Universität Stuttgart
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Item Open Access Techno-ökonomische Auslegung von Stromspeichern für Fabriken(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2022) Zimmermann, Fabian; Sauer, Alexander (Prof. Dr.-Ing.)Für Industrieunternehmen gewinnt der Einsatz von Stromspeichern zunehmend an Bedeutung, da die Kosten für eine sichere und qualitativ hochwertige Energieversorgung kontinuierlich steigen. Insbesondere durch die volatile Erzeugung erneuerbarer Energien und daraus resultierenden schwankenden Strompreisen ergibt sich ein wirtschaftliches Potenzial für die Integration von Stromspeichern. Die vorliegende Arbeit beantwortet aus diesem Grund die Frage, wie Stromspeicher für Fabriken techno-ökonomisch ausgelegt werden können. Ziel ist es, einen Stromspeicher sowohl für die Einsatzoption Netzentgeltreduktion durch Spitzenlastreduktion und atypische Netznutzung als auch für multifunktionale Einsatzoptionen auszulegen und über die Lebensdauer ökonomisch zu bewerten. Durch die multifunktionalen Einsatzoptionen werden mehrere Einsatzoptionen mit einem Stromspeicher bedient, um die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen. In dieser Arbeit werden die Einsatzoptionen Netzentgeltreduktion, Eigenverbrauchsoptimierung und Arbitrage-Handel in unterschiedlichen Möglichkeiten kombiniert. Hierzu werden die Stromspeichertechnologien Blei-Batterie, Natrium-Batterie, Lithium-Batterie und Redox-Flow-Batterie untersucht. Der Fokus der Arbeit liegt auf dem elektrischen Energieversorgungssystem der Fabrik inklusive erneuerbarer Energien. Die Ergebnisse zeigen jeweils eine Konfiguration für die Blei-Batterie, die Natrium-Batterie, die Lithium-Batterie und die Redox-Flow-Batterie sowie einen Fahrplan des jeweiligen Stromspeichers. Im Rahmen von zwei untersuchten Fallbeispielen aus der Praxis konnte für beide jeweils ein wirtschaftlicher Stromspeicher ausgelegt werden. Es zeigte sich, dass die Investition in einen Stromspeicher zur Netzentgeltreduktion für Unternehmen wirtschaftlich sein und die Energiekosten langfristig und dauerhaft reduziert werden können.Item Open Access Gestaltung betrieblicher Umweltinformationssysteme(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2023) Waltersmann, Lara; Sauer, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Kfm.)Aufgrund diverser ökologischer Krisen, wie Klimawandel und Biodiversitätsverlust, und des damit verbundenen gesellschaftlichen und regulatorischen Drucks hin zu einem ökologischen Wirtschaften wird das Umweltmanagement und -controlling für Unternehmen immer wichtiger und zunehmend zum entscheidenden Wettbewerbsfaktor. Mit seinen Funktionen zur Information, Planung und Kontrolle, Koordination und Rationalitätssicherung bildet das Umweltcontrolling die Grundlage für die Erfüllung der Anforderungen an die Transparenz und die Verbesserung der ökologischen Leistung von Unternehmen. Durch die steigenden Informationsbedarfe der Stakeholder wird es jedoch zunehmend komplex, wobei Informationssysteme dabei helfen können, diese Komplexität zu beherrschen. Vor dem Hintergrund der steigenden Anforderungen an das Umweltcontrolling und der benötigten informationstechnischen Unterstützung adressiert die vorliegende Arbeit die Forschungsfrage, wie ein betriebliches Umweltinformationssystem unternehmensspezifisch gestaltet werden kann. Ergebnis der Arbeit ist eine Methode zur Gestaltung eines betrieblichen Umweltinformationssystems, die sich an den Phasen des User Centered Design orientiert sowie ein Referenzdatenmodell und -architektur beinhaltet. Durch diese Methode werden unter anderem erstmals unternehmensindividuelle Parameter bei der Gestaltung detailliert berücksichtigt und eine Vollständigkeit der Umweltdaten und -informationen sichergestellt. Unternehmen werden hiermit befähigt ein Informationssystem zu konzipieren, welches alle relevanten Daten für das Umweltcontrolling erfasst, verarbeitet sowie den entsprechenden Personen in geeigneter Form zugänglich macht. Es wird außerdem eine Auswahl und Integration eines Informationssystems in die bestehende Informationssystemarchitektur eines Unternehmens ermöglicht. Anhand von zwei Fallbeispielen mit produzierenden Unternehmen konnte gezeigt werden, dass die Methode in der Praxis anwendbar und für die Gestaltung eines betrieblichen Umweltinformationssystems gut geeignet ist.Item Open Access Simulation-based assessment of energy use in factories(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2022) Weeber, Max; Sauer, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Kfm.)The increasing awareness of the limited resources of our planet is demanding that industrial companies improve the sustainability of their business strategies and urging decision-makers to adopt environmentally friendly manufacturing practices. In this respect, identifying ways to improve energy use in factories is subject to ongoing research. Recently, factory simulation models have been proposed to better understand the interdependencies of energy use in the different peripheries of a factory system. However, the complexity of the proposed factory simulation models and their inability to jointly evaluate multiple energy-related performance metrics have limited their application in practice. This work extends the scope of existing factory simulation models with a particular focus on on-site energy supply systems and extends conventional energy performance metrics to include non-energy benefits. It also improves upon the prevailing trial-and-error approaches currently used to evaluate improvement measures within these models. The findings show that an assessment procedure that combines a multi-peripheral factory model with a comprehensive evaluation process using design of simulation experiments can improve both the comprehensiveness and generalizability of the obtained simulation results. The results show that by applying the proposed methodology, combined energy-saving potentials of 38% can be achieved for the factory building and its technical building systems. At the same time, the non-energy benefits in terms of improved occupational safety can be increased by 40%. Starting from this baseline, further improvements are possible with regard to the energy supply system setup. Using the proposed evaluation process, it is possible to further improve various energy performance metrics of the factory, including energy costs (-10%), energy demand (-7%), and CO2 emissions (-11%). In addition, the share of renewables on the energy supplied was increased by 16% and energy flexibility by 31%. The results of this work should promote the understanding of the complex interdependencies of energy use in factories and advance the transition of the corresponding factory simulation models and related evaluation processes into planning practice.