Smart Industrial Concept! - TU Wien · o macht Information über Service-Modelle greifbar...

Kooperatives Doktoratskolleg SIC! Blickpunkt Forschung, 23.10.2019 1

Smart Industrial Concept!Holistic Approach with Digitalization of Industrial

Processes and Applications for 2050 and beyond –Actual Research

René Hofmann – TU Wien, Scientific LeadSophie Knöttner – AIT, PhDJörg Triebnig – OSIsoftAlexander Knöttner – EVN AG


Motivation

Pic

ture

So

urc

e [2

]

38% globalen Gesamtenergieverbrauchs

rd. 50% der globalen C02 – Emissionen [1]

Technologie

Digitalisierung

Infrastruktur

Picture Source [3]

Picture Source [4]

Picture Source [5]

► Steigerung Energieeffizienz► Erhalt Wettbewerbsfähigkeit

► Integration Erneuerbarer Energien► Erreichen der Klimaziele

Industrie


?

Pic

ture

So

urc

e: [

6]

Die Herausforderungen…

Industrie

Sektorkopplung

Infrastruktur

Technologie

Markt

Industrie

Diversifizierung der Energieerzeugung

Lastflexibilisierung

Nutzung von Energiemarktchancen

Optimaler Anlagenbetrieb schöpft das volle Potenzial von Industrieanlagen aus

Optimales Anlagendesign neues flexibles Design und prädiktive Automatisierungs-/Regelungskonzepte


SIC! in a Nutshell

Automatisierung und Regelungskonzept

Optimale Auslegungder Energieversorgung

Einsatzoptimierung (KWK, P2X, Speicher, Wärmepumpe, etc.)

Energiemarkt Erzeugung

dezentral/volatil Sektorenkopplung

Datenverarbeitungund -aufbereitung

Übergeordnetes Ziel

Mehrwert durch gezielten Dateneinsatz

Methodenentwicklung für energieoptimalen Betrieb

industrieller Anlagen

Optimales Anlagendesign für zukünftiges Umfeld

Berücksichtigung gegenseitiger Interaktion

Industrie ↔ Energienetze


Forschungskompetenzen

Industrie im Verteilnetz und Sektorkopplung

Betriebs-optimierung

Optimale Auslegung und

Planung

Datenverarbeitung und

Automatisierung

Prozessanalyse Prozessintegration

Datengetriebene Modellierung

Mathematische Optimierung

Netze Energiemärkte

Reglerentwicklung

Thermodynamische Systeme


SIC! geschlossener ausgewogener Ansatz

Industrielle Expertenerfahrung...

...auf Basis der wissenschaftlichen Exzellenz


2 Schlüsselthemen

Block I

Informationsmodell

Wissensbasis

Komponentenentwicklung

Block II

Laufzeitsystem


SIC! [Smart Industrial Concept]

Industrie im Verteilnetz und Sektorkopplung

EinsatzoptimierungOptimale Auslegung

und Planung

Datenverarbeitung und

Automatisierung

PhD#1Gernot Steindl

PhD#2Dominik Pernsteiner

PhD#4Leopold Prendl

PhD#7Christoph Sejkora

PhD#6Benedikt Leitner

PhD#8Anna Traupmann

PhD#3Verena Halmschlager

PhD#5Sophie Knöttner


SCADA 1

IPC 1

DCS

PAT 1

Co

llect

En

han

ce

Deliv

er

Sensors

Gateway

Gateway

Systems

OSIsoft PI System: Data Infrastructure Approach

IoT Enablement

Real-time Reports

Real-time Monitoring

Advanced Analytics

Smart Sensors


Streaming Analytics

& Calculations

Workflows & Application Integrations

Notifications & Alerts

Asset alarm notification: Event code 70-1

Events (Context)

