Regelung der Zukunft – Entwicklung einer modellbasierten Regelung für Biomasse-Kleinfeuerungsanlagen

Vor dem Hintergrund steigender Bemühungen zur Reduktion der CO2-Emissionen hat es in den letzten Jahren einen deutlichen Entwicklungssprung bei Biomasse-Kleinfeuerungsanlagen zur Raumwärmeerzeugung gegeben, wobei das volle Potential für einen emissionsarmen Feuerungsbetrieb bei hohen Wirkungsgraden, das in modernen Biomasse-Kleinfeuerungsanlagen aufgrund optimierter Feuerraumgeometrien, Verbrennungsluftführungs- und Luftstufungsstrategien prinzipiell zur Verfügung steht, derzeit auf Grund des nach wie vor bestehenden Optimierungsbedarfs bei der Anlagenregelung, noch nicht ausgeschöpft wird. In diesem Sinne setzt es sich das beantragte Projekt zum Ziel, eine neue regelungstechnische Schlüsseltechnologie, die weg von konventionellen Regelungsstrategien hin zu einer modellbasierten Regelung von automatisch beschickten Biomasse-Kleinfeuerungsanlagen zur Verbrennung von Pellets und Hackgut (Leistungsbereich bis 400 kW) führt, zu entwickeln, wobei der Fokus insbesondere auf Anlagen, die in sehr hohen Stückzahlen gefertigt werden (Leistungsbereich bis ca. 50 kW), liegt. Modellbasierte Regelungsstrategien stellen den bei weitem sinnvollsten Ansatz zur Regelung von Biomasse- Kleinfeuerungsanlagen dar, da sie es ermöglichen, die Verkopplungen und nichtlinearen Zusammenhänge der einzelnen Prozessgrößen explizit zu berücksichtigen. Dabei werden anhand physikalischer und prozesstechnischer Überlegungen mathematische Modelle zur Beschreibung des dynamischen Verhaltens aller relevanten Anlagenteile entwickelt, die anschließend als Grundlage für den Entwurf eines leistungsfähigen Mehrgrößenreglers verwendet werden. In einem vom BIOENERGY2020 durchgeführten Vorprojekt wurden entsprechende Modelle für mittelgroße Biomassefeuerungsanlagen (400 kW bis 10.000 kW) entwickelt und in weiterer Folge zum Entwurf einer modellbasierten Regelung verwendet, die bei Testläufen an einer Versuchsanlage ihre Überlegenheit gegenüber konventionellen Regelungsstrategien bereits eindrucksvoll demonstriert hat. Im Rahmen des beantragten Projektes sollen die zur Verfügung stehenden Modelle für mittelgroße Anlagen entsprechend an die spezifischen Gegebenheiten in Biomasse-Kleinfeuerungsanlagen angepasst und für Bereiche, wo dies notwendig ist, neue Modelle für Kleinfeuerungen entwickelt werden. Darauf aufbauend soll ein modellbasierter Regler entwickelt und getestet werden, der sich im Vergleich zu konven¬tionellen Regelungen sowohl durch die Fähigkeit, deutlich schneller auf sich ändernde Betriebsbedingungen, insbesondere auf Laständerungen, reagieren zu können, als auch durch eine höhere Regelgenauigkeit im stationären und instationären Betrieb auszeichnet. Dadurch werden eine beträchtliche Reduktion der Schadstoffemissionen und eine signifikante Steigerung der Nutzungsgrade angestrebt.