Modellbasierte Regelung von Prozessen basierend auf der Zweibettwirbelschicht-Dampfvergasung

Projekt: Arbeitsgebiet

Beschreibung

Aufgrund der verstärkten Bemühungen die globalen CO2-Emissionen zu reduzieren, hat die energetische Nutzung von Biomasse während der letzten Dekaden stark an Bedeutung gewonnen. Üblicherweise wird die Biomasse verbrannt und zur Wärmeerzeugung und in Großanlagen sogar zur kombinierten Wärme- und Stromerzeugung (Kraftwärmekopplung) verwendet. Parallel zu der starken Zunahme der in der Praxis installierten Biomasse-Feuerungen gab es in Forschung und Entwicklung starke Bemühungen zur Weiterentwicklung der Biomasse-Vergasung. Aus der Biomasse-Vergasung resultiert ein brennbares Produktgas, das im Gegensatz zur Biomasse-Verbrennung hohe Flexibilität in der weiteren Nutzung ermöglicht. Das Gas kann nicht nur zur Erzeugung von Strom und Wärme genutzt werden sondern auch in einen Treibstoff oder ein hochwertiges Gas umgewandelt werden.

In Großanlagen werden zur Biomasse-Vergasung üblicherweise Wirbelschicht-Reaktoren verwendet. Dabei kristallisierte sich ein zirkulierendes Wirbelschichtsystem basierend auf zwei Reaktoren zur Vergasung der Biomasse mit Dampf als besonders vielversprechend heraus, da es ein nahezu Stickoxid-freies Produktgas mit hohem Heizwert liefert. Diese Technologie wurde 2001 zum ersten Mal in Güssing (Österreich) und in den darauf folgenden Jahren auch an vier weiteren Standorten im industriellen Maßstab umgesetzt. Parallel zu diesen Realisierungen wurde das Verfahren laufend weiterentwickelt. Die Verbesserungen konzentrierten sich aber vor allem auf die Verbesserung verfahrenstechnischer Prozessschritte sowie einzelner Komponenten. Im Vergleich dazu wurde bis jetzt geringes Augenmerk auf die Regelung des Prozesses gelegt. Bei der betrachteten Vergasungs-Technologie handelt es sich aber um ein sehr komplexes System mit stark verkoppelten und zum Teil nichtlinearen Zusammenhängen zwischen den einzelnen Prozessgrößen. Diese Tatsache wird durch die aktuell eingesetzten Regelungsstrategien aber nur teilweise berücksichtigt, womit durch eine Verbesserung der Regelung eine deutliche Verbesserung des gesamten Betriebsverhaltens erzielbar wäre. Den bei weitem sinnvollsten Ansatz zur Verbesserung der Regelung eines derart komplexen sowie verkoppelten und nichtlinearen Systems stellen modellbasierte Regelungsstrategien dar, die in vielen Bereichen der Industrie bereits zu wesentlichen Verbesserungen beigetragen haben. Diese basieren auf einfachen mathematischen Modellen, die die wesentlichen dynamischen Eigenschaften des Systems beschreiben und schlussendlich zum Reglerentwurf herangezogen werden.

Aus diesem Grund setzt sich das beantragte Projekt die Entwicklung modellbasierter Regelungsstrategien für verschiedene Prozesse des betrachteten Biomasse-Vergasungssystems basierend auf zwei gekoppelten Wirbelschicht-Reaktoren und Dampf als Vergasungsmittel zum Ziel. Die modellbasierte Regelung soll zu einer Steigerung der Stabilität des gesamten Prozesses und somit zu einer Erhöhung der Brennstoffflexibilität sowie des Wirkungsgrades führen. Schlussendlich sollen Teile der entwickelten Regelung an einer industriellen Anlage basierend auf der betrachteten Vergasungstechnologie der Stadtwerke Ulm (Deutschland), die durch den Firmenpartner des Projektes (REPOTEC) konzeptioniert und geplant wurde, implementiert und bewertet werden.

In der gesamten Biomasse-Vergasung sowie auch in der nachgeschalteten Produktgasaufbereitung wurden bis jetzt noch kaum nennenswerte Arbeiten zu deren effizienten Regelung unternommen. Somit würden die im Projekt geplanten Arbeiten zu einer komplett neuen Technologie im Bereich der Biomasse-Vergasung führen. Darüber hinaus würde durch das Projekt eine völlig neue Kooperation von Regelungstechnikern mit einzigartigem Knowhow auf dem Gebiet der modellbasierten Regelung von Biomasse-Feuerungen und einer der weltweit führenden Arbeitsgruppen auf dem Gebiet der industriellen Vergasung von Biomasse entstehen.
StatusAbschlussdatum
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende1/06/1531/05/18