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Projekt Energieeffiziente Werkstatt – Werkstattlastgänge auswerten

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Projekt Energieeffiziente Werkstatt – Werkstattlastgänge auswerten

Einleitung

Energieeffiziente Werkstatt ist ein Ausbildungsprojekt zur Lastganganalyse: Du erkennst Grundlast und Leistungsspitzen, simulierst Verbesserungen und begründest eine Entscheidung. Zielgruppe: gewerblich-technische Ausbildung. Umfang: fünf Lerneinheiten zu je etwa 10–15 Minuten plus Projektabgabe.

Leitfrage: Wie kann die Werkstatt Strombedarf senken, ohne Arbeitsqualität, Sicherheit oder Termine zu gefährden?

Sicherheit: Arbeite nur mit den unten ausdrücklich als synthetisch gekennzeichneten Daten, Tabellenkalkulationen oder freigegebenen, berührungssicheren Schulungsmodellen. Keine Messungen an Verteilungen, keine Verdrahtung, keine Manipulation von Zählern, Maschinen oder Kompressoren! Reale elektrotechnische Arbeiten dürfen nur entsprechend qualifizierte und beauftragte Personen nach Gefährdungsbeurteilung durchführen. Ein Quizresultat ist niemals eine Arbeits- oder Sicherheitsfreigabe. Siehe DGUV: Bildungsbereich Elektrowerkstatt.

Ausbildungsbeispiel: Säulenbohrmaschine als Werkstattverbraucher. Foto: LHOON, CC BY-SA 2.5.

Projektauftrag und Projektdossier

Fall: Die fiktive Metallwerkstatt „Nord“ arbeitet ab 07:00 Uhr mit Bohrmaschine, Absaugung und Druckluft. Die Ausbilderin vermutet einen unnötigen Grundbedarf vor Schichtbeginn und eine Lastspitze durch gleichzeitige Prozesse. Du berätst sie ohne Eingriff in reale Anlagen.

Dossierbaustein	Dein Nachweis
D0 – Auftrag und Sicherheit	Leitfrage, Grenzen, Freigabezuständigkeit
D1 – Skizze	Verbraucherschema mit Vermutungen, nicht als Stromlaufplan
D2 – Prüfdaten	bereinigte Viertelstundentabelle, Diagramm, Einheiten
D3 – Simulationen	Ausgangsfall, Lastverschiebung, Grundlastsenkung
D4 – Validierung	Rechenprobe, Annahmen, Prüfschritte für Fachpersonal
D5 – Abgabe	einseitige Empfehlung mit Belegen, Risiken und Quellen

Arbeitsweise: Speichere nach jeder Lerneinheit eine überarbeitete Dossierseite. Halte Beobachtung, Annahme und nachgewiesenen Befund auseinander.

Lerneinheit 1 – Werkstatt skizzieren (10 Minuten)

Beispiel einer Kompressor-Regelung (keine Anschlussanleitung): Alnitak3, CC BY-SA 4.0.

Eine mögliche Funktionsskizze im Dossier (nur Informationsfluss, kein Stromlaufplan):

Werkstattbezug --> Summenzähler (Datensatz)
                       |--> Licht / IT
                       |--> Bohrmaschine
                       |--> Absaugung
                       '--> Druckluft

Zeichne nur Funktionsblöcke und Pfeile, keine elektrischen Anschlüsse.

Basis: Markiere die Verbraucher, die auch vor 07:00 Uhr laufen könnten. Anwendung: Erkläre, welche gleichzeitig auftreten könnten. Transfer: Formuliere zwei Fragen, die ein Protokoll oder eine zuständige Fachperson klären müsste.

Gestufte Hilfe: A – Denke an Betriebszeiten. B – Unterscheide Dauerbedarf und Fertigungsbedarf. C – Ein Summenlastgang zeigt nicht, welches einzelne Gerät die Last verursacht.

Feedback: Eine Liste möglicher Verursacher ist eine Hypothese, kein Messnachweis. Gute Skizzen trennen sichere Angaben von Vermutungen.

Lerneinheit 2 – Lastgang lesen (15 Minuten)

Vergleichsbild eines Haushalts, nicht der Projektwerkstatt: Trackler, CC BY-SA 3.0. Beobachte Täler und Spitzen.

