用于运行工业系统的电运行的工艺室的方法、工业系统、计算机程序产品和计算机可读存储介质与流程

本发明涉及一种用于运行工业系统的电运行的工艺室的方法、尤其计算机实现的方法、一种工业系统、一种计算机程序产品和一种计算机可读存储介质。

背景技术：

1、用于运行工业系统的电运行的工艺室的方法基本上是已知的。在这种工艺室内，通常应根据一个或多个规定来调节工艺变量。例如，在炉中应调节预定的高温，在冷却室中应调节预定的低温，在干燥室中应调节预定的干燥气氛，以及在压缩空气存储器中应调节预定的高气压。这些工艺变量的大部分通过投入电能来调节，通常直接地、例如借助电加热或电运行的冷却、或者间接地来调节。

2、工业系统及其工艺室通常具有如下尺寸，使得所述工业系统及其工艺室具有工艺变量随时间的有惯性的变化特性。此外，这种工业系统需要大量的能量、尤其电能。例如，用于在德意志联邦共和国运行的电池超级工厂中的洁净和干燥室的能量成本约为5百万欧元。工业系统的运营商的目标是尽可能使能量成本最小化。

3、因为与私人使用的设备相反，上文中提及的工艺变量应强制性地在尤其具有一定的容差带阈值的一定的容差带中调节，所以运行是复杂的。此外，由于工艺变量具有有惯性的变化特性，使运行变得复杂。这通常引起这种系统的耗费的调节。

4、为了一方面尽可能使能量成本最小化，并且同时根据要求来调节工艺变量，通常将工艺变量调节在能量更有利的容差带阈值处，因为与容差带阈值的任何间距都需要大量能量，所述大量能量伴随着对应的能量成本。在现有技术中，强制性地避免将工艺变量调节得远离容差带阈值。

5、在德国专利申请102023105346.9中公开一种用于制造电池的制造系统，其中这种制造系统的重点在于尽可能工艺可靠地调节工艺变量、在此是露点。然而，因为许多工业的目标是减少能量消耗，所以除了高质量地调节工艺变量之外，使同时在此所需的能量需求最小化也变得重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于运行工业系统的电运行的工艺室的方法、一种工业系统、一种计算机程序产品和一种计算机可读存储介质，其减少或消除所提及的缺点中的一个或多个缺点。本发明的目的尤其是提供一种能够实现更高效的运行的解决方案。

2、所述目的借助根据独立权利要求的特征的方法、工业系统、计算机程序产品和计算机可读存储介质来实现。这些方面的其他有利的设计方案在相应的从属权利要求中给出。在权利要求书、说明书和附图中公开的特征能够单独地、以任意的在技术上有意义的方式彼此组合，其中表明本发明的其他实施变型方案。

3、根据第一方面，开头提及的目的通过一种用于运行工业系统的电运行的工艺室的方法、尤其计算机实现的方法来实现，所述方法包括如下步骤：调节工艺室内的工艺变量，其中所述调节通过提供来自电网的电能来进行，其中在工艺室内在具有至少一个工艺变量阈值的工艺变量容差范围内调节工艺变量；接收代表电网中的能量可用性的电网信息，其中当电网中的能量可用性高时，提高用于调节工艺室中的工艺变量的电能投入，使得在所调节的工艺变量与工艺变量阈值之间构建缓冲，并且其中当电网中的能量可用性低时，降低用于调节工艺室中的工艺变量的电能投入，使得将工艺变量最大调节到工艺变量阈值。

4、本发明尤其基于如下认识：将工艺变量恒定地调节在工艺变量阈值附近通常不引起工业系统的最高效的运行。尤其地，本发明基于如下认识：在能量可用性高的时间中，有针对性地使工艺变量远离工艺变量阈值是有利的，以便在能量可用性低的时间中再消减如此构建的缓冲。

