Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISBEnergy SEEDs - Die Kopplung einzelner Technologien für nachhaltige und effiziente Energieversorgung im industriellen Maßstab
Projekt SEEDs
Flyer zum Projekt SEEDs.
Innovative Technologien für intelligente dezentrale Energiesysteme
Projektergebnisse als Buch veröffentlicht
Intelligente dezentrale Energiesysteme haben beim Umbau der Energieversorgung eine herausragende Bedeutung. Dies gilt besonders im Bereich von Industriebetrieben, aber auch für größere Wohneinheiten, Quartiere und für das Gewerbe. Dezentrale Energiesysteme bieten ideale Voraussetzungen für die lokale Energiekopplung von verschiedenen Sektoren wie Strom, Wärme, Kälte, Gase und Mobilität. Durch die Nutzung und Integration von Erneuerbaren Energien mit einem hohen Eigenverbrauchsanteil lassen fossile Brennstoffe ersetzen. Damit bieten diese Systeme einen großen Hebel zur Verbesserung der CO2-Bilanz. Die Herausforderung liegt in der Entwicklung einer flexiblen und intelligenten Betriebsstrategie für die Zusammenführung der Komponenten und Anlagenteilsysteme zu einem optimiert betriebenen und auf die lokalen Gegebenheiten angepassten Gesamtsystem. Ein solches intelligentes dezentrales Energiesystem wurde unter Verknüpfung verschiedenster Komponenten am Fraunhofer IISB in Erlangen als Modell für mittelständische Betriebe aufgebaut und damit ein einzigartiges Reallabor für die Energieforschung realisiert.
ISBN 978-3-8396-1486-0
Energiesysteme neu denken – Optimierung sektorengekoppelter lokaler Energiesysteme
29. Mai 2020
Energietechnische Anlagen im Reallabor für dezentrale Energiesysteme am Fraunhofer IISB mit intelligenter Betriebsstrategie.
Für die Optimierung von industriellen Energiesystemen reicht die Betrachtung eines einzelnen Bereichs, zum Beispiel der Wärmeerzeugung, nicht aus. Die verschiedenen Energiesektoren sind über Erzeugungsanlagen und Verbraucher eng gekoppelt, was zu einer hohen Komplexität bei der Analyse, Optimierung und beim Betrieb der Energiesysteme führt. 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. Die Optimierungsziele Effizienzerhöhung, Lastspitzenreduktion und Eigenverbrauchserhöhung führen häufig zu Widersprüchen. Am Fraunhofer IISB wurde daher die Plattform ToSyCo (TotalSystemControl) zur Simulation und Steuerung sektorengekoppelter Energiesysteme entwickelt und erfolgreich validiert. Für das Reallabor IISB konnten durch die Betriebsstrategien aus ToSyCo Einsparpotentiale in Höhe von 25 % bezüglich des Leistungspreises und 6,5 % hinsichtlich des Arbeitspreises nachgewiesen werden.
Energiesysteme neu denken – Lastmanagement mit Blockheizkraftwerk
19. November 2019
Blockheizkraftwerk und Warmwasserspeicher im Keller des Fraunhofer IISB: Die Kraftwärme-Kopplungsanlage wurde im Rahmen des Erweiterungsbaus B in die Infrastruktur des Instituts integriert. Dort wird sie sowohl zur Wärme- und Stromversorgung als auch als Forschungsanlage genutzt.
Ein Blockheizkraftwerk eignet sich nicht nur zur Verringerung des externen Strom- und Wärmebezugs, sondern auch zur Reduktion elektrischer Lastspitzen. Forscher des Fraunhofer IISB erreichten eine Lastspitzenreduktion um 20 %. Dies gelang durch die optimierte Steuerung eines neu integrierten Erdgas-Blockheizkraftwerks in Verbindung mit einem Warmwasserspeicher und einem elektrischen Batteriespeicher. Lastspitzenreduktion führt bei industriellen Stromtarifen mit Leistungspreisen zu erheblichen Kostenersparnissen. Die erzielte Lastspitzenreduktion ist eines der Ergebnisse der experimentellen Energieforschung am IISB zur Untersuchung dezentraler intelligenter Energiesysteme hinsichtlich Einsparpotential und Effizienz.
