Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT

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  • Publication
    Structuring the Digital Energy Platform Jungle: Development of a Multi-Layer Taxonomy and Implications for Practice
    ( 2022)
    Duda, Sebastian
    ;
    Bank, Lukas
    ;
    Kaymakci, Can
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    Köberlein, Jana
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    Wenninger, Simon
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    Haubner, Tobias
    ;
    Sauer, Alexander
    ;
    Schilp, Johannes
    Rising and volatile energy prices are forcing production companies to optimize their consumption patterns and reduce carbon emissions to remain competitive. Demand-side management (DSM) or energy flexibility (EF) is a promising option for the active management of electricity demand. With DSM, energy procurement costs can be effectively reduced, for example, by reducing peak loads and taking advantage of volatile energy prices. In addition, renewable energies can be better integrated to reduce carbon emissions while stabilizing the power grid. Although the benefits of DSM for production companies are well known, implementation is not yet widespread. A key barrier is the high requirements of IT systems and the associated effort and complexity involved in setting them up. Companies often lack appropriate IT systems or have historically grown systems that do not allow continuous communication from the machine to the energy market. A variety of different platforms promise solutions to address these challenges. However, when selecting platforms, it is often unclear which aspects and functionalities of a platform are relevant for a company s specific application. To address this gap, we developed a multi-layer taxonomy of digital platforms for energy-related applications in the industry that includes a general, as well as a more specific data-centric and transaction-centric perspective. We develop, revise, and evaluate our taxonomy using insights from literature and analysis of 46 commercially available platforms or platforms developed through research projects. Based on our taxonomy, we derive implications for research and practice. Our results contribute to the descriptive knowledge of digital platforms in energy-related applications. Our taxonomy enables researchers and practitioners to classify such platforms and make informed decisions about their deployment.
  • Publication
    Energieflexibel in die Zukunft - Wie Fabriken zum Gelingen der Energiewende beitragen können
    (VDI Verlag, 2021)
    Bachmann, Andreas
    ;
    Bank, Lukas
    ;
    Bark, Carlo
    ;
    Bauer, Dennis
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    Blöchl, Bruno Blöchl
    ;
    Brugger, Martin
    ;
    Buhl, Hans Ulrich
    ;
    Dietz, Benjamin
    ;
    Donnelly, Julia
    ;
    Friedl, Thomas
    ;
    Halbrügge, Stephanie
    ;
    Hauck, Heribert
    ;
    Heil, Joachim
    ;
    Hieronymus, Aljoscha
    ;
    Hinck, Torben
    ;
    Ilieva-König, Svetlina
    ;
    Johnzén, Carl
    ;
    Koch, Carsten
    ;
    Köberlein, Jana
    ;
    Köse, Ekrem
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    Lochner, Stefan
    ;
    Lindner, Martin
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    Mayer, Tim
    ;
    Mitsos, Alexander
    ;
    Roth, Stefan
    ;
    Sauer, Alexander
    ;
    Scheil, Claudia
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    Schilp, Johannes
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    Schimmelpfennig, Jens
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    Schulz, Julia
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    Schulze, Jan
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    Sossenheimer, Johannes
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    Strobel, Nina
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    Tristan, Alejandro
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    Vernim, Susanne
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    Wagner, Jonathan
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    Wagon, Felix
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    Weibelzahl, Martin
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    Weigold, Matthias
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    Weissflog, Jan
    ;
    Wenninger, Simon
    ;
    Wöhl, Moritz
    ;
    Zacharias, Jan
    ;
    Zäh, Michael F.
    Eine energieflexible Stromnachfrage kann einen erheblichen Beitrag bei der Neuausrichtung unseres Stromsystems hin zu einer erneuerbaren Energieerzeugung leisten. Die Nachfrage industrieller Verbraucher stellt mit einem Anteil von 44 % am Gesamtstromverbrauch [1] den größten Hebel dar, um die Versorgungssicherheit vor dem Hintergrund einer verstärkt witterungsabhängigen Erzeugung weiterhin zu gewährleisten und zugleich einen wichtigen Beitrag zur Wirtschaftlichkeit zu leisten. Dabei ergibt sich durch die Bereitstellung von Energieflexibilität gerade für Industrieunternehmen die Chance, wirtschaftliche Vorteile gegenüber einer nicht flexiblen Energienachfrage zu erzielen und einen Beitrag zur Nachhaltigkeit der Stromversorgung zu leisten.
  • Publication
    Wie IT die Energieflexibilitätsvermarktung von Industrieunternehmen ermöglicht und die Energiewende unterstützt
    ( 2021)
    Bauer, Dennis
    ;
    Hieronymus, Aljoscha
    ;
    Kaymakci, Can
    ;
    Köberlein, Jana
    ;
    Schimmelpfennig, Jens
    ;
    Wenninger, Simon
    ;
    Zeiser, Reinhard
    Auf dem Weg zur Erreichung der gesetzten Klimaziele in Deutschland muss der Anteil erneuerbarer Energien an der Stromerzeugung stetig ausgebaut werden. Die damit einhergehende zunehmende Fluktuation der Erzeugungsleistung stellt die Stromnetze vor große Herausforderungen. Da knapp 44 % des Strom- und rund ein Viertel des Wärmeverbrauchs in Deutschland auf die Industrie entfällt, bietet diese signifikantes Potenzial, Schwankungen im Stromnetz durch die Anpassung des Stromverbrauchs an das Stromangebot im Sinne von Demand Response mittels Energieflexibilität auszugleichen. Bislang erschwert neben regulatorischen Rahmenbedingungen insbesondere eine fehlende einheitliche Modellierung & Kommunikation von Energieflexibilität sowie deren Einbettung in bestehende Unternehmens-IT-Infrastrukturen eine optimale und automatisierte Vermarktung. Im Rahmen des Forschungsprojekts SynErgie wurden hierfür informationstechnische Anforderungen erhoben, Datenmodelle zur Beschreibung von Energieflexibilität und eine übergeordnete IT-Architektur entwickelt. Mit Hilfe einer unternehmensspezifischen Plattform und einer zentralen Marktplattform kann der Informations- und Kommunikationsfluss von der Maschine/Anlage bis zur Flexibilitätsvermarktung und wieder zurück abgebildet werden. Eine Vielzahl verschiedener Services unterstützt hierbei ein Unternehmen von der Identifikation bis hin zur automatisierten und standardisierten Vermarktung von Energieflexibilität. Durch die Einsatzmöglichkeiten und Wirkansätze von IT wurden Grundsteine für nachhaltigkeitsbezogene Effekte des industriellen Energieverbrauchs gelegt, welche in den kommenden Monaten in einer Modellregion in und um Augsburg mit Industrieunternehmen, Netzbetreibern und weiteren Serviceanbietern getestet werden.
