Emissionssenkung und Leistungssteigerung im Kraftwerk Franken durch KI-Tool Operaite™
Empfehlungen in Echtzeit für optimierte Prozesse und maximalen Output
Das 11-köpfige Operaite-Team von Uniper, bestehend aus hochqualifizierten Ingenieuren, KI-Experten und Softwareentwicklern, hat das erste KI-Tool entwickelt, das zur Steuerung von Prozessen eines Gas-Kraftwerks eingesetzt werden kann. Das KI-Tool wurde hausintern zunächst für einen anderen Kraftwerkstyp erfunden, entwickelt und patentiert. „Nach der Anfrage unserer Kraftwerksflotte setzten wir den Entwicklungsprozess fort und passten die KI an die Bedürfnisse des Kraftwerks Franken an“, sagt Tobias Mathur, der das Operaite-Team seit 2019 gemeinsam mit dem Erfinder, Frank Gebhardt, aufgebaut hat.
Die Künstliche Intelligenz ist unter der Projektleitung von Dr. Thomas Lanz für den Anwendungsfall in Franken trainiert worden und jetzt seit Anfang November als AI-Assistant in der Leitwarte im Einsatz. In der aktuellen Phase 1 gibt die KI Empfehlungen zur Steuerung des Kraftwerks in Echtzeit, die im Live-Betrieb kontrolliert und vom Anlagenfahrer übernommen werden können. In einem nächsten Schritt wird der AI-Operator aktiviert, der die Empfehlungen als Autopilot direkt ins Feld schickt (Phase 2). Im Ergebnis optimiert das KI-Tool die Betriebsprozesse, sodass die Anlage eine höhere Leistung erbringen kann. Darüber hinaus werden durch die Optimierung spezifische Emissionen eingespart und somit ein Beitrag zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen geliefert.
Für das Kraftwerk Franken ist es wichtig, in Zeiten großer Stromnachfrage mit der maximal erreichbaren Leistung und höchstmöglicher Verfügbarkeit am Netz zu sein. Technische Limitierungen und die vorgeschriebenen Emissionsgrenzwerte begrenzen die maximale Leistung jedoch. Weil der Block 1 über keine integrierte Rauchgasreinigung verfügt, kann der Anlagenfahrer die Emissionswerte nur direkt über den Verbrennungsprozess einstellen.
Die maximale Leistung hängt somit stark von den Entscheidungen und der Erfahrung des Anlagenfahrers ab. Hinsichtlich der vorgeschriebenen Grenzwerte für den maximalen Ausstoß von Kohlenmonoxid und Stickstoffdioxid, nimmt er an unterschiedlichen Parametern manuelle Korrekturen vor. Insbesondere modifiziert er die Gesamtluftmenge, die dem Verbrennungsprozess zur Verfügung gestellt wird. Die Steuerung dieses komplexen und dynamischen Prozesses stellt für den Anlagenfahrer bisher eine zusätzliche Belastung dar.
Die KI hilft nun die Maximalleistung zu erhöhen – wirtschaftlich ein wichtiger Vorteil – und gleichzeitig Emissionen zu senken. Hierfür läuft die Künstliche Intelligenz nun im Hintergrund und korrigiert die Gesamtluftmenge, sodass zu jeder Zeit der beste Kompromiss aus allen Rauchgasparametern automatisch und pro-aktiv eingestellt wird. Das moderne Tool unterstützt den Anlagenfahrer und hilft den Prozess besser zu steuern. „Und er kann sich auf seine eigentliche Aufgabe konzentrieren: Die Anlage Richtung Volllast hochzufahren“, sagt Dr. Thomas Lanz.
„Um das zu schaffen, wurde die Künstliche Intelligenz zunächst auf der Basis von historischen Prozessdaten trainiert und anschließend umfangreich getestet. Erst, als sie mit jeder Betriebssituation gut umgehen konnte, haben wir sie eingebaut“, erklärt Tobias Mathur. Und das Ergebnis kann sich sehen lassen: In den ersten Betriebstagen konnten die Prozesszustände durch die KI-Empfehlungen bereits verbessert werden. Man darf gespannt sein auf mehr.