Einsatz inhärenter Energiespeicher in Produktionssystemen zum elektrischen Lastmanagement

Vor dem Hintergrund des Ausbaus erneuerbarer Energien und der damit verbundenen notwendigen Umstrukturierung des Stromsystems steigt aktuell der Bedarf an nachfrageseitiger Flexibilität. Der industrielle Sektor steht hier im Fokus, da er für einen Großteil des Strombedarfs verantwortlich ist. In den letzten Jahren wurden deshalb verschiedene Flexibilitätsmaßnahmen identifiziert, die auf verschiedenen Ebenen von Produktionssystemen umgesetzt werden können. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Fokus auf die Nutzung inhärenter Energiespeicher (IES) und insbesondere auf die Teilmenge der hysteresegeregelten Anlagen gelegt. Zunächst wird eine Methode zur Identifizierung und Bewertung des Flexibilitätspotenzials dieser Anlagen entwickelt, die auf verschiedene Nutzenergieformen in Produktionssystemen übertragbar ist. Eine wesentliche Herausforderung ist hierbei zu gewährleisten, dass das abrufbare Flexibilitätspotenzial der jeweiligen Anlage mit den üblichen Kennzahlen für Flexibilitätsprodukte beschreibbar ist. Neben der Methode zur Potenzialerfassung werden verschiedene Strategien zur Befähigung von einzelnen Anlagen und Anlagenpools untersucht und eine generische Funktionsbibliothek abgeleitet. Diese Funktionsbibliothek kann zur Simulation des Verhaltens von Anlagenpools sowie zur Befähigung realer Anlagen zu einem energieflexiblen Betrieb genutzt werden. Die entwickelten Lösungen dieser Arbeit sind auf eine Vielzahl an Anlagen übertragbar und können dazu dienen, den Kosten-, Energie- und Ressourcenaufwand für die Errichtung elektrischer Energiespeicher im Stromsystem zu reduzieren.

Regarding the expansion of renewable energies and the associated necessary restructuring of the electricity system, the need for demand-side flexibility is currently increasing. The industrial sector is in the focus here, as it is responsible for a large part of the electricity demand in Germany. In recent years, various flexibility measures have therefore been identified that can be implemented at different levels of production systems. In this work, the focus is on the use of inherent energy storage (IES) and, in particular, on the subset of hysteresis-controlled systems. First, a method for identifying and evaluating the flexibility potential of these plants is developed that is transferable to different forms of useful energy in production systems. A major challenge here is to ensure that the retrievable flexibility potential of the respective plant can be described with the common key figures for flexibility products. In addition to the method for quantifying the potential, various strategies for enabling individual plants and plant pools are investigated and a generic function library is derived. This function library can be used to simulate the behavior of plant pools as well as to enable real plants to operate in an energy flexible manner. The solutions developed in this work are transferable to a wide range of plants and can be used to reduce the cost, energy, and resources required to build electric energy storage in the power system.