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Modellprädiktive Regelung der Frischdampfmenge in Kraftwerken

Arbeitsgruppe:AG Optimierung und Optimale Steuerung
Leitung: Prof. Dr. Christof Büskens ((0421) 218-63861, E-Mail: bueskens@math.uni-bremen.de )
Dr. Matthias Knauer ((0421) 218-63863, E-Mail: knauer@math.uni-bremen.de)
Bearbeitung: Dr.-Ing. Friedrich Kohlmai ((0421) 218-63868, E-Mail: kohlmai@math.uni-bremen.de)
Projektförderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Projektpartner: Institut für Automatisierungstechnik (IAT), Universität Bremen
Rheinisch-Westfälisches Elektrizitätswerk (RWE)
Laufzeit: 01.07.2018 - 30.04.2021
Bild des Projekts Modellprädiktive Regelung der Frischdampfmenge in Kraftwerken Der Energiesektor ist heute mehr im Wandel denn je. Während die Kernenergie und die Energie fossiler Brennstoffe in die Kritik geraten sind, haben regenerative Energiequellen kontinuierlich an Bedeutung gewonnen. Das Energiekonzept der Bundesregierung sieht bis zum Jahr 2050 vor, dass regenerative Energien einen Anteil von 80% aller Energieträger einnehmen, während fossile Brennstoffe, Abwärme u.a. die restlichen 20% bilden. Ein gänzliches Abwenden von der fossilen Energie ist demnach noch nicht in Sicht, weshalb die Weiterentwicklung von Kraftwerken, die auf Basis fossiler Brennstoffe operieren, nicht nur heute sondern auch in Zukunft wichtig ist.
Im Rahmen des Projektes soll der Wirkungsgrad eines Braunkohlekraftwerks des Energieunternehmens RWE verbessert werden. Das Funktionsprinzip des Kraftwerks sieht dabei wie folgt aus: Zunächst wird die Braunkohle verbrannt, damit die freiwerdende Energie dafür benutzt werden kann um Wasser zu erhitzen. Der durch die Wärme entstehende Wasserdampf wird anschließend über ein Rohrsystem durch eine oder mehrere Dampfturbinen geleitet. Dort angelangt expandiert der Dampf in der Turbine, sodass diese in Rotation versetzt wird und ihrerseits einen Stromgenerator antreibt.
Der Wirkungsgrad (und damit auch die Leistung) eines solchen Kraftwerks hängt primär vom Dampf-massenstrom und der Dampftemperatur an der Turbine ab. Die starke und aufgrund der Größe des Kraftwerks auch träge Kopplung beider Größen erschwert in der Praxis ihre Regelung, weshalb das Kraftwerk zum gegenwärtigen Zeitpunkt nicht optimal betrieben werden kann. Ein modellprädiktiver Regler (MPC), dessen Kernstück TransWORHP bilden wird, soll dieses Manko überwinden und den Wir-kungsgrad der Anlage maximieren.
Eine Besonderheit des Vorhabens liegt in den Rahmenbedingungen: So soll der MPC nicht die Aktuatoren der Anlage ansteuern, sondern die existierende Regelung mit optimalen Sollwerten führen. Für die Modellierung des Kraftwerks hat dies zur Folge, dass das Regelungsprinzip in Form einer unterlagerten Regelung Bestandteil des Kraftwerksmodells ist. Die AG Optimierung und Optimale Steuerung steht dem Vorhaben sowohl rund um das Thema „MPC mit TransWORHP“ unterstützend zur Seite, entwickelt aber auch eine Schnittstelle auf Basis des „Functional Mockup Interface“s, um die Kommunikation der Modellierungssoftware Dymola mit TransWORHP zu ermöglichen. Thematisch relevant werden unter anderem auch die Echtzeitanfor-derungen an den MPC sein. Hier ist unter Umständen eine kaskadierte MPC-Regelung erforderlich, bei deren Umsetzung die AG Optimierung und Optimale Steuerung ebenfalls unterstützen wird.

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