Visualisations

Predicted Future Data vs Actual

Assets

Data Exchange

BI/Advanced Analytics

Integrations

OSIsoft: Warum Sensordaten Infrastruktur


Safety & Security

Process Efficiency

Asset Health

Quality Regulatory Performanc

e

EnergyUtilization

Control networks&

Remote assets

Real-time data and event enterprise infrastructure

PI System

Assets Assets Assets Assets Assets Assets

OSIsoft: Warum Sensordaten Infrastruktur


CMMS

PM MM

Site managerProcurement

Finance

-Logistic

-Finance

Plant maintenance

Material Management

OEM

Siemens

Vestas

Smart

EC&R

Fleet Analysis

Energy Yield

Reporting

Windfarm

Monitoring

Control Room

Site

Authorisation

Database

Vessel/People

Tracking

Detailed

Capacity

Planning

Downtime

Notification

Weather

Power Forecasting

Lightning

Metmast

1

Multi HMI‘s, Single Db & Interaction of Tools

OSIsoft Beispiel PI System im Bereich Energy & Utilities


Bedeutung von Flexibilität in der Stromversorgung

https://www.apg.at/de/markt/Markttransparenz/Netzregelung/Deltaregelzone https://www.apg.at/de/markt/Markttransparenz/Netzregelung/Ausgleichsenergiepreise

Beitrag EVN – Alexander Knöttner


Überblick der Strommärkte

y bis w

Langfristige

Absicherung

Terminmarkt

Regelreserve-

Vorhaltung

Netzstabilisierung

w bis d

d

Bewirtschaftung

im h-Profil

Day-Ahead (DA)

Intraday (ID)

Bewirtschaftung

im 1/4h-Profil

d bis min

d bis min

Netzstabilisierung

Engpassmanagement

Regelreserve-

Abrufe

Netzstabilisierung

sec bis min

Ausgleichsenergie

Verrechnung

-1m

Markt

Zweck

Vorlaufzeit bis Lieferung



Residuallast als Preistreiber (DayAhead)

Deutschland: EPEX Day-ahead Einzelstundenpreise

ggü. Residualer Nachfrage

➢ Deutliche Abhängigkeit der Spotmarktpreise von der Residualen Nachfrage

➢ Residuale Nachfrage

− Stromverbrauch abzüglich Erzeugung aus

erneuerbaren Energien

➢ Weitere Treiber

− Kraftwerksverfügbarkeiten

− Rohstoffpreise

− Ausnutzung der Übertragungskapazitäten

zwischen den Gebotszonen für

Stromimport / Stromexport

− …

-20

0

20

40

60

80

100

120

0 20 40 60 80

Spotpreis

€/MWh

Residuale Nachfrage in GW



Digitalisierung - AusblickDigitaler Zwilling

Definition by NASA (2010):

“The Digital Twin as a multiphysics, multiscale, probabilistic, ultrafidelitysimulation that reflects, in a timely manner, the state of a corresponding twin based on the historical data, real-time sensor data and physical model.” [10]


☛ …. zeichnet sich durch Echtzeitintegration zwischen dem physischen und dem virtuellen Raum aus. [7]

Vielversprechende Technologie


Digitaler Zwilling im RAMI 4.0-Kontext

Digital

Twin

Der digitale Zwillingverbindet die horizontalenLayers mit Hierarchy Levelsund der Life Cycle & Value Stream Achse

Picture Source [8]


Digitaler Zwilling

o greift auf digitale Information zu und macht diese durch Simulation verfügbar

o schließt die Schleife vom Betrieb über Servicemodelle zurück zur Design-Phase

o macht Information über Service-Modelle greifbar (Predictive Maintenance, Operation Optimization, Condition Monitoring, Fault Diagnosis, User Training, Rapid Prototyping, Fast Plant Commissioning, ….)

Picture Source [9]


Take Home Messages

✓ Erhebliches Potenzial für die Dekarbonisierung der Industriebesteht!

✓ Umstellung des Energiesystems erfordert neues Denken in der Prozessgestaltung als auch in der Energieversorgung.

✓ Sektorenkopplungsansätze (Strom/Gas/Wärme) heben das Potenzial neuer Technologien um Energieeffizienz und Treibhausgasreduzierung zu maximieren.

