Фраунхоферова иновација: Како компаније могу да окончају скупу енергетску замку са мрежним накнадама

Да ли се ваша електрична енергија троши узалуд? Како нови ESiP анализатор савршено израчунава капацитет батерије

Смањење скупих вршних оптерећења: Како фабрике могу значајно уштедети на трошковима електричне енергије помоћу овог новог алата

Енергетска транзиција представља огромне изазове за немачку индустрију: Док високо динамични производни процеси изазивају екстремна и скупа вршна оптерећења електроенергетске мреже, драгоцена енергија често пропада. Истовремено, јефтино произведена соларна енергија са сопствених кровова компаније тешко се може ефикасно користити без одговарајућих батерија. Да би се зауставило ово скупо раздвајање производње и потрошње, истраживачки конзорцијум који предводи Фраунхофер ИВУ развио је „ESiP анализатор“. Овај иновативни, технолошки неутрални алат за симулацију елиминише нагађања потребна за планирањем батерија. Омогућава компанијама да прецизно димензионирају системе за складиштење енергије – од појединачних машина до целих фабричких хала. Сазнајте како интелигентни системи за складиштење могу не само драстично смањити накнаде за мрежу и удвостручити стопе сопствене потрошње, већ и постати одлучујућа конкурентска предност на путу ка климатски неутралној производњи.

ESiP анализатор – Интелигентно планирање складиштења енергије за индустрију

Фабрике као енергетски играчи: Зашто ће енергетска транзиција пропасти без складиштења

Индустријски сектор чини отприлике једну трећину укупне потрошње електричне енергије у Немачкој. Ово структурно оптерећење није равномерно распоређено: Веома динамични производни процеси генеришу екстремне вршне вредности снаге у кратким интервалима, оптерећујући електроенергетску мрежу, преоптерећујући локалну инфраструктуру и стварајући значајне економске трошкове у виду накнада за мрежу. Истовремено, све већи удео обновљивих извора енергије – фотонапонских или ветроелектрана – фундаментално мења карактеристике доступне електричне енергије: производња и потрошња се све мање подударају. Компаније које улажу у фотонапонске системе на крововима својих фабрика, али немају одговарајуће складиштење, испоручују вишак електричне енергије у мрежу по ниским фид-ин тарифама током сунчаних подневних сати, док увече црпе скупу електричну енергију из мреже. Ово раздвајање производње и потрошње није само економски незадовољавајуће – већ је и стратешки неодрживо у светлу декларисаног циља климатски неутралне индустрије.

Поред тога, постоји јединствена структура трошкова индустријских мрежних тарифа у Немачкој. Мрежна накнада за индустријске купце обично се састоји од накнаде за енергију по утрошеном киловат-сату и накнаде за капацитет за максимално коришћену снагу. У годишњем систему одређивања цена капацитета, ова накнада за капацитет се израчунава на основу највишег измереног четвртчасовног просека целе обрачунске године. Другим речима, једно изузетно вршно оптерећење – изазвано, на пример, истовременим покретањем неколико преса или обрадничких центара – одређује накнаду за капацитет за целу годину. За индустријске купце на средњенапонској мрежи, могу се наплатити накнаде за капацитет од преко 186 евра по киловату годишње. Економски разлог за управљање вршним оптерећењем је стога очигледан.

Истраживачки пројекат „Складиштење енергије у производњи“ (ESiP), који је финансирало Савезно министарство за економска питања и климатске акције, бавио се управо овим питањем. У координацији са Фраунхофер институтом за машине алатке и технологију обликовања IWU у Кемницу, између марта 2022. и фебруара 2025. године формиран је интердисциплинарни конзорцијум са јасним мандатом да развије практичан, технолошки неутралан алат за планирање и симулацију индустријских система за складиштење енергије. Резултат се зове ESiP анализатор – алат дизајниран да омогући фабрикама да пројектују системе за складиштење енергије не помоћу „великодушно заобљених табела“, већ на основу робусних, производно-специфичних симулација.

