DIN EN IEC 63376 VDE 0810-376:2024-06 Energiemanagementsystem für Industrieanlagen

• FEMS: Facility Energy Management System – ein Energiemanagementsystem speziell für Industrieanlagen (Definition in IEC 63376).

• Energiemanagementsystem (EnMS): Ein organisatorisches System nach ISO 50001 zur kontinuierlichen Verbesserung des Energieverbrauchs.

• Facility/Anlage: Eine Produktionseinheit oder ein Werksbereich mit eigenen Energiesystemen.

• HEMS/BEMS: Home/Building Energy Management System – Energiemanagement für Haushalt bzw. Gebäude, im Gegensatz zum industriellen FEMS.

• KPI (Key Performance Indicator): Schlüsselkennzahl zur Bewertung der Energieeffizienz (siehe ISO 22400).

• MES/ERP: Manufacturing Execution System und Enterprise Resource Planning – betriebliche IT-Systeme, die mit FEMS Daten austauschen.

Zusätzlich sind allgemeine Begriffe wie „Energiefluss“, „Laststeuerung“ und Sicherheitsbegriffe (Datenschutz, Informationssicherheit) definiert. Diese Terminologie entspricht den FM-Standards und bildet die Grundlage für ein gemeinsames Verständnis in der Branche.

• Datenerfassung und Visualisierung: Kontinuierliche Messung von Strom-, Gas- und Wasserverbrauch mittels Messsensoren und Zählern; Aufbau von Energiemonitoring-Systemen (Smart Metering).

• Benchmarking und Kennzahlen: Erstellung von Energiekennzahlen (z. B. kWh/m² Produktionsfläche, kWh/Stück) nach ISO 22400 und GEFMA, um Gebäude- und Anlageneffizienz vergleichbar zu machen.

• Energieplanung und Prognose: Abstimmung des Energiebedarfs auf Produktionspläne, Forecasts zur Bedarfsvorhersage, Energiebedarfsprognosen für Planung.

• Analyse und Ursachenforschung: Erkennen von Abweichungen durch Lastgang- und Varianzanalyse, Durchführung von Energieaudits, Identifikation von Einsparpotenzialen.

• Maßnahmenableitung: Entwicklung von Optimierungsstrategien (z. B. Lastverschiebung, Nachtabsenkung von Klima/Licht), Definieren von Maßnahmenkatalogen zur Effizienzverbesserung.

• Implementierung: Automatisierte Steuerung technischer Systeme (z. B. Druckluftanlagen, Pumpensteuerung), Anpassung von Betriebslasten und Produktionszeiten.

• Erfolgskontrolle (Monitoring): Überwachung der Wirksamkeit umgesetzter Maßnahmen mittels Soll-Ist-Vergleichen und Anpassung der Strategien (PDCA-Zyklus).

Diese Aktivitäten orientieren sich am ISO-50001-Zyklus (Plan-Do-Check-Act) und werden durch das FEMS strukturiert unterstützt. Dadurch werden systematische Verbesserungen der Energieeffizienz im Sinne des Facility Managements ermöglicht.

• Ebene 4 (Unternehmensplanung): Strategische Planung und Budgetierung (ERP-Systeme), Festlegung von Energiesparzielen auf Gesamtwerk-Ebene.

• Ebene 3 (Produktionsbetrieb/MES): Operative Produktionsplanung, Schichtsteuerung – hier liefert das FEMS Energieinformationen, um die Fertigungsleistung energieeffizient zu planen.

• Ebene 2 (Prozesssteuerung/Automatisierung): Echtzeit-Steuerung der Fertigungsprozesse (SPS/SCADA); das FEMS kann Steuerkommandos an lokale Regler senden oder Daten von Feldgeräten erfassen.

• Managementebene: Festlegung von Energiestrategie, Investitionsentscheidungen und Reporting.

• Werks-/Standortebene: Koordination von Energieressourcen am Standort, Energiemanager gleichen Zielvorgaben mit Standortbedingungen ab.

• Produktionssteuerung (MES): Planung von Aufträgen und Ressourceneinsatz unter Einbeziehung von Energiezielen (z. B. Vermeidung energieintensiver Prozesse zu Spitzenlastzeiten).

• Prozessebene: Automatisierung von Maschinen und Prozessketten; hier stehen Energieeffizienz und Qualitätssicherung im Vordergrund. Das FEMS verknüpft Prozessdaten mit Energieflussdaten und kann so gezielt in Regelkreise eingreifen.

Durch diese Hierarchie stellt das FEMS sicher, dass Energieaspekte von der Geschäftsführung bis zur Produktionseinheit integriert werden, analog zur IEC-62264-Struktur für Unternehmenssteuerung.

