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Kopernikus SynErgie

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Kurzinformation
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Name Kopernikus SynErgie
Projektlaufzeit bis zu 10 Jahre[1]
Projektvolumen ca. 60 Millionen Euro[2]
Projektpartner 86 (inkl. assoziierter Partner)[3]
Gründung 2016[4]
Förderer Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)[1]
Projektträger Projektträger Jülich (PtJ)[5]
Koordinator Energieeffizienz in der Produktion (EEP) der Universität Stuttgart[6]
Projektsprecher Alexander Sauer[6]
Webseite https://synergie-projekt.de/

SynErgie steht für Synchronisierte und energieadaptive Produktionstechnik zur flexiblen Ausrichtung von Industrieprozessen auf eine fluktuierende Energieversorgung. Das interdisziplinäre Forschungsprojekt untersucht, wie energieintensive Industrieprozesse flexibilisiert und so an die Verfügbarkeit der erneuerbaren Energien angepasst werden können.[7]

Die Idee[Bearbeiten]

Im Stromnetz muss zu jedem Zeitpunkt so viel Strom erzeugt werden, wie gerade verbraucht wird (siehe Artikel Netzfrequenz). Dies ist mit derzeitigen Mitteln nicht zu 100 % über erneuerbare Energiequellen möglich, da diese nicht immer verfügbar sind (z. B. bei Dunkelflaute). Experten gehen davon aus, dass ohne Speichermöglichkeiten im Strommetz nur 80 % oder sogar nur 50 % Strom aus erneuerbaren Energiequellen möglich ist.[8] Die Innovation, die bei SynErgie erforscht werden soll, ist ein Paradigmenwechsel:

Nicht mehr die Stromerzeugung soll in jedem Moment genau an den Stromverbrauch angepasst werden, sondern der Stromverbrauch soll an die aktuelle Stromerzeugung angepasst werden.

Wenn eine Flexibilisierung des Stromverbrauchs gelänge, könnte der Anteil an Strom aus erneuerbaren Energiequellen im Netz auch ohne Speichermöglichkeiten deutlich höher werden. Dies ist eine Kernfrage der Energiewende.

Hintergrund[Bearbeiten]

SynErgie ist eines der vier Kopernikus-Projekte für die Energiewende (gemeinsam mit ENSURE, P2X und Ariadne), die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert werden. [1] Die Kopernikus-Projekte waren zu Ihrem Start im Jahr 2016 die damalig größte deutsche Forschungsinitiative zur Energiewende. [9] Ziel der Kopernikus-Projekte ist es, eine sichere, klimaneutrale und bezahlbare Energieversorgung für Deutschland zu ermöglichen.[4] Das Forschungsprojekt SynErgie entwickelt vor diesem Hintergrund Technologien, um der Industrie eine Anpassung ihrer Energienachfrage zu ermöglichen. [7]

Um die Ziele des Pariser Klima-Abkommens zu erreichen, will Deutschland seine Stromversorgung noch vor 2050 auf erneuerbare Energien umstellen, bis 2030 sollen mindestens 65 Prozent erreicht werden. [10] Mit steigendem Anteil erneuerbarer Energien nehmen jedoch auch Schwankungen im Stromnetz zu - es muss ein Stromsystem geschaffen werden, welches mit dieser Volatilität umgehen kann. [11] [12] Die Herausforderung zeigt sich daran, dass im Jahr 2020 von den deutschen Netzbetreibern Redispatch- und Einspeisemanagement-Maßnahmen in Höhe von 22941 GWh vorgenommen werden mussten. [13] Neben Möglichkeiten wie dem Ausbau elektrischer Energiespeicher oder Maßnahmen der Sektorenkopplung stellt die Flexibilisierung der Energienachfrage eine vielversprechende Möglichkeit dar, um diese Eingriffe zukünftig zu reduzieren. [14] Bis 2050 werden im deutschen Stromsystem hierfür Batteriespeicher mit 50 GW und Maßnahmen der Nachfrageflexibilisierung mit 7 GW benötigt. [15] Mit einem Anteil am deutschen Stromverbrauch von etwa 45 Prozent kommt der Industrie dabei eine massive Bedeutung für die Nachfrageflexibilisierung zu. [16]

Ziel[Bearbeiten]

Das Projekt SynErgie hat das Ziel, bis 2026 alle technischen und marktseitigen Voraussetzungen in Einklang mit rechtlichen und sozialen Aspekten zu schaffen, um den Energiebedarf der deutschen Industrie effektiv mit dem volatilen Energieangebot zu synchronisieren[17]. Damit trägt SynErgie entscheidend zur Vision eines klimaneutralen Deutschlands bei[18].