Како фабрика троши сопствену струју — и зашто је претходно планирање пропало

Да би се разумеле концептуалне могућности ESiP анализатора, корисно је испитати практичну почетну тачку. Типичан производни погон који користи машине за глодање и обликовање доживљава безброј циклуса убрзања и успоравања током рада. Високо динамички погони - као што су серво мотори на пресама или CNC оса - црпе снагу у милисекундама која је много пута већа него током рада у стационарном стању. Ови врхови се акумулирају на фабричком нивоу, што резултира веома флуктуирајућом карактеристиком оптерећења. Да би се заштитиле од неочекиваних врхова, компаније традиционално предимензионирају своје електричне везе - што резултира високим фиксним трошковима и лошом ефикасношћу у условима делимичног оптерећења.

Истовремено, драгоцена енергија се губи током описаних процеса кочења. Пратећи принцип рекуперације, познат из електромобилности, многи индустријски погони имају такозвана једносмерна међукола у којима се кинетичка енергија поново претвара у електричну енергију током кочења. У конвенционалним системима, ова енергија кочења се расипа као топлота преко кочионих отпорника – чисти губитак. Систем за складиштење енергије интегрисан директно у ово једносмерно међуколо могао би да прикупи ову енергију, привремено је складишти и поново је учини доступном током следећег процеса убрзања. Ово не само да смањује потрошњу енергије из мреже, већ и побољшава ефикасност самог погона – ситуација у којој сви добијају.

Прави изазов планирања лежи у преласку са овог концептуалног разумевања на конкретну одлуку о дизајну. Која технологија складиштења је погодна за који профил машине? Да ли производни процес са интензивним пресовањем захтева суперкондензатор за брзе, кратке енергетске импулсе или литијум-јонску батерију за дуже међускладиштење? Колико велики мора бити систем складиштења да би ефикасно поднео релевантно вршно оптерећење без прибегавања економски неисплативом превеликом димензионирању? До сада је недостајала стандардизована, производно оријентисана методологија за решавање ових питања. Анкета произвођача машина и постројења експлицитно је потврдила ову потребу за истраживањем. Управо ту долази до изражаја ESiP анализатор.

Функционалност и архитектура симулације ESiP анализатора

ESiP анализатор је дизајниран као алат за пројектовање и симулацију који процењује системе за складиштење енергије у различитим технологијама за машине и постројења у индустријској производњи. Његова методолошка суштина лежи у интеграцији три домена знања: технологије складиштења енергије, енергетске електронике и технологије производње – што одражава стручни профил конзорцијума пројекта, који је, поред Фраунхоферовог IWU, укључивао Карлсруе институт за технологију (KIT) и компаније LioVolt, Skeleton Technologies, EA-Systems Dresden и Power Innovation Stromversorgungstechnik.

Симулација у ESiP анализатору мапира различите нивое интеграције - од појединачних машинских компоненти до саме машине, па све до целе фабричке хаубе. Ова вишеслојна перспектива је кључна јер мере оптимизације на нивоу машине и на нивоу фабрике захтевају различите технологије складиштења, различите оперативне стратегије и различите економске оквире. Суперкондензатор који апсорбује енергију кочења из погона пресе у милисекундном опсегу је фундаментално другачији, и технолошки и економски, од велике стационарне литијум-јонске батерије која складишти вишак соларне енергије генерисане у подне за употребу увече.

Стратегија рада је кључна карактеристика симулације. Поред параметара који се односе искључиво на енергију, алат такође узима у обзир факторе везане за производњу, као што су производни налози, технолошки параметри и ограничења оптерећења, као и факторе везане за систем, као што су ефикасност складиштења, термичко понашање и процеси старења батеријских ћелија. Ова интеграција је кључна јер се оптимална стратегија рада за систем складиштења не може извести искључиво из тренутног профила протока: Систем складиштења који мора бити доступан за хитно напајање увече не сме бити потпуно испражњен током дана, чак и ако би то максимизирало стопу сопствене потрошње у кратком року. Такви гранични услови могу се експлицитно моделирати у ESiP анализатору.

Симулације директно одређују релевантне кључне индикаторе учинка: оствариво смањење вршног оптерећења, потребни капацитет складиштења, очекивани период амортизације и потенцијалне уштеде на накнадама за мрежу. Ови индикатори се могу директно користити за инвестиционе одлуке и омогућавају транспарентну анализу трошкова и користи чак и пре него што се купи прва батеријска јединица.

