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Energieeffizienzerhöhung im Abfall- und Recyclingstoff-Sortierprozess durch Anwendung von Methoden der künstlichen Intelligenz, Teilvorhaben: Sensortechnologie und Datenakquise

Im FuE-Vorhaben EnSort sollen im hoch-komplexen Sortierprozess von recycelbaren Abfallstoffen (Verpackungsmaterialien, gelbe Tonne aus Haushalten etc.) zu Wertstoffen mit Hilfe der Künstlichen Intelligenz über zu erfassende und auszuwertende Materialerkennungsdaten Aggregate mit hohem spezifischen Energieverbrauch optimiert werden. Dazu muss die Anpassungsfähigkeit der Anlage an sich ändernde Input- und flexibel geforderte Outputqualitäten erhöht werden. Für die vorauslaufende Digitalisierung des bisher überwiegend manuell geregelten Prozesses ist ein Modell zur vollständigen Simulation des Sortierprozess als digitaler Zwilling zu erstellen. Dieses 'Betriebsmodell' wird im großtechnischen Praxisbetrieb einer Sortieranlage für Leichtverpackungsabfälle (LVP) iterativ verbessert und verifiziert. Die Energieeffizienzsteigerung ist später Resultat einer sich an die ständig wechselnden In- und Outputparameter anpassende Prozessregelung. Weiterhin wird über eine intelligente voll automatisierte Regelung der Gesamtanlage die Auslastung der Einzelaggregate optimiert und damit der Durchsatz erhöht. So sinkt der spezifische Energieverbrauch. Zusätzlich wird die Herstellung der Ballen, zu denen die Recyclate zur Volumenreduktion für die Transportwege gepresst werden, optimiert. Hierzu werden Erkenntnisse aus rein betrieblichen sowie durch das BMWi geförderten Vorhaben genutzt.

Energieoptimierung in der Produktion von Ferrolegierungen - Entwicklungen von Bandgießprozessen, Teilvorhaben: Konzeptionierung der industriellen Umsetzung eines energieeffizienten Bandgießverfahrens für die Herstellung von Ferrochrom

Entwicklung einer Methode zur Verbesserung der Klinkerkühlung und Erhöhung der Energieeffizienz in Zementdrehofenanlagen unter Einsatz von Infrarotkameras

Biomasseheizsystem mit Sorptionswärmepumpe zur Brennwertnutzung, Teilprojekt: Wärmetechnische Entwicklung Sorptionswärmepumpe und Systemintegration

Energie- und Kohlenstoff-Roadmap für die europäische Chemieindustrie

Ecofys unterstützte den CEFI, bei der Entwicklung und Ausarbeitung der Energie- und Kohlenstoff-Roadmap 2050 . Die Roadmap untersucht, welche Rolle die Chemieindustrie langfristig betrachtet in einem energieeffizienten und emissionsarmen Europa der Zukunft spielen kann. In vier versch. Szenarien werden die zukünftige Nachfrage nach und damit die Produktion von Produkten der chemischen Industrie bis 2050 sowie die Entwicklung und der Einsatz von Energieeffizienz- und kohlenstoffarmen Technologien bewertet. Die Szenarien unterscheiden sich dabei hinsichtlich ihrer Annahmen zum energie- und klimapol. Umfeld in Europa und dem Rest der Welt, zur Entwicklung von Energie- und Rohstoffpreisen sowie der Geschwindigkeit, mit welcher relevante Innovationen voranschreiten. Die Studie untersucht ebenfalls, welche Rolle der europäischen Chemieindustrie in der Bereitstellung von Energieeffizienz- und kohlenstoffarmen Lösungen für andere Wirtschaftsbranchen zukommen kann. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass Produkte der chemischen Industrie in allen Wirtschaftsbereichen Verbesserungen in der Energieeffizienz und der Minderung von Treibhausgasemissionen ermöglichen, wobei sich diese Rolle der Chemieindustrie künftig noch verstärken dürfte. Weiterhin wird in der Studie deutlich, dass die Preisdifferenzen, welche für Energie und Rohstoffe im Vergleich zu den wichtigsten Wettbewerbsregionen bestehen, die globale Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Chemieindustrie gefährden. Eine auf Europa beschränkte und nicht global abgestimmte Energie- und Klimapolitik, welche zu höheren Kosten der europäischen Produktion führt, würde die Wettbewerbsfähigkeit weiter schwächen und zu einer geringeren Produktion in Europa und damit zu vermehrten Importen von chemischen Produkten nach Europa führen. Die Verbesserung der Energieeffizienz wird den größten Beitrag leisten, die zukünftigen Treibhausgasemissionen der europäischen Chemieindustrie zu reduzieren. Des Weiteren können alternative Brennstoffe zur Erzeugung von Prozesswärme sowie die Vermeidung von Lachgasemissionen sich positiv auf die Emissionsminderung auswirken. Darüber hinaus bergen die Dekarbonisierung des Stromsektors und nach 2030 auch die CCS-Technologie zusätzliche Emissionsminderungspotentiale. Wachstum und Innovation wird dabei in den kommenden Jahren bei der Erzielung realer Emissionsminderungen eine entscheidende Rolle zukommen. Angesichts dieser Ergebnisse appelliert die Studie an die politischen Entscheidungsträger, die energie- und klimapolitische Rahmenbedingungen derart zu gestalten, dass Anreize für ein nachhaltiges und effizientes Wachstum der chemischen Industrie geschaffen werden, um die Attraktivität für Investitionen zu steigern und weitere Innovationen zu fördern. Die Studie liefert wertvollen Input für die Diskussion zur europäischen Energieversorgung sowie der post 2020 Klima und Industriepolitik. Ecofys kam die Rolle der Projektkoordination zu und lieferte zudem unabhängige analyt. Beiträge.

Hocheffiziente, ressourcenschonende DC-Stromschienensysteme in Produktion und Fertigung, Hocheffiziente, ressourcenschonende DC-Stromschienensysteme in Produktion und Fertigung

Die Energiewende ist aktuell eine der größten Herausforderungen für die produzierende Industrie in Deutschland. Durch aktuelle weltpolitische Ereignisse ist die Reduzierung des Energieverbrauchs auf allen Ebenen besonders dringlich. Die Erhöhung der Energieeffizienz in der Produktion, die Schonung von begrenzten Ressourcen, die Steigerung der Flexibilität auf schwankende Energieangebote angemessen reagieren zu können, die optimale Nutzung erneuerbarer Energiequellen sowie die Erhöhung der Robustheit der Produktion bei schwankender Energiebereitstellungsqualität sind Aufgaben, mit denen sich die produzierende Industrie Deutschlands konfrontiert sieht. Industrielle DC-Netze bieten hier gegenüber der dreiphasigen 400V-AC-Stromversorgung wesentliche Vorteile. Der Trend geht hin zum Einsatz von energieeffizienten, drehzahlveränderlichen elektrischen Antrieben mit Frequenzumrichtern, die stets eine Energiewandlung von Wechselspannung in Gleichspannung mittels B6-Gleichrichter benötigen. In DC-Netzen kann stattdessen ein zentraler geregelter Gleichrichter eingesetzt werden. Wechselrichter können am gemeinsamen DC-Bus betrieben werden, sodass sowohl die Wandlungsverluste gesenkt als auch generatorische Energie direkt genutzt werden können. Speicher und erneuerbaren Energiequellen, die ebenfalls von der Nutzung eines gemeinsamen Zwischenkreises profitieren, lassen mit deutlich weniger Aufwand integrieren. Weitere Potentiale lassen sich in den Felder Anlageninstallation, -verfügbarkeit und Gerätetechnik finden. Diese Potentiale wurden bereits in anderen Forschungsprojekten ((1), (2), (3)) und in einer vom ZVEI beauftragten Studie (5) aufgezeigt und legen die Basis für weitere Forschungsbemühungen. Im Fokus des Verbundprojekts DC-Schiene steht die Erforschung ressourcenschonender und energieeffizienter DC-Schienensysteme für mobile Industrieanwendungen inner- und außerhalb von Gebäuden als Substitut für den Stand der Technik mit Drehstrom-Leitern. Anwendungen sind alle (Text abgebrochen)

Instrumente zur Umsetzung der kommunalen Wärmeplanung - Integrierte Entwicklung ordnungsrechtlicher, prozess- und maßnahmenbezogener Lösungsansätze für die kommunale Wärmewende, Teilvorhaben: Sozialwissenschaftliche Untersuchungen

