Development of a causal model for efficient disassembly network design for XXL-products
Final Report Abstract
Das Handling von XXL bzw. großskaligen Produkten ist auf Grund des Gewichts und der Komplexität aufwandsintensiv. Daraus ergeben sich hohe Demontagekosten durch den Einsatz spezieller Recyclingmaschinen und hohe Transportaufwände durch Großraum- und Schwertransporte beim End-of-Life dieser Produktklasse. Das Ziel dieses Vorhaben bestand in der Untersuchung, ob und unter welchen Voraussetzungen eine räumlich verteilte Demontage für den Rückbau von großskaligen Produkten am Beispiel von Windenergieanlagen (WEA) ökonomisch sinnvoll eingesetzt werden kann und in der Entwicklung eines Wirkmodells für die effiziente Gestaltung von Demontagenetzwerken. Um dieses Ziel zu erreichen wurden insgesamt sechs Arbeitspakte bearbeitet. Zunächst wurden spezifische Anforderungen an den Demontageprozess von XXL-Produkten dokumentiert und daraus eine Methode für die Clusterung von Demontageplänen für XXL-Produkte anhand von transportspezifischen Anforderungen entwickelt. Anschließend erfolgte die Definition und Entwicklung des Rahmenszenarios und der Zielgrößen für die Bewertung von Demontagenetzwerken. Als Grundlage für das Rahmenszenario dient die aktuelle Situation des WEA-Ausbaus in Deutschland und die ab 2021 zu erwartende Rückbauwelle auf Grund der auslaufenden Subventionen. Als die zu minimierende Zielgröße für die Demontagenetzwerke wurden die Gesamtkosten, bestehend aus Eröffnungs-, Demontage- und Transportkosten, definiert. Um die Voraussetzungen für eine räumlich verteilte Demontage für den Rückbau von großskaligen Produkten untersuchen zu können wurde ein mathematisches Standortplanungs- und Allokationsproblem formuliert. Anschließend wurde mit einem Algorithmus unterschiedliche Probleminstanzen gelöst. Als Ergebnis hat sich gezeigt, dass eine räumliche Verteilung des Demontageprozesses für die Komponenten einer WEA in zwei Fällen kosteneffizient ist. Zum einen, wenn mit der Erhöhung der Demontagetiefe der WEA eine starke Reduzierung der Transportkosten einhergeht und zum anderen, wenn durch die Allokation von Demontageaufgaben auf spezialisierte Demontagefabriken die Demontagekosten reduziert und Erlöse des Komponentenverkaufs oder Recyclings erhöht werden. Diese Voraussetzungen sind vor Allem für technologisch anspruchsvolle Komponenten (hier: Maschinenhaus) und große Leichtbauteile (hier: Rotorblätter) gegeben. Großskalige Produkte mit einer hohen Dichte und einer geringeren technologischen Tiefe (hier: Turm) sollten hingegen weiterhin unverteilt am jeweiligen Standort demontiert werden. Außerdem bedarf die Etablierung von Demontagenetzwerken einem hohen Rückbaupotenzial in der jeweiligen Region, um eine hinreichende Auslastung zu initialisierender Demontagefabriken zu gewährleisten. Aus diesen Ergebnissen wurde ein Wirkmodell für die effiziente Gestaltung von Demontagenetzwerken für XXL-Produkte abgeleitet, mit dem Unternehmen potenzielle Aufgaben für die verteilte Demontage identifizieren können. In weiteren Forschungsvorhaben sollte eine zeitliche Dimension in das Optimierungsmodell integriert werden, um die Kapazitätsdimensionierung für die Demontagefabriken zu ermöglichen und untersuchen zu können, inwiefern Kapazitätsengpässe die Kosteneffizienz der verteilten Demontage beeinflussen. Des Weiteren könnte es von großem Interesse für unterschiedliche Stakeholder sein, zu untersuchen, ob die Anwendung des hier entwickelten Optimierungsmodells auch auf andere großskalige Produkte, wie zum Bespiel Offshore-Windenergieanlagen und Transformatoren, anwendbar ist. Abschließend lässt sich festhalten, dass es im Rahmen des hier beschriebenen Forschungsprojekts gelungen ist, die aufgestellt Forschungshypothese zu verifizieren und eine branchenweite Sensibilisierung für das Thema End-of-Life von XXL-Produkte (konkret WEA) stattgefunden hat.
Publications
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Effiziente Demontage von ausgedienten Windkraftanlagen. In: Umwelt Magazin, Springer VDI Verlag 46. Jg. (2016), H. 6, S. 16-17. ISSN 0173-363 X
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Effiziente Gestaltung von Demontagenetzwerken. In: ZWF - Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, Carl Hanser Verlag, 111. Jg. (2016), H. 5, S. 272-275. ISSN 0947-0085
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Rückbau von Altanlagen. In: Erneuerbare Energien, Sun-Media Verlags GmbH, Jg. (2017), H. 5, S. 48 ff. ISSN 1436-8773
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An Optimization Model to Develop Efficient Dismantling Networks for Wind Turbines. In: Operations Research Proceedings 2017, Springer-Verlag, Berlin, 2018, S. 239 ff. ISBN 978-3-319-89919-0
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Eine Rückbauwelle steht bevor. In: Energie & Management Stark im Wind, Energie & Management Verlagsgesellschaft mbh Jg. (2018) S. 21 ff. ISSN 0945-8794
Westbomke, M.; Piel, J.-H.
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What to do with the aging German wind fleet? In: WindTECH International, WindTech-Verlag, Jg. (2018) H. 14, S.7-9. ISSN: 1574-2415
Westbomke, M.; Piel, J.-H.