Leistung P wird in kW angegeben; elektrische Energie E in kWh. Für konstante mittlere Leistung im Intervall gilt: E = P × Zeit. Ein Viertelstundenintervall dauert 0,25 h. Im Lastprofil stehen hier die mittleren Bezugsleistungen je Viertelstunde, keine momentanen Einschaltstromspitzen.

ADAC: kW und kWh unterscheiden; Einheiten anschließend am Werkstattfall prüfen.

Beispielfoto eines Elektrizitätszählers: Editor abcdef, CC0. Kein Auftrag, einen Zähler zu öffnen oder zu bedienen.

D2 – synthetische Übungsdaten: Zusammenhängende Intervalle eines erfundenen Ausbildungstags; keine echten Zählerstände. Die Uhrzeit gibt jeweils den Intervallbeginn an.

Zeitraum ab	Mittlere Bezugsleistung in kW	Arbeitsphase
06:00	2,0	vor Schicht
06:15	2,0	vor Schicht
06:30	2,0	vor Schicht
06:45	2,0	vor Schicht
07:00	4,0	Anlauf
07:15	5,0	Fertigung
07:30	9,0	Fertigung
07:45	14,0	gleichzeitige Prozesse vermutet
08:00	12,0	Fertigung
08:15	8,0	Fertigung
08:30	6,0	Fertigung
08:45	4,0	Fertigung

Beispielfoto eines Smart Meters: Mirko Tobias Schäfer, CC BY 2.0. Ein solches Foto belegt keine Messmethode der Werkstatt.

Basis: Lies den höchsten Viertelstundenwert und das ruhige Niveau vor 07:00 Uhr ab. Anwendung: Erstelle ein Linien- oder Säulendiagramm mit Uhrzeit auf der x-Achse und kW auf der y-Achse. Transfer: Warum reichen vier ruhige Werte nicht, um eine ganzjährige Grundlast zu beweisen?

Gestufte Hilfe: A – Vergleiche die vier ersten Zeilen. B – Suche das Maximum. C – „Ruhige Leistung im Beobachtungsfenster“ ist präziser als „immer vorhandene Grundlast“.

Feedback: 14,0 kW um 07:45 Uhr ist die höchste mittlere Viertelstundenleistung; 2,0 kW ist nur das beobachtete Vor-Schicht-Niveau. Ein echter 24-Stunden-Nachweis fehlt.

Lerneinheit 3 – Prüfdaten berechnen (15 Minuten)

Schematischer Stromlastgang auf Netzebene, keine Werkstattmessung: Seisofrei, CC0.

D2 prüfen: Kontrolliere Zeitabstände, Einheit, Datenlücken, doppelte Zeilen und auffällige Werte. Addiere alle zwölf Leistungswerte und multipliziere mit 0,25 h.

Rechen- und Prüfschritt	Kontrollwert für die synthetischen Daten
Summe der zwölf Leistungswerte	70,0 kW (nur Rechenzwischenschritt, keine gleichzeitige Leistung)
Energie von 06:00 bis 09:00	17,5 kWh
Energie 06:00 bis 07:00	2,0 kWh
Höchster Viertelstunden-Mittelwert	14,0 kW
Datenumfang	zwölf lückenlose Intervalle = 3 h

Basis: Rechne die Energie eines 2,0-kW-Intervalls aus. Anwendung: Prüfe 17,5 kWh unabhängig nach. Transfer: Beschreibe, was bei einer fehlenden Viertelstunde unklar bliebe.

Gestufte Hilfe: A – Jede Tabellenzeile steht für 0,25 h. B – Ein Intervall mit 2,0 kW entspricht 0,5 kWh. C – Summe 70,0 × 0,25 = 17,5.

Feedback: 14,0 kW und 17,5 kWh sind verschiedene Größen. Die höchste Viertelstunde allein beschreibt nicht die gesamte verbrauchte Energie.

Lerneinheit 4 – Zwei sichere Simulationen (15 Minuten)

Schematischer Vergleich eines tatsächlichen und geglätteten Lastverlaufs: Freshman404, CC BY-SA 4.0. Keine Projektergebnisse.

D3 – Simulation A, Last verschieben: Unterstelle nur im Modell, dass ein verschiebbarer 5,0-kW-Prozess genau von 07:45–08:00 auf 08:45–09:00 verlegt werden kann. Die übrigen Werte bleiben unverändert. Prüfe erst betriebliche und sicherheitstechnische Randbedingungen; die Annahme lässt sich aus Summendaten allein nicht beweisen.

