Methodology for the systematic identification, evaluation, and management of operation-friendly energy flexibility in industrial systems

Abstract

This work proposes a methodology to systematically identify, evaluate and manage operation-friendly industrial energy flexibility measures. It is structured in three consecutive phases. In the first phase, the available industrial systems, their relevant features, and their energy consumption patterns are analysed to identify and characterise energy flexibility measures according to their functional, temporal, performance, and economic dimensions. The second phase evaluates each energy flexibility measure's technical and financial capacity to pursue relevant energy flexibility goals. The risks of implementing and utilising these measures are also assessed. In the third phase, energy flexibility measures are prioritised for implementation. Complementary, their utilization strategy is outlined by hierarchizing the energy flexibility goals to be pursued by the industrial facility. The results are summarized into a roadmap for industrial facilities to become energy flexible, enabling them to optimize their energy consumption hence becoming more competitive. In dieser Arbeit wird eine Methode zur systematischen Identifizierung, Bewertung und Management betriebsfreundlicher, industrieller Energieflexibilitätsmaßnahmen vorgeschlagen. Die Methodik ist in drei aufeinanderfolgende Phasen gegliedert. In der ersten Phase werden die verfügbaren industriellen Systeme, ihre relevanten Merkmale und ihre Energieverbrauchsmuster analysiert, um Energieflexibilitätsmaßnahmen anhand ihrer funktionalen, zeitlichen, leistungsbezogenen und wirtschaftlichen Dimensionen zu identifizieren und zu charakterisieren. In der zweiten Phase wird die technische und wirtschaftliche Kapazität jeder Maßnahme bewertet, um dann die relevantesten Energieflexibilitätsziele zu verfolgen. Auch die Risiken der Umsetzung und der Nutzung dieser Maßnahmen werden bewertet. In der dritten Phase wird die Implementierung der Maßnahmen priorisiert. Ergänzend dazu wird ihre Nutzungsstrategie skizziert, indem die von der Produktionsstätte zu verfolgenden Energieflexibilitätsziele hierarchisiert werden. Die Ergebnisse werden in einer Roadmap für die Energieflexibilisierung von Produktionsstätten zusammengefasst, der ermöglicht, den Energieverbrauch zu optimieren und somit wettbewerbsfähiger zu werden. Die Methode wird anhand von zwei bestehenden mittelgroßen Industriestandorten, einer Maschinenmontage und einer Kunststoffspritzgießerei, veranschaulicht und validiert. Insgesamt wurden 24 Energieflexibilitätsmaßnahmen mit einer mittleren flexiblen Leistung von 30 kW, einer aktiven Dauer von 60 Minuten und spezifischen Kosten von 0,71 €/kWh, identifiziert und validiert. Darüber hinaus wurden die technisch-wirtschaftliche Leistung und das Risikoniveau der Maßnahmen analysiert. Das Ergebnis dieser Analyse ist, dass fünf dieser Maßnahmen zur sofortigen Umsetzung empfohlen werden und vierzehn weitere in Betracht gezogen werden sollten. Die Ergebnisse zeigen die technische und wirtschaftliche Tragfähigkeit der industriellen Energieflexibilität, die es dem Industriesektor ermöglicht, wettbewerbsfähiger zu werden und gleichzeitig die Energiewende wirksam zu unterstützen.