5、因此，有针对性地容忍工艺变量在工艺变量容差范围内的波动，其中这在工业系统的许多应用中是可接受的，因为仅不允许超过工艺变量阈值。尤其涉及较低能量的工艺变量阈值，即工艺变量容差范围的能够实现工艺室的较低能量的运行的工艺变量阈值。如果例如涉及用于电池电芯制造的干燥和洁净室，并且露点应最大应调节为-65°c，则对于干燥和洁净室的运行通常无关紧要的是，在此期间露点是否也调节为-70°c或-90°c。同样的情况也适用于大型冷却设备，其中尽管例如-18°c的工艺变量阈值不允许朝向-17°c被超过，然而更低的温度，例如-20°c，不对运行产生负面影响。在待调节到450°c的炉中，在许多应用情况下温度也能够为470°c，然而450°c的工艺变量阈值不允许向下被超过，例如到440°c。

6、发明人已发现，借助所述方法，用于电池电芯制造的干燥和洁净室能够以大约高10%的效率运行。考虑到开头提及的用于这种干燥和洁净室的能量成本为5百万欧元，这种效率提升产生500000欧元的成本节省。

7、所述方法设置用于运行工业系统的电运行的工艺室。电运行的工艺室尤其应理解为，通过使用电能来调节在工艺室中待调节的工艺变量。工艺室尤其应理解为基本上封闭的空间，工业工艺能够在所述空间中进行。除了已经提及的干燥和/或洁净室之外，工艺室能够是炉、热水存储器、储热器、加热室、压缩空气存储器、冷却室、蓄冷器或类似物。

8、工艺室尤其具有关于工艺变量的惯性特性，使得在降低或结束电能投入之后，所构建的缓冲缓慢地消减，使得工艺变量缓慢地朝向工艺变量阈值移动。电能投入尤其能够理解为电能的使用。

9、所述方法包括如下步骤：在工艺室内调节工艺变量，其中所述调节通过提供来自电网的电能来进行。所述调节优选地以计算机实现的方式进行，例如其方式为：访问用于调节工艺变量的对应的机构。

10、在工艺室内在具有至少一个工艺变量阈值的工艺变量容差范围内调节工艺变量。工艺变量容差范围的工艺变量阈值例如是不允许被超过的下限或上限。通常，工艺变量容差范围会附加地具有限定的第二工艺变量阈值，其中工艺变量容差范围在工艺变量阈值与第二工艺变量阈值之间展开。通常在工艺变量阈值与第二工艺变量阈值之间调节工艺变量。

11、第二工艺变量阈值除了是限定的工艺变量阈值之外，也能够是物理工艺变量阈值，所述物理工艺变量阈值出于物理原因不允许或不能被超过。然而，对于许多应用情况最相关的会是工艺变量阈值，因为所述工艺变量阈值出于工艺原因不允许被超过，所述工艺原因通常影响工艺的质量。

12、电网尤其能够是公共电网。优选地，电网的特征在于，能够获得代表电网中的能量可用性的电网信息并且所述电网信息尤其是可用的。此外，电网能够是本地电网。

13、所述方法还包括如下步骤：接收代表电网中的能量可用性的电网信息。接收电网信息能够手动地、自动地和/或以计算机实现的方式进行。自动地和/或以计算机实现的方式接收电网信息是有利的，因为借此能够确定在下文中还更详细阐述的最优电力计划，以便使所述方法的效率最大化。

14、代表电网中的能量可用性的电网信息能够以各种方式和方法存在。在一些国家中，电力可用性指数可供使用。在另一些国家中，对电能的需求被及时地或同时地或预测地提供。在德意志联邦共和国，能量可用性通常借助在电力交易所确定的电价来传达。德意志联邦共和国的电价目前以15分钟和60分钟间隔进行协商，并且以报告的形式公开传达。此外，电网中的能量可用性能够基于自身的预测来提供并且随后被接收。因为尤其基于风能和太阳能的可再生能源的份额持续增加，所以尤其能够基于所预测的天气条件来进行预测。

15、所述方法提出，将工艺室内的工艺变量调节成，使得当公共电网中的能量可用性高时，提高用于调节工艺室中的工艺变量的电能投入，使得在所调节的工艺变量与工艺变量阈值之间构建缓冲。缓冲尤其应理解为系统固有的缓冲和/或系统自身的缓冲。在用于电池电芯制造的洁净和干燥室的情况下，这例如意味着，在-65°c的露点作为工艺变量阈值时，将工艺变量调节到例如-75°c。于是缓冲为10°c。所述缓冲的构建引起能量消耗的增加。

