Produktion und Energieversorgung der Zukunft: flexibel, modular und anpassungsfähig

Künftig nutzen produzierende Betriebe und Energiebetreiber zunehmend kohlenstoffarmen und regenerativen Strom. Dem Vorteil des »grünen« Stroms steht ein Nachteil entgegen: Er fällt in schwankenden Mengen an, denn Rohstoffquellen wie Sonne und Wind fluktuieren.

Das bedeutet, dass sowohl die Energieversorgung als auch die Produktion sich auf die ändernden Rahmenbedingungen einstellen müssen. Großanlagen im Dauerbetrieb sind nicht mehr der Status Quo. Vielmehr sind modulare Produktionsanlagen nötig, die sich flexibel und effizient an wechselnde Kundenaufträge, Produktionsmengen sowie Energie- und Rohstoffverfügbarkeiten anpassen lassen.

Plattform für Prozessdynamik in der Metropolregion Ruhr

Hier setzt das Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Energie- und Sicherheitstechnik UMSICHT als Koordinator des Leistungszentrums DYNAFLEX® an. Zusammen mit den drei Ruhrgebietsuniversitäten Bochum, Duisburg-Essen und Dortmund und Industriepartnern untersucht das Institut wissenschaftlich und anwendungsorientiert die Dynamik von technischen Systemen, um das Gesamtsystem der Zukunft zu optimieren und die Auswirkungen von Schwankungen auf die Produktion und die Energieversorgung vorherzusagen.

»Ziel ist es, in der Metropolregion Ruhr mit einem Netzwerk aus Wissenschaft und Unternehmen die führende Plattform für Prozessdynamik und Adaptivität in der Energie- und Rohstoffwende aufzubauen «, erklärt Prof. Görge Deerberg, Leiter des Leistungszentrums und stellvertretender Institutsleiter von Fraunhofer UMSICHT. Gemeinsam mit der Industrie sollen langfristig die Methoden in Umsetzungsprojekten erprobt und genutzt werden. Potenzielle Partner sind Unternehmen aus Energie, Produktion, Chemie, Biotechnologie und Anlagenbau.

Zudem sollen die Forschungsergebnisse über die Partneruniversitäten und auch die Fraunhofer Academy, die Weiterbildungseinrichtung der Fraunhofer-Gesellschaft, direkt an den wissenschaftlichen Nachwuchs und als Weiterbildung an Fachkräfte und Berufstätige weitergegeben werden. International sichtbare Forschung, gemeinsame FuE Roadmaps, digitale Geschäftsmodelle sowie neue Aspekte in der Lehre und Weiterbildung legen die Basis für eine langfristig angelegte strategische Partnerschaft zwischen Wissenschaft und Industrie.

Konkrete Meilensteine

Konkret bedeutet dies: »Wir entwickeln beispielsweise eine Toolbox als Speicher für exzellente wissenschaftliche Methoden im Bereich der Prozessdynamik wie z. B. für dynamische Bilanzierung, Analytik oder Modellierung und bauen eine strukturbildende Vernetzungsplattform zur Bildung regionaler Wissenschaftscluster auf. Alle Akteure sollen auf dieser Plattform Expertenwissen austauschen und nutzen sowie sich rund ums Thema informieren können und so dazu beitragen, dass eine offene interdisziplinäre Zusammenarbeit in der Simulation möglich ist«, erklärt Dr. Georg Janicki, Projektmanagement.

Weiterhin entwickeln die Forscher neue Geschäftsmodelle und Betriebskonzepte für die Energiewirtschaft und Produktion. Denn die Verbundstandorte der Industrie müssen optimiert werden, um beispielsweise Energiebereitstellung und Energiebedarf dezentraler Produktionen aufeinander abzustimmen. Mittels Simulationsmodellen werden Lösungen entwickelt, damit energietechnische Maschinen und Verfahren ihre Funktionalität über Jahre hinweg trotz hochvolatiler Randbedingungen behalten.

Wettbewerbsfähigkeit

»Mit DYNAFLEX® bringen wir die Energie- und Rohstoffwende voran. Wir liefern die wissenschaftlichen und anwendungsorientierten Entwicklungen zum Verständnis der Dynamik von technischen Systemen und erhöhen so die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit von Prozessen und Technologien – und sichern damit deren Wettbewerbsfähigkeit«, erläutert Prof. Deerberg.

Was bedeutet dynamisch, adaptiv und flexibel?

Dynamisch bedeutet, dass viele Abhängigkeiten und Prozesse im Verlauf der Zeit stark variieren, also nicht mehr konstant und immer gleich sind. Beispielsweise müssen in Zukunft Puffer in Verfahren eingebaut werden, damit Reaktionen nicht stehen bleiben, wenn der Strom schwankt. Verfahren, Maschinen und Apparate müssen so konzipiert sein, dass sie sich an leicht ändernde Randbedingungen anpassen können, damit sie auch langfristig noch einsatzfähig sind und gegebenenfalls bei verschiedenen Anforderungen wie einer veränderten Versorgungslage (Energie, Rohstoffe) betrieben werden können. Darüber hinaus müssen zukünftige Produktionssysteme flexibel sein: Kleinere, modulare Anlagen sind z. B. flexibel in Bezug auf deren Kapazität, unterschiedliche Rohstoffe, die in ihnen verarbeitet werden, und auf die verschiedenen Produkte, die sie erzeugen sollen.

http://www.dynaflex.de