D3 – Simulation B, Ruhebedarf vermindern: Unterstelle unabhängig davon, dass die vier Werte vor 07:00 Uhr jeweils von 2,0 auf 1,5 kW sinken könnten. Ursache und Zulässigkeit sind noch nicht nachgewiesen.

Szenario (nur Modell)	Energie in 3 h	Höchster 15-min-Mittelwert	Bedeutung
Ausgangsfall	17,5 kWh	14,0 kW	Referenz
A: Lastverschiebung	17,5 kWh	12,0 kW	Spitze geringer, Energie gleich
B: Ruhebedarf reduzieren	17,0 kWh	14,0 kW	0,5 kWh weniger, Spitze gleich
A und B kombiniert	17,0 kWh	12,0 kW	nur bei beiden erfüllten Annahmen

Prüfdaten A: 07:45 ändert sich von 14,0 auf 9,0 kW, 08:45 von 4,0 auf 9,0 kW; 08:00 bleibt bei 12,0 kW. Prüfdaten B: Vier Intervalle sparen jeweils 0,125 kWh.

Basis: Vergleiche A und B. Anwendung: Zeichne drei Lastgänge und markiere die jeweilige Spitze. Transfer: Begründe, wann Lastverschiebung einen Prozess stören oder eine neue Spitze auslösen könnte.

Gestufte Hilfe: A – Verschieben verändert den Zeitpunkt. B – Weniger Laufzeit oder kleinere Leistung kann Energie sparen. C – Rechne für jedes veränderte Intervall wieder mit 0,25 h.

Feedback: Bei A ist die Energiemenge unverändert, weil dieselbe Leistung gleich lang genutzt wird; die neue Spitze liegt bei 12,0 kW. Bei B fallen 0,5 kWh weg, die Spitze bleibt 14,0 kW. Keine dieser Zahlen ist ein nachgewiesener Betriebserfolg.

Vertiefung: Webinar „Lastspitzenanalyse“ (32:33 min), dokumentiert in einer Fachpublikation der TIB; für die Kurseinheit ist die eigene Modellrechnung maßgeblich.

Lerneinheit 5 – Empfehlung und Rückmeldung (10 Minuten)

D4 – Prüfschritte vor jeder realen Maßnahme: Ein fachlich beauftragtes Team müsste mit freigegebenen Betriebs-/Messdaten die tatsächlichen Verbraucher, Produktionsfenster, Mindestlaufzeiten, Schutz- und Sicherheitsfunktionen und den Tarif prüfen. Du schaltest nichts. Ein kürzerer Beispielausschnitt belegt weder Jahreskosten noch dauerhafte Einsparung.

D5 – Deine begründete Abgabe umfasst die Funktionsskizze, das Diagramm, nachgerechnete Ausgangswerte, beide Simulationen, eine Empfehlung mit Alternativen, die Grenzen der Daten und die Quellen samt Medienlizenzen.

Beurteilungsmatrix: Datenqualität (0–4), korrekte Einheiten und Rechnung (0–4), Vergleich der Szenarien (0–4), Sicherheit und Realisierbarkeit (0–4), nachvollziehbare Begründung/Quellen (0–4). Maximal 20 Punkte; bei Sicherheitsmängeln keine praktische Umsetzung. Die Bewertung ersetzt keine betriebliche Freigabe.

Peer-Feedback: „Deine Aussage … wird durch … gestützt. Offen ist … . Als nächster Nachweis wäre … sinnvoll.“ Du überarbeitest D5 und hältst die Änderung fest.

Optionale Vertiefung: Webinar „Lastmanagement“ (39:42 min), dokumentiert in der TIB-Fachpublikation. Nicht Voraussetzung für die Abgabe.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Einheit beschreibt elektrische Leistung? (kW) (!kWh) (!Stunde) (!Kilowattstunde)

Welche Einheit beschreibt eine Energiemenge? (kWh) (!kW) (!Volt) (!Ampere)

Wie lang dauert eine Viertelstunde in Stunden? (0,25) (!0,15) (!0,50) (!1,25)

Wie hoch ist der größte Wert des Projektlastgangs? (14,0 kW) (!17,5 kWh) (!2,0 kW) (!70,0 kW)

Welche Aussage zur Grundlast ist hier gesichert? (Vor Schichtbeginn wurden durchgehend 2,0 kW beobachtet) (!Die Jahresgrundlast beträgt sicher 2,0 kW) (!Die Bohrmaschine verursacht allein 2,0 kW) (!Die Werkstatt hat nachts keinen Verbrauch)

Wie viel Energie benötigt ein Viertelstundenintervall mit 2,0 kW? (0,5 kWh) (!2,0 kWh) (!8,0 kWh) (!0,125 kWh)

Was geschieht in Simulation A? (Die Lastspitze sinkt bei gleicher Energie) (!Die Energie sinkt auf null) (!Die Grundlast ist für ein Jahr bewiesen) (!Der Motor wird elektrisch umgebaut)

Was geschieht in Simulation B? (Die Energie sinkt um 0,5 kWh) (!Die Spitze sinkt auf 12,0 kW) (!Die Schicht beginnt später) (!Der Zähler wird neu angeschlossen)

Was zeigt ein Summenlastgang allein nicht? (Die eindeutige Zuordnung zu einem einzelnen Gerät) (!Die zeitliche Reihenfolge) (!Die höchsten Intervallwerte) (!Das beobachtete Lastniveau)

Wer darf reale elektrotechnische Arbeiten durchführen? (Entsprechend qualifizierte und beauftragte Personen) (!Alle nach einem fehlerfreien Quiz) (!Alle mit einer Tabellenkalkulation) (!Alle ohne Unterweisung)

Begründetes Quiz-Feedback: Prüfe bei falschen Antworten zuerst Einheiten, danach Zeitfenster und schließlich die Aussagegrenze von Simulationen. Das Quiz dient nur zum Lernen und niemals als Freigabe.

Memory

Leistung	Kilowatt
Energie	Kilowattstunde
Lastgang	Zeitlicher Leistungsverlauf
Grundlast	Ruhiges Bezugsniveau
Leistungsspitze	Höchster Leistungswert
Lastverschiebung	Anderer Nutzungszeitpunkt

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Bedeutung
Summenzähler	Gesamterfassung
Lastspitze	Leistungsmaximum
Plausibilitätsprüfung	Datenkontrolle
Simulation	Modellversuch
Fachfreigabe	Betriebsverantwortung

Kreuzworträtsel

Lastgang	Wie heißt der zeitliche Verlauf elektrischer Leistung?
Kilowatt	Welche Einheit wird für elektrische Leistung verwendet?
Energie	Welche Größe wird in Kilowattstunden angegeben?
Grundlast	Wie nennt man das ruhige Lastniveau?
Simulation	Wie heißt die Modellprüfung einer Maßnahme?
Datenluecke	Wie nennt man einen fehlenden Messwert im Datensatz?

LearningApps

Lückentext

Ein Lastgang zeigt den zeitlichen Verlauf der elektrischen

.

Die Einheit der Leistung lautet

.

Die Einheit der elektrischen Energie lautet

.

Ein Viertelstundenintervall dauert

Stunden.

Die Daten des Projekts sind ausdrücklich

.

Der höchste Viertelstundenwert beträgt

kW.

Vor Schichtbeginn wurden jeweils

kW beobachtet.

Die gesamte Energie im dreistündigen Datensatz beträgt

kWh.

Durch Lastverschiebung sinkt der höchste Modellwert auf

kW.

Die Lastverschiebung lässt die Energiemenge

.

Die angenommene Grundlastsenkung spart

kWh.

Ein vollständiger Jahresnachweis ist aus drei Stunden nicht

.

Offene Aufgaben

Leicht – Basis

Energieeffizienz: Lege D0 mit Leitfrage, Ziel und Sicherheitsgrenze an.
Funktionsschema: Zeichne D1 mit fünf Verbrauchsblöcken und kennzeichne Vermutungen.
Lastprofil: Übertrage die zwölf Übungswerte in eine Tabelle.
Elektrische Leistung: Bestimme die beobachtete Ruhezeitlast und die Spitze mit Einheit.

Standard – Anwendung

Datenqualität: Prüfe die Viertelstunden auf Lücken, Reihenfolge und Einheit.
Energie: Berechne die Gesamtenergie von 06:00 bis 09:00 und dokumentiere eine Kontrollrechnung.
Diagramm: Zeichne D2 und erläutere den auffälligen Abschnitt ab 07:30 Uhr.
Lastmanagement: Berechne Szenario A vollständig und begründe, warum Energie und Höchstleistung unterschiedlich reagieren.

