Wie gelingt die Energiewende für die produzierende Industrie?
Die Energiewende bringt Bewegung in den Strommarkt. Je höher die Anteile von Wind- und Sonnenstrom sind, desto stärker schwankt das Angebot an elektrischer Energie und damit ihr Preis. Die Industrie sucht deshalb nach Möglichkeiten, wie sie ihren Strombedarf daran anpassen kann. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Konsortialprojekt SynErgie untersucht, wie vor allem energieintensive Produktionsprozesse ihren Stromverbrauch zeitlich flexibler gestalten können. An dem Projekt beteiligt sind Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). Sie erforschen, wie sich die Versorgung der Produktion mit Druckluft und technischen Gasen für diese Flexibilisierung nutzen lässt.
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Druckluft und technische Gase mit günstigem Strom produzieren
„Druckluft und technische Gase wie Stickstoff lassen sich gut speichern. Es bietet sich an, sie dann zu produzieren, wenn der Strompreis gerade günstig ist“, erklärt Prof. Dr. Jörg Franke, Leiter des Lehrstuhls Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik „Die Bereitstellung von Druckluft ist eine durchaus relevante Stellschraube. In Deutschland wenden Industriebetriebe dafür etwa sieben Prozent ihres Strombedarfs auf“, ergänzt der Wirtschaftsingenieur Ralf Böhm, der das Projekt am Lehrstuhl koordiniert. Bisher halten die Kompressoren meist die Druckluftspeicher auf einem bestimmten Niveau. Künftig sollen die Anlagen automatisch anhand des prognostizierten Bedarfs an Druckluft und der Vorhersagen für die Strompreise der nächsten Stunden oder Tage gesteuert werden. Ein ähnliches Vorgehen bietet sich für Stickstoff an. Das Gas ist in großen Mengen in der Umgebungsluft enthalten, weshalb es viele Betriebe aus Druckluft herstellen.
Grundlage für ein solches Konzept ist ein Industriebetrieb 4.0, der seine Produktionsabläufe anhand von Produktionsplanung, Zustandsdaten aller Anlagen, Strompreisentwicklung und vieler anderer Kenngrößen automatisch steuert.
Die Datenbasis für die Automatisierung
In der ersten Projektphase soll unter anderem geklärt werden, welche Messdaten für eine automatisierte Steuerung der Druckluft- und Stickstoffproduktion nötig sind. Die FAU-Forscher untersuchen dazu die Versorgungsanlagen und messen an allen Anlagen-Komponenten Stromverbrauch, Gas- bzw. Luftproduktion und verschiedene Zustandsgrößen. Eine Frage ist unter anderem, welche Messgrößen an welchen Stellen der Anlage und in welch zeitlicher Auflösung erhoben werden müssen. Außerdem wollen sie weitere Ansatzpunkte ausleuchten und beispielsweise klären, ob und wann eine zusätzliche Speicherung der Gase ökonomisch sinnvoll ist.
Der zweite Punkt ist die Erstellung von Bedarfsprognosen für Stickstoff oder Druckluft. Dafür braucht man eine Datenbasis, anhand der für bestimmte Prozessschritte oder Produktionsaufgaben der Druckluftbedarf vorhergesagt werden kann. Die Forscher wollen unter anderem für beispielhafte Produktionsanlagen klären, welche Art von Messungen nötig sind, sowie an welchen Stellen der Anlage und wie oft diese erhoben werden müssen.
Die produzierende Industrie im Smart Grid
Industriebetriebe, die ihren Strombedarf flexibel steuern können, sind ein wichtiger Bestandteil für die intelligenten Stromnetze der Zukunft. Diese Smart Grids sollen künftig Stromangebot und Bedarf in der Balance halten, indem sie Verbraucher, Speicher und Erzeuger automatisch aussteuern und dafür zum Beispiel auch die Prognosen der Industrie über ihren Strombedarf für die nächsten Minuten und Stunden heranziehen.
Das Projekt SynErgie
SynErgie – kurz für Synchronisierte und energieadaptive Produktionstechnik zur flexiblen Ausrichtung von Industrieprozessen – ist eines von vier „Kopernikus-Projekten für die Energiewende“, die das BMBF über die nächsten zehn Jahre fördert. Bis 2018 stellt das BMBF bis zu 120 Millionen Euro für die vier Projekte bereit. Unter Leitung des Instituts für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen der TU Darmstadt haben sich insgesamt 84 Partner aus Industrie und Forschung in SynErgie zusammengeschlossen.
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