Um die klima- und energiepolitischen Ziele der europäischen Union zu erreichen, wurden nationale gesetzliche Regelungen geschaffen, die darauf abzielen die Treibhausgasemissionen zu verringern und den Anteil erneuerbarer Energie zu erhöhen. Langfristig sind mit der Erfüllung der Klimaziele Investitionen in neue und erneuerbare Technologien verbunden. Die verfügbaren Methoden zur optimalen Investitionsplanung sind jedoch limitiert, da sie nicht alle wesentlichen Aspekte (technische Restriktionen, optimale Wärmetauschernetzwerke, Integration von neuen Komponenten, etc.) gleichzeitig berücksichtigen können. Dadurch entstehen Unsicherheiten und somit Investitionsrisiken, wodurch die Transition hin zu einem erneuerbaren Energiesystem erschwert wird.

Es existieren Ansätze zur Bestimmung des optimalen Betriebs, des optimalen Wärmetauschernetzwerks oder der optimalen Produktionsplanung einer Industrieanlage. Was fehlt, ist allerdings eine ganzheitliche Formulierung, die all diese Aspekte auf einmal berücksichtigt und in weiterer Folge Synergieeffekte nutzt. Außerdem werden Unsicherheiten reduziert und somit Investitionshemmnisse beseitigt. Im SINFONIES-Projekt wird eine solche Methode entwickelt.

Übergeordnet sollen in Industrieunternehmen Hindernissen bei Investitionsentscheidungen zur Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energieträger abgebaut werden. Durch Kombination der bestehenden Optimierungsprobleme Unit Commitment, Heat Exchanger Network Synthesis und Scheduling werden im Vergleich zur Betrachtung der einzelnen Probleme zusätzliche Einsparungspotentiale und Synergieeffekte genutzt. Aufgrund der gekoppelten Betrachtung werden zudem Investitionsfehlentscheidungen vermieden, die aufgrund unzureichender Beachtung technischer Restriktionen bei der getrennten Betrachtung einzelnen Optimierungsproblemen auftreten können. Mit dem SINFONIES-Ansatz werden lukrative und zukunftsweisende Investitionsszenarien für Retrofitmaßnahmen bei reduziertem Investitionsrisiko identifiziert, wodurch Industrieunternehmen bei der Transition in ein erneuerbares Energiesystem langfristig unterstützt werden.

Durch Kombination der oben genannten Optimierungsprobleme werden im Vergleich zur einzelnen Betrachtung zusätzliche Einsparungspotentiale und Synergieeffekte erschlossen. Zudem werden Investitions-Fehlentscheidungen aufgrund unzureichender Beachtung technischer Restriktionen in den einzelnen Optimierungsproblemen ausgeschlossen. Dadurch werden realistische, lukrative und zukunftsweisende Investitionsszenarien bei reduziertem Investitionsrisiko identifiziert, wodurch Industrieunternehmen bei der Transition in ein erneuerbares Energiesystem langfristig unterstützt werden. Hierzu werden notwendige Schnittstellen zwischen den Teilproblemen identifiziert und die Komplexität des kombinierten Optimierungsproblems verringert (bspw. durch sinnvolle Vereinfachungen, Modellreduktion, Decomposition), um das Problem in akzeptabler Zeit lösbar zu machen. Für den Proof-of-Concept wurde der SINFONIES-Ansatz anhand eines Referenzprozesses und -szenarios mit bestehenden Methoden verglichen und die erschlossenen Potentiale wurden quantifiziert.

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Reproduziert von Beck, A.; Knöttner, S.; Unterluggauer, J.; Halmschlager, D.; Hofmann, R. An Integrated Optimization Model for Industrial Energy System Retrofit with Process Scheduling, Heat Recovery, and Energy Supply System Synthesis., öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster Processes 2022, 10, 572.

Videopräsentation