EDCSproof-Energy Demand Control System – PROcess Optimization For industrial low temperature systems

EDCSproof entwickelt ein Zukunftskonzept zur Dekarbonisierung industrieller Energieversorgungs­systeme durch die Chancen der Digitalisierung. Schwerpunkt ist die online, prädiktive und ganzheitliche, rekonfigurierbare Regelung. Das Konzept wird im Labor optimiert, Skalierbarkeit und Einsatzmöglichkeiten für verschiedene Industriezweige werden in einer technisch-ökonomischen und ökologischen Bewertung abgesteckt.

Ausgangssituation

Die zunehmende Integration erneuerbarer Energien in das Stromnetz führt zu einem zunehmend schwankenden Angebot, das insbesondere in der energieintensiven Industrie immer flexiblere Verbraucher erfordert (Demand Side Management). Die Fertigungsindustrie ist oft nicht für diesen flexiblen Betrieb ausgelegt, da Speicher (elektrisch, thermisch, etc.) und Energieumwandlungskomponenten für das bedarfsgerechte Management (Power-to-Heat vorzugsweise durch Wärmepumpen zur Abwärmenutzung) noch nicht Standard sind. Darüber hinaus verfügen die meisten Energieversorgungssysteme in der Industrie über konventionelle Automatisierungs- und Prozessleitsysteme.

Dies hat zur Folge, dass diese Systeme nicht optimal (insbesondere nicht in Echtzeit, vorausschauend und ganzheitlich) in Bezug auf niedrigste CO2-Emissionen, Maximierung des Eigenverbrauchs erneuerbarer Energien, niedrigste Betriebskosten usw. betrieben werden. Gleichzeitig bleiben in der Industrie Abwärmemengen ungenutzt, die aus technischer Sicht von Hochtemperatur-Wärmepumpen für bis zu 150 °C genutzt werden könnten.

Projektverlauf

Primäres Projektziel ist die Entwicklung eines online, prädiktiven und ganzheitlichen, rekonfigurierbaren Regelungskonzepts für industrielle Energieversorgungssysteme, das die Integration erneuerbarer Energien durch den Einsatz von (thermischen) Energiespeichern (TES) unterstützt, als flexibler Verbraucher für elektrische Netze arbeitet (Demand Side Management unter Berücksichtigung dynamischer Tarife), die Effizienz durch optimale Regelung des Gesamtsystems erhöht und Abwärme durch den Einsatz von Hochtemperatur-Wärmepumpen (HTHP, < 150 °C) nutzt.

Dazu gehört auch eine benutzerfreundliche Mensch-Maschine-Schnittstelle für die effiziente Eingabe von Produktionsplänen, die Visualisierung von aktuellen und prognostizierten Anlagenzuständen sowie mögliche Eingriffe von Bedienern und Managern.

Anhand der Energiesysteme, Produktions- und Betriebsdaten von drei realen Industriestandorten (Wiesbauer, Fischer Brot) wird ein Referenzenergiesystem abgeleitet, das sich durch die Nutzung von Energiespeichern und den Einsatz von Wärmepumpen auszeichnet. Das prädiktive Online-Regelungskonzept optimiert den Betrieb des Energieversorgungssystems auf Ziele wie niedrigste CO2-Emissionen, Maximierung des Eigenverbrauchs erneuerbarer Energien, niedrigste Betriebskosten usw. Dies erfordert adäquate, schnelle und genaue Simulationsmodelle der Komponenten (Erzeuger, Speicher, Verbraucher). Experimentelle Tests von TES und HTHP führen zur weiteren Verbesserung der Modelle dieser beiden Komponenten.

Das innovative Online-Regelungskonzept wird im Labor für repräsentative Anwendungsfälle getestet und verbessert, dabei werden der Regler, TES und HTHP real aufgebaut, weitere Komponenten des Referenzenergiesystems werden emuliert. Parallel dazu und bis zum Abschluss des Projekts werden die Skalierbarkeit und Einsatzmöglichkeiten sowohl des Regelungskonzept als auch des Energiesystems für andere Prozesse und Industriezweige in einer technisch-ökonomischen und ökologischen Bewertung ermittelt.

Meilensteine

  1. Referenzenergiesystem erstellt, Modellstrukturen und –schnittstellen definiert
  2. Komponentenmodelle und Gesamtmodell erstellt
  3. Speicher und Hochtemperatur-Wärmepumpe im Labor getestet
  4. Regelungskonzept getestet und optimiert
  5. Human-machine interface fertiggestellt
  6. Gesamtsystem im Labor aufgebaut und getestet
  7. Systemtests im Labor unter repräsentativen Anwendungsfällen abgeschlossen
  8. Technisch-ökonomische und ökologische Bewertung durchgeführt

"Das erwartete Projektergebnis ist ein breit anwendbares, branchenübergreifendes Energiekonzept für die spätere Umsetzung an den Standorten der Projektpartner sowie für eine große Mehrheit der Unternehmen. Die Energieeffizienz und damit die Wettbewerbsfähigkeit der produzierenden Industrie werden gesteigert, der Anteil erneuerbarer Energien gefördert und die Vorreiterrolle Österreichs gestärkt."

- ZITAT Bernd Windholz -

Ergebnisse

Das erwartete Projektergebnis (als Teil der thematischen Modellregion NEFI) ist ein breit anwendbares, branchenübergreifendes Energiekonzept für die spätere Umsetzung an den Standorten der Projektpartner sowie für eine große Mehrheit der Unternehmen.

Die Energieeffizienz und damit die Wettbewerbsfähigkeit der produzierenden Industrie wird gesteigert, der Anteil erneuerbarer Energien gefördert und die Vorreiterrolle Österreichs gestärkt. Darüber hinaus werden Anlagenbauer, Automatisierungsexperten und Technologiehersteller langfristig von zusätzlichen Business Cases profitieren.

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Steckbrief

Projektnummer

868837

Koordinator

AIT Austrian Institute of Technology GmbH

Partner

Technische Universität Wien – Institut für Energietechnik und Thermodynamik
Technische Universität Wien – Institut für Mechanik und Mechatronik
Montanuniversität Leoben – Lehrstuhl für Energieverbundtechnik
Wiesbauer Holding AG (Wien) mit Wiesbauer Gourmet (Reidling, NÖ)
Fischer Brot GmbH (Linz, OÖ)
ILF Consulting Engineers Austria GmbH
evon GmbH
kleinkraft OG

Schlagwörter

Betriebsoptimierung, Digitalisierung, Regelung, Hochtemperatur-Wärmepumpe, Energiespeicher

Projektleitung

Bernd Windholz, Bernd.Windholz@ait.ac.at

Dauer

01/10/2018 - 30/09/2021

Budget

1,591,463€