Angesichts des steigenden Anteils fluktuierend einspeisender Stromerzeuger, wie beispielsweise Windkraftanlagen, ergeben sich neue Herausforderungen für eine bezahlbare und stabile Stromversorgung. Produktionsanlagen und ganze Industrieprozesse beinhalten ungenutzte Potenziale zur energetischen Flexibilisierung. Über eine Ertüchtigung der entsprechenden Produktionsprozesse und -anlagen können systemrelevante Netzdienstleistungen in großem Umfang kosteneffizient bereitgestellt werden. Anlagen, die in PHI-Factory betrachtet werden, sind beispielsweise Lüftungsanlagen, Blockheizkraftwerke, Stromspeicher und Werkzeugmaschinen. Neben der Verschiebung von Lasten werden im Projekt PHI-Factory Maßnahmen zur Verbesserung der Netzqualität sowie die Einbindung von dezentralen Erzeuger- und Speichersystemen in das Energiemanagement untersucht.

Zentrales Forschungsziel des Vorhabens ist es, technische und organisatorische Lösungen zu entwickeln, mittels derer Industriebetriebe als aktives Regelelement zeitgleich Energiekosten einsparen und das Stromnetz stützen können. Die entwickelten Lösungen werden in der ETA Forschungsfabrik am Campus Lichtwiese der TU Darmstadt integriert und experimentell erprobt.

 

 

Zentrale Projektergebnisse

 

Im Rahmen von PHI-Factory wurde die ETA-Fabrik zur vollständig digitalisierten, energieflexiblen Modellfabrik ausgebaut. Sie setzt Maßstäbe zur Energietransparenz in der Produktion mit einem vollständigen Monitoring von Energie- und Prozessdaten. Zukünftige Energieflüsse können so antizipiert werden und der elektrische Lastgang in Abhängigkeit von Wetter- und Marktdaten angepasst werden. Dabei wird nicht nur ein energetisch optimaler Produktionsplan aufgestellt, sondern kaskadiert auch die Versorgungstechnik inklusive der Eigenerzeugung und Energiespeicher an die Umweltbedingungen angepasst. Dabei wurden u.a. erstmals Methoden aus dem Bereich des maschinellen Lernens für industrielle Energiesysteme eingesetzt. Es wurde eine künstliche Intelligenz entwickelt, die selbstständig ein optimiertes Betriebsverhalten erlernt. Erstmals wurde ein hocheffizienter hybrider Energiespeicher, bestehend aus einem Schwungmassenspeicher und Lithium-Ionen-Batterie, im industriellen Kontext eingesetzt und erprobt. Der Speicher integriert dabei die Ladestrategien für die werksgebundene E-Mobilität. Die Fabrik kann somit bei in Zeiten mit geringer Einspeisung aus erneuerbaren Energien bis zu ca. 1-2 Stunden autark betrieben werden. Bis zu 100% der elektrischen Fabriklast kann so flexibilisiert und um mehrere Stunden verschoben werden. So kann der Netzbezug auf besonders günstige Zeiten mit hoher Verfügbarkeit erneuerbarer Energien verschoben werden. Zusätzlich wurden Netzumrichter befähigt Blindleistung bereitzustellen und Netzoberschwingungen zu kompensieren, sodass die Spannungsqualität optimiert werden kann. Dabei wurden erstmals auch die Einflüsse von energieflexiblen Fabriken auf die Verteilnetze untersucht.