Ein nach ISO 50001 zertifiziertes Energiemanagementsystem (EnMS) beinhaltet organisatorische und technische Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz. Das FEMS ist dabei ein zentrales Werkzeug: Es übernimmt die kontinuierliche Energieverbrauchserfassung und ermöglicht Energieaudits. In der Planungsphase eines EnMS wird z. B. der Energiebedarf analysiert, das FEMS liefert hierfür die Verbrauchsdaten. In der Umsetzungsphase setzt es Monitoring- und Steuerungsfunktionen um. Das FEMS unterstützt somit alle Phasen des PDCA-Zyklus (Planung, Umsetzung, Überprüfung, Verbesserung). Zudem liefert es Daten für Managementbewertungen (Berichte, KPI-Tracking) und hilft, Normanforderungen wie die energetische Basislinie zu erfüllen. Damit wird Energiemanagement als integraler Bestandteil der Produktionsabläufe etabliert.

Das FEMS fungiert als Bindeglied zwischen Gebäude-/Anlagenmanagement und Produktionsmanagement. Es verknüpft Informationen aus der Betriebstechnik (z. B. Steuerungssysteme, Sensoren) mit übergeordneten Systemen (MES, ERP) aus energiewirtschaftlicher Sicht. Energie-, Anlagen- und Betriebsdaten werden im FEMS zusammengeführt, so dass ein ganzheitliches Bild über Verbrauch, Kosten und Effizienz der Anlage entsteht. Damit hilft das FEMS Facility Managern und Energiemanagern, fundierte Entscheidungen zu treffen – beispielsweise zur Lastverschiebung oder zur Anschaffung von Energiespartechnologie. In der Praxis kann das FEMS etwa Kompressoren und Pumpen steuern, Beleuchtungs- und Klimaanlagen adaptiv regeln oder Energiespeicher in Echtzeit managen.

Im Rahmen der Energiewende erweitert sich die Funktion des FEMS: Es integriert zunehmend erneuerbare Energiequellen (z. B. Photovoltaik, Blockheizkraftwerke) und Energiespeicher (Batterien, Wärmespeicher) in das Energiemanagement. Zudem kann das FEMS externe Signale aus dem Smart Grid berücksichtigen (Lastmanagement auf Netzebene, Teilnahme an Demand Response). Es wird damit Teil eines intelligenten Energiesystems, das außerhalb der Anlage nachgefragte Laständerungen ausführt und so Netzintegration erneuerbarer Energien ermöglicht. Auch die Verknüpfung mit dem Gebäudeleitsystem (BMS) und stadtweiten Energienetzen oder Viertelmärkten wird thematisiert. Dies steigert die Bedeutung des FEMS über die reine Produktionsumgebung hinaus.

Die IEC/ISO legen Standards fest, die für FEMS relevant sind. Neben IEC 63376 (FEMS) bestehen u. a. IEC 62264 (MES/ERP-Integration), IEC 61427 (Batteriespeicher in stationären Anlagen), IEC 62914 (Energienetzschnittstellen) und ISO 50001 (Energiemanagement). Diese Normen definieren gemeinsame Begriffe, Schnittstellen und Kennzahlen, die im FEMS-Kontext verwendet werden. Sie sorgen dafür, dass FEMS-Implementierungen weltweit vergleichbar und interoperabel sind. Für das Facility Management bedeutet dies, dass international anerkannte Konzepte (z. B. Energiekennzahlen nach ISO 22400) direkt anwendbar sind.

Ein wichtiger Aspekt ist die Abgrenzung des FEMS zu verwandten Systemen. HEMS (Home EMS) steuern private Verbraucher, BEMS Gebäudeautomationssysteme (Klima, Beleuchtung), während FEMS speziell für Industrieanlagen entwickelt sind. FEMS erfasst deutlich größere Lasten und komplexere Prozesse. Im Gegensatz zu einem HEMS, das etwa Heizung und Haushaltsgeräte regelt, oder zu einem BEMS für Bürogebäude, lenkt das FEMS Maschinen, Anlagenzentralen und Versorgungsaggregate. Die Norm hebt hervor, dass ein FEMS typischerweise in Produktionsumgebungen mit hohen Lasten und speicherbarer Energie (Thermal, elektrische Speicher) eingesetzt wird.