  • Publication
    Integrating Energy Flexibility in Production Planning and Control - An Energy Flexibility Data Model-Based Approach
    ( 2021)
    Bank, Lukas
    ;
    Wenninger, Simon
    ;
    Köberlein, Jana
    ;
    Lindner, Martin
    ;
    Kaymakci, Can
    ;
    Weigold, Matthias
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    Sauer, Alexander
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    Schilp, Johannes
    Production companies face the challenge of reducing energy costs and carbon emissions while achieving the logistical objectives at the same time. Active management of electricity demand, also known as Demand Side Management (DSM) or Energy Flexibility (EF), has been recognized as an effective approach to minimize energy procurement costs for example by reducing peak loads. Additionally, it helps to integrate (self-generated, volatile) renewable energies to reduce carbon emissions and has the ability to stabilize the power grid, if the incentives are set appropriately. Although production companies possess great potential for EF, implementation is not yet common. Approaches to practical implementation for integrating energy flexibility into production planning and control (PPC) to dynamically adapt the consumption to the electricity supply are scarce to non-existent due to the high complexity of such approaches. Therefore, this paper presents an approach to integrate EF into PPC. Based on the energy-oriented PPC, the approach identifies and models EF of processes in a generic energy flexibility data model (EFDM) which is subsequently integrated in the energy-oriented production plan and further optimised on the market side. An application-oriented use case in the chemical industry is presented to evaluate the approach. The implementation of the approach shows that EF can have a variety of characteristics in production systems and a clear, structured, and applicable method can help companies to an automated EF. Finally, based on the results of the use case, it is recommended to introduce EF in production companies stepwise by extending existing planning and scheduling systems with the presented approach to achieve a realization of flexibility measures and a reduction of energy costs.
  • Publication
    Konzept der Energiesynchronisationsplattform. Diskussionspapier V3
    (Fraunhofer IGCV, 2020)
    Reinhart, Gunther
    ;
    Bank, Lukas
    ;
    Brugger, Martin
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    Hieronymus, Aljoscha
    ;
    Köberlein, Jana
    ;
    Roth, Stefan
    ;
    Bauernhansl, Thomas
    ;
    Sauer, Alexander
    ;
    Bauer, Dennis
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    Kaymakci, Can
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    Schel, Daniel
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    Schlereth, Andreas
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    Fridgen, Gilbert
    ;
    Buhl, Hans Ulrich
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    Bojung, Caroline
    ;
    Schott, Paul
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    Weibelzahl, Martin
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    Wenninger, Simon
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    Weigold, Matthias
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    Lindner, Martin
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    Ronge, Karlheinz
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    Oeder, Andreas
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    Schimmelpfennig, Jens
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    Winter, Christian
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    Jarke, Matthias
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    Ahrens, Raphael
    Das Kopernikus-Projekt SynErgie entwickelt eine IT-Plattform, die automatisierten und standardisierten Handel mit industriell bereitgestellter Energieflexibilität ermöglichen soll. Wie diese Plattform funktionieren könnte, zeigt das Diskussionspapier ""Konzept der Energiesynchronisationsplattform"": Die zunehmende Nutzung von Strom aus erneuerbaren Quellen führt aufgrund der Wetterabhängigkeit von Wind und Sonne zu einem zunehmend volatileren Stromangebot. Damit das notwendige Gleichgewicht von Angebot und Nachfrage im Elektrizitätssystem jederzeit gewährleistet werden kann, sind Maßnahmen zum Ausgleich dieser Schwankungen notwendig. Energieintensive Industrieprozesse beinhalten ein hohes Flexibilitätspotenzial, um mittels Demand-Response, diesen Schwankungen zu begegnen. SynErgie arbeitet daran, den gesamte Prozess des Energieflexibilitätshandels von der Maschine bis an die Märkte auf einer IT-Plattform zu automatisieren und zu standardisieren. Die Energiesynchronisationsplattform besteht aus zwei logischen Teilplattformen, einer Markt- und vielen Unternehmensplattformen. Ziel bis Mitte 2022 ist es, ein durchgängiges Konzept einschließlich des Daten- und Informationsflusses von der Maschine bis zu den Energiemärkten zu entwickeln und in einer Referenzarchitektur abzubilden. Außerdem soll das Konzept im Rahmen einer Vielzahl von Forschungs- und Industriedemonstratoren und insbesondere in der Modellregion Augsburg mit lokalen Akteuren in einem umfassenden Testbetrieb erprobt werden. Mehr zur Energiesynchronisationsplattform, der Markt- und Unternehmensplattform, zur Informationssicherheit der IT-Plattformen, Anwendungsbeispielen und den Zukunftsvisionen können Sie im Diskussionspapier nachlesen.