Aus der übergeordneten Zielstellung leiten sich die folgenden Ziele für die Arbeit im Projekt ab:[17]

  • Befähigung von Industrieprozessen und Querschnittstechnologien zu einem plan- und steuerbaren Energieeinsatz.
  • Synchronisierung der industriellen Energienachfrage mit dem zunehmend fluktuierenden Energieangebot.
  • Identifikation und Bewertung der gesellschaftlichen Auswirkungen energieflexibler Lösungen und Rückkopplung der Erkenntnisse in die Lösungsentwicklung zur Schaffung einer breiten gesellschaftlichen Akzeptanz.
  • Darstellung des betriebs- und volkswirtschaftlichen Nutzens von energieflexiblen Industrieprozessen in Abhängigkeit der regulatorischen Rahmenbedingungen.

Arbeitsschwerpunkte und Ergebnisse[Bearbeiten]

Zur Umsetzung der Ziele in der Projektarbeit sehen die Arbeitsschwerpunkt in der aktuellen Projektphase (2019–2022) sechs thematische Cluster vor[19], in welchen unter anderem folgende Ergebnisse erarbeitet wurden:

  • Schlüsselproduktionsprozesse: Branchenspezifische organisatorische und technische Lösungen für energieflexible Produktionsprozesse.
    • Flexible Aluminiumelektrolyse durch Magnetfeldkompensation und Wärmetauscher, die bereits umgerüsteten Öfen erlauben eine Flexibilität von +/- 23 MW[20][21][22][23]
    • Flexible Luftzerlegung im Teillastbetrieb durch weiterentwickelte Anlagenkomponenten, dynamischer Prozessmodelle sowie neuer Betriebs- und Regelungsstrategien [24][25][26]
  • Produktionsinfrastruktur: Produktionsprozessübergreifende organisatorische und technische Lösungen für energieflexible Querschnittstechnologien der Produktionsinfrastruktur.
  • Informations- und Kommunikationstechnik: Plattformbasierte automatisierte Energieflexibilitätsvermarktung durch Befähigung von Produktionssystemen zur energiesynchronen Regelung und Schaffung von Marktschnittstellen.
  • Markt- und Stromsystem: Evolutionäre Weiterentwicklung des derzeitigen Stromsystems sowie Marktdesign 2030-2050 für das Stromsystem
    • Analyse der Auswirkungen der COVID-19-Pandemie aus das Energiesystem und Konsequenzen für dessen zukünftige Weiterentwicklung[27][28]
    • Gestaltungsrichtlinien für ein nodales Strompreissystem, um Netzengpässe durch die Einspeisung erneuerbarer Energie zu berücksichtigen[29][30]
  • Potenzialanalyse: Volkswirtschaftliches Potenzial der energieflexiblen Industrie
    • Das Potenzial der Industrie für die Stabilisierung des Stromnetzes wurde für einen Zeitraum von 15 Minuten mit 1,5 GW für die Lasterhöhgung und 3,3 GW für den Lastverzicht ermittelt. Hierfür wurden 23 flexibilisierbare Industrieprozesse untersucht.[31] Andere Studien weisen niedrigere Werte aus, berücksichtigen jedoch auch weniger Wirtschaftszweige.[32][33][34][35]
  • Energieflexible Modellregion: Beispielhafte Umsetzung und Validierung erarbeiteter Lösungen in einer Energieflexiblen Modellregion Augsburg
    • Durch eine Halbstoffspeicherung und eine intelligente Steuerung wurde eine Papierfabrik flexibilisiert, um auf Strompreissignale des Marktes automatisch zu reagieren.[36][37] Eine andere Papierfabrik erreicht die Flexibilität durch eine energieorientierte Anpassung des Produktionsplans.[38]

