The way in which you decide the price for electricity is on it’s way to change in Sweden and to decrease the amount you pay for electricity you can use something called Peak Shaving. Peak Shaving is a method to reduce the overall power kWh peaks that an average power consumer uses monthly in order to reduce the price of the electricity bill. Furthermore, Peak shaving can be a method to resolve the lack of power in bigger cities. This is done by installing battery packs which store power when the power consumption is low. When power peaks occur, the power in the battery pack is used to help the grid and lower the peaks in the amount of power bought. With this method, you can reduce the power peaks you draw from the grid which leads to a lower monthly fee for the consumers.  In this report we investigated if Peak Shaving was profitable, more specifically for farmers and households with already installed solar panels. A model was designed to determine whether or not it is beneficial for the farmer to install battery packs for Peak Shaving depending on the power peaks they had per month. Data was received from two different farmers in Sweden containing energy bought, sold, produced(solar) and consumed. When comparing this to the price of power peaks per month as well as the price of the battery packs needed to contain the power to Peak Shave, the conclusion was made that Peak Shaving is not profitable with the current prices for batteries and their lifespan. However the price is on it’s way down. This could lead to Peak Shaving becoming a solution to save money for the customer but also to reduce the stress on the grid when Sweden transitions to fully renewable power.

Das Antriebskonzept von modernen Umformmaschinen basiert zunehmend auf Verdrängersteuerung anstatt der klassisch eingesetzten Drosselsteuerung. Bei diesem Ansatz werden die Achsen über fluid-mechatronische Direktantriebe unmittelbar in Geschwindigkeit, Position und Kraft verfahren. Durch das prinzipbedingte Vermeiden von Drosselverlusten lassen sich hier erhebliche energetische Einsparungen verzeichnen. Des Weiteren ist es durch den Einsatz von vierquadrantfähigen Motor-Pumpeneinheiten möglich, Brems- und Dekompressionsenergie im Prozess zurückzugewinnen und wiederzuverwenden. Dies setzt allerdings voraus, dass die Energie zwischengespeichert oder in das Netz zurückgespeist werden kann. Ein Nachteil, der sich bei diesem Technologiewechsel zu elektrohydrostatischen Antrieben ergeben kann, ist, dass die Anschlussleistung der Antriebe und somit der gesamten Maschine stark ansteigt. Dies ist besonders der Fall, wenn zuvor ein Hydraulikaggregat in Kombination mit Hydrospeichern verwendet wurde. Durch den Einsatz der Speicher wird hier hydraulische Lastspitzenkappung betrieben und die Leistungsspitzen vom Netz werden stark reduziert. Bei den elektrohydrostatischen Antriebsachsen wird hier -- ohne zusätzliche Maßnahmen -- die gesamte Spitzenleistung direkt vom Netz bezogen. Ziel der Arbeit ist es, zu untersuchen, wie bei Umformmaschinen mit Verdrängersteuerung -- durch den Einsatz des richtigen Leistungs- und Energieversorgungssystems -- die Anschlussleistung ebenfalls verringert werden kann. Hierzu wird recherchiert, welche Ansätze nach heutigem Stand der Technik bereits zur Verfügung stehen und in welchen anderen Bereichen Leistungsversorgung, Energiespeicherung und Lastspitzenvermeidung untersucht und angewendet werden. Mit Hilfe von Modellen des Prozesses, des elektrohydrostatischen Antriebsstrangs und ausgewählten Komponenten des Leistungs- und Energieversorgungsystems soll eine Simulationsumgebung geschaffen werden, die es ermöglicht, verschiedene Applikationen zu simulieren und zu analysieren. Ziel ist es, herauszufinden, bei welchen Anwendungen welche Einspeisungs- und Speichertypen eingesetzt werden können, um ein Minimierung der Anschlussleistung zu erreichen und mit welchen Mehraufwänden bei den Speichern, aber auch mit welchen Ersparnissen an der Elektroperipherie, zu rechnen ist. \\ Anschließend wird eine Methodik erarbeitet, die mit Hilfe des gemessenen oder simulierten Leistungsflusses eine Empfehlung für ein sinnvolles Leistungs- und Energieversorgungssystem ausgibt. Da diese Betrachtung aus eher zentral-europäischer Sicht erfolgt, wird außerdem ein punktebasiertes Ranking erarbeitet, welches Leistungs- und Energieversorgungsysteme für Umformmaschinen vergleichend für variierende Anforderungen quantifiziert.:1 Einleitung 1 1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2 Stand der Technik und Grundlagen 8 2.1 Grundlagen der Fertigungstechnik und Prozesssimulation . . . . . . . . . . 