Forschung für die Produktion 06. Dez 2019 von Martin Ciupek

Strategien für flexiblen Energieverbrauch in der Industrie

Die Industrie gehört zu den großen Energieverbrauchern. Durch Energieflexibilität lassen sich Ressourcen besser nutzen und Kosten senken, wie das Forschungsprojekt SynErgie verdeutlicht.

Energieflexibilität spielt eine entscheidende Rolle in Unternehmen, bei denen es üblicherweise zu hohen Spitzenbelastungen kommt. Ein Beispiel ist die Aluminumherstellung. Die Datenerfassung und -analyse in einer Cloud-Umgebung kann hier das Management des Energiebedarfs deutlich erleichtern.
Foto: TRIMET Aluminium SE

Der Energiebedarf von Industrieanlagen ist meist hoch und unter teilweise großen Schwankungen – beispielsweise beim Schmelzen von Metallen. Gleichzeitig stehen erneuerbare Energien nicht kontinuierlich in der benötigten Leistung zur Verfügung und hohe Leistungsspitzen müssen Unternehmen bei den Energieversorgern teuer bezahlen. Die Lösung liegt in der Energieflexibilität, die im Forschungsprojekt SynErgie von Forschern aus Darmstadt und Stuttgart genauer untersucht wurde.

Potenziale im flexiblen Energiemanagement

Wo sich ein flexibler Einsatz von Energien in der Produktion lohnen kann, machen einfache Beispiele aus der Logistik und der Metallschmelze deutlich. Gabelstapler und fahrerlose Transportsysteme im Lager und der Produktion können beispielsweise gezielt dann aufgeladen werden, wenn der sonstige Energiebedarf gering ist oder gerade viel Strom erzeugt wird – selbst wenn ihre Akkus noch halb voll sind. Andersherum können die aufgeladenen Fahrzeuge auch als Energielieferant dienen, um Spitzen beim Strombedarf in der Fabrik nach außen abzumildern. Entsprechende Regelungsstrategien können auch für Prozesse z. B. in Aluminiumhütten wichtig sein, die hohe Spitzenlasten beim Aufschmelzen von Aluminiumerz (Bauxid) und Aluminiumschrott erzeugen. Gleichzeitig speichern die Schmelzbehälter die Wärmeenergie über einen längeren Zeitraum. Hier gibt es also Prozessfenster, in denen ein flexibles Energiemanagement möglich ist.

Insgesamt 40 solcher Beispiele haben Forscher im Rahmen des Projektes SynErgie identifiziert und nun in dem Buch „Energieflexibilität in der deutschen Industrie“ zusammengefasst. Federführend waren dabei Professor Eberhard Abele, Leiter des Instituts für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der Technischen Universität Darmstadt, und Professor Alexander Sauer, Leiter des Instituts für Energieeffizienz in der Produktion (EEP) der Universität Stuttgart und des Bereichs Ressourceneffiziente Produktion am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart. Die Wissenschaftler haben dabei acht Wirtschaftszweige beleuchtet und für jeden ein Bündel an Flexibilisierungsmaßnahmen erarbeitet.

Weil der kurzfristige Handel mit Strom gerade für kleine und mittlere Unternehmen oft nicht transparent und damit kaum wirtschaftlich zu realisieren ist, entwerfen die Forscher eine IT-Plattform für den automatisierten und standardisierten Energieflexibilitätshandel. Einen ersten Prototypen der Cloud-basierten Plattform haben die Forscher inzwischen zusammen mit dem Aluminiumhersteller Trimet realisiert. Das Unternehmen mit Sitz in Essen kann damit den Handel von Lastflexibilität nun über eine standardisierte Schnittstelle abwickeln, heißt es dazu in einer Stellungnahme vom Fraunhofer IPA.

Forschungsprojekt geht in die nächste Runde

Laut der Beschreibung des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts SynErgie vom Projektstart im Jahr 2016, ließen sich durch die Anwendung von Flexibilitätsmaßnahmen die Energieversorgungskosten der Industrie deutlich senken und gleichzeitig der CO2-Ausstoß reduzieren. Die genauen Ergebnisse fassen die Forscher nun in Ihrem Abschlussbericht in Buchform zusammen, der gleichzeitig Auftakt zur zweiten Förderphase des Projektes ist. Im Fokus steht dabei die Anforderung, die deutsche Industrie zu befähigen, ihren Energieverbrauch noch besser an das volatile Angebot von Wind- und Solarparks anzupassen. Dafür sollen technologische Konzepte weiterentwickelt sowie anhand von Demonstratoren umgesetzt und evaluiert werden. Darüber hinaus sollen Lösungen entwickelt werden, um die Flexibilität automatisiert und damit wirtschaftlich zu vermarkten. Die Folgeergebnisse sollen schließlich bis zum Jahr 2022 erarbeitet sowie in der Modellregion Augsburg in der Praxis erprobt werden. Laut Fraunhofer IPA plant das BMBF SynErgie in der zweiten Phase mit rund 30 Mio. € zu fördern.

Richtlinie kann Orientierung bieten

Wichtige Begriffe zur Energieflexibilität fasst die neue Richtlinie VDI 5207 Blatt 1 zusammen. Sie definiert zudem den Prozess zur Identifikation und Vermarktung. Die Richtlinie, die im Oktober veröffentlicht wurde, behandelt speziell energieflexible Fabriken produzierender Unternehmen. Als Maßnahmen für Energieflexibilität benennt sie unter anderem die Anpassung von Prozessstarts, die Unterbrechung von Prozessen, die Anpassung von Prozessparametern, Maschinenbelegung und Auftragsreihenfolge. Weitere Maßnahmen sind die Speicherung von Energie, der Wechsel der Energiequelle sowie die Anpassung von Pausenzeiten oder Schichtzeiten. Die Richtlinie VDI 5207 Blatt 1 zeigt dabei wie Kennzahlen zur Energieflexibilität entwickelt werden, erläutert die verschiedenen Beschaffungsmärkte und beschreibt Entscheidungswege. Darüber hinaus beschreibt sie einen Prozess, mit dem Energieflexibilisierungspotenziale erkannt und nutzbar gemacht werden können.

Weitere Informationen zum Buch mit den Ergebnissen des SynErgie-Projektes sowie der VDI-Richtlinie gibt es im Internet.

Tags: Energie, Industrie

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