Energieflexible Modellregion Augsburg[Bearbeiten]

In der Energieflexiblen Modellregion Augsburg testet SynErgie das Konzept der industriellen Energieflexibilität praktisch. An dem Großexperiment sind Energieversorger, Netzbetreiber, Industrieunternehmen, Forschungseinrichtungen, Bürgerinitiativen und die Politik vor Ort beteiligt. Hierfür wird ein lokaler Flexibilitätsmarkt aufgebaut, auf welchem Industrieunternehmen, Energieversorger und Netzbetreiber Energieflexibilität handeln. Gemeinsam mit allen Stakeholdern werden Implikationen der energieflexiblen Fabriken evaluiert. Basierend darauf werden Strategien zur Übertragung der Lösungen auf andere Regionen in Deutschland erarbeitet[39]. Untersucht und erprobt werden Anwendungsfälle aus energieflexiblen Fabriken der Brachen Landmaschinenherstellung, Papierherstellung[36][38], Wärme- und Kältetechnik, Automobilzulieferer sowie dem Management elektrischer Fahrzeugflotten[39]. Die Anwendungsfälle beleuchten unterschiedliche energiewirtschaftliche Themenfelder, wie die Netzdienlichkeit von Flexibilität, die regulatorische Rahmenbedingungen oder besondere Herausforderungen für nicht-energieintensive Branchen und KMU.

Öffentlichkeitsarbeit[Bearbeiten]

Zur Verdeutlichung von Idee und Gegenstand der Forschungsarbeiten wurde das Browserspiel SynErGame entwickelt, ein Simulationsspiel mit der Aufgabe, durch Energieflexibilität das Stromnetz einer Stadt zu stabilisieren. Hierbei werden Schwankungen des Stromangebots von erneuerbaren Energiequellen wie Windkraft und Solarenergie aufgrund wechselnder Tageszeiten sowie Wetterveränderungen simuliert, können durch interaktive Steuerung von Großverbrauchern und Industrieprozessen ausgeglichen werden und über die Reaktion der Netzfrequenz beobachtet werden.[40][41][42]

Projektpartner[Bearbeiten]

Am Forschungsprojekt Kopernikus SynErgie beteiligte Partner 

(in alphabetischer Reihenfolge)[3]

Aus diesen Partnern heraus leitet Alexander Sauer (Universität Stuttgart) das Projekt. Er wird vom Projektlenkungskreis unterstützt, bestehend aus jeweils eine/r VertreterIn der folgenden Organisationen: Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Technische Universität Darmstadt, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Projektgruppe Wirtschaftsinformatik des Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT, Forschungsstelle für Energiewirtschaft e.V., Technische Universität München, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Zivilgesellschaftliche Plattform Forschungswende, Covestro Deutschland GmbH, Software AG und TRIMET Aluminium SE.

Literatur[Bearbeiten]

  • Alexander Sauer, Eberhard Abele, Hans Ulrich Buhl: Energieflexibilität in der deutschen Industrie: Ergebnisse aus dem Kopernikus-Projekt - Synchronisierte und energieadaptive Produktionstechnik zur flexiblen Ausrichtung von Industrieprozessen auf eine fluktuierende Energieversorgung (SynErgie). Fraunhofer Verlag, Stuttgart 2019, ISBN 978-3-8396-1479-2.
  • Florian Ausfelder, Antje Seitz, Serafin von Roon: Flexibilitätsoptionen in der Grundstoffindustrie: Methodik | Potenziale | Hemmnisse. Frankfurt am Main 2018, ISBN 978-3-89746-206-9.
  • Florian Ausfelder, Antje Seitz, Serafin von Roon: Flexibilitätsoptionen in der Grundstoffindustrie: Analysen | Technologien | Beispiele. Frankfurt am Main 2019, ISBN 978-3-89746-219-9.

