Eine Frau steht mit einem Notebook in der Hand vor einer Industrieanlage.
IoT

Internet of Things für effizientes Energiemanagement nutzen

Energiemanagement ist für Unternehmen ein unverzichtbares Werkzeug. Es macht Energieverbräuche transparent und schafft damit die Grundlage, sie zu senken. Dies ist eine entscheidende Maßnahme, um CO2-Emissionen einzusparen und somit zu höherer Nachhaltigkeit beizutragen. Wie die Erfassung und Optimierung durchzuführen sind, ist in Standards wie insbesondere der ISO 50001 festgelegt. Eine entsprechende Zertifizierung bringt klare Vorteile – nicht zuletzt die Befreiung von den sonst unter bestimmten Umständen vorgeschriebenen Energieaudits. Beim Erfassen und Auswerten der benötigten Daten sind IoT-Sensorik und Cloud-Plattformen eine wichtige Hilfe.

Energieberater:innen schätzen das typische Einsparpotenzial nach Einführung eines IoT-gestützten Energiemanagements auf 10 bis 20 Prozent. Allerdings hängt diese Zahl von verschiedenen Faktoren ab, zum Beispiel Branche, technischer Ausstattung, bereits getroffenen Maßnahmen und vielen weiteren Details. In jedem Fall ist klar: Durch Datenanalyse und Prozessoptimierung hilft die konsequente Gerätevernetzung mithilfe von IoT und Cloud dabei, Kosten zu senken. In diesem Beitrag erfahren Sie, wie dies auch in Ihrem Unternehmen gelingt.

Inhaltsverzeichnis

Wie Energiemanagement mithilfe von IoT für mehr Nachhaltigkeit sorgt

Der Begriff Energiemanagement bezeichnet die Erfassung und Optimierung des Energieverbrauchs, sei es in einem Privathaushalt oder in einem Unternehmen. Das Ziel ist es, den Energieeinsatz zu verringern und damit Kosten zu sparen – oder zumindest stark ansteigende Energiepreise abzufedern. Letztlich trägt Energiemanagement somit auch zu einem Gelingen der Energiewende bei – sprich: Unternehmen können ihre CO2-Emissionen senken und somit insgesamt nachhaltiger agieren.
Um einen Überblick über den tatsächlichen Energieverbrauch zu gewinnen und zu behalten, müssen in diesem Zusammenhang Zählerwerte und gegebenenfalls weitere Analysedaten erfasst werden, so zum Beispiel Wetterbedingungen oder die Auslastung von Maschinen. In Unternehmen kann dies durch Mitarbeitende erfolgen oder sinnvollerweise durch automatisierte Vorgänge mithilfe von smarter Sensorik. IoT- und Cloud-Technik sind deshalb eine wichtige Basis für entsprechende Lösungen.
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Verbrauchsdaten sind allerdings nur eine Eingangsgröße beim Energiemanagement. Für die Senkung des Energieverbrauchs gibt es mehrere Stellschrauben:
Struktur – Ein wichtiger Aspekt ist, aus welchen Quellen ein Unternehmen die Energie bezieht: Strom, Gas, Wasserstoff, Erdöl – von welchen Lieferanten, aus welcher Erzeugung beziehungsweise Förderung? Existiert eine Unterstützung durch eigene Photovoltaik, Wärmetauscher oder Ähnliches? Zudem sollten sich Unternehmen einen exakten Überblick verschaffen, wie die Energie an den verschiedenen Verbrauchspunkten bereitgestellt wird. Speist etwa eine Photovoltaikanlage nur bestimmte Bereiche?
Prozess – Auch die Prozesse spielen eine wichtige Rolle: insbesondere in der Produktion, aber auch bei anderen energieintensiven Bereichen wie etwa der Firmen-IT. Wann laufen Maschinen, Geräte und Heizanlagen? Ist es wirtschaftlicher, sie bei Nichtnutzung herunterzufahren?
Systeme – Gibt es energieeffizientere Alternativen zu den eingesetzten Maschinen und Geräten? Wie sieht der Business Case beim Ersatz bestehender Systeme durch solche Alternativen aus? Wann amortisieren sich beispielsweise Anschaffungskosten durch die erzielten Verbrauchseinsparungen?
Verhaltensweisen – Neben aller Technik ist auch der Mensch ein wichtiger Faktor, um Einsparziele zu erreichen. Sind Mitarbeitende für energiesparende Verhaltensweisen geschult? Messen sie diesem Ziel die erforderliche Bedeutung bei? Haben sich vielleicht aus Bequemlichkeit ineffiziente Verhaltensweisen eingeschlichen?
Erst eine Kombination aus Maßnahmen in allen genannten Bereichen wird eine nachhaltige Senkung des Energieverbrauchs ermöglichen. Ein umfassendes betriebliches Energiemanagement ist das Werkzeug der Wahl, um dies zu erreichen.