Das FEMS ist eng mit dem Produktionssystem verknüpft. Es nutzt Produktionsdaten (z. B. Stückzahlen, Maschinenauslastung, Schichtpläne), um den Energiebedarf zu analysieren, und kann umgekehrt die Produktion energieeffizienter gestalten. Beispielsweise kann ein MES durch das FEMS informiert werden, wenn hoher Strompreis droht, sodass nichtkritische Fertigungsaufträge verschoben werden. An Automatisierungssteuerungen übermittelt das FEMS Parameter wie Soll-Leistungsgrenzen oder Zeitpläne, um Prozesse (z. B. Fördergeschwindigkeiten, Temperaturprofile) unter Berücksichtigung der Energieeffizienz zu steuern.

Das FEMS verbindet die Managementebene mit der operativen Ebene: Auf Managementebene liefert es Auswertungen und Kennzahlen für das Energiecontrolling (z. B. Reportings an Energiemanager). Auf Optimierungsebene berechnet es Strategien zur Lastminimierung und Effizienzsteigerung (z. B. Spitzenlastabtrag, Einsatz erneuerbarer Quellen). Durch diese Integration wird Energiemanagement in den betrieblichen Entscheidungsprozess eingebunden. So können sowohl die Geschäftsführung als auch der Schichtleiter energetische Einflussgrößen nutzen, um Produktion und Facility-Betrieb abgestimmt zu steuern.

Die Norm definiert die Systemgrenze des FEMS: Innerhalb dieser Grenze liegen alle für das Energiemanagement relevanten Komponenten der Anlage. Dazu zählen Sensoren, Zähler und Datenspeicher ebenso wie Steuerungen von Verbrauchern und Erzeugern. Beispielsweise sind sämtliche Energieversorgungsquellen (Stromnetzanschluss, Dieselaggregat, Batteriespeicher) und Energieverbraucher (Produktionsmaschinen, Kompressoren, Klimageräte, Beleuchtung) des Standorts Teil des FEMS.

Abgesehen von internen Datenflüssen (Messwerte und Steuerdaten zwischen Sensoren, SPS/SCADA und dem FEMS) unterscheidet die Norm auch externe Schnittstellen. Hierzu gehören Informationen vom Netzbetreiber (z. B. Lastmanagementsignale, Tarifdaten) oder Marktpreisinformationen. Auch Rückmeldungen aus dem Energiehandel oder Netzstabilitätsanfragen (Demand-Response-Signale) fallen unter den Informationsaustausch. Die Norm zeigt exemplarisch auf, wie FEMS mit internen Anlagenkomponenten und externen Energieversorgungsnetzen kommuniziert und Daten austauscht.

Die im FEMS gespeicherten Daten können vertrauliche Informationen enthalten, etwa Produktionsmengen, Betriebszeiten oder energiespezifische Technologiekennwerte. Deshalb ist der Zugang zu FEMS-Daten zu schützen. Betriebsintern gelten gängige Datenschutz- und Geheimhaltungsvorschriften, insbesondere wenn Personenbezogenes (etwa Schaltdaten einzelner Mitarbeiter oder Raumbelegungspläne) verarbeitet wird. Strategische Informationen wie Produktionspläne oder Energiekostenmodelle werden als Geschäftsgeheimnis eingestuft. Das FEMS muss in der Systemkonzeption Rollen- und Zugriffsrechte vorsehen, um Datenzugriff zu beschränken und zu protokollieren.

Da ein FEMS häufig mit der Automatisierungsebene verbunden ist, gelten erhöhte Anforderungen an die Cyber-Sicherheit. Die Norm verweist ausdrücklich auf die IEC-62443-Reihe („Security for Industrial Automation and Control Systems“). Empfohlene Maßnahmen sind zum Beispiel abgeschirmte Netzwerke zwischen FEMS und Büro-IT, Firewalls und VPN-Verbindungen zu externen Partnern sowie Nutzung von Verschlüsselung für Kommunikationsverbindungen. Regelmäßige Sicherheitsupdates für FEMS-Komponenten und Intrusion-Detection-Systeme sind ebenfalls Teil eines sicheren Betriebs. So soll das Energiemanagementsystem nicht selbst zum Einfallstor für Angriffe werden.

Diese Kategorien entsprechen einem Zyklus der kontinuierlichen Verbesserung: Zunächst werden Daten (Monitoring) erfasst, dann ausgewertet (Analyse) und daraufhin Betriebsstrategien abgeleitet (Optimierung), die schließlich umgesetzt bzw. ausgegeben werden (Steuerung/Instruction).

Unter Monitoring werden alle Aktivitäten zur Sammlung und Übertragung von Echtzeitdaten verstanden. Das FEMS empfängt dazu Messdaten aus Zählern und Sensoren und konsolidiert diese zu aussagekräftigen Informationsflüssen.