✓ Entwicklung von neuen Prozessintegrationsmethoden und -werkzeugen erforderlich.

✓ Chancen der Möglichkeiten der Digitalisierung nützen! (Digitaler Zwilling)

✓ Strategische Investitionen zur Dekarbonisierung erfordern gute Einblicke in die Energiemärkte und politischen Instrumente.


Referenzen

[1] https://www.iea.org/topics/energyefficiency/industry/

[2] http://www.boscalicious.co.uk/how-energy-transition-and-digitalization-market-is-reshaping-the-industry-by-world-deloitte-accenture-siemens-a-t-kearney-mckinsey-at-kearney-boston-consulting-group-energyiq-software-ag/

[3] https://www.mckinsey.com/featured-insights/europe/accelerating-the-energy-transition-cost-or-opportunity

[4] ZEAG Energie AG

[5] https://www.visit.sindex.ch/de/MindSphere,p1506242

[6] Osisoft

[7] Tao, F., et al., Digital Twin in Industry: State-of-the-Art. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2019. 15(4): p. 2405-2415.

[8] Deuter, Andreas & Pethig, Florian. (2019). The Digital Twin Theory. Industrie 4.0 Management. 2019. 27-30. 10.30844/I40M_19-1_S27-30.

[9] Boschert, S., & Rosen, R. (2016). Digital Twin—The Simulation Aspect. Mechatronic Futures, 59–74. doi:10.1007/978-3-319-32156-1_5

[10] Glaessgen, E. and D. Stargel, The Digital Twin Paradigm for Future NASA and U.S. Air Force Vehicles, in 53rd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference. 2012, American Institute of Aeronautics and Astronautics


Eventankündigung

Wir laden Sie sehr herzlich zum Workshop „Digitalisierung der Industrie“ am Donnerstag, 14.November 2019 ins Haus der

Industrie ein.

„Digitaler Zwilling, Machine Learning, Blockchains und Big Data Integration“ sind die Schlagwörter unserer Zeit, doch

was bedeuten die neuen Technologien und Anwendungen dahinter konkret für die Industrie?

Wir werden in unserem Workshop einen Einblick in die internationalen Forschungskooperationen und

Forschungsaktivitäten unter dem Aspekt der Energieversorgung der heimischen Industrie geben. Es erwarten Sie spannende

Impulsvorträge unter Blickwinkel der Steigerung von Energieeffizienz und Reduktion von Treibhausgasen. Wir laden Sie ein,

weitere gemeinsame Interessensschwerpunkte sowie relevante Digitalisierungstechnologien und -anwendungen für die

heimische Industrie im Rahmen des Workshops zu identifizieren.

Anmeldung: Falls Sie sich noch nicht registriert haben, nehmen wir gerne Ihre Anmeldung bis Freitag 8.11. 2019 bei Frau

Mag. Mitra Batinic ([email protected]) entgegen.

Infos zur Veranstaltung und Programm finden Sie unter:

https://nachhaltigwirtschaften.at/de/iea/veranstaltungen/2019/20191114-workshop-digitalisierung-in-der-industrie.php

Wir freuen uns auf Ihr Kommen und stehen bei Rückfragen zur Veranstaltung gerne zur Verfügung.

mailto:[email protected]

https://nachhaltigwirtschaften.at/de/iea/veranstaltungen/2019/20191114-workshop-digitalisierung-in-der-industrie.php

Digitalisierung in der IndustrieEin Schlüsselfaktor zur Steigerung der Energieeffizienz und Reduktion der Treibhausgasemissionen

Do, 14.11.2019 9:30-14:00 Uhr | Industriellenvereinigung | Kleiner Festsaal (1. Stock) inkl. Buffet

Die digitale Transformation beeinflusst viele Aspekte des täglichen Lebens. Auch in der Industrie ist die Digitalisierung zu einem wichtigen Faktor geworden,

wodurch sich traditionelle Produktionssysteme verändern. Der Umgang mit und die Analyse von großen Datensätzen wird ein Wegbereiter für flexiblere

