TotalSystemControl (ToSyCo)

Industriellen Energieverbrauch ganzheitlich optimieren

03. Juni 2020, 13:24 Uhr   |  Hagen Lang

Industriellen Energieverbrauch ganzheitlich optimieren
© Fraunhofer IISB

Das Fraunhofer IISB hat die Plattform ToSyCo (TotalSystemControl) zur Simulation und Steuerung industrieller, sektorengekoppelter Energiesysteme entwickelt. Für das Reallabor IISB ermittelte das ToSyCo Einsparpotentiale in Höhe von 25 % beim Leistungspreis und 6,5 % beim Arbeitspreis.

Analyse, Optimierung und Betrieb der Energiesysteme industrieller Anlagen sind komplex. Die Optimierungsziele Effizienzerhöhung, Lastspitzenreduktion und Eigenverbrauchserhöhung führen häufig zu Widersprüchen. Verbesserungen in einem Teilsystem führen in Bezug auf das gesamte System nicht unbedingt zu Effizienzerhöhungen und wirtschaftlichen Vorteilen, weshalb stets das Gesamtsystem betrachtet werden muss.

Für diese Problematik entwickelte das Fraunhofer IISB die Plattform ToSyCo (TotalSystemControl) zur Simulation und Steuerung sektorengekoppelter Energiesysteme. Die Energiesysteme vieler Industrie- oder Produktionsbetrieben zeichnen sich dadurch aus, dass neben elektrischem Strom noch weitere Energieformen benötigt werden. Für die Beheizung, Luftaufbereitung oder auch für einzelne Prozesse wird Wärme auf verschiedenen Temperaturniveaus genutzt. Daneben ist aber auch Kälte notwendig, zum Beispiel für Klimatisierung und Prozesskühlung. Andere Anwendungen im Produktionsbereich werden mit Dampf, Druckluft oder Vakuum versorgt. ToSyCo identifiziert auch in komplexen Systemen Möglichkeiten zur Reduktion von Lastspitzen und Optimierung des Betriebspunkts von Erzeugungsanlagen, sodass innerhalb lokaler Energiesystem wirtschaftliche Vorteile in Form von Kosteneinsparungen erreicht werden. 

Am Reallabor für dezentrale Energiesysteme am Fraunhofer IISB in wurde ToSyCo integriert: Ein Batteriespeichersystem mit einer Kapazität von 60 kWh (aktuell Ausbau auf 100 kWh), ein Großkältespeicher mit einem Volumen von 80 m³, ein Blockheizkraftwerk (BHKW) mit einer elektrischen Leistung von 150 kW und einer Wärmeleistung von 210 kW, zwei Wärmespeicher mit jeweils 12 m³ Volumen sowie eine Wärmepumpe mit einer Wärmeleistung von 50 kW. Die zukünftige Integration weiterer Anlagen, wie eine Redox-Flow-Batterie, ist bereits geplant und vorbereitet. 

Die Betriebsstrategie wurde in zwei Ebenen aufgeteilt: Einer globalen Betriebsstrategie, in der übergeordnete Funktionen wie Lastprognosen der Energiebedarfe, das modellbasierte Fahrplansystem für Energiespeicher sowie die sektorenübergreifende Lastspitzenreduktion ausgeführt werden. Weiterhin werden verschiedene Preismodelle berücksichtigt. Auf der zweiten Ebene wird die Funktionalität der lokalen Anlagensteuerungen (z. B. SPS) beschrieben, zu welcher die Basis-Funktionen (z.B. Durchflussregelung, Motorklappenansteuerungen etc.), Sicherheitsfunktionen wie Messwertüberwachung und die Bedienung der Anlage gehören. Für eine Schraubenverdichter-Kältemaschine mit Rückkühlwerk wurde z.B. eine optimale Betriebsstrategie unter Einbeziehung von Last- und Wetterprognosen entwickelt, mit der die Lastspitze am Fraunhofer IISB um etwa 25 % reduziert werden kann.

Bei einer Lastspitze von einem Megawatt und einem angenommenen Leistungspreis von 100 Euro pro Kilowatt würde das einer Einsparung von 25.000 Euro pro Jahr entsprechen. 

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