Eine weitere Verbreitung von Speichern könnte helfen, in jeder Fabrik bis zu 15 Prozent Energie einzusparen. Für die optimale Auslegung dieser Speicher gilt es jedoch, viele Faktoren zu berücksichtigen. Dafür entsteht im Projekt Energiespeicher in der Produktion (ESiP) nun ein nutzerfreundliches Planungswerkzeug.
Dezember 2022 – Eine ganz normale Situation im Alltag eines Produktionswerks: An verschiedenen Fräs- und Umformmaschinen werden Teile bearbeitet. Die schnellen Bearbeitungsvorgänge werden durch unzählige Beschleunigungs- und Bremsvorgänge der Antriebe ermöglicht. Dabei entstehen starke Netzschwankungen mit erheblichen Leistungsspitzen, die aber den elektrischen Betriebsmitteln schaden können. Um zu hohen Beanspruchungen vorzubeugen, wird oft die Elektroinstallation überdimensioniert, was wiederum zu Verlusten in Teillastzuständen führt und hohe Kosten für den Netzanschluss (Netzentgelte) verursacht.
Doch das müsste nicht so sein – wenn die Konstrukteure dieser Maschinen ein nutzerfreundliches Planungswerkzeug an der Hand hätten, das die geeignete Speichertechnologie ermittelt, eine sinnvolle Speichergröße berechnet und eine Empfehlung für den Betrieb erarbeitet. Heute wird die Auslegung von Energieversorgung und -verteilung meist mit einer Tabellenkalkulation ermittelt und großzügig gerundet, um Unsicherheitsfaktoren auszugleichen. Die Folge sind oft überdimensionierte Komponenten. Viele Betriebsleiter verzichten mit Blick auf die Anschaffungskosten ganz auf Energiespeicher. Ein Fehler, denn oft wird völlig unterschätzt, in welchen Größenordnungen wertvolle Energie dann ungenutzt bleibt.
Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU ist Koordinator im vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Projekt »Energiespeicher in der Produktion« (ESiP), in dem bis Ende Februar 2025 der Prototyp für eine maßgeschneiderte, bedienerfreundliche Software entwickelt wird. Dieses Software-Tool wird alle gängigen Energiespeichertechnologien berücksichtigen. Das Potential ist enorm: Rund ein Drittel des Stromverbrauchs in Deutschland entfällt auf den Industriesektor; Dank intelligenter Zwischenspeicherung könnte ESiP helfen, in jeder Fabrik bis zu 15 Prozent Strom einzusparen.
Neue Software steuert Bedarfe genauer
Prof. Steffen Ihlenfeldt, Institutsleiter am Fraunhofer IWU und Mitglied der WGP (Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktionstechnik), unterstreicht: „Wir haben uns den klimaneutralen Fabrikbetrieb auf die Fahnen geschrieben, der Energieeffizienz und energetische Kreisläufe sowohl in der Fabrikplanung als auch in der Produktionssteuerung berücksichtigt. Dabei ist unser Anspruch, Energiequellen, -speicher und -senken optimal miteinander zu verknüpfen.“
Für die Forschenden der WGP spielt daher auch die Einbindung von lokal erzeugter erneuerbarer Energie eine wichtige Rolle. Denn in einer Fabrik kann deren direkte Nutzung ebenso sinnvoll sein wie eine Zwischenspeicherung. Die Algorithmen der ESiP-Software werden entsprechend auch Hybrid-Speicher (Kurzzeit/Langzeit) berücksichtigen können.
Das Fraunhofer IWU bildet für ESiP eine Vielzahl von Anwendungsszenarien in verschiedensten Energieverteilungsebenen (Komponente, Maschine, Anlage, Fabrik). Im Forschungsansatz geht es nicht zuletzt um einen gezielten Vergleich einzelner Speichertechnologien und die passende Auswahl im Hinblick auf die jeweiligen Anforderungen. Dabei werden insbesondere Faktoren wie Leistung und Energie sowie Alterung, Größe, Gewicht und Umgebungsbedingungen für eine optimale Auslegung von Energiespeichern berücksichtigt. Die Partner werden alle Projektergebnisse an einem realen Demonstrator erproben und validieren.
Beitragsbild: Energiespeicher für die Produktion | Quelle: © Fraunhofer IWU
Förderer
Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
Ansprechpartner
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU)
Prof. Steffen Ihlenfeldt
Institutsleiter
Tel.: +49 351 463 34358
E-Mail: buero.ihlenfeldt@iwu.fraunhofer.de
Mark Richter
Geschäftsfeldleiter Klimaneutraler Fabrikbetrieb
Tel.: +49 371 5397 1103
E-Mail: mark.richter@iwu.fraunhofer.de
Hanns-Martin Strehle
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Tel.: +49 371 5397 1143
E-Mail: hanns-martin.strehle@iwu.fraunhofer.de
Downloads:
Energiespeicher für die Produktion | Quelle: © Fraunhofer IWU
Schulung in Fabrikplanung