Mit bivalentem Ofen Netzschwankungen ausgleichen

Schmelz- und Warmhalteöfen sind ein wesentlicher Kostenfaktor bei der Gussproduktion. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) entwickelt zusammen mit Partnern einen Ofen in bivalenter Ausführung. Dieser soll dynamisch zwischen Gas und Strom als Energieträger wechseln können. Unternehmen sind so in der Lage Energie kostengünstiger und flexibler zu nutzen.

Ein energieflexibler Betrieb lässt sich durch die bivalente Ausführung der Ofentechnik realisieren. „Üblicherweise werden solche Öfen mit nur einem Energieträger betrieben – entweder mit Brennstoffen wie Gas und Öl oder alternativ mit Strom. Bivalente Tiegelöfen hingegen können im Betrieb dynamisch zwischen den Energieträgern Strom und Gas wechseln. Ein solches Konzept gibt es bislang nicht“, erklärt Alexander Mages, Wissenschaftler am Fraunhofer IPA in Stuttgart. „So kann der Energiebedarf des Tiegelofens in beliebigen Betriebszuständen mit unterschiedlichen Energieträgern gedeckt werden“.

In Zusammenarbeit mit der Hindenlang GmbH, Bark Magnesium GmbH sowie dem Institut für Energieeffizienz in der Produktion (EEP) der Universität Stuttgart hat das Forscherteam unterschiedliche Beheizungskonzepte modelliert, das Anlagenkonzept durch thermische Simulationen optimiert und die bivalente Ausgestaltung eines Tiegelofens umgesetzt. Der Tiegelofen ist Bestandteil eines Anlagenparks in der Druckgießerei Bark Magnesium GmbH. Der Tiegelofen wurde im April 2023 erfolgreich getestet und im Mai in Betrieb genommen.

Nun lässt sich der Betrieb des bivalenten Ofens auf Gas regeln, wenn der Strompreis besonders hoch ist – etwa durch den regelmäßig hohen Stromverbrauch morgens oder abends. Bei niedrigen Preisen hingegen wird auf Strombetrieb geschaltet. „Eine energieflexible Stromnachfrage kann einen erheblichen Beitrag bei der Neuausrichtung unseres Stromsystems hin zu einer erneuerbaren Energieerzeugung leisten. Industrieunternehmen haben einen Anteil von 44 Prozent am Gesamtstromverbrauch“, so Mages.

Die Umschaltung zwischen den Energieträgern kann manuell über die Ofensteuerung oder automatisiert über ein Signal auf Hallennetzebene erfolgen. Ebenso besteht die Möglichkeit, den Wechsel durchzuführen, nachdem der Stromanbieter ein Signal übermittelt hat. „Durch den Wechsel des Energieträgers muss der Auftragsstart nicht in Zeiten verschoben werden, wenn der Strompreis niedrig ist. Ebenso müssen keine Pausenzeiten im Schichtbetrieb angepasst werden. Dies sind übliche Maßnahmen, um Energieflexibilität zu erreichen“, erläutert der Forscher.

Entwickelt wurde der Ofen im Kopernikus-Projekt SynErgie II, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF gefördert wurde. Das Folgeprojekt SynErgie III ist bereits beantragt. In diesem soll der Ofen inklusive Beheizungs- und Netzkonzept optimiert werden. Mithilfe von thermischen Messelementen ermitteln die Projektpartner Parameter wie die Temperaturverteilung im Ofen, um so Rückschlüsse auf die Energieeffizienz zu ziehen. Geprüft wird auch, ob sich der Ofen mit Wasserstoff betreiben lässt. „Wir forschen quasi am lebenden Objekt“, so Mages.