Energiesysteme neu denken – Einsparpotenzial Lastspitzenreduktion
8. März 2019
Stationärer elektrischer Energiespeicher zur Lastspitzenreduktion am Fraunhofer IISB in Erlangen: Das Batteriesystem wurde im Rahmen des bayerischen Energieforschungsprojektes SEEDs
entwickelt und in das institutseigene Gleichstromnetz integriert. Christopher Lange, wissenschaftlicher Mitarbeiter am IISB, optimiert Algorithmen zur Lastspitzenreduktion. Zur
Auslegung der elektrischen Speicher und für die Simulation geglätteter Lastprofile steht ein im Projekt SEEDs entwickeltes Softwaretool zur Verfügung.
Für Industriebetriebe und gewerbliche Stromverbraucher ist das Thema Lastspitzenreduktion (engl. Peak Shaving) von betriebswirtschaftlicher Bedeutung. Die dabei angestrebte Glättung der Lastprofile erfordert aber oft unerwünschte Eingriffe in die Produktion und aufwendige Veränderungen an der Infrastruktur. Technologische Fortschritte und sinkende Preise ermöglichen mittlerweile den rentablen Einsatz elektrischer Batteriespeicher. So können elektrische Lastspitzen auf Verbraucherseite verringert werden, ohne in Fertigungsabläufe einzugreifen. Im Rahmen des bayerischen Energieforschungsprojekts SEEDs zeigt das Fraunhofer IISB in Erlangen, wie sich stationäre Batteriesysteme in bestehende Infrastrukturen integrieren lassen. Aktuell reduziert ein skalierbares Batteriesystem mit 60 kWh Speicherkapazität die Lastspitzen im Institutsnetz um ca. 10 %. Die gewohnten Betriebsabläufe wurden und werden davon nicht beeinflusst. Die Ergebnisse sind grundsätzlich auf industrielle oder gewerbliche Energiesysteme mit großen elektrischen Lastspitzen anwendbar.
Energiesysteme neu denken – Einsparpotenzial Kältesysteme
10. Oktober 2018
In industrietypischen Kältesystemen – wie am Fraunhofer IISB in Erlangen – lassen sich durch Optimierung der Betriebsparameter und gezielte Investitionen ca. 20 % der Energiekosten
einsparen. Im Rahmen des bayerischen Energieforschungsprojektes SEEDs wurden am IISB verschiedene Effizienzmaßnahmen identifiziert und umgesetzt.
Im Rahmen des bayerischen Energieforschungsprojektes SEEDs untersucht ein interdisziplinäres Forschungsteam am Fraunhofer IISB u.a. die Einsparpotenziale von Kältesystemen im industriellen Umfeld. Durch gezielte Betriebspunktoptimierungen auf Grundlage detaillierten Monitorings und mittels intelligenter Steuerungs- und Regelungstechnik lassen sich erhebliche Energie- und Kosteneinsparungen erzielen. Diese wurden bereits erfolgreich am eigenen Kältesystem umgesetzt und demonstriert. Über 20 % höhere Effizienz des Kältesystems bedeuten im Realbetrieb eine jährliche Einsparung von 135 MWh elektrischer Energie. Die Ergebnisse lassen sich auf zahlreiche Industriebetriebe übertragen, hier sind ebenfalls erhebliche Kostenreduktionen realisierbar. Durch die starke Verbreitung von Kältesystemen in Produktion, Einzelhandel und Gewerbe besitzt das Thema eine sehr hohe wirtschaftliche Relevanz.
Aufstellung des neuen Kaltwasserspeichers
15. Dezember 2016
Aufstellung des vakuumisolierten Kaltwasserspeichers vor dem Reinraumlabor am Fraunhofer IISB in Erlangen am 11.10.2016.
Im Oktober 2016 wurde an der Demonstrations- und Forschungsplattform am Fraunhofer IISB ein neuer Kältspeicher aufgestellt. Er hat ein Ladevolumen von 80 Kubikmetern und ist mit seiner Vakkumisolation in seiner Größenklasse weltweit einzigartig. Diese Spezialanfertigung der Firma Sirch aus Kaufbeuren verlegt die energieintensive Wasserkühlung für die Kälteversorgung der Labore des Fraunhofer IISB in die Nachtstunden in denen der Bedarf an Strom geringer ist. Das hat zwei entscheidende Vorteile:
- Erstens ist die Wasserkühlung in der Nacht aufgrund geringerer Außentemperaturen weniger energieaufwendig.
- Zweitens senkt es die Lastspitzen zur Mittagszeit, zu der normalerweise die meiste Energie in der Kühlung benötigt wird. Das hat direkten Einfluss auf die Stromkosten des Verbraucher, da diese oft auf Basis von Spitzenlasttarifen berechnet werden.