Ermächtigung von mittelständischen Industriebetrieben zur datenbasierten Optimierung ihrer lokalen Stromnetze

Mittelständische Unternehmen sind aufgrund ihrer Mehrfachrolle als Verbraucher, Verteilnetzbetreiber und Erzeuger in der Energieversorgung ein wichtiger Baustein der Energiewende. Das Projekt »EMIDOS« widmet sich dabei auf mehreren Ebenen der zentralen Aufgabe, energieeffizientes Wirtschaften und erneuerbare Energien zusammenzubringen. Dafür entwickeln wir am Fraunhofer ISE digitale Lösungen, um mittelständischen Industrieunternehmen einen optimalen Betrieb ihrer Energieinfrastruktur zu ermöglichen.

Ausgangslage

Mittelständisch produzierende Industriebetriebe sind als Rückgrat der deutschen Wirtschaft besonders von den Herausforderungen der Energiewende betroffen, da sie gleichzeitig Verbraucher, Verteilnetzbetreiber und immer häufiger auch Strom-Erzeuger sind. Für die Bewältigung dieser neuen technischen und energiewirtschaftlichen Anforderungen fehlen vielen Unternehmen die notwendigen Energiedaten, das Personal und Know-How.

Ziel

Um dem entgegenzuwirken, entwickeln wir im Projekt »EMIDOS« Lösungen für den optimierten Betrieb der Energieinfrastruktur in mittelständischen Industriebetrieben. Die Entwicklung und Validierung der Arbeit reicht von der Simulation in digitalen Zwillingen bis hin zur Anwendung im Reallabor der Industriepartner. Insgesamt sollen die Maßnahmen Energieeffizienz und Wettbewerbsfähigkeit der Betriebe steigern, Unterhaltskosten senken und die Integration erneuerbarer Energiequellen vereinfachen.

Lösung

Im Fokus dieser Optimierung stehen vier dringliche Problembereiche: Netzdatenvalidierung, Infrastrukturoptimierung, Spannungsqualität und Blindleistungsmanagement. In der Netzdatenvalidierung wird zunächst für eine hochwertige Datengrundlage gesorgt, indem eine bedarfsgerechte Messinfrastruktur konzipiert und installiert wird. Im Projekt entwickelte Algorithmen der Künstlichen Intelligenz validieren und korrigieren die erfassten Energie- und Netzdaten. Auf Basis dieser Daten wird die Konfiguration und der Ausbau des Industrienetzes optimiert. Mithilfe hochaufgelöster Messungen werden Vorschläge zur Verbesserung der Spannungsqualität (Oberschwingungen, Zwischenharmonische, subsynchrone Schwingungen) erarbeitet, was die Verfügbarkeit und Lebensdauer von Maschinen verbessert. Schließlich wird ein Konzept für einen zentralen Blindleistungsregler entwickelt, welcher verschiedene Blindleistungsquellen (Kondensatorbänke, Induktivitäten, Photovoltaik-Anlagen) steuert und damit die Blindleistung anderer Maschinen kompensieren kann.

Ergebnisse

Die im Projekt entwickelten Methoden konnten bereits in zwei Industriebetrieben angewandt und validiert werden. Die akkurate Modellierung des Werksnetzes ermöglichte mit der Einbindung vorhandener Messwerte eine präzise Analyse der Spannungsqualität. Der vom Fraunhofer ISE entwickelte Algorithmus zur Optimierung der Netzinfrastruktur deckte Schwächen in der Netzauslegung auf und schlug automatisiert Maßnahmen vor, die zur Reduktion von Leistungsverlusten führen, Grenzwertverletzungen vorbeugen und zu einer nachhaltigeren Auslastung der Betriebsmittel und Anlagen beitragen werden.

Das Projekt »EMIDOS«  wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert.