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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter May 11, 2022

Batteriespeicherlösungen zur energiewirtschaftlichen Optimierung von Industriebetrieben

Industrial Battery Solutions for Economic Energy Optimization
  • Matthias Philipp

    Dr.-Ing. Matthias Philipp, geb. 1984, studierte Maschinenbau an der Fachhochschule Ingolstadt, Regenerative Energien und Energieeffizienz an der Universität Kassel und promovierte 2016 am Fachgebiet Umweltgerechte Produkte und Prozesse der Universität Kassel, von 2016 bis 2018 war er Bereichsleiter für Energiesystemtechnik am Institut für neue Energie-Systeme der Technischen Hochschule Ingolstadt, seit 2019 ist er als Projektmanager Produkt- und Lösungsentwicklung bei der Bayernwerk Natur GmbH in Unterschleißheim tätig.

    , Nils Collath

    Nils Collath, M. Sc., geb. 1993, absolvierte 2015 das Bachelor- und 2018 das Masterstudium der Elektrotechnik und Informationstechnik an der RWTH Aachen University. Von April 2017 bis November 2019 arbeitete er bei Tesla in Amsterdam, zuletzt als Product Engineer für Energiespeicher. Seit Dezember 2019 ist er Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für elektrische Energiespeichertechnik der Technischen Universität München.

    , Stefan Roth

    Stefan Roth, M. Sc., geb. 1987, absolvierte 2007 die Berufsausbildung zum Elektroniker bei der Überlandwerk Krumbach GmbH. Er studierte von 2009 bis 2014 Wirtschaftsingenieurwesen an den Hochschulen in Ulm, Neu-Ulm und Saarbrücken. Von 2014 bis 2017 arbeitete er bei der Stadtwerke Saarlouis GmbH in verschiedenen Innovations- und Forschungsprojekten. Seit September 2017 ist er Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IGCV in Augsburg und leitet dort seit Mai 2021 die Gruppe „Nachhaltige Produktionssysteme“.

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    , Philipp Theumer

    Philipp Theumer, M. Sc., geb. 1991, absolvierte 2015 das Bachelorstudium des Maschinenbaus am Karlsruher Institut für Technologie und 2018 das Masterstudium des Maschinenbaus und Managements an der Technischen Universität München. Seit März 2018 ist er Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Produktionsmanagement am Fraunhofer IGCV in Augsburg.

    , Gerhard Will-Ehlers

    Gerhard Will-Ehlers, geb. 1957, war nach der Ausbildung zum Elektrotechniker mit dem Schwerpunkt Datenverarbeitung von 1991 bis 1995 in der Instandhaltung bei Bolta Werke GmbH in Leinburg tätig, von 1995 bis 1999 war er als Inbetriebnahme Techniker für Industrieroboter bei der Fa. Remak in Reinheim beschäftigt, seit 1999 ist er u. a. als Leiter Instandhaltung, technischer Einkäufer und im Energiemanagement bei den Bolta Werken in Leinburg beschäftigt.

    , Martin Kellermann

    Martin Kellermann, M. Sc., geb. 1993, studierte Energie- und Umweltsystemtechnik an der Fachhochschule Ansbach und Maschinenbau an der Technischen Hochschule Nürnberg. Von 2019 bis 2021 war er im Bereich Energiemanagement als Energiemanagementbeauftragter der Bolta Werke GmbH tätig. Seit 2022 ist er als Projektingenieur im Bereich Klimaschutz für die Stadtwerke Roth tätig.

    and Holger Hesse

    Dr. Holger Hesse, geb. 1982, promovierte in Physik und ist seit 8 Jahren stellvertretender Leiter des Lehrstuhls für Elektrische Energiespeichertechnik. Am Lehrstuhl gründete er eine Forschungsgruppe zu stationären Energiespeichern mit den Fokusthemen der Technischökonomischen Optimierung, der BetriebsModellierung und der System-Validierung. Herr Hesse nahm in 2022 den Ruf zur Forschungs-Professur „Smarte Energiesysteme“ an die Hochschule für Angewandte Wissenschaften Kempten an, welche sich auf Lösungsansätze zum Energiemanagement von Batteriesystemen mittels Optimierung und Maschinellem Lernen fokussiert. Industrieerfahrung bringt Herr Hesse aus Consulting Tätigkeiten bei der BMW AG, sowie zahlreichen BatterieSpeicher-Projektierern mit.

Abstract

Produzierende Unternehmen stehen aufgrund steigender Preise für elektrische Energie großen Herausforderungen gegenüber. Der durchschnittliche Strompreis für die Industrie stieg in Deutschland von 12,07 ct pro kWh im Jahr 2010 auf 21,38 ct pro kWh im Jahr 2021. Batteriespeicherlösungen bieten vielfältige Anwendungsfälle, um Industriebetriebe energiewirtschaftlich zu optimieren. Dazu gehören beispielsweise die intensive Netznutzung, oder eine Kombination aus der atypischen Netznutzung und der Primärregelleistungsvermarktung. Der vorliegende Beitrag beschreibt zunächst diese Anwendungsfälle und geht im Anschluss auf unterschiedliche Typen von Batteriespeichersystemen ein, die hierfür eingesetzt werden können. Es wird daraufhin ein exemplarisches Batteriespeichersystem bei einem Industrieunternehmen vorgestellt. Der Beitrag schließt mit der Beschreibung eines innovativen, auf künstlicher Intelligenz basierenden Ansatzes zur zuverlässigen Steuerung von Batteriespeichersystemen, um einer hohen Komplexität des Gesamtsystems zu begegnen.