Wie funktioniert Energiemanagement: ISO 50001 vs. ISO 14001 / EMAS

Die Internationale Organisation für Standardisierung (ISO) hat Normen entwickelt, die Unternehmen beim Aufbau eines systematischen Energiemanagements unterstützen und eine Zertifizierung ermöglichen soll. Mit Fokus auf das Energiemanagement ist vor allem die ISO-Norm 50001 relevant. Sie wurde im Juni 2011 veröffentlicht. In Deutschland ersetzt sie seit April 2012 die vorher gültige DIN EN 16001.
Ziel der ISO 50001 ist es, Unternehmen dabei zu unterstützen, ihre Energieeffizienz zu verbessern. Damit soll wiederum der Ausstoß von Treibhausgasen verringert werden. Dies soll auch dazu beitragen, dass Deutschland seinen Primärenergieverbrauch senken kann – bis 2050 um 50% gegenüber 2008.
Die in diesem Kontext ebenfalls häufig genannte ISO 14001 hat einen etwas anderen Schwerpunkt: Sie ist der weltweit akzeptierte und angewendete Standard für Umweltmanagementsysteme. Diese Norm gibt es seit 1996 und in ihrer jetzigen Form seit 2015. Die ISO 14001 legt Anforderungen an ein Umweltmanagementsystem fest, mit dem Unternehmen ihre Umweltleistung verbessern. So können sie rechtliche und sonstige Verpflichtungen erfüllen und ihre Umweltziele erreichen.
Inhaltlich gibt es viele Überschneidungen zwischen beiden Standards. Wie auch bei weiteren Normen für Managementsysteme (etwa auch der ISO 9001 für Qualitätsmanagement) beruht auch die ISO-Norm 14001 auf dem sogenannten PDCA-Kreislauf: Plan, Do, Check, Act:
Planung (Plan): Die Gesamtverantwortung für das Energiemanagementsystem muss beim Top-Management liegen. Ein Energiebeauftragter oder ein Energieteam formuliert die angestrebte Energiepolitik. Die schriftliche Erklärung beinhaltet eine Erstbewertung der Ist-Situation und die vom Unternehmen angestrebten Ziele – in Einklang mit den relevanten Gesetzen, Regelungen und Verordnungen.
Umsetzung (Do): Das Unternehmen muss die Zielsetzung intern kommunizieren. Zur Umsetzung führt es dann das Energiemanagement und die daraus abgeleiteten Prozesse ein und sorgt für die erforderlichen Ressourcen. Überdies muss es alle Verantwortlichkeiten definieren.
Überprüfung (Check): Das Unternehmen überprüft die Einhaltung der definierten Prozesse (sowie natürlich der relevanten Vorschriften) in Form von internen Audits. Die Ergebnisse sollten dem Top-Management gut dokumentiert vorliegen.
Verbesserung (Act): Auf Basis des internen Audits erstellt das Top-Management eine schriftliche Bewertung („Management Review“). Falls nötig, leitet es Korrekturmaßnahmen ein: So optimiert es strategisch die energierelevanten Prozesse und aktualisiert sie nach Bedarf.
Schaubild zu den 4 Phasen des PDCA-Zirkels – zum Beispiel bei einem Energiemanagementsystem.
Schaubild zu den 4 Phasen des PDCA-Zirkels – zum Beispiel bei einem Energiemanagementsystem.
Akkreditierte Zertifizierungsorganisationen können bestätigen, dass alle Anforderungen an die Norm erfüllt sind. Eine neutrale externe Instanz kann so überprüfen, ob das Unternehmen die definierten Ziele erreicht hat. Gleichzeitig kann das Unternehmen selbst die Erfüllung der Norm für die Außendarstellung nutzen. Hinzu kommen praktische Auswirkungen: So ist beispielsweise für energieintensive Unternehmen eine Zertifizierung gemäß ISO 50001 eine der Voraussetzungen für eine Reduktion der EEG-Umlage.
Es gibt aber auch Unterschiede zwischen den beiden genannten Normen: Die ISO-Norm 50001 bezieht sich allein auf die energetische Leistung eines Unternehmens, ISO 14001 hingegen auf die gesamte „Umweltleistung” – was auch den Wasserverbrauch, Abfall und den Umgang mit umweltschädlichen Stoffen einschließt. Die aus der ISO 50001 abgeleiteten Maßnahmen muss ein Unternehmen nicht der Öffentlichkeit und seinen Auftraggebern bekanntmachen – die ISO 14001 fordert dies hingegen ausdrücklich.
In der Praxis hängt es vom Geschäftszweck und den damit verbundenen Prozessen ab, an welcher dieser Normen sich ein Unternehmen orientieren sollte – oder ob es gegebenenfalls sogar gesetzliche Verpflichtungen dazu gibt. Vor dem Hintergrund der bereits genannten Überschneidungen ist es mit überschaubarem Mehraufwand auch möglich, beide Normen zu erfüllen.
Über die beiden ISO-Normen 50001 und 14001 hinaus gibt es mit dem „Eco Management and Audit Scheme“, kurz EMAS, auch noch einen von der Europäischen Union entwickelten Ansatz. Hier handelt es sich nicht um eine ISO-Norm, sondern eine EU-Verordnung (Nr. 1221/2009) – im Alltag auch als „EU-Öko-Audit“ bezeichnet. Die inhaltliche Schnittmenge ist am größten zwischen EMAS und der ISO 14001.
In einigen Aspekten geht das EMAS jedoch weiter. So verpflichten sich EMAS-Organisationen zum Beispiel zu einer kontinuierlichen Verbesserung ihrer Umweltleistung über die gesetzlichen Anforderungen hinaus. Auch das Erreichen dieser Ziele wird bei Selbst- und Fremdprüfungen kontrolliert. Unternehmen, die die Anforderungen von EMAS erfüllen, erfüllen in Praxis damit auch die ISO 14001. Daher kann ein zugelassener Umweltgutachter zum Beispiel auch eine EMAS-Validierung und eine ISO-14001-Zertifizierung gleichzeitig durchführen. Oder Unternehmen können ein bestehendes ISO-14001-Zertifikat auf EMAS erweitern, indem sie die Erfüllung der zusätzlichen Anforderungen nachweisen.