16、缓冲引起，一旦降低或停止电能投入，工艺变量不是直接超过工艺变量阈值，而是首先能够消减缓冲，并且尽管降低或结束能量输送，工艺变量仍继续处于工艺变量容差范围内。只有当工艺变量下降到工艺变量阈值时，才需再次输送电能，使得工艺变量不超过工艺变量阈值。因此，在由高的能量可用性所代表的低电价的时间中能够构建缓冲，所述缓冲随后在由低的能量可用性所代表的高电价的时间中能够再被消减。

17、提出，当公共电网中的能量可用性低时，降低用于调节工艺室中的工艺变量的电能投入，使得将工艺变量最大调节到工艺变量阈值。在能量可用性低的时间中输送较少的电能，使得缓冲消减。

18、能够个体化地限定能量可用性是高的还是低的。尤其优选的是，限定预定的可用性阈值，如其在下文中所阐述的那样。当超过预定的可用性阈值时，提高电能投入，并且当低于预定的可用性阈值时，降低电能投入。所构建的缓冲也能够理解为能量储备。

19、所述方法的一个优选的实施变型方案提出，工业系统是用于电池电芯制造的系统，工艺室是用于执行电池电芯制造方法的洁净和/或干燥室，以及工艺变量是洁净和/或干燥室内的空气湿度或露点。

20、所述方法尤其适合于在电池电芯制造中应用，因为所述电池电芯制造是能量密集的并且在空气湿度和/或露点方面具有大的工艺变量容差范围。此外，在电池电芯制造的现有技术中，公认的标准是将空气湿度或露点直接调节到技术上所需的极限，即调节到工艺变量阈值，以便使能量消耗最小化。能量消耗的最小化始终是重要的。

21、空气湿度或露点的波动没有被考虑，因为要避免超过技术上所需的极限值的风险。然而，现在借助于所述方法，在电池电芯制造中存在如下可行性：根据能量可用性以及根据工艺变量阈值可变地调节空气湿度和/或露点。因此，即使在具有低的能量可用性和/或高的电能价格的这种环境中，也能够高效地进行电池电芯的生产。

22、所述方法的另一优选的改进方案的特征在于，接收针对未来的时间段的电网信息，并且基于电网信息投入电能以构建缓冲，使得该时间段中的用于能量可用性的交换值最小化。因此，例如能够推导出用于工业系统的能量计划。优选的是，基于最小化函数来确定电能投入，其中优选地使用于能量可用性的交换值最小化。

23、在德意志联邦共和国，目前例如能够以15分钟或60分钟的间隔提供第二天的电价。据此能够推导出用于工艺室和/或工业系统的能量计划。用于能量可用性的交换值例如能够是电能的价格、例如每kwh的价格。

24、针对具有两个间隔的示例性时间段，所述间隔在此在ymin处开始和结束并且在此期间从其偏离，借助以下关系来求取用于电能的交换值：

25、

26、其中：

27、pges：用于电能的交换值

28、p1,2：第一间隔和第二间隔中的用于电能的交换值

29、y1：第一间隔中的工艺变量

30、ymin：工艺变量阈值

31、δt：时间间隔

32、t1：传递系统的时间常数

33、k：传递系统的传递常数

34、能够优选的是，使上述函数最小化，以便推导出优选的能量计划。

35、在所述方法的另一优选的实施变型方案中提出，根据缓冲和/或能量可用性来选择电能投入的水平。例如，当缓冲已经超过预先确定的阈值或者能量可用性低或高时，能够降低电能投入。

36、在另一优选的实施变型方案中提出，高的能量可用性通过高于第一可用性阈值的能量可用性来限定，并且其中低的能量可用性通过低于第一可用性阈值的能量可用性来限定。优选的是，可用性阈值通过用于能量可用性的交换值、例如电能的价格、尤其每kwh的价格来限定。