Abstract

The industry is facing major challenges due to rising prices for electrical energy. The average electricity price for industry in Germany rose from 12.07 ct per kWh in 2010 to 19.09 ct per kWh in 2021. Battery storage solutions offer a wide range of applications to optimize industrial companies in terms of energy management. These are, for example, the intensive grid use or a combination of atypical grid use and the marketing of primary balancing power. This article describes these use cases and explains different types of suitable battery storage systems. In the following, an exemplary battery storage system at an industrial company is presented. The article closes with the description of an innovative approach based on artificial intelligence. This enables the control of battery storage systems in the case of challenges due to the high complexity of the overall system.


Hinweis

Bei diesem Beitrag handelt es sich um einen von den Mitgliedern des ZWFAdvisory Board wissenschaftlich begutachteten Fachaufsatz (Peer-Review).



Tel.: +49 (0) 821 90678-168

About the authors

Dr.-Ing. Matthias Philipp

Dr.-Ing. Matthias Philipp, geb. 1984, studierte Maschinenbau an der Fachhochschule Ingolstadt, Regenerative Energien und Energieeffizienz an der Universität Kassel und promovierte 2016 am Fachgebiet Umweltgerechte Produkte und Prozesse der Universität Kassel, von 2016 bis 2018 war er Bereichsleiter für Energiesystemtechnik am Institut für neue Energie-Systeme der Technischen Hochschule Ingolstadt, seit 2019 ist er als Projektmanager Produkt- und Lösungsentwicklung bei der Bayernwerk Natur GmbH in Unterschleißheim tätig.

Nils Collath

Nils Collath, M. Sc., geb. 1993, absolvierte 2015 das Bachelor- und 2018 das Masterstudium der Elektrotechnik und Informationstechnik an der RWTH Aachen University. Von April 2017 bis November 2019 arbeitete er bei Tesla in Amsterdam, zuletzt als Product Engineer für Energiespeicher. Seit Dezember 2019 ist er Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für elektrische Energiespeichertechnik der Technischen Universität München.

Stefan Roth

Stefan Roth, M. Sc., geb. 1987, absolvierte 2007 die Berufsausbildung zum Elektroniker bei der Überlandwerk Krumbach GmbH. Er studierte von 2009 bis 2014 Wirtschaftsingenieurwesen an den Hochschulen in Ulm, Neu-Ulm und Saarbrücken. Von 2014 bis 2017 arbeitete er bei der Stadtwerke Saarlouis GmbH in verschiedenen Innovations- und Forschungsprojekten. Seit September 2017 ist er Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer IGCV in Augsburg und leitet dort seit Mai 2021 die Gruppe „Nachhaltige Produktionssysteme“.

Philipp Theumer

Philipp Theumer, M. Sc., geb. 1991, absolvierte 2015 das Bachelorstudium des Maschinenbaus am Karlsruher Institut für Technologie und 2018 das Masterstudium des Maschinenbaus und Managements an der Technischen Universität München. Seit März 2018 ist er Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Produktionsmanagement am Fraunhofer IGCV in Augsburg.

Gerhard Will-Ehlers

Gerhard Will-Ehlers, geb. 1957, war nach der Ausbildung zum Elektrotechniker mit dem Schwerpunkt Datenverarbeitung von 1991 bis 1995 in der Instandhaltung bei Bolta Werke GmbH in Leinburg tätig, von 1995 bis 1999 war er als Inbetriebnahme Techniker für Industrieroboter bei der Fa. Remak in Reinheim beschäftigt, seit 1999 ist er u. a. als Leiter Instandhaltung, technischer Einkäufer und im Energiemanagement bei den Bolta Werken in Leinburg beschäftigt.

Martin Kellermann

Martin Kellermann, M. Sc., geb. 1993, studierte Energie- und Umweltsystemtechnik an der Fachhochschule Ansbach und Maschinenbau an der Technischen Hochschule Nürnberg. Von 2019 bis 2021 war er im Bereich Energiemanagement als Energiemanagementbeauftragter der Bolta Werke GmbH tätig. Seit 2022 ist er als Projektingenieur im Bereich Klimaschutz für die Stadtwerke Roth tätig.

Dr. Holger Hesse

Dr. Holger Hesse, geb. 1982, promovierte in Physik und ist seit 8 Jahren stellvertretender Leiter des Lehrstuhls für Elektrische Energiespeichertechnik. Am Lehrstuhl gründete er eine Forschungsgruppe zu stationären Energiespeichern mit den Fokusthemen der Technischökonomischen Optimierung, der BetriebsModellierung und der System-Validierung. Herr Hesse nahm in 2022 den Ruf zur Forschungs-Professur „Smarte Energiesysteme“ an die Hochschule für Angewandte Wissenschaften Kempten an, welche sich auf Lösungsansätze zum Energiemanagement von Batteriesystemen mittels Optimierung und Maschinellem Lernen fokussiert. Industrieerfahrung bringt Herr Hesse aus Consulting Tätigkeiten bei der BMW AG, sowie zahlreichen BatterieSpeicher-Projektierern mit.

Danksagung

Die Autoren bedanken sich bei der Bayerischen Forschungsstiftung für die Förderung und Betreuung des Forschungsprojekts „SmartB4P – Smarte Batteriesteuerung für die Produktion“. Weiterer Dank gilt den Projektpartnern meteocontrol GmbH, Smart Power GmbH und ITQ GmbH.

Literatur

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Published Online: 2022-05-11
Published in Print: 2022-05-30

© 2022 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston, Germany

Downloaded on 28.3.2024 from https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/zwf-2022-1059/html
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