11 2.2 Energiemanagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.3 Hydraulische Umformmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.4 EHA Anwendungen und Ausprägungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2.5 LEV-Systeme bei EHAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2.6 LEV-Systeme bei Maschinen mit elektromechanischen Antrieben . . . . . . 24 2.7 LEV-Systeme auf Fabrikebene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 2.8 LEV-Systeme bei weiteren stationären und bei mobilen Anwendungen . . . 26 2.9 Zwischenfazit und Klassifizierung von LEV-Systemen . . . . . . . . . . . . 30 2.10 Einordnung & Grundlagen Einspeisungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.10.1 Netzrückwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.11 Einordnung & Grundlagen Energiespeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2.11.1 Motorauswahl für kinetische Energiespeicher . . . . . . . . . . . . . 48 3 Zielstellung 52 4 Anforderung des LEV-Systems für EHAM 54 4.1 Analyse von Hydrospeichern für LEV-Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . 58 4.2 Finale Auswahl der LEV-Komponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 5 Modellierung der Maschine und der EHA Komponenten 67 5.1 Prozess, Zylinder und Maschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 5.2 Verdrängereinheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 5.3 Motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 5.4 Wechselrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 6 Modellierung der LEV-Komponenten 79 6.1 Nicht aktiver Gleichrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 6.2 Aktiver Netzstromrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 6.3 Gleichrichter mit DC-DC Wandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 6.4 Generisches Einspeisemodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 6.5 Kondensatorspeicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 6.5.1 Elektrolytkondensatoren und Doppelschichtkondensatoren . . . . . 85 6.5.2 Kondensatormodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 6.5.3 Verluste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 6.5.4 Regelung eines aktiven Kondensatorspeichers . . . . . . . . . . . . . 90 6.6 Kinetischer Speicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 6.6.1 Aufbau und Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 6.6.2 Einfluss der Dynamik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.6.3 Verlustmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 6.6.4 Ansätze der Leistungsfluss-Regelung/Steuerung . . . . . . . . . . . 101 7 Simulation von LEV-Systemen mit EHA basierten Maschinen 105 7.1 Charakteristische Kenngrößen des Leistungsflusses . . . . . . . . . . . . . . 105 7.2 Simulationsbeispiel 1: 1000 kN Ringwalzanlage . . . . . . . . . . . . . . . . 106 7.3 Simulationsbeispiel 2: 16000 kN Warmumformpresse . . . . . . . . . . . . . 114 7.4 Simulationsbeispiel 3: Gaskompressor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 7.5 Automatisierte Komponentenauslegung und Kostenschätzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 7.6 Kostenbetrachtung der Simulationsbeispiele 1 bis 3 . . . . . . . . . . . . . 148 7.7 Weitere Simulationsstudien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 8 Regelbasierte Empfehlungsmethodik für LEV-Systeme 157 8.1 Diskussion des Ergebnisses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 9 Punktebasiertes Ranking von LEV-Systemen unter variierenden Anforderungen 162 9.1 Bewertungskriterien für LEV-Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 9.1.1 Anschlussleistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 9.1.2 Effizienz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 9.1.3 Netzrückwirkungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 9.1.4 Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 9.2 Gesamtbewertung und Bias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 9.3 Bewertungsbeispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 10 Zusammenfassung und Ausblick 172 10.1 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 10.2 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176