Руковање непотпуним подацима — потцењена практична предност

Уобичајена препрека у планирању индустријских система за складиштење енергије је доступност података: Смислени профили оптерећења обично захтевају потпуну евиденцију трендова потрошње током најмање годину дана, идеално у интервалима од 15 минута. У пракси, такви подаци често недостају - зато што систем управљања енергијом још није имплементиран, зато што флуктуације производње искривљују одређене периоде или зато што компанија тренутно планира нову локацију за коју још увек не постоје историјски подаци мерења.

ESiP анализатор је експлицитно дизајниран да се носи са таквим празнинама у подацима. Недостајуће вредности у профилима оптерећења или подацима о приносу се допуњују одговарајућим скалирањем и симулацијама, осигуравајући да смислене анализе остану могуће чак и са непотпуним информацијама о планирању. Ова робусност против непотпуних података је значајна практична предност, омогућавајући алату да се користи чак и у раним фазама планирања - пре стварне инвестиционе одлуке.

Методолошки приступ који стоји иза ове компензације података заснива се на статистичким скалирајућим приступима који препознају карактеристике оптерећења специфичне за тип категорија машина и производних процеса. Уместо једноставног коришћења стандардних профила, постојеће измерене тачке података се користе као сидра за генерисање синтетичких додатака који одговарају специфичном обрасцу рада компаније. Овај приступ значајно повећава предиктивну моћ симулације у поређењу са генеричким просецима у индустрији.

Од вршног оптерећења до енергетског тржишта — разноликост сценарија примене

Оно што разликује ESiP анализатор од једноставнијих калкулатора за смањење вршног оптерећења је ширина сценарија примене које може да моделира. Класично управљање вршним оптерећењем – циљана употреба складиштења за смањење вршних оптерећења и тиме смањење трошкова електричне енергије – заиста је економски најефикаснији случај употребе, али никако једини.

Анализатор такође подржава процену сценарија у којима систем складиштења учествује на тржишту енергије. Индустријски купци са системима складиштења одговарајуће величине могу понудити примарну или секундарну резерву контроле и тиме генерисати приход који превазилази пуку оптимизацију сопствене потрошње. Према Федералној агенцији за мреже, системи за складиштење батерија већ обезбеђују значајан део примарне резерве контроле у ​​немачкој електроенергетској мрежи, са 630 мегавата претходно квалификованог капацитета. За индустријске компаније са довољним капацитетом складиштења, ово отвара атрактиван додатни извор прихода.

Штавише, алат омогућава симулацију интеграције непрекидног напајања (UPS) за критичне производне процесе. За производне линије где би нестанак струје изазвао значајну штету - као што је производња полупроводника или континуирани хемијски процеси - ова примена је од великог економског значаја. Трошкови конвенционалног дизел генератора се затим могу упоредити са трошковима система за складиштење који испуњава ову функцију као секундарну корист.

Коначно, алат такође мапира повећање ефикасности постигнуто кроз регенерисану енергију на нивоу машине – горе поменуту рекуперацију енергије кочења у једносмерној вези. Овај случај употребе је посебно релевантан за производна окружења са великим бројем машинских алата где високо динамички покрети оса чине значајан део укупне потрошње енергије.

Иновативно фотонапонско решење за смањење трошкова и уштеду времена - Слика: Xpert.Digital

Више информација овде:

• Фотонапонско решење за смањење напора и трошкова

Стопе сопствене потрошње и профитабилност — шта бројке откривају

Основна економска порука ESiP анализатора може се поткрепити конкретним резултатима: Циљане симулације и оптимизоване оперативне стратегије омогућавају коришћење скоро половине самогенерисане обновљиве електричне енергије у неким сценаријима. Ова бројка – приближно 50 процената стопе самопотрошње – може у почетку звучати скромно, али се мора схватити у контексту типичних карактеристика производње фотонапонских система на индустријским локацијама.

