Energiewende trifft Industrie 4.0

Management - Smart Energy

Vernetzung - Forscher der RWTH Aachen entwickeln ein System zur Flexibilisierung des regionalen Energienetzwerks. Ziel ist eine gemeinsame Plattform für industrielle Verbraucher und dezentrale Erzeuger regenerativer Energie.

04. Februar 2016

Schon heute schätzen 1.300 deutsche Unternehmen die Energiekosten einer Studie der DIHK zum Industriestandort Deutschland zufolge als mögliches großes Konjunktur- und strukturelles Standortrisiko ein. Es ist daher wenig verwunderlich, dass die Energiewende seitens der Industrie in erster Linie als Ursache für steigende Preise wahrgenommen wird. Ein Grund dafür ist, dass bei der aktiven Gestaltung der Energiewende die Verbraucherseite derzeit eher eine passive Rolle einnimmt und so die in der Produktion schlummernden Potenziale für Lastmanagement in der öffentlichen Diskussion meist aus Netz- und Erzeugungssicht betrachtet werden.

Virtuelle Schnittstelle

Um dies auch auf die Verbraucherseite auszudehnen, befassen sich Forscher mit der Frage, wie diese besser in das Lastmanagement eingebunden werden können. Deshalb ist im August 2015 das Projekt Flaixenergy gestartet – unter Leitung des Instituts FIR an der RWTH Aachen (Aachen = Aix-la-Chapelle). Ziel des Konsortiums aus Hochschul- und Industrievertretern ist die Entwicklung einer Plattform zur Integration industrieller Verbraucher und dezentraler Erzeuger von regenerativer Energie.

Verbraucher und Erzeuger

Die Verbraucher werden in einem sogenannten Flexibilitätscluster zusammengefasst, die Erzeuger in virtuellen Kraftwerken.

Beide Seiten werden dann durch eine Plattform so aufeinander abgestimmt, dass die Vermarktung des regionalen Stromverbrauchs industrieller Anwender mit der dezentralen Energieerzeugung synchronisiert werden kann. Kernelement der Plattform ist ein Mechanismus, der die Flexibilität der industriellen Verbraucher bewertet und ihnen damit eine Möglichkeit zur Partizipation am Regelenergiemarkt oder Spotmarkt ermöglicht. Durch intelligente Prognose- und Regelmodelle können die Cluster von günstigeren Bezugskonditionen am Spotmarkt als auch an der Partizipation am Regelenergiemarkt profitieren, um die eigenen Energiekosten zu senken.

Dabei wird grundsätzlich ein Ausgleich auf lokaler Ebene einem Ausgleich auf überregionaler Ebene vorgezogen.

Lokal statt überregional

Die Plattform wird in der Modellregion Aachen prototypisch umgesetzt. Das Forschungsvorhaben liefert damit einen Beitrag, die Energieversorgung wirtschaftlich und umweltverträglich zu gestalten und gleichzeitig eine hohe Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Durch gezielten Zusammenschluss der Verbraucher in Clustern kann die bestehende Energieflexibilität der einzelnen Unternehmen aufsummiert über die Flaixenergy-Plattform als Datendrehscheibe und intelligenter Marktplatz anderen angeschlossenen Parteien zur Verfügung gestellt werden. Die Aggregation kann den lokalen Gegebenheiten folgen oder auch virtuell benötigte Verbrauchscharakteristika bündeln.

Mehrstufiger ausgleich

Die Forscher haben vor, den Verbrauchs- beziehungsweise Erzeugungsausgleich mehrstufig mittels eines kaskadierten Ausgleichsmodells vorzunehmen. In erster Instanz im Unternehmen selbst unter Einbezug ungenutzter Speicherpotenziale, dann unternehmensübergreifend im Flexibilitätscluster oder auch zwischen Verbrauchs- und Erzeugungsclustern auf Verteilnetzebene. Hierdurch können die Höchstspannungsnetze entlastet werden und somit Ausbaukosten gesenkt und Netzinstabilitäten verringert werden.

Eine weitere Schnittstelle bindet andere Smart-Market-Systeme als zusätzliche externe Ausgleichquelle mit ein, falls der Ausgleich nicht auf regionaler Ebene erfolgen kann.

Erfassungshardware nötig

Um die notwendigen Verbrauchsniveaus der einzelnen industriellen Verbraucher erheben zu können, müssen diese mit geeigneter Erfassungshardware ausgestattet sein. Hierbei wird von einer abgestuften Energieflexibilitätserfassung ausgegangen, je nachdem bis zu welcher Ebene die Messdaten erfasst werden können. Die Flaixenergy-Lösung greift in erster Instanz soweit wie möglich auf bereits bestehende innerbetriebliche Hard- und Softwaresysteme zur Erhebung der Energiedaten zurück. Um eine spätere Implementierung gerade auch im Bereich der KMU zu ermöglichen, muss die aufzusetzende unternehmensinterne Energiemanagementlösung mittels geeigneter Stell- und Kenngrößen mit den bestehenden Produktionsplanungs- und -steuerungssystemen verbunden werden. Die Sicherheit der auf der Plattform bereitgestellten Energieflexibilitätsdaten spielt hierbei eine bedeutende Rolle. Informationen werden nur an berechtigte Nutzer weitergegeben, die hierfür freigeschaltet wurden.

Auf unerwartetes reagieren

Einen wesentlichen Treiber zur Erschließung solcher Verbesserungspotenziale im Energiemarkt bildet die Idee von Industrie 4.0. Der Begriff umfasst echtzeitfähige, intelligente, horizontale und vertikale Vernetzung von Menschen, Maschinen, Objekten und IKT-Systemen zum dynamischen Management von komplexen Systemen.

Eine solche Vernetzung findet auch im Projekt Flaixenergy statt. Durch den systematischen Einsatz von IT werden Vorgänge weiter flexibilisiert und unerwartete Schwankungen in Systemen nivelliert. Dazu müssen Vorgänge aber zunächst erfassbar gemacht werden, anschließend auswertbar, erst dann entsteht durch Algorithmen eine Prognosefähigkeit, und es erfolgt eine Ableitung von Handlungsschemata, die das System steuerbar machen

Digitales abbild der Vorgänge

Leider ist die Vision dieser vollständigen Automatisierung noch lange nicht erreicht – und selbst den Beweis einer vierten industriellen Revolution gilt es in den kommenden Jahren noch zu führen. Die Forscher werden über drei Jahre hinweg in verschiedenen Teilprojekten die Entwicklung der Flaixenergy-Plattform vorantreiben. Zunächst werden Verfahren zur Verbrauchsprognose erarbeitet und lokale Energiecluster konzeptioniert. Die anschließende Konzeption der Plattform an sich geht einher mit der Definition intelligenter Dienstleistungen, die das Zusammenspiel von Erzeuger und Verbraucher koordinieren. Dazu werden die Lösungen zur Energieverteilung erarbeitet.

Das Konzept wird dann mit lokalen Erzeugern und Verbrauchern getestet. Die Ergebnisse fließen in einen Standardisierungsprozess des DIN ein. Langfristig bedeutet die Übertragung von Industrie 4.0 auf das Energiemanagement, relevante Energieflüsse zu identifizieren und durch IT zu erfassen, mit anderen Systemen zu vernetzen und so die Grundlage für eine vollständige digitale Repräsentation der Vorgänge zu schaffen.

Astrid Walter (FIR, RWTH)

Erschienen in Ausgabe: 01/2016