0. Vorbemerkungen. 1. Prämissen bei der Flexibilisierung und Optimierung

Transkript

1 SMARTCITY/ENERGIEMANAGEMENT-KONSORTIUM IM RAHMEN ZWANZIG20 Flexibilisierung und Optimierung des Energieverbrauchs in der Industrie Prof. W.Krug DUALIS GmbH IT Solution Dresden, 0. Vorbemerkungen 1. Prämissen bei der Flexibilisierung und Optimierung 2. Lösungsansatz 3. Anwendungsbeispiel 4. Ausblick

2 Energieeffizienzprobleme in einem Stahlwerk 1. Minderwertige Schrottqualität erfordert energieintensive Zuschlagstoffe und damit hohes Wärmeaufkommen und damit mehr Schmelzenergiezufuhr (Erdgas) 2. Batchprozessfahrweise der Öfen erfordert Abfuhr der Strahlungswärme durch Kühlung der Öfen (1600 K) 3. Diskontinuierlicher elektrischer Lastgang (50 MW Ein/Aus) der Öfen erfordert Lastgangglättung durch Energiespeichereinsatz, da sonst zu hohe Netzspitzen ( Energielieferant ENSO) 4. Optimierung der Warmwasser- und Wärmerückgewinnung im Strangziehprozess Ziel: Mögliche Energieeinsparungen % durch flexible Maßnahmen des Energieverbrauchs bei angemessenen Investitionen

3 Industrielle Umsetzung von Fertigungsinformatik der 80er Jahre TUD später an der DUALIS GmbH Dresden nach 1990 führte zu IT - Werkzeugen der Modellierung, Simulation, Optimierung und Planung von energieeffizienten Produktions - und Logistikprozessen der DUALIS GmbH IT Solution Dresden seit 2000 in der Industrie IT Systeme: ERP, MES, CRM u..a. Quelle: Gründung DUALIS GmbH 1990 von W. Krug

4 Verstärkter Mensch-Maschine- Dialog bei der Lösung energieeffizenter Prozesse durch Modellierung, Simulation, Optimierung und Planung der Prozesse Optimierungsparameter - Au ftragsreihenfolge - Ressourceneinsatz - Rezeptvorschlag.. Eingangsgrößen - Auftragsvorrat - Prozeßparameter - Rezept e.. Graphisch Interaktive Bedienung M anueller.... Entwurf PPS Optimierung - Bewertung der Z ielkriterien - Ermittlung von Verbesserungen mit mathematisch fundierte n Strategien ISSOP Simulation Bewertu ng von O ptimie rung sv orschläg en Realer Prozess Erfüllungsgrad der Zielkrite rien - Termine - Auslast ung - Kosten - Durchlaufzeiten.. Optimierte - Auftragsbearbeitung - Anlagenbelegung - Rüs tzeiten - Mitarbeitereinsatz.. Ma nuell operati ve Eingri ffe PPS QuickGantt

5 Energetische Modellbeschreibung (allgemein) durch Thermodynamische Bilanzgleichung (Darstellung nur in Strömungsrichtung z ohne AWE, RBE) Quelle: Heinrich und Krug Modellierung von Prozessen 1978 Energiespeicherung Energieleitung Energietransport u. - Übergänge Energien bei Stoffumwandlung Fouriersche Energiegesetz (ohne Beschreibung AWE,RBE) ist lösbar durch FEM Methoden

6 Energetische Modellbeschreibung (speziell) Modellierungsansatz ( Satz von Erhaltung der Enthalpie H in einem Volumenelement) dh = du + d(pv) Volumenelementmethode führt auf GDGLS

7 SMARTCITY/ENERGIEMANAGEMENT-KONSORTIUM IM RAHMEN ZWANZIG20 Flexibilisierung und Optimierung des Energieverbrauchs in der Industrie Prof. W.Krug DUALIS GmbH IT Solution Dresden, 0. Vorbemerkungen 1.Prämissen bei der Flexibilisierung und Optimierung 2. Lösungsansatz 3. Anwendungsbeispiel 4. Ausblick

8 Prämissen bei der Flexibilisierung und Optimierung in ProduktionsProzessen PP 1. Energiequellen sollten in PP möglichst integrativ genutzt werden ( z.b.thermisch, Mechanisch, Elektrisch u.a) 2. Steigender Energiebedarf in PP muss mit leistungsfähiger Technik einhergehen 3. Nachhaltige E-Versorgung in PP gelingt nur mit effizienter Vernetzung (z.b.lastgangglättung) 4. Kostenfaktor bei Spechersystemen für PP beachten ( z.b. Solar relativ einfach z.b. in Wärme, Elektrosp. kostspieliger, Windsp. sehr hohe Kosten z.b. Druckluft in Salzstöcke(5-7 MPa qm und danach Rückgewinnung durch Gasturbine, Generatorbetrieb mit > Wirkungsgrad) 5. Einsatz von flexiblen PPS u. IT, um mit minimalen EnergieEinsatz die Produkte EEP herzustellen 6. El. Versorgungsnetze ständig Überwachen u. Bedarf zu jeder Zeit Vorhalten 7. Flexible Energiekonzepte im Unternehmen und in der Region optimieren 8. Summa Sumarum: InvestKosten IK müssen durch Paredo- Optimierung im Einklang mit FlexibilisierungsGrad FG gebracht werden

