SINFONIES Sustainability IN Flexibly Operated reNewable Industrial Energy Systems
Übergeordnet sollen in Industrieunternehmen Hindernissen bei Investitionsentscheidungen zur Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energieträger abgebaut werden. Durch Kombination der bestehenden Optimierungsprobleme Unit Commitment, Heat Exchanger Network Synthesis und Scheduling werden im Vergleich zur Betrachtung der einzelnen Probleme zusätzliche Einsparungspotentiale und Synergieeffekte genutzt. Aufgrund der gekoppelten Betrachtung werden zudem Investitionsfehlentscheidungen vermieden, die aufgrund unzureichender Beachtung technischer Restriktionen bei der getrennten Betrachtung einzelnen Optimierungsproblemen auftreten können. Mit dem SINFONIES-Ansatz werden lukrative und zukunftsweisende Investitionsszenarien für Retrofitmaßnahmen bei reduziertem Investitionsrisiko identifiziert, wodurch Industrieunternehmen bei der Transition in ein erneuerbares Energiesystem langfristig unterstützt werden.
Ausgangssituation
Um die klima- und energiepolitischen Ziele der europäischen Union zu erreichen, wurden nationale gesetzliche Regelungen geschaffen, die darauf abzielen die Treibhausgasemissionen zu verringern und den Anteil erneuerbarer Energie zu erhöhen. Langfristig sind mit der Erfüllung der Klimaziele Investitionen in neue und erneuerbare Technologien verbunden. Die verfügbaren Methoden zur optimalen Investitionsplanung sind jedoch limitiert, da sie nicht alle wesentlichen Aspekte (technische Restriktionen, optimale Wärmetauschernetzwerke, Integration von neuen Komponenten, etc.) gleichzeitig berücksichtigen können. Dadurch entstehen Unsicherheiten und somit Investitionsrisiken, wodurch die Transition hin zu einem erneuerbaren Energiesystem erschwert wird.
Es existieren Ansätze zur Bestimmung des optimalen Betriebs, des optimalen Wärmetauschernetzwerks oder der optimalen Produktionsplanung einer Industrieanlage. Was fehlt, ist allerdings eine ganzheitliche Formulierung, die all diese Aspekte auf einmal berücksichtigt und in weiterer Folge Synergieeffekte nutzt. Außerdem sollen die Unsicherheiten reduziert und somit Investitionshemmnisse beseitigt werden. Im SINFONIES-Projekt wird eine solche Methode entwickelt.
Projektverlauf
Durch Kombination der oben genannten Optimierungsprobleme werden im Vergleich zur einzelnen Betrachtung zusätzliche Einsparungspotentiale und Synergieeffekte erschlossen. Zudem werden Investitions-Fehlentscheidungen aufgrund unzureichender Beachtung technischer Restriktionen in den einzelnen Optimierungsproblemen ausgeschlossen. Dadurch werden realistische, lukrative und zukunftsweisende Investitionsszenarien bei reduziertem Investitionsrisiko identifiziert, wodurch Industrieunternehmen bei der Transition in ein erneuerbares Energiesystem langfristig unterstützt werden. Hierzu werden notwendige Schnittstellen zwischen den Teilproblemen identifiziert und die Komplexität des kombinierten Optimierungsproblems verringert (bspw. durch sinnvolle Vereinfachungen, Modellreduktion, Decomposition), um das Problem in akzeptabler Zeit lösbar zu machen.
Meilensteine
- Identifikation von relevanten Parametern und dazugehörigen Werten bzw. Wertebereichen
- Konsistente Kostentheorie für Investitionen für die betrachteten Optimierungsprobleme
- Definition des Referenzprozesses bzw. -szenarios
- Formulierung der einzelnen Optimierungsprobleme
- Formulierungen von erweiterten Optimierungsprobleme zur Integration erneuerbarer Versorgungskomponenten
- Identifikation von Schnittstellen zwischen den Optimierungsproblemen
- Formulierung des kombiniertes Optimierungsproblem und Anwendung auf den Referenzprozess
- Vereinfachung des kombinierten Problems um effiziente Lösbarkeit für spezielle Anwendungsfälle zu ermöglichen
- Identifikation von Entscheidungspfade für Investitionsmaßnahmen
- Vergleich von gekoppelter Optimierung und sequentieller Optimierung
- Publikation von Erkenntnissen in wissenschaftlichen Journals
- Vorstellung der Projektergebnisse bei potentiellen industriellen Projektpartnern
"SINFONIES bietet die einmalige Möglichkeit unterschiedliche Optimierungsansätze so miteinander zu koppeln, sodass die Energieversorgung und der industrielle Prozess möglichst realitätsnahe abgebildet und damit optimiert werden können. Durch die entwickelte Methode werden Investmententscheidungen unterstützt, die einen kosteneffizienten Weg in Richtung erneuerbares Energiesystem ebnen."