Mit Blick auf das Ziel einer treibhausgasneutralen Wärmeversorgung des Gebäudebestands bestehen vielfältige Planungsbedarfe auf kommunaler Ebene. Strategien zur Steigerung der Energieeffizienz und zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung durch Einbindung erneuerbarer Energien und Abwärme sind in Einklang zu bringen. Aufgrund der dringenden Handlungserfordernisse rückt die kommunale Wärmeplanung auch in Deutschland in den Mittelpunkt der Debatte. Die Implementierung innovativer Lösungen für die Wärmeversorgung wirft dabei nicht nur technische Fragen auf, sondern betrifft in erheblichem Maße auch die organisatorische Ausgestaltung und rechtliche Umsetzung. Vor dem Hintergrund der zeitlichen Erfordernisse des Klimaschutzes und nicht zuletzt der Entscheidung des Bundesverfassungsgerichts vom März 2021 müssen die Wärmeplanungen konsequent auf das Ziel der Klimaneutralität im Jahr 2045 ausgerichtet werden. Bislang fehlt es jedoch nahezu vollständig an spezifischen Vorgaben für die Umsetzung der Wärmepläne. Die allgemeinen Regelungen des Baurechts können dies nur in Ansätzen leisten. Es sollen daher ergänzende ordnungsrechtliche sowie prozess- und maßnahmenbezogener Ansätze untersucht werden. Zudem gilt es die kommunalen Anwendungsfelder sowie notwendige Fortentwicklungen des Rechtsrahmens zu klären. Die Wärmeplanung ist zudem in die Governance-Architektur des Klimaschutzrechts einzuordnen. Da kleinere Gemeinden mit der Aufgabe der Aufstellung und Umsetzung einer Wärmeplanung häufig überfordert sein dürften, wird untersucht, welche Kooperationsmöglichkeiten der Rechtsrahmen bereits bietet und wie diese ggf. fortentwickelt werden müssen, um eine interkommunale Zusammenarbeit zu ermöglichen. Zusätzlich müssen für einen prozessorientierte Strategieentwicklung die planerischen Abläufe innerhalb der Kommune untersucht und mögliche Interessenkonflikte innerhalb der der Akteurslandschaft und regionalen Planungsaufgaben identifiziert und Lösungsvorschläge entwickelt werden.

Instrumente zur Umsetzung der kommunalen Wärmeplanung - Integrierte Entwicklung ordnungsrechtlicher, prozess- und maßnahmenbezogener Lösungsansätze für die kommunale Wärmewende

Mit Blick auf das Ziel einer treibhausgasneutralen Wärmeversorgung des Gebäudebestands bestehen vielfältige Planungsbedarfe auf kommunaler Ebene. Strategien zur Steigerung der Energieeffizienz und zur Dekarbonisierung der Wärmeversorgung durch Einbindung erneuerbarer Energien und Abwärme sind in Einklang zu bringen. Aufgrund der dringenden Handlungserfordernisse rückt die kommunale Wärmeplanung auch in Deutschland in den Mittelpunkt der Debatte. Die Implementierung innovativer Lösungen für die Wärmeversorgung wirft dabei nicht nur technische Fragen auf, sondern betrifft in erheblichem Maße auch die organisatorische Ausgestaltung und rechtliche Umsetzung. Vor dem Hintergrund der zeitlichen Erfordernisse des Klimaschutzes und nicht zuletzt der Entscheidung des Bundesverfassungsgerichts vom März 2021 müssen die Wärmeplanungen konsequent auf das Ziel der Klimaneutralität im Jahr 2045 ausgerichtet werden. Bislang fehlt es jedoch nahezu vollständig an spezifischen Vorgaben für die Umsetzung der Wärmepläne. Die allgemeinen Regelungen des Baurechts können dies nur in Ansätzen leisten. Es sollen daher ergänzende ordnungsrechtliche sowie prozess- und maßnahmenbezogener Ansätze untersucht werden. Zudem gilt es die kommunalen Anwendungsfelder sowie notwendige Fortentwicklungen des Rechtsrahmens zu klären. Die Wärmeplanung ist zudem in die Governance-Architektur des Klimaschutzrechts einzuordnen. Da kleinere Gemeinden mit der Aufgabe der Aufstellung und Umsetzung einer Wärmeplanung häufig überfordert sein dürften, wird untersucht, welche Kooperationsmöglichkeiten der Rechtsrahmen bereits bietet und wie diese ggf. fortentwickelt werden müssen, um eine interkommunale Zusammenarbeit zu ermöglichen. Zusätzlich müssen für einen prozessorientierte Strategieentwicklung die planerischen Abläufe innerhalb der Kommune untersucht und mögliche Interessenkonflikte innerhalb der der Akteurslandschaft und regionalen Planungsaufgaben identifiziert und Lösungsvorschläge entwickelt werden.