Warum Energiemanagement: Die Energieauditpflicht

Über die Einsparung von Kosten hinaus gibt es noch weitere Gründe für Unternehmen, ein wirksames Energiemanagement umzusetzen. Denn die Kontrolle und Senkung des Energieverbrauchs in Unternehmen ist ein wichtiger Bestandteil der Energieeffizienzstrategien von EU und Bundesregierung. Bereits seit 2015 hat der Gesetzgeber daher Großunternehmen verpflichtet, regelmäßige Energieaudits durchzuführen. Gemäß dem Energiedienstleistungsgesetz (EDL-G) müssen solche Audits alle vier Jahre durchgeführt werden.
Die Pflicht gilt für alle Unternehmen, die nach Definition der EU-Kommission nicht zu den KMU zählen, also kleinen und mittelgroßen Unternehmen. Das sind Unternehmen, die mehr als 250 Beschäftigte haben und/oder deren Jahresumsatz mehr als 50 Millionen Euro beziehungsweise deren Bilanzsumme mehr als 43 Millionen Euro beträgt. Doch auch für KMU kann es sinnvoll sein, freiwillig ein Energieaudit durchzuführen. Denn erst damit können sie beispielsweise gesetzliche Ausgleichsregelungen gemäß dem Erneuerbare-Energien-Gesetz (EEG) oder dem Stromsteuergesetz in Anspruch nehmen.
Auch den Ablauf eines solchen Energieaudits schreibt eine Norm fest, in diesem Fall die DIN EN 16247-1. Im Wesentlichen erfassen die Auditor:innen alle Energieflüsse innerhalb des Unternehmens und stützen sich dabei auf aktuelle Betriebsdaten. In einem Abschlussbericht fassen sie die Ergebnisse zusammen und leiten daraus Einsparpotenziale und empfehlenswerte Maßnahmen ab. Die Kosten für einen Energieaudit hängen von der Größe des Unternehmens und der Komplexität der zu überprüfenden Energieflüsse ab. Der Kostenrahmen beginnt bei etwa 2.500 Euro und kann bis zu 15.000 Euro und mehr reichen.
Ob Unternehmen die gesetzliche Pflicht einhalten, kontrolliert stichprobenartig das BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle). Es schreibt Unternehmen an und fordert sie auf, entsprechende Nachweise zu erbringen. Deshalb ist häufig auch vom „BAFA Energieaudit“ die Rede.
Weil der Betrieb eines Energiemanagementsystems nach DIN EN ISO 50001 beziehungsweise EMAS energieeffiziente Abläufe im Unternehmen sicherstellt, hat es jedoch eine befreiende Wirkung im Hinblick auf die gesetzliche Energieauditpflicht. Mit anderen Worten: Hat ein Unternehmen bereits ein Energiemanagementsystem etabliert, muss es keine Energieaudits durchführen. Der Einsatz von IoT-Systemen, gegebenenfalls in Kombination mit 5G sowie Cloud-Infrastrukturen ist dafür eine ideale Grundlage.

