„nachhaltige technologien 04 | 2020"

die an das bestehende System angepasst, kalibriert und validiert werden. Sind diese physikalischen Zusammenhänge nicht geeignet komplexe Zusam- menhänge wie Energiebedarf, Ressourceneinsatz und Produktqualität mit einem vertretbaren Aufwand abzubilden, wählt man die Methode der datengetrie- benen Modellierung. Ausgangspunkt dafür sind reale Daten – am besten so viele und so fluktuierend wie möglich. Dadurch stellt man sicher, dass das Modell am Ende alle möglichen Betriebspunkte erfassen und abbilden kann. Geeignete Algorithmen verknüpfen diese Daten und bilden das System in einem Modell ab, je nach Methode als black/grey/white box mode- ling bezeichnet. Entscheidend ist es, jene Parameter und Zusammenhänge zu identifizieren, mit denen im Fall des Digital Energy Twins Energie- und Res- sourcenbedarf sowie Produktqualität in Verbindung gebracht werden. In beiden Ansätzen ist das Ziel, den notwendigen Messaufwand in der realen Welt gering zu halten und in der virtuellen Welt trotzdem eine genaue Abbildung der tatsächlichen Produktion zu erreichen. Parallel dazu werden Themen wie “Data Security“ und „Data Safety“ großgeschrieben und auch am Beispiel der realen Produktion in Leoben- Hinterberg weiterentwickelt. Stehen am Ende dieser Entwicklung Modelle für die relevanten Produktionsschritte und deren Ener- gieversorgung zur Verfügung, müssen sie in einem digitalen Zwilling zum System verbunden werden. Das hybride industrielle Energiesystem der Zukunft ist komplex. Um aus der virtuellen Welt konkrete Optimierungsmaßnahmen für dieses System, und das wenn möglich in Echtzeit, zu erhalten, ist es not- wendig, die Modelle zu vereinfachen. Sonst wird der digitale Zwilling aufgrund seiner Trägheit nicht in der Lage sein, auf sich ändernde Randbedingungen zu reagieren. Ein weiterer wichtiger Punkt ist es, sich an Standards in der Modellentwicklung und deren Schnittstellendefinition (Kommunikation) zu halten. Die Vereinfachung und Entwicklung technischer Standardlösungen und Modelle für energierelevante Prozess- und Versorgungstechnologien werden, nicht zuletzt aufbauend auf Entwicklungen der Digitali- sierung, zu einer kostengünstigen Verbreitung in anderen Industriezweigen führen. Digital Energy Twin – wofür? Der digitale Zwilling wird für ausgewählte ener- gierelevante Prozesse wie Badprozesse und Bohren und deren Versorgung durch erneuerbare Energie- technologien entwickelt und validiert. Das Ziel ist klar: im virtuellen Raum kann man Maßnahmen wie die Integration neuer Prozesstechnologien oder einer solarthermischen Anlage testen. Welche Aus- wirkungen hat das auf die Versorgungssicherheit, die Energiekosten, den ökologischen Fußabdruck sierung und damit erwarteten Produktivitätssteige- rung erkennen, dass Grenzen der bestehenden Ener- gieversorgungsanlagen erreicht werden. Aufgrund der geforderten Flexibilität ist der Um- und Ausbau der Prozess- und Versorgungsanlagen jedoch nur sehr schwer plan- und bewertbar. Digitaler Zwilling AEE INTEC arbeitet gemeinsam mit einem multi- disziplinären Projektteam aus den Bereichen Pro- zess- und Versorgungstechnologien, Energietechnik, Datensicherheit sowie Informationstechnologie und Automatisierungstechnik in dem vom Klima- und Energiefonds geförderten Leitprojekt „Digital Energy Twin“ an der Entwicklung einer Methodik und eines Tools (dem digitalen Zwilling) mit deren Hilfe die Optimierung des Betriebs und die Auslegung des industriellen Energiesystems unter den genannten Anforderungen möglich ist. Dafür wird ein holistischer Optimierungsansatz entwickelt, der sowohl auf realen (live) als auch historischen und zukünftig erwarteten Betriebs- und Prozessdaten basiert. Das Zusammenspiel zwischen fluktuierendem Bedarf, volatiler erneuerbarer Energieversorgung sowie dem Einsatz möglichst effizienter Prozess- und Versorgungstechnologien soll anhand nachvollziehbarer Kriterien optimiert werden. Konkret werden diese Lösungen am Bei- spiel des Standortes Hinterberg-Leoben von AT&S erarbeitet, validiert und vereinfacht. Dadurch soll die Anwendbarkeit in anderen Industriesektoren ermöglicht werden. Analysen im virtuellen Raum Die Methodik des digitalen Zwillings ist aus den Bereichen Produktionssysteme und -logistik bekannt. Er setzt sich aus physischen Objekten sowie ihrer Darstellung in einem virtuellen Raum zusammen. Der physische Betrieb wird in der virtuellen Welt analysiert, bewertet, vorhergesagt und optimiert, und die Simulationsergebnisse werden in die reale Welt zurückgeführt, um diese zu verbessern. In den aktuellen Forschungen wird dieser Ansatz um die Bereiche Energiebedarf und -versorgung sowie Pro- duktqualität erweitert. Ausgangspunkt ist die Modellierung des Systems sowie einzelner Komponenten, wofür zwei Ansätze gewählt werden: eine physikalische sowie eine da- tengetriebene Modellierung. Energieversorgungsan- lagen werden über eine physikalische Modellierung abgebildet. Mit bekannten physikalischen Zusam- menhängen kann man deren Verhalten über Energie- bedarf, Wirkungsgrade, Betriebsparameter, etc. in einer Simulation hinreichend genau beschreiben. Dafür gibt es zum Teil umfangreiche Modell-Bibliotheken, 13 12 DIGITALISIERUNG IM ENERGIESEKTOR