37、此外，能够优选的是，限定第二、第三或多个可用性阈值，所述可用性阈值还优选地分别限定电能投入，尤其以0%和100%之间的百分比的形式。

38、在所述方法的另一优选的实施变型方案中提出，在能量可用性低时以及在接近或达到工艺变量阈值时，将电能投入选择成，使得将工艺变量调节在工艺变量阈值处或调节到工艺变量阈值。

39、所述方法的另一优选的实施变型方案提出，在能量可用性高时，将电能投入选择成，使得首先构建预定的缓冲，并且随后将所述缓冲保持恒定。例如，在具有作为工艺变量阈值的-65°c的露点的洁净和/或干燥室中，预定的缓冲能够是10°c，使得露点处于-75°c，并且在达到-75°c时将该值保持恒定。尤其地，将该值保持恒定，直至存在低的能量可用性并且缓冲被消减并且露点可能降低直至工艺变量阈值。

40、在所述方法的另一优选的实施变型方案中提出，根据与工艺变量相关的惯性来限定缓冲。惯性作为物理量是用于如下情况的影响变量：缓冲能够在能量可用性高时构建并且随后能够缓慢地消减，直至达到工艺变量阈值。根据低的能量可用性的持续时间，缓冲还能够根据惯性来消减。还优选的是，根据低的能量可用性的持续时间来限定缓冲。

41、所述方法的另一优选的实施变型方案提出，将缓冲构建成，使得在电能投入以预定的方式降低时，所述缓冲在预定的时间段内足以将工艺变量调节在工艺变量容差范围内。预定的时间段例如能够小于3小时、小于5小时、小于7小时、小于10小时、小于12小时。电能投入的降低也能够意味着电能投入的停止或结束。

42、根据另一方面，开头提及的目的通过一种工业系统、尤其用于执行根据上述实施变型方案之一的方法的工业系统来实现，所述工业系统包括：工艺室，在所述工艺室中能够调节工艺变量；工艺调节机构，所述工艺调节机构设置和构成用于通过投入来自电网的电能，在工艺室内在具有至少一个工艺变量阈值的工艺变量容差范围内调节工艺变量；接收机构，所述接收机构设置和构成用于接收代表电网中的能量可用性的电网信息；计算单元，所述计算单元配置用于，当公共电网中的能量可用性高时，提高用于调节工艺室中的工艺变量的电能投入，使得在所调节的工艺变量与工艺变量阈值之间构建缓冲，并且当公共电网中的能量可用性低时，降低用于调节工艺室中的工艺变量的电能投入，使得将工艺变量最大调节到工艺变量阈值。

43、工艺调节机构构成用于调节工艺变量。工艺调节机构例如能够在洁净和/或干燥室中构成用于降低空气湿度。在冷却系统中，工艺调节机构能够设置和构成用于降低温度。在炉中，工艺调节机构能够设置和构成用于调节最低温度。在压缩空气存储器中，工艺调节机构能够设置和构成用于调节最低压力。

44、接收机构设置和构成用于接收代表电网中的能量可用性的电网信息。接收机构也能够构成为发送接收机构，以便发送数据。

45、计算单元能够是计算机和/或控制设备。工艺室、工艺调节机构、接收机构和/或计算单元优选地设置在一个物理位置处。替选地，工业系统的上述组成部分中的一个、两个或多个组成部分能够分布地设置，并且例如能够在信号技术上无线地和/或有线地彼此耦合。

46、工业系统的一个优选的实施变型方案的特征在于，工业系统是用于电池电芯制造的系统，工艺室是用于执行电池电芯制造方法的洁净和/或干燥室，以及工艺变量是洁净和/或干燥室内的空气湿度或露点。

47、根据另一方面，开头提及的目的通过一种计算机程序产品来实现，所述计算机程序产品包括指令，所述指令引起根据上述实施变型方案之一的工业系统执行根据所述方法的上述实施变型方案之一的方法步骤。

48、根据另一方面，开头提及的目的通过一种计算机可读存储介质来实现，在所述计算机可读存储介质上存储有根据上述方面的计算机程序产品。

49、对于各个方面及其可行的改进方案的其他优点、实施变型方案和实施方案细节，也参考对其他方面、对应的特征和改进方案的所进行的描述。