Vorteile eines Energiemanagementsystems

Für Unternehmen bietet die Einführung eines Energiedatenmanagements also gleich mehrere Vorteile, insbesondere:
  • Kostensenkungen durch wettbewerbsfähige Beschaffung und strategische Verbrauchsreduzierung
  • Steuerliche Entlastung, zum Beispiel Wegfall der Stromsteuer gemäß § 10 Abs. 1 Stromsteuergesetz (StromStG)
  • Reduktion von Treibhausgasemissionen – und damit auch mehr Nachhaltigkeit und größere soziale Verantwortung
  • Genauere Budgetierung und besserer Einblick in die Betriebskosten durch laufende Kontrolle der Energiekosten
  • Befreiung von der gesetzlichen Pflicht zur regelmäßigen Durchführung von Energieaudits
  • Grundlage für zukunftsfähige Prozesse und wichtiges Werkzeug für eine bessere Zukunftsplanung
Vor allem die steuerliche Entlastung gemäß Stromsteuergesetz, der sogenannte Spitzenausgleich, spielt bei energieintensiven Unternehmen eine entscheidende Rolle. Denn auf Antrag wird die Stromsteuer erlassen, wenn ein Unternehmen des produzierenden Gewerbes Strom zu betrieblichen Zwecken verbraucht. Dabei gibt es allerdings Ausnahmen. Beispielsweise zählt Strom, der dem Stromnetz zum Aufladen von Elektrofahrzeugen entnommen wird, nicht zum steuerlich ausgenommenen Verbrauch.
Strom wiederum, der zur Erzeugung sogenannter Nutzenergie wie Licht, Wärme, Kälte, Druckluft oder mechanischer Energie dient, ist nur dann von der Stromsteuer befreit, wenn dies nachweislich im Rahmen industrieller Produktionsprozesse erfolgt. Im Rahmen seines Antrags muss das Unternehmen nachweisen, dass es ein Energiedatenmanagementsystem, ein Umweltmanagementsystem oder ein alternatives System zur Kontrolle und Verbesserung der Energieeffizienz betreibt – oder zumindest mit der Einführung eines solchen Systems im Unternehmen begonnen hat.

Was ist bei Einführung eines Energiemanagementsystems zu beachten?

Über diese generellen Vorteile hinaus ist Energiemanagement jedoch auch ein wichtiges Instrument für Unternehmen, um Prozesse und Kosten besser kontrollieren zu können. Die Basis dafür ist, den Energieverbrauch automatisch und kontinuierlich zu erfassen. In größeren Unternehmen kommen so schnell Hunderte von Messpunkten zusammen. Sie umfassen den Maschinenpark, die Informations- und Kommunikationstechnik, aber beispielsweise auch die Gebäudetechnik.
Für alle diese Bereiche gilt es festzulegen:
  • welche Parameter überhaupt erfasst werden sollen (Betriebszeiten und -zustände, elektrische Leistung etc.),
  • in welcher Auflösung die erfassten Daten benötigt werden (zum Beispiel Abfrageintervalle und Mittelungszeiten)
  • und über welche Kommunikations- und IT-Struktur diese Daten erfasst, gesammelt, ausgewertet und dokumentiert werden sollen.
Sinnvoll ist es, dabei auch gleich auf eine Einbindung in übergeordnete Systeme zu achten, beispielsweise in Gebäudeleittechnik oder Fertigungssteuerungen wie SCADA- oder SPS (Supervisory Control and Data Acquisition beziehungsweise Speicherprogrammierbare Steuerungen).
Technisch betrachtet basiert Energiemanagement auf einem permanenten Soll-Ist-Vergleich. Die erfassten Messwerte werden mit den vom Unternehmen festgelegten Zielen verglichen: etwa absoluter Energieverbrauch oder relative Verbrauchs- beziehungsweise Kostenreduktionen. Der dadurch gewonnene Überblick ermöglicht dann auch gezielte Korrekturmaßnahmen:
  • Identifikation von „Energieverschwendern“ und Ergreifen von Gegenmaßnahmen
  • Reduktion von Treibhausgasemissionen
  • Reduktion von Wartungskosten, zum Beispiel durch „Predictive Maintenance“
  • Vermeidung von Störungen und Ausfällen, etwa durch Spannungseinbrüche
  • Sensibilisierung der Mitarbeiter im Hinblick auf Energieeffizienz und Klimaschutz
  • Besseres Kostenmanagement, zum Beispiel durch Zuordnung der Verbräuche zu den jeweiligen Kostenstellen
  • Verbesserung von Umweltschutz und Unternehmensimage
Bei allen Vorteilen gibt es allerdings auch kritische Aspekte im Kontext von Energiemanagement. So stellen sich insbesondere Fragen im Hinblick auf Datenschutz, Wettbewerbsrecht und Informationsethik. In Unternehmen lassen die erfassten Daten beispielsweise Rückschlüsse auf Produktivität und Auslastung des Unternehmens insgesamt und gegebenenfalls sogar einzelner Abteilungen, Gruppen oder von individuellen Mitarbeitenden zu.
Allerdings sind selbstverständlich auch im Kontext von Energiemanagement die einschlägigen Vorschriften etwa des Arbeitsrechts zu beachten. So dürfen Unternehmen die erfassten Daten beispielsweise nicht dazu nutzen, die Produktivität einzelner Mitarbeiter:innen zu überwachen.

