Unsere Projekte

Das Forschungsprojekt PiloREM untersuchte das wirtschaftliche Potenzial von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) für eine Teilnahme am deutschen Regelenergiemarkt. Ziel war es, zu ermitteln, unter welchen Bedingungen und mit welchen Investitionen mittelständische Industriebetriebe systemstabilisierende Leistungen wie Minutenreserve- oder Sekundärregelleistung erbringen könnten. Dazu wurden typische Industrieprozesse analysiert, darunter Induktionsöfen, Härteverfahren, Druckluftsysteme oder Sandaufbereitungsanlagen. Es zeigte sich: Gerade in energieintensiven Branchen wie der Metall-, Chemie-, Papier- oder Baustoffindustrie bestehen prinzipiell geeignete Voraussetzungen – jedoch verhindern hohe technische Anforderungen, geringe Automatisierung und schwache wirtschaftliche Anreize häufig eine Teilnahme. Ein zentrales Ergebnis des Projekts: Die meisten KMUs erfüllen die Mindestleistungsvorgaben (z. B. 1 MW abrufbare Leistung) nicht oder nur unzureichend. Daher braucht es neue Konzepte, etwa virtuelle Kraftwerke, die viele kleine Anbieter bündeln. Ergänzend wurden alternative Vermarktungsstrategien wie Lastmanagement zur Reduktion von Netzentgelten, Bilanzausgleich oder die flexible Strombeschaffung an der Börse geprüft. PiloREM liefert eine wichtige Grundlage zur politischen und wirtschaftlichen Diskussion über die Einbindung dezentraler Lasten in die Systemstabilisierung. Gleichzeitig zeigt es auf, dass eine Teilnahme vieler KMU nur mit gezielten Fördermaßnahmen und technischen Modernisierungen (z. B. durch Automatisierung oder Schnittstellenanbindung) realistisch ist.

Das Projekt LabDEA untersucht die Anwendung der sogenannten Deammonifikation im Hauptstrom kommunaler Kläranlagen – einem Bereich, der bisher kaum erschlossen ist. Kläranlagen gehören zu den größten kommunalen Energieverbrauchern, wobei die Stickstoff- und Kohlenstoffelimination besonders viel Energie benötigt. Die klassische Methode – Nitrifikation und Denitrifikation – verbraucht nicht nur Sauerstoff, sondern auch einen Großteil des im Abwasser enthaltenen Kohlenstoffs. Im Gegensatz dazu bietet die Deammonifikation deutliche Vorteile: Sie kommt ohne zusätzliche Kohlenstoffquelle aus, benötigt weniger Sauerstoff und ermöglicht dadurch erhebliche Energieeinsparungen. Gleichzeitig steht mehr organisches Material für die Biogasproduktion im Faulturm zur Verfügung. Ziel von LabDEA ist es, die Betriebsparameter für eine stabile Deammonifikation im Hauptstrom zu identifizieren. Dazu zählen insbesondere das CSB/N-Verhältnis, die Temperatur und der pH-Wert. In einer speziell entwickelten Laborversuchsanlage mit sechs parallel betriebenen Reaktoren wurden hierzu systematische Tests mit verschiedenen Schlämmen aus bestehenden Deammonifikationsstufen durchgeführt. Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse schaffen eine fundierte Grundlage für die großtechnische Umsetzung dieser energieeffizienten Technik in der kommunalen Abwasserbehandlung.

