Energieeffiziente Planung

Die im Zuge der Energiewende stattfindende Weiterentwicklung des Strommarkts ermöglicht eine sektorübergreifende Koordination von Stromnachfrage und -erzeugung. Energieflexible Fabriken profitieren von dieser Entwicklung, indem sie Preisschwankungen an den Strommärkten gezielt ausnutzen und Regelenergie zur Stabilisierung des Stromnetzes zur Verfügung stellen.

Dies führt zu zwei zentralen Implikationen für das Management. Zum einen gilt es die traditionell getrennte Auslegung von Energieinfrastruktur und Produktion zu überwinden und aufkommende Optionen der Energieerzeugung, Energiespeicherung und Lastskalierung grundlegend in die strategische Planung von Fabriken aufzunehmen. Zum anderen sind bestehende Verfahren der operativen Produktionsplanung zu überdenken.

Der Lehrstuhl für BWL, insb. Quantitative Methoden und Wirtschaftsmathematik, erarbeitet diesbezüglich im Rahmen des Projektes MaXFab quantitative Modelle auf der Grundlage klassischer Scheduling-Modelle, die u. a. Energieflexibilität durch alternative Energieanlagen berücksichtigen. Die Modellstruktur muss dabei so gewählt werden, dass sowohl die stochastische Natur des Problems realitätsnah dargestellt als auch die spezifischen Zielvorstellungen des Anwenders hinsichtlich einer flexiblen, wirtschaftlichen und ökologischen Produktion abgebildet werden.

Sollen ebendiese Zielvorstellungen in einem quantitativen Modell adäquat aufgenommen werden, so führt ein möglicher Lösungsansatz über die sogenannte Mehrzieloptimierung. Bekanntlich ist die Stromerzeugung in emissionsintensiveren Kraftwerken (Kohle und Gas) kostengünstiger als beispielsweise in emissionsärmeren wie Atomkraftwerken. Somit besteht in diesem Fall Konkurrenz zwischen dem Ziel der Minimierung von Energiekosten und der Minimierung von Emissionen. Im Fokus stehen demnach nicht nur klassische Scheduling-Ziele, wie die Minimierung der Gesamtdurchlaufzeit, sondern auch die Minimierung der Energiekosten und der Emissionen.

Im Rahmen der Modellierung müssen auch Restriktionen zu unterschiedlichen Betriebszuständen und zum flexiblen Einsatz erneuerbarer Energien eingearbeitet werden. Zudem werden softwaregestützte Szenariorechnungen vollzogen. Die sich daraus ergebenden Referenzmodelle sind mithilfe mathematischer Modellierungssysteme zu prüfen.

In den letzten Dekaden hat sich die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien stark erhöht. Bei der Vermarktung von Strom aus erneuerbaren Energien hat der Gesetzgeber in Deutschland mit dem Erneuerbaren Energien Gesetz (EEG) einen Rahmen geschaffen, der an Theorie und Praxis vielfältige Herausforderung stellt. So ist bei der Vermarktung von erneuerbaren Energien, wie Wind und Sonne, insbesondere zu beachten, dass deren Angebot von Faktoren abhängt, die für den Anbieter einer Anlage kaum zu beeinflussen sind.

In einem Projekt in Zusammenarbeit mit der TransnetBW wurde unter anderem untersucht, wie sich die Prognose von Strom aus erneuerbaren Energien optimieren lässt. Die Optimierung der Betriebsführung von Photovoltaik Anlagen steht etwa im Fokus der Forschungen in Zusammenarbeit mit der Bosch Tec GmbH.