Die aktuelle und zukünftige Forschung konzentriert sich auf Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz und den Übergang zu erneuerbaren Energiequellen. Die Konzepte zur Umstellung auf 100% erneuerbare Energien beruhen auf modernsten Technologien, innovativer Systemintegration und einem effizienten und zuverlässigen Betrieb. Weitere Forschungsfelder, die direkt an diese Themen anknüpfen, sind Sektorkopplung und Kreislaufwirtschaft sowie die Integration von Internet- und Kommunikationstechnologien in industrielle Energiesysteme (Energie 4.0) für vernetzte, flexible und intelligente Energiesysteme der neuesten Generation. Die Methoden für den optimalen Betrieb von industriellen Energiesystemen reichen von modellbasierten analytischen und datengetriebenen Ansätzen über mathematische Optimierung bis hin zu innovativen Automatisierungsstrategien.

Diese dargestellten Lösungen für den Übergang zu erneuerbaren Energiequellen und die vollständige Dekarbonisierung aller Sektoren erfordern interdisziplinäre Ansätze und die Integration modernster technologischer und digitaler Methoden sowie innovativer Konzepte. Nur durch den Einsatz innovativer Methoden aus mehreren technologischen Bereichen können wir die verfügbaren Ressourcen optimal nutzen. Diese klaren Anforderungen erfordern eine Vielzahl technischer Innovationen um hoch effiziente und hoch flexible Industrieanlagen zu entwerfen, proaktiv zu planen, in Echtzeit zu betreiben sowie kontinuierlich online zu überwachen. Dieses interdisziplinäre Thema bietet hervorragende Möglichkeiten für nationale und internationale Zusammenarbeit von Wissenschaft und Industrie.

Forschungsziele

Modellieren mit analytischen und datengetriebenen Ansätzen

Grundlage für die meisten digitalen Methoden ist ein genaues, schnelles Modell des zugrundeliegenden Prozesses. Wir kombinieren unser Expertenwissen mit klassischen ingenieurwissenschaftlichen Modellierungsmethoden und neuartigen Ansätzen wie Machine Learning, um für jeden Anwendungsfall das optimale Modell zu entwickeln.

Optimieren mit mathematischen Methoden

Die optimale Konfiguration für das Energiesystem eines bestimmten Industriebetriebes zu ermitteln oder die optimale Betriebstrajektorie unter den gegebenen Umständen zu berechnen ist eine große Herausforderung, da die Komplexität dieser Probleme rasant ansteigt. Wir entwickeln spezialisierte Formulierungen und Lösungsansätze für die Design- und Betriebsoptimierung von industriellen Prozessen basierend auf mathematischer Programmierung, welche Optimalitätsgarantien liefern.

Innovative Automatisierungs-Ansätze

Die optimale Steuerung von Anlagen sowie Echtzeit-Monitoring mit integrierter Fehlererkennung und Diagnose haben das Potential Industrieprozesse signifikant effizienter zu machen. Digitale Zwillinge, welche sich laufend an das Verhalten echter Anlagen anpassen und so noch genauere Betriebsüberwachung und -planung ermöglichen, liefern hier völlig neue Möglichkeiten. Wir forschen in Zusammenarbeit mit der Fakultät für Informatik an einer standardisierten digitalen Zwillings Plattform für Energiesysteme. Für diese Plattform entwickeln wir effiziente Kommunikations- und Automatisierungs-Strategien sowie innovative Services, die den eigentlichen Mehrwert dieser Technologie schaffen.

Forschungsprojekte

Publikationen

Kasper, Lukas, Paul Schwarzmayr, Felix Birkelbach, Florian Javernik, Michael Schwaiger, and René Hofmann. "A digital twin-based adaptive optimization approach applied to waste heat recovery in green steel production: Development and experimental investigation, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster." Applied Energy 353 (2024): 122192.

Huber, David, Felix Birkelbach, and René Hofmann. "Unlocking the potential of synthetic fuel production: Coupled optimization of heat exchanger network and operating parameters of a 1 MW power-to-liquid plant, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster." Chemical Engineering Science 284 (2024): 119506.

Halmschlager, Daniel, Anton Beck, Sophie Knöttner, Martin Koller, and René Hofmann. "Combined optimization for retrofitting of heat recovery and thermal energy supply in industrial systems, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster." Applied Energy 305 (2022): 117820.