Без складиштења, стопа директне сопствене потрошње фотонапонског система на фабричкој згради је често знатно испод 30 процената, јер се вршна производња у подне поклапа са временом производње када је оптерећење већ добро покривено, док је рано ујутру и касно поподне потражња велика, али је производња ниска. Правилно димензионисан и стратешки оптимизован систем складиштења може повећати ову стопу на описани ниво од скоро 50 процената – и тиме драматично побољшати предност сопствене потрошње.

Економски значај овог повећања произилази из разлике у цени између електричне енергије из мреже и самогенерисане соларне енергије. За мала и средња индустријска предузећа, просечна цена електричне енергије за нове уговоре у 2026. години је 16,7 центи по киловат-сату. Соларна енергија из самогенерисаног система доступна је за знатно мање од 5 центи по киловат-сату за инсталације које су већ у потпуности амортизоване. Сваки киловат-сат самогенерисане енергије који се потроши уместо да се испоручи у мрежу генерише маржу од преко 10 центи – одрживу економску предност која се акумулира током целог животног века система.

Према пројекту Fraunhofer ESiP, фабрике које стратешки планирају имплементацију складиштења енергије могу реално остварити уштеде до 15 процената у потрошњи електричне енергије путем интелигентног складиштења енергије. Ова бројка је значајна за компаније са високим трошковима енергије: За индустријски погон средње величине са годишњом потрошњом од 24 гигават-сата и стандардизованим накнадама за мрежу широм Немачке, годишњи трошкови само на нивоу накнаде за мрежу износе преко 750.000 евра – смањење од 15 процената би одговарало годишњој уштеди од преко 100.000 евра, поред уштеда на набавци енергије.

Стабилност мреже као колективна корист — макроекономски ефекат индустријског складиштења

Предности ESiP анализатора и интеграције складиштења коју он омогућава нису ограничене само на појединачне компаније. Индустријски системи за складиштење дају мерљив допринос стабилности мреже. „Ублажена“ потрошња – односно стабилизација претходно веома флуктуирајућег профила оптерећења – растерећује дистрибутивну мрежу, смањује потребу за интервенцијама балансирања енергије и ублажава проблеме са квалитетом електричне енергије који могу настати услед импулсивних оптерећења.

Са економске перспективе, овај ефекат је значајан. Неискоришћени потенцијал смањења оптерећења индустријских локација у Немачкој износи 5,2 до 5,6 гигавата – капацитет који би се могао активирати одговарајућом интеграцијом складиштења и значајно би смањио потребу за проширењем мреже. Проширење мреже је скупо: трошкови се на крају преносе на све потрошаче путем накнада за мрежу. Сваки киловат-сат који не мора да се транспортује кроз мрежу као вршно оптерећење захваљујући индустријском складиштењу стога смањује трошкове за све на средњи рок.

Политички оквир све више препознаје ову везу. Немачка савезна влада је 2026. године обезбедила државну субвенцију од 6,5 милијарди евра оператерима преносног система како би стабилизовала накнаде за мрежу. Истовремено, Закон о обновљивим изворима енергије (ЕЕГ) из 2024. године појаснио је смернице за финансирање складиштења енергије и повећао стопу субвенција на 30 процената за системе дугорочног складиштења са трајањем пражњења од најмање 10 сати. Ови политички сигнали показују да законодавци више не посматрају складиштење енергије као нишни производ, већ као системски критичну инфраструктуру.

Тржиште реагује на ове трендове: Немачко тржиште батеријских система за складиштење енергије започело је 2026. годину са великим успехом – у првом кварталу инсталирано је више од два гигават-сата новоинсталираног капацитета за складиштење, што представља повећање од 67 одсто у поређењу са истим периодом претходне године. У индустријском сегменту, приход је порастао са 1,3 милијарде евра на 1,6 милијарди евра у 2024. години, што је раст од 23 одсто, а тржишни аналитичар Блаурок је описао индустрију као „успаваног гиганта на кога сви чекају да се активира“. Пројектовано је да ће глобално тржиште индустријских система за складиштење енергије расти годишњом стопом раста од 21,2 одсто, повећавајући се са приближно 9,9 милијарди америчких долара у 2026. години на скоро 56 милијарди америчких долара до 2035. године.