• Elektrische Energie (Stromzähler, Leistungsmessung in Verteilungsschränken)

• Thermische Energie (Heißwasser- und Dampfverbrauch, Brennstoffmessung)

• Wasser- und Gasverbrauch

• Betriebsstunden wichtiger Anlagen (Kompressoren, Pumpen)

• Normverbrauchswerte je Maschinentyp oder Produktionseinheit

• Vergangenheitsverbrauch des Betriebs zu Vergleichszwecken

• Energetische Basislinien gemäß ISO 50001 (Festlegung einer Ausgangsgröße)

Diese Daten bilden die Grundlage für nachfolgende Auswertungen.

• Produktionspläne und Auftragsinformationen (z. B. Schicht- und Jahresplanung)

• Zeitpläne für Wartung und Abschaltungen

• Aktueller Anlagenzustand (laufende Maschinen, Leerlaufzeiten)

• Umgebungsbedingungen (z. B. Außentemperatur, Laststatus des Netzes)

Durch den Abgleich von Produktions- und Verbrauchsdaten kann das FEMS z. B. erkennen, ob Energieabweichungen auf geänderte Lasten oder ineffiziente Prozesse zurückzuführen sind. Integrierte MES/ERP-Schnittstellen liefern dem FEMS die notwendigen Planungsdaten, während SPS/SCADA-Systeme Anlagenzustände melden.

In dieser Phase wertet das FEMS die gesammelten Daten aus, um Abweichungen vom erwarteten Verhalten zu erkennen. Analyse-Funktionen ermöglichen es, Energieeffizienz-Mängel und Optimierungspotenziale zu identifizieren. Dazu gehören auch statistische Auswertungen und Indikatorberechnungen (z. B. Energy Intensity).

Werden nicht alle Variablen direkt gemessen, schätzt das FEMS fehlende Daten. Beispielsweise kann bei fehlendem Brennstoffzähler der Gasverbrauch aus Produktionen pro Zeiteinheit abgeleitet werden. Diese Annahmen basieren auf historischen Durchschnittswerten, Expertenschätzungen oder in der Norm definierten Kriterien. Sie ermöglichen weiterhin vollständige Analysen, ohne alle Parameter sensorisch zu erfassen.

Das System überprüft kontinuierlich, ob sich die Energieeffizienz verändert hat. Durch Soll-Ist-Vergleiche und Trendanalysen erkennt das FEMS beispielsweise eine Verschlechterung (z. B. höherer Verbrauch pro Produktionseinheit) oder Spitzenlasten, die nicht durch Planabweichungen erklärbar sind. Mechanismen der Störungs- und Ereigniserkennung (Event Detection) informieren bei ungewöhnlichem Verbrauchsverhalten, sodass Anlagenführer eingreifen können.

Um die Gründe für Abweichungen zu finden, korreliert das FEMS Energieverbrauch mit Betriebsdaten. Beispielsweise werden Laständerungen in Verbindung mit Schichtwechseln, Maschinenstarts oder Außentemperatur gesetzt. Es analysiert auch Zusammenhänge zwischen verschiedenen Energiearten (z. B. Zusammenhang von komprimierter Luft und Stromverbrauch) und identifiziert so potenzielle Effizienzbremsen. Hier kommen Verfahren wie Regressionsanalyse oder Data Mining zum Einsatz.

Schließlich berechnet das FEMS, welche Einsparungen möglich sind. Dazu vergleicht es Ist-Verbrauch mit Benchmarks oder simuliert Einsparmaßnahmen. Beispielsweise kann es quantifizieren, wie viel Strom durch zeitliches Verschieben von Lasten oder Energiegewinnung durch Photovoltaik eingespart wird. Die ermittelten Potenziale fließen in Budgetplanungen und die Auswahl von Effizienzmaßnahmen ein.

Auf Basis der Analysen erarbeitet das FEMS konkrete Betriebsstrategien zur Energieoptimierung. Dies umfasst kurzfristige Maßnahmen (z. B. Lastverschiebung für den nächsten Tag) bis hin zu langfristigen Optimierungen (z. B. Retrofit-Planung). Diese Strategien müssen dabei sowohl Energieeffizienz als auch Produktionsziele berücksichtigen.

Bevor eine Strategie umgesetzt wird, prüft das FEMS Randbedingungen: Ist die Produktionsmenge gesichert? Werden Qualitätsanforderungen eingehalten? Sind Sicherheitsgrenzen der Anlagen beachtet? Beispielsweise verifiziert es, dass eine Reduzierung der Motorleistung nicht zur Unterbrechung eines kritischen Prozesses führt. Diese Überprüfung erfolgt anhand von Soll-Werten, Betriebsgrenzen und gegebenenfalls Produktionsplänen.

