SynErgie

Im Detail

Die Industrie maßgeblich mit Strom aus erneuerbaren Energien zu versorgen und damit die Energiewende erfolgreich zu gestalten - das ist das Ziel des im September 2016 gestarteten Forschungsprojekts »SynErgie«. In dem vom BMBF finanzierten Projekt mit ca. 80 Partnern aus Wissenschaft, Industrie und Gesellschaft untersuchen die Experten, wie Unternehmen ihre Prozesse und Betriebsorganisation so gestalten können, dass sich der Energieverbrauch flexibel an das volatile Energieangebot anpasst. Das Projekt befindet sich nun in der dritten Förderphase (2023-2026) welche die erarbeiteten Lösungen aus der ersten Förderphase (2016-2019) und zweiten Förderphase (2019-2023) praktisch umsetzt und validiert.

Produktionsprozesse und Querschnittstechnologien

Bezogen auf die Industrie bedeutet das eine branchenspezifische Anpassung von Produktionsprozessen und Querschnittstechnologien, um diese energieflexibel betreiben zu können. Dabei hat das Fraunhofer IPA über 40 denkbare energetische Flexibilisierungsmaßnahmen stellvertretend für die Automobilbranche bei einem Automobilhersteller und mehreren Zuliefererbetrieben identifiziert. Exemplarisch zu nennen ist die bivalente Beheizung eines Magnesiumdruckgussofens.

Derzeit entwickelt das Fraunhofer IPA in Zusammenarbeit mit dem Institut für Energieeffizienz in der Produktion (EEP) der Universität Stuttgart die Konzeption und Regelung einer energieflexiblen Fabrikstruktur. Neben Last- und Flexibilitätsmanagement werden sektorgekoppelte Energiespeicher eingebunden und die Nutzung von hybriden und bivalenten Betriebsstrategien berücksichtigt. Mittlerweile wurde die aussichtsreiche Flexibilitätsmaßnahme – der Energieträgerwechsel – in einem hybriden Forschungsofen in Zusammenarbeit mit der Hindenlang GmbH realisiert. Das Fraunhofer IPA und das EEP unterstützen dabei den Entwicklungsprozess mit simulativen Bewertungen neu eingesetzter Technologien die für einen hybriden Betrieb benötigt werden.

Plattformbasierte Automatisierung

Der zweite technologische Fokus des Fraunhofer IPA liegt auf der plattformbasierten Automatisierung der Vermarktung von Energieflexibilität mittels der Energiesynchronisationsplattform. Diese ermöglicht eine standardisierte und automatisierte Vermarktung der beschriebenen Energieflexibilitätsmaßnahmen von der Produktionsmaschine bis zum Energiemarkt. Hierfür ist es neben der Konzeption der entsprechenden IT-Plattformen (Unternehmens- und Marktplattform) notwendig, Energieflexibilität in einem Datenmodell abzubilden sowie geeignete Optimierungsstrategien für Unternehmen abzuleiten und in Form von IT-Services abzubilden. Derzeit wird für die Energiesynchronisationsplattform eine Referenzarchitektur definiert, das Energieflexibilitätsdatenmodell weiterentwickelt und um weitere Services sowie eine Community ergänzt.

Ein erster Prototyp der cloudbasierten Unternehmensplattform wurde gemeinsam mit dem Projektpartner TRIMET Aluminium SE realisiert und erfolgreich validiert. Derzeit werden weitere Partner wie Torun Bark und Alois Müller an die Plattform angebunden. Bei Torun Bark wird die Plattform genutzt, um die intelligente Betriebsführung eines Schmelzofen-Verbunds zu testen.

Energieflexible Modellregion Augsburg

In der Energieflexiblen Modellregion Augsburg werden die in den Arbeitsgebieten erarbeiteten Lösungen umgesetzt und validiert sowie der Transfer auf weitere Regionen analysiert. Die Modellregion trägt somit Demonstrator-Charakter für SynErgie. Die bisherigen Arbeiten im Rahmen der Energieflexiblen Modellregion Augsburg haben gezeigt, dass in Bezug auf die industrielle Energieflexibilität in Fabriken ganzheitlich, d.h. unter Berücksichtigung technischer, ökonomischer und personeller Gegebenheiten, gedacht werden muss. Zudem können energieflexible Fabriken nur dann umgesetzt werden, wenn darüber hinaus regionale Aspekte, wie die Herausforderungen der Netzbetreiber und Lieferanten sowie gesellschaftliche Fragestellungen berücksichtigt werden.

Energiesynchronisationsplattform

Ein wichtiges Ergebnis aus dem Projekt ist die entwickelte ESP, welche eine branchenübergreifende Lösung zum automatisierten und standardisierten Energieflexibilitätshandel darstellt. Sie ist aus aufeinander abgestimmten Unternehmensplattformen und einer Marktplattform zusammensetzt. Somit können Technologien und Methoden, die für jeweils nur eine Seite relevant sind, geschützt bleiben, ohne das Gesamtsystem in seiner Leistungsfähigkeit und Transparenz zu beeinträchtigen. Die Unternehmensplattform ist der Befähiger für Unternehmen zum automatisierten Energieflexibilitätshandel über eine Vermarktungskomponente mit über die Marktplattform vermittelten Services.

Aus Förderphase II ist die Bark Magnesium GmbH an die Energiesynchronisationsplattform angebunden. Zukünftig wird diese in der dritten Förderphase zudem unter anderem von GFT Integrated Systems GmbH und TRUMPF Werkzeugmaschinen SE + Co. KG.  validiert. 

Energieflexible Fabrik

Ein weiteres Beispiel für Flexibilitätsmaßnahmen in einer energieflexiblen Fabrik, welche über die Energiesynchronisationsplattform automatisiert werden können, sind fahrerlose Transportfahrzeuge. Ist das Energieangebot gerade hoch und somit die Stromkosten niedrig sowie zeitgleich die Produktion nicht voll ausgelastet, steuern gleich mehrere fahrerlose Transportfahrzeuge die Ladestation an, obwohl ihre Akkus erst halb entladen sind. Schwarmintelligenz macht es jetzt möglich. Ist Strom knapp und teuer, entladen die mobilen Roboter ihre Akkus und stellen Strom zur Verfügung. Auch die Lüftung der Fabrikhalle kann an die intelligente Stromversorgung angepasst werden. Die die Temperatur liegt dann zeitweise etwas über oder unter dem Mittelwert, aber immer im vorgegebenen Temperaturband. Zum selben Zeitpunkt schalten die bivalenten thermischen Verbrenner, welche Prozesswärme für industrielle Prozesse bereitstellen, automatisiert in den Gas- oder Wasserstoffbetrieb und werden in Zeiten des günstigeren Stroms wieder durch elektrische Heizregister ersetzt.

Förderphase III

Förderphase II

Förderphase I

»Unser Ziel ist, dass die Unternehmen die Energie dann nutzen, wenn sie verfügbar ist. Dafür wollen wir ihnen Strategien und Werkzeuge an die Hand geben.«

Prof. Dr.-Ing. Alexander Sauer