Schwer – Transfer

Grundlast: Entwickle einen sicheren Nachweisplan für die vermutete Vor-Schicht-Last ohne eigenen Eingriff.
Prozessoptimierung: Simuliere einen zweiten Verschiebezeitpunkt und untersuche eine mögliche neue Spitze.
Wirtschaftlichkeit: Entwerfe eine Entscheidungsvorlage und erkläre, welche Tarif- und Jahresdaten für eine Kostenrechnung fehlen.
Projektmanagement: Präsentiere D5 als Bildtafel, Kurzvideo oder Dossier; verteidige Deine Empfehlung gegen zwei begründete Einwände.

Begründetes Aufgabenfeedback: Basis ist erfüllt, wenn Zeitbezug, Beobachtung und Einheit stimmen. Anwendung ist erfüllt, wenn jede Änderung durch eine prüfbare Rechnung gestützt wird. Transfer ist erfüllt, wenn Betriebsgrenzen, Unsicherheit, Alternativen und verantwortliche Fachpersonen ausdrücklich berücksichtigt sind. „Weniger kW“ allein beweist nicht „weniger kWh“.

Lernkontrolle

Ursachenanalyse: Eine andere Werkstatt weist dieselbe Spitze auf, aber keine Vor-Schicht-Last. Welche Ursachen würdest Du getrennt untersuchen und warum?
Energieeinsparung: Erkläre anhand des Projekts, warum eine Lastverschiebung Energiekosten beeinflussen kann, ohne kWh zu sparen, und von welchen Verträgen dies abhängt.
Datenkompetenz: Ein Intervall fehlt. Entscheide, welche Aussagen noch zulässig sind und welche nicht, und entwerfe einen Plausibilitätscheck.
Sicherheit am Arbeitsplatz: Eine Person möchte nach dem Quiz einen Kompressor eigenständig umstellen. Begründe eine sichere Alternative und die Zuständigkeiten.
Prozessplanung: Bewerte zwei Verschiebungen unter Termindruck, Mindestlaufzeit und Arbeitsschutz. Begründe eine Priorität.
Validierung: Entwirf ein Vorher-nachher-Prüfkonzept mit vergleichbaren Arbeitstagen und nenne mindestens zwei Störgrößen.

Lernnachweis

Einzureichen ist das fortlaufende Projektdossier D0–D5 mit datierter Funktionsskizze, synthetischen Roh- und Prüfdaten, eigenem Diagramm, Rechnungen für Ausgangsfall und beide Szenarien, Annahmenliste, begründeter Empfehlung, Quellen- und Mediennachweisen sowie dokumentierter Überarbeitung nach Feedback. Bewertet werden Rechenweg, Datenkritik, Transfer, Sicherheit und Argumentation. Es gibt keine Freigabe realer Elektroarbeiten durch diesen Lernnachweis oder durch ein Quiz.

OERs zum Thema

Fachlich geprüft, zum Vertiefen:

Wikipedia: Lastprofil – Begriffe und Viertelstundenraster.
Fraunhofer IISB: Energietechnik – Lastspitzenreduktion und Randbedingungen.
Bundesnetzagentur: Messwesen – Viertelstundenwerte im Messwesen.
DGUV: Elektrowerkstatt – sicherer Ausbildungsrahmen.
DKE: Elektrotechnisch unterwiesene Person – Zuständigkeiten und Grenzen.

Medienrechte (Stand der verlinkten Commons-Dateiseiten): Drillpress.jpg – LHOON, CC BY-SA 2.5; Compressor control.jpg – Alnitak3, CC BY-SA 4.0; Lastkurve.svg – Trackler, CC BY-SA 3.0; Electricity meter.JPG – Editor abcdef, CC0 1.0; Smart meter – Mirko Tobias Schäfer, CC BY 2.0; Tagesverlauf des Stromverbrauchs.svg – Seisofrei, CC0 1.0; Load diagram.png – Freshman404, CC BY-SA 4.0. Die jeweiligen Dateiseiten enthalten Urheber-, Lizenz- und Änderungsbedingungen. Bei Bearbeitungen Namensnennung, Lizenzlink, Änderungsvermerk und gegebenenfalls Weitergabe unter gleichen Bedingungen beachten.

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