Weblinks[Bearbeiten]

aus Deutschland:

international:

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. 1,0 1,1 1,2 Kopernikus-Projekte für die Energiewende (BMBF, ohne Datum). Abgerufen am 17. September 2021.
  2. Projekt SynErgie: Flexibler Stromverbrauch als smarte Lösung für Fabriken (idw, 1. Oktober 2020). Abgerufen am 18. Januar 2021.
  3. 3,0 3,1 Wie das Kopernikus-Projekt SynErgie der Industrie dabei hilft, ihre Stromnachfrage an das Stromangebot anzupassen (Kopernikus-Projekte, ohne Datum). Abgerufen am 18. Januar 2021.
  4. 4,0 4,1 Kopernikus-Projekte (Kopernikus-Projekte, ohne Datum). Abgerufen am 18. Januar 2021.
  5. Kopernikus-Projekte für die Energiewende (Projektträger Jülich, ohne Datum). Abgerufen am 18. Januar 2021.
  6. 6,0 6,1 SynErgie: Sprecher des Projekts (Kopernikus-SynErgie, ohne Datum). Abgerufen am 18. Januar 2021.
  7. 7,0 7,1 Alexander Sauer, Eberhard Abele, Hans Ulrich Buhl: Energieflexibilität in der deutschen Industrie: Ergebnisse aus dem Kopernikus-Projekt - Synchronisierte und energieadaptive Produktionstechnik zur flexiblen Ausrichtung von Industrieprozessen auf eine fluktuierende Energieversorgung (SynErgie). Fraunhofer Verlag, Stuttgart 2019, ISBN 978-3-8396-1479-2.
  8. Michael Sterner: Langzeitspeicher-Energiewende. (PDF) In: www.bmwi.de. Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, abgerufen am 19. September 2021.
  9. BMBF startet mit vier Kopernikus-Projekten größte Forschungsinitiative zur Energiewende (EUWID Neue Energie, 16. April 2016). Abgerufen am 17. September 2021.
  10. Gesetz für den Ausbau erneuerbarer Energien (Erneuerbare- Energien-Gesetz - EEG 2021). Abgerufen am 17. September 2021.
  11. Michael J. Fell: Just flexibility? In: Nature Energy Volume 5, 2020, S. 6-7, doi:10.1038/s41560-019-0510-3
  12. Georgios Papaefthymiou, Edwin Haesen, Thobias Sach: Power System Flexibility Tracker: Indicators to track flexibility progress towards high-RES systems In: Renewable Energy Volume 127, 2018, S. 1026-1035, doi:10.1016/j.renene.2018.04.094
  13. Bundesnetzagentur (Hrsg.): Quartalsbericht Netz- und Systemsicherheit - Gesamtes Jahr 2020 2021. (bundesnetzagentur.de)
  14. International Renewable Energy Agency (Hrsg.): Power System Flexibility for the Energy Transition. 2018. (irena.org)
  15. Agora Energiewende (Hrsg.): Klimaneutrales Deutschland. 2020. (agora-energiewende.de)
  16. Verteilung des Stromverbrauchs in Deutschland nach Verbrauchergruppen im Jahr 2019* (BDEW, 12. März 2020). Abgerufen am 17. September 2021.
  17. 17,0 17,1 SynErgie: Projektziel (Kopernikus-SynErgie, ohne Datum). Abgerufen am 18. Januar 2021.
  18. Was die Kopernikus-Projekte zu einem klimaneutralen Deutschland 2050 beitragen könnten (Kopernikus-Projekte, ohne Datum). Abgerufen am 18. Januar 2021.
  19. SynErgie: Arbeitsgebiete (Kopernikus-SynErgie, ohne Datum). Abgerufen am 18. Januar 2021.
  20. BMWi (Hrsg.): Bundesbericht Energieforschung 2019 2020. (bmwi.de)
  21. Flexible Aluminiumelektrolyse by TRIMET (in4climate, ohne Datum). Abgerufen am 1. Oktober 2021.
  22. Mehr Leichtigkeit für E-Autos (Handelsblatt, 15. September 2016). Abgerufen am 1. Oktober 2021.
  23. Die Fabrik als Stromspeicher (DW, 16. März 2020). Abgerufen am 1. Oktober 2021.
  24. Harald Klein, Philipp Fritsch, Patrick Haider, Robert Kender, Felix Rößler, Sebastian Rehfeldt, Pascal Freko, Rainer Hoffmann, Ingo Thomas, Bernd Wunderlich: Flexibler Betrieb von Luftzerlegungsanlagen In: Chemie Ingenieur Technik Volume 92 Nr. 12, 2020, S. 1921-1940, doi:10.1002/cite.202000054
  25. Linde startet Luftzerleger für die Flüssiggas-Produktion bei Nürnberg (Process, 23. Mai 2019). Abgerufen am 1. Oktober 2021.
  26. Linde nimmt Luftzerleger in Röthenbach in Betrieb (Chemie Technik, 23. Mai 2019). Abgerufen am 1. Oktober 2021.
  27. Stephanie Halbrügge, Paul Schott, Martin Weibelzahl, Hans Ulrich Buhl, Gilbert Fridgen, Michael Schöpf: How did the German and other European electricity systems react to the COVID-19 pandemic? In: Applied Energy Volume 285, 2021, doi:10.1016/j.apenergy.2020.116370
  28. Raphael J. Heffron, Marc-Fabian Körner, Michael Schöpf, Jonathan Wagner, Martin Weibelzahl: The role of flexibility in the light of the COVID-19 pandemic and beyond: Contributing to a sustainable and resilient energy future in Europe In: Renewable and Sustainable Energy Reviews Volume 140, 2021, doi:10.1016/j.rser.2021.110743
  29. Strom ist nicht gleich Strom (Wirtschaftswoche, März 2021). Abgerufen am 1. Oktober 2021.
  30. Germany should adopt US-style power market pricing – study (Montel, 19. März 2021). Abgerufen am 1. Oktober 2021.
  31. Deutsche Unternehmen können das Stromnetz stark entlasten (Maschinen Markt, 9. Juli 2021)). Abgerufen am 1. Oktober 2021.
  32. Martin Steurer, Nikolai Klempp, Kai Hufendiek, Bastian Baumgart, Burkhard Steinhausen: Identifikation und Realisierung wirtschaftlicher Potenziale für Demand Side Integration in der Industrie in Deutschland 2015. (ier.uni-stuttgart.de)
  33. Anna Gruber, Serafin von Roon, Sebastian Peraus, Tim Buber, Thomas Gobmaier: Lastflexibilisierungspotenziale industrieller Querschnittstechnologien unter Berücksichtigung zunehmender Energieeffizienz 2013. 8. Internationale Energiewirtschaftstagung an der TU Wien. (ffegmbh.de)
  34. Peter Elsner, Manfred Fischedick, Dirk Uwe Sauer: Flexibilitätskonzepte für die Stromversorgung 2050: Technologien - Szenarien - Systemzusammenhänge: Analyse acatech - Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V., München 2015, ISBN 978–3–9817048–5–3.
  35. Umweltbundesamt (Hrsg.): Potentiale regelbarer Lasten in einem Energieversorgungssystem mit wachsendem Anteil erneuerbarer Energien 2015. (umweltbundesamt.de)
  36. 36,0 36,1 Produktion nach Wind und Sonne (Süddeutsche Zeitung, 23. November 2020). Abgerufen am 1. Oktober 2021.
  37. Papierhersteller UPM: Wie eine Papierfabrik fit für die Energiewende werden will (Augsburger Allgemeine, 23. Dezember 2020). Abgerufen am 1. Oktober 2021.
  38. 38,0 38,1 Lässt sich die Energienachfrage an das Angebot anpassen? (BR Fernsehen, 15. Januar 2021). Abgerufen am 2. Februar 2021.
  39. 39,0 39,1 SynErgie: Energieflexible Modellregion Augsburg (Kopernikus-SynErgie, ohne Datum). Abgerufen am 18. Januar 2021.
  40. SynErGame. In: Kopernikus Projekte: SynErgie. Institut für Energieeffizienz in der Produktion, 17. November 2020, abgerufen am 4. Oktober 2021.
  41. Dr. Stefan Preiß: SynErGame: Im Browser-Game den Blackout verhindern. In: www.euwid-energie.de. EUWID Europäischer Wirtschaftsdienst GmbH, 19. November 2020, abgerufen am 4. Oktober 2021.
  42. SynErGame. In: www.browsergames.de. adspree media GmbH, abgerufen am 4. Oktober 2021.


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