– René Hofmann –
Ergebnisse
Für den Proof-of-Concept wird der SINFONIES-Ansatz anhand eines Referenzprozesses und –szenarios mit bestehenden Methoden verglichen und die erschlossenen Potentiale werden quantifiziert. Die Ergebnisse werden evaluiert und für ein weiterführendes F&E- Projekt aufgearbeitet. Zur Verwertung des SINFONIES-Projekts, werden die gewonnenen Erkenntnisse in wissenschaftlichen Journals publiziert, in die Lehre eingebunden und schließlich in der Industrie vorgestellt.
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Univ. Prof. Dr. René Hofmann
René Hofmann ist seit 2015 Universitätsprofessor am Institut für Energietechnik und Thermodynamik an der TU Wien und Leiter der Forschungsgruppe Industrielle Energiesysteme. Parallel dazu ist er thematischer Koordinator am AIT Center for Energy. Er kann auf langjährige Industrie- und Forschungserfahrung im Bereich Energietechnik und Thermodynamik zurückgreifen und war vor seiner Berufung an die TU Wien als Senior Process Engineer, R&D bei Josef Bertsch GmbH & Co KG tätig.
Sein aktueller Forschungsschwerpunkt liegt in der Design- und Betriebsoptimierung von Energiesysteme für komplexe industrielle Prozesse und seine Lehrtätigkeit fokussiert sich auf Modellierung, Simulation und Optimierung von thermischen Prozessen und Anlagen.
Dr. Anton Beck
Dr. Anton Beck ist seit 2018 Research Engineer am AIT, Center for Energy. Sein Spezialgebiet umfasst die Optimierung komplexer industrieller Energiesysteme. Er studierte Wirtschaftsingenieurwesen an der Technischen Universität Wien mit Schwerpunkt Thermische Energiesysteme. 2019 promovierte er am AIT Austrian Institute of Technology mit dem Schwerpunkt kosteneffiziente Wärmetauscher-Netzsynthese für Prozesse mit veränderlichem Energiebedarf und Integration von thermischen Energiespeichern.
Daniel Halmschlager
Daniel Halmschlager ist Projektassistent und Doktorand in der Forschungsgruppe Industrielle Energiesysteme am Institut für Energietechnik und Thermodynamik an der TU Wien. In seiner Dissertation beschäftigt er sich mit neuen Methoden zur Kopplung verschiedener energietechnischer Optimierungsprobleme. Er hat Verfahrenstechnik an der TU Wien studiert und danach für zwei Jahre für eine Unternehmensberatung gearbeitet.
Dr. Martin Koller
Dr. Martin Koller ist Research Engineer im Center for Energy des AIT und befasst sich in nationalen und internationalen Forschungsprojekten vor allem mit Energieeffizienz in Industrieprozessen und der Anwendung von mathematischer Optimierung in diesem Bereich. Er hat Maschinenbau an der TU Wien studiert und 2019 seine Dissertation in der Forschungsgruppe Industrielle Energiesysteme, die 2015 ins Leben gerufen wurde und welche er mit etabliert hat, erfolgreich abgeschlossen.
Steckbrief
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Projektnummer871673
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Koordinator
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ProjektleitungRené Hofmann, rene.hofmann@tuwien.ac.at
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Partner
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SchlagwörterDecision Support, Gemischt-ganzzahlige Optimierung, Industrielle Energiesysteme, Methodenentwicklung
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FörderprogrammEnergieforschung
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Dauer05.2019 - 04.2021
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Budget298.695 €