Prozesse, Produktivitätswachstum und Innovation sein sowie die Wettbewerbsfähigkeit maßstäblich mitbestimmen. Doch nicht nur der Produktionsprozess

selbst auch die Energieversorgung der Prozesse wird sich durch Digitalisierungsansätze maßgeblich verändern. Heterogen gewachsenen Strukturen und

oftmals spezifische und komplexe Prozesses führen bei der Umsetzung von Digitalisierung, künstlicher Intelligenz und verwandten Technologien besonders

in der Industrie zu großen Herausforderung. Im Rahmen des Workshops „Digitalisierung in der Industrie“ werden Erkenntnisse aus laufenden Aktivitäten

des Annex XVIII „Digitalisierung, Künstliche Intelligenz und verwandte Technologien zur Steigerung der Energieeffizienz und Reduzierung von

Treibhausgasemissionen in der Industrie“ der Internationalen Energieagentur (IEA) im Rahmen des Technology Collaboration Programme (TCP)

Industriellen Energietechnologien und Systeme (IETS) präsentiert sowie anhand eines breiten Publikums aus der heimischen Industrie Anwendungen der

Digitalisierung sowie die Chancen und Hindernisse der Umsetzung konkreter Technologien untersucht.

Programm

9:30 Registrierung und Welcome Coffee

10:00 Begrüßung | Dieter DREXEL (IV)

Annex XVIII |

Elvira LUTTER (KLIEN), René HOFMANN (AIT/TU Wien)

Die Rolle der Internationalen Energieagentur und des Technologie-Kooperationsprogramms Industrielle Energie-technologien und Systeme

10:20 Impulsvortrag | Wolfgang KASTNER (TU Wien)

Information Technology und Operation Technology -Konvergenz und Integration in das Industrial IoT

10:40 Annex XVIII |

Verena HALMSCHLAGER (TU Wien), Sophie KNÖTTNER (AIT)

Digitalisierung, Künstliche Intelligenz und verwandte Technologien zur Steigerung der Energieeffizienz und Reduzierung von Treibhausgasemissionen in der Industrie

11:00 Interessensbekundung

11:30 Pause

11:50

✓

✓

✓

✓

✓

Anwendungsfälle in der heimischen Industrie (Tischdiskussion)

Flexible Komponenten – Optimierung – VerbrauchsprognoseDatengetriebene Modelle – Digitaler Zwilling – Prädiktive InstandhaltungCybersecurity – Offene Plattformen – Block ChainSensoren/Smart Meter – Erweiterte Steuerungen – Big Data IntegrationTechnologie-Upscaling – Kollaborative Geschäftsmodelle – Supply Chains

13:10 Impulsvortrag | Wolfgang KIENREICH (Know Center)

Datengetriebene künstliche Intelligenz: Universalwerkzeug für die digitalisierte Industrie der nahen Zukunft

13:30 PODIUMSDISKUSSION | Moderation: Elvira Lutter (KLIEN)

Franz BAUHOFER-WINTER | Lenzing AGFriedrich BLEICHER | TU Wien – Pilotfabrik Industrie 4.0René HOFMANN | AIT/TU WienMarkus HUMMEL | Oxford EnergyTBA | TBA

14:00 Ausklang mit Buffet

Anmeldung bitte bis Freitag, 8.11.2019 an Frau Mag. Mitra Batinic, E-Mail: [email protected] Der Workshop wird im Auftrag des

Klima- und Energiefonds

durchgeführt.


Vielen Dank!

Univ. Prof. Dr. René Hofmann, Scientific LeadGetreidemarkt 9/302 , A-1060 [email protected] https://sic.tuwien.ac.at

Fo

to: S

IC-K

on

so

rtiu

m

Smart Industrial Concept! - TU Wien · o macht Information über Service-Modelle greifbar...

Documents

Transcript of Smart Industrial Concept! - TU Wien · o macht Information über Service-Modelle greifbar...