Wie funktioniert IoT-Energiemanagement?

IoT-Technik ist die wohl wirkungsvollste technische Basis, um die beschriebenen Anforderungen an ein Energiemanagementsystem zu erfüllen. Dazu integrieren moderne Unternehmen smarte Sensoren in Produktionsanlagen, IT-Systeme und die Gebäudetechnik.
Sie sammeln konstant Daten, die im Übrigen nicht nur direkte elektrische Verbräuche abbilden, sondern auch Rahmenbedingungen beinhalten können wie Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit, den Zustand von Filteranlagen oder Vibrationsdaten. Oft sind solche „Zusatzdaten“ eine wertvolle Grundlage für die Effizienzoptimierung industrieller Prozesse.
Während diese Sensoren rund um die Uhr arbeiten und Daten sammeln, ordnet und visualisiert eine Software die Ergebnisse. Damit hilft sie den Bedienenden dabei, fehlerhafte Ausrüstung und Ursachen für Ineffizienzen im System zu erkennen.
So können beispielsweise Energieversorger Erkenntnisse der Sensorenanalyse nutzen, um bessere Entscheidungen bei der Verwaltung Ihrer Einrichtung zu treffen. Durch die Integration von IoT-Sensorik kann ein Unternehmen rechtzeitig erkennen, wann eine Anpassung der Energieerzeugung an eine eventuell steigende Nachfrage notwendig wird.
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So funktioniert IoT-Energieoptimierung auch in Ihrem Unternehmen

Wie gehen Unternehmen am besten vor, um in den Genuss der attraktiven Umlagereduzierung zu kommen und ihre Energiekosten zu minimieren? Nachdem die oben angesprochenen Rahmenbedingungen geschaffen wurden, geht es an die Vernetzung der einzelnen Verbrauchsmessgeräte.
Mit NB-IoT-Technik können Sie sowohl bestehende als auch zukünftige Geräte und deren Sensoren intelligent miteinander vernetzen. Alles, was Sie dazu brauchen, sind eine digitale Zählerstandsermittlung und eine passende Anbindung an das Narrowband-Maschinennetz.
Es verbindet je nach Bedarf eine Vielzahl an Geräten miteinander und standortunabhängig. Die benötigten Daten landen dann im gewünschten Intervall in der Cloud. So können Sie sofort erkennen, wenn beispielsweise der Bedarf an einer Verbrauchsstelle ungeplant in die Höhe schnellt – und Ihre Mitarbeiter:innen können zeitnah gegensteuern.
Die Vorteile der Narrowband-Technologie im Überblick:
  • Sie vermeiden Leerlaufzeiten von Maschinen, indem Sie rechtzeitig Informationen über Meldebestände erhalten.
  • Wenn Emissionen festgelegte Grenzwerte überschreiten, erfolgt sofort eine Warnung.
  • Auch andere, nicht auf den Energieverbrauch bezogene Informationen lassen sich erfassen und optimieren – beispielsweise Füllstände von Abfallcontainern.
  • Sie können nicht nur Treibhausgase kontinuierlich überwachen, sondern zum Beispiel auch die Qualität und Beschaffenheit möglicher Abwässer. Bei Problemen können Sie umgehend einschreiten.
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