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Energieoptimierter Fabrikbetrieb

Sowohl auf nationaler als auch auf internationaler Ebene wird der Ausbau der Erzeugung von erneuerbaren Energien stark vorangetrieben. So wird eine Reduktion des Treibhausgasausstoßes bei der Stromproduktion erreicht. Die Erweiterung des Angebots an erneuerbaren Energien hat jedoch gleichzeitig einen negativen Einfluss auf die Versorgungsqualität, da viele dieser Energieträger unregelmäßig zur Verfügung stehen. Zur Sicherstellung des Angebot- und Nachfragegleichgewichts können flexible Verbraucher eine Antwort auf die volatile Erzeugung sein. Die Industrie, als Sektor mit dem größten Energiebedarf und großen Einzelverbrauchern, kann daher einen signifikanten Beitrag zum Gelingen der Energiewende leisten und gleichzeitig durch Flexibilitätsvermarktung an Energiemärkten Kosten reduzieren. Ein energieoptimierter Fabrikbetrieb kann es Unternehmen in Zukunft, ohne größere Investitionskosten, ermöglichen, durch so genannte „Demand Response“ Maßnahmen ein neues Geschäftsmodell zu erschließen und gleichzeitig die Verfügbarkeit von erneuerbaren Energieträgern möglichst gut auszunutzen.


Optimierte Betriebsstrategien


Die Umsetzung von optimierten Betriebsstrategien ist Zielsetzung des Schwerpunkts Energieoptimierter Fabrikbetrieb. Dabei sollen Produktionsmaschinen und Anlagen aus dem Bereich der Technischen Gebäudeausrüstung energieflexibel und möglichst effizient betrieben werden. Vorteile ergeben sich dabei in zweierlei Hinsicht. Die Flexibilität ermöglicht eine gute Ausnutzung von erneuerbaren Energieträgern – vereinfacht gesagt bedeutet es, dass produziert wird, wenn der Wind weht und die Sonne scheint. Zudem kann ein effizienterer Betrieb erreicht werden, wenn beispielsweise Wärme nur dann bereitgestellt wird, wenn diese benötigt wird und die effizientesten Erzeuger zuerst eingeschaltet werden. Weiterhin können einzelne Produktionsmaschinen in Nebenzeiten gezielt abgeschaltet werden.


Mathematische- und Simulationsmodelle


Um eine optimierte Steuerung und Betriebsführung von Maschinen und Anlagen zu ermöglichen, werden Modelle benötigt, welche den Fabrikbetrieb abbilden. So können Regler, Optimierungsmodelle oder Agenten auf Basis Künstlicher Intelligenz ausgeführt werden und Entscheidungen treffen. Die Modelle müssen dafür eine möglichst gute Abbildung der Realität erreichen, gleichzeitig jedoch sehr schnell berechnet werden. Diese Anforderungen stehen im Widerspruch, daher ergeben sich entsprechende Herausforderungen aus der Abwägung zwischen Genauigkeit und Berechnungsgeschwindigkeit.


Status-quo Erfassung und Bewertung


Die Abbildung des Status-quo in der Fabrik ist Grundvoraussetzung, für den energieoptimierten Fabrikbetrieb. Auf dieser Basis werden die Modelle erstellt und Agenten, Regler oder Modelle parametriert und ausgeführt. Die Status-quo Erfassung geht zugleich mit einem hohen Aufwand einher, da dafür detaillierte Informationen über alle betroffenen Anlagen und Maschinen benötigt werden. Hier ist ein Forschungsziel, den Aufwand für die Erfassung und darauf aufbauende Modellbildung zu reduzieren.


Befähigung von Anlagen (Soft- und Hardware)


Die zu steuernden Anlagen müssen Sollwertvorgaben verarbeiten können und ausführliche Zustandsinformationen bereitstellen. Daher ist es erforderlich, Softwareschnittstellen zu programmieren und passende Hardware auszuwählen. Teils können zudem Umrüstungen von Anlagen erforderlich sein, um komplexere Betriebsstrategien umsetzen zu können.


Wirtschaftlichkeitsbetrachtung


Die Einsparungen, welche durch energieoptimierten Fabrikbetrieb entstehen sind oft nicht einfach zu quantifizieren, daher ist die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ein weiterer Forschungsbereich. Dafür werden sowohl direkte Energieeinsparungen bewertet als auch Vermarktungsoptionen für verschiedene Arten von Energieflexibilität ausgewählt und analysiert. Dies erfordert interdisziplinäres Fachwissen, aus den Wirtschaftswissenschaften, über die Energiemärkte und die technischen Hintergründe der Flexibilitätsbereitstellung.

PTW, Grosch

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