Nutzung von Massespeichern zur Flexibilisierung des Energieverbrauchs: Kosteneffizienter Anlagenbetrieb durch Anpassung an Marktpreise

TL;DR

The paper addresses the need for energieflexible control in industrial plants amid rising renewable energy integration. It proposes a MILP optimization that minimizes energy cost using intraday market prices, applied to a wastewater treatment plant equipped with decanters and mass storage; the objective is $\min \text{Kosten} = \sum_{t\in \mathcal{T}} P_{\text{System},t} \cdot \Delta t \cdot k_{\text{el},t}$. A field test demonstrates good agreement between optimized plans and actual measurements (average errors 3–7%), with substantial cost savings of approximately 56% over the investigated horizon. The results validate the practical applicability of price-based flexible operation for industrial processes and outline steps for automation, sensor upgrades, and integration with process control systems to broaden real-world impact.

Abstract

The increasing share of renewable energy sources and necessitate new concepts for energy flexible operation of industrial production resources. In this paper, we demonstrate the potential of mass storage to increase energy flexibility in industrial operations through the application of optimized operational planning based on market prices. A wastewater treatment plant equipped with decanters and storages is examined to optimally utilize its energy-flexibility. An MILP model was created for energy-flexible production facilities. The resulting operation plan was transmitted to the plant operators and executed over a period of more than 24 hours. The model shows good agreement with real measurements (average errors between 3% to 7%). The results demonstrate significant potential for cost savings of roughly 56% for the investigated time horizon. -- Der zunehmende Anteil erneuerbarer Energien erfordert neue Konzepte zur energieflexiblen Steuerung industrieller Produktionsanlagen. In diesem Beitrag wird demonstriert, wie das Potenzial von Massespeichern zur Steigerung der Energieflexibilität in industriellen Prozessen durch die Anwendung optimierter Betriebsplanung basierend auf Marktpreisen, genutzt werden kann. Es wird eine Abwasseraufbereitungsanlage mit Dekantern und zugehörigen Massespeichersystemen betrachtet, um deren Energieflexibilität optimiert zu nutzen. Der resultierende Betriebsplan wurde in einem Assistenzsystem an die Anlagenbetreiber übermittelt und über einen Zeitraum von über 24 Stunden ausgeführt. Das Modell zeigt eine gute Übereinstimmung mit den realen Messwerten (Fehlern zwischen 3% und 7%). Alle von den Betreibern gesetzten Betriebsziele wurden erreicht, was die Anwendbarkeit des Modells in industriellen Umgebungen bestätigt. Die Ergebnisse zeigen ein erhebliches Einsparpotenzial von etwa 56% für den untersuchten Zeitraum.

Figures (8)

• Figure 1: Dynamischer Strompreis des kontinuierlichen Intraday-Markts EPEb
• Figure 2: Aufbau der Abwasseraufbereitungsanlage
• Figure 3: Optimierungsumgebung im eom
• Figure 4: Assistenzsystem des eom
• Figure 5: Optimierter Betriebsplan zur Steuerung der Abwasseraufbereitungsanlage