Nach erfolgreicher Validierung werden konkrete Strategien abgeleitet. Das kann die automatische Anpassung von Lastprofilen (z. B. Nachtabsenkung der Klimatisierung), Einsatz von Ersatzaggregaten oder Terminplanung zur Lastglättung umfassen. Technisch verwendet das FEMS hierfür Optimierungsalgorithmen (z. B. lineare Programmierung) oder regelbasierte Ansätze. Das Ergebnis sind handlungsfähige Vorgaben (z. B. Laufzeitenänderung, Schwellwerte) für die Steuerungsebene.

Nachdem Strategien definiert wurden, gibt das FEMS Anweisungen aus. Dieser letzte Schritt dient dazu, die Optimierungsergebnisse praktisch umzusetzen und den operativen Betrieb zu unterstützen.

Das FEMS generiert Berichte, Dashboards und Warnmeldungen, die den Anlagenbedienern und Energiemanagern vorgelegt werden. Beispielsweise erhält ein Werksleiter eine Zusammenfassung der Energieeinsparungen durch angewendete Strategien, während Bediener konkrete Alarme für Anlagen erhalten. So kann das Personal die FEMS-Empfehlungen nachvollziehen und bei Bedarf manuell eingreifen.

Schließlich sendet das FEMS Steuerbefehle an automatisierte Systeme oder andere IT-Komponenten. Dies kann die direkte Ansteuerung eines Prozessleitsystems (DCS/SCADA) sein, um z. B. Pumpen abzusenken, Ventile zu verschließen oder Energiepegel in Speichern anzupassen. Alternativ überträgt es Vorgaben an übergeordnete Systeme (ERP/MES), damit Energieziele in nachfolgende Planungszyklen eingehen. So werden die abgeleiteten Strategien systematisch umgesetzt.

Ein Basis-FEMS erfasst vor allem Daten (Monitoring), während erweiterte FEMS weitere Analysen und automatische Optimierungen anbieten.

Je nach Klasse erfüllt das FEMS unterschiedliche Anforderungsprofile: Ein vollständig integriertes System (Klasse 3) arbeitet bidirektional mit dem Netz zusammen, während ein einfaches System (Klasse 0/1) primär dem Monitoring dient. Die ISO/IEC-Standardreihe IEC 62872-2 benennt ähnliche Automatisierungsstufen. Für das Facility Management bietet diese Klassifikation eine Orientierung, welches FEMS je nach Reifegrad und Budget ausgewählt bzw. weiterentwickelt werden kann.

Demand Response (DR) bezeichnet die Anpassung des Energieverbrauchs an externe Signale aus dem Stromnetz. Hierbei werden Lasten gezielt erhöht oder gesenkt, um Netzschwankungen auszugleichen oder Kosten zu sparen. Durch FEMS kann ein Industriebetrieb am DR teilnehmen, indem er zeitweise auf Energieengpässe reagiert (z. B. Abschalten nichtkritischer Verbraucher bei Netzspitzen) und damit die Netzstabilität unterstützt.

Beim anreizbasierten DR erhält ein Unternehmen finanzielle Vergütung, wenn es bei Bedarf seinen Verbrauch senkt (bspw. Netzdienstprogramme oder Direktverträge mit Netzbetreibern). Das FEMS steuert in solchen Szenarien automatisch die Verbrauchersteuerung: Es empfängt die Aufforderung vom Netz, plant die Lastreduktion und führt sie durch (z. B. Abschaltung von Produktionslinien, Verschiebung von Prozessen). Nach Ende der DR-Aktion werden die Anlagen wieder in den Normalbetrieb zurückgeführt. So sorgt das FEMS dafür, dass der Betrieb trotz Eingriffen nicht gefährdet wird und gleichzeitig ein Einnahmenmodell realisiert wird.

Beim preisbasierten DR richten sich Anlagenbetreiber nach variablen Strompreisen (z. B. Spotmarkt, Time-of-Use-Tarife). Das FEMS bezieht aktuelle oder prognostizierte Energiepreise in die Betriebsplanung ein. Ziel ist es, Lastspitzen zu vermeiden und Energieverbräuche in Zeiten mit niedrigen Preisen zu verlagern. Beispielsweise kann das FEMS schwerstromintensive Prozesse auf Nacht- oder Wochenendzeiten legen. Dabei berücksichtigt es Produktionsaufträge, um keine Liefertermine zu gefährden. Der Einsatz eines FEMS ermöglicht Unternehmen somit, flexibel auf Preisänderungen zu reagieren und ihre Energiekosten zu senken.