Ziel des Projekts SynErgie ist es, die Industrie maßgeblich mit Strom aus erneuerbaren Ressourcen zu versorgen. Allerdings erzeugen Solarparks oder Windkraftanlagen je nach Wetterlage und Jahreszeit unterschiedlich viel Energie. Aufgabe der Partner ist es daher, Industrieprozesse an eine volatile Versorgung anzupassen.

Flexibilität und Effizienz in Einklang bringen

Bei den Prozessen stellte sich heraus, dass Flexibilitätspotenziale in fast allen Branchen vorhanden sind. Diese lassen sich aber nur heben, wenn die Prozesse weiterentwickelt werden. Eine Herausforderung ist dabei, Flexibilität und Effizienz in Einklang zu bringen. »Maschinen sind heutzutage vorrangig darauf ausgelegt, möglichst effizient in ihrem Betriebspunkt zu arbeiten, und das zumeist mit einem Energieträger. Mit der Energiewende wird es auf der Verbraucherseite zunehmend zu einem Paradigmenwechsel kommen, indem Anlagen bezüglich des Energiebezugs immer flexibler und somit auch außerhalb des bisherigen energetischen Optimums betrieben werden müssen«, erklärt Professor Alexander Sauer, der das Projekt am Fraunhofer IPA leitet. Als erweiterte Alternative zum flexiblen Energiebezug biete sich auch der Wechsel des Energieträgers an, zum Beispiel von Gas auf Strom, da so bewusst das Energienetz be- oder entlastet werden kann, ergänzt der Experte. Um die Chancen zu nutzen, muss Flexibilität neben den bisherigen Planungsparametern im Produktionsprozess als feste Optimierungsgröße etabliert werden. »Mit einer flexiblen Betriebsweise von energetischen Verbrauchern können wir Schwankungen im Energiesystem begegnen«, fasst Sauer zusammen.

Um die flexibilisierten Prozesse zu vernetzen und zu digitalisieren, werden Konzepte für die Informations- und Telekommunikation (IKT) benötigt. Die IPA-Experten arbeiten im Projekt an einer IT-Plattform, die Unternehmen und Energielieferanten zusammenbringt. Als Basis dient die am IPA entwickelte Cloud-Plattform Virtual Fort Knox. »Eine Grundvoraussetzung ist, alle Bestandteile der Energieversorgungskette an die Plattform anzubinden und einen durchgängigen Informationsfluss zu gewährleisten – vom Windpark bis zur Maschine in der Produktionslinie«, erklärt IPA-Forscher Dennis Bauer, der in diesem Projektcluster mitwirkt. Digitale Services, die auf der Plattform laufen, greifen auf die Daten zu und bestimmen den bedarfsgerechten Einsatz verschiedener Flexibilitätsoptionen, welche aktuell zur Verfügung stehen. Hierfür wurde gemeinsam mit Partnern ein durchgängiges Datenmodell entwickelt, das alle Schritte von der Erfassung über die Optimierung bis zur Vermarktung der Energieflexibilität mit digitalen Services beinhaltet.

Neue Zielgrößen geben den Ton an

Die vernetzten und digitalisierten Prozesse lassen sich nach verschiedenen Zielkriterien optimieren. Dafür werden neuronale Netze entwickelt, um mit gezieltem Training künstliche Intelligenz soweit zu befähigen, konkrete Anwendungsprobleme zu lösen. Dazu gehören etwa die Minimierung des Modellierungsaufwands. Außerdem arbeitet das Konsortium an einer neuartigen Regelungsstrategie für virtuelle Kraftwerke. »Mehrere kleine Energiequellen, zum Beispiel Solarzellen auf Hausdächern, werden virtuell zu einem großen Kraftwerk zusammengeschlossen. Jetzt gilt es, die Verteilung zu optimieren«, informiert Bauer. Das SynErgie-Konsortium entwickelt zudem Umsetzungsstrategien, um energieeffiziente Prozesse bei schwankenden Energiepreisen bestmöglich in den Produktionsplan zu integrieren. »Geeignete Arbeitsschritte könnten teilweise kurzzeitig beschleunigt oder verlangsamt werden, um so auf den momentanen Leistungsbezug Einfluss zu nehmen«, weiß der Experte.