Eta-Fabrik zur Phi-Factory erweitert / 16.12.2016

Die vernetzte Phi-Factory produziert energieeffizient und stabilisiert das Stromnetz

Die Produktionsmaschinen und die Gebäudesystemtechnik in der Modellfabrik sind energetisch vernetzt. Der ganzheitliche Ansatz der Phi-Factory sieht darüber hinaus vor, dass die neue Fabrik Angebotsschwankungen des Stromnetzes ausgleichen kann. © Gerhard Hirn, BINE Informationsdienst

Die Fabrik der Zukunft arbeitet flexibel und vernetzt Maschinen und Gebäude energetisch. Die sogenannte Phi-Factory ist nicht nur sehr energieeffizient, sie trägt gleichzeitig dazu bei, das elektrische Versorgungsnetz zu stabilisieren. Die neue Modellfabrik setzt dabei auf einen hohen Anteil erneuerbarer Energien und hilft, Schwankungen des Stromangebots zu glätten.

 

Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderte Verbundprojekt Phi-Factory startete am 1. Dezember 2016. Diese neue Modellfabrik entsteht an der Technischen Universität (TU) Darmstadt. Beteiligt sind drei Institute der TU, zwei kleinere sowie vier Großunternehmen. Die Forscher wollen zeigen, wie Industriebetriebe insbesondere aus energieintensiven Branchen, wie Metallverarbeitung, Automobil- und Maschinenbau, zur Stabilisierung des zukünftigen Stromnetzes mit hohem Anteil erneuerbarer Energie beitragen können. Ziel ist, eine flexible elektrische Fabriknetzführung zu entwickeln, mit der es möglich ist, den Energieeinsatz entsprechend den Anforderungen zukünftiger Verteilnetze mit hohen Anteilen regenerativer Energien zu steuern sowie systemübergreifend die Energieeffizienz zu steigern.

 

Die im Projekt Phi-Factory entwickelten Komponenten und Lösungen werden in die bestehenden Eta-Fabrik der TU Darmstadt integriert und dort praktisch erprobt.

Das kinetische Energiespeichersystem zur Lastspitzenglättung in der Eta-Fabrik wird für die Phi-Factory mit einer Lithium-Ionen-Batterie zu einem hybriden Speichersystem erweitert. © Gerhard Hirn, BINE Informationsdienst

Fabriken stützen Verteilnetze

Die Projektpartner entwickeln neue Technik und Steuerungssoftware, die einen zeitvariablen, an die Netz- und Erzeugerkapazität angepassten Leistungsbezug von Fabriken ermöglicht. Die Fabrik kann das lokale Verteilnetz funktional stützen und somit zur Integration der volatilen erneuerbaren Energien beitragen. Zusätzlich zur Warenproduktion erfüllt sie Aufgaben wie Spitzenlastglättung, dynamische Blindleistungskompensation, Eigenverbrauchserhöhung, Bereitstellung von Regelleistung. Weiteres Ziel ist es, die Modellfabrik inselnetzfähig zu machen, um sie bis zu eine Stunde im Notbetrieb fahren zu können. Das Projekt kombiniert Lithium-Ionen-Batterien als elektrochemischen Energiespeicher für niederfrequente Lastspitzen mit einem bereits in der Eta-Fabrik installierten Schwungrad als kinetischen Energiespeicher für schnelle leistungsstarke Lastschwankungen im Bereich von Millisekunden bzw. Sekunden.

 

Energieeinsparpotenzial und Laststeuerung

Produktionsanlagen und Industrieprozesse bergen ungenutztes Potenzial zur Flexibilisierung des Energieverbrauchs. Flexible Lasten bei Abnehmern in Industrie und Gewerbe werden durch Laststeuerung – auch Demand-Side-Management (DSM) genannt– für das Stromversorgungssystem nutzbar. Damit lässt sich die Nachfrage nach netzgebundenen Dienstleistungen regeln. Mehr noch: Fabriken könnten selbst Systemdienstleistungen zur Netzstabilität erbringen. Beispielsweise, wenn sie Hochfahrprozesse, Auftragsreihenfolge, Pausenzeiten und genutzte Energiequellen bedarfsgerecht flexibel gestalten und einsetzen.

 

Dafür wollen die Forscher die Lastverschiebungspotenziale erschließen: Das DSM-Potenzial der Industrie alleine in Deutschland liegt bei etwa 2,7 Gigawatt und einer Kapazität von rund 800 Megawattstunden. Etwa 30 Prozent dieses technischen Potenzials schlummern in der metallverarbeitenden Industrie und der Automobilbranche.

 

Die Phi-Factory hilft, erneuerbare Energie zu integrieren

Das Konzept der Phi-Factory geht über den fabrikintegrierten Ansatz der Eta-Fabrik hinaus: Durch die aktive Einbindung ins öffentliche Stromnetz erreicht sie zusätzliche Effizienzgewinne; außerdem können mit netzdienlichen Leistungen weitere Erlöse erwirtschaftet werden.

 

Durch die enge Zusammenarbeit von Forschung und Betrieben können im Forschungsprojekt neue Entwicklungen sehr schnell in realen Prozessketten getestet und angepasst werden. Die Entwickler konzentrieren sich auf folgende Schwerpunktthemen:

 

  • Strombezugskosten senken durch erlösorientierte Fabriknetzführung
  • Eigenverbrauch erhöhen
  • Preisdifferenzen an Strombörsen nutzen
  • Ausgleichsenergiebedarf verringern,
  • Regelleistung am Regelleistungsmarkt bereitstellen
  • zusätzliche Einkommensmöglichkeiten durch Systemdienstleistungen
  • Inselnetzfähigkeit von Fabriken

 

Innovationsplattform für netzstabilisierende Fabriken

Die Eta-Fabrik bildet einen für die metallverarbeitende Industrie charakteristischen Produktionsprozess einschließlich Produktionsinfrastruktur und Nebenprozessen ab. Gebäude sowie Maschinen sind energetisch vernetzt. In dieser exemplarischen Modellfabrik erproben die Darmstädter Wissenschaftler die ganzheitlichen Forschungsansätze der Phi-Factory rund um die Energieflexibilität. Eine wichtige Rolle spielt dabei der neue Lithium-Ionen-Batteriespeicher. Er ergänzt das bereits vorhandene kinetische Energiespeichersystem zur Lastspitzenglättung zu einem hybriden Speichersystem.

 

Das Forscherteam arbeitet am Beispiel der Modellfabrik daran, Maschinen, technischer Gebäudeausstattung und Speicher ganzheitlich technisch zu flexibilisieren und ein übergeordnetes Regelsystem zur Optimierung der flexiblen Anlagenbetriebsweise zu entwickeln. Dazu sollen unter anderem hybride Speichersysteme im Anlagenverbund der Fabrik erprobt sowie intelligente Netzwechselrichter zur Verbesserung der Netzqualität entwickelt werden.

 

Anschließend wollen die Partner die erprobten Methoden und Verfahren zur Energieflexibilisierung auf Werke der Konsortialpartner (z. B. Getriebewerke, Gießereien) beziehungsweise auf vergleichbare Industrieparks übertragen. In großen Industrieparks können durch die Verknüpfung von Maschinen und Anlagen Flexibilisierungspotenziale von mehreren Megawatt zur Netzstabilisierung realisiert werden.

Mehr zum Projekt

Verbundvorhaben

Phi-Factory (Φ):
Flexible elektrische Fabriknetzführung zur systemübergreifenden Steigerung der Energieeffizienz unter den Anforderungen künftiger Verteilnetze mit regenerativer Energieerzeugung

Förderkennzeichen:

03ET1455A-G

Laufzeit:

2016-2019

Projektbeteiligte

Konsortialführer, Produktions-Flexibilisierung
TU Darmstadt, Institut für Produktionsmanagement, Technologie und  Werkzeugmaschinen (PTW)

Links

Film zur Eta-Fabrik

EnEffCo
Im Projekt EnEffCo entwickelte Software für ganzheitliches Energieeffizienz-Controlling, mit der sich der Verbrauch von Produktionsanlagen und Versorgungssystemen reduzieren lässt.

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.