Fraunhofer UMSICHT Institutsteil Sulzbach-Rosenberg
Digitalisierung verfahrenstechnischer Anlagen
Die Digitalisierung und Automatisierung von Anlagen im Bereich Energietechnik, Verfahrenstechnik, Feuerungstechnik, Energietechnik, Recycling und Abfallbehandlung gehört zu den Querschnittskompetenzen von Fraunhofer UMSICHT.
Dezentrale Energieerzeugungsanlagen, z.B. Bioenergieanlagen in den Bereichen Feuerungstechnik, Biogas oder der Reststoffverwertung schöpfen häufig nicht alle Effizienzpotenziale aus.
Zusätzlich stehen sie unter einem hohen Kosten- und Flexibilisierungsdruck. Wären sie Teil eines Anlagen-Netzwerkes und könnten Sie dynamisch, automatisiert gesteuert werden, könnte eine deutlich höhere Wertschöpfung, z.B. hinsichtlich Energieausbeute, Betriebseffizienz oder Direktvermarktung erreicht werden.
Überregionale Netzwerke dezentraler Anlagen nach dem Konzept von Industrie 4.0 sind auch für dezentrale Bioenergieanlagen möglich, die Voraussetzung ist jedoch, dass bestehende Anlagen so aufgerüstet werden, dass die Anlagenkommunikation und -steuerung über einheitliche, industrieerprobte und alltagstaugliche Standards erfolgen kann.
Szenariobasierte Steuerung
In der Regel werden verfahrenstechnische Anlagen anhand von Messwerten wie Druck, Temperatur oder Massenstrom gesteuert.
Mit Methoden des maschinellen Lernens und der Mustererkennung wird es in Zukunft jedoch möglich sein, anstelle von konkreten Sollwerten, gewünschte Zielszenarien vorzugeben. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn verschiedene Anlagen zusammen betrieben werden und die Szenarien hierarchisch angeordnet sind.
Jede Anlage hat im lokalen Betrieb ein eigenes bevorzugtes Szenario, aber im Verbundbetrieb sind auch übergeordnete Szenarien wie "Optimierte Wirtschaftlichkeit" oder "Maximale Versorgungssicherheit" möglich. Das Ersetzen von Parameterfeldern durch selbsterklärende Szenarien verschafft dem Betreiber eine klare Übersicht, auch in komplizierten Verbundanlagen.
Digitaler Retrofit
Um dezentrale Bioenergieanlagen in eine Industrie 4.0-Umgebung zu integrieren und digital zu ertüchtigen, sind vier Evolutionsstufen notwendig.
Die erste Stufe entspricht einer reinen Überwachung (1) der Anlagen, gefolgt von der Steuerbarkeit über das Netz (2) und einer Vernetzung der Anlagen (3) bis hin zur Steuerung des Anlagenverbundes mittels KI-basierten, offenen Modellen (4).
Der Weg von einer auf fossilen Rohstoffen basierenden Wirtschaft hin zu einer nachhaltigen Bioökonomie ist durch eine Vielzahl von Ansätzen gekennzeichnet. Die hier beschriebene digitale Aufrüstung ermöglicht es einer singulären Anlage, mit anderen Anlagen sowie mit angrenzenden Prozessen und Umweltbedingungen zu interagieren.
Dies ist die Grundvoraussetzung, um auch beim Betrieb von Anlagen in komplexen Systemen oder in Abhängigkeit von dynamischen Rahmenbedingungen, optimal zu operieren.
