Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Wärme- und Kälteversorgung
Der positive Fortschritt der Energiewende stellt das produzierende Gewerbe und die Energieversorgungsunternehmen vor neue Herausforderungen. Das Gleichgewicht zwischen Energieverbrauch und -erzeugung muss zu jeder Zeit sichergestellt werden. Die Strompreise und die Unsicherheit über die zukünftige Energiepreisentwicklung wächst. Darüber hinaus rückt das Thema der Klimaneutralität immer stärker in den Fokus.
Insbesondere im Wärme- und Kältebereich, der für 75 % des Gesamtenergieverbrauchs der deutschen Industrie verantwortlich ist, muss angesetzt werden. Dabei sollen nicht nur kurzfristig die Energiekosten gesenkt werden. Nachhaltige, ökonomische und zukunftssichere thermische Energieversorgungskonzepte und Technologien müssen erarbeitet werden.
Die Auswahl des richtigen Energieträgers, die einzusetzenden Technologien, die Kopplung und Einbindung von Energiespeichern ist ein komplexes Unterfangen – je nach Notwendigkeit des thermischen Energieniveaus, des Einsatzortes, der vorliegenden Produktionsprozesse und natürlich den Zielen des Unternehmens. Wir unterstützen Sie hersteller- und technologieunabhängig die ideale Lösung für Ihre Bedürfnisse zu finden.
Unsere Leistungen und Kompetenzen für Sie:
Das Fraunhofer IPA entwickelt mit Ihnen problemorientierte Strategien und Lösungsansätze, um eine nachhaltige, effiziente und resiliente Energieversorgung zu gewährleisten:
- Erstellung von klimaneutralen, thermischen Energieversorgungskonzepten
- Entwicklung von hybriden Anlagenkonzepten
- Entwicklung von integrierten Energiesysteme
- Identifizierung und Bewertung von Energieflexibilitätspotenzialen
- Entwicklung von Wasserstoffnutzungspfaden
- Bewertung von thermischen Energiespeichern
- Modellierung und numerische Simulation von thermischen Systemen
Klimaneutrale Versorgungskonzepte
Wirtschaftliches Wachstum kann nur mit nachhaltigem Handeln erfolgen. Die Klimaneutralität des produzierenden Gewerbes rückt immer stärker in den Fokus. Laut einer Erhebung des Instituts für Energieeffizienz in der Produktion (EEP) wollen sehr viele große Unternehmen, aber auch viele KMU, bis 2030 klimaneutral werden. Ein zentraler Aspekt bei der Umstellung des Unternehmens auf eine klimaneutrale Produktion ist eine klimaneutrale und nachhaltige Energieversorgung. Betrachtet werden muss dabei die gesamte Wandlungskette: Erzeugung – Verteilung – Speicherung – Wiederverwendung. Wir optimieren Ihr thermisches Energieversorgungssystem.
Wir unterstützen Sie bei der:
- Erhöhung der Energieeffizienz von Prozesse durch thermische Simulationen
- Optimierung der Wärmekaskade und Abwärmenutzung
- Einbindung von regenerativen Energiequellen & innovativen Erzeugertechnologien
- Einbindung und Auslegung von thermischen und elektrischen Energiespeichern
- Techno-ökonomischen und ökologischen Bewertung
- Erarbeitung von Regelungsstrategien
Energieflexibilität
Das Gleichgewicht zwischen Energieverbrauch und -erzeugung muss zu jeder Zeit sichergestellt werden. In dieser Verantwortung stehen auch die Unternehmen. Doch dahinter verbergen sich nicht nur Herausforderungen, sondern auch Chancen.
Die Umsetzung des Energieflexibilitätspotenzials in Fabriken ermöglicht es Unternehmen, ihre Energiebezugskosten zu optimieren. Beispielsweise kann der Eigenverbrauch von erneuerbaren Energien erhöht, die Energiebeschaffungskosten durch die Reaktion auf Energiepreisschwankungen reduziert oder das Flexibilitätspotenzial als Systemdienstleistung vermarktet werden.
Wir unterstützen Sie dabei:
- Identifizierung und Bewertung der Energieflexibilitätsfähigkeiten Ihrer industriellen Systeme
- Planung, Auslegung und Bewertung von thermischen Speichern
- Konzeptionierung von hybriden Produktionsanlagen
- Entwicklung von Elektrifizierungskonzepten
Wasserstoffnutzung
Die Dekarbonisierung der Industrie erfordert eine ganzheitliche Herangehensweise. Die vollumfängliche Nutzung von regenerativ-erzeugter Energie muss höchste Priorität haben. Der flexible Energieträger Wasserstoff wird hierbei laut zahlreichen Studien mittel- bis langfristig als Schlüssel für die Einbindung regenerativ-erzeugter Energien in die Sektoren Elektrizität, Wärme, Verkehr und Industrie gesehen.
Durch die Möglichkeiten der Speicherung, des Transports und der Umwandlung kann Wasserstoff einen Beitrag zur Dekarbonisierung leisten und gleichzeitig zur Flexibilisierung der Stromnachfrage beitragen. Bereits heute ist der technologische Reifegrad vieler Wasserstofftechnologien wie Elektrolyseure und Brennstoffzellen sehr weit vorangeschritten. Sie sind jedoch aufgrund von hohen Kosten und niedrigem Bekanntheitsgrad nicht weit verbreitet.
Ziel ist es eine Marktdurchdringung von Wasserstofftechnologien zu erreichen. Hierfür müssen wirtschaftliche Anwendungsfälle für einen breiten Nutzerkreis aufgezeigt werden. Diese werden in der kombinierten Wasserstoffnutzung gesehen. Daher steht die Anwendung dieser in der industriellen Energieversorgung, in der Mobilität und weiteren Anwendungsfällen verstärkt im Fokus.
Wir unterstützen Sie dabei:
- Identifikation von Prozessen zur Substitution
- Planung, Auslegung und Bewertung der potenziellen Prozesse
- Konzeptionierung von Produktionsanlagen
- Erarbeitung von Business Cases
Sektorkopplung
Um eine klimaneutrale Energiebereitstellung durch Elektrifizierung zu erreichen, müssen die industriellen Prozesse vernetzt und intelligent geregelt werden. Dabei muss neben der Einbindung in das unternehmenseigene Ökosystem aber auch die Verknüpfung zum Energiemarkt und das intelligente Energiesystem realisiert werden. Somit verschmelzen Nachhaltigkeit und Digitalisierung zum größten Wandlungstreiber der Industrie.
Ein Schlüssel hierfür ist die Sektorkopplung. In der Industrie wird unter Sektorkopplung die Verknüpfung von elektrischen, thermischen, mechanischen und chemischen Verbrauchern und Erzeugern verstanden. Eine wichtige Rolle spielt hierbei die Elektrifizierung der nicht stromgeführten Energieträger wie Wärme und Kälte.
Wir unterstützen Sie bei der:
- Untersuchung von Kopplungs- und Effizienzmaßnahmen Ihrer Prozesse und Ihrer Energieerzeugung
- Planung, Auslegung und Bewertung Ihres Energiesystems hinsichtlich Sektorkopplung
- Kopplung von thermischen, mechanischen und chemischen Verbrauchern an den Energiemarkt
- Entwicklung von Elektrifizierungsfahrplänen für eine 100%ige elektrische Energiebereitstellung
- Nutzung von sektorübergreifenden Anwendungen und Technologien
- Vernetzung von Prozessen und IT