Sicheres Energiemanagement durch Steuerung von Prosumern über das Smart Meter Gateway und wiederverwendbare Dienstmodule, Teilvorhaben: Projektsteuerung, Gesamtkonzeption, CLS-Infrastruktur, Laborstests/Demonstrator

Für eine nachhaltige Energieversorgung mit regenerativen Erzeugungsanlagen kommt dem intelligenten Messsystem, auch Smart Meter genannt, eine zentrale Rolle zu. Smart Meter Gateways bieten mit der BSI-konformen CLS-Schnittstelle (Controllable-Local-Systems) eine sichere Verbindung zu Kundenanlagen. Allerdings sind die steuernden Geräte häufig nicht CLS-konform, Echtzeitsteuerungen stoßen bei vielen Kommunikationsnetzen an ihre Grenzen oder sind nicht wirtschaftlich und die Implementation BSI-konformer Energiedienste ist aufwendig. Hier setzt das Projekt an, indem es sichere und effiziente Kommunikationslösungen und Verfahren zur flexiblen Energieoptimierung auf Basis des Smart Meter Gateways erarbeitet und eine Toolbox für eine einfache Orchestrierung sektorenübergreifender Energiedienste bereitstellt. Diese Toolbox umfasst Module für die Kommunikation auf Geräte-, Daten- und Dienstebene. Als Querschnitts-Ziel wird hierbei Datensicherheit und Datenschutz auf allen Ebenen adressiert. Die Verfügbarkeit von IoT-Geräten schwankt und sie müssen dynamisch in die Netze eingebunden werden. SECProMo entwickelt Verfahren für die Auswahl und einfache Konfiguration von Schedulern in Kommunikationsnetzen, um die jeweiligen Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit, Echtzeit, Datenvolumen und -häufigkeit zu gewährleisten. Hierbei werden insbesondere die 5G Profile uRLLC und mMTC eingesetzt und für ihren realen Einsatz erprobt. SECProMo erweitert standardisierte Datenmodelle, um Energieflexibilität zu repräsentieren und für KI-basierte Prädiktions- und Regelungsalgorithmen zu nutzen. SECProMo entwickelt wiederverwendbare Dienstmodule mit geeigneten Schnittstellen, um einfach neue Dienste für sektorenübergreifende Optimierungen der Energieeffizienz in unterschiedliche Anwendungsszenarien zu realisieren. Die entwickelten Verfahren und Werkzeuge werden in Feldtests innerhalb eines Quartiers demonstriert und evaluiert, um daraus technische und wirtschaftliche Handlungen abzuleiten.

Energiemanagement in Unternehmen

Ein systematisches Energiemanagement ist in Unternehmen und Organisationen ein geeignetes Instrument, zur kontinuierlichen Erhöhung der Energieeffizienz. Durch die erzielbaren Kostenentlastungen stärkt es die Wettbewerbsfähigkeit und wird daher bereits in vielen Unternehmen weltweit genutzt. Ein gutes Energiemanagement zeigt, wo sich Energieeinsparpotenziale befinden. Es nimmt Einfluss auf organisatorische und technische Abläufe sowie Verhaltensweisen. So senkt es unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten den betrieblichen Gesamtenergieverbrauch (also auch die für die Produktion erforderliche Energie) sowie den Verbrauch von Grund- und Zusatzstoffen und verbessert kontinuierlich die Energieeffizienz im Unternehmen. Ein Energiemanagementsystem (EnMS) erfasst systematisch unternehmensspezifische Energieströme. Es unterstützt bei der Entscheidung für Investitionen in die Energieeffizienz. Gelebtes und lebendes Energiemanagement versetzen Unternehmen in die Lage, die in der Energiepolitik eingegangenen Verpflichtungen einzuhalten und die energetische Leistung durch einen systematischen Ansatz kontinuierlich zu verbessern. Es umfasst die erforderlichen Organisations- und Informationsstrukturen einschließlich der hierzu benötigten Hilfsmittel. Im Rahmen eines EnMS werden strategische und operative Ziele, Aktionspläne, die Planung, die Einführung und das Betreiben, Überwachen und Messen, die Kontrolle und Korrektur, interne Audits sowie eine regelmäßige Überprüfung durch das Management gestaltet und ausgeführt.

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