Модел лиценцирања и начини коришћења — како компаније могу да користе Анализатор

Фраунхофер ИВУ је дизајнирао ESiP анализатор за различите случајеве употребе и нуди флексибилне опције приступа. За компаније којима је потребна једнократна, детаљна анализа њиховог енергетског статуса и које траже препоруке за конкретне инвестиционе одлуке, доступни су појединачни пројектни уговори који укључују стручност истраживача Фраунхофер ИВУ. Овај приступ се посебно препоручује за сложене локације са више производних линија, различитим изворима енергије и захтевним оперативним профилима.

За компаније које желе трајно да интегришу анализатор у свој систем за управљање енергијом, доступни су уговори о лиценцирању за континуирану употребу. Добављачи енергије и индустријске компаније су већ тестирали ESiP анализатор у пракси, и према Fraunhofer IWU, теренски тест је „прошао са одличним успехом“. Ова практична валидација је кључна: алати за симулацију развијени искључиво у лабораторијским условима често не успевају у индустријским применама због хетерогености реалних производних окружења.

За добављаче енергије, алат нуди јединствену димензију: могу га користити да својим индустријским купцима пруже конкретне, на подацима засноване препоруке за решења за складиштење, чиме проширују своје консултантске услуге. С обзиром на конкурентски притисак на тржишту снабдевања енергијом и растућу индустријску потражњу за интегрисаним енергетским решењима, ово је стратешки вредан приступ.

Други живот батерија — постројење за демонтажу као логичан наставак

У контексту истраживања ESiP-а, није случајно што Fraunhofer IWU истовремено ради на другој теми која се бави циркуларном економијом индустријског складиштења енергије: аутоматизованом демонтажом вучних батерија. Заједно са EDAG Production Solutions, у Кемницу се гради пилот постројење које може аутоматски демонтирати високонапонске батерије из електричних возила до нивоа ћелије. Пуштање у рад је планирано за август 2026. године.

Концептуална веза између ESiP анализатора и овог постројења за демонтажу лежи у логици ресурса: растуће залихе стационарних индустријских система за складиштење енергије захтевају решења за рециклажу на дужи рок. Истовремено, коришћене вучне батерије из електричних возила које више нису погодне за аутомобилску употребу могу пронаћи други живот као стационарно међускладиште у фабрикама - под условом да се њихово здравље и преостали капацитет могу поуздано проценити. Управо то ради модул за анализу вештачке интелигенције интегрисан у постројење у Кемницу: Он процењује стање здравља (SoH) појединачних ћелија батерије и аутоматски одлучује о њиховој даљој употреби, рекондиционирању или рециклажи материјала.

Постројење такође ради у складу са принципима „Дизајна за рециклажу“ – принципа који захтева да нови системи батерија буду пројектовани од самог почетка тако да се могу економски демонтирати на крају свог животног века. Такав систем је демонстриран са модулом батерије који се може демонтирати без оштећења. Ово је економски значајно јер профитабилност рециклаже батерија у великој мери зависи од сложености демонтаже. Системи конструисани лепковима, трајним везама или неприступачним модулима резултирају тако високим трошковима демонтаже да рециклажа остаје неекономична упркос вредним сировинама које садрже.

Суперкондензатори, литијум-јонске батерије и биполарне батерије — технолошка димензија

Кључна карактеристика квалитета ESiP анализатора лежи у његовој технолошкој неутралности. Алат разматра све уобичајене технологије складиштења енергије и процењује их у зависности од специфичног сценарија примене. Ова неутралност није загарантована на тржишту: Многе алате за комерцијално планирање развијају добављачи одређене технологије складиштења и природно имају тенденцију да фаворизују сопствену категорију производа.

Распон релевантних технологија је значајан. Суперкондензатори (ултракондензатори) — које у пројектном конзорцијуму представља Skeleton Technologies — идеални су за примене са веома високом густином снаге и кратким временима циклуса: рекуперација енергије кочења у милисекундном опсегу, изглађивање високофреквентних врхова снаге или краткорочно премошћавање током покретања великих погона. Њихова слабост лежи у ниској густини енергије — нису погодни за међускладиштење соларне енергије сатима.

