Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Sektorkoppelnde Energiesysteme
Unsere Forschung für die zukunftsfähige elektrische Versorgung
Der Fortschritt der Energiewende stellt Industrieunternehmen und Energieversorger vor neue Herausforderungen. Energieverbrauch und -erzeugung müssen kontinuierlich im Gleichgewicht bleiben – von kleinen und mittelständischen Betrieben bis zu Großkonzernen. Gleichzeitig steigen die Strompreise, und die Unsicherheit über die zukünftige Energiepreisentwicklung wächst. Klimaneutralität rückt zunehmend in den Fokus unternehmerischer Entscheidungen.
Besonders im Wärme- und Kältebereich, der rund 75 % des industriellen Energieverbrauchs ausmacht, setzen wir an. Sektorenkopplung ist hier ein entscheidendes Werkzeug. Unser Ziel ist es nicht nur, kurzfristig Energiekosten zu senken, sondern nachhaltige, ökonomische und zukunftssichere gekoppelte Energieversorgungskonzepte und Technologien zu entwickeln.
Die Auswahl des passenden Energieträgers, die richtigen Technologien, dynamische Betriebsweisen sowie die Integration von Energiespeichern sind komplexe Aufgaben. Sie hängen vom thermischen Energieniveau, dem Einsatzort, den Produktionsprozessen und den Unternehmenszielen ab. Wir unterstützen Sie hersteller- und technologieunabhängig dabei, die optimale Lösung für Ihre spezifischen Anforderungen zu finden.
Unser Fokus:
- Verbund aus Energieerzeugungs-, -speicherungs- und -verteilungsanlagen optimal betreiben
- Industrielle Energiesysteme zukunftssicher auslegen
- Technologien entwickeln und unter techno-ökonomischen Aspekten integrieren
- Zukunftsgerichtete Steuerungs- und Regelungskonzepte entwickeln und testen
- Industrielle Prozesswärmeversorgung wirtschaftlich dekarbonisieren
Zukunftsthemen im Fokus
Verbund aus Energieerzeugungs-, -speicherungs- und -verteilungsanlagen optimal betreiben
Ein effizienter Betrieb industrieller Energiesysteme erfordert die optimale Vernetzung aller Komponenten. Wir untersuchen, wie Energieerzeugungs-, Speicher- und Verteilungsanlagen kombiniert werden können, um Energieversorgung und Produktionsprozesse zuverlässig und kosteneffizient zu gestalten. Unsere Arbeit umfasst:
- Betriebsoptimierung thermischer Netze in Kombination mit Energiespeichern, basierend auf mathematischen Optimierungsmethoden
- Transiente Simulation industrieller Hochtemperaturwärmepumpensysteme
Erfahren Sie mehr: Effiziente Wärmeversorgung bei der Mercedes-Benz AG
- Betriebsoptimierung von Blockheizkraftwerken mit erneuerbaren Gasen (Biogas, Wasserstoff, Holzgas) in Kombination mit Energiespeichern, wie im Synergieprojekt SynErgie
Erfahren sie mehr über das Projekt SynErgie - Betriebsoptimierung von Thermoprozessanlagen mittels CFD-Simulationen
Industrielle Energiesysteme zukunftssicher auslegen
Zukunftsfähige Energiesysteme müssen technisch effizient, wirtschaftlich tragfähig und flexibel für zukünftige Anforderungen sein. Wir entwickeln maßgeschneiderte Planungsansätze, die Energieträger, Produktionsprozesse und Speicherlösungen optimal kombinieren. Unsere Projekte umfassen:
- Techno-ökonomische Auslegung industrieller Energiesysteme auf Basis genetischer und mathematischer Optimierungsverfahren
Erfahren Sie mehr: Maßnahmenbewertung zum emissionsarmen Fabrikbetrieb bei Liebherr-Werk Ehingen GmbH, Energiesystemplanung für eine Green Factory - Auslegung energetischer Abfallverwertungsanlagen aus der Produktion
Erfahren Sie mehr: Flexibles Energiesystem mit Biogasnutzung für die Lebensmittelindustrie
- Energieflexible Energiesystemplanung
Erfahren Sie mehr: Energiesystemplanung für maximale Flexibilitätbei Herma - Entwicklung und Bewertung von Wasserstoffintegrationkonzepten
- Techno-ökonomische Auslegung industrieller Energiesysteme auf Basis genetischer und mathematischer Optimierungsverfahren
Technologien entwickeln und unter techno-ökonomischen Aspekten integrieren
Innovative Technologien werden bei uns praxisnah entwickelt und wirtschaftlich bewertet. Wir prüfen, wie neue Systeme in bestehende Produktionsprozesse integriert werden können und welche Vorteile sie bieten. Schwerpunkte unserer Arbeit sind:
- Entwicklung bivalenter Versorgungskonzepte mittels CFD-Simulationen
Erfahren Sie mehr: Energieflexibilität durch bivalenten Schmelzofen - Energetische Integration von Carbon-Capture-Anlagen in die Produktion unter Berücksichtigung zukünftiger Zertifikationspreise
- Entwicklung bivalenter Versorgungskonzepte mittels CFD-Simulationen
Zukunftsgerichtete Steuerungs- und Regelungskonzepte entwickeln und testen
Dynamische Energienetze erfordern intelligente Steuerungs- und Regelungssysteme. Wir entwickeln und testen Konzepte, die Produktionsprozesse effizient steuern und erneuerbare Energien optimal einbinden. Unsere Arbeit umfasst:
- Entwicklung dynamischer Steuerungs- und Regelungskonzepte
- Test der Steuerungs- und Regelungssysteme im Labor am Thermal-Hardware-in-the-Loop-Prüfstand
- Testen von sektorkoppelnden Szenarien im Industrial Energy Lab (Wärme, Kälte, Strom)
