Mit der optimalen Regelung von Heizwerken lässt sich zusätzlich Energie einsparen. In einem Pilotprojekt loten wir dieses Potenzial jetzt mithilfe Künstlicher Intelligenz (KI) gemeinsam mit Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern aus. Wie das Ganze funktioniert, erfahrt ihr hier.
Angestoßen hat das Pilotprojekt Nico Kandziora, Projektingenieur Gebäudeautomation in unserem EDL-Bereich. Mitte Februar 2023 wurde er bei der Messe „Elektrotechnik“ in Dortmund auf das Pfälzer Mathematiker-Team aufmerksam. Im anschließenden Gespräch wurde schnell klar, dass die vorgestellten Methoden der Künstlichen Intelligenz auch für unsere Anlagentechnik interessant sind. Denn die KI-gestützten Technologien helfen, den Energiebedarf vorausschauend zu planen und optimal zu steuern, sodass wir unseren Kundinnen und Kunden eine effiziente, emissionsarme und kostensparende Energieversorgung anbieten können.
Das Pilotprojekt ist jetzt angelaufen – in unserer Nahwärme-Anlage „Blauer Hof“ in Köln-Mülheim. Dort befindet sich eine Heizzentrale mit zwei Gas-Brennwertkesseln und einem Gas-Niedertemperaturkessel. Das rund 3500 Meter lange Nahwärme-Netz (inkl. Vor- und Rücklaufleitung) versorgt schätzungsweise 1110 Personen.
Im Kölner Heizwerk "Blauer Hof" testen wir aktuell, wie wir mithilfe eines digitalen Zwillings Energie sparen können. (Bild: RheinEnergie)
Primärenergie einsparen
Im Pilotprojekt geht es zunächst darum, innerhalb der Wärmeerzeugungsanlage die Stellschrauben zu identifizieren, die Optimierungspotenzial aufweisen. „Dafür schauen wir uns die historischen Datensätze des Heizkraftwerks und seine ortstypischen Spezifikationen an. Mit diesen Informationen erstellen wir dann einen Digitalen Zwilling der Anlage“, erläutert Dr. Christian Salzig, Teamleiter „Digitale Zwillinge und Prädiktive Regelung“ am Fraunhofer ITWM. „In der zweiten Projektphase implementieren wir den entwickelten Algorithmus in die simulierte Anlage und validieren die Ergebnisse.“
Danach geht es von der virtuellen in die reale Welt, das heißt in den Schaltschrank. Dort wird über das Steuerungssystem die erforderliche Aktion ausgeführt und das Energiesparpotenzial in der Praxis umgesetzt. „Mit Künstlicher Intelligenz steigern wir unsere Performance im Energie- und Anlagenmanagement und senken gleichzeitig den Energieverbrauch sowie die CO2-Emissionen unserer Kundinnen und Kunden", sagt Holger Mennigmann, Bereichsleiter Energiedienstleistungen und Fernwärme bei der RheinEnergie.
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Wärme-Optimierung in zwei Stufen
Im ersten Schritt wird die Wärmeenergie im Sekundärkreislauf an den aktuellen und prognostizierten Bedarf der Verbrauchenden angepasst. Dabei wird sichergestellt, dass das Wasser im Wärmekreislauf nicht zu kalt und auch nicht zu warm ist, um Energieverluste zu vermeiden.
Danach optimieren die Forschenden des Fraunhofer ITWM den Primärkreislauf, also die Anlagentechnik. Hierzu zählen unter anderem gasbefeuerte Kessel. Diese regeln den Kesselbetrieb so, dass die im ersten Schritt als notwendig identifizierte Wärmeenergie möglichst effizient und passgenau zur Verfügung steht.