С друге стране, литијум-јонске батерије у различитим хемијским формулацијама нуде високу густину енергије са умереном густином снаге. LioVolt, још један партнер у ESiP пројекту, специјализован је за литијум-јонске биполарне батерије – технологију која, елиминисањем конвенционалних проводних фолија, омогућава компактнији дизајн и смањује унутрашњи отпор ћелијског стека. За стационарно складиштење у распону од сатног до дневног, такве батерије су тренутно економски најпривлачнија опција.

Интелигентна комбинација различитих технологија складиштења у такозваним хибридним системима за складиштење – обично батерије за складиштење енергије и суперкондензатора за вршне потребе снаге – је још један случај употребе који ESiP анализатор може да моделира. Такве хибридне архитектуре штите батерију од екстремних напрезања циклуса високофреквентног пуњења, значајно продужавајући њен век трајања и побољшавајући укупну економску ефикасност система за складиштење.

Тачност дизајна као стратешка конкурентска предност

Можда најпотцењенија предност ESiP анализатора не лежи у максимизирању капацитета складиштења, већ у прецизности његовог дизајна. Превелики системи за складиштење енергије нису само скупи за куповину, већ генеришу и непотребне текуће трошкове кроз одржавање, рад и раст капитала. Премали системи, с друге стране, не могу да испуне постављене циљеве – смањење вршног оптерећења, стопу сопствене потрошње, резервно напајање – и разочаравају инвестициона очекивања.

Тростепени процес пројектовања – анализа података за екстракцију параметара, процедуре оптимизације за одређивање података о складиштењу и симулација резултујућих профила оптерећења – прати научно утемељену логику посебно развијену да би се узели у обзир карактеристични параметри одговарајућег профила оптерећења, а не генерички просеци у индустрији. Са величинама батерија од 60 до 100 киловат-сати, смањење вршног оптерећења од десет до 16 процената је већ постигнуто у пилот постројењима, са периодима поврата инвестиције мањим од пет година у повољним сценаријима.

Овај ниво тачности пројектовања има стратешке импликације које се протежу изван појединачних пројеката складиштења. Компаније које прецизно планирају своју енергетску инфраструктуру стварају основу за флексибилну, дугорочну енергетску стратегију: Оне могу постепено проширивати складиштење, тестирати различите пословне моделе – балансирање снаге, оптимизацију сопствене потрошње, арбитражу – и реаговати на променљиве услове. Енергетска транзиција у индустрији није једнократни инвестициони догађај, већ континуирани процес прилагођавања променљивој енергетској инфраструктури. Алати попут ESiP анализатора пружају аналитичку основу за овај процес – и самим тим праву стратешку конкурентску предност за компаније које их користе.

Квази-интерно решење: Како Xpert.Digital затвара оперативне празнине у B2B маркетингу и продаји – Паметно пословање вођено садржајем - Слика: Xpert.Digital

Xpert.Digital је B2B индустријски центар вођен подацима, којим руководи Konrad Wolfenstein . Компанија делује као екстерно, квази-интерно решење за индустријске партнере, попуњавајући оперативне празнине у маркетингу, садржају и продаји – без потребе за додатним ресурсима на страни клијента.

Више информација овде:

• Квази-интерно решење: Како Xpert.Digital затвара оперативне празнине у B2B маркетингу и продаји – Паметно пословање вођено садржајем

☑️ Наш пословни језик је енглески или немачки

☑️ НОВО: Преписка на вашем матерњем језику!

Konrad Wolfenstein

Ја и мој тим смо срећни што вам можемо бити на располагању као ваш лични саветник.

Можете ме контактирати попуњавањем контакт форме овде [email protected]:или ме једноставно позовите на +49 7348 4088 965. Моја имејл адреса је

Радујем се нашем заједничком пројекту.

☑️ Подршка малим и средњим предузећима у стратегији, консултацијама, планирању и имплементацији

☑️ Креирање или реорганизација дигиталне стратегије и дигитализације

☑️ Проширење и оптимизација међународних продајних процеса

☑️ Глобалне и дигиталне B2B платформе за трговање

☑️ Пионирски развој пословања / Маркетинг / Односи с јавношћу / Сајмови