Optimale Planung und den Betrieb von effizienten „Net-Zero Energy Factories“

27.01.2020 von 16:15 bis 17:00

CSR -1

Die Herausforderungen des Klimawandels sind von Tag zu Tag offensichtlicher. In neuem Bericht des Club of Rome[1] sprechen die Autoren über einen Paradigmenwechsel, der sich in den letzten 30-40 Jahren vollzogen hat, von einer leeren in eine volle Welt, Zitat[2]: „…45 Jahren nach den Grenzen des Wachstums, verfolgt die Welt immer noch eine Wachstumspolitik, als ob wir in der leeren Welt lebten.“. Das Konzept „Net-Zero Energy System“ ist eine neuartige Antwort auf diese neue Herausforderung. Es setzt zum ersten Mal als Hauptzielfunktion nicht auf die Wirtschaftlichkeit, sondern auf die Emissionsbegrenzung der Treibhausgase. Zurzeit wurden für das Konzept „Net-Zero-Energy“ grundsätzlich nur kleine Systeme, wie Häuser oder Gebäude, berücksichtigt. Größere und komplexere Systeme, wie Städte oder Fabriken, wurden von der wissenschaftlichen Kommunität nur wenig untersucht. Dank deren intrinsischen Eigenschaften, stellen die Fabriken ein ideales Forschungsfeld dar, um die Digitalisierung, Dekarbonisierung und Dezentralisierung in Industrien einzuführen und zu beschleunigen.

Allerdings ist eines der größeren Herausforderungen, um „Net-Zero-Energy Factory“ zu planen und betreiben zu können, dessen Flexibilitätsgradbestimmung. Für diesen Zweck fehlen Normen und Standards, sowie praktische Beispiele, welche eindeutig die Flexibilität des Systems identifizieren und bewerten können.

Der Hauptbeitrag des Forschungskolloquiums liegt auf der einen Seite in der Vorstellung und Erklärung einer Methodologie für die Identifizierung und Bewertung der Flexibilität innerhalb einer Fabrik und auf der anderen Seite in der Planung und dem Betrieb neuer und effizienter Flexibilitätsoptionen. Eine holistische Methodologie für die Identifizierung und Bewertung des Flexibilitätsgrades wurde entwickelt. Sie betrachtet gleichzeitig sowohl die technischen Ressourcen, (Maschinen für den Produktionsprozess) als auch die Arbeitskräfteressource (die Mitarbeiter welche die Maschinen bedienen). Die Methodologie bewertet den Flexibilitätsgrad von verschiedenen Produktionsprozessen. Um die Vielfalt der Produktmodelle nachzubilden, wurde die Arbeitszeit jeder Maschine durch stochastische Distributionen gekennzeichnet.

Nach der Identifizierung und Bewertung der Flexibilitätsoptionen betrachtet die entwickelte Methodologie deren Planung. Es werden Energiespeicher (Batterie), Materialspeicher in Kombination mit Demand Side Management Programmen untersucht. Neben dem Flexibilitätsgrad spielt für die „Net-Zero-Energy- Factory“ die Steigerung der Energieeffizienz eine wichtige Rolle. Um diese Aspekte zu betrachten, wurde die Integration von Smart Transformer innerhalb hybrider industrieller AC-DC Microgrids untersucht.

Steuerungsfunktionen für das Energiemanagementsystem bzw. Smart Transformer der Fabrik wurden entwickelt, um die Fabrik als „Net-Zero-Energy“ zu betreiben. Sie sind auf dem heuristischen Algorithmus basierend und steuern die Produktionsprozesse optimaler Weise, damit die Produktion zu 100% durch regenerative Energie versorgt wird.

Die entwickelte Methodologie wird auf Beispiel einer KMU in Deutschland veranschaulicht, dass durch eine PV Anlagen versorgt wird.

 

[1] Ernst Urilich von Weizsäcker, Andreas Wijkman, Cub of Rome – Der große Bericht. 2019, ISBN 978-3-570-55410-4

[2] S.o. Seite 35, Absatz 2.

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