Das Projekt FAST-Energy-Design (FED) hatte zum Ziel, ein innovatives Planungstool zu entwickeln, mit dem sich komplexe Energieversorgungssysteme in Industrie und Kommunen schnell, einfach und fundiert vorplanen lassen. Gerade bei der Einbindung erneuerbarer Energien, Abwärmequellen oder kombinierter Wärme-, Kälte- und Stromversorgung steigt die Komplexität solcher Systeme stark an. In der Praxis fehlt es jedoch häufig an Werkzeugen, die diese Komplexität handhabbar machen – und so wird oft auf konventionelle, weniger nachhaltige Lösungen zurückgegriffen. Das im Projekt entwickelte FED-Tool ermöglicht es Anwender:innen, verschiedene Systemkonfigurationen automatisiert zu simulieren und hinsichtlich ökologischer und ökonomischer Kriterien zu bewerten. Dafür kombiniert es einen technisch reduzierten, aber hoch performanten Rechenkern mit Methoden des Maschinellen Lernens. Die Systemsimulation erfolgt mit stündlicher Auflösung über ein ganzes Jahr, wodurch Synergieeffekte zwischen Komponenten sichtbar und bewertbar werden. Die Ergebnisse werden über eine grafische Benutzeroberfläche anschaulich dargestellt – inklusive Pareto-Analysen, die ökologische und wirtschaftliche Zielgrößen miteinander in Beziehung setzen. Das Tool richtet sich nicht nur an spezialisierte Ingenieurbüros, sondern auch an Energieversorger, Industrieunternehmen und kommunale Akteure. Es bietet durch die einfache Bedienbarkeit und hohe Rechengeschwindigkeit eine praxisnahe Unterstützung bei der Umsetzung effizienter, nachhaltiger Energiesysteme. Erste Validierungen zeigen dabei eine gute Genauigkeit, auch im Vergleich zu etablierten kommerziellen Simulationstools.

FAST-Energy-Design 2.0 (FED2.0) baut auf den Ergebnissen des Vorgängerprojekts FAST-Energy-Design auf und verfolgt das Ziel, das bereits entwickelte Planungstool für komplexe Energieversorgungssysteme technisch zu erweitern und methodisch zu vertiefen. Im Fokus stand die Anpassung an aktuelle gesetzliche Rahmenbedingungen, die Erhöhung der Modellgenauigkeit sowie die Erweiterung der ökologischen und ökonomischen Bewertungsmethoden. Ein zentrales Ergebnis war die Integration neuer Erzeuger wie erweiterte Wärmepumpentypen (Luft/Wasser, Sole/Wasser), Solarthermie- und Photovoltaikanlagen sowie verbesserter Blockheizkraftwerke inklusive Brennwertnutzung. Zudem wurde das Verhalten dieser Technologien realistischer modelliert – etwa durch temperaturabhängige Leistungskennzahlen, Netzverluste und Verschleißeffekte. Auch die Regelstrategien wurden weiterentwickelt, sodass etwa die kombinierte Nutzung von Wärmepumpe und Blockheizkraftwerk unter realistischen Betriebsbedingungen optimiert werden kann. Neben der Technik wurde auch die ökonomische Bewertung vertieft: Neue Verfahren wie Kapitalwertmethode und Amortisationsrechnung ergänzen die bisher genutzten Gestehungskostenmodelle. Diese Kombination erlaubt eine fundiertere Einschätzung wirtschaftlicher Risiken und Investitionspotenziale. Mit FED2.0 steht nun ein noch präziseres, flexibleres und zukunftsgerichtetes Tool zur Verfügung, das Planer:innen eine realitätsnahe und praxisnahe Unterstützung bei der Konfiguration nachhaltiger Energiesysteme bietet.

Das Forschungsprojekt FAST-Optimum widmet sich der Frage, wie erneuerbare Energien effizienter in industrielle Energieversorgungssysteme integriert werden können. Die Planung solcher Systeme ist bisher mit sehr langen Rechenzeiten verbunden, da zahlreiche mögliche Anlagenkombinationen und deren Betrieb optimiert werden müssen. Ziel des Projekts war es daher, neue mathematische Methoden zu entwickeln, mit denen sich diese Optimierungsprozesse deutlich beschleunigen lassen – ohne Einbußen bei der Qualität der Ergebnisse. Die Fachhochschule Aachen und die Hochschule Düsseldorf entwickelten jeweils eigene Ansätze, mit denen sich die Rechenzeit von mehreren Wochen auf wenige Stunden oder sogar Minuten verkürzen ließ. Damit leistet FAST-Optimum einen wichtigen Beitrag zur schnelleren und fundierten Planung nachhaltiger Energiesysteme in der Industrie.