9 SMARTCITY/ENERGIEMANAGEMENT-KONSORTIUM IM RAHMEN ZWANZIG20 Flexibilisierung und Optimierung des Energieverbrauchs in der Industrie Prof. W.Krug DUALIS GmbH IT Solution Dresden, 0. Vorbemerkungen 1. Prämissen bei der Flexibilisierung und Optimierung 2. Lösungsansatz 3. Anwendungsbeispiel 4. Ausblick

10 Lösungsansatz (allgemein) durch 1. Systemtheoretische Betrachtung Zustandsgrößen Z(t) Eingangsgrößen X(t) System (Modell M, Struktur S, Parameter p) Ausgangsgrößen Y(t) = M (S, x, p, z) technisch, energetisch und/oder ecologisch Falls M analytisch beschreibbar mathematisch lösbar Falls M ereignisorientiert vorliegt nur simulativ lösbar 2. Bestimmung der Paredo-Optimalität Quellen: Wunsch.G. Systemtheorie, Akadem. Verlagsgesellschaft, Leipzig 1975 Krug,W. Modelling, Simulation and Optimization for Manufacturing, Organisation and Logistical Processes, Copyright San Diego, 2002, ISBN

11 Lösungsansatz energetisch) Energierückführung durch effiziente IT Planung z1: EPL EnergieZuführung aus Netzen x1: EZN Produzierende Industrie bzw. Unternehmen M, S, p : PIU (Konzerne, KMU + Verbund u.a.) EnergieEinsatz zur Produktherstellung y1: EEP = M(S,p,z) y2: IK = M (S,p,z) InvestKosten y3=y1/x1: FG = EEP/EZN 0 <= FG <= 1 IK Energierückführung durch effektive Rückgewinnung z2: ERÜ EnergieVerlust zur Umwelt z3: EVU FG

12 SMARTCITY/ENERGIEMANAGEMENT-KONSORTIUM IM RAHMEN ZWANZIG20 Flexibilisierung und Optimierung des Energieverbrauchs in der Industrie Prof. W.Krug DUALIS GmbH IT Solution Dresden, 0. Vorbemerkungen 1. Prämissen bei der Flexibilisierung und Optimierung 2. Lösungsansatz 3. Anwendungsbeispiel 4. Ausblick

13 Praxisbeispiel aus der Beschichtungsindustrie Material und Energieeffizienzplanung IT EPL Blechlager Blechbearbeitung -Verschnittoptimierung Endmontage Material-u. Energieeingang EZN M1: 150 Edelstahl M2: 350 Edelstahl M3: 1300 verzink.bleche M4: Isoliermat. Isolmat.lager Stabstahllager Isomat. Bearbeitung -Dämmschichtoptimierung Stabstahlbearbeitung - Schnittwertoptimierung Abt 1:Komponente K1/M1 Abt 2:Komponente K 2/M1 Abt 3:Komponente K 3/M2 Abt 4:Komponente K4/M2 Abt 5:Komponente K5/M3 Abt 6:Komponente K6/M3 Abt 7:Komponente K7/M4 Versandausgang Wärmerückgewinnung ERÜ IK EM1/K1-65 (5) Est EM1/K2-74 (6) Est EM2/K3-195 (15) Est14307 EM2/K4-130 (10) Est14307 EM3/K5-760 (40) VeZn Bl. EM3/K6-462 (38) VeZn Bl. EM4/K (900) Isom EEP Beschichtung FG, IK - Energieoptimierung EVU Bezeichnungen: M1-M4 : Art und Menge der Materialeingänge (Input) K1/M1 K7/M4 : Art des Energieeinsatzes bei den Komponenten EM1/K1 EM4/K7 : Effizienter Energieeinsatz durch Optimierung (Output) (Zahlen in MWh) - Energieeinsparungen bei K1 K7 FG

14 Ergebnis: Pareto Optimale Lösungen IK / Mio 5,0 4,2 2,0 FG 0 mit Wärmerückgewinnung ERÜ und IT-Planung IT EPL 0,87 1 ohne IT EPL

15 SMARTCITY/ENERGIEMANAGEMENT-KONSORTIUM IM RAHMEN ZWANZIG20 Flexibilisierung und Optimierung des Energieverbrauchs in der Industrie Prof. W.Krug DUALIS GmbH IT Solution Dresden, 0. Vorbemerkungen 1. Prämissen bei der Flexibilisierung und Optimierung 2. Lösungsansatz 3. Anwendungsbeispiel 5. Ausblick

16 Simulative Modellabbildung und Pareto-Optimierung Wärmerückgewinnung in Beschichtungs- u. Lackieranlagen

17 Danke für die Aufmerksamkeit Prof. W. Krug, H. Krug Dualis GmbH IT Solution