalten. Etwa 15 % der Beschäftigung in der EU entfallen auf die Industrie, ein Anteil, der zwischen 2016 und 2018 stabil geblieben ist (Eurostat, 2019).

Während sich die Digitalisierung auf die Gesamtstruktur der Beschäftigung auswirkt, spielen auch viele andere Faktoren, darunter Urbanisierung, Deindustrialisierung und Arbeitsmarktinstitutionen, eine Rolle. Bislang scheint der Nettoeffekt des technologischen Wandels auf die Beschäftigung neutral oder sogar positiv zu sein, wenn Anpassungsprozesse zwischen Unternehmen und Sektoren berücksichtigt werden (González Vázquez, 2019). Es ist jedoch möglich, dass die Digitalisierung anders verläuft, und unabhängig vom Nettoeffekt wird sie Millionen von Arbeitsplätzen betreffen, sodass eine kontinuierliche Technologiebeobachtung und Vorausschau sinnvoll wäre.

Was wird bereits unternommen?

Das Paket "Saubere Energie für alle Europäer" und die überarbeitete Richtlinie zur Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden enthielten wichtige Schritte in die richtige Richtung, wobei die Digitalisierung nun eine wichtige Rolle bei der Gestaltung des Strommarktes und der Dekarbonisierung von Gebäuden spielt. Der europäische Green Deal gibt dieser Arbeit neuen Schwung, wobei die beiden Themen Klima und digitale Transformation im Mittelpunkt stehen.

Europa hat über Horizont 2020 bereits eine Milliarde Euro in groß angelegte Pilotprojekte für digitale Industrieplattformen investiert und damit die Zusammenarbeit zwischen den Wertschöpfungsketten und den Mitgliedsstaaten verstärkt. Wichtige Finanzierungsmöglichkeiten im nächsten mehrjährigen Finanzrahmen sind das InvestEU-Programm, Horizont Europa, Digitales Europa, die Fazilität "Connecting Europe" und die Struktur- und Investitionsfonds.

Ein Beispiel für eine Initiative in diesem Bereich ist die Smart Specialisation Platform für die Modernisierung der Industrie, die intelligente Spezialisierung und interregionale Zusammenarbeit kombiniert, um die industrielle Wettbewerbsfähigkeit und Innovation zu fördern. Alle EU-Regionen mit ihren Clustern und Industriepartnern werden zur Teilnahme ermutigt, und eine Partnerschaft in einem neuen Themenbereich kann von jeder EU-Region oder Gruppe von Regionen vorgeschlagen werden. Digital Innovation Hubs fungieren als One-Stop-Shop, indem sie Unternehmen Zugang zu Wissen, Methoden und Software, Technologieplattformen und Testeinrichtungen bieten.

Auf der regulatorischen Seite ist ein Beispiel das Europäische Komitee für Normung - Europäisches Komitee für elektrotechnische Normung (CEN-CENELEC), das Normen für Elektrizitäts- und Telekommunikationsnetze, Energiemanagementsysteme, Datenformate für die elektronische Rechnungsstellung und digitale Kompetenzen entwickelt hat.

Fazit

Die europäische Industrie befindet sich in einer doppelten Klima- und Digitalisierungswende, und es gibt wichtige Synergien zwischen beiden, insbesondere das Potenzial für Energieeinsparungen und Dekarbonisierung. Die Digitalisierung hat auch das Potenzial, den Arbeitsmarkt und die Beschäftigungsmuster zu stören. Eine neue Politik, die auf einem ganzheitlichen Verständnis des Energie- und Digitalsektors basiert, würde diese Nebeneffekte jedoch abmildern und die Vorteile maximieren.

Feedback und Vorschläge sind willkommen und können an Lorcan Lyons gesendet werden: lorcan.lyons(at)ec.europa.eu.