Kreis Kusel Kaiserslautern: Fraunhofer-Forscher wollen mit Hilfe von Mathematik Stromfresser bändigen

Die Energiewende macht sich auch in Projekten des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik (ITWM) bemerkbar. Der Stromverbrauch großer Industrieanlagen steht im Fokus von zwei Projekten, die zurzeit bei der E-World, der weltgrößten Messe rund um Energiefragen, vorgestellt werden.

Eine Aluminiumschmelze verbraucht Energie. Unglaublich viel Energie. Laut Kerstin Dächert ist die von der Firma Trimet betriebene Anlage in Essen der drittgrößte industrielle Stromverbraucher in Deutschland – nach der Deutschen Bahn und der BASF in Ludwigshafen. Da lohnt es sich, den Strommarkt im Auge zu behalten. Genau das wollen die Forscher rund um Dächert erleichtern. Sie arbeiten an einem Software-Tool, das es den Strom-Einkäufern der Firma erleichtern soll, für das Unternehmen günstige Entscheidungen in Sachen Stromankauf zu fällen.

Schmelze funktioniert wie virtuelle Batterie

Die Aluminium-Schmelze läuft 24 Stunden am Tag, verbraucht damit auch rund um die Uhr Strom. Da die Anlage mit einer vergleichsweise hohen Temperatur arbeitet, wird auch viel Energie verbraucht. In einem gewissen Rahmen kann die Anlage aber von diesem Normverbrauch abweichen – das bietet Spielraum. Ist der Strom vergleichsweise billig, kann die Anlage mehr verbrauchen, als eigentlich für den Betrieb nötig wäre. Ist der Strom teuer, kann der Verbrauch gesenkt werden. Wann es günstig ist, mehr oder weniger Strom zu verbrauchen – und dabei die Preisbewegungen am Strommarkt mit einzubeziehen -, das wollen die Mathematiker in den Fokus ihrer Arbeit rücken.

„Die Anlage kann wie eine virtuelle Batterie funktionieren“, sagt Dächert. Vereinfacht gesagt: Es kann sinnvoll sein, zu einem Zeitpunkt, an dem der Strom gerade günstig ist, viel einzukaufen und die Anlage hochzufahren. Dächert betreut in der Abteilung Finanzmathematik des ITWM das Forschungsgebiet Flexible Lasten. Das Projekt, vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert, ist auf drei Jahre angelegt. Los ging es im September.

Erste Aufgabe: Den Prozess mathematisch abbilden

Ziemlich am Anfang stand laut Dächert ein Workshop in Essen auf dem Programm. „Dabei ging es zunächst darum, den technischen Prozess mathematisch abzubilden“, erläutert die promovierte Mathematikerin.

Mit einer Industrieanlage, die zwar weit weniger Strom als eine Aluminium-Schmelze verbraucht, dennoch ein großes Flexibilisierungspotenzial aufweist, befasst sich Andreas Wirsen mit seinem Team, zu dem auch Benjamin Adrian gehört. Im Zentrum ihrer Arbeit steht eine Getränkeabfüllanlage in Baruth in Brandenburg, betrieben von der Brandenburger Urstromquelle. Die Anlage füllt auf mehreren Linien Getränke ab, vor allem Wasser und Limo, kein Bier, wie Wirsen erzählt. Bis zu 60.000 Flaschen können dort pro Stunde pro Linie gefüllt werden, berichtet Wirsen. Die Anlage sei beeindruckend, arbeite mit großen Motoren und jeder Menge Pressluft. Wo große Motoren im Einsatz sind, wird auch jede Menge Energie verbraucht. An der Flexibilisierung des Verbrauchs setzen die Forscher an.

Digitalem Zwilling folgt Prototyp

Zunächst feilen die Forscher an einem digitalen Zwilling der Anlage. „Das Modell wollen wir für die Flexibilisierung verwenden“, erklärt Wirsen. Die Prozesse werden – grob gesprochen – in Algorithmen übersetzt und in einer Algorithmen-Bibliothek gesammelt. Danach werde an einem Regler-Prototypen gearbeitet. „Ziel ist es, dass der Prototyp auf ein bis zwei Linien der Anlage laufen kann“, so Wirsen.

Auch die Arbeiten rund um die Getränkeabfüllanlagen sind vom Bundeswirtschaftsministerium gefördert und auf drei Jahre angelegt. Start war im vergangenen Sommer. Neben dem ITWM arbeiten noch die Unis Kaiserslautern und Bremen, die Stadtwerke Wunsiedel sowie zwei Unternehmen, eine Elektronik-Firma aus Dresden und eine Softwarefirma aus Darmstadt, mit. In Kaiserslautern hat das Projekt 3,5 Stellen geschaffen